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基于HMI+PLC塔酥生产线控制系统设计

基于HMI+PLC塔酥生产线控制系统设计

利用PLC作为控制系统的核心设计,既简化了电路的设计,还提高了系统的稳定性和设备的进给精度。利用编程软件可以方便的编辑梯形图以及设置有关的生产参数,有效的提高了产品质量。PLC控制系统无论在工业生产还是在民用和商用的设计上都显示出了很大的发展潜力

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  • 详细描述

    基于HMI+PLC塔酥生产线控制系统设计
    摘  要
    本文献综述是对HMI+PLC塔酥生产线控制系统的设计进行了综述。首先是对国内外分切机的设计生产以及机器自身控制系统设计的发展现状、设计控制系统的发展历史、控制系统的组成做了分别的介绍,然后又对于本次毕业设计课题中控制系统的核心进行了比较和选择确定,其中包括了继电器控制、单片机控制、PLC控制,最后阐明本次课题设计的必要性以及实际意义。
    关键字:面坯分切机;PLC;控制系统核心
    引  言
    工业化生产中各种机器的使用大大提高了生产的效率,使生产利益得到很大的提升。分切机是一种可以将宽幅的纸张或者薄膜分切成多条窄幅的材料的机械设备,常常被人们用于造纸机械、食品加工机械和印刷包装的机械中。合理的分切机控制系统设计可以使分切机在工作运转中更加的高效,也可以延长机器的使用寿命。从传统的手工生产面坯工艺可以知道,面坯的生产既费工又费时,而且效率还很低,于此同时生产的面坯质量还得不到保障,浪费大量的人力物力。面坯分切机的使用可以改善这些状况,通过面坯分切机的机械自动化生产,既能提高生产面坯的数量,还可以保证面坯的安全质量进而保证成品的生产安全质量,避免过多的使用人力物力增加成本投入,来达到商业利益最大化的目的。机械的自动化生产主要是依靠设备所对应的控制系统来实现的。控制系统主要由控制主体、控制客体以及控制媒体所组成的,并且控制系统是具有自身目标和功能的管理系统。控制系统的核心控制部分可以使用继电器,单片机或者PLC,选取合理的控制系统核心对于机器的控制系统设计起到了十分重要的作用。
    1  控制系统的发展历史
    (1)早在20世纪40年代,控制系统就开始被使用在机械工业上了,控制系统最初是通过简单地接触器和多个继电器的串并联等来控制电器,用以实现被控制对象的开、关以及调速等控制,但是它的控制速度较慢,控制精度也不高。
    (2)20世纪30年代,控制系统从断续的控制发展到了连续控制阶段,连续控制系统可以对控制对象的工作状态进行随时监控,还可以同时根据被控对象的输出量与给定量之间的偏差对被控对象进行调整,连续控制的快速性和控制精度都超过了早期的断续控制,并且简化了控制系统,减少了电路中的触点,还提高了可靠性,使生产效率得到了很大的提升。
    (3)到20世纪40~50年代,这时候出现了大功率可控的水银整流器控制。
    (4)20世纪50年代末期,大功率固体可控的整流原件晶闸管和功率晶体管控制的出现为机电自动化控制系统开辟了新纪元。
    现在所说的控制系统,多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统,在控制系统的发展史上,称为第三代控制系统,以PLC和DCS为代表,从70年代开始应用以来,在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始,陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等等先进的控制系统。
    2  分切机控制系统现状
    由于分切机的功能特殊性,在很多工厂的自动化生产线上都可以使用。因为分切材料不同,分切机的结构设计和控制系统设计也会有不一样的部分。分切机运行时,由于物料不同的厚度所表现出来的物理特性不一样,在一次分切机当中,物料的结构也有所不同,在控制系统上缺乏对应其结构变化而带来的变化,其中的差异性很少有人研究。成熟性的控制系统软件在目前国内生产市场中还是寥寥无几。在众多的中小型企业中,由于生产成本和分切机自身造价等多种因素的影响,多数分切机进行的是半自动化的生产方式,分切机的控制系统也多是开环控制系统,缺少必要的反馈装置用于对输出量与给定量的比较和调整,以至于在生产工程中降低了效率。虽然如今在我国国内的控制元器件使用已经是十分广泛,价格也相对低廉,但是国内生产分切机的厂家在机械结构设计以及自动化控制系统的设计等方面的投入力度远远不及国外的生产厂商,所以导致目前我国所生产的分切机自动化水平一直徘徊在中下游水平。特别是在控制系统上与分切机的结构、和所分切的物料上缺乏有机的结合,在这个层面上讲,国产分切机绝大多数还停留在分切粗线条上,所以急需寻找更合理的机械结构设计和控制系统设计原理,可以最大限度的使用硬件所提供的功能。
