基于PLC的卷烟控制系统设计
摘要：随着烟草行业的需求不断提高，人们对于烟草行业生产技术提高的需求也在不断提升，涉及到卷烟机械设备结构的改造以及自动化应用等技术的创新也在逐步展开，在此背景下，本文以用西门子S7-1200plc控制的自动卷烟过程为研究对象。并在此基础上对自动卷烟机控制系统的构成、输入输出点的分配和连接、电源的接入，光电传感器的选型以及主要控制部分的控制过程进行了设计；对本工程中所需要的PLC程序进行编写、并对它的运行过程状态进行监测及其它一些主要的控制功能进行了详细的阐述
关键词：PLC、自动卷烟，触摸屏监控
Have Design of PLC-based automatic cigarette control system
Abstract: With the increasing demand in the tobacco industry, people's demand for the improvement of production technology in the tobacco industry is also constantly increasing. Innovation in technologies such as the structural transformation of cigarette machinery and equipment, as well as automation applications, is also gradually being carried out. In this context, this article takes the PLC electrical control of cigarette machines as the research object. On this basis, a detailed design was carried out for the control system of the automatic cigarette machine, including system composition, allocation and connection of input and output points, power supply connection, and the control process of the main control parts; A detailed explanation was provided on the hardware configuration, status monitoring, and other main control functions of the PLC involved in this project. Secondly, a detailed analysis was conducted on the requirements for cigarette production automation, and the connection of the monitoring system was elaborated
Keywords: PLC, cigarette making, automatic control, automatic cigarette
目录
第一章 引言 1
1.1课题来源及研究意义 1
1.2国内外自动卷烟机控制系统研究与应用概况 2
1.3本文的主要研究内容 3
第二章 自动控制系统的总体设计 4
2.1 系统的总体设计 4
2.2 烟支成型控制系统的设计 4
2.3 PLC控制的优势 5
第三章 控制系统硬件设计 6
3.1 PLC的选型 6
3.2 变频调速的选型 7
3.3 光电传感器的选型 8
3.4 电机的选型 9
3.5 控制系统的电气电路设计 9
3.6 I/O分配 11
第四章 软件设计 12
4.1 程序流程的设计 12
4.2 PLC控制梯形图设计 13
第五章 系统的测试结果与分析 15
5.1控制系统触摸屏设计 15
5.1.1plc与触摸屏的通信 17
5.1.2启动仿真和程序的下载 18
5.1.3触摸屏的仿真应用 19
结论 24
致谢 25
六 参考文献 26
第一章 引言
1.1课题来源及研究意义
随着国家对烟草专卖品实行专卖管理，用计划体系来组织烟草产品的生产与销售，以此来提升烟草产品的质量，确保国家税收收入。特殊包装香烟是指特殊尺寸和特殊包装的香烟。中国烟草公司已经意识到，以其独特的外形和较低的焦油含量，推动了其生产和销售，而对其销售的依赖程度很高，各地市原有的人工卷烟作业已经不能满足其基本的物流要求，所以，研制出一套自动化的卷烟装备，就成了各地市物流公司的工作重心。
在全国33个省级以上的烟叶生产企业中，只有19个采用了自动化方式，其他285个采用了手工方式。传统的手工卷烟方法有许多缺点，如劳动强度大，效率低，错误率高，不易储存等。尽管，烟草分选装备制造商已经按照不同类型条烟的包装特征和卷烟的定单结构，已经设计和制造出了自动或半自动的异形卷烟分选系统，但是由于其成本比较高，现在还没有被国内的烟草商业企业所普遍采用。
近年来，由于市场对特殊品种香烟的需求量越来越大，每天的分类工作呈现爆炸性的发展趋势，例如南京烟草，每天的分类工作已经达到50多个牌子，每天的分类工作已经达到20,000条。传统的人工卷烟、电子标签卷烟等方法已经无法适应多品种、高卷烟率的特点[6-7]。在这种情况下，对卷烟进行卷烟作业，使其完全或半完全卷烟作业，是目前我国烟叶卷烟作业的必然趋势。
