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
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。
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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
: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
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
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:
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 |
