摘 要

改革开放三十八年来，中国的经济发展程度已不可同日而语，各行各业都呈现出了井喷式的发展。木塑作为一种新型复合材料，也越来越受到国家的重视，因此，研发出高效安全的木塑生产线迫在眉睫，而本文所讨论的木塑生产设备同步控制系统的设计将有着十分重要的实际意义。

木塑工艺上，生产不同的产品，主机和牵引机的线速度变化比是一样的，要求同步进行。通过调节PLC和变频器来实现木塑机主机和辅机线速度变化比同步，使该系统实现控制主机和辅机线速度变化比同步的功能。本文以西门子s7-1200 PLC为研究对象,以全集成自动化软件TIA 博途软件为主要研究工具，根据现场木塑生产不断复杂化，精细化的需求，本设计方案以传统木塑生产线设计为基础，初步实现了基于PLC和变频器技术的木塑生产设备同步控制系统的设计方案。本系统分别采用了Modbus技术和Profinet通讯技术设计出将变频器、PLC和HMI等智能装置联合控制的系统设计方案，从而实现对主机和牵引机速度的控制。本设计方案提升了系统的稳定性和响应的速度，同时使系统结构一目了然，减轻了维护难度和成本。

本文详细地描述了木塑生产设备的工艺流程；硬件的选型配置和软件的介绍和具体使用过程；PLC控制速度比例同步升降速程序，并且在文章附件给出了主要的控制程序。

最后，对论文全文梳理得出总结，并对今后的研究工作方向进行了展望。

关键词：木塑，PLC，TIA博途软件，同步升降速

Abstract

Since the reform and opening up for 38 years, China's economic development has reached high level. the development of all walks of life are presented the blowout. All walks of life are showing a blowout type development. As a new type of wood-plastic composite materials, are receiving more and more national attention. Therefore, the development of efficient and safe wood-production line is very urgent. The design of synchronous control system of wood-plastic production equipment is discussed in this article will have important practical significance.

In the wood-plastic process production line for different products, the host and tractor speed change ratio is the same, which means requiring them to simultaneous.

By adjusting the PLC and inverter to achieve wood-plastic machine host and auxiliary line speed change ratio of synchronization, enables this system to achieve the synchronization function of main and auxiliary line speed ratio control. This paper regards the PLC of Siemens s7-1200 as research object, totally integrated automation software TIA Botu software as the main research tool. According to wood-plastic production scene is more complex, refinement of the demand, the design scheme with traditional wood-plastic production line design as the basis, the initial realization of the wood plastic production equipment of PLC and frequency converter technology based on synchronous control system design. The system uses the Modbus technology and Profinet communication technology to design the inverter, PLC and HMI and other intelligent devices combined control system design, so as to achieve the speed of the host and the traction control. The design of the system enhanced the stability of the system and accelerated the speed of response, meanwhile making the system structure at a glance, to reduce the difficulty and cost of maintenance.

This paper describes in detail the process of wood- plastic production equipment; Selection of hardware configuration and software is introduced and the use of specific process; PLC control proportional speed synchronous lifting speed program, and in the annex presents the main control program.

Finally, the paper summarizes the whole paper, and the research directions of the further research are prospected.

Key words: wood- plastic，PLC，TIA Botu software，Synchronous speed

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究的目的及意义 1

1.3 国内外发展现状 1

1.4 本论文的主要工作 3

1.5 本论文的结构安排 3

第二章 木塑生产设备同步控制系统的分析 4

2.1 木塑生产工艺流程 4

2.2木塑生产设备分析 5

2.2.1 单螺杆挤出机 5

2.2.3 主机的转速要求 5

2.3木塑生产设备速度参数确定 5

2.4控制过程分析 6

2.5系统拓扑图 7

第三章 硬件选型及电路设计 8

3.1 触摸屏 8

3.1.1 触摸屏介绍 8

3.1.2 触摸屏选型 8

3.2 可编程逻辑控制器PLC 9

3.2.1 PLC介绍 9

3.2.2 PLC选型 10

3.3变频器VFD 11

3.3.1 变频器介绍 11

3.3.2 变频器选型 11

3.4控制系统硬件电路设计 12

3.4.1 I/O地址分配 12

3.4.2 PLC控制电路设计 13

3.4.3 其他元器件材料表 14

第四章 软件设计 15

4.1 整体布局 15

4.2 TIA博途软件介绍 15

4.3 PLC系统组态的建立 16

4.4 变频器的设置 18

4.4.1 ACS550通讯说明 18

4.4.2 ACS550程序 19

4.5 PLC的设置 20

4.5.1 主机部分程序 20

4.6人机界面设计 23

4.6.1 Wincc flexible软件介绍 23

4.6.2 人机界面设计 24

第五章结论 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

参考文献 29

附录 29

致谢 37

第1章 绪论

1.1 引言

牵引机和主机是木塑生产线的重要组成部分,其速度比例参数对木塑生产线的整体尺寸、成本以及木塑质量影响很大，而且牵引机和主机是将塑料颗粒和植物纤维，经过清洗、干燥、改性然后配方混合和混炼之后挤出为木塑的传动系统,因此，牵引机和主机的速度同步将直接影响到生产线的工作可靠性和疲劳寿命。而两者之间的速度比例是可以通过预实验找到最佳比例，然后通过西门s7-1200 PLC控制实现。为此，本文将重点分析牵引机和主机的工作情况，并且运用TIA博途编程软件给s7-1200 PLC编程，实现牵引机和主机的同步比例升降速。

