纸张质量检测系统设计

2 3 41.1课题设计目的和意义 41.2本课题设计内容 51.3系统控制方案的选择 51.3.1单片机系统控制 51.3.2可编程控制器系统控制 51.3.3可编程控制器+上位机系统控制 61.4系统设计的基本步骤 62总体设计 62.1质量检测系统的总体设计 62.2可编程控制器介绍及选型 7 7 82.3牛皮纸的厚度测量 2.3.1传感器的选型 2.3.2传感器的测量原理 2.3.3传感器的组成 2.4传送装置的设计 2.5系统主体方案的确认 3硬件设计 3.1控制设计 3.1.1硬件控制方案 3.2电气系统设计统设计 3.3电气控制系统的设计 3.4I/0分配表 3.5I/0端子接线图 4软件设计 4.1编程软件的介绍 4.2梯形图 4.3组态王的使用 参考文献 纸张的质量检测系统是纸张印刷生产线的组成部分中的最后一部分，是为整个生产线的质量把关，因此十分重要。质量检测系统硬件上主要依靠传送带和多个传感器(电容传感器、颜色传感器、光电开关等)组成。该系统会自动识别不符合生产标准的残次品，将其主动剔除并将检测合格的成品统计装箱，且计算产该系统是由可编程逻辑控制器(简称PLC)控制，可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它有着可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，且易学易用易上手的优点。关键词：质量检测、传感器、可编程控制器printingproductionline,whichistocheckthequalityofthewholeproductionline,soitisveryimportant.Thehardwareofthequality(capacitancesensor,colorsensor,photoelectricswitch,etc.).Thefenvironment.IthastheadvantagesofKeywords:qualityinspection,sensor,PLC纸张也不例外。为了满足人们日益增长的需求，造纸业对纸张的质量检测更加的严格。目前大多数造纸业采用的纸张质量检测手段还是人工检测，这种检测手段虽然容易实现，但是检测的效率十分低，而且因为是人工的关系，有的项目上的检测很容易出现较大的偏差，检测的准确性因此实现生产线上的自动化检测就成了当代造纸业的新需求，以用来替换老式的人工检测。在1980年-1990年的中期，PLC的发展可谓是处于巅峰状态。它凭借着操作方法方便、可靠性高、抗干扰性强、功能好、功耗低、性价比高、实用性强等多处优点，无论是在人们的生活还是在工业自动化控制中表现同样出色。虽然，如今有许许多多的牛皮纸生产线，但是其设计原理已经逐渐跟不上白，筛选，打浆，施胶等大量的复杂工艺，但是其中有一些技术含量不是十分高的地方，可以通过生产线的方式实现，所以本文以生产牛皮纸生产线为论题。今年来传感器技术发展迅速，各种传感器测量精度也进一步提高。而可编程控制器(以下简称PLC)的技术经过多年发展，现在在工业上使用的PLC已经相当或接近于一台紧凑型电脑的主机，其在扩展性和可靠性方面有着十分巨大的优势使。PLC作为工业自动化三大支柱的重要一部分，因为其可靠性高、抗干扰能力强、设计安装容易等特点而被广泛的应用于自动化控制的各个领域。而本设计正是基于PLC作为设计基础，应用传感器来完成纸张的质量检测。根据本课题进行包括可编程控制器在内的一系列设计，是本人对大学期间4年学习成果的总结与验证。运用所学的知识，自己独立的完成纸张质量检测系统的总体设计，软件的编写，设备的模拟与调试。对自己查漏补缺，巩固所学，以此来为以后进入社会工作打下良好的基础。 (传感器)三部分组成。控制装置主要由PLC完成，上位机进行辅助。传送装置1.3系统控制方案的选择具有特色，也具有交叉点。因此对两者进行了对比，以此确定最佳方案。原因一：1970年之后，由于工业过程控制的进展，得益于计算机技术领域、Ts、例增益系数Kp、积分时间系数Ti和微分时间系数Td影响着其控制效果。根据上面我对这些问题的分析和总结，我得出这样一个方案：对于有些控制系统来说，如果需要进行系统监控，在线修改参数，了解系统运行的具体产量等的时候，就需要设计上位机系统。