纸张质量检测系统设计.docx

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1、摘要2Abstract31绪论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72.2.1 PLC介绍72.2.2 PLC选型82.3 牛皮纸的厚度测量102.3.1 传感器的选型102.3.2 传感器的测量原理102.3.3 传感器的组成112.4 传送装置的设计122.5 系统主体方案的确认123硬件设计143.1 控制设计143.1.1 硬件控制方案1

2、43.2 电气系统设计统设计143.3 电气控制系统的设计163.4 I/O分配表163.5 I/O端子接线图174软件设计194.1 编程软件的介绍194.2 梯形图204.3 组态王的使用345总结34参考文献34致谢：35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，且计算产品的合格率。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

3、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AbstractThepaperqualityinspectionsystemisthelastpartofthepaperprintingproductionline,whichistocheckthequalityofthewholeproductionline,soitisveryimportant.Thehardwareofthequalityinspectionsystemmainlydependsontheconveyorbeltandm

4、ultiplesensors(capacitancesensor,colorsensor,photoelectricswitch,etc.).Thesystemwillautomaticallyidentifythedefectiveproductsthatdonotmeettheproductionstandards,activelyremovethemandpackthequalifiedproductsinstatisticalboxes,andcalculatethequalifiedrateofproducts.ThesystemiscontrolledbyPLC,whichisad

5、igitaloperationelectronicsystemspeciallydesignedforapplicationinindustrialenvironment.lthastheadvantagesofhighreliability,stronganti-interferenceability,perfectfunction,strongapplicability,andeasytolearnanduse.Keywords:qualityinspection,sensor,PLC1绪论11课题设计目的和意义随着时代的发展，人们生活越来越好，对身边的事物的精细要求也越来越高，纸张也不例

6、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，检测的准确性很难保证，难以适应现在的检测需求。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T990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

7、设计原理已经逐渐跟不上时代，它们还在沿用大量的人工进行生产，一种牛皮纸的工艺可以包括蒸煮，漂白，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己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

8、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。1.2 本课题设计内容本论文系统设计主要采用西门子的可编程逻辑控制器作为总控制单元，实现纸张自动检测系统的功能。改系统由控制装置(PLC),传送装置以及检测装置(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。传送装置由多条传送带组成，检测装置则依靠各种传感器来实现。本系统可以自动运行，为了应对突发

9、的紧急状况，还设计了一个紧急停止按钮。1.3 系统控制方案的选择本次设计的系统控制方案有两个预案，一是使用PLC进行控制，二是使用单片机进行控制。PLC.单片机都是自动控制系统的核心构成部分，两者在功能方面各具有特色，也具有交叉点。因此对两者进行了对比，以此确定最佳方案。1.3.1 单片机系统控M我认为单片机系统控制功能比较强大，里面的代码又十分简单易懂，而且在后面的更新漏洞和减少错误中能大大减少工作量。但是我觉得单片机开发时间与PLC方案相比比较长，另外单片机的扩展性能差，如果后面要加入新功能的话就会十分麻烦。而且单片机对周围的环境的要求很高，会影响整个系统运行的稳定性的原因之一就是安装环境

10、差，如果安装环境没有达到十分合适的标准，单片机系统和PLC相比容易损坏。因此，该方案不适合本系统设计的控制策略。1.3.2 可编程控制器系统控制因此PLC方案合适，但是又不够完美，有以下的原因；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、微电子技术领域和自动控制原理和方法的迅速发展，国外的温度控制系统发展得以飞速。并且自我适应能力、整定参数，以及智能化上都取得了硕果累累。原因二：可编程控制器对现场信号的抗干扰能力比较强，能够适应各种场合。其次，PLC的延展性十分好，能同时实现多种功能，但是这也有不完美的地方，就是少了监控手段，特别是现代这种需要自动化程度高的社会，没有

11、一个有效的监控修改手段就会显得十分麻烦。原因三：在工业上使用最多的控制方式中就有PID控制，PID的采样周期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。而PLC就可以适用于这套PID控制。1.3.3 可编程控制器+上位机系统控制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。1.4 系统设计的基本步骤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

12、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。2总体设计2.1 质量检测系统

13、的总体设计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置，质量检测装置通过安装的传感器检测产品是否合格，如果产品合格，将由传送带收入成品箱并且计数。不合格的话将被剔除到废品箱。2.2 可编程控制器介绍及选型2.2.1PLC介绍PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。现代社会需要的生产量十分巨

14、大，人力资源方面已经开始捉襟见肘，自动化的流水线生产就十分的必要，现在PLC是目前被最多使用的自动化装置。它具有结构简单，使用方便，可靠性强等特点。PLC可靠性高在于其接口为光电隔离，能有效地防止辐射干扰，cpu能快速地判断硬件是否发生异常。PLC的简单在于它的安装简单，能随时随地的将设备与其I/O口进行连接。当然，PLC也有许多缺点，比如不能作为专门的控制器。但是瑕不掩瑜，PLC还是大量的运用在各种工厂和生产中。2.2. 2PLC选型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

15、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PIC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PIC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。西门子的PlC编写是经过了多次的优化，起初的编程系统还是依附于C语言，在2004年，windows系统更新后，西门子系统与时俱进，及时改良系统，让编写代码变得更加简便，而且由于s7-200的发行量巨大，所以其购买成本愈发的低廉。表1:西门子S7-200参数表电源电压电源电压波动环境温度、湿度大气压保护等级输出给传感器的电压输出给传感器的电流为扩展模块提供的输出电流程序存储器数据存储器存储器子模块数据后备DC24V,AC100230VDC20.4-28.8V,AC84-264V(47-63Hz)水平安装0550C,垂直安装(450C,595%8601080hPaIP20到IEC529DC24V(20.4-28.8V)280mA,电子式短路保护(60OmA)660mA8K字节/典型值为2.6K