基于PLC高速全自动包装机的控制新版系统标准设计程序及图纸.doc

题 目：基于PLC高速全自动包装机控制系统设计
指导老师： 职称：
学生姓名： 学号：
专 业： 机械设计制造及其自动化
院 （系）： 机电工程学院
答辩日期： 6月23日

摘要

卫生卷纸是大家生活中必需品，伴随大家对纸质品用量增加，对卫生纸需求也越来越大，且对卫生纸安全性，方便性要求也越来越高。为使包装出物品整齐、美观并含有良好包装质量，研制高速、高效、高质、经济新型包装机是市场迫切需求。本设计以高速全自动卷纸包装机控制系统作背景，同时结合理论和实践，细致地记述了：光电感应技术、PLC技术、通信技术于一体优异控制技术在这款包装机控制系统中应用。
本设计关键内容以下：1.记述了可编程控制器PLC现况和它在包装机械上应用可行性和前景。2.基于对卷纸包装机生产工艺步骤认识，计算其输入输出I/O点，然后对PLC选型，硬件组态设计。3.包装纸包装过程中同时控制问题。4.利用Siemens企业编程软件Step7、和通信功效设计了包装过程梯形图、PLC通信网络及STR语句，用来实现数据采集和控制输出设备高速、高效、安全地运行。
经过我们努力，卷纸包装机控制系统设计已经完成。而且经过了严格测试，在试验室模拟运行中，取得了良好控制效果。使该机不管从功效上还是效率上全部取得了质提升，很好地实现了控制要求。
关键词：PLC 包装机 同时控制 Step7

Abstract

A roll of toilet paper is people's life must, with the increasing of the amount of paper products, the demand of toilet paper is also more and more big and the safety of toilet paper, convenience are increasingly high requirements. In order to make the goods neat, beautiful and have good packaging quality, the new packaging machine with high efficiency, high efficiency, high quality and economy is the urgent need of the market.The design of high-speed automatic roll paper packaging machine control system as the background, combined with theory and practice, carefully Chronicles photoelectric sensor technology, PLC technology and communications technology in one of the advanced control technology in this packaging machine control system application.
The main contents of this design are as follows: 1. the present situation of the programmable controller PLC and its feasibility and prospect in the application of packaging machinery. 2. based on the recognition of the production process flow of the paper packaging machine, calculate the input and output I/O points, and then select the PLC, hardware configuration design. 3. Synchronization control in the process of packaging paper packaging. 4. Use Siemens STEP7 programming software, and the communication function design the packaging process ladder diagram, PLC communication network and STR statement, used to implement data acquisition and control output device of high speed, high efficiency and safe operation.
After our efforts, the design of the control system of the paper packaging machine has been completed.. And after a rigorous test, in the laboratory simulation, achieved good control results. The machine was to improve the quality of both the function and efficiency, achieve better control of the request.
Keywords： PLC Packing machine Synchronous control Step7

目录

1 绪论 1
1.1 可编程控制技术现实状况 1
1.2 可编程控制技术发展趋势 1
1.3 PLC和其它工业控制系统比较 3
1.3.1 PLC和继电器控制系统比较 3
1.3.2 PLC和单片机控制系统比较 4
1.3.3 PLC和计算机控制系统比较 4
1.3.4 PLC和集散型控制系统比较 5
1.4 卷纸包装机产生背景及意义 5
1.5 PLC在包装机械上应用可能性和前景 5
1.6 本设计研究关键内容 6
1.7 设计安排 6
2 卷纸包装机控制系统总体设计 8
2.1 卷纸包装机生产工艺叙述 8
2.2 控制方案设计 9
2.3 系统运行模式 10
3 控制系统硬件总体设计 11
3.1 总体结构关系 11
3.2 控制系统关键器件选择 11
4 电器线路和元件模块设计 13
4.1 供电线路 13
4.2 关键控制功效模块设计 13
4.2.1 装料工位1 13
4.2.2 夹钳抓紧、旋转和窝边工位2 15
4.3 卸料工位3分析 16
4.4 放卷、分切部分张力控制 16
5 同时控制系统分析 18
5.1 送料过程中同时控制 18
5.2 信号获取 18
5.3 同时控制电路原理分析 19
6 系统软件设计 21
6.1 概述 21
6.1.1 可编程序控制器实现控制关键点 21
6.1.2 可编程序控制器实现控制过程 22
6.1.3 可编程控制器实现控制方法 22
6.2 PLC程序总体结构 22
6.3 PLC软件选择 23
6.4 Step7软件介绍 23
6.5 模块化编程 23
6.6 程序仿真调试 30
结论 31
致谢 32
参考文件 33
附录 35