经过分析，采用PLC+上位机的方案。我在进行设计的时候一直遵守着以下的步骤，第一步，先明确自己想要什么,一条生产线想要生产什么,生产过程是怎么样的，第二步，按照自己的设想先设计出具体的方案，比如上面我在三个方案中选择了PLC加上位机的方案，因为它更加符合我的最初设想，第三步，就是选元件和设计图纸，选择元件的时候要根据最佳方案选择，比如我选择西门子的plc和其配套元件，因为它便宜而且高效，其他更加琐碎的器件我就选择不那么好的，更加经济实惠的，比如电阻之类的，第四不，就是设想最坏的情况，比如设计与现实操作有着严重的冲突，这个时候我就要有预留，比如预留扩展、系统安全保护、以及电路的设计详细分析，更加具体来说，就是在I/O口不够用的时候要有预留，为了方便系统设计和后期调试，进行系统I/O分配的设计。最后，进行软件编写。纸张质量检测系统是一种高效率设备，系统由传送装置，质量检测装置构，残次品的剔除，正品的收纳组成。该设备自动化程度高，使用方便。纸张质量检测系统的传送装置是采用电机驱动，由电气控制系统实现自动控制，是典型的自动化设备。纸张质量检测系统工作时，待检测和装箱产品由输送带送往质量检测的位图(1-1)根据需求选用西门子公司生产的PLC,进行系统的主控制器设计。西门子s7-200可编程控制器具有很高的可靠性能，指令集比较丰富，可以进行各种功能的设计编译，具有强大的通信功能，可以和上位机进行通信，具有丰富的扩展模块，最多可以连接7个扩展功能模块。市场上有着两大巨头三菱和西门子，其中西门子的plc在小型化发展超出三菱，在2000年后，西门子的小型plc就抢占了国内绝大部分的市场，因为其s7-200,虽然，这个产品只是风靡了不到5年，但是已经打出了西门子小型化plc的名气，因为它兼具了多功能和自由选择的人机界面，且集成程度高，体积小，在设计理念上就超越了不少plc。在2004年，windows系统更新后，西门子系统与时俱进，及时改良系统，让编表1:西门子s7-200参数表电源电压电源电压波动DC20.4-28.8V,AC84-264V(47-63Hz)环境温度、湿度水平安装0~550C,垂直安装0^450C,5~95%大气压860~1080hPa保护等级IP20到IEC529输出给传感器的电压输出给传感器的电流280mA,电子式短路保护(600mA)为扩展模块提供的输出电流程序存储器8K字节/典型值为2.6K条指令存储器子模块1个可插入的存储器子模块等通过高能电容或电池维持，后备时间190h(400C时120h),插入电池后备200天编程语言程序结构程序执行子程序级用户程序保护指令集位操作执行时间扫描时间监控计数器定时器接口可连接的编程器/PC本机I/0可连接的I/0一个主程序块(可以包括子程序)自由循环。中断控制，定时控制(1~255ms)3级口令保护逻辑运算、应用功能300ms(可重启动)0~256,可保持：256,6个高速计数器可保持：256,4个定时器，1ms~30s16个定时器，10ms~5min236个定时器，100ms~54min 一个RS485通信接口数字量输入：14,其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能数字量输出：10,其中2个可用作本机功能，模拟电位器：2个数字量输入/输出：最多94/74模拟量输入/输出：最多28/7(或14)AS接口输入/输出：496最多可接扩展模块厚度是纸的基本性能参数，纸的一些基本特性和强度性能与厚度有关，因此它是一个重要的性能检测项目，单位为μm或mm。本设计使用德国米铱(北京)测量技术有限公司生产的CombiSENSOR传感器。该传感器组合了电容探头和电涡流探头，这种独特的传感器概念可以对金属物体上的非导电材料进行单方向厚度测量。它的主要应用领域：如对塑料薄膜或金属板上绝缘材料的绝对厚度测量。控制器通过导线与传感器探头相连，处理并计算信号，再通过接口将其输出。对这两个传感器信号的计算可以补偿测量装置中的机械变化，如热膨胀、偏转或偏心。由于这种组合传感器原理的冗余性，测量厚度值不受测量设置中任何更改的影响。由于温度稳定性高，即使在温度波动的情况下，组合传感器也能提供较高的测量精度。电涡流线圈和电容测量电极的结构是同心的，所以两个传感器探头测量的是同一区域。电容传感器获取的信号是工作距离、绝缘体厚度(D)和绝缘体材料介电容传感器和电涡流传感器的差分信号。