基于PLC的全自动高速彩色不干胶商标机控制系统设计毕业设计 精品.docx

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基于PLC的全自动高速彩色不干胶商标机控制系统设计毕业设计精品

毕业设计任务书

一、课题名称：

基于PLC的全自动高速彩色不干胶商标机控制系统设计

二、指导老师：

三、设计内容与要求

1、课题概述

全自动高速彩色不干胶商标机，是一种用于制作彩色不干胶商标纸的专用机械，它由印刷机主体、送纸机构、裁纸机构等部分组成，能够完成自动送料、多色印刷、覆膜、膜切、排废、成品裁纸等连贯作业。

印刷商标机的组成如下图：

它的电气控制部分由运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制等部分构成。

2、设计内容与要求

根据印刷机的作业要求，设计印刷机的主电路，以及运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制的控制电路，进行器件选型，并编制相关的PLC程序。

使之具有以下功能：

1）运转控制――实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。

2）寸动控制――用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。

3）定转控制――用于印刷机换膜以及上色轮清洗时，使印刷机处于一个特殊位置，每按定转按钮一次，印刷机完成一次印刷动作并停于此特殊位置。

4）送纸控制――为印刷机提供自动送纸功能，防止拉料时阻力过大，造成套印错位而使图纸模糊。

5）裁纸控制――实现商标纸成品自动裁切，用户可以根据需要设定裁切方式，一旦裁切条件满足，裁刀落下完成裁切并自动记录裁切次数。

6）吸风控制――当印刷纸在工作台面上移动时，通过吸风增加印刷纸的附着力。

四、设计参考资料

1.

2.

3.

五、设计说明书内容

1.封面

2.目录

3.内容摘要（200~400字左右，中英文）

4.引言

5.正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）

6.结束语

7.附录（参考文献、图纸、材料清单等）

六、设计进程安排

第1周：

资料准备与借阅，了解课题思路。

第2周：

设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。

第3-5周：

进行毕业设计，完成说明书初稿。

第6周：

第一次检查，了解设计完成情况。

第7周：

第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。

第8周：

毕业答辩与综合成绩评定。

七、毕业设计答辩及论文要求

1、毕业设计答辩要求

答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2、毕业设计论文要求

文字要求：

说明书要求打印（除图纸外），不能手写。

文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

图纸要求：

按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。

曲线图表要求：

所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

前言

随着社会的发展和技术的进步，很多公司采用了新型的全自动不干胶商标印刷机，此印刷机为印刷行业中应用到伺服系统的较简单的机器，总共只需16个I/O点，但该机要完成单印、套印及手动定位等动作，且用到YOKOGAWA的直接驱动的伺服电机，对私服精度要求很高，故整套系统的调试也有一定的难度，但经过反复修改程序结构、编程指令以及调节伺服电机的PID数值，系统调试最终完成。

印刷机是印刷文字和图像的机器。

现代印刷机一般由装版、涂墨、压印、输纸（包括折叠）等机构组成。

它的工作原理是：

先将要印刷的文字和图像制成印版，装在印刷机上，然后由人工或印刷机把墨涂敷于印版上有文字和图像的地方，再直接或间接地转印到纸或其他承印物（如纺织品、金属板、塑胶、皮革、木板、玻璃和陶瓷）上，从而复制出与印版相同的印刷品。

印刷机的发明和发展，对于人类文明和文化的传播具有重要作用。

本课题着重介绍了用PLC控制的全自动印刷机，其印刷精度和速度均可达到要求。

此种印刷机具有操作简便，高速灵活，套位精确，自动送纸印刷覆膜，模切、切纸（复卷）至成品一贯作业。

采用斜背式设计，印刷和模切在机械驱动时以渐进方式接触使压力得以平切，无论印大面积底色或细小文字都清晰无暇。

印刷部采用先进的匀墨装置：

七支油墨棍搓墨，使搓墨均匀，承印物更完美，墨棍组链条采用进口链条更能延长油墨棍使用寿命及承印产品质量。

上光压轮可整座抽出，从而操作简易，易清洗，速度快，稳定性高。

内置集中自动供油系统，保证机械使用过程中定转正常无磨损。

全机采用自动控制系统：

无纸自动报警停车，计张到设定值则自动报警停车。

此图为设计的商标印刷机

摘要

全自动高速彩色不干胶商标机，是一种用于制作彩色不干胶商标纸的专用机械，它由印刷机主体、送纸机构、裁纸机构等部分组成，能够完成自动送料、多色印刷、覆膜、膜切、排废、成品裁纸等连贯作业。

