塑料铅笔自动定长连续送进切断控制系统设计【字数：12817】
摘 要塑料铅笔原有的生产设备都是采用定长间断送进并切断的方式，这种方式会造成连续挤出的铅笔发生弯曲，影响产品质量，因此设计一种能连续送进切断的设备具有很大的工程实际意义。本课题以生产机械中塑料铅笔的自动化生产过程为研究背景，在了解传统的采用定长间断送进并切断的生产方式后，为了高效完成切断塑料铅笔棒料的过程，设计了一种自动定长连续送进切断控制系统。实际生产之前，需要先进行手动调试，以便给出合理的各项加工参数，故设计触摸屏时，不仅要设计自动控制的触摸屏画面，而且也需要设计手动控制的触摸屏画面。在设计过程中，要充分考虑实际可能遇到的问题，在设计时就尽可能避免一些问题产生的可能，比如设置双重保护装置、自动报警系统等，提高控制系统的安全性。
目 录
1 绪论 1
1.1 塑料铅笔及其生产线的发展 1
1.2 研究自动定长连续送进切断控制系统的目的和意义 1
2 自动定长连续送进切断控制系统的设计要求及设计方案 2
2.1 控制方案的要求 2
2.2 控制方案的对比 3
2.2.1 继电器控制系统 3
2.2.2 PLC控制系统 3
2.2.3 PLC控制系统和继电器控制系统的比较 3
2.3 控制方案的选择 4
2.3.1 控制系统方案的确定 4
2.3.2 控制系统设计方案示意图 4
3 控制系统的设计 5
3.1 控制系统设计的对象与运行过程 5
3.1.1 控制系统设计对象 5
3.1.2 控制系统运行过程 5
3.2 控制系统原理图 6
3.2.1 控制系统电路原理图 6
3.2.2 端口及软元件说明 6
3.2.3 气动原理图 9
3.2.4 控制柜面板 10
3.2.5 布置图 11
4. 控制系统的主要硬件选型分析及设计 12
4.1 主要电子元器件的选型 12
4.1.1 PLC的选型 12
4.1.2 电机以及相应驱动器的选型 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.1.3 光电码盘的选型 20
4.1.4 交流接触器的选型 21
4.1.5 中间继电器的选型 22
4.1.6 光电开关的选型 22
4.1.7 行程开关的选型 24
4.1.8 电磁阀的选型 24
4.2 主要机械部件的选型 25
4.2.1 滚珠丝杠的选型 25
4.2.2 线性滑轨的选型 26
4.2.3 磁性气缸的选型 27
4.2.4 气动三联件的选型 28
5 控制系统的程序设计 30
5.1 控制系统PLC程序软件介绍 30
5.2 PLC程序的流程 30
5.2.1 塑料铅笔自动定长连续切断控制系统的动作要求概述 30
5.2.2 控制系统PLC程序的流程图 30
5.3 主要动作PLC程序说明 31
5.3.1 S10滑轨自动退回 31
5.3.2 S20自动送料并启动切断刀 33
5.3.3 S30自动同速切断 34
5.3.4 S120滑轨手动前进 36
5.4 程序调试过程 37
5.4.1 急停程序添加 37
5.4.2 计数器复位功能 37
6 触摸屏编程 39
6.1 软件简介及触摸屏选型 39
6.2 触摸屏操作说明 39
总结 43
参考文献 44
致谢 45
附录 46
附录一 元器件清单 46
附录二 程序梯形图（部分） 48
附录三 触摸屏界面（部分） 55
1 绪论
1.1 塑料铅笔及其生产线的发展
塑料铅笔在办公和文具用品中占有重要位置，大华铅笔厂——中国第一家铅笔厂诞生于20世纪30年代。吴羹梅于1935年回到中国，在中国建立了第一家能够独立制造铅笔的制造工厂。1949年9月，哈尔滨中国标准铅笔公司成立为公私合营企业。
1969年，为了满足市场需求，Teijin公司开发了一种制作塑料铅笔的方法。此时的塑料铅笔，铅芯由石墨和ABS树脂的混合物制成，铅表面覆盖有树脂涂料。三种原料通过三台挤出机混合，大大简化了铅笔生产过程。相对比传统木质铅笔,塑料铅笔使用更流畅,更干净,且与普通的木质铅笔售价基本相同,随之塑料铅笔开始流行起来。
