基于伺服系統、松下PLC及觸摸屏的背封裝機控制系統

1、中山職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文題 目： 基于伺服驅動器、松下plc 及觸摸屏的背封裝機控制系統 系 部： 電子信息工程系 專 業(yè)： 計算機控制技術 班 級： 09計控2班 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師: 完 成 時 間: 2011年12月20日 小 組 成 員: 摘要該設計選用plc對包裝機工作過程進行編程，用觸摸屏對包裝機進行操作、包裝參數的修改，該設計中的伺服驅動器對包裝機縱封、橫封、拉袋、切刀、供紙電機進行操作，在生產線上自動完成包裝工作。自動包裝機系我國引進國外先進技術，并加以消化吸收而生產的一種高品質、高性能的全自動包裝機，具有完成自動送料、計量、制袋、填充、封口、打印日

2、期及成品輸出等一系列自動功能。全自動包裝機采用高精度伺服運膜系統、plc程序控制、先進的觸摸式人機界面、電光自動定位跟蹤、數字式溫控等，使整機的操作更加簡單、完善，是食品包裝行業(yè)提高生產效率，降低勞動強度，提高包裝機檔次的首要設備。解決了控制系統多，維修復雜等問題，同時該系統大大的降低了勞動力，大大的提高了工作效率。伺服驅動系統（servo system）簡稱伺服系統，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統，例如數控機床等。使用在伺服系統中的驅動電機要求具有響應速度快、定位準確、轉動慣量。關鍵詞：松下plc 、 觸摸屏 、伺服驅動器 、數字式溫控abstractthefullyaut

3、omaticpackagingmachineisourcountrytointroduceadvancedforeigntechnology,andtodigestabsorbandproductionofakindofhighquality,thehighperformanceofautomaticpackagingmachine,withcompleteautomaticfeed,bagmaking,measuring,filling,sealing,dateprintingandfinishedproductoutputandsoonaseriesofautomaticfunction.

4、thefullyautomaticpackagingmachineadoptsthehighaccuracyservofilmsystem,plcprogramcontrol,advancedtouchinterface,lightningautomaticpositioningtracking,digitaltemperaturecontrol,sotheoperationmoresimple,perfect,itisfoodpackagingindustryimproveefficiencyandreducelaborintensity,improvethequalityofprimary

5、packagingmachineequipment.solvethecontrolsystem,suchasrepaircomplexproblems,andthatthesystemgreatlyreducethelaborforce,andgreatlyimprovetheworkingefficiency. servo drive system (servo system) referred to servo system, is a mechanical position or angle as control object of the automatic control syste

6、m, such as cnc machine tools, etc. used in the drive motor servo system requires a response speed, accurate positioning, the rotation inertia.keywords: panasonic plc、touch screen、servo drive、digital temperature control目錄緒論11系統介紹21.1 plc21.2 觸摸屏41.3伺服驅動器51.4系統其他硬件62系統電氣設計72.1主回路電路設計圖72.2 plc連接伺服控制系統的

7、電路設計72.3溫控連接包裝機的電路設計72.4供紙傳感器的電路設計83系統程序設計93.1 plc輸入輸出端口分配103.2系統觸摸屏的畫面控制設計114設備的調整、操作方法144.1設備的調整144.2操作方法14總結15致謝16附錄17參考文獻19緒論隨著科學技術的進步，工業(yè)上越來越到用伺服控制系統的自動化機器，因此，充分理解伺服控制系統是十分重要的。在現代工業(yè)生產中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現代 化的進一步發(fā)展,自動化已經成為現代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產流水線等等，已經隨處可見?，F在許多食品和生活必需品都有獨立包裝為求保鮮，只要通過plc、觸摸屏和