1.2 课题研究的目的及意义

木塑复合材料（Wood-Plastic Composites，WPC）是以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等热塑性塑料以及植物纤维粉为原料。热塑性塑料可以用新型塑料或者工业塑料、生活垃圾中的塑料等。植物纤维粉则可使用木材加工废料,稻草,棉花秸秆、稻壳粉等混合加工制造,因此木塑复合材料的发展和广泛应用帮助减少塑料垃圾污染,也有利于降低农业垃圾燃烧给环境带来的负面影响。木塑复合材料的生产和使用过程中不仅不会对周围环境释放出可能影响到人类健康的挥发物质,材料本身还可以回收利用进而二次使用。因此,它是一种全新的绿色环保复合材料。因为许多限制如金属材料的性能、加工生产产品程度、设备制造产生的成本以及市场价格等，当前国内木塑复合材料生产加工设备仍旧存在许多问题，如生产效率大都较低和螺杆使用寿命不长等。如果主机和牵引机速度比例不恒定，就很难实现物料的混合分散与均匀塑化，并且造成机筒、螺杆磨损、最后造成开裂甚至断裂。因此我们必须在控制主机和牵引机速度比例恒定，并且在此基础上对其进行优化改进。

1.3 国内外发展现状

国内对于木塑材料的生产和应用方面的研究起步比较晚，但在可持续发展的经济大潮中独具匠心，现已成为一个基本不依附于其他产业而自成体系的新兴行业。存在的不足也还有很多：木塑复合材料产品种类比较单调，附加值低，主要以托盘、铺垫设施等较低端产品为主。与日本、美国及欧洲对比，中国在木塑复合材料方面的研究尚有很大不足，而这种差距是由多种原因如设备、原料、加工工艺等的极大差别综合影响造成的。例如在加工工艺方面，加工工艺参数和配方对木塑复合材料机能影响的研究有待增强。即便木塑复合材料有许多优点，但缺点也同样存在，如抗蠕变性差、抗老化性差、持久性差和色彩的一致性、会受微生物侵蚀、拉伸强度远远低于普通木制品。这些问题需要深入研究现有的配方和从国外学到的经验,不断提高木塑制品的质量水平和生产技术。例如，提高制品的美观和抗老化性关键之处是加工工艺条件和配方。由于木质材料并不吸附普通的矿物基颜料，因此其色彩完全取决于自身被树脂湿润的好坏和木纤维在聚合物基体中分散的好坏。因为木头材料不吸收普通矿产基地颜料,所以颜色的质量是完全由树脂湿度和木质纤维分散在聚合物基质是好还是坏决定的。木质纤维分散不彻底将导致没有着色的木质材料呈现出明显可见的白点。外表的木质材料颗粒也缺少树脂的保护，而容易变得潮湿并且受到细菌的攻击进而削弱力学性能。

上世纪八十年代的美国为了改良塑料应用不断发展塑料混合工艺，进而促进了木塑材料的产业化推广。伴随着科学技术水平的大幅提高，木塑逐渐结合了金属、木材、塑料等单质材料的长处，成为了不依靠外部的,自身内部就成了一个相互关联的整体的新型材料。迄今为止，各类木塑制品在美国、德国、加拿大、荷兰、英国、韩国和日本等国已得到较为普遍的应用，规范的产业链和市场因此形成。北美是全球范围内木塑材料用量最大、发展最迅速的地区，最主要的用处是风格狂野的户外建筑。美国木塑市场二十世纪九十年代末到二十一世纪初的增长率都超过百分之十，近几年增速更快。美国目前有大约50家木塑企业,年生产多半都超过万吨,这之间的几个龙头公司已经在纽约证券交易所上市。美国的木塑材料开发机构超过50家，形成了一个从产品开发、原材料收集、生产设备制造、模具开发、木塑制成品生产到市场销售的完整产业链。加拿大安大略省的材料和制造中心坚持与美国国家森林实验室合作主办木塑材料会议并资助研究人员和公司。加拿大在十年如一日的努力下，也初步形成了以十多家木塑企业为代表，年产量超过十万吨的木塑产业体系。欧洲木塑产业从总体上来看，与北美地区相比还存在很大差距，但是近些年来其发展速度有加速的趋向。虽然欧洲木塑企业不多，并且产量和技术程度与国内木塑企业差不多，但因为欧洲拥有雄厚的生产设备制造能力，所以发展潜力不容小觑。欧洲人对木塑复合材料的要求相对较高，对木塑的各个方面要求均高于比美地区，户外建筑和室内装修装饰并驾齐驱，但是它们目前的应用情况和商品化成熟度不够，有迅猛发展的空间。日本因为它的地理位置关系和较高的环境意识,木塑材料的使用十分普遍,产品质量也很好。日本的木塑材料研发机构，在经过十多年的努力发展之后开发出了高质量的木塑复合材料。他们的产品具有天然的木质颜色和质地，并且在房屋建设和内饰领域方面已经获得普遍应用，是目前在国际上最高质量的产品之一，代表了木塑材料仿天然木材的品质水平和发展程度。

1.4 本论文的主要工作

本文以西门子股份公司S7-1200系列的CPU1214C可编程控制器为研究对象,首先对其进行数学分析和建模，再以TIA博途软件为主要研究工具，创建PLC程序实现主机和牵引机的同步比例升降速。并且让其升降速控制按钮均能在HMI中显示和进行操作。本课题的研究工作主要有以下内容: