本科 毕业设计 PLC张力控制系统的设计

1、 大学毕业设计(论文)任务书课题名称PLC张力控制系统的设计 一、毕业设计（论文）的内容本毕业设计（论文）的内容主要是介绍一个有实际应用意义的PLC张力控制系统。这个系统通过对卷纸的张力大小检测，根据参数来对膜卷，纸卷转速进行控制。从而把张力控制在技术要求允许的范围内，使生产的产品符合要求。二、毕业设计（论文）的要求与数据本设计根据角度传感器对张力产生的角度进行检测，检测信号通过A/D转换模块传送给可编程控制器（PLC），最后由可编程控制器（PLC）根据送来的参数对伺服电机、变频器进行控制，从而实现卷膜、卷纸的张力控制。三、毕业设计（论文）应完成的工作本毕业设计应完成一个张力控制系统的设计，设

2、计出来的系统应能满足生产的技术要求，而且具有实际应用价值。四、毕业设计（论文）进程安排序 号设计（论文）各阶段名称日 期1选择毕业设计题目3月3日2查找，收集有关资料 3月4日-3月20日3自学与本设计有关的知识理论3月21日-4月15日4确定设计方案 4月16-5月1日5系统控制框图，PLCC程序及论文的初步成型5月2日-6月5日6论文修改及定型6月6日-6月13日7论文答辩6月16日五、应收集的资料及主要参考文献本设计应收集有关PLC、伺服电机、变频器及角度传感器资料。本张力控制系统选用松下伺服电机，三菱变频器，西门子PLC。主要参考文献有：邓则名 邝穗芳编 电器与可编程控制器应用技术 北

3、京：机械工业出版社 2001三菱电机变频调速器FR-A540系列松下Panasonnic MINAS Aseries 伺服电机S7-200中文系统手册务书日期：2004发出任年3月3日 完成期限：2004年6月14日指导教师：李军 系主任：万频 院长：王钦若 目 录1绪论72认识张力控制系统82.1 张力控制系统初步认识82.1.1 张力控制82.1.2 什么是张力控制系统82.2 PLC简介92.2.1 PLC介绍92.2.2 PLC的主要特点92.2.3 PLC的一般结构102.2.4 PLC的基本工作原理122.2.5 PLC的选定132.3 认识伺服电机142.4 变频器综述152.4

4、.1 变频器的定义:152.4.2 变频器的发展历史152.4.3 变频器的用途:162.4.4 变频器的基本结构和工作原理162.4.5 变频器控制方式和基本原理172.4.6 变频器的安装设计基本要求182.4.7 变频器对微机控制板的干扰问题解决192.5 认识传感器202.5.1 认识传感器202.5.2 传感器的选用原则203设计说明及总体构想213.1 设计要求213.2 项目总体设计构想213.2.1 构图设想213.2.2 构件组成设想213.2.3 三菱FR-A540系列变频器233.2.4 角度传感器234程序设计245技术难点及其解决办法255.1变频器对微机控制板的干扰

5、255.2 PLC对变频器的控制256小结26致 谢27参考文献28附录29PLC张力控制系统的设计摘要：保证卷筒输出的卷膜具有一个恒定的张力，是卷膜能均匀传送并且均匀粘在铝带上的关键问题。本项目利用功能强大、使用方便、应用广泛的工业控制装置可编程控制器（PLC）设计开发张力控制系统的重要电气环节：PLC张力控制系统。论文中介绍了PLC、伺服电机、变频器及传感器的一些知识，对项目的设计进行了详细而专业的说明关键词：PLC 张力控机 变频器 传制 伺服电感器The Design of The Tension of PLC Control SystemAbstract： A outputs a G

6、um paper that guarantee the Constant dint has a tension settles, is a Gum paper can even transmission and even glue to take the last key problem in the aluminum.This item makes use of the function strong and big, the usage convenience, applied extensive industry control equips the important electric

7、ity link that programmable controller( PLC) in in design development tension control system- PLC tension control system. It introduced the PLC, servo electrical engineering, Change the machine of Frequency and spread the some knowledge that feels the machine in the thesis, to the design proceeding o