1 绪论
1.1 可编程控制技术现实状况
可编程控制器（Programmable Logical Controller）简称PC或PLC，是60年代末发明工业控制器件，是美国数字企业（DEC）为美国通用企业（GM）研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生[1]。伴随计算机技术飞速发展，PLC软硬件水平和规模也发生了质和量改变，其控制技术也朝着智能化方向不停发展，同时推进了优异制造技术对应发展。现代PLC已经成为真正工业控制设备。最初，PLC关键是用在生产线控制和大型机械控制上。但很快，西德西门子（SIEMENS）企业、BBC企业就开始研制PLC，当初关键是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本OMRON也推出了她们PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等企业也前后加入了PLC制造者行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化小型PLC。因为PLC是为工业控制所生产通用性很强，适合于大批量生产装置，所以成本快速下降；加上其是专为工业控制所设计，所以含有极好抗干扰性能；而且她使用和维护全部极为方便，实现了低水平操作、高性能控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械控制领域，其成本低廉和性能优良对直接使用微机作为控制单元做法组成了强有力挑战，更有全方面替换传统继电器控制屏趋势。据国外资料介绍：1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门（如汽车、拖拉机工业、机械工业等）、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其它部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。多年来，伴随中国对外开放，日、美、西德等国生产PLC已经过多个路径进入了中国，引发了各方面重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德PLC。
1.2 可编程控制技术发展趋势
伴随计算机科学发展和工业自动化愈来愈高需求，可编程控制技术得到了飞速发展，其技术和产品日趋完善[2]。仅仅将PLC了解为开关量控制时代已经过去，PLC不仅以其良好性能满足了工业生产广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功效也日趋完善。以后，PLC将关键朝着以下两个方向发展：一个是向超小型专用化和低价格方向发展；另一个是向高速多功效和分布式自动化网络方向发展。总趋势以下：
（1）可编程控制技术标准化
在工业自动化产品繁花似锦今天，各生产厂商既相互竞争又相互合作。一个自动化产品竞争力除表现在其技术上个性外，更关键还在于其满足国际标准化程度和水平。标准化首先确保了产品出厂质量，其次也确保了各个厂家产品相互兼容。出厂检验时各可编程控制产品厂家全部有对应技术标准作依据。根据这些标准，多种型号PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等条目全部给出了明确要求。不过，这些标准现在只能是统一区域性产品，而不能实现全球统一性。为了使各厂家产品有一个共同参考平面，制订了国际标准。
（2）CPU处理速度深入加紧