它的电气控制部分由运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制等部分构成。

该印刷机具有操作简便，高速灵活，套位精确，自动送纸印刷覆膜，模切、切纸（复卷）至成品一贯作业。

本课题利用PLC的可靠性和时间控制的精确性能，来实现以上各项作业的可靠系统方案。

本次毕业设计根据印刷机的作业要求，设计印刷机的主电路，以及运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制的控制电路，进行器件选型，并编制相关的PLC程序。

本书图文并茂，通俗易懂，具有通用性，实用性和先进性。

关键字：

商标机电气控制PLC

Abstract

Automatichigh-speedcolorself-adhesivetrademarkmachine,isakindoftrademarkfortheproductionofcolorself-adhesivepaper,specialmachine,whichconsistsofprintingthemainbody,feedbodies,trimmerbodiesandothercomponents,tocompletetheautomaticfeeding,multi-colorprinting,laminating,filmcutting,Paiwaste,suchascontinuityofoperationsfinishedtrimmer.Itiscontrolledinpartbytheoperationofelectricalcontrol,inchupcontrol,willtransfercontrol,feedcontrol,trimmercontrol,suctioncontrolparts.Thepressisasimple,high-speedflexible,set-bitprecision,auto-feedprintinglaminating,diecutting,cutting（rewinding）tofinishedproducthasalwaysbeenoperating.ThistopicusingPLC'sreliabilityandperformanceoftime-controlprecisiontoachievetheaboveoperatingareliablesystemsolutions.

Thegraduationoftheoperationalrequirementsundertheprinter,pressthemaincircuitdesign,aswellasoperatingcontrol,inchupcontrol,willtransfercontrol,feedcontrol,trimmercontrol,suctioncontrol,controlcircuit,fordeviceselection,andthepreparationoftherelevantPLCprogram.Thisbookillustrated,user-friendly,withversatile,practicalandadvanced.

Keyword:

TMMachineElectricControlPLC

第1章绪论

1.1印刷机的发展

1.1.1国外情况

印刷机的发明和发展，对于人类文明和文化的传播具有重要作用。

1439年，德国的谷腾堡制造出木制凸版印刷机，这种垂直螺旋式手扳印刷机虽然结构简单，但却沿用了300年之久；1812年，德国的柯尼希制成第一台圆压平凸版印刷机；1847年，美国的霍伊发明轮转印刷机；1900年，制成六色轮转印刷机；1904年，美国的鲁贝尔发明胶版印刷机。

二十世纪50年代以前，传统的凸版印刷工艺在印刷业中占据统治地位，印刷机的发展也以凸版印刷机为主。

但铅合金凸版印刷工艺存在劳动强度高、生产周期长和污染环境的缺点。

从60年代起，具有周期短、生产率高等特点的平版胶印工艺开始兴起和发展，铅合金凸版印刷逐渐被平版胶印印刷所代替。

软凸版印刷、孔版印刷、静电印刷、喷墨印刷等，在包装印刷、广告印刷方面也得到发展。

1.1.2国内情况

2007年10月22-23日，上海光华印刷机械有限公司召开了“上海光华国际化发展论坛”，同时举办了“上海光华推进高端发展，实施国际化经营大会”和“上海光华8年拼搏，8年辉煌成就展”，参加会议的人数达1200多人。

从会上获悉上海光华八年来销售增长了15.2倍。

2006年销售额达5.5亿元，2007年预计将达到6.5亿元，单张纸胶印机的销售额在我国印机行业中名列第一。

同时，在这次会议中，订购光华公司产的胶印机非常活跃，一天中订货合同金额达1.5亿元，订购意向达3.5亿元。

听论坛，观展览，看销售业绩，真令人十分震惊、十分振奋、十分敬佩、十分可喜可贺！

另据了解，我国印机行业其它主要骨干企业北人集团、上海高斯印刷设备公司、江西中景集团、江苏昌昇集团、上海紫光、紫宏、亚华公司等印机制造企业近几年来销售业绩也年年增长，产销两旺，取得了新的发展。

