南湖学院
题 目： 喜饼包装控制系统设计
学生姓名：
系 别： 机械与电子工程系
专 业： 机械电子工程
指导老师：
2015 年 4 月 15 日
一、国内外对本课题研究动态,选题的依据和意义:
(一)国内外对本课体研究动态
我国包装机械工业是改革开放以后才发展起来的，由于起步较晚，大部分设备都是通过引进国外设备，进而消化吸收研制出来的，很长时间都没有形成一个独立的行业，20世纪80年代初，我国政府发布的机械产品目录还没有包装机械这一门类。70年代中期以前，我国商品包装的技术和设备相当落后，大多数食品企业都采用作坊式生产、手工包装和散装销售，仅有糖果、烟草等几个领域采用机械包装，但是设备结构简单，技术落后。 行业从无到有，从小到大，逐步发展壮大，经过20多年的努力，我们在依靠自己力量的同时，积极吸收国外的先进技术，包装机械工业在包装机械化、自动化方面已取得了世人瞩目的进步，初步形成了包装机械研究、设计及制造的独立体系，设备在数量、品种、水平等方面均有较大发展，成为了我国机械工业十大支柱产业之一，堪称“朝阳工业”。同时，在全国行业广大企业、科研单位技术人员及行业行业工作者的共同努力之下，新技术、新产品日益涌现并转化为生产力。
在上世纪50至70年代，电子技术和合成化工的迅速发展，对包装机械产生了很大的影响，出现了一系列以采用合成材料为包装材料的新包装工艺及设备。如机电密切结合的高速化自动包装机，调整操作方便的多功能包装机和劳动生产率极高的自动包装线的大量出现，使包装机械在生产业机械中成为瞩目的一个领域。日本在那个时期的包装机械每年平均增长率达20％，进入稳定发展的80年代，增长率仍然高于10％。80年代，各发达国家为了维护本国包装机械市场扩大出口能力，积极采用其他领域的新技术(如微电子、激光、热管、新材料等)，80年代成为开创包装机械新局面的关键性年代。欧美国家的包装机械生产，以大、中型企业为主，以联合经营的方式，扩大在国际市场上的竞争实力。欧美制造厂在经营上重视展览会上成交和销售，在发展方针上，不太注重本公司产品的品种，而是注重增加在原有品种的基础上继续研究改进性能。日本的包装机械制造厂则以中小企业为主。日本最拿手的是微电子技术，用它来控制包装机，达到安全性高、无人操作、高生产率，大大提高了国际市场竞争能力。美国、德国、日本、意大利是世界上包装机械四强。
综上所述，包装设备是包装行业最重要的配套设备，与人们的生活息息相关，并对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。可以说，只有有人类的存在，就必然有包装机械行业的存在。 目前，人类的科学技术水平人以非常迅速的速度发展着，包装机械工业必定会随着科技的不断进步而持续发展，众所瞩目，包装行业是一个前景非常乐观的行业，新兴的包装机械设备和技术拥有广阔的市场发展空间。
(二)依据和意义
自动控制思想及其实践可以说历史悠久，它是人类在认识世界和改造世界的过程中产生的，并随着社会发展和科学水平的进步而不断发展。从控制论的观点看，人是最巧妙，最灵活的控制系统。它善于根据条件的变化而做出正确的处理。如何将人的智能应用于实际的自动化控制系统中，这是个有重要意义的问题。
七十年代开始，人们不仅解决社会、经济、管理、生态环境等系统问题，而且为解决模拟人脑功能，形成了新的学科—人工智能学科，这是控制论发展的前沿。计算机技术的发展为人工智能的发展提供了坚实的基础。人们通过计算机的强大的信息处理能力来开发人工智能，并用它来模仿人脑。在没有人的干预下，人工智能系统能够进行自我调节、自我学习和自我组织，以适应外界环境的变化，并作出相应的决策和控制。
二、研究的基本内容,拟解决的主要问题:
研究的基本内容
本系统在硬件上由PC机、ADT8960运动控制卡、步进电机驱动器及步进电机组成。X轴、Y轴和Z轴电机通过滚珠丝杠带动托盘移动,在整个运动空间里各个轴的两端都有接近开关，便于对各个轴的控制。运动控制板卡插在PC机的PCI插槽内, PC机实现对系统监控管理、软硬件参数设置。通过控制软件对运动控制卡进行读写操作,运动控制卡根据主机的命令产生脉冲序列,包括脉冲个数(位置) 、频率(速度)及频率变化率(加速度) 。步进电机细分驱动器根据接收到的脉冲信号产生多拍节脉冲驱动信号,控制步进电机旋转,带动托盘移动,从而实现系统的整个动作的完成。
