基于伺服系統(tǒng)、松下PLC及觸摸屏的背封裝機(jī)控制系統(tǒng)

1、中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題 目： 基于伺服驅(qū)動器、松下plc 及觸摸屏的背封裝機(jī)控制系統(tǒng) 系 部： 電子信息工程系 專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 班 級： 09計(jì)控2班 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師: 完 成 時(shí) 間: 2011年12月20日 小 組 成 員: 摘要該設(shè)計(jì)選用plc對包裝機(jī)工作過程進(jìn)行編程，用觸摸屏對包裝機(jī)進(jìn)行操作、包裝參數(shù)的修改，該設(shè)計(jì)中的伺服驅(qū)動器對包裝機(jī)縱封、橫封、拉袋、切刀、供紙電機(jī)進(jìn)行操作，在生產(chǎn)線上自動完成包裝工作。自動包裝機(jī)系我國引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，并加以消化吸收而生產(chǎn)的一種高品質(zhì)、高性能的全自動包裝機(jī)，具有完成自動送料、計(jì)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(jī)采用高精度伺服運(yùn)膜系統(tǒng)、plc程序控制、先進(jìn)的觸摸式人機(jī)界面、電光自動定位跟蹤、數(shù)字式溫控等，使整機(jī)的操作更加簡單、完善，是食品包裝行業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度，提高包裝機(jī)檔次的首要設(shè)備。解決了控制系統(tǒng)多，維修復(fù)雜等問題，同時(shí)該系統(tǒng)大大的降低了勞動力，大大的提高了工作效率。伺服驅(qū)動系統(tǒng)（servo system）簡稱伺服系統(tǒng)，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，例如數(shù)控機(jī)床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動電機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動慣量。關(guān)鍵詞：松下plc 、 觸摸屏 、伺服驅(qū)動器 、數(shù)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(tǒng)介紹21.1 plc21.2 觸摸屏41.3伺服驅(qū)動器51.4系統(tǒng)其他硬件62系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)72.1主回路電路設(shè)計(jì)圖72.2 plc連接伺服控制系統(tǒng)的

7、電路設(shè)計(jì)72.3溫控連接包裝機(jī)的電路設(shè)計(jì)72.4供紙傳感器的電路設(shè)計(jì)83系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)93.1 plc輸入輸出端口分配103.2系統(tǒng)觸摸屏的畫面控制設(shè)計(jì)114設(shè)備的調(diào)整、操作方法144.1設(shè)備的調(diào)整144.2操作方法14總結(jié)15致謝16附錄17參考文獻(xiàn)19緒論隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)上越來越到用伺服控制系統(tǒng)的自動化機(jī)器，因此，充分理解伺服控制系統(tǒng)是十分重要的。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代 化的進(jìn)一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見?，F(xiàn)在許多食品和生活必需品都有獨(dú)立包裝為求保鮮，只要通過plc、觸摸屏和

8、伺服電機(jī)組合起來加上完成該任務(wù)的程序就能自動化包裝。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)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(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。通過plc及變頻器的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，解決了控制系統(tǒng)多，維修復(fù)雜等問題，同時(shí)該系統(tǒng)大大的降低了勞動力，大大的提高了工作效率。該設(shè)計(jì)主要是通過松下plc的部存儲程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制和伺服系統(tǒng)的任意變化的自動控制系統(tǒng)和觸摸屏的人機(jī)界面調(diào)試來組合設(shè)計(jì)。其封裝機(jī)由橫封、側(cè)封、切刀等過程完成包裝。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要分析基于伺服驅(qū)動器、松下plc及觸摸屏的背封裝機(jī)控制系統(tǒng)的原理及應(yīng)用。1系統(tǒng)介紹該設(shè)計(jì)選用plc及伺服系

9、統(tǒng)將包裝紙把底面和側(cè)面加溫封合，觸摸屏用作包裝機(jī)的簡單控制及修改包裝參數(shù)，該設(shè)計(jì)中的伺服驅(qū)動器對包裝機(jī)縱封、橫封、拉袋、切刀、供紙電機(jī)進(jìn)行操作。當(dāng)封合完畢時(shí)，通過電子組稱將產(chǎn)品稱量再放入已（底，側(cè)）封合的包裝袋里面，再由plc及伺服系統(tǒng)將包裝紙的頂面封合。全過程由包裝機(jī)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(shí)也給生產(chǎn)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(chǎn)人員和勞動強(qiáng)度，是自動化規(guī)模生產(chǎn)必不可少的設(shè)備。1.1 plc圖1-1 松下plc實(shí)物圖在該設(shè)計(jì)中松下plc型號選定為fpo-c16t。plc是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工作環(huán)境下設(shè)計(jì)。它采用可

10、編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等。此plc在該設(shè)計(jì)中外形占優(yōu)勢，功能也相當(dāng)適合本設(shè)計(jì)要求。其外形和功能特點(diǎn)如下：1、小型尺寸w25h90d60mm。在尺寸方面優(yōu)于一般的小型pc機(jī)，可與機(jī)器組合控制為控制單元小型化作出貢獻(xiàn)。32點(diǎn)的控制單元寬度為w30mm。2、最大可以擴(kuò)展到3個(gè)單元128點(diǎn)。采用了無需擴(kuò)展電纜的堆疊擴(kuò)展方式。在擴(kuò)展3單元的情況下寬度僅為105mm非常節(jié)省空間。3、掃描時(shí)間約為1ms的高速運(yùn)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(jī)身的端子形狀。繼電器輸出型采用了歐式端子臺方式?？稍诓鹦?/p>

11、端子臺后進(jìn)行接線作業(yè)。對批量生產(chǎn)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(chǎn)品最新上市。標(biāo)準(zhǔn)配備了日歷掛時(shí)鐘和rs232c端口。使用2次電池對運(yùn)算內(nèi)存進(jìn)行了備份。 控制單元僅有25mm，甚至擴(kuò)展到i/o 128點(diǎn)，寬度也只有105mm。i/o 32點(diǎn)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(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)plc應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般plc的供電電源設(shè)計(jì)選用220vac電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)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(shí)，應(yīng)核對提供的電

12、流是否滿足要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)界面圖為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，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(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)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(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給cpu，它同時(shí)能接收cpu發(fā)來的命令并加以執(zhí)

13、行。在該設(shè)計(jì)中觸摸屏型號為hitech，在觸摸屏人機(jī)界面所設(shè)計(jì)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(cè)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(chǎn)品。(4) 切刀：切割包裝上下面，保持一定大小。(5) 制空袋：沒有產(chǎn)品放入，自動作縱、橫封和切刀運(yùn)動。1.3伺服驅(qū)動器 圖1-3 伺服電機(jī)實(shí)物圖伺服驅(qū)動器是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器， 伺服驅(qū)動器其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分。目前主流的伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（dsp）作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)的驅(qū)動電路，ipm內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路，在主回路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。 功率驅(qū)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(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)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(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動單元的整個(gè)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?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?伺服驅(qū)動器一般可以采用位置、速度和力矩三種控制方式，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)，目前是傳動技術(shù)的

15、高端。隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，伺服驅(qū)動器使用、伺服驅(qū)動器調(diào)試、伺服驅(qū)動器維修都是伺服驅(qū)動器在當(dāng)今比較重要的技術(shù)課題，越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅(qū)動器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。在該設(shè)計(jì)中伺服驅(qū)動器型號為lexium23，其作用為對應(yīng)縱封、橫封、切刀、拉袋、供紙等，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。多種控制模式lexium23 伺服驅(qū)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(nèi)置的8個(gè)運(yùn)動任務(wù)n 速度控制模式：使用外部模擬量輸入（10v）或使用內(nèi)部的3個(gè)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(nèi)部的3個(gè)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(shù)字輸入進(jìn)行兩兩之間的切換。1.4系統(tǒng)其他硬件基于伺服系統(tǒng)、松下plc及觸摸屏的背封裝機(jī)控制系統(tǒng)其它硬件包括背封裝機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置、電腦一臺、中間繼電器、固態(tài)繼電器及電源等。2系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)由于該系統(tǒng)采用了plc設(shè)計(jì)的程序來實(shí)現(xiàn)plc及伺服控制系統(tǒng)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(tǒng)的電氣可分3個(gè)部分來設(shè)計(jì)即：主回路電路設(shè)計(jì)、plc連接伺服控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、溫控連接包裝機(jī)的電路設(shè)計(jì)、供紙傳感器的電路設(shè)計(jì)。2.1主回路電路設(shè)計(jì)圖電路設(shè)計(jì)圖見附錄a：2.2 plc連接伺服控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)plc連接伺

17、服控制系統(tǒng)電路圖見附錄b：2.3溫控連接包裝機(jī)的電路設(shè)計(jì)圖2-1 溫控連接包裝機(jī)的電路設(shè)計(jì)圖2.4供紙傳感器的電路設(shè)計(jì)圖2-2 供紙傳感器的電路設(shè)計(jì)圖3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)包裝機(jī)開始系統(tǒng)啟動，手動對觸摸屏選定自動，選定后程序開始運(yùn)行供紙傳感器，然后檢測供紙電機(jī)是否工作，若電機(jī)工作則到下個(gè)工作流程，反則回到供紙傳感器感應(yīng)。供紙電機(jī)工作后按照plc編輯的程序包裝機(jī)進(jìn)行進(jìn)料、橫封、縱封、切刀等工作，完成前一任務(wù)算完成打包一個(gè)。打包一個(gè)后檢測是否人工強(qiáng)行退出程序，若是有人工退出程序則結(jié)束系統(tǒng)程序停止包裝機(jī)工作，反則回到供紙傳感器感應(yīng)，一直循環(huán)直到人工退出程序。開始系統(tǒng)啟動供紙傳感器感應(yīng)供紙電機(jī)是否工作noye

18、s進(jìn)料、橫封、縱封、切刀完成打包強(qiáng)行退出結(jié)束yesno圖2-3 包裝機(jī)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(jī)啟動和停止各都需要一個(gè)輸入信號。2、輸出信號：plc的輸出用于伺服電機(jī)的運(yùn)行，共需要7個(gè)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(guān)x4切刀y5退料x5供紙y6切刀x6包裝機(jī)啟動顯示y7包裝機(jī)啟動顯示表1 plc輸入輸出功能表3.2系統(tǒng)觸摸屏的畫面控制設(shè)計(jì)觸摸屏，是個(gè)可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，

19、屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)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(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，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(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)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(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給 cpu，它同時(shí)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(gè)功能，操作界面是

20、進(jìn)入圖 3-1、3-2 的畫面的操作，監(jiān)視界面是進(jìn)入圖 3-3的監(jiān)視畫面，圖3-4是手動設(shè)計(jì)參數(shù)界面。圖3-1 觸摸屏語言選擇界面圖3-2 觸摸屏人機(jī)選項(xiàng)界面圖3-3 觸摸屏控制包裝機(jī)界面手動設(shè)計(jì)參數(shù)界面：序號0.00產(chǎn)品編號參數(shù)畫面袋長設(shè)定橫封延時(shí)縱封延時(shí)切刀延時(shí)托料時(shí)間0.000.0000.00包裝速度橫封封合縱封封合切刀時(shí)間0.000.000.0000.000.000.00000000000mmssssb/minsss保存參數(shù)下頁主菜單自動手動報(bào)警12435678圖3-4 手動設(shè)計(jì)參數(shù)界面切刀延時(shí)（xxx）：表示運(yùn)膜結(jié)束后到切刀電磁閥得電前之間的等待時(shí)間(單位：秒)。其設(shè)定數(shù)以橫封封合后

21、，切刀再得電推出為準(zhǔn)。切刀（xxx）：表示切斷刀電磁閥得電時(shí)間（單位：秒）。其設(shè)定數(shù)以切刀能切斷包裝膜，又不影響下一袋的落下為準(zhǔn)。橫封（xxx）：表示橫封電磁閥得電時(shí)間（單位：秒）。根據(jù)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(zhǔn)?？v封（xxx）：表示縱封電磁閥得電時(shí)間（單位：秒）。根據(jù)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(zhǔn)。袋長（xxx）：表示不用色標(biāo)電眼是包裝膜可運(yùn)行的長度（單位：毫米）。長度設(shè)置應(yīng)為兩色標(biāo)中心距+10mm。4設(shè)備的調(diào)整、操作方法4.1設(shè)備的調(diào)整1、縱封翻邊器的調(diào)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(diào)整：成型器固定后，松開手柄，搖動調(diào)整螺桿，使縱封上下端與成型器下料桶相距2mm為準(zhǔn)，鎖緊手柄即可。3、包裝袋縱封不齊邊時(shí)的調(diào)整：當(dāng)兩邊不齊邊時(shí)，在開機(jī)狀態(tài)放松開蝴蝶螺釘，轉(zhuǎn)動調(diào)整旋鈕（第一滾筒可左右移動）運(yùn)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(jī)器總電源，將縱、橫封軸、日期打印機(jī)預(yù)熱至設(shè)定溫度，橫封軸等各滑動部位加適量潤滑油。2、注意經(jīng)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(jī)開關(guān)，將包裝膜送至預(yù)定位置，啟動電機(jī)，制出45個(gè)空袋后停機(jī)檢查這些空袋是否合格，若合格則

23、可打開下料開關(guān)正常工作。5、關(guān)機(jī)時(shí)要先關(guān)下料開關(guān)，再關(guān)電機(jī)電源，以免夾、損壞刀具?？偨Y(jié)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(jìn)行簡單的模仿，做這次畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）剛開始也是看著使用說明書調(diào)試，結(jié)果不能調(diào)試出來，除了前面說所的原因外一個(gè)重要的原因就是沒有完全理解封裝機(jī)的電路圖，并且自己的理解不一定符合封裝機(jī)的工作原理要求，只有在使用說明書的基礎(chǔ)上來看實(shí)物電路才知道包裝機(jī)的工作原理。后來翻閱了有關(guān)書籍，關(guān)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到的一些電路的知識又重新復(fù)習(xí)了一下，終于完全明白了電路的原理，并且在以前的基礎(chǔ)上自己把電路的各個(gè)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(shè)計(jì)程序?qū)Ψ庋b機(jī)進(jìn)行自動化操作。首先要認(rèn)清問題，認(rèn)真分析問題，只有認(rèn)真地去分析問題才能更好的解決問題，分析問題時(shí)必須具備細(xì)心，耐心，恒心和毅力，同時(shí)還要實(shí)事求是地分析問題，不能為了應(yīng)付課設(shè)的驗(yàn)收，更不能為了做程序和設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的每一步都要細(xì)心、耐心，認(rèn)真考慮所遇到的問題，在實(shí)踐中不斷提高分析和動手能力。通過這次畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），提高了分析問題能力和動手能力，并驗(yàn)證了理論知識，通過實(shí)際測試，理論值和實(shí)際值有一定的差別，但是是在誤差的允許范圍內(nèi)。致謝光陰似箭，歲月如梭，不知不覺我即將走完大學(xué)生