8、f the item detailed but professional elucidation.Keyword: PLC tension servo-machine transducer1绪论近年来由于印刷的多样化及印刷的高速化，张力控制方法被广泛利用，当前国外对张力控制的利用上已趋于成熟，使用非常普遍，随着工业生产的自动化程度不断地提高，PLC在工业生产上具有普遍的应用，如造纸业、纺织业、橡皮业、薄膜加工业等等，而PLC张力控制在上述工业中具有关键的作用。当处理一些如食品、药品、服装、衣料、香烟等的包装所使用的纸、玻璃纸、塑料薄膜、铝箔等纸张、薄片、丝、布等长尺寸材料或产品时，都会用上卷壳

9、及滚筒组成的加工生产线，因而，放料作业的张力控制，便成为通用的基础技术。张力控制的作用就是在料膜动态处理过程中，保持恒定的张力，抑制外来干扰引起的张力动。本论文所完成的项目设计是介绍一个车牌生产线上压膜流程的张力控制系统。在车牌生产线上，要求把薄膜（一种塑料）牢牢地粘贴在铝片上，这就需要严格地控制好放膜卷传送薄膜的张力，使薄膜的张力保持恒定，如果张力小于恒定值薄膜不能正常传送，张力大于恒定值有可能把薄膜拉断，张力过大过小都不能达到生产的要求。本设计使用了伺服电机，三菱变频器、普通电机、西门子可编程控制器（PLC）、角度传感器。项目中对两部分张力控制所选用的电机不同，是因为考虑到了生产成本的因素

10、。在卷膜传送部分，需要的控制要求高，因而选用在性能好但价格高的伺服电机，而在卷纸回收部分，需要的控制要求比较低，因而选用了廉价但能满足生产要求的普通电机。设计中的张力控制系统，在使用传感器上选择了角度传感器。通过对传送卷膜、卷纸的可动辊与水平面的夹角的测量，来判断张力大小是否发生变化。把检测出转角的模拟量送入控制器PLC中进行控制。2认识张力控制系统2.1 张力控制系统初步认识2.1.1 张力控制在一般的造纸厂、印刷厂、纺织漂染厂、食品厂等当处理一些如纸张、薄片、丝、布长尺寸材料或产品是，都会用上卷壳及滚筒组成的加工生产线，因而，放料作业的张力控制，便成为通用的基础技术。以料膜为例，在放卷，收

11、卷以及供料过程中，料膜上要保持一定的张力（或者称之为拉伸力），过大的张力会导致料膜变形甚至短裂，而过小的张力又会使料膜松弛，导致褶皱，或者处理尺寸不准等弊病。这样就要求在料膜的处理过程，要保持恒定的张力。张力控制的作用就是在料膜动态处理过程中，保持恒定的张力，抑制外来干扰引起的张力抖动。2.1.2 什么是张力控制系统所谓的张力控制系统就是为实现张力控制而必须的系统构成，典型的张力控制系统包括张力控制器，张力检测器和磁粉制动器。本项目的张力控制系统包括PLC、伺服电机、变频器、传感器。下图为一放卷张力控制系统示意图：图2.1 张力控制系统示意图2.2 PLC简介2.2.1 PLC介绍可编程逻辑控

12、制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC，产生于60年代末，当时只能进行逻辑运算，主要用于顺序控制。70年代后期，随着微电子技术个计算机技术的发展，PLC更多的具有了计算机的功能，不仅用逻辑程序取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，而且做到了小型化或超小型化。这种采用微电脑技术的工业控制器装置的功能远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。由于PC易于与个人计算机（Personal Computer）混淆，人们仍习惯用PLC作为可编程序控制器的简称。PLC本身除了具备

13、可塑性、记忆性，更具可接受多种方式做输出、输入控制的强大功能，且稳定性及寿命皆高，除了单独一台的控制之外，更可进行多台的连接，易于达成整体自动化的目标，因此已广受自动控制界的普遍欢迎。尤其是具可更改性，可重复使用，減少因更改造成的资源浪费，是非常环保的控制器，非常值得推广。PLC的控制功能是通过存放在储存器内的程序来实现的，如果要对控制功能做必要的修改，只需改变软件指令即可，使硬件软件化。2.2.2 PLC的主要特点LC的软件简单易学它采用独具特色的以继电器梯形图为基础的形象编程语言，梯形图符号的和定义与常规继电器展开图一致，电气操作人员使用起来的得心应手。使用和维护方便硬件配置方便PLC的硬