介电常数ε,也可以用已知的厚度和工作距离来计算。如图2-1a——测量电容的极板间距离；d——插入电容的测量纸张的厚度；E;——纸张的相对介电常数；距离料的厚度D,图2-1电源：9--36VDC(5.5W)振荡器5-针接头图2-4传送带使用步进电机进行带动，电机由接触器来控制启动与停止。电机会根据PLC的信号指令来运动，带动传送带，将我们要检查的纸张带到固定区域。纸张经由生产线的上一环节到达传送带上，启动自动工作过程，电动机M1启动，使待检测的纸张顺着传送带向前移动，到达检测位置后，检测装置会通过传感器(电容式位移传感器)检测产品是否为合格品，依据检测结果，合格品进入成品箱，次品进入次品箱，进入成品箱的产品经过计数，成品装满箱后(例满100件),电动机M1停，电动机M2启动，把满箱经传送带移出，移入空没有捷格合格3硬件设计(1)纸张的质量检测和剔除使用开关量(0或1);(3)工作模式可以分为自动模式(自动进行循环)和手动模式(手动调节系统);(4)电动机M1和电动机M2使用直接控制，正常情况下单向转动；(5)电动机M1个电动机M2使用电压为380V的三相电进行工作；(6)使用指示灯表示各个设备的状态；(7)设计断路保护和过载保护；纸张质量检测系统的电气控制部分主要分为电机驱动系统和PLC控制系统。系统电路图如图3-1所示，元件表如表2所示：44图3-1系统电路图表2::元件表符号用途符号用途传送带1的电机控制变压器传送带2的电机短路保护熔断器过载保护继电器气阀系统工作指示灯产品检测传感器M1工作指示灯成品计数传感器M2工作指示灯次品空箱行程开关工作模式指示灯成品空箱行程开关正品指示灯推板原位行程开关次品指示灯推板伸出行程开关总体按钮工作模式开关M1工作模式开关开始自动循环按钮M2工作模式开关关闭自动循环按钮PLC电源开关电源隔离开关控制推板电磁阀推板前进按钮控制推板电磁阀推板复位按钮2、选择工作模式的开关，元件为SA1、的I/0口的分配。如表3所示。表3:输入输出元件通道地址说明元件通道地址说明产品合格检测气阀指示灯成品计数M1指示灯次品空箱到位M2指示灯成品空箱到位工作状态灯推板原位正品指示灯推板前行次品指示灯自动工作方式电磁阀开电磁阀关旋转编码器总停开关M1启动开始自动循环停止自动循环推板前进推板复位I/O端子接线图，如图3-2所示：4软件设计4.1编程软件的介绍我选择的编程软件为STEP7-MicroWINSMART,因为它是西门子公司的配套软件，能兼容西门子s7-200.第一步，安装软件，打开软件安装包，按照其步骤完成安装。第二步，建立通讯连接，就是通过以太网电缆与s7-200进行连接，让电脑能与s7-200进行通讯连接。第三步，点击交叉引用中的通讯按钮，就可以打开对话框。第四步，寻找cpu的IP地址，也就是你的电缆接到电脑的哪个端口，寻找已经完成连接的端口，然后单击下载，就可以完成。如果寻找不到地址，可以通过系统快修改cpu的IP地址。程序编辑界面如下图4-3所示。图4-1软件编程界面234234西门子顺序控制程序/主程序地址符号1程序段1 注释变量类型数据类型注释S1西门子顺序控制程序/主程序程序段6程序段7程序段8 程序段9程序段10程序段11西门子顺序控制程序/主程序程序段13程序段15程序段16程序段17西门子顺序控制程序/主程序程序段19程序段20程序段21程序段22程序段23西门子顺序控制程序/主程序西门子顺序控制程序/主程序程序段30程序段31程序段32程序段33程序段34程序段35西门子顺序控制程序/主程序程序段程序段36/程序段37程序段38程序段39程序段40程序段41西门子顺序控制程序/主程序西门子顺序控制程序/主程序R西门子顺序控制程序/主程序R1R2R1R1程序段程序段57程序段58程序段59程序段60程序段61程序段62西门子顺序控制程序/主程序西门子顺序控制程序/主程序地址符号程序段西门子顺序控制程序/INT_0作者：创建日期：上次修改日期：地址中断程序注释程序段1网络标题符号。变量类型数据类型注释4.3组态王的使用在使用工控软件中，人们经常提到组态，阻态的含义就是应用软件中提供的工具，方法，完成工程中某一具体任务的过程。打个比方，组态，就像搭积木，已经给你提供了积木，你所需要的就是将城堡搭建出来，这个搭建出来的过程就是组态。但是组态与组装有着很大的不同，因为组态是组装软件，而软件比硬件有更多的变换空间，可以通过修改属性改变它的规格，比如大小形状等。完成新建新文件的路径，当系统弹出对话框，询问是否将了西门子的plc系统及其相关配件，确认了各个硬件的I0配置，并编写了梯形[1]廖常初主编.PLC基础及应用.北京：机械工业出版社，2004[2]廖常初等.PLC的顺序控制编程方法.工业自动化，(香港),1997[3]尺式电容传感器特性分析及应用[J].杨道业，权义萍，张印强.仪表技术与传感器.2010(02)[4]平面电容传感器参数优化设计及实验[J].詹争，黄云志，李柯.传感器与微系统.2017(12)[5]求是科技编著PLC应用开发技术与工程实践.电子工业出版社.2004[6]余雷声主编，电气原理与PLC应用。北京：机械工业出版社，1996[7]徐科军.传感器与检测技术(第4版)[M].电子工业出版社，2016[8]张万忠《可编程控制器入门与应用实例》北京：中国电力出版社2004[9]纸张卫生用品抗张强度检测环境及检测参数的影响[J].邹德斌，刘宝晶.黑龙江造纸.2013(03)[10]浅谈烟用纸张材料及性能检测[J].李承志，陈雯钰.工业计量.2018(S1)[11]传感器技术及应用[M].北京航空航天大学出版社,何希才主编，2005[12]印刷机与印后加工设备[M].中国轻工业出版社,张海燕主编，2004[13]新型传感器原理及应用[M].机械工业出版社,王元庆编著,2002[14]崔坚.西门子可编程控制器—编程指南.[M].机械工业出版社.2007.为期三个多月的毕业设计已经结束，大学的四年受学生涯也走向了尾声。在本次毕业设计中，我十分感谢杨聚庆老师。杨聚庆老师在本次设计中，从开始选题，到最后定稿，都给予了我很大帮助，让我有能力有信心完成本次设计。本次毕业设计中，我认为整体的控制流程图、通道分配、端子接线、梯形图的编制完成地还可以，本来不是很懂这方面的东西现在相当于很好地复习了一下。但是在控制流程图的自动循环与停止自动循环的衔接那里布置得不是很好，因此可能会影响到局部的梯形图编制，自己感觉在这一块有点混乱，没有范例中那么次序井然。虽然这次课设遇到的困难不少，但是通过自己的分析、老师的讲解能够较好的解决。通过这次实践，极大地增强了自己对PLC及其工业应用的件，并且对电气图纸设计规范详细学习，并做了大量笔记，特别认真的学习了捷键与一些电脑小技巧这是高手最常用的第一快捷组合键。这个快捷键组合可以将桌面上的所有窗口瞬间最小化，无论是聊天的窗口还是游戏的窗口……只要再次按下这个组合键，刚才的所有窗口都回来了，而且激活的也正是你最小化之前在使用的窗口!其实，还有一个更简单的办法，就是按winkey+r!如果打开的窗口太多，这个组合键就非常有用了，它可以在一个窗口中显示当前打开的所有窗口的名称和图标●,选中自己希望要打开的窗口，松开这个组合键就可以了。而alt+tab+shift键则当你需要打开资源管理器找文件的时候，这个快捷键会让你感觉非常“爽”!再也不用腾出一只手去摸鼠标了!键和一个属性关联键。107键盘又称为win98键盘，比104键多了睡眠、唤醒、开机等电源管理键，这3个键大部分位于键盘的右上方。当你选中一个文件的话，这意味着“重命名”F10或ALTwindows键或CTRL+ESC放入回收站激活当前程序的菜单栏打开开始菜单在win9x中打开关闭程序对话框删除被选择的选择项目，如果是文件，将被放入回收站删除被选择的选择项目，如果是文件，将被直接删除而不是保存当前操作的文件剪切被选择的项目到剪贴板CTRL+INSERT或CTRL+C复制被选择的项目到剪贴板SHIFT+INSERT或CTRL+V粘贴剪贴板中的内容到当前位置ALT+BACKSPACE或CTRL+Z撤销上一步的操作ALT+SHIFT+BACKSPACE重做上一步被撤销的操作Windows键+D:最小化或恢复windows窗口Windows键+U:打开“辅助工具管理器”Windows键+CTRL+MWindows键+EWindows键+RWindows键+BREAKWindows键+CTRL+F重新将恢复上一项操作前窗口的大小和位置打开资源管理器打开当前活动项目的快捷菜单在放入CD的时候按下不放，可以跳过自动播放CD。