展望未来，我们有理由相信，我国印刷机械行业前途光明，定能取得显著的发展。

因为我国的进一步改革开放，国民经济高速发展，给了我们印刷及设备器材制造业提供了良好的发展机遇，国家也为印机行业的发展制订了一些鼓励政策，为印机制造业发展创造了良好的条件和发展机遇。

1.1.3商标印刷机的发展方向

采用斜背式设计，印刷和模切在机械驱动时以渐进方式接触使压力得以平切，无论印大面积底色或细小文字都清晰无暇。

印刷部采用先进的匀墨装置：

七支油墨棍搓墨，使搓墨均匀，承印物更完美，墨棍组链条采用进口链条更能延长油墨棍使用寿命及承印产品质量。

上光压轮可整座抽出，从而操作简易，易清洗，速度快，稳定性高。

内置集中自动供油系统，保证机械使用过程中定转正常无磨损。

全机采用自动控制系统：

无纸自动报警停车，计张到设定值则自动报警停车。

1.1.4印刷机的分类

印刷机的种类很多，有各种分类方法，但主要从以下五个方面进行分类。

1.按印版类型分为凸版印刷机、平版印刷机、凹版印刷机、孔版印刷机。

2.按印刷幅面大小分为微型八开印刷机、小型四开印刷机、对开印刷机、全张印刷机、双全张印刷机。

3.按印刷纸张形式分为单张纸印刷机、卷筒纸印刷机。

4.按印刷色数分为单色印刷机、多色（双色、四色、五色、六色、八色）印刷机。

5.按印刷面分为单面印刷机、双面印刷机。

在各种印刷机中，虽分类方法很多，但其印刷过程施加压力的形式概括为三种，即：

平压平型印刷机（platenmachine）、圆压平型印刷机（flat-bedtylinderpress）、圆压圆型印刷机（rotaryletterpressmachine）。

1.2全自动高速彩色不干胶商标印刷机的概述

全自动高速彩色不干胶商标机，是一种用于制作彩色不干胶商标纸的专用机械，它由印刷机主体、送纸机构、裁纸机构等部分组成，能够完成自动送料、多色印刷、覆膜、膜切、排废、成品裁纸等连贯作业，本文介绍一种能实现以上作业的可靠系统控制方案。

1.2.1全自动高速彩色不干胶商标机的特点：

1、操作简便，高速灵活，套位精确，自动送纸印刷覆膜，模切、切纸（复卷）至成品一贯作业。

2、采用斜背式设计，印刷和模切在机械驱动时以渐进方式接触使压力得以平切，无论印大面积底色或细小文字都清晰无暇。

3、印刷部采用先进的匀墨装置：

七支油墨棍搓墨，使搓墨均匀，承印物更完美，墨棍组链条采用进口链条更能延长油墨棍使用寿命及承印产品质量。

4、上光压轮可整座抽出，从而操作简易，易清洗，速度快，稳定性高。

5、内置集中自动供油系统，保证机械使用过程中定转正常无磨损。

6、全机采用自动控制系统：

无纸自动报警停车，计张到设定值则自动报警停车。

本次毕业设计根据印刷机的作业要求，设计印刷机的主电路，以及运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制的控制电路，进行器件选型，并编制相关的PLC程序.