现在PLCCPU和微型计算机CPU相比，还处于比较落后地步，最高也仅仅处于80486一级。未来会全部使用64位RISC芯片，实现多CPU并行处理或分时处理或分任务处理，实现多种模块智能化，且部分系统程序用门阵列电路固化。这么PLC实施指令速度将达成纳秒级。
（3）可编程控制技术智能化
提升一个系统智能程度不仅提升系统品质，在某种意义上也提升了系统可靠性。
（4）系统开放性和兼容性
开放性和兼容性是不可分割而且是相辅相成概念。首先是某一产品和第三家同类产品在通信上兼容程度，其次是指某系统尤其是软件上开发平台对使用者有多大开放程度。当今可编程控制产品种类繁多，加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不一样厂家产品做主从站现象，这就要求每一厂家产品族中，全部要考虑到和其它厂家产品兼容性问题；其次，可编程控制器和工业控制机等其它装置通信难易也表现了开放性特点。除此之外，同一厂家产品族中各系列产品兼容性也代表了可编程控制产品水平。
（5）通用性和专业化结合
可编程控制产品是通用。不过工业每一领域全部有其自己特点。怎样才能使一个系统既含有通用性又含有专业化呢?硬件系统模块化便是处理这一矛盾钥匙。这么，适合于某个行业或一些特殊问题专用模块就能够很轻易地集成到通用系统中去。常见专用模块包含：定位模块、温度测量模块、高速采样模块、网络接口模块等。
（6）可靠性深入提升
伴随PLC进入过程控制领域，对PLC可靠性要求深入提升。硬件冗余容错技术将深入得到应用，不仅会有CPU单元冗余、通信单元冗余、电源单元冗余、1/0单元冗余、而且整个系统全部会实现冗余。但从根本上来讲，系统可靠性取决于系统各单元可靠程度。要确保整个系统可靠运行，首先要求系统各单元质量要得到确保。MTBF(平均无故障时间)是衡量产品质量关键指标。纵观各著名厂商，其PLC产品全部有不一样程度冗余功效，而且发展越来越完善。
（7）控制系统分散化
依据分散控制、集中管理标准，PLC控制系统1/0模块将直接安装在控制现场，经过通信电缆或光纤和主CPU进行数据通信。这么使控制更有效，系统更可靠。
（8）控制和管理功效一体化
为了满足现代化大生产控制和管理需要，PLC将广泛采取计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统生产控制功效和信息管理功效融为一体。总而言之，我们不难得出下面多个结论：①工控机、计算机集散控制系统及PLC正在走着一条相互融合道路。②智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线新型控制思想。③系统智能性将越来越关键，所以系统分析运算能力将越来越强。④基于标准化开放性和兼容性是衡量系统质量关键判据。⑤通用性、高度专业化融合是可编程控制系统新特征[3]。
1.3 PLC和其它工业控制系统比较
在现代工业设备及自动化项目中，我们会碰到大量开关量、脉冲量及模拟量等控制装置。如电机开启和停止，电磁阀开闭，工件位置、速度、加速度测定，产品计数和温度、压力、流量等物理量设定和控制等等。传统工业自动控制关键是由继电器或分离电子线路来实现。这种控制方法即使造价廉价，但却存在很多致命弱点：只适适用于简单逻辑控制，仅适用某种控制项目，缺乏通用性，一旦要实现改动或优化，只能经过硬件重新组合来实现。现在，工业界比较有代表性控制方法关键有以下多个类别：继电器控制系统，单片机控制系统，微型计算机系统，集散型控制系统[4]。
1.3.1 PLC和继电器控制系统比较
