I基于S7-200的電池隔膜生產(chǎn)上料控制系統(tǒng)設(shè)計摘要由于新型技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得生產(chǎn)線中對于電池隔膜需求量不斷增加。傳統(tǒng)的電池隔膜制作中上料系統(tǒng)絕大部分都是以單一的人工進(jìn)行放料與上料，物料的供給呈現(xiàn)出復(fù)雜化和不確定性。因此，本設(shè)計將在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改善。本次設(shè)計是以S7-200為核心控制器，選用三相異步電動機(jī)控制上料，以傳感器進(jìn)行電池塑料隔膜制作系統(tǒng)中出料過程中物料排空情況、溫度檢測，以及成卷過程中隔膜厚度、張力的檢測；通過CAN總線通訊，上位機(jī)上可以輸入上料量、溫度設(shè)定等參數(shù)；當(dāng)實際上料量超出設(shè)定值或者溫度過高時系統(tǒng)報警，上料系統(tǒng)停止運行。最終使用MCGS組態(tài)軟件，模擬驗證系統(tǒng)的功能性與實用性，增加系統(tǒng)的整體可行性。該系統(tǒng)可以輕松實現(xiàn)塑料物料的取送，大大提高塑料物料系統(tǒng)的分揀與輸送，同時降低了生產(chǎn)產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：PLC；自動上料；電池隔膜；組態(tài)仿真目錄TOC\o"1-3"\h\u29845第1章緒論 1205201.1背景以及研究意義 1248451.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2319851.3主要研究內(nèi)容 220800第2章控制系統(tǒng)方案的確定 3249102.1塑料隔膜上料系統(tǒng)的總體設(shè)計 3152052.2輸入模塊方案設(shè)計 4150532.3輸出部分方案設(shè)計 4200262.4檢測模塊方案設(shè)計 4284082.5本章小結(jié) 43036第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 5182483.1PLC的選型 5287803.2I/O口分配表 6280933.3上位機(jī)設(shè)計 7109423.4傳感器的選型 8141543.4.1爐內(nèi)檢測傳感器的選擇 8244913.4.2爐內(nèi)溫度檢測傳感器的選擇 8292903.4.3薄膜厚度檢測傳感器的選擇 9298813.4.4薄膜寬度與拉伸檢測傳感器的選擇 10255003.5電氣原理圖的設(shè)計 1013303.6電機(jī)選型 12182683.7本章小結(jié) 1321278第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 1343624.1系統(tǒng)工作流程圖 13169304.2爐內(nèi)檢測模塊設(shè)計 15179654.3薄膜厚度檢測模塊設(shè)計 1674194.4張力檢測模塊設(shè)計 1738454.5本章小結(jié) 1715031第5章系統(tǒng)仿真設(shè)計 18236295.1組態(tài)軟件設(shè)計 18247615.1.1塑料隔膜上料系統(tǒng)的工程建立 18210895.1.2創(chuàng)建組態(tài)畫面 1844355.1.3動畫設(shè)置 1999005.2組態(tài)仿真 2116025.3仿真中存在的問題 2519234總結(jié) 2727092參考文獻(xiàn) 2727291附錄 30第1章緒論本章主要是對本系統(tǒng)背景進(jìn)行介紹，并引出本次設(shè)計的主要解決的方向問題，同時對國內(nèi)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，在上述論述充分的情況下，對本次系統(tǒng)的主要工作進(jìn)行設(shè)計。背景以及研究意義現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展，使得工業(yè)制造自動化的水平也越來越高，對于很多行業(yè)而言，高速的自動化將會提高生產(chǎn)的效率，然而對于當(dāng)前的流水線制造來說，傳統(tǒng)的人工操作已經(jīng)沒有辦法滿足實時社會的需求量，盡管可以通過增加人員數(shù)量去增加工作效率，但是對于長期的社會發(fā)展的角度而言，已經(jīng)不能充分滿足。