    3  控制系统方案的选择
    本次设计食品面坯分切机的控制系统,具体要求为传送速度可调,分切长度软件可调,分切速度可调,具有基于人机交互良好的参数设置装置。控制系统的设计要合理可行,成本经济,需要选择合适的控制系统核心构件来完成设计。
    (1)传统的继电器控制系统中主要通过硬件接线完成,其利用继电器机械触点的串并联和延时继电器的动作滞后性来组成控制逻辑,继电器的接线比较多并且复杂,体积较大,功能消耗也比较大,其构成系统后,如果机器运行中需要修改或增加其他功能比较困难。由于其机械触点有限,继电器控制系统灵活性及可扩展性受到了比较多的条件限制。然后当通电后,控制系统电路中所有的继电器都处于受制约的状态,被称为并行工作形式。继电器控制系统主要以触点的动作实现,其工作的频率较低,触点的开关动作时间极短,一般几十毫秒数量级,并且机械触点还可能出现松动,触点开或闭时出现磨损、电弧烧伤等现象,直接导致触点的使用周期减短,增加经济成本,所以继电器的可靠性和可维护性比较差。本次设计食品面坯分切机的控制系统,属于中小型单机控制,继电器作为控制核心不符合最优设计,并且生产工作中系统的调试及维修更换也不方便,所以不予以采用。
    (2)单片机是将电子计算机的基本构件(CPU、存储器等)采用集成电路的技术将其集成在一块硅基片上,因为其体积小和功能性较强的特点,常用于电子设备的控制器,因此从控制的观点讲,我们常称为单片控制器。对于单片机来讲,如今的单片机正向着提高工业环境下控制系统的可靠性和灵活方便地构成应用系统界面的方向发展,并且控制的功能会越来越丰富、越灵活。单片机在智能家电、通讯系统、温度湿度控制、高新科技、机械工业等领域都发挥着重要的作用。
    单片机具有以下特点:高集成,其内部设有程序存储器、数据存储器、各种接口电路;单片机主频一般在100MHZ以下,适合用于独立工作的小型产品之中,引脚数量从几个到百余个;应用简单、灵活,可用汇编语言及C语言开发单片机产品。同时单片机的可靠性比较低,抗干扰能力不强,加入进行大规模扩展,系统电路复杂,降低可靠性;开发成本高和开发的周期长,由于单片机设备为专用特殊设备。其控制系统专用型比较强,通用性较差,开发投如较高并且工程师要花大部分的时间在硬件设计以及编程调试处理上,最为重要的工艺过程却没有更多的时间设计考虑;不便于修改和维护,用单片机开发的设备一般是专用设备,很难在市场上购买可替代的配件,不便于维护和保养。
    (3)PLC中文称之为可编程逻辑控制器,PLC使用一类可以编程的存储器,用作其内部程序程序储存,,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算数计数等等面向用户的指令,并且通过数字式或者模拟式的输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它是微型计算机技术和传统的继电器接触控制技术相互结合的产物。PLC的出现,逐渐替代了继电器电路在控制系统中的作用,伴随着科学技术的发展,计算机和PLC技术也在不断的完善。PLC按结构可分为整体型和模块型,按CPU字长可分为1位、4位、8位、16位、32位等。一般可以按照控制功能选型或者按照输入和输出点数选择。整体型PLC的I/O点数固定,所以用户选择的余地较小,用于小型的控制系统;模块型的PLC提供多种I/O卡件或插卡,所以可以根据需要合理选择和配置控制系统的I/O点数,功能扩展相对方便灵活。目前PLC作为工业自动化生产控制系统的核心被应用在化工、石油、钢铁、电力、汽车、机械制造、建材、轻纺、环保及文化娱乐等。
    PLC具有以下优点:编程方法简单容易学习,功能性强,性价比较高,硬件配套相对齐全,使用方便,用户使用性很强,可靠性较高,抗干扰能力强,系统的设计、安装、调试工作量少,维修工作量少,体积小而轻便,低能耗和高效率等等。
    由于本设计食品面坯分切机为单机控制系统,相比较以上三种控制系统核心和实际生产设备和控制系统的设计要求,本设计将会采用PLC做控制系统核心,文本显示器作为人机交互通道。这是因为PLC适用于单项或者重复数少的工程项目,并且不同种类的PLC有相似的工作原理、功能和指标,具有一定的可替换性,品质质量有一定的保障,并且编程软件也正逐步的标准化。
     
    总结
    综上所述,利用PLC作为控制系统的核心设计,既简化了电路的设计,还提高了系统的稳定性和设备的进给精度。利用编程软件可以方便的编辑梯形图以及设置有关的生产参数,有效的提高了产品质量。PLC控制系统无论在工业生产还是在民用和商用的设计上都显示出了很大的发展潜力,PLC控制系统将会在以后的日子里继续发挥重要的作用。
     参考文献
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