继电器控制是采取硬接线逻辑，利用继电器触点串、并联立即间继电器延迟动作来组成控制逻辑，其缺点是一个系统一旦确定就极难轻易再改动。假如要在现场做部分更改和扩展更是难以实施。而PLC是利用其内部存放器以数据形式将控制逻辑存放起来，所以只要改变PLC内存放器内容，也就能够实现更改控制逻辑目标。对于PLC来讲，只要用PLC配置编程器在现场就能够完成更改。至于PLC对外部联络，只有I/O点，只要输入输出对象不变，就无须对硬接线作任何改动。
继电器控制逻辑是依靠触点机械动作来实现。工作频率很低。一次动作通常为数十毫秒。对于复杂控制，使用继电器越多，反应就越慢。而PLC是以微型计算机为基础控制装置，其运行速度为每个指令步数十微秒(对于高速PLC则是5微秒以下)。而且内部有严格同时，所以不会出现抖动问题。
对于限时控制，继电器是利用时间继电器延时动作来实现。因为时间继电器是利用空气阻力，半导体延时电路来实现延时，所以其定时精度低，调整不方便。且环境温度改变等原因全部会对定时精度有直接影响。而PLC则是由晶体振荡器所产生脉冲经数次分频后得到时基脉冲进行计数来定时，定时范围通常为0.1秒，也有0.01秒，精度通常高于10毫秒，只要依据需要由编程器送入时间常数即可实现定时时间设定或更改。因为PLC定时是对时基脉冲进行计数来实现，所以假如是对外脉冲进行计数，就成为计数器。现代PLC通常全部含有定时器和计数器功效。
从可靠性和可维护性方面来看，继电器控制逻辑因为使用了大量机械触点，连接线也多，触点开闭时产生电弧会使触点损坏，动作时机械振动还可能使接线松动，所以可靠性和可维护性全部较差。而PLC则采取了无触点电子电路来替换继电器触点，确切地说是用存贮器内数据来替换触点，所以不存在上述缺点。而且体积小、功耗小、寿命长、可靠性高、还含有监控功效和自检功效，使程序运行过程成为透明。
PLC通常还含有步进控制指令，能够进行步进控制，而继电器逻辑就比较困难。继电器逻辑只能对开关量进行控制。而PLC除了含有开关量控制功效外，有些功效较全 PLC还含有A/D, D/A转换装置，能够用来对模拟量进行控制。不过现在在成本方面PLC还比继电器贵，通常进口产品每个I/O点为人民币80元左右；国产通常点I/O为60元左右。
1.3.2 PLC和单片机控制系统比较
即使单片机配置较微机系统简单，成本也较易接收，但它仍然不是为工业控制而设计。一样存在着编程难、不易掌握、需要做大量接口工作，可靠性仍较差，成本高等缺点。尽管其有较强数据处理能力，但工业控制全部为开关量控制，所以其优点仍得不到发挥。单片机和PLC比较：在很大程度上，单片机是专为工业控制而设计。所以，它含有很好环境适应性。实际上，现代PLC关键就是单片微处理器。用单片机作控制部件在成本方面含有优势。不过不可否认，从单片机到工业控制装置之间毕竟有一个硬件开发和软件开发过程。即使PLC也有必不可少软件开发过程，但二者所用语言差异很大，单片机关键使用汇编语言开发软件。而PLC用专用指令系统来编程。前者复杂而易犯错，开发周期长。后者简便易学，现场就能够开发调试。
单片机控制系统仅适适用于较简单自动化项目。硬件上关键受CPU、内存容量及I/O接口限制；软件上关键受限于和CPU类型相关编程语言。通常说来单片机或单片机系统应用只是为某个特定产品服务。其通用性、兼容性和扩展性全部相当差。
1.3.3 PLC和计算机控制系统比较
PLC是专为工业控制所设计。而微型计算机是为科学计算、数据处理等而设计，尽管二者在技术上全部采取了计算机技术，但因为使用对象和环境不一样，PLC较之微机系统含有面向工业控制、抗干扰能力强、适应工程现场温度、湿度环境、输入、输出通常采取“光电”隔离技术，并配置有可承受较大负载继电器或可控硅(也有用晶体管)输出部件，通常能够直接驱动小型电机等负载。另外，使用面向工业控制专用语言而使编程及修改方便。并有较完善监控功效。而微机系统则不含有上述特点，通常对运行环境要求苛刻，使用高级语言编程，要求使用者有相当水平计算机硬件和软件知识。另外，微机系统外设配置较多，有些对工业控制并非必需。所以PLC显然较微机系统更适合于工业控制。