當(dāng)今社會工業(yè)自動化水平一直在不停的提高，有很多的工業(yè)企業(yè)遇到了對之前已經(jīng)擁有的生產(chǎn)線需要進(jìn)行重新改造還有再次設(shè)計的難題。PLC(programmablecontroller)是一種以核心部分為微處理器的多種類型產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)制造過程中需要用到的用于控制裝置以及控制傳統(tǒng)的繼電器。這種裝置的系統(tǒng)和計算機(jī)技術(shù)是互相結(jié)合的，二者需要共同配合來使用，最近幾年以來多被應(yīng)用于工業(yè)自動控制和機(jī)電一體化以及傳統(tǒng)工業(yè)改造等多個不同的領(lǐng)域。PLC技術(shù)的自動控制攬活的應(yīng)用是信息技術(shù)的重要體現(xiàn)者,具體的應(yīng)用過程中,計算機(jī)的迅速響應(yīng)特性和大規(guī)模的電力設(shè)備的存儲特性充分合并一體,電氣工程學(xué),更快,更智能,更廣闊的配電運行范圍。采用PLC設(shè)計的工資系統(tǒng)操作簡單，既使用起來很方便，并且還有易于改造和體積小及重量輕等特點。除此之外在應(yīng)用過程中其造成的能耗低，設(shè)備故障的發(fā)生率也會降低。利用該技術(shù)設(shè)計的隔膜在200攝氏度下不會收縮，實現(xiàn)了更高的耐熱性，厚度均勻并且開口的分布也具有均勻性的特點。電化學(xué)穩(wěn)定特性也非常高，隔膜的吸液性很強(qiáng)。當(dāng)液體吸收率超過200%時，電池的界面特性和內(nèi)部電阻以及離子導(dǎo)電性就會收到電池里隔膜的影響，從而更會使電池的容量以及循環(huán)性和安全性大大的降低。該類電池隔膜是將添加劑添加到PE/PP等樹脂之中而形成的一種多孔性塑料薄膜。鋰離子電池的重要部件就包括電池隔膜，它可以切斷內(nèi)部電子的傳輸。因此，隔膜的質(zhì)量就是影響電池綜合性能的重要因素之一。作為工業(yè)控制用計算機(jī),PLC模塊組成結(jié)構(gòu)和靈活高速的處理速度,以及準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理能力,具有非常卓越的性能相比,當(dāng)前是市場用的最廣泛的控制裝置之一。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電池隔膜是鋰電池的重要組成部分。這么多年以來，隨著我們生產(chǎn)電池隔膜工業(yè)的成功，它的價格也跟著下降了的很快，并且電池隔膜在電池所有材料的總成本當(dāng)中所占到的百分比也隨之下降，將近在7%至15%左右。通常來講,由于比這還高的單位成本在三元電池正負(fù)電極材料當(dāng)中,隔膜所占比例在10%以下。在鋰電池的所有制作材料當(dāng)中，隔膜技術(shù)的突破難度和純利潤還是依然很高的，這也是最后實現(xiàn)隔膜國產(chǎn)工業(yè)化的重要之重的一部分。與國外企業(yè)相比較，國內(nèi)的企業(yè)在此之前主要是以干式拉伸的方法生產(chǎn)電池隔膜，不過這里面大多都是質(zhì)量很差，非常低端。在國外企業(yè)已經(jīng)將桿高端的濕式制造隔膜的方法壟斷了很多年。但在最近幾年，國內(nèi)隔膜生產(chǎn)企業(yè)也在不斷地改進(jìn)濕式生產(chǎn)工藝上。因此，濕式隔膜的產(chǎn)量和性能已經(jīng)逐漸向國外水平看齊。不僅如此，國內(nèi)企業(yè)也在濕式隔膜的生產(chǎn)量上擴(kuò)大了很多，隔膜市場的格局也發(fā)生了變化。追溯到2012年國內(nèi)企業(yè)當(dāng)時還是以干式拉伸工藝為主，新祥格林和星源材料以及佛山金輝生產(chǎn)公司是國內(nèi)市場在此類行業(yè)的榜首，到了2019年主要有上海恩杰及蘇州潔利還有金輝高科技、重慶新米等企業(yè)在生產(chǎn)濕式隔膜工藝基礎(chǔ)上發(fā)貨量方面排名第一。同年，中國鋰電池隔膜出貨量前十的企業(yè)也已經(jīng)占市場份額半數(shù)以上。由此可見，在此類技術(shù)上我國實力也勢必走在最前方。