14、件都是专门生产厂家接一定标准和规格生产的，市场上可方便买到方便安装内部不需要接线和焊接，只要编写程序就可以了。使用方便节点的使用不受次数限制，只需要考虑输入、输出点个数，选用不同类型的PLC，即可得到满足。维护方便PLC内部有很多监控程序，能检查出自身的故障，而且接线少，维修时只需要更换插入式模块，为调试和维护提供了方便。运动稳定可靠PLC是专门为工业控制设计，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，可在恶劣的环境下与强电设备一起工作。目前PLC的整机平均无故障工作时间一般可达25万小时，甚至更长。设计施工周期短使用PLC来完成一项控制工程，在系统设计完成后，现场施工和PLC程序设

15、计可同时进行，周期短，程序的调试和修改都很方便。PLC在性能上优于继电器逻辑控制，与微型计算机、单片机一样也是一种用于工业控制的理想工具。近年来，PLC的集成度越来越高，功能越来越强，应用越来越广泛。PLC可进行数字量/模拟量控制，位置控制。特别是采用多种功能的高级编程语言和先进指令系统，还能实现PLC之间和PLC与管理计算机之间的通讯，易于实现柔性加工和制造系统(FMS)。2.2.3 PLC的一般结构用PLC实施控制，是按照一定的算法进行输入输出变换，并将变换以物理实现。因此，PLC采用了典型的计算机结构，主要有CPU、ROM、RAM和专门设计的输入输出接口电路等组成。如图所示：控 制 总

16、线地 址 总 线照明开关或传感器输入 输出 数据 存 储输 入 接 口中央处理单 元存储器输 出 接 口电动机/电磁装置继电器触点模拟量输入行程开关接触器或其他执行装置编 程 单 元电 源 单 元图2.2 PLC结构示意图计算机A/D，D/AEPROM其他接口外存接口其他设备卡式存储器内存 储器(ROMRAM)键 盘与显 示中央处理器 CPU输入接口 (继电器或晶体管)输入接口 (光耦合)输入接线端子输出接线端子图2.3 PLC逻辑结构示意图 中央处理器它是PLC的大脑，由中央处理器（CPU）和存储器等组成。CPU一般由控制电路、运算器和运算器等组成，集成在一个芯片上。CPU按系统程序赋予的功

17、能，接收编程器键入的用户程序和数据，存入随机寄存器RAM（也称为读/写存储器）中。CPU的主要功能是：从存储器中读取指令执行指令准备读取下一条指令处理中断存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，采用存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。输入、输出部分用户设备输入PLC的各种控制信号，如：操作按钮、限位开关、选择开关及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理器能够接受和处理的信号。输出接口电路将中央处理器送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号，以驱动接触器、电磁阀及电机等被控设备的执行元件。电源单元电源单元是将交流电转换成供PLC的中央处理器、

18、存储器等电子电路工作所需要的直流电，PLC大都采用开关式稳压电源。另外，PLC还配有和各种外围设备的接口，可配接编程器、计算机、打印机、录音机以及A/D、D/A、串行通讯模块等。 2.2.4 PLC的基本工作原理PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式与微机有很大的区别。微机一般采用等待命令工作方式，当有键按下或I/O动作则转入相应的子程序，没有则采用继续扫描。PLC从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回到第一条指令，如此周而复始不断循环，即从0000首地址存放的第一条用户程序开始，到用户程序的最后一个地址，不停的周期扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次。其工作过程如图所示：输出结

19、果与编程器计算机等通讯自诊断读入现场信号执行用户程序图2.4 PLC工作过程框图每次扫描用户程序之前，都要先执行故障自诊断程序。自诊断程序。自诊断内容：I/O部分、存储器、CPU等，发现异常，停机显示出错信息；正常则继续向下扫描。PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理，并把信息送到编程器、计算机显示。输入采样阶段：CPU对各个输入端进行扫描，将输入端的状态送到输入状态寄存器。程序执行阶段：CPU将指令逐步调出执行输出刷新阶段：当所有的指令执行完毕时，集中把输入状态寄存器的状态通过输出部件转换成控制设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。CPU经过这五个阶段的过程

20、，为一个扫描周期。完成一个周期后，又重新执行上述过程。扫描周期用T来表示。T=（读入1点时间输入点数）（运算速度程序步数）（输出1点时间输出点数）故障诊断时间PLC与继电器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电器按“并行”方式工作，PLC是以“串行”方式工作的，它避免了继电器控制的触点竞争和时序失配问题。公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。监控循环时间的目的是避免死循环，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用看门狗（Watching dog）。只要循环超时，它可报警，或作相应处理.外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据.通讯处理是实现