8、伺服電機組合起來加上完成該任務的程序就能自動化包裝。同時，現代生產中，存在著各種各樣的生產環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產環(huán)境不利于人工進行操作。通過plc及變頻器的控制系統的設計，解決了控制系統多，維修復雜等問題，同時該系統大大的降低了勞動力，大大的提高了工作效率。該設計主要是通過松下plc的部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制和伺服系統的任意變化的自動控制系統和觸摸屏的人機界面調試來組合設計。其封裝機由橫封、側封、切刀等過程完成包裝。本畢業(yè)設計主要分析基于伺服驅動器、松下plc及觸摸屏的背封裝機控制系統的原理及應用。1系統介紹該設計選用plc及伺服系

9、統將包裝紙把底面和側面加溫封合，觸摸屏用作包裝機的簡單控制及修改包裝參數，該設計中的伺服驅動器對包裝機縱封、橫封、拉袋、切刀、供紙電機進行操作。當封合完畢時，通過電子組稱將產品稱量再放入已（底，側）封合的包裝袋里面，再由plc及伺服系統將包裝紙的頂面封合。全過程由包裝機自動化完成。在自動控制工業(yè)方面有很著廣泛的用途，同時也給生產商節(jié)省很多人力，因此大大的提高工作效率、方便了操作、管理、減少了生產人員和勞動強度，是自動化規(guī)模生產必不可少的設備。1.1 plc圖1-1 松下plc實物圖在該設計中松下plc型號選定為fpo-c16t。plc是一種數字運算操作的電子系統，專為在工作環(huán)境下設計。它采用可

10、編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算數運算等。此plc在該設計中外形占優(yōu)勢，功能也相當適合本設計要求。其外形和功能特點如下：1、小型尺寸w25h90d60mm。在尺寸方面優(yōu)于一般的小型pc機，可與機器組合控制為控制單元小型化作出貢獻。32點的控制單元寬度為w30mm。2、最大可以擴展到3個單元128點。采用了無需擴展電纜的堆疊擴展方式。在擴展3單元的情況下寬度僅為105mm非常節(jié)省空間。3、掃描時間約為1ms的高速運算。500步的程序只需1ms就可處理完畢。處理速度可充分滿足小型plc的需求。4、配合小型機身的端子形狀。繼電器輸出型采用了歐式端子臺方式。可在拆卸

11、端子臺后進行接線作業(yè)。對批量生產的裝置，配備了molex連接器型的端子。晶體管輸出型附帶了散線連接器5、程序容量為10k型的產品最新上市。標準配備了日歷掛時鐘和rs232c端口。使用2次電池對運算內存進行了備份。 控制單元僅有25mm，甚至擴展到i/o 128點，寬度也只有105mm。i/o 32點控制單元和s-link控制單元的寬度為30mm6、電源的選擇plc的供電電源，除了引進設備時同時引進plc應根據產品說明書要求設計和選用外，一般plc的供電電源設計選用220vac電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源和穩(wěn)壓電源供電。如果plc自身帶有可使用電源時，應核對提供的電

12、流是否滿足要求，否則應設計外接電源。為防止外部高壓電源因誤操作引入plc，對輸入輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。1.2 觸摸屏圖1-2 觸摸屏人機界面圖為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統根據手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再送給cpu，它同時能接收cpu發(fā)來的命令并加以執(zhí)

13、行。在該設計中觸摸屏型號為hitech，在觸摸屏人機界面所設計的功能有縱封、橫封、退料、切刀、制空袋。其功能如下：(1) 縱封：封合包裝紙側面。(2) 橫封：封合包裝紙底面和頂面。(3) 退料：減少多余放入包裝紙的產品。(4) 切刀：切割包裝上下面，保持一定大小。(5) 制空袋：沒有產品放入，自動作縱、橫封和切刀運動。1.3伺服驅動器 圖1-3 伺服電機實物圖伺服驅動器是用來控制伺服電機的一種控制器， 伺服驅動器其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統的一部分。目前主流的伺服驅動器均采用數字信號處理器（dsp）作為控制核心，可以實現比較復雜的控制算法，實現數字化、網絡化和智能化。功率