1.3主要研究內(nèi)容本次基于PLC的塑料隔膜上料系統(tǒng)設(shè)計主要分成三個部分，分別是輸入端、輸出端以及組態(tài)監(jiān)控端，在輸入端中主要是對物料位置的采集、物料的重量檢測以及對物料的體積檢測，輸出端主要是對分揀氣缸和電機(jī)變化還有指示燈進(jìn)行相應(yīng)的控制，在監(jiān)控端主要是對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控以及驗證的功能是否正常，監(jiān)控端使用的是MCGS組態(tài)軟件。根據(jù)上面的介紹，該系統(tǒng)設(shè)計主要有以下四大功能：檢測功能：主要為實時檢測上料時系統(tǒng)輸入的物料位置、重量以及體積傳感器的發(fā)出的信號，對上述三個不同的傳感器信號完成采集工作；控制步進(jìn)電機(jī)：根據(jù)不同信號的輸入。利用PLC對步進(jìn)電機(jī)實行不同的動作從而進(jìn)行不同的控制；監(jiān)控功能：該部分是利用組態(tài)軟件，對系統(tǒng)運行過程中物料在各個環(huán)節(jié)的狀態(tài)變化可進(jìn)行實時監(jiān)控，與此同時對設(shè)計功能的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗證；對分揀氣缸的實時控制：首先利用PLC處理輸入信號，之后控制分揀氣缸對不同的物料進(jìn)行以不同的閾值控制方式。第2章控制系統(tǒng)方案的確定2.1塑料隔膜上料系統(tǒng)的總體設(shè)計在該系統(tǒng)中，主要是以爐內(nèi)溫度識別、爐內(nèi)物料檢測系統(tǒng)、爐內(nèi)排空檢測系統(tǒng)、上料控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、薄膜成型控制系統(tǒng)、出料與烘干控制系統(tǒng)、爐內(nèi)攪拌控制系統(tǒng)、不合格薄膜檢測與指示系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)組成的塑料隔膜上料管控系統(tǒng)。在爐內(nèi)溫度、物料與排空識別系統(tǒng)中主要利用對爐內(nèi)溫度、物料位置以及是否排空進(jìn)行實時監(jiān)測，并且進(jìn)行信號傳輸，其設(shè)定傳感器信號是以爐內(nèi)溫度、爐內(nèi)物料位置以及爐內(nèi)是否排空進(jìn)行組合識別，最終形成爐內(nèi)實時狀況識別系統(tǒng)。在此過程涉及對于溫度控制系統(tǒng)以及爐內(nèi)物料的實時供給電機(jī)控制，同時當(dāng)物料供給與溫度符合需求時，此時爐內(nèi)攪拌控制系統(tǒng)將會對爐內(nèi)的物料進(jìn)行攪拌，隨后開始對其進(jìn)行特定的滾筒壓軋成型，并將其從出料與烘干控制系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)定，出料后經(jīng)過烘干，隨后對其進(jìn)行厚度、寬度進(jìn)行監(jiān)測，最后進(jìn)行拉伸檢測，最終生成合格的薄膜產(chǎn)品。本次塑料隔膜上料系統(tǒng)的具體的模型如下圖2.1所示，在該模型中可以將本次實現(xiàn)的具體的功能進(jìn)行介紹。圖2.1功能模型圖本設(shè)計是基于PLC的塑料隔膜上料系統(tǒng)設(shè)計，本系統(tǒng)的主要組成部分為上位機(jī)、檢測模塊、報警模塊、按鍵模塊、上料電機(jī)模塊、攪拌機(jī)模塊、滾筒模塊以及烘干機(jī)模塊。2.2輸入模塊方案設(shè)計在輸入模塊中，主要是對輸入的按鍵信號進(jìn)行預(yù)先檢測，根據(jù)按鍵信號的模式選擇不同的工作模式。在手動模式下，使用手動模式對物料電機(jī)、成型滾筒、烘干機(jī)以及加熱模塊，同時會根據(jù)手動操作的對應(yīng)動作，實現(xiàn)LED分別點亮。在自動模式下，系統(tǒng)將會根據(jù)具體的檢測實現(xiàn)動作。2.3輸出部分方案設(shè)計首先上料電機(jī)會進(jìn)行上料電機(jī)工作，直至物料加至到高料位置處停止加料，PLC此時控制加熱模塊對其內(nèi)的物料進(jìn)行加熱，加熱到一定溫度后，開啟爐內(nèi)攪拌系統(tǒng)，對其進(jìn)行攪拌，隨后攪拌完成后，出料閥門會立即開啟，進(jìn)行出料，隨后PLC控制器控制系統(tǒng)開啟烘干模塊，對爐內(nèi)的物料進(jìn)行烘干操作，并進(jìn)行滾筒壓軋，將其壓軋，直至壓軋完成。2.4檢測模塊方案設(shè)計在檢測模塊中，主要是對輸入的按鍵信號進(jìn)行預(yù)先檢測，根據(jù)按鍵信號的模式選擇不同的工作模式。