21、PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。也就是说，实际的PLC工作过程总是：公共处理-I/O刷新-运行用户程序-再公共处理-反复不停地重复着。2.2.5 PLC的选定由前面的程序要求，我们可以确定所选定的PLC除了可进行数字量逻辑控制外，还应具有较强的数据处理能力（如：数据传送、转换；位操作等等）。而更重要的是，能够让操作人员在现场就能方便地输入参数进行测试。我们决定选择西门子S7-200系列PLC，包括主模块：CPU226，模块EM235。西门子S7-200系列PLC的功能强大，无论是在独立运行中，或相连成网络皆能实

22、现复杂的控制功能，它具有以下特点： 极高的可靠性 极丰富的指令集 便捷、易于掌握的操作 丰富的内置集成功能 实时的特性 强劲的通讯功能 丰富的扩展模块其中：主模块的CPU226本身集成有24输入/16输出共40个数字量I/O点；可连接7个扩展模块，最大扩展至28路数字量I/O点或35路模拟量I/O点；13K字节程序和数字存储空间；6个独立的30KHz高速计数器，2个独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器；2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力；I/O端子排可很容易地整体拆卸；可用于较高要求的控制系统，适用于一些复杂的中小型控制系统。其外形结构如

23、图:图2.5 S7-200 PLC外形结构图安装：S7-200 PLC 设备设计成安装简便，可以利用安装孔把模块固定在一个标准的（DIN）的导轨上，体积小巧的S7-200可以使你更为有效地安排空间。推荐设备：STEP 7-MicroWIN 32，3.0版是基Windows的应用软件，它支持32位Windows 95，Windows 98和WindowsNT使用环境。使用STEP 7-Micro/WIN32时，应具有以下设备：一台PC机，CPU为80586或更高的处理器，16M内存；或者是装有STEP 7-Micro/WIN32的西门子编程器（例如PG 7400，最低要求为：CPU 80486，

24、8M内存。以下一种设备：一根连接到通讯口的PC/PPI电缆一个通讯处理器（CP）卡VGA显示器至少50M的硬盘空间Window95、Window98、Window NT4.0 Microsoft Windows所支持的鼠标。2.3 认识伺服电机项目中使用的MINAS系列交流伺服电机，是日本松下电器公司于1990年投入批量化生产的全新全数字化（位置、速度、电流三环全数字化）的交流伺服。由于内部控制采用32位DSP，运用IGBTPWM控制方式，因此系统响应快、精度高、体积小，目前已经广泛应用于数控机床、机器人、轻工机械、纺织机械、自动化生产线、半导体生产等各种有精确调速、定位要求的场合。松下伺服的

25、特点： 操作面板，控制和使用简便易行 每套松下伺服驱动器上都配有操作面板，各种参数和控制方式均可通过操作面板实行调整，非常适合于现场调试。面板可显示运行速度、位置脉冲、实际转矩、接线I/O状态、参数设定、错误原因等大量信息。特别是实际转矩的显示给设计、选型提供了极大方便。通过操作面板可以检查接线状态，用户可用此功能判别接线错误，十分有效。稳妥方便的自动调整，刚性调整更方便 用户在调试设备时可以启动自动增益调整功能来调节伺服系统的刚性。松下伺服在自动增益调整时运动范围小（电机正转两圈反转两圈）运动速度低（约100rpm），所以在磨床等运动行程非常有限的场合运用时非常安全可靠。控制方式多样化有三种

26、控制方式可供选择：速度控制方式、位置控制方式、转矩控制方式。以上三种方式也可进行复合控制。其中位置控制方式极具特色，用户可以采用电子线路、单片机、PC机及其他方式非常简便而廉价地实现数控功能。系统中还配备了“电子齿轮”功能，也就是说可以通过参数设定对输入指令脉冲任意分/倍频而达到和机械系统的良好配合。保护设施齐全系统还配有各种自诊断保护措施，硬件软件双重保护，并可以胜任三倍过载。一旦发生错误，便立即停机，并告以报警故障原因，在用户解除故障后方可重新工作，因此可靠性极高。2.4 变频器综述2.4.1 变频器的定义:变频器是在保证电机原有性能的情况下，通过改变电机的供电频率和电压的方式，实现电机转

