基于PLC的张力控制系统设计
基于PLC的张力控制系统设计[20200410135641]
摘 要
在现代工业中可编程逻辑控制器（PLC)作为核心控制装置，因为其控制具有外部体积小、编程较为简单、可靠性相对比较高的特点在实际自动化生产中运用的非常的广泛。
本课题以现实社会生产中以可编程逻辑控制器(PLC）作为控制核心的张力控制系统为研究对象，分析了张力控制系统的功能和设计要求，然后通过运动过程中的张力的控制方法、监控方法比较后，最后选择了用编码器和高速计数器结合作为监视系统的基础，通过与PLC的有效结合，在这个基础上提出对应的硬件配置，并且设计了相应张力控制程序。结合张力控制模块控制磁粉离合器来达到张力控制的效果，主要研究的内容包括：（1）系统整体硬件方案设计；（2）张力控制系统设计；（3）多台PLC互相通信的；（4）高速计数器的使用；（5）计算出各速度多对应的张力大小；最终可以在不同的速度情况下，保持张力控制的效果。最终达到能够在生产实际中运用的效果。
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关键字:PLC张力控制离合器
目 录
1、绪论 1
1.1课题的研究背景和意义 1
1.2国内张力控制应用和现状分析 1
1.3本文的主要工作和内容安排 2
2、系统的总体方案设计 3
2.1张力控制系统概述 3
2.2系统总体方案 3
2.3 硬件选型 5
2.3.1可编程逻辑控制器PLC的选型 5
2.3.2编码器的选型 6
2.3.3 磁粉离合器的选型 7
2.3.4 张力控制器选型 8
2.3.5 PLC扩展模块选型 9
2.3.6常用的低压电器介绍与选型 10
3、电气控制系统的设计 12
3.1张力控制系统详细图 12
3.1.1 张力控制系统电源电路设计 12
3.1.2 张力控制系统的控制部分电路设计 12
3.2 PLC张力控制系统原理与实现 17
4、系统软件设计 19
4.1 PLC内部高速计数器的应用 19
4.1.1 PLC软件编程部分 19
4.1.2西门子PLC通信协议介绍 20
4.2梯形图程序 23
5、张力控制设计及调试 26
5.1 输入/输出具体地址表 26
5.2 张力控制器调试及安装 27
5.3 张力控制系统实物图 28
5.3.1 执行实物整体外观 28
5.3.2电气柜内部构造 29
5.3.3 张力给定柜 29
5.3.4 磁粉离合器与编码器的连带关系 30
5.4 本章小结 31
6、总结与展望 32
参考文献 33
致 谢 34
附录1 35
附录2 45
1、绪论
1.1课题的研究背景和意义
张力控制系统在实际生产中应用相当广泛的一项技术,在造纸、纺织领域它实现的好坏直接关系到产品的质量的优劣。近些年，随着对产品质量以及生产效率要求的进一步提高,在生产中张力控制引起了也列入生产要求中。早期的张力控制系统,绝大多数借助于控制模拟电子元器件来实现的,这些控制精度较低,稳定性较差,效果欠佳的。由于现代科学技术以及电子技术的发展,用简便化的数字电路和微控制模块取代了原来的模拟电路,使张力控制系统向着功能化、数字化、高精度的方向迈进。
基于PLC张力控制的意义在本文中的主要意义是在实际生产行业中的运用。为了使加工物的质量稳定，拉伸的张力在整个过程中应保持恒定。同时，由于机械装置的摩擦和传动系统的特性，在加工过程中会产生附加张力。例如当加工物经过被动的导辊时、卷绕控制不当时，或在总轴传动的联合机中各拖引辊直径的匹配不当时，就会造成额外的张力而超过允许的范围而造成生产材料的破损。这种附加张力是工艺上不需要的，因此必须加以抑制。另外，在某些生产中虽然不需要张力，但是由于实际操作上的要求，为了防止织物过松而起皱或跑偏。所以说张力的控制在很多生产中起着至关重要的角色。
本课题通过阅读一定的文献，在对西门子S7-200PLC，张力控制器和旋转编码器进行研究的基础上，利用STEP 7 MicroWIN 程序编写出逻辑控制程序，配合外部的控制按钮和电位器进行控制，最终实现整体的综合调试，完成张力控制系统设计。