1.2 研究自动定长连续送进切断控制系统的目的和意义
本此设计要求使用可编程控制器PLC来完成自动化生产过程，并使用触摸屏设置参数。随着未来人民可支配收入的增加和消费者意识的提升将继续快速增长，研究自动定长连续送进切断控制系统对于制笔效率的提高大有帮助，可产生更多的经济效益。根据中国笔协会的数据分析，全国教育投资占GDP的比重每增加0.5％，笔业的销售额可增加约25亿元。根据行业特点，25亿元的销售额可带来50亿元的额外市场规模。
塑料铅笔自动定长连续送进切断控制系统的设计将主要用到可编程控制器、传感器技术、工控组态软件等。整个设计过程中，不仅可以巩固所学的理论知识，而且可将理论应用于实际，由于大学本科阶段所学多数是纯机械的内容，而本次毕业设计多涉及控制与电气的知识，无疑加大了难度以及工作量，但与此同时也锻炼了自己查阅文献与自学的能力，拓宽了自己的知识面。
2 自动定长连续送进切断控制系统的设计要求及设计方案
2.1 控制方案的要求
/
图2.1 控制过程示意图
如上控制过程示意图，电机1带动滚珠丝杠，滚珠丝杠上装有一个滑轨，滑轨随着滚珠丝杠的转动从而实现左右来回移动。滑轨上安装有电机3和气缸，电机3驱动一个圆盘形切刀高速转动，电机3与气缸通过中间连接机构连接在一起，电机3随着气缸的动作从而一起移动。该控制系统开始工作时，滑轨先退回光电开关处，电机3带动刀片高速旋转，输送板链由电机2驱动进行送料，将塑料铅笔棒料送入，随着棒料的送入，当塑料铅笔右端部与光电开关的水平距离为180mm（即所要切断的塑料铅笔长度为180mm）时，电机1带动滚珠丝杠，使滑轨运动速度与塑料铅笔棒料送进的速度相同，保持相对静止，此时气缸动作，将电机3连同切断刀片一同快速推出，将塑料铅笔棒料快速切断，随即气缸带动电机与切刀刀片立即退回原位，然后电机1驱动丝杠，快速将滑轨退回光电开关处（要求在下一次塑料铅笔右端部与光电开关的水平距离为180mm之前完成该动作），等待下一次塑料铅笔右端部与光电开关的水平距离为180mm再次重复上述切断过程，以此循环。
目 录
1 绪论 1
1.1 塑料铅笔及其生产线的发展 1
1.2 研究自动定长连续送进切断控制系统的目的和意义 1
2 自动定长连续送进切断控制系统的设计要求及设计方案 2
2.1 控制方案的要求 2
2.2 控制方案的对比 3
2.2.1 继电器控制系统 3
2.2.2 PLC控制系统 3
2.2.3 PLC控制系统和继电器控制系统的比较 3
2.3 控制方案的选择 4
2.3.1 控制系统方案的确定 4
2.3.2 控制系统设计方案示意图 4
3 控制系统的设计 5
3.1 控制系统设计的对象与运行过程 5
3.1.1 控制系统设计对象 5
3.1.2 控制系统运行过程 5
3.2 控制系统原理图 6
3.2.1 控制系统电路原理图 6
3.2.2 端口及软元件说明 6
3.2.3 气动原理图 9
3.2.4 控制柜面板 10
3.2.5 布置图 11
4. 控制系统的主要硬件选型分析及设计 12
4.1 主要电子元器件的选型 12
4.1.1 PLC的选型 12
4.1.2 电机以及相应驱动器的选型 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.1.3 光电码盘的选型 20
4.1.4 交流接触器的选型 21
4.1.5 中间继电器的选型 22
4.1.6 光电开关的选型 22
4.1.7 行程开关的选型 24
4.1.8 电磁阀的选型 24
4.2 主要机械部件的选型 25
4.2.1 滚珠丝杠的选型 25
4.2.2 线性滑轨的选型 26
4.2.3 磁性气缸的选型 27
4.2.4 气动三联件的选型 28