27、速的调节的现代电力电子设备。它根据电机不同负载可分别实现节能、提高生产效率、提高产品质量、实现自动化、增加设备使用寿命并使设备下型化等用途，广泛应用在钢铁、轻工，化学、纤维、汽车、电机（机械）、机床、食品、造纸、水泥、矿业、煤气、交通、装卸搬运、工厂建筑、农业、生活服务、电力、实验研究、石油等领域。2.4.2 变频器的发展历史直流电动机拖动和交流电动机拖动先后诞生于19世纪，距今已有100年历史了。在很长一时期内，占整个电力拖动系统80左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机（包括异步电动机和同步电动机），而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的是直流电动机。而交流电动机相对直流电动机来

28、说结构简单，便于维护，适用的场合更广。因此，很久以来，人们希望在许多场合下能用可调速的交流电动机来代替直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行可大量的研究开发工作。但直到20世纪70年代，交流调速系统的研究开发成果未能够令人满意。随着同时期内电力电子技术的发展。作为交流调速系统中心的变频技术也得到了显著的发展，并逐渐进入了实用阶段。19世纪80年代，日本三菱电机公司推出了交流电机的变压变频调速(VVVF)的电梯，首先把变频器运用于电梯技术。从而开始了变频器的广泛应用，目前变频器不但在传统的电力拖动系统得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电

29、产品中也得到了广泛应用。2.4.3 变频器的用途:提高生产率生产质量节约能源和控制功能的高度自动化是变频器的主要特点.采用变频器对交流异步电动机进行调速控制,可以很方便地进行电动机的正反转转换,进行高频度的起停运转;可以调节电动机加减速的时间,使变速运行更加平滑,启动电流更加小;可以对电动机进行连续调速,最高速度不受电源的影响;通过内部的制动回路,可以进行电气制动,必要时还可以加入直流电压,进行直流制动;低速时可保持恒转矩输出,进行转矩提升;容易实现对现有交流拖动系统的改造;在功率匹配合适的情况下,可以用一台变频器驱动多台电动机;通过与PLC等控制设备的连接可以组成高性能的控制系统;完善的故障

30、诊断和保护功能(过压,欠压,过流,过载,短路等故障的检测与显示)等等.2.4.4 变频器的基本结构和工作原理变频器的基本结构变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上，并随着这些基本技术的发展而不断得到发展。在变频器几十年的发展过程中，出现过多种类型的变频器，下面主要介绍目前比较流行的变频器的基本构成。如图所示：逆变电路直流中间电路整流电路交流电 频率电(商用电源) 压可调控制电路图2.6 变频器的基本结构一般三相变频器的整流电路是由三相全波整流桥组成，主要是对工频外部电源进行整流，给中间电路、逆变电路及控制电路供电。中间电路的作用是对整流输

31、出进行平滑，以保证逆变电路及控制电路能得到较高质量的直流电源，平滑电路的主要构成与整流电路有关，若整流输出是电压源，则平滑电路的主要元件是大容量是电解电容，若整流输出是电流源，则平滑电路的主要元件是大图容量电感。除此之外，中间电路还包括有制动电阻和其它辅助电路。逆变电路是变频器的主要部件，其作用是在控制电路的控制下，将平滑电路输出的直流电转换为频率和电压均任意可调的交流电。逆变器的输出就是变频器的输出。控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路、保护电路等。主要作用是将检测到的各种信号送至运算电路。使运算电路能根据要求为变频器主电路提供必要的门极驱动信号，并对变频器和电机

32、提供必要的保护。控制电路还有A/D和D/A接口，使变频器能与外部设备配合使用。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。变频器基本工作原理逆变电路是变频器的重要部分，要了解变频器的工作原理，只须了解逆变部分的工作原理。我们知道，逆变部分的作用是将直流电转变为频率和电压均可调的交流电。下图为一个简单的三相逆变电路，在这个电路中，六个开关组成一个三相桥式电路，依次打开和关断这六个开关，就可以在输出端得到相位相差120 度的交流电。S1S3S5直流电压U/V/WES4S6 S2 图2.7 三相逆变电路原理开关频率不同，输出交流电的频率就不同，同时，输出电压的平均值也不同了，这就达到变频变压的目的。当然，

33、实际变频器内部的电路比这个复杂很多，还包括其它很多的辅助器件。2.4.5 变频器控制方式和基本原理在本实验中，采用的是变频变压(VVVF)方式，主要是通过调节电源频率来调速。由电机拖动理论可知，在调频的同时，电机的输出转矩也同时发生变化，为了达到较理想的转矩特性，在改变电流频率时，电枢电压也必须有相应的改变，满足=常数分析如下：因为电机输出转矩与磁通有关，T=CT 1I2COS其中CT为常数，1为每极磁通，I2为转子电流，COS为功率因数。而MIM其中M为励磁电感，IM为励磁电流。又有E=j2fMIM=j2f因此，要使磁通不变，只要使=常数即可。但由于感应电动势E不便测量和控制，而电源电压VE