1.3.4 PLC和集散型控制系统比较
PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来[5]。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分布式控制系统，它在模拟量处理，回路调整等方面有一定优势。PLC伴随微电子技术、计算机技术和通信技术发展，不管在功效上、速度上、智能化模块和联网通信上，全部有很大提升。并开始和小型计算机联成网络，组成了以PLC为关键部件分布式控制系统。伴随网络通信功效不停增强，PLC和PLC及计算机互联，能够形成大规模控制系统，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，这么就己经含有了集散控制系统形态，加上PLC价格和可靠性优势，使之可和传统集散控制系统相互竞争。
因为以上原因，能够预见伴随PLC成本下降和机器要求提升，将很快在大部分场所替换继电器控制屏。不管是和传统继电器、接触器控制逻辑相比，还是和现代微型计算机系统乃至专用于控制单片机相比，在工业控制方面PLC全部含有显著优越性。尤其是对生产流水线、动作复杂单机，比起前述多个控制手段来含有寿命长、可靠性高、对环境无特殊要求、开发费用低、周期短、无需专门计算机软、硬件知识就可在短期内掌握，功效扩展方便，成本可为通常见户所接收等优点，是现代机电一体化产品控制装置理想选择。
1.4 卷纸包装机产生背景及意义
卫生卷纸是大家生活中必需品，伴随大家对纸质品用量增加，对卫生纸
需求也越来越大，且对卫生纸安全性，方便性要求也越来越高。为使包装出
物品整齐、美观并含有良好包装质量，研制高速、高效、高质、经济新型
包装机是市场迫切需求。现在，该类包装机多半为进口产品，价格昂贵。为此，
我选择了相关卷纸包装机控制系统设计课题。
1.5 PLC在包装机械上应用可能性和前景
包装机械最大特点是动作复杂、频繁，且有较多实施元件。在这种场所使用继电器控制逻辑肯定需要大量中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控制情况下，就能够对其内部辅助继电器进行编程以后替换。从物理介质方面来讲，前者是要用具体电气元件来组合，以后者只是PLC内部寄存器，在PLC编程容量许可范围内，能够不花费额外费用来实现复杂控制逻辑。通常PLC全部有上百点内部辅助继电器甚至更多，且还有多个专用内部电器，足能够应付通常控制要求，唯一需要做工作就是对PLC进行编程。实际上PLC用于这种场所是最能显现出其经济性。当然我们不仅忽略了PLC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法，从上述意义上来讲，PLC最适合于需要大量中间继电器场所。且PLC和其它工业控制系统比较含有很多优点：
（1)更改控制逻辑只需修改软件，无需对硬件作改动；
（2)程序能够复制，批量生产很轻易；
（3)电气硬件设计大大简化；
（4)因为PLC除有继电器功效外，还有多个其它功效，能够实现继电器无法实现控制功效，实现某种程度上智能化，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，但继电器控制伴随所用中间继电器数量增加，成本急骤上升，而PLC控制几乎保持不变，这一点对于复杂控制来讲含有没有可比拟优越性；