在手動模式下，使用手動模式對物料電機(jī)、成型滾筒、烘干機(jī)以及加熱模塊，同時會根據(jù)手動操作的對應(yīng)動作，實現(xiàn)LED分別點亮。在自動模式下，系統(tǒng)將會根據(jù)具體的檢測實現(xiàn)動作。壓軋后的薄膜將經(jīng)過寬度不合格信號、厚度不合格信號檢測以及拉伸不合格檢測，一旦檢測到其中一項不合格，對應(yīng)的LED將會被PLC控制點亮，并且系統(tǒng)將會對不和的件數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計。2.5本章小結(jié)本章將塑料隔膜上料的背景進(jìn)行簡要介紹，根據(jù)分析為本次的塑料隔膜上料的控制進(jìn)行功能設(shè)計，最后就為什么選擇PLC進(jìn)行簡單的論證分析，最終確定本次的控制器以及功能實現(xiàn)。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1PLC的選型如果單純地從控制器的角度說，STC89C52單片機(jī)的確是一個不錯的選擇，同51系列中其他單片機(jī)的指令是絕對可以相互兼容的，引腳的結(jié)構(gòu)為經(jīng)典的8051結(jié)構(gòu)，并且單片機(jī)芯片的內(nèi)部是8位的中央處理器集成在一起的，這樣可以使單片機(jī)的運行速度變得更快。在編寫程序以及測試時，可以對程序加以不斷改寫或擦除，并進(jìn)行程序的測試。單片機(jī)程序的錄入可利用串口（TXD、RXD這兩個引腳）來實現(xiàn)，這樣可以大大節(jié)省開發(fā)者的時間，下載的步驟更簡單。但是針對本次的系統(tǒng)而言，其控制的步進(jìn)電機(jī)的精確度以及輸入信號的具體采集，52單片機(jī)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需求。針對該功能需求，本次系統(tǒng)選擇PLC為系統(tǒng)的主要控制芯片，具體的優(yōu)勢如下：首先使用PLC的系統(tǒng)在當(dāng)前的自動化產(chǎn)業(yè)中具有很高的應(yīng)用場所與應(yīng)用實用性。對于一般的系統(tǒng)而言，使用PLC可以具有穩(wěn)定的系統(tǒng)運行效率。同時對于一個系統(tǒng)而言，通常根據(jù)不同的控制對象可以將其劃分為4大類控制功能，它們?yōu)椤?,1”的開關(guān)量、運動理論的控制、信息傳輸通信控制以及常見的模擬量控制。針對上述四大類的功能控制，使用PLC可以很好的解決控制的難題。在使用PLC時，由于其維護(hù)性高，現(xiàn)場調(diào)試的難度較小以及安裝的簡易性，使得在絕大數(shù)的自動化產(chǎn)業(yè)中，都是以PLC為主要的控制器，因此本次的塑料薄膜上料控制系統(tǒng)設(shè)計也是選擇PLC為控制器。通過西門子與三菱兩個系列PLC對比，判斷出西門子系列在運行過程與通信控制方面是比較頂尖的，對于本設(shè)計選用更加適合，其次西門子的模擬量模塊比其他品牌價格更加實惠，程序相對來說也較簡單，而三菱在這兩個方面就比較差。根據(jù)S7-200的CPU可以支持的外部擴(kuò)展的接入與輸出，CPU221型就只能支持6路輸入及4路輸出，CPU224最多為14路輸入和10路輸出，而CPU226最大可以支持24路輸入以及16路輸出，從性能上來講，完全符合設(shè)計需求。因此S7-200系列CPU226成為的首選,該型號PLC運算速度快并且通訊功能強(qiáng)，所以其足夠滿足本系統(tǒng)設(shè)計的要求。圖3.1PLC硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖3.2I/O口分配表根據(jù)系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)的I/O分配見下表所示。表3.1I\O口分配表輸入自動模式I0.0手動模式I0.1手動定量上料電機(jī)I0.2手動加熱爐加熱I0.3手動攪拌電機(jī)I0.4手動出料閥門I0.5手動烘干風(fēng)機(jī)I0.6手動成型滾筒I0.7爐內(nèi)料位到位開關(guān)I1.0溫度到達(dá)開關(guān)I1.1料空信號開關(guān)I1.2寬度檢測儀不合格信號I1.3厚度檢測儀不合格信號I1.4拉伸檢測儀不合格信號I1.5輸出自動燈Q0.0手動燈Q0.1定量上料電機(jī)Q0.2加熱爐加熱Q0.3攪拌電機(jī)Q0.4出料閥門Q0.5烘干風(fēng)機(jī)Q0.6成型滾筒Q0.7寬度檢測儀不合格燈Q1.0厚度檢測儀不合格燈Q1.1拉伸檢測儀不合格燈Q1.23.3上位機(jī)設(shè)計在塑料隔膜上料系統(tǒng)中，上位機(jī)（工業(yè)控制計算機(jī)）屏幕上實時顯示各種信號變化和故障信息等，下位機(jī)（PLC控制器）對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。