14、器件普遍采用以智能功率模塊（ipm）為核心設計的驅動電路，ipm內部集成了驅動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對驅動器的沖擊。 功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦pwm電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是ac-dc-ac的過程。整流單元（ac-dc）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。 伺服驅動器一般可以采用位置、速度和力矩三種控制方式，主要應用于高精度的定位系統，目前是傳動技術的

15、高端。隨著伺服系統的大規(guī)模應用，伺服驅動器使用、伺服驅動器調試、伺服驅動器維修都是伺服驅動器在當今比較重要的技術課題，越來越多工控技術服務商對伺服驅動器進行了技術深層次研究。在該設計中伺服驅動器型號為lexium23，其作用為對應縱封、橫封、切刀、拉袋、供紙等，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。多種控制模式lexium23 伺服驅動器提供多種控制模式：n 位置控制模式：可以使用3種脈沖輸入信號（脈沖/方向，cw/cww，ab相信號）或者使用內置的8個運動任務n 速度控制模式：使用外部模擬量輸入（10v）或使用內部的3個速度寄存器n 扭矩控制模式：使用外部模擬量輸入（10v）

16、或使用內部的3個扭矩寄存器n 切換模式：在此模式下位置、速度、扭矩控制可以通過數字輸入進行兩兩之間的切換。1.4系統其他硬件基于伺服系統、松下plc及觸摸屏的背封裝機控制系統其它硬件包括背封裝機實訓裝置、電腦一臺、中間繼電器、固態(tài)繼電器及電源等。2系統電氣設計由于該系統采用了plc設計的程序來實現plc及伺服控制系統的控制部分，減少了繼電氣控制線路多的問題。plc及伺服控制系統的電氣可分3個部分來設計即：主回路電路設計、plc連接伺服控制系統的電路設計、溫控連接包裝機的電路設計、供紙傳感器的電路設計。2.1主回路電路設計圖電路設計圖見附錄a：2.2 plc連接伺服控制系統的電路設計plc連接伺

17、服控制系統電路圖見附錄b：2.3溫控連接包裝機的電路設計圖2-1 溫控連接包裝機的電路設計圖2.4供紙傳感器的電路設計圖2-2 供紙傳感器的電路設計圖3系統程序設計包裝機開始系統啟動，手動對觸摸屏選定自動，選定后程序開始運行供紙傳感器，然后檢測供紙電機是否工作，若電機工作則到下個工作流程，反則回到供紙傳感器感應。供紙電機工作后按照plc編輯的程序包裝機進行進料、橫封、縱封、切刀等工作，完成前一任務算完成打包一個。打包一個后檢測是否人工強行退出程序，若是有人工退出程序則結束系統程序停止包裝機工作，反則回到供紙傳感器感應，一直循環(huán)直到人工退出程序。開始系統啟動供紙傳感器感應供紙電機是否工作noye

18、s進料、橫封、縱封、切刀完成打包強行退出結束yesno圖2-3 包裝機工作流程圖3.1 plc輸入輸出端口分配1、輸入信號：縱封、橫封、退料、切刀、供紙、制空袋、電機啟動和停止各都需要一個輸入信號。2、輸出信號：plc的輸出用于伺服電機的運行，共需要7個端子。plc的輸入輸出端子分配功能如表1所示端口功能端口功能com電源供24vy1電池閥x1縱封y2縱封x2橫封y3橫封x3退料y4溫控開關x4切刀y5退料x5供紙y6切刀x6包裝機啟動顯示y7包裝機啟動顯示表1 plc輸入輸出功能表3.2系統觸摸屏的畫面控制設計觸摸屏，是個可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，

19、屏幕上的觸覺反饋系統可根據預先編程的程式驅動各種連結裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統根據手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再送給 cpu，它同時能接收 cpu 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。觸摸屏的操作界面，該畫面分為兩個功能，操作界面是