（7)含有扩展单元或扩展模块，当需要较多1/0时能够方便地扩展。
所以，国外在注塑机、多种包装机上已经大量地采取了PLC来替换传统继电器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提升。
中国包装机械现在控制部件大多还沿用继电器方法。假如能用PLC来替换话，则能够简化机械结构，机械和电气设计全部能够得到简化[6]。更关键是能够使原来无法实现一些功效得以实现，使机器在某种程度上实现智能化。经过对多种控制系统分析比较，我们决定采取PLC控制系统。
1.6 本设计研究关键内容
（1）对可编程控制系统现实状况和发展趋势作一简单介绍，明确背景知识和选型依据；分析PLC在包装机械上应用可能性和前景。
（2）卷纸包装机各动作控制工艺研究。了解卷纸包装机工作过程及工艺要求。总结各机构动作次序，将其用步骤图形式表示出来，为实现高速全自动运动控制做准备。
（3）可编程控制器部分设计，包含控制方案选择和设计、I/0接口信号确实定、模块选择，控制程序设计和调试。
1.7 设计安排
本设计共分六章。设计第一章关键介绍了可编程控制器现实状况及发展趋势及其在包装机械上应用可能性及前景，分析了PLC控制系统和其它控制系统区分，介绍了本课题研究内容。第二章分析了卷纸包装机工艺步骤和包装各动作时序及包装机速度影响原因及提升方法，设计了包装机控制系统控制方案、运行方法及硬件选择。第三章关键对硬件进行总体设计。第四章关键是对控制系统供电线路及包装机各工位元件设计。第五章关键是对包装过程同时控制系统进行分析。第六章依据PLC原理用SIEMENSSTEP7设计了一些功效块梯形图，并用S7-PLCSIM simulator模拟其运行结果。
2 卷纸包装机控制系统总体设计
第一章介绍了可编程控制技术部分概要情况，下面就具体结合卷纸包装机电控系统实际来看一下它应用。这里需要说明是，正如前面所提到那样，可编程控制技术并非单纯是指PLC本身，而是包含其在内一系列自动化控制产品和技术应用。本系统在电气控制部分设计时，充足考虑到用户功效需求和和本系统机械部分配合需求，在具体实现过程中，又以系统可靠性和易用性为准则，尽可能把本系统设计成为一个功效齐全、可靠性高且易于使用包装机设备。在设计控制系统之前，首先得了解其生产工艺。
2.1 卷纸包装机生产工艺叙述
卷纸包装机主体作用是把起源卷纸库卷纸根据每分钟60个频率包装为满足要求卫生卷筒纸。图2.1-1所表示是简易工艺步骤图。包装纸根据卷筒形式安装在原料架上方，一旦上位机释放命令，放卷电机开始动作，放卷开始。放卷到要求长度（长度依靠色标来确定）时，经过色标信号向切纸机构发出指令。切纸机构用是交流变频调速电机，带动一个凸轮旋转，进而带动切断刀上下进行运动，在凸轮上放置一个位置传感器，当凸轮转到某一固定位置时，切刀开始向上运动，二刀分离，当出现色标信号时，刀又开始向下进行运动。切刀向上和向下工作频率可借助变频调速电机进行调整，操作简单方便。已经完成切割纸片经过整理后放到纸片库中，等候推纸空心台送纸片。同时卷纸库卷纸经过整理等候托盘推杆送卷纸球。包装过程依靠包装工艺盘及其辅助机构来实现。包装工艺盘一共有八个V形槽和三个加工工位，当包装纸和待包装卷筒纸放到槽中以后，由工艺盘载着其开始转动，依次送到每个加工工位。工艺盘转动是借助交流电机经过皮带传动带动，每个加工工位动作是借助次序逻辑控制电磁阀带动实施机构动作。工件先是从1号工位装入，然后在2号工位由夹钳机构完成前进，抓紧，旋转和窝边动作，同时依次向托盘和推纸空心台发出送纸球和送纸片信号，最终在3号工位处，已经包装好产品因为重力作用自由落入到成品库中。