在打开word的时候按下不放，可以跳过自启动的宏一个窗口)打开程序最左上角的菜单将windows下运行的MSDOS窗口在窗口和全屏幕状态间切换将当前屏幕以图象方式拷贝到剪贴板将当前活动程序窗口以图象方式拷贝到剪贴板关闭当前应用程序中的当前文本(如word中)切换到当前应用程序中的下一个文本(加shift可以跳到前显示前一页(前进键)显示后一页(后退键)在页面上的各框架中切换(加shift反向)2.删除以下文件夹中的内容：x:\DocumentsandScttings\用广名\LocalSettings\Tcmp)下的所有文件x:\DocumentsandSe下的所有文件(页面文件)x:\DocumentsandSettingsJ户名\LocalSettingsHistory\下的所有文件(历史纪录)的快捷方式)x:WINDOWSTemp\下的所有文件(临时文件)x:WINDOWS\ServicePackFiles(升级spl或sp2后的备份文件)x:WINDOWS\DriverCacheli386下的压缩文件(驱动程序的备份文件)x:\WINDOWS\SoftwareDistribution\download下的所有文件3.如果对系统进行过windoesupdade升级，则删除以下文件：4.然后对磁盘进行碎片整理，整理过程中请退出一切正在运行的程序建一个还原点”(最好以当时的口期作为还原点的名字)7、在各种软硬件安装妥当之后，其实XP需要更新文件的时候就很少了。删除系统备份文件吧：开始→运行→sfc.exe/purgecache近3xxM。(该命令的作用是立即清除"Windows文件保护"文件高速缓存，释放出其所占据的备用的dl档，只要你已拷贝了安装文件，完全可以这样做。9、XP会自动备份硬件的驱动程序，但在硬件的驱动安装正确后，一般变动硬件的可能性不大，所以也可以考虑将这个备份删除，文件位于\windowsdrivercachei386Ⅱ录下，名称为driver.cab,你直接将它删除就可以了，通常这个文件是74M。文输入法这些输入法，如果用不着，我们可以将其删除。输入法位于windowsime\文件夹中，全部占用了88M的空间。11、升级完成发现windows\多了许多类似$NtUninstallQ311889$这些日录，都干掉吧，1x-3xM呵。。。都干掉!13、关闭系统还原：系统还原功能使用的时间一长，就会占用大量的硬盘空间。因此有必要对其进行手工设置，以减少硬盘占用量。打开"系统属性"对话框，选择"系统还原"选项，选择"在所有驱动器上关闭系统还原"复选框以关闭系统还原。也可仅对系统所在的磁盘或分区设置还原。先选择系统所在的分区，单击"配置"按钮，在弹出的对话框中取消"关闭这个驱动器的系统还原"选项，并可设置用于系统还原的磁盘空间大小。14、休眠功能会占用不少的硬盘空间，如果使用得少不妨将共关闭，关闭的方法是的：打开"控制面板",双山"电源选项",在弹出的"电源选项属性"些组件有很大一部分是你根本不可能用到的，可以在"添加/删除Windows组件"中将它们卸载。但其中有一些组件XP默认是隐藏的，在"添加/删除Windows组件"中找不到它们，这时可以这样操作：用记事木打开替换为空。这样，就把所有组件的隐藏属性都去掉了，存盘退出后再运行"添加-删除程序",就会看见多出不少你原来看不见的选项，把其中那些你用不到的组件删掉(记住存盘的时候要保存为sysoc.inf,而不是默认的sysoc.txt),如Internat信使服务、传真服务、Windowsmessenger,码表等，大约可腾出近50MB的空间。16、清除系统临时文件：系统的临时文件一般存放在两个位置中：一件，将节省大量的硬盘空间。打开1E浏览器，从"工具"菜单中选择"Internet选项",在弹出的对话框中选择"常规"选项卡，在"Internct临时文件"栏中单击"删除文件"按钮，并在弹出"删除文件"对话框，选中"删除所有脱机内容"复但是使用一段时问后，预读文件夹里的文件数量会变得相当庞大，导致系统搜索花费的时间变长。而且有些应用程序会产生死链接文件，更加重了系统19、压缩NTFS驱动器、文件或文件夹：如果你的硬盘采用的是NTFS.文件系统，空间实在紧张，还可以考虑启用NTFS的压缩功能。右击要压缩的驱动器-"属性"-"常规"-"压缩磁盘以节省磁盘空间",然后单击"确定",在"确认属性更改"中选择需要的选项。这样可以节省约20%的硬盘空间。