20、進入圖 3-1、3-2 的畫面的操作，監(jiān)視界面是進入圖 3-3的監(jiān)視畫面，圖3-4是手動設計參數界面。圖3-1 觸摸屏語言選擇界面圖3-2 觸摸屏人機選項界面圖3-3 觸摸屏控制包裝機界面手動設計參數界面：序號0.00產品編號參數畫面袋長設定橫封延時縱封延時切刀延時托料時間0.000.0000.00包裝速度橫封封合縱封封合切刀時間0.000.000.0000.000.000.00000000000mmssssb/minsss保存參數下頁主菜單自動手動報警12435678圖3-4 手動設計參數界面切刀延時（xxx）：表示運膜結束后到切刀電磁閥得電前之間的等待時間(單位：秒)。其設定數以橫封封合后

21、，切刀再得電推出為準。切刀（xxx）：表示切斷刀電磁閥得電時間（單位：秒）。其設定數以切刀能切斷包裝膜，又不影響下一袋的落下為準。橫封（xxx）：表示橫封電磁閥得電時間（單位：秒）。根據包裝膜厚度及包裝速度而定，以包裝膜封合牢固不漏氣為準?？v封（xxx）：表示縱封電磁閥得電時間（單位：秒）。根據包裝膜厚度及包裝速度而定，以包裝膜封合牢固不漏氣為準。袋長（xxx）：表示不用色標電眼是包裝膜可運行的長度（單位：毫米）。長度設置應為兩色標中心距+10mm。4設備的調整、操作方法4.1設備的調整1、縱封翻邊器的調整：用手拉開縱封翻邊器，將包裝袋袋縱封封合部分倒向指定的一面，放回翻邊器將縱封壓緊即可。2

22、、成型器與縱封加熱器的調整：成型器固定后，松開手柄，搖動調整螺桿，使縱封上下端與成型器下料桶相距2mm為準，鎖緊手柄即可。3、包裝袋縱封不齊邊時的調整：當兩邊不齊邊時，在開機狀態(tài)放松開蝴蝶螺釘，轉動調整旋鈕（第一滾筒可左右移動）運行4、5包后，觀察兩邊若平齊且穩(wěn)定后，鎖緊蝴蝶螺釘即可。4.2操作方法1、打開機器總電源，將縱、橫封軸、日期打印機預熱至設定溫度，橫封軸等各滑動部位加適量潤滑油。2、注意經常檢查清潔縱、橫封軸齒形封合部位。3、檢查日期色帶、包裝膜的安裝是否正確，電眼位置是否正確。4、打開日期打印機開關，將包裝膜送至預定位置，啟動電機，制出45個空袋后停機檢查這些空袋是否合格，若合格則

23、可打開下料開關正常工作。5、關機時要先關下料開關，再關電機電源，以免夾、損壞刀具?？偨Y以前對電路的工作過程只能抽象地去理解，做電路板也都是進行簡單的模仿，做這次畢業(yè)論文（設計）剛開始也是看著使用說明書調試，結果不能調試出來，除了前面說所的原因外一個重要的原因就是沒有完全理解封裝機的電路圖，并且自己的理解不一定符合封裝機的工作原理要求，只有在使用說明書的基礎上來看實物電路才知道包裝機的工作原理。后來翻閱了有關書籍，關于這次畢業(yè)設計用到的一些電路的知識又重新復習了一下，終于完全明白了電路的原理，并且在以前的基礎上自己把電路的各個部分劃分好畫到筆記本上，然后一步一步去加深了解，但是要在完全理解原理的情況下才能夠自己設計程序對封裝機進行自動化操作。首先要認清問題，認真分析問題，只有認真地去分析問題才能更好的解決問題，分析問題時必須具備細心，耐心，恒心和毅力，同時還要實事求是地分析問題，不能為了應付課設的驗收，更不能為了做程序和設計而做樣版，要為了提高自己的動手能力，提高理解知識為目的，做程序和設計的每一步都要細心、耐心，認真考慮所遇到的問題，在實踐中不斷提高分析和動手能力。通過這次畢業(yè)論文（設計），提高了分析問題能力和動手能力，并驗證了理論知識，通過實際測試，理論值和實際值有一定的差別，但是是在誤差的允許范圍內。致謝光陰似箭，歲月如梭，不知不覺我即將走完大學生