一般情況下，為了對上料輸送裝置、出料裝置、卷料機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，上位機(jī)以“組態(tài)王”軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)。上位機(jī)監(jiān)控界面，由登錄界面進(jìn)入主界面、手動控制畫面、參數(shù)設(shè)定畫面和故障顯示畫面所組成。（1）自動運行畫面：自動運行畫面中包含“啟動”、“暫?！薄ⅰ巴Ｖ埂卑存I，當(dāng)按下“啟動”按鍵時，上料裝置啟動，進(jìn)入初始化狀態(tài)；按下“暫停”按鍵時，系統(tǒng)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)；按下“停止”按鍵時，停止上料工作并復(fù)位。（2）手動控制畫面：手動控制畫面可以單獨的上料啟停。（3）參數(shù)設(shè)定畫面：參數(shù)設(shè)定畫面可以對上料的所需量以及出料量和卷料機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置。（4）故障顯示畫面：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)電機(jī)運轉(zhuǎn)異?；蛏狭稀⒊隽袭惓Ｒ约案裟嚅_是，指示燈會發(fā)出報警信號，故障信息顯示在監(jiān)控界面上。圖3.2上位機(jī)功能圖3.4傳感器的選型3.4.1爐內(nèi)檢測傳感器的選擇本次的塑料隔膜上料系統(tǒng)中共設(shè)計了兩個爐內(nèi)傳感器，在爐內(nèi)對物料的位置與爐內(nèi)的物料是否排空進(jìn)行檢測。而對于這兩個傳感器直接光電式傳感器就可以輕松實現(xiàn)對爐內(nèi)物料位置與是否排空物料的信號進(jìn)行檢測。本次對于爐內(nèi)物料位置與物料是否排空的信號檢測的方式采用的是微動開關(guān)，由于其具有的特殊性，因此一般是與位置檢測傳感器組合使用，具體的微動傳感器的原理構(gòu)架如圖3.3所示。圖3.3微動傳感器3.4.2爐內(nèi)溫度檢測傳感器的選擇本次的塑料隔膜上料系統(tǒng)中對于溫度的檢測，該系統(tǒng)用的傳感器是使用的是溫度傳感器，這種傳感器的輸出信號是由感受到的外部環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換而成的。該傳感器可以說是一個精準(zhǔn)度非常高的溫變數(shù)字器件，可以直接將其與PLC進(jìn)行直接連接，在本次的爐內(nèi)的溫度使用的是數(shù)字式的溫度傳感器，該傳感器的內(nèi)部是本來就存在轉(zhuǎn)換模塊的，該模塊的功能是可以輕松將模塊的模擬量轉(zhuǎn)換為需要使用的數(shù)字量，并將其輸入至PLC內(nèi)部，實現(xiàn)對爐內(nèi)的溫度控制。由于整體制作過程中，結(jié)合實際情況考慮，實際溫度值會非常高，因此本設(shè)計選用Pt100鉑熱電阻溫度傳感器來進(jìn)行溫度檢測，這種溫度傳感器最高可測溫度高達(dá)600℃，傳感器的具體構(gòu)造如下圖3.4所示圖3.4溫度傳感器電路圖3.4.3薄膜厚度檢測傳感器的選擇在對于薄膜厚度的檢測過程中，一方面由于薄膜的厚度最小單位為mm，甚至為μm或者nm，這就要求使用傳感器的時候，該傳感器可以具有微小厚度的檢測，同時由于檢測對象問題，該傳感器必須具有不能受當(dāng)前薄膜的材質(zhì)影響而無法檢測精準(zhǔn)的厚度，當(dāng)然由于系統(tǒng)的自動化處理問題，對傳感器的輸出信號問題，也提出了嚴(yán)格要求，直接輸出數(shù)字量，保證系統(tǒng)在檢測過程中，不需要PLC額外控制轉(zhuǎn)換模塊對其進(jìn)行處理。本次的塑料隔膜上料系統(tǒng)中對于對于薄膜厚度是否合格的檢測，是以X線探頭作為檢測傳感器。該傳感器檢測電池隔膜的厚度是利用X線管通電產(chǎn)生X線作為信號源來實現(xiàn)的。