原包装纸
防卷
切纸

纸片空心台
纸片库

工位3
工位2
工位1
V型槽
纸片整理

托纸盘

卷纸库

图2.1-1 卷纸包装工艺步骤图

图2.1-2包装过程各工位时序图
因为它是一个突出次序控制，最简便方法是利用移位寄存器来运转。移位寄存器假设是一个8位，一个V形槽和一个移位寄存器吻合，移位一次要120ms，2号工位给出上料指令时，纸片被推进于推纸空心台，纸球被托盘牵引而且用一样速度向前推进当第一工位恰好工艺盘V形槽相吻合时，工艺盘不动，拖延时间在这个时间是150ms，守候纸片被放纸空心台压到时，到位行程开关，关闭，托盘到位行程开关，被托盘压到时，托盘不动，实现了送料目标，等到延时结束，齐头并进。存纸空心台和托盘向后运动，而且插纸板向前移动顶起纸球和工艺盘运动到2号工位位置时，工艺盘不动，延时250ms指令，在这段时间内，当工艺盘不运作后插纸板也跟着停止运作，而且给出送料不过因为惯性会出现包装纸绕着纸球以一个很小角度旋转，目标是让纸球被包装纸全部包起来，接着又向后运动，轴向移动是夹钳机构，限位开关被接触到时，轴向移动就暂停，不过三个夹杆一起径向移动，握捞包装纸两头，抓紧限位开关被打开时，经过90度改变后夹钳机构轴接着向前运动，完成窝边后，这个机构就向后运动。和3号工位位置吻合时，产品自动掉下，包装过程完成，过程反复进行，等到给出暂停指令。图2.1-2所表示，包装一个卫生卷纸只需880ms，因为扫描周期存在，所以一分钟只能生产出60个产品。
2.2 控制方案设计
依据卷纸包装生产工艺，卷纸包装机控制系统关键包含放卷过程控制，送料过程控制，同时控制，因为控制项目多，被控工序还全部聚集在一块，所以选择集中控制系统这方案。集中控制系统图2.2-1所表示，可编程控制器特定I/0和每个被控制工序相通，所以被控对象中状态，数据转换不用另外开通信号线。PLC是一个控制设备，它在单独控制系统缺点是有不足，攻破不了有难度计算，实时图形，历史统计，显示汉字。打印报表等功效在PLC中无法实现。针对这些缺点，上位机辅助是我们理想选择。上位机功效是对数据存贮、处理和输出，用图形或表格形式给现场用动态模拟图来表示、预判限值或报警信号，依据实时需要打印报表。
控制器

A B C
控制对象

控制对象

控制对象

图2.2-1集中控制系统
2.3 系统运行模式
运行模式有四种分别是手动、单步、周期和自动。
（1）手动：每道工序全部单独运作，按开关按钮即可控制。
（2）单步：按开始开关，运作一个工序，到位就停止。又按开始键，就是下一道工序运作。
（3）周期：从第一道工序位置算起，按开始开关，程序自动实现一个往返操作后返回到启始位置停止。
（4）自动：按开始开关，程序自动实现一个往返操作后返回到启始位置又接着从第一步开始运行，自动调整。在自动模式时，假如按下复位开关，系统还是运行到第一步启齿地方才暂停；假如按停止开关，运行就立即停止，这时候假如再按开始，系统就从这位置运行至启始处停止。从卷纸包装机实际出发，自动运行和手动运行是我们最好选择[7]。和运行模式设计对比，停止运动模式也要策划。正常停运，临时停运和紧急停运是可编程控制器三项停运方法。考虑控制系统需要，因为包装机运行模式是循环模式，当在操作完成或检测到停止运行信号或机器出现问题或突发事情时才停止，所以该系统应用硬件切断电源，让系统立即停车。

