基于PLC高速全自动包装机的控制系统应用开题报告

1.课题名称：
基于PLC的高速全自动包装机控制系统的应用
2.项目研究背景：
  PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来的。而集散控制系统DCS < Distribution
Control System)是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，它在模拟量处
理，回路调节等方面有一定的优势。PLC随着微电子技术、计算机技术和通信技术
的发展，无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上，都有很大的提高。
并开始与小型计算机联成网络，构成了以PLC为重要部件的分布式控制系统。随着
网络通信功能的不断增强，PLC与PLC及计算机的互联，可以形成大规模的控制系
统，在数据高速公路上(Data Highway)挂接在线通用计算机，实现在线组态、编程和
下装，进行在线监控整个生产过程，这样就已经具备了集散控制系统的形态，加上PLC
价格和可靠性优势，使之可与传统的集散控制系统相互竞争。
    由于以上的原因，可以预见随着PLC成本的下降和机器要求的提高，将很快
在大部分场合取代继电器控制屏。无论是与传统的继电器、接触器控制逻辑相比，
还是与现代的微型计算机系统乃至专用于控制的单片机相比，在工业控制方面

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PLC都具有明显的优越性。尤其是对生产流水线、动作复杂的单机，比起前述几
种控制手段来具有寿命长、可靠性高、对环境无特殊要求、开发费用低、周期短、
无需专门的计算机软、硬件知识就可在短期内掌握，功能扩展方便，成本可为一般
用户所接受等优点，是现代机电一体化产品控制装置的理想选择。
卫生卷纸是人们生活中的必须品，随着人们对纸质品用量的增加，对卫生纸
的需求也越来越大，且对卫生纸的安全性，方便性要求也越来越高。为使包装出
的物品整齐、美观并具有良好的包装质量，研制高速、高效、高质、经济的新型
包装机是市场的迫切需求。目前，该类包装机多半为进口产品，价格昂贵。为此，
我的毕业设计选题为基于PLC的高速全自动包装机控制系统的应用，开发了“卷纸
包装机控制系统”，我在其中负责控制系统的研究与设计工作。


3. 项目研究意义：
卫生卷纸是人们生活中的必须品，随着人们对纸质品用量的增加，对卫生纸
的需求也越来越大，且对卫生纸的安全性，方便性要求也越来越高。为使包装出
的物品整齐、美观并具有良好的包装质量，研制高速、高效、高质、经济的新型
包装机是市场的迫切需求。目前，该类包装机多半为进口产品，价格昂贵。基于
PLC的高速全自动包装机控制系统的应用为更好的生产做出巨大的贡献。

4. PLC在包装机械上应用的可能性和前景． 
 包装机械的最大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行元件。在这种场合
使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控
制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质方面
来讲，前者是要用具体的电气元件来组合，而后者只是PLC的内部寄存器，在PLC
编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。一般的
PLC都有上百点内部辅助继电器甚至更多，且还有多种专用的内部电器，足可以
应付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是对PLC进行编程。事实上PLC用于
这种场合是最能显现出其经济性。当然我们不仅忽视了PLC的另一个优点，那就
是其运行速度及可靠性和寿命远远高于继电器控制方式，从上述意义上来讲，PLC
最适合于需要大量中间继电器的场合。且PLC与其他工业控制系统比较具有许多
优点:
1)更改控制逻辑只需修改软件，无需对硬件作改动;
2)程序可以复制，批量生产很容易;
3)电气硬件设计大大简化;
4)由于PLC除有继电器功能外，尚有多种其它功能，可以实现继电器无法实现的
  控制功能，实现某种程度上的智能化，并有可能使机构简化;
5)可靠性高;
6)成本相对于继电控制而言稍高，但继电器控制随着所用中间继电器数量的增
  加，成本急骤上升，而PLC控制几乎保持不变，这一点对于复杂的控制来讲
  具有无可比拟的优越性;
7)具有扩展单元或扩展模块，当需要较多I/0时可以方便地扩展。
    因此，国外在注塑机、各种包装机上已经大量地采用了PLC来取代传统的继
电器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。
    我国包装机械目前控制部件大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的
话，则可以简化机械结构，机械和电气设计都可以得到简化。更重要的是可以使
原来无法实现的某些功能得以实现，使机器在某种程度上实现智能化。
通过对各种控制系统的分析比较，我们决定采用PLC控制系统。
4.参考文献
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5.设计主要内容