5 控制系统的程序设计 30
5.1 控制系统PLC程序软件介绍 30
5.2 PLC程序的流程 30
5.2.1 塑料铅笔自动定长连续切断控制系统的动作要求概述 30
5.2.2 控制系统PLC程序的流程图 30
5.3 主要动作PLC程序说明 31
5.3.1 S10滑轨自动退回 31
5.3.2 S20自动送料并启动切断刀 33
5.3.3 S30自动同速切断 34
5.3.4 S120滑轨手动前进 36
5.4 程序调试过程 37
5.4.1 急停程序添加 37
5.4.2 计数器复位功能 37
6 触摸屏编程 39
6.1 软件简介及触摸屏选型 39
6.2 触摸屏操作说明 39
总结 43
参考文献 44
致谢 45
附录 46
附录一 元器件清单 46
附录二 程序梯形图（部分） 48
附录三 触摸屏界面（部分） 55
1 绪论
1.1 塑料铅笔及其生产线的发展
塑料铅笔在办公和文具用品中占有重要位置，大华铅笔厂——中国第一家铅笔厂诞生于20世纪30年代。吴羹梅于1935年回到中国，在中国建立了第一家能够独立制造铅笔的制造工厂。1949年9月，哈尔滨中国标准铅笔公司成立为公私合营企业。
1969年，为了满足市场需求，Teijin公司开发了一种制作塑料铅笔的方法。此时的塑料铅笔，铅芯由石墨和ABS树脂的混合物制成，铅表面覆盖有树脂涂料。三种原料通过三台挤出机混合，大大简化了铅笔生产过程。相对比传统木质铅笔,塑料铅笔使用更流畅,更干净,且与普通的木质铅笔售价基本相同,随之塑料铅笔开始流行起来。
1.2 研究自动定长连续送进切断控制系统的目的和意义
本此设计要求使用可编程控制器PLC来完成自动化生产过程，并使用触摸屏设置参数。随着未来人民可支配收入的增加和消费者意识的提升将继续快速增长，研究自动定长连续送进切断控制系统对于制笔效率的提高大有帮助，可产生更多的经济效益。根据中国笔协会的数据分析，全国教育投资占GDP的比重每增加0.5％，笔业的销售额可增加约25亿元。根据行业特点，25亿元的销售额可带来50亿元的额外市场规模。
塑料铅笔自动定长连续送进切断控制系统的设计将主要用到可编程控制器、传感器技术、工控组态软件等。整个设计过程中，不仅可以巩固所学的理论知识，而且可将理论应用于实际，由于大学本科阶段所学多数是纯机械的内容，而本次毕业设计多涉及控制与电气的知识，无疑加大了难度以及工作量，但与此同时也锻炼了自己查阅文献与自学的能力，拓宽了自己的知识面。
2 自动定长连续送进切断控制系统的设计要求及设计方案
2.1 控制方案的要求
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图2.1 控制过程示意图
如上控制过程示意图，电机1带动滚珠丝杠，滚珠丝杠上装有一个滑轨，滑轨随着滚珠丝杠的转动从而实现左右来回移动。滑轨上安装有电机3和气缸，电机3驱动一个圆盘形切刀高速转动，电机3与气缸通过中间连接机构连接在一起，电机3随着气缸的动作从而一起移动。该控制系统开始工作时，滑轨先退回光电开关处，电机3带动刀片高速旋转，输送板链由电机2驱动进行送料，将塑料铅笔棒料送入，随着棒料的送入，当塑料铅笔右端部与光电开关的水平距离为180mm（即所要切断的塑料铅笔长度为180mm）时，电机1带动滚珠丝杠，使滑轨运动速度与塑料铅笔棒料送进的速度相同，保持相对静止，此时气缸动作，将电机3连同切断刀片一同快速推出，将塑料铅笔棒料快速切断，随即气缸带动电机与切刀刀片立即退回原位，然后电机1驱动丝杠，快速将滑轨退回光电开关处（要求在下一次塑料铅笔右端部与光电开关的水平距离为180mm之前完成该动作），等待下一次塑料铅笔右端部与光电开关的水平距离为180mm再次重复上述切断过程，以此循环。
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