1.2.2全自动高速不干胶商标机的工作原理

印刷机进行印刷整个过程是由PLC进行控制的，在此系统中电气与机械相配合，来完成不干胶商标印刷机的印刷工作。

送纸电机，印刷主电机，吸风电机，上光电机，裁纸电机等都是通过PLC对应的输入信号进行相应的动作，套印，上光等机械部分则是通过联轴器与主电机相连完成相应的程序。

1.2.3全自动不干胶商标机的控制功能：

1）运转控制――实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。

2）寸动控制――用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。

3）定转控制――用于印刷机换膜以及上色轮清洗时，使印刷机处于一个特殊位置，每按定转按钮一次，印刷机完成一次印刷动作并停于此特殊位置。

4）送纸控制――为印刷机提供自动送纸功能，防止拉料时阻力过大，造成套印错位而使图纸模糊。

5）裁纸控制――实现商标纸成品自动裁切，用户可以根据需要设定裁切方式，一旦裁切条件满足，裁刀落下完成裁切并自动记录裁切次数。

6）吸风控制――当印刷纸在工作台面上移动时，通过吸风增加印刷纸的附着力。

1.2.4系统的设计思路

全自动不干胶商标印刷机的三大支柱是离合器、接近开关和程序控制器。

全自动不干胶商标印刷机用传感装置有电感式接近开关、光敏传感器。

程序控制器是全自动不干胶商标印刷机的核心部件，全自动不干胶商标印刷机在工作过程中，印刷机的送纸、吸风、印刷、覆膜、裁切等功能的实现，均由程序控制器控制。

全自动不干胶商标印刷机的自动控制系统，通过中央控制器控制送纸电机、主马达、上光电机、裁纸电机等实现送纸、印刷、上光、裁切等工作，并实现多种安全保护功能。

全自动不干胶商标印刷机的自动化控制采用可编程控制器（PLC）来实现。

220V交流电经变频器，再经变频器变成三相交流电接2.2KV的主马达，由PLC控制离合器动作，从而使得主马达与套印机械部分有机结合，完成套印动作。

印刷送纸过程，送纸电机为单相感应式电机，采用电子控制电路进行调速，同时与点动延时送纸控制方式互相配合完成送纸。

套印一次，印刷凸块靠近电感式接近开关一次，从而记录印刷的张数。

当套印完成，纸张经过光电传感器，光电传感器会切断离合器电路，使得传送带停止动作，从而控制上光电机工作，对纸张进行覆膜。

在裁纸电路中，这里采用了两个接近开关，记录一次裁切的纸张采用了光电传感器，纸张经过一次，光电传感器动作一次，是得计数器计数一次，当达到裁切的张数，PLC会控制裁纸电机进行动作，控制裁刀裁切一次，此时电感式接近开关进行相应的动作，知道达到需完成的数量，PLC驱动相应的指示灯进行提醒。

断开裁纸电机。

1.2.5全自动不干胶商标印刷机系统的设计原则：

（1）与生产工艺结合紧密

每个控制系统都是为完成一定的生产过程，各种不同的生产工艺要求，就对应有不同控制功能，即使是相同的生产过程，由于各设备工艺参数的差异，控制实现的方式也就不尽相同。

各种控制逻辑、控制运算都是由生产工艺决定的。

程序设计人员必须严格遵守生产工艺的具体要求设计应用软件，不能随心所欲。

（2）与硬件控制系统结合紧密

因为硬件系统可采用不同厂家的不同系列所以软件系统就随之而变，不肯能采用一种语言形式进行程序设计。

（3）设计人员需要具备计算机和自动化控制方面的重

第2章PLC的历史和发展

2.1PLC的定义

PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则。

2.2PLC的组成部分

2.2.1CPU运算和控制中心

起“心脏”作用。

纵：

当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。

横：

输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。

然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。

把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。

组成：

CPU由控制器、运算器和寄存器组成。

这些电路集成在一个芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

2.2.2存储器

具有记忆功能的半导体电路。

分为系统程序存储器和用户存储器。

系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。

由只读存储器、ROM组成。

厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。

用户存储器：

分为用户程序存储区和工作数据存储区。

由随机存取存储器（RAM）组成。

用户使用的。

断电内容消失。

常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。

2.2.3输入/输出接口

（1）输入接口：

光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。

发光二级管：

在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。

光电三级管：

在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。

在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。

输入接口电路工作过程：

当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。

当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。

向内部电路输入信号。

也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。

（2）输出接口

PLC的继电器输出接口电路

工作过程：

当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。

当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。

也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。

三种类型：

继电器输出：

有触点、寿命短、频率低、交直流负载

晶体管输出：

无触点、寿命长、直流负载

晶闸管输出：

无触点、寿命长、交流负载

2.2.4编程器

编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。

我们实验室使用的就是手持编程器。

二种是通过PLC的RS232口。

与计算机相连。

然后敲击键盘。

通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。

2.3PLC的特点

1可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

5体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.4控制系统的设计思想

由于可编程控制器具有操作方便、可靠性高、体积小、使用寿命长等优点，故本系统选用了西门子公司生产的S7-200作为控制核心。

根据印刷机的作业要求，系统控制功能由运转控制、寸动控制、定转控制、送至控制、裁纸控制、吸风控制等部分组成。

其中：

运转控制——主要实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。

寸动控制——用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。

定转控制——为了方便印刷机换膜以及上色轮清洗，在进行以上工作时，印刷机都必须处于一个特