X線探頭傳感器產(chǎn)生的信號為數(shù)字量信號，這種數(shù)字信號可以輸入至PLC中作為下一步使用的信號，用來判定是否為符合本次系統(tǒng)需求的數(shù)據(jù)。本設(shè)計檢測的電池隔膜所需要的精度要求很高，因此選用YTH-4A型號的X線探頭厚度檢測儀器，該型號設(shè)備分度值為0.01mm，示值誤差:±0.0025mm或±0.5%，符合本設(shè)計的檢測要求。其電路設(shè)計圖如圖3.5所示。圖3.5X線探頭電路圖3.4.4薄膜寬度與拉伸檢測傳感器的選擇本次的塑料隔膜上料系統(tǒng)中對于對于制成隔膜寬度與拉伸是否合格的檢測，選用激光傳感器來對厚度檢測。使用的類型為LDS96-1400，這種感器是先由激光發(fā)射二極管向需要測試的目標(biāo)發(fā)射出一種激光脈沖。然后這個目標(biāo)會使激光向其他各個地方散射。有一部分光通過散射后還會回到激光傳感器并落到傳感器的接收器上，然后這一部分光會被接收器上的光學(xué)系統(tǒng)接收，隨后會在雪崩光電二極管上形成影像。這種二極管的內(nèi)部用有一種光學(xué)傳感器，它可以將信號放大，所以即使是很微弱的光信號也可以被它檢測到，并且還能夠把這種微弱的光信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成相應(yīng)的電信號。因此該傳感器呈數(shù)字化顯示，可以實時標(biāo)定它檢測的信號，最后可以得出設(shè)置的數(shù)值是否符合系統(tǒng)的規(guī)定量。具體的構(gòu)造如下圖3.6所示圖3.6激光傳感器實物圖3.5電氣原理圖的設(shè)計根據(jù)上述的I/O口分配，同時結(jié)合PLC的輸入和輸出的端口配置，繪制如下的電氣接線圖，具體的電氣圖如3.7所示：圖3.7電氣原理圖3.6電機(jī)選型本設(shè)計中有上料電機(jī)與卷料輥，但是兩個電機(jī)功能相同，所以選用相同的電機(jī)。經(jīng)查閱相關(guān)資料，轉(zhuǎn)矩T需滿足T＞20N·m，初步擬定轉(zhuǎn)速r=1500r/min，取轉(zhuǎn)矩T=35N·m。則選擇電動機(jī)根據(jù)一般要求，選用Y型三相異步電動機(jī)電動機(jī)的容量的選擇。工作機(jī)所需功率Pw：其中Fw=5000N，Vw=0.5/s，ηW=0.96代入上式得電機(jī)所需額定功率為P0電機(jī)與主動軸之間的傳遞總效率η根據(jù)手冊η帶=0.95為V帶傳動效率，η軸承=0.99為軸承傳動效率，η齒輪=0.98為齒輪傳動效率，η聯(lián)軸器=0.99為聯(lián)軸器傳動效率.則REF_Ref12121\n\h[14]η=0.95×0.994×0.982×0.99=0.868選取電動機(jī)額定功率Pn，使Pn=（1~1.3）P0，查閱設(shè)計手冊取Pn=5.5kw。計算電機(jī)轉(zhuǎn)速nw。查閱資料，取V帶傳動的傳動比為i帶=2~4，單級圓柱齒輪傳動比為i齒=3~6，總傳動比合理范圍為i‘=18~144，因此傳動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為REF_Ref12121\n\h[14]符合這一范圍的其他同步轉(zhuǎn)速還有750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min，由相關(guān)資料標(biāo)準(zhǔn)查可以差到4種適用的電機(jī)型號REF_Ref12121\n\h[14]，根據(jù)電機(jī)所需額定功率，及給定工作參數(shù)從下表3.2所示選擇電機(jī)。表3.2電機(jī)選擇方案1Y160M-85.5kw750r/min723r/min2Y132M2-65.5kw1000r/min960r/min3Y132S-45.5kw1500r/min1440r/min4Y132S1-25.5kw3000r/min2900r/min根據(jù)上述計算選擇方案4，電機(jī)型號Y132S1-2。3.7本章小結(jié)本章主要就PLC的特點進(jìn)行敘述，同時對于塑料隔膜上料控制系統(tǒng)的輸入中涉及的的傳感器進(jìn)行標(biāo)定，并給出合理的規(guī)劃，最終根據(jù)I/O口的分配完成對PLC電氣接線圖的繪制，從而完成系統(tǒng)的設(shè)計。