剪板机的PLC改造系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本文以工业用剪板机为对象，探讨了全自动剪板机智能控制系统的实现方案。根据实际需要和市场的需求，采用了以工业顺序控制过程中广泛使用的可编程控制器（ 自动剪板机进行控制。通过对自动剪板机的工作原理的分析，提出总体设想，设计了电气传动部分的设计方案和并作出了 制的程序流程图。 文章中关键词：可编程控制器 全自动剪板机 自动控制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 II he as to of to of on to of of LC of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . I 第 1 章 前 言 . 1 板机控制现状 . 1 编程控制器的现状及发展趋势 .板机的控制系统改造 . 2 次毕业设计的主要任务 . 3 毕业设计时间安排 . 3 第 2 章 剪板机控制系统方案设计 . 4 剪板机的控制要求 . 4 剪板机结构原理 . 4 控制系统的结构 . 5 工作原理 . 5 体设计方案 . 6 第 3 章 自动剪板机的 制系统硬件设计 . 7 统主电路设计 . 7 进料机构 . 7 压料机构 . 7 剪切刀 . 7 送料装置 . 8 体电路设计 . 9 制器的选择 . 10 I/O 端子分配 . 12 第 4 章 自动剪板机的 制系统的软件设计 . 15 系 统的流程图 . 15 统的梯形图及其程序语句表 . 16 第 5 章 结束语 . 21 谢辞 . 221 参考文献 . 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 前 言 剪板机是利用各种操作方法对锻件进行切割的装置，属于废 金属加工设备，为轧钢车间必不可少的设备。主要对板材，棒料剪切分离的加工设备。剪板机不仅用于机械制造业，还是金属材配中心必不可少的的装备，应用范围特别广。安全性和剪切角度不可调节是机械剪板机的致命缺点。现在各剪板机都逐步向国际主流方向靠拢，采用数控液压剪板机，具有良好的强度刚度和精度保持性，此外，可配备前送料系统和后脱料装置，及送料卸料与一体，有效地提高了设备的自动化程度。 板机控制现状 剪板机是利用各种操作方法对锻件进行切割的装置，属于废金属加工设备，为轧钢车间必不可少的设备。主要对板材，棒料剪切分 离的加工设备。剪板机不仅用于机械制造业，还是金属材配中心必不可少的的装备，应用范围特别广。安全性和剪切角度不可调节是机械剪板机的致命缺点。 传统的机床控制系统都是采用继电器、接触器等控制电路，其接线复杂，故障率高，可靠性差； 现在各剪板机都逐步向国际主流方向靠拢，采用数控液压剪板机，具有良好的强度刚度和精度保持性，此外，可配备前送料系统和后脱料装置，及送料卸料与一体，有效地提高了设备的自动化程度。 制具有可靠性高、柔性好、开发周期短以及故障自诊断功能，特别适用于现代化机床电器控制，它减少了机床强电元件的 数量，提高了电气系统的稳定性和可靠性，从而提高了加工产品的质量和生产效率。 传统的简易机床 电气控制易发生故障。一旦发生故障，查找原因难度大。可编程控制器（ ）是由无触点的电子线路组成，用软件程序代替继电器间的复杂连接的工业控制器，控制可靠，灵活，故障少。 可编程控制器的现状与发展趋势 可编程序控制器 (称 专门为在工业环境中应用而设计的一种数字运算操作的电子系统，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序和设置，执行逻辑运算、 顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 生产过程 1。 合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用及使用维护方便等一系列优点，从单机自动化到整条生产线的自动化乃至整个工厂的生产自动化， 于 我国 仅是国家大型企业采用，而其他中小型企业应用比例也越来越高，涉及了冶金、钢铁、 化工等领域。随着机电一体化的发展， 强的工作环境适应性在该领域的应用越来越广泛 2。机电一体化技术的发展直接影响到一个国家的机械工业装备水平，而运动控制技术是机电一体化的关键技术。提高其技术水平，缩小同发达国家的差距，是当前我们面临的一个重大课题。随着我国工业化步伐的加快，其他行业也被带动着迅猛发展。近几年的机械制造业的复苏就是工业化过程发展的最好例证，我国己经成为世界制造业的基地之一，这也给我们带来了很大的机遇。但是，目前我国的制造业水平还比较落后，同西方发达国家还有不小的差距，大力 发展数控机床，是提高我国制造业水平的一个有效途径。 