1.对可编程控制系统的现状与发展趋势作一简单的介绍，明确背景知识与选型根据 [版权所有：http://DOC163.com]
:分析PLC在包装机械上应用的可能性与前景。
2.卷纸包装机各动作控制工艺的研究。了解卷纸包装机的工作过程及工艺要求。
 总结各机构的动作顺序，将其用流程图的形式表示出来，为实现高速全自动
 运动控制做准备。
3.可编程控制器部分的设计，包括控制方案的选取与设计、I/0接口信号的确定、
 模块的选择，控制程序的设计与调试。
4.工控机软件的设计，包括监界面设计、动态现场状态显示。
5.  S7-300与上位机的通信设计。
6. 论文的安排  
 全文共分五章。论文的第一章主要介绍了可编程控制器的现状及发展趋势及
其在包装机械上应用的可能性及前景，分析了PLC控制系统与其他控制系统的区
别，介绍了本课题的研究内容。第二章分析了卷纸包装机工艺流程和包装各动作
的时序及包装机速度的影响因素及提高方法，设计了包装机控制系统的控制方案、
运行方式及硬件的选择和组态，并详细介绍了组态的各模块。第三章主要对控制
系统的供电线路及包装各工位的电气图进行设计，并根据放卷分切部分的受力分
析，建立模型，然后依据自适应控制原理设计和实现了张力控制，同时也实现了 [资料来源：www.doc163.com]
送料过程中的同步控制并绘出了电路图。第四章根据PLC原理用SIEMENS的STEP7
设计了某些功能块的梯形图和STL程序，并用S7-PLCSIM simulator模拟其运行
结果。为了实现监控，利用SIEMENS的工控组态软件设计了包装过程的监视界面。
第五章介绍了通讯协议， 并介绍S7-300与工控机PVi nCC之间的通讯。

5.本毕业设计的成果应包括：

1.完成了电气控制系统硬件和软件的设计与调试工作，使系统能够按预期的目
    标正常地运行。
2.全部程序(包括PLC程序和工控机程序)均采用模块化设计思想，程序的注
    释和文档也比较充足，不仅在设计时使结构清晰，易于检查和修改。而且为
    以后软件的维护和改进提供了方便。
3.对系统的可靠性进行了充分的考虑，加入了各种保护措施，尽量消除了各种
    可能的事故隐患。
4.工控机和PLC的结合非常利于小型自动化系统的实现，用PLC作为下位机实
    现现场的信号输入和实时控制，使执行可靠，且有效地实现了分散控制。用
    工控机作为上位机进行参数的设定及系统的监控和管理。各取所长，分工明 [资料来源：www.doc163.com]
    确。
5.利用工控组态软件实现PLC与计算机通信的方法简单易行，它降低了对用户
    的要求，大大缩短了设计周期，系统继承性较好，尤其对于大规模复杂控制
    系统来说这些优点更为突出，因此在现代工业自动化控制领域，采用工控组
态软件进行标准化设计是一必然趋势。

6.本设计中存在着一些不足之处和需要改进的地方:

1.程序中实时画面的主要作用是辅助监控现场状况，以防意外事件的发生。但
  实际使用中，许多操作员认为还是直接观察现场更加直观稳妥。故此拟在下
  一版本中引入CCD摄像头，将现场情形直接显示到显示器上，这样就可以降
  低工人操作的复杂性，并使界面更加漂亮直观。
2.设计中采用了热继电器，变频器及电机等也都有过热恢复，拟在以后的设计中
加入声音报警功能，即当变频器或电机过热时，程序利用蜂鸣器发出尖锐的声
音提醒操作员有故障发生，达到提高反应速度、降低故障危险性的目的。
  
7.进度计划
第一周  毕业实习，收集资料 。
第二周  需求分析，明确背景知识与选型根据:

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分析PLC在包装机械上应用的可能性与前景。

第三周 了解卷纸包装机的工作过程及工艺要求。
   
第四周 总结各机构的动作顺序，将其用流程图的形式表示出来，
为实现高速全自动运动控制做准备。

第五周 卷纸包装机控制系统的总体设计。

第六周 电控系统电路及各功能模块的设计。

第七周 可编程控制器部分的设计，包括控制方案的选取与设计、I/0接口信号的确定、
 模块的选择，控制程序的设计与调试。
第八周 工控机软件的设计，包括监界面设计、动态现场状态显示
第九周  S7-300与上位机的通信设计。
第十周第十一周绘图3张
第十二周第十三周撰写毕业论文
第十四周第十五周第十六周 整理
第十七周形成毕业设计全部文件，准备答辩。
第十八周 毕业答辩 [来源：http://Doc163.com]