34、,故只要使=常数便可使条件近似满足。故变频调速就是变频变压调速。2.4.6 变频器的安装设计基本要求变频器应该安装在控制柜内部。变频器最好安装在控制柜内的中部;变频器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大元件。 变频器上、下部边缘距离控制柜顶部、底部、或者隔板、或者必须安装的大元件等的最小间距，应该大于300mm。如果特殊用户在使用中需要取掉键盘，则变频器面板的键盘孔，一定要用胶带严格密封或者采用假面板替换，防止粉尘大量进入变频器内部。对变频器要进行定期维护，及时清理内部的粉尘等。其它的基本安装、使用要求必须遵守用户手册上的有关。2.4.7 变频器对微机控制板的干扰问题解决

35、在注塑机、电梯等的控制系统中，多采用微机或者PLC进行控制，在系统设计或者改造过程中，一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。由于用户自己设计的微机控制板一般工艺水平差，不符合EMC国际标准，在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制系统工作异常，因此需要采取必要措施。良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地，微机控制板的屏蔽地，最好单独接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连。给微机控制板输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等，成本低。如图所示，可以有效抑制传导干扰。另外在辐射干扰严重的场合，如周围存在GSM、或

36、者小灵通机站时，可以对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。图2.8 微机控制板的电源抗干扰措施对拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1M，跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果非要用模拟量控制时，建议一定采用屏蔽电缆，并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用V/F转换，光藕隔离再采用频率设定输入的方法。2.5 认识传感器2.5.1 认识传感器人们通常将能把非电量

37、转换为电量的器件称为传感器，传感器实质上是一种功能块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。它是实现测试与自动控制系统的首要环节。传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术。计算机和通信技术发展极快，相当成熟，对此运用自如的工程技术人员也非常多，但精通而灵活使用传感器技术的工作者却很少，这是因为传感器应用技术都需要使用模拟技术，而模拟技术有很多问题难以解决。为了适应现代科学技术的发展，世界众多国家都把传感器技术列为现代的关键技术之。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量，那么无论是信号转换或信息处理，或

38、都最佳数据的显示与控制都是不可能实现的。传感器的分类:传感器的检测对象非常多，主要有数量、长度、面积、立体、位置、含量、线性变位、旋转变位、畸变、压力、转矩、流量、流速、加速度、振动、成分配比、水分、离子浓度、混浊度、粒状体、比重密度、伤痕、湿度、热量、温度、火灾、烟、有害气体和气味等29 种。按检测功能可分为检测温度、压力、湿度、流量、流速、磁场、光通道等，其中最常用的是温度传感器，其次是压力、流量传感器。传感技术的重要性，可以毫不夸张地说，从飞往茫茫太空的宇宙飞船到游弋于浩瀚海洋的各种舰艇船只，从各种复杂的工程系统到人们生活中的衣食住行，几乎都离不开各种各样的传感器，传感技术对科学的各个领

39、域起着不可估量的巨大的作用。本项目主要研究的是压力传感器和温度变送器在热熔焊接机中的应用。2.5.2 传感器的选用原则传感器千差万别，即便对于相同种类的测定量也可采用不同工作原理的传感器，因此，要根据需要选用最适宜的传感器。(1)测量条件如果误选传感器，就会降低系统的可靠性。为此，要从系统总体考虑，明确使用的目的以及采用传感器的必要性，绝对不要采用不适宜的传感器与不必要的传感器。测量条件列举如下，即测量目的，测量量的选定，测量的范围，输入信号的带宽，要求的精度，测量所需要的时间，过输入发生的频繁程度。(2)传感器的性能选用传感器时，要考虑传感器的下述性能，即精度，稳定性，响应速度，模拟信号或者

40、数字信号，输出量及其电平，被测对象特性的影响，校准周期，过输人保护。(3)传感器的使用条件传感器的使用条件即为设置的场所，环境(湿度、温度、振动等)，测量的时间，与显示器之间的信号传输距离，与外设的连接方式，供电电源容量。3设计说明及总体构想3.1 设计要求本设计要使卷膜匀速地输送,自动使卷膜均匀地粘贴在铝带上,卷纸能够正常回收.能够符合安全、快速、准确、均匀加工的要求。3.2 项目总体设计构想3.2.1 构图设想本系统设想图如下:图3.1系统设想图3.2.2 构件组成设想S7-200 PLC中央处理单元采用CPU226，CPU226集成了24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩

41、展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，13K字节程序和数字存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。用于较高要求的控制，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。模拟量扩展模块EM235尺寸：71.2*80*62mm 重量：186g 功耗：2w点数：4路模拟量输入，2路模拟量输出伺服电机（Panasonic MINAS Aseries）本项目选用伺服电机是MINAS A系列全数字式交流伺服电机，具体采用额定输出功率较小的MSMA系列：

42、额定输出功率400W；额定转速5000r/min。特长：小惯量、小中容量。A系列特征：采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500HZ；定位超调整定时间缩短为以往产品的1/4。 具有共振抑制和控制功能：可函盖机械的刚性不足，从而实现高速定位。 具有全闭环控制功能：通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。 具有一系列方便使用的功能： 1）内藏频率解析功能（FFT）,从而可检测出机械的共振点，便于系统 调整。 2）有两种自动增益调整方式：常规自动增益调整和实时自动增益调整。 3）配有RS485，RS232C通信口，上位控制器可同时控制多达16个轴。 电机防护等级达I

43、P65,环境适应性强。 电机可配用多种编码器，适应各种用户需要： 1）普通型：2500p/r增量式编码器。 2）高精度型：17位型（217）增量式编码器 3）特殊型217位型（217）绝对式编码器。图3.2伺服电机型号构成说明图3.2.3 三菱FR-A540系列变频器功能范围：0.4800KW（3相380V，FR-A540（L）系列）；采用先进磁通矢量控制方式，调速比可达1：120（0.560Hz）可拆卸式风扇和接线端子，维护方便；内置RS485通信口，可插扩展卡符合全世界主要通信标准；PID等多种功能适合各种应用场合。柔性PWM，实现更低噪音运行；特点：配备各种功能配备PID功能，更适合风机

44、、水泵负载；高速频率控制和碰停功能；停电时减速停止控制；顺序制动控制；风机水泵专用控制功能。维护方便通过风扇ON/OFF控制，延长风扇寿命，更换方便；可拆卸式的控制段子使维修和安装方便；参数设定可保存在参数单元中。3.2.4 角度传感器本传感变送器采用新型的SMR(磁敏电阻)元件作为敏感元件，利用内部磁迴路的机械结构, 把角度的机械转动转化为电信号变化，实现无电接触点的测量角度，角位移的变化，并经精密集成放大电路,在确定的角度区间，线性输出420mA电流信号或05V，1-5V电压信号，实现传感器和变送器一体化.本产品带有基准和满度的调节，方便修正和调节测量范围。特点及应用：寿命长，可靠性高、可

45、连续分辨、耐环境污染。方便应用于各类需要测量角度和角位移的设备和工作场合。特别适合应用在钢铁、石油、电力、交通等行业，角度、角位移监控的设备上。正面（角度刻度端）反面（引线输出端）图3.3 角度传感器外形尺寸示意图：4程序设计主程序:LD SM0.1 /在首次扫描调用初始话程序SBR0CALL SBR_0子程序:LD SM0.0MOVR 0.5, VD104 /装入设定值50%MOVR 0.25, VD122 /装入回路增益0.25MOVR 0.1, VD166 /装入采样时间=0.1秒MOVR 30.0, VD1 /装入积分时间=30分MOVR 30.0, VD124 /关闭微分作用MOVB

46、 100, SMB34 /设定定时中断0发生的时间间隔为100msATCH INT_0, 10 /设置定时中断以执行PID计算ENI /允许中断,子程序SBR0结束中断程序:NETWORK 1 LD SM0.0 ITD AIW0, AC0 /把单极性模拟量存入累加器DTR AC0, AC0 /把32位整数变换成实数/R 32000.0, AC0 /标准化累加器中的值 MOVR AC0, VD100 /把标准化的PV值存入TABLE表NETWORK 2 /在自动方式下执行PID控制LD I0.0 /一旦进入自动方式,就执行PIDPID VB100, 0NETWORK 3 /把Mn转换成16位整数