1.2国内张力控制应用和现状分析
张力控制系统通常是张力传感器和张力控制器一种系统集成，目前的应用领域非常的广，主要在线缆、造纸、纺织印染、印刷、食品、薄膜生产中，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。
这种控制对机器的任何运行速度必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速、即使在紧急停车的情况下，也应该有能力保证被分割物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到产品质量。
一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。根据环路可分闭环，闭环或自由环张力控制系统；现在国内外还有很多的张力检测方法，根据不同的材料，可以有超声波式，浮辊式，跟踪臂式等。
1.3本文的主要工作和内容安排
本课题主要的是研究完成S7-200PLC以及需要模块的选型和数量的确定，配置好各个输入点和输出点的功能并且完成PLC和PLC之间的通信，同时利用模拟量模块把外部电位器的阻值转换为数字量。将得到的各个数据带入到公式，计算出生产线所需的张力数值，最终将数值送到张力控制器，实现生产线上各个离合器的张力控制。
本文的主要内容：
第1章 介绍了课题的研究背景和意义、本文主要工作及内容安排。
第2章 对张力控制系统，电气控制系统部分总体方案设计，工艺的流程，硬件的选型，进行简单的表述，重点介绍了西门子S7-200 PLC。
第3章 介绍了张力控制系统硬件设计思路，以及张力控制系统电气原理图。
第4章 介绍了张力控制系统的软件设计，输入输出点地址编号， PLC程序设计思路以及梯形图程序。其中介绍PLC通信的方式，讲解了三台PLC互相通信设置， 以及PLC程序设计思路以及关键梯形图程序。
第5章 运行结果及分析，系统运行
第6章 总结与展望，总结分析了该控制系统的设计，并指出了一些不足之处，展望了该系统以后的前景。
2、系统的总体方案设计
2.1张力控制系统概述
本课题的张力控制系统一共有三个部分组成，第一个部分为张力输入系统，第二个部分为PLC控制部分，第三部分为张力执行的一个部分。张力控制系统，先将所要控制的张力用电位器值来输入，输入的模拟量需要在模块中进行转换，转换后的值输入PLC主机进行计算，因为生产线需要控制的点比较多，所以需要三台PLC同时来控制生产各部分的张力，设定一台PLC为主站，控制两个从站，PLC输出的数字信号，又经过模块的转换又变成模拟信号，来控制离合器，控制生产线张力。
2.2系统总体方案
本课题所研究的张力控制系统，它是一个恒张力控制的系统，在系统外部设定好一个张力后，通过PLC控制离合器，使得生产线上的薄膜在给定张力绷紧放的过程中生产线的速度改变也有效，包括机器的加速、减速和匀速、即使在紧急停车的情况薄膜都不会破损。所以需要对生产线上的产品生产速度进行反馈，通过反馈的速度而来调节施加的张力，该系统总体设计思路流程图如图2-1所示
图2-1 系统总体设计及思路流程图
2.3 硬件选型
2.3.1可编程逻辑控制器PLC的选型
PLC除自身所拥有的可塑性、记忆性，还具有可接受多种形式输出、输入控制的强大功能，且稳定性及寿命都相对比较高，除了能够单独一台的控制之外，更可以进行多台的连接，易于完成整体自动化的目标，因此广受自动控制界的普遍欢迎，尤其是具可更改性，可以重复使用，减少因为更改而造成的资源浪费，是一种非常环保，非常值得推广的控制器，PLC作为一种特殊形式的计算机控制系统，现在市面上拥有很多品牌的PLC，而且每个品牌下又含有很多PLC的型号。每个型号在特性，价格上面都很大的差异，所以选一个适合的PLC十分重要。在选购PLC的时候我们需要考虑的因素有：
摘 要
在现代工业中可编程逻辑控制器（PLC)作为核心控制装置，因为其控制具有外部体积小、编程较为简单、可靠性相对比较高的特点在实际自动化生产中运用的非常的广泛。
本课题以现实社会生产中以可编程逻辑控制器(PLC）作为控制核心的张力控制系统为研究对象，分析了张力控制系统的功能和设计要求，然后通过运动过程中的张力的控制方法、监控方法比较后，最后选择了用编码器和高速计数器结合作为监视系统的基础，通过与PLC的有效结合，在这个基础上提出对应的硬件配置，并且设计了相应张力控制程序。结合张力控制模块控制磁粉离合器来达到张力控制的效果，主要研究的内容包括：（1）系统整体硬件方案设计；（2）张力控制系统设计；（3）多台PLC互相通信的；（4）高速计数器的使用；（5）计算出各速度多对应的张力大小；最终可以在不同的速度情况下，保持张力控制的效果。最终达到能够在生产实际中运用的效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC张力控制离合器
目 录
1、绪论 1
1.1课题的研究背景和意义 1
1.2国内张力控制应用和现状分析 1
1.3本文的主要工作和内容安排 2
2、系统的总体方案设计 3
2.1张力控制系统概述 3
2.2系统总体方案 3
2.3 硬件选型 5
2.3.1可编程逻辑控制器PLC的选型 5
2.3.2编码器的选型 6
2.3.3 磁粉离合器的选型 7
2.3.4 张力控制器选型 8
2.3.5 PLC扩展模块选型 9
2.3.6常用的低压电器介绍与选型 10
3、电气控制系统的设计 12
3.1张力控制系统详细图 12
3.1.1 张力控制系统电源电路设计 12
3.1.2 张力控制系统的控制部分电路设计 12
3.2 PLC张力控制系统原理与实现 17
4、系统软件设计 19
4.1 PLC内部高速计数器的应用 19
4.1.1 PLC软件编程部分 19
4.1.2西门子PLC通信协议介绍 20
4.2梯形图程序 23
5、张力控制设计及调试 26
5.1 输入/输出具体地址表 26
5.2 张力控制器调试及安装 27
5.3 张力控制系统实物图 28
5.3.1 执行实物整体外观 28
5.3.2电气柜内部构造 29
5.3.3 张力给定柜 29
5.3.4 磁粉离合器与编码器的连带关系 30
5.4 本章小结 31
6、总结与展望 32
参考文献 33
致 谢 34
附录1 35
附录2 45
1、绪论
1.1课题的研究背景和意义
张力控制系统在实际生产中应用相当广泛的一项技术,在造纸、纺织领域它实现的好坏直接关系到产品的质量的优劣。近些年，随着对产品质量以及生产效率要求的进一步提高,在生产中张力控制引起了也列入生产要求中。早期的张力控制系统,绝大多数借助于控制模拟电子元器件来实现的,这些控制精度较低,稳定性较差,效果欠佳的。由于现代科学技术以及电子技术的发展,用简便化的数字电路和微控制模块取代了原来的模拟电路,使张力控制系统向着功能化、数字化、高精度的方向迈进。
基于PLC张力控制的意义在本文中的主要意义是在实际生产行业中的运用。为了使加工物的质量稳定，拉伸的张力在整个过程中应保持恒定。同时，由于机械装置的摩擦和传动系统的特性，在加工过程中会产生附加张力。例如当加工物经过被动的导辊时、卷绕控制不当时，或在总轴传动的联合机中各拖引辊直径的匹配不当时，就会造成额外的张力而超过允许的范围而造成生产材料的破损。这种附加张力是工艺上不需要的，因此必须加以抑制。另外，在某些生产中虽然不需要张力，但是由于实际操作上的要求，为了防止织物过松而起皱或跑偏。所以说张力的控制在很多生产中起着至关重要的角色。
本课题通过阅读一定的文献，在对西门子S7-200PLC，张力控制器和旋转编码器进行研究的基础上，利用STEP 7 MicroWIN 程序编写出逻辑控制程序，配合外部的控制按钮和电位器进行控制，最终实现整体的综合调试，完成张力控制系统设计。
1.2国内张力控制应用和现状分析
张力控制系统通常是张力传感器和张力控制器一种系统集成，目前的应用领域非常的广，主要在线缆、造纸、纺织印染、印刷、食品、薄膜生产中，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。
这种控制对机器的任何运行速度必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速、即使在紧急停车的情况下，也应该有能力保证被分割物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到产品质量。
一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。根据环路可分闭环，闭环或自由环张力控制系统；现在国内外还有很多的张力检测方法，根据不同的材料，可以有超声波式，浮辊式，跟踪臂式等。
1.3本文的主要工作和内容安排
本课题主要的是研究完成S7-200PLC以及需要模块的选型和数量的确定，配置好各个输入点和输出点的功能并且完成PLC和PLC之间的通信，同时利用模拟量模块把外部电位器的阻值转换为数字量。将得到的各个数据带入到公式，计算出生产线所需的张力数值，最终将数值送到张力控制器，实现生产线上各个离合器的张力控制。
本文的主要内容：
第1章 介绍了课题的研究背景和意义、本文主要工作及内容安排。
第2章 对张力控制系统，电气控制系统部分总体方案设计，工艺的流程，硬件的选型，进行简单的表述，重点介绍了西门子S7-200 PLC。
第3章 介绍了张力控制系统硬件设计思路，以及张力控制系统电气原理图。
第4章 介绍了张力控制系统的软件设计，输入输出点地址编号， PLC程序设计思路以及梯形图程序。其中介绍PLC通信的方式，讲解了三台PLC互相通信设置， 以及PLC程序设计思路以及关键梯形图程序。
第5章 运行结果及分析，系统运行
第6章 总结与展望，总结分析了该控制系统的设计，并指出了一些不足之处，展望了该系统以后的前景。
2、系统的总体方案设计
2.1张力控制系统概述
本课题的张力控制系统一共有三个部分组成，第一个部分为张力输入系统，第二个部分为PLC控制部分，第三部分为张力执行的一个部分。张力控制系统，先将所要控制的张力用电位器值来输入，输入的模拟量需要在模块中进行转换，转换后的值输入PLC主机进行计算，因为生产线需要控制的点比较多，所以需要三台PLC同时来控制生产各部分的张力，设定一台PLC为主站，控制两个从站，PLC输出的数字信号，又经过模块的转换又变成模拟信号，来控制离合器，控制生产线张力。
2.2系统总体方案
本课题所研究的张力控制系统，它是一个恒张力控制的系统，在系统外部设定好一个张力后，通过PLC控制离合器，使得生产线上的薄膜在给定张力绷紧放的过程中生产线的速度改变也有效，包括机器的加速、减速和匀速、即使在紧急停车的情况薄膜都不会破损。所以需要对生产线上的产品生产速度进行反馈，通过反馈的速度而来调节施加的张力，该系统总体设计思路流程图如图2-1所示
图2-1 系统总体设计及思路流程图
2.3 硬件选型
2.3.1可编程逻辑控制器PLC的选型
PLC除自身所拥有的可塑性、记忆性，还具有可接受多种形式输出、输入控制的强大功能，且稳定性及寿命都相对比较高，除了能够单独一台的控制之外，更可以进行多台的连接，易于完成整体自动化的目标，因此广受自动控制界的普遍欢迎，尤其是具可更改性，可以重复使用，减少因为更改而造成的资源浪费，是一种非常环保，非常值得推广的控制器，PLC作为一种特殊形式的计算机控制系统，现在市面上拥有很多品牌的PLC，而且每个品牌下又含有很多PLC的型号。每个型号在特性，价格上面都很大的差异，所以选一个适合的PLC十分重要。在选购PLC的时候我们需要考虑的因素有：
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