研究难点及预期目标
难点：核心部件的包装系统
预期目标：本设计根据一种新型的、通用的自动包装机控制方法, 采用模块化控制思想。并且根据包装机工作原理及结构特点, 建立控制功能模块库, 构造出通用的控制系统模型, 并采用运动控制卡对整个系统进行控制。
三、研究的步骤、方法、措施及进度安排
研究的内容
本设计选用S7-200为控制核心，其许多功能达到大中型PLC水平，而价格和小型PLC一样受到广泛关注，特别是S7-200 CPU22*系列PLC由于它具有多功能模块和人机界面可供选择，所以系统集成非常方便，并且很容易组成PLC网络。使得在完成控制系统的设计时更加简便，速度更快，具有极强的通信能力，几乎可以完成任何功能的控制任务。通过综合考虑喜饼成品包装控制系统的多方面要求以及对输入输出点的确定。
研究的方法
(1) 通过大量调查分析, 以通用方式分解包装机功能, 确定其通用功能, 并把它们看作为模块。
(2) 对所有功能模块及统一的接口分别编程控制, 形成不同的功能控制模块。
(3) 将功能控制模块按照一定顺序储存在功能库中, 构成一个功能控制模块库。
(4) 针对具体包装机先按其待定的要求, 选择所需的功能控制模块, 连同他们的接口一起集成至全机的控制框架内。在包装机整个寿命期内, 要改变其任务或使命, 将由变更、增加、减少控制模块来实现。
进度安排
①2014.11.10～2014.11.30：下达设计任务书，学生根据设计任务书的要求，利用文献检索平台获取《喜饼包装控制系统设计》各组成部分的相关资料，（包括机械结构和工作原理以及控制要求）的相关资料，进行系统方案设计及论证。包括确定I/O设备，定位传感器选型，电机选型等。探讨《喜饼包装控制系统设计》的基本组成和实现的基本技术方法。
②2014.12.1～2014.12.20：进行硬件系统规划和论证，包括电机接口及驱动方案；人机交互接口界面；传感器接口等方案论证。
③2014.12.21～2015.1.10：根据对《喜饼包装控制系统设计》各组成部分的深入研究，按照机械工程学院毕业设计开题报告的格式要求，完成并提交毕业设计开题报告。
④2015.1.11～2015.2.11：分模块对硬件系统进行详细设计，并在Proteus平台上画出硬件系统的原理图，进行电气规则检查并对硬件系统各组成部分进行虚拟仿真测试（仿真时可以用指示灯指示电机的运转状态）。
⑤2015.2.12～2015.3.10对系统顶层软件进行设计，画出系统软件流程图，确定子程序模块数量及调用规则，确定各子程序模块的入口参数和出口参数，画出各子程序模块的流程图。在Keil C平台上进行子程序的调试和主子程序联调。并提交中期检查表。
⑥2015.3.11～2015.3.30：在Proteus平台上进行系统软硬件联调，完成系统设计。
⑦2015.4.1～2015.4.10：归纳整理设计调试结果，整理软、硬件设计文档资料，总结单片机应用系统设计的一般方法和收获，为今后从事类似的设计提供参考依据和积累经验。同时完成毕业论文的撰写完成毕业设计初稿，并提交毕业答辩审批表。
⑧2015年4月11日-5月20日：毕业设计送审、修改、定稿；
四、主要参考文献
[1]张利平，曹巨江.新型自动包装机控制系统的研究[J].机械设计与制造，2007，(4):126 -127.
[2]张明亮，史小路.基于运动控制卡的步进电机随动系统设计[J].机电产品开发与创新，20（1）：138-139
[3] 李文刚，梁楚华，周建平.基于PCI总线的运动控制卡硬件系统设计.流体传动与控制，（3）:43-45
[4]张聪, 崔海容.连续自动制袋充填包装机的模块化设计及其控制系统的研究[J]. 包装与食品机械, 2002, 20( 5)
[5] 刘和平,邓力,江渝等.DSP原理及电机控制应用——基于TMS320LF240X系列[M].北京航空航天大学出版社,2006.