47、,Mn为单极性且非负LD SM0.0MOVR VD108, AC0 /把输出值传送到累加器*R 32000.0, AC0 /累加器中为刻度值ROUND AC0, AC0 /把实数转换成32位整数DTI AC0, QW0 /把16位整数写到模拟输出5技术难点及其解决办法5.1变频器对微机控制板的干扰系统设计或者改造过程中，一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。由于用户自己设计的微机控制板一般工艺水平差，不符合EMC国际标准，在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制系统工作异常，因此需要采取必要措施。 良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地，微机控制板的屏蔽地

48、，最好单独接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/O接口屏蔽层与控制板的控制地相连。给微机控制板输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等，成本低。如图所示，可以有效抑制传导干扰。另外在辐射干扰严重的场合，如周围存在GSM、或者小灵通机站时，可以对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。图5.1 微机控制板的电源抗干扰措施对拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1M，跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离

49、措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用V/F转换，光藕隔离再采用频率设定输入的方法。5.2 PLC对变频器的控制本项目的难点之二就是通过PLC实现对变频器的控制及PLC对伺服电机的控制，也就是达到调节电机转速的目的。作为变频调速系统中的控制核心部分的变频器，可以通过变频器的控制面板或端子进行运行参数的设置,启动或停止变频器运行,读取各种变频器运行数据等等。在该项目的设计中我们采用了用PID控制的方法用PLC控制变频器。6小结本毕业设计对项目进行了的初步论述。绪论分析了PLC在张力控制的应用。第一章详细地介绍张力控制系统的特性和各种应用场合，以及详细的介绍了PLC、变频器、伺服电机、传感器

50、的工作原理及概况。第二章对方案进行确定。方案中采用的PLC、传感器、伺服电机、变频器的详细参数、型号。在选择构成项目的各种构件时，考虑到了技术因素和经济因素。第三章是对整个项目的个部分电气连接图和输入输出的断口方配方案及程序的设计。第四章是对整体项目中可能会遇到的问题难题及其解决的办法思路。本毕业设计在实际应用中是有巨大现实意义及很大的经济效应，利用PLC来控制张力的方法被广泛应用在造纸业、印刷业、纺织漂染业、食品业当中，极大的提高了生产效率和产品的合格率，随着科学技术的不断成熟和发展，PLC张力控制技术将越来越深入到社会的各行业。此次设计，还有以下几点的体会：计之前要有一个宏观系统的思路。宏

51、观系统思路不仅仅是要对设计任务的进行结构细化，还要将这些细化任务进行合理科学的安排，这样才能使得设计的整个过程进行得有序，提高设计质量。以严谨的科学态度对待设计中的每一个细节。首先在思想上必须重视毕业设计，对于设计中的任何一个问题都要认真对待。阅读大量的参考资料，综合运用学过的知识。认真阅读设备的手册和资料，有助我们熟悉设备的操作，减少不必要的错误，提高工作效率。要有团体合作精神。本次设计，由四个同学共同完成。在设计过程中，我们始终保持良好的团队精神，互相学习和交流经验，终于顺利完成了设计任务。通过毕业设计，我们都得到了一次很好的锻炼，自身能力有了较大的提高，这必将对我们今后的学习、工作、生活

52、产生重要影响。致 谢本文是在我的导师李 老师的悉心指导下完成的，从论文的选题到设计、写作以及诸多环节导师都倾注了大量心血。由于本次设计涉及到一些新内容和新方向，李老师在百忙中抽出宝贵的时间给予我们硬件和技术上最大的指导和支持。我们在设计的过程中也遇到了很多自己解决不了的问题，而李老师也给予我们要注意的问题的提示和一些细节的解决方案。导师认真务实的科研态度和无私、高尚的、为人师表的学者风范不仅教给我端正的科学态度，更重要的是教给我科学辨证的思维方式及做人原则。使我们受益非浅。在此谨向导师致以衷心的感谢！ 四年来，学院的各位领导、老师给予我许多热忱的关怀和无私的教导，在此表示最衷心的感谢！参考文献邓则名、邝穗芳编 电器与可编程控制器应用技术 北京：机械工业出版社 2001松下Panasonnic MINAS Aseries 伺服电机三菱电机变频调速器FR-A540系列S7-200中文系统手册附录附表1 三菱变频器FR-A540控制特性控制方式柔性PWM控制/高载波频率PWM控制可选择V/F控制）最佳励磁控制输出频率范围0.5至120Hz频率设定分辨率模拟输入0.015Hz/60Hz(端子2输入：12位/010V，11位/05V，端子：12位/-1