实现数控系统运动控制的通常方法可以有两种：一是采用全功能的数控装置，这种装置功能十分完善，但其价格却很昂贵，而且许多功能对点位控制来说是多余的，许多企业承担不起改造的费用；二是单板机或单片机控制，这种方法除了要进行软件开发外，还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路、特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。在经济型数控系统中，目前主要是以单片机来实现的。由于以单片机控制的数控系统通常是把编写好的程序固化在程序存储器中，这样就缺乏柔性，使得程序修改变的尤为不便，而且 开发单片机控制系统需要较高的技术和较长的周期。而 别是修改程序很方便，开发周期大大降低。在单片机中需要编写很多行程序来实现的算法，在 着 统的复杂程度越来越高， 今， 最大优点是便于技术人员掌握，但可移植性差，对于不同的应用要求要重新编写程序 3。 板机的控制系统改造 问题的提出： 以计算机为核心的自动化技术是 我国工业重点发展的高科技领买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 域之一。工业自动化技术是推动我国科技进步、推动国民经济发展的重要手段。不断采用最新的电子信息技术来装备和改造传统产业，是我国进行现代化建设的必由之路。 自动剪板机是一种可按加工要求，将金属板材剪开、自动计数、并由送料车送到下一工序的顺序控制的设备 ， 它要求其控制设备具有很强的抗干扰能力 。 近几年发展起来的一种新型工业控制器。由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与控制器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来 4。利用可编程控制器取代原先的 继电器器控制器来控制剪板机系统，已达到更方便、简单、实用、经济的目的。 在板材加工系统中，板料长度检测、板料进料、压紧、走刀、落料、长度调整等过程必须按一定的节拍一定的控制精确度动作。而且，不同长度、不同厚度、不同材料的扳材，各动作行程、先后顺序、刀具位置等要求都不一样。对于这样的控制要求，传统控制柜很难实现，采用 随着现代控制理论的发展和计算机技术的广泛应用，机械加工过程采用计算机控制为加工过程的规范化、标准化创造了条件，同时也可以大大地改善操作人员的工作环境。设各自 动化是提高生产效率，增强竞争能力的保证。同时也是提高企业经济效益的好办法。 次毕业设计的主要任务 利用 此来取代原先的继电器 接触器控制， 使剪板机自动化控制。 毕业设计时间安排 3月 读相关书籍文献，了解 出开题报告，明确课题的目的及需要做的工作。 4月 出课题的总体设计方案，画出总体设计方案图。 4月中旬 计系统的硬件及软件部分并调试，确保设计方案做到剪板机的自动控制。 5月初 毕业论文。 5月中旬后，修改设计图的细节以及毕业论文的不足处并提交。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 2 章 剪板机的控制要求 据剪板机的工作特点 ,剪板机的工作过程 如下 : （ 1） 上电后 ,检测各工作机构的状态 ,控制各工作机构处于初始位置。 （ 2） 进料 ,由控制系统控制进料机构将待剪板料自动输送到位。 （ 3） 定剪切尺寸 ,采用伺服电机控制挡料器位置保证精确的剪切尺寸 ,其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值。 （ 4） 压紧和剪切 ,待剪板料长度达到设定值后由主电动机带动压料器和剪切刀具 ,先压紧板 料 ,然后剪断板料。 （ 5） 送料车的运行 ,包括卸载后自动返回。 （ 6） 剪切板料的尺寸设定、自动计数及每车板料数的预设定。 （ 7） 具备断电保护和来电恢复功能。 （ 8） 能实现加工过程自动控制 ,加工参数显示 ,系统检测。 （ 9） 保证板料加工精度、加工效率和安全可靠性。 （ 10） 具有良好的人机操作界面。 剪板机结构原理 剪板机是一种精确控制板材加工尺寸 ,将大块金属板材进行自动循环剪切加工 ,并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其结构及原理如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 图 自动剪板机原理图 控制系统的结构 如图 统设置了 7个限位开关，分别用于检测各部分的工作状态。其中，测待剪板料是否被输送到位。 别检测压块 B 的状态，检测压块是否压紧已到位的板料； 测剪切刀 A 的状态； 光电接近开关 , 检测板料是否被剪断落入小车； 于检测小车是否到位； 于判断小车是否空载。送料机构 E、压块 B、剪切刀 统未动做时 , 压块及剪切刀的限位开关 断开 , 工作原理 当系统启动时 ,输入板料加工尺寸、加工数量等参数，按下自动开关，系统自