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)工作流程圖本次的塑料隔膜上料系統(tǒng)設(shè)計的主要工作流程為：利用上料系統(tǒng)中所配備的自動模式與手動模式，進(jìn)行自動與手動功能的切換，本次系統(tǒng)需要自動模式切換至系統(tǒng)中進(jìn)行運行。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，此時所有單元將會進(jìn)入到初始化中，并進(jìn)行位置標(biāo)定，標(biāo)定的位置為（初始零位）；2.在檢測模塊中，主要是對輸入的按鍵信號進(jìn)行預(yù)先檢測，根據(jù)按鍵信號的模式選擇不同的工作模式。在手動模式下，使用手動模式對物料電機(jī)、成型滾筒、烘干機(jī)以及加熱模塊，同時會根據(jù)手動操作的對應(yīng)動作，實現(xiàn)LED分別點亮。在自動模式下，系統(tǒng)將會根據(jù)具體的檢測實現(xiàn)動作；3.首先上料電機(jī)會進(jìn)行上料電機(jī)工作，直至物料加至到高料位置處停止加料，PLC此時控制加熱模塊對其內(nèi)的物料進(jìn)行加熱，加熱到一定溫度后，開啟爐內(nèi)攪拌系統(tǒng)，對其進(jìn)行攪拌，隨后攪拌完成后，將會開啟出料側(cè)的閥門，進(jìn)行出料，隨后系統(tǒng)會開啟烘干模塊，對從鍋爐內(nèi)排除的攪拌后的物料進(jìn)行烘干操作，并進(jìn)行滾筒壓軋，將其壓軋，直至壓軋完成；4.壓軋后的薄膜將經(jīng)過寬度不合格信號、厚度不合格信號檢測以及拉伸不合格檢測，一旦檢測到其中一項不合格，對應(yīng)的LED將會被PLC控制點亮，并且系統(tǒng)將會對不和的件數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計。啟動定量上料加熱啟動攪拌電機(jī)啟動定量上料加熱啟動攪拌電機(jī)上限位置完成加熱打開出料閥門手自動手動執(zhí)行烘干風(fēng)機(jī)結(jié)束成型滾筒成品檢測4.2爐內(nèi)檢測模塊設(shè)計接通電源后，塑料隔膜上料系統(tǒng)啟動，報警系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，對報警信號進(jìn)行檢測，當(dāng)上料位置在設(shè)定范圍內(nèi)或爐內(nèi)物料可正常排空時，系統(tǒng)正常運行；當(dāng)上料超出上限位置，或爐內(nèi)物料堵塞時，經(jīng)微型傳感器向PLC控制器發(fā)出報警信號，系統(tǒng)將立即停止工作，并返回初始狀態(tài)。圖4.2爐內(nèi)檢測模塊流程圖4.3薄膜厚度檢測模塊設(shè)計接通電源后，上料系統(tǒng)啟動，報警系統(tǒng)進(jìn)行檢測，若系統(tǒng)工作狀態(tài)正常，PLC控制器不會接受到報警信號，系統(tǒng)繼續(xù)正常運行；若檢測到拉伸的隔膜厚度不均勻，X線探頭傳感器發(fā)出的報警信號就會傳輸?shù)絇LC控制器并被其接收，最后系統(tǒng)立將即停止運行，并返回初始狀態(tài)。圖4.3厚度檢測模塊流程圖4.4張力檢測模塊設(shè)計隔膜的張力產(chǎn)生是由于隔膜在長度方向上存在速度差使隔膜本身發(fā)生形變而產(chǎn)生的一種內(nèi)應(yīng)力；假定隔膜受到拉伸的形變?yōu)閺椥孕巫?，忽略其塑性形變，根?jù)胡克定理、庫倫定理和質(zhì)量守恒定理可以計算出隔膜張力。（1）胡克定律：在一定的彈性形變范圍內(nèi)，隔膜受到拉伸產(chǎn)生的彈性應(yīng)力T與隔膜形變率成正比。式中：E為隔膜的彈性模量；A為隔膜的橫截面積；ε為隔膜的形變率；L和L0分別為隔膜的自然長度和受張力作用拉伸后的長度。（2）庫倫定律：隔膜與輥之間發(fā)生摩擦?xí)r兩個輥軸間隔膜張力變化情況可以被認(rèn)為是兩個物體之間的摩擦。（3）質(zhì)量守恒定律：隔膜在有張力和無張力狀態(tài)下質(zhì)量是保持不變的。根據(jù)前面的假設(shè)認(rèn)為隔膜在拉伸前后橫截面積保持不變。因此，兩個驅(qū)動輥軸間的隔膜質(zhì)量的變化率等于質(zhì)量的輸入量減去質(zhì)量的輸出量：一般情況下形變率εi很小可認(rèn)為（1+εi(t)）-1≈1-εi（t），則式（2）兩邊同乘EA在放卷端張力區(qū)可得：式中：v1為放卷輥展開隔膜的線速度；v2為牽引輥的線速度;T0為卷繞在放卷輥上隔膜的初始張力REF_Ref15808\r\h[15]。由式（3）得出，放卷膜的張力與放卷輥的線速度、牽引輥的線速度是互相耦合的，放卷輥的線速度與牽引輥的線速度的濾波估計的好壞決定了放卷張力的精度REF_Ref15808\r\h[15]。