一种与常规的、非典型的、有一定区别的、带有一定特点的、特殊形状的、特殊外形的卷烟，它是一种以长、宽、厚、料、重为主要特点的新型卷烟。与之相适应的是，与之相适应的是传统的标准烟，其标准条烟尺寸规格为（270-286)*(86-90)*(44-49) mm，若条烟尺寸与上述标准条烟尺寸有差异，则都被统称为异型包装卷烟，简称为异型卷烟或异型烟。
分类体系是根据特定的准则，对不同对象进行分类的一种有机体进行分类的过程。根据其自动化水平，可将其划分为自动分类与无自动分类两类。因为现在的社会，自动化水平已经变得很高了，所以现在在工业上使用的大部分都是自动分类系统，分类装置以订单信息为基础，自动地进行相应的分类。
我国烟草总局规定，香烟要打码到条，零售户要与香烟上的顾客号码一一匹配，为此，需要建立一种特殊类型香烟分类体系，通过市场交易的方式，将香烟分类并打码至相应的零售网点。近几年，伴随着以细支烟为主的特殊类型香烟的消费逐渐回暖，其分类工作的工作压力日益增大，工人的工作强度也随之增大，因此，对我国烟草行业的后勤管理工作提出了更高的要求。
烟机的自动控制水平是烟机在生产过程中的一个关键问题，它涉及到仓储、拣选和包装等多个工序。国际上，美，日，德等对此装备的开发和使用早已开始，近些年，我国昆船，普天，兰剑等多家自动化装备生产厂家，也开展了相应的装备开发，并获得了一批重要的科研结果。
1.2国内外自动卷烟机控制系统研究与应用概况
山东大学刘亚男在上个世纪90年代就已开展了对 DELTA机器人的自主研发，采用了一种基于图像识别技术的机器人实现了对香烟的抓取和捡拾，并采用了一种基于加速和减速的机器人抓取和捡拾方法，实现了机器人抓取和捡拾，并解决了抓取时产生的振动和碰撞等问题。安徽科技学院刘张利用霍夫线性转换算法对条形码进行了优化，并对条形码的识别需求进行了分析，并对因角偏差等原因引起的条形码设备失效进行了分析。张华庆，北京交大，建立了一个多重限制下的烟草分类系统，其目的是使每个烟草分类费用最低，从而决定分类装备的最佳组合21。山东大学王艳艳针对平行卷烟中的卷烟容量拆分优化、卷烟作业排程优化和最优补货缓冲区优化等问题进行了深入的研究，优化了拆分后的卷烟容量，提升了卷烟作业的工作效率，并提出了一种基于自适应遗传算法的卷烟作业优化方法22。兰剑物流公司的张贻弓和林茂对手动卷烟系统，半自动卷烟系统，全自动卷烟系统的特性进行了介绍，并对在不同情况下，怎样根据实际情况，选用合适的卷烟装置进行了介绍。天津大学金从众教授对天津烟草公司仓储配送中心的清选装备进行了深入的分析，并通过对P2系统的补充方式、增加划箱装置和增加程序设置等措施，使清选装备得到了较好的改善。贵州大学的王凌琳教授等人通过 Simulink等方法对煤柱振动进行了理论研究，构建了煤柱振动模拟软件，并在此基础上研制出了双柱巷道煤层煤柱振动模拟器，使煤层煤层煤柱振动模拟器25-27，达到了煤柱振动模拟器的设计要求。
而随着我国烟草制品市场的快速发展，对烟草制品的自动化分级技术的研究也在逐步开展。等采用 PDCA循环方法，对目前的分选体系进行了改造，使分选效率得到了明显的提升，可分选的烟草种类也得到了增加。应等研制出一套对形状各异的香烟进行自动标注的方法，通过倒着标注的方法来完成标注工作，从而有效地解决了因形状各异而引起的标注难题，从而使工作效率得到了提升。研制出了一套组合式烟草半自动分级系统，该系统通过垂直通路分级装置和电子贴标器的辅助，对不同类型烟草进行分级和分级，达到了对不同类型烟草的分级和分级，达到了一种高质量的分级和分级，平均分级速度超过了3500根。以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，研制出了一种新型的非标准卷烟包装打码生产线，将原来由三条普通的非标准卷烟生产线进行的非标准分类，整合到一条生产线上，从而实现了对非标准分类烟草的高效、高效、节能的目标。
1.3本文的主要研究内容
对卷烟机的自动卷烟过程进行了研究；设计PLC程序和触摸屏监控，确保其能够能够完成卷烟机的自动工作过程；在此基础上，完成了对软件的测试，并对软件的性能进行了进一步的优化。
我在此次以 PLC为基础的自动卷烟控制及卷烟流程的设计中，对现阶段自动卷烟系统存在的问题及需要进行了分析，然后对卷烟机自动卷烟的控制系统进行了总体设计，包括系统的组成，主要控制环节的流程， IO的接入和连接，电源的接入，故障检测等。并通过触摸屏对整个系统软件的实现过程进行了监控，对实际的分类结果进行了实地测量，对分类系统的提高的影响因素进行了探讨，并给出了相应的改善方案。
在以上基础上，本论文的组织方案为：
第一章是导言部分，主要是对本课题的选题背景及意义进行了说明，对南京地区特殊品种烟叶分级生产线的发展状况进行了说明，并对本课题的主要内容进行了总结。
第二章是对特殊规格香烟分级系统的总体设计，包括各个机构的功能，阐述了系统的控制目标，并写出PLC控制系统的优势以及卷烟机自动化生产的总体框架
第三章：先对可编程控制器做了一个简单的阐述，然后简单介绍了一下对自动卷烟机的变频调速，并根据卷烟机的生产流程确定I/O点的分配，并确定I/O分配表。
第四章：主要完成了控制系统的电气电路设计，Plc梯形程序的编写以及触摸屏的制作
第五章：主要是对系统流程的主要阐述以及在运行过程中触摸屏的监控。
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