3 控制系统硬件总体设计
3.1 总体结构关系
因为PLC管理按键、行程开关和其它开关量信号导入，和把信号送去控制接触器、继电器、变频器等电气元件，这么就控制每个电机运作，指示灯显示也得到了控制工控机作用是参数修改和设置、全自动控制、在线监督、输送信号。工控机由串行口和PLC相接，通信交换，所以工控机是用发出信号来控制PLC运作来完成全自动控制[8]。
3.2 控制系统关键器件选择
工控机、PLC、变频器是卷纸包装机控制系统关键零件。
工控机：本系统上位机选择研华IPC-610工控机，ISA总线插槽4个分布在内部底板上、因为有2个PCI总线插槽和一个CPU插槽，所以能够更简捷拓展系统，利用WINDOWSNT操作系统，打印机外接一个，目标是报表打印。达成报表数据完善性。以下是PLC选择和它模块配置一定要对控制对象和控制目标计算和研讨在工作开始前。这么才能够明确系统机型，规模，和配值。据了解，这个包装机控制操作系统应含有配置以下不相同特点I/0点。
首先选择80个开关量导入；然后再选择50个开关量导出；再对任意挑个类似量导入；最终任意挑个类似量导出；由控制任务得，该设计挑中了S7-300软件，它特点是适合中等控制系统需要，而且被很广泛应用。它模块化、没有排风扇结构功效、不过很用以完成份布，用户学习操作起来简单等优势让S7-300能达成各式由小规模到中等性能需求控制任务简捷且实惠方法。
依据I/0点数确实定要根据实际点数再加20Yo-30%备用量及其特征，配置了以下模块：
（1）2个模拟量输入模块SM331为16路模数转换通道；
（2）4个模拟量输出模块SM332为16路模数转换通道；
（3）4个数字量输入模块SM321为输入通道；
（4）3个数字量输出模块SM322关量输出通道；
（5）中央处理单元CPU315-2DP；
（6）通讯处理器CP343-5；
（7）接口模块IM360和IM361。
在该系统中，关键功效是搜集外部开关信号（按钮、行程开关、继电器节点）输入，估计现在系统状态和输出信号来控制接触器、继电器等器件，用来达成控制任务目标。另外，还有一个艰巨任务就是搜集工控机控制命令，达成全自动包装循环效果。本项目中配置S7-3OOPLC模板型号和数量图3.2-1所表示。
IM
321
SM
322
IM
322
SM
322
IM
321
SM
321
IM
361

CPU模块

处理部件

通信部件
PS
307

CP
3436
IM
331
IM
331
SM
332
IM
332
SM
332
IM
360

图3.2-1系统结构和配置图
变频器选择
因为张力和精度控制联络亲密，且负载小特征，所以选择变频器是西门子MICROMASTER 440矢量型变频器。这个系列变频器控制和动态感应度全部很好。另外，因为她内部配置多种相关量数组组成，增加控制自由度，让这款变频器更多利用在高运动性能控制领域。完善了多种多样控制工程需求。尤其是近期时期，这种工程型变频器系统被大部分应用在机电气造纸生产行业中。MICROMASTER 440系列变频器作用稳定，能够适合各类环境应用需求[9，10]。
在卷纸包装机控制系统里大部分传感器用开关量分配给PLC，用它给实施决定依据，比如：
（1）上位机开始命令
（2）色标信号
（3）货物配送命令
（4）纸片上路径按钮
（5）纸球上路径按钮
（6）工艺盘标准位置1,2,3工位路径按钮
（7）送料机、皮带、推纸机停止和开始命令
（8）皮带、电磁阀等电源信号等

4 电器线路和元件模块设计
用三相异步电动机提供动力，经过专门变频器电源提供，转速用变频调速来完成。配置数台小型电机依次辅助驱动提供动力源，切纸机构，送料机构，插纸板，拿放操作手等[11]。针对这款包装机工序步骤，大致包含原包装纸给料动作中张力控制，送料步骤中同时控制，包装动作控制等。工艺盘转动动力源由三相异步电机用皮带传动提供，电磁发给各道工序带来外加动力转向从而带动机械结构移动来完成。
4.1 供电线路
图4.1-1所表示，三相电源经过滑线导入电气柜中，经过一个露天开关（QS1）后连接电机主回路和系统次回路。其控制部分配置了1.2KW变压器（TC2）将380V电压变为220V，还要分5条回路输出，依次向工控机、PLC, PLC输入回路、PLC输出回路和继电器回路输送电源。方便达成故障分散目标，而且益于调试和检测。在QS1前导出一路电源目标是给空调器和照明灯提供电源，因为它们全部是属于隶属设备，和控制无关，所以能够从QS1之前引出，为了在检修时也不干涉它正常运作[12]。

图4.1-1供电线路