4.5本章小結(jié)本章主要對本次系統(tǒng)軟件設(shè)計部分的介紹。同時對于本次塑料隔膜上料將要實現(xiàn)的功能進(jìn)行流程圖設(shè)計。第5章系統(tǒng)仿真設(shè)計5.1組態(tài)軟件設(shè)計5.1.1塑料隔膜上料系統(tǒng)的工程建立本次塑料薄膜上料控制系統(tǒng)的仿真使用的MCGS嵌入式版本，利用該版本可以建立當(dāng)期所需要的仿真工程，將其建立在F盤中：圖5.1新工程創(chuàng)建利用嵌入式版本中的工具欄中的文字編輯的功能，對仿真工程以“塑料隔膜上料設(shè)計”進(jìn)行命名，同時利用開發(fā)的功能進(jìn)行本次系統(tǒng)的組態(tài)畫面的開發(fā)工作。5.1.2創(chuàng)建組態(tài)畫面在嵌入式MCGS軟件根據(jù)設(shè)計的需要創(chuàng)建不同的組件控件，并將不同的組件進(jìn)行有效組合，本次主要涉及的組件有標(biāo)準(zhǔn)時按鍵、各個傳感器的檢測（由于仿真軟件的局限性，對于一些確定輸入為數(shù)字量的傳感器，使用開關(guān)量至今進(jìn)行替代設(shè)置）、執(zhí)行模塊以及LED，根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，將其放置到各自合適的位置，并進(jìn)行實時組合設(shè)定。圖5.2塑料隔膜上料的組態(tài)仿真界面5.1.3動畫設(shè)置在上述創(chuàng)建好的組態(tài)界面中，對各個元件進(jìn)行動畫鏈接，除了必要的自身特性進(jìn)行設(shè)計，還需要對其具有的一些特性進(jìn)行設(shè)計，包括旋轉(zhuǎn)、表達(dá)式的各自連接等，并且需要明確指出當(dāng)前按鈕與LED指示燈的狀態(tài)。 圖5.3塑料隔膜上料的動態(tài)連接5.2組態(tài)仿真在上述所有流程以及系統(tǒng)設(shè)計完畢之后，此時需要對系統(tǒng)的本身進(jìn)行驗證，除了對梯形圖語法檢測意外，就是需要利用組態(tài)軟件對設(shè)計的塑料薄膜上料控制系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測，確保系統(tǒng)從理論上不存在任何偏差，具體的組態(tài)示意圖如下：圖5.4初始界面驗證當(dāng)前模式處于手動模式下時，各個單元是否可以正常運行，具體的運行主要包括了輸入模塊與輸出模塊的動作執(zhí)行，同時也需要驗證當(dāng)前各個使用開關(guān)量作為不合格檢測的判定指標(biāo)，具體的各項驗證如下：圖5.5手動模式驗證在驗證完手動模式之后，就需要驗證自動模式下，塑料薄膜上料控制系統(tǒng)是否可以按照首先上料電機(jī)會進(jìn)行上料電機(jī)工作，直至物料加至到高料位置處停止加料，PLC此時控制加熱模塊對其內(nèi)的物料進(jìn)行加熱，加熱到一定溫度后，開啟爐內(nèi)攪拌系統(tǒng)，對其進(jìn)行攪拌，隨后攪拌完成后，出料閥門會打開，進(jìn)行出料，隨后PLC控制器控制系統(tǒng)開啟烘干模塊，對鍋爐內(nèi)的物料進(jìn)行烘干，并進(jìn)行滾筒壓軋，將其壓軋，直至壓軋完成，壓軋后的薄膜將經(jīng)過寬度不合格信號、厚度不合格信號檢測以及拉伸不合格檢測，一旦檢測到其中一項不合格，對應(yīng)的LED將會被PLC控制點亮，并且系統(tǒng)將會對不和的件數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，具體的驗證如下：圖5.6自動模式驗證最后成型的薄膜需要進(jìn)過是否合格檢測模塊進(jìn)行檢測，由于本次使用的是開關(guān)量，因此直接對其厚度進(jìn)行檢測，其他兩項操作相同，不再進(jìn)行詳細(xì)演示圖5.7不合格檢測5.3仿真中存在的問題在本次塑料隔膜上料系統(tǒng)的調(diào)試過程中遇到了一些問題，主要分為三個部分，分別是程序控制方面、信號輸入輸出問題以及組態(tài)仿真上的問題。程序控制方面程序控制之前關(guān)聯(lián)就是控制器，在使用控制器對程序進(jìn)行邏輯控制的時候，存在延遲時間設(shè)置不合理，設(shè)置的監(jiān)測判定邏輯存在不合理，為了便于驗證延遲設(shè)置的是否合理，使用組態(tài)以及上下梯形圖進(jìn)行校驗，同時為了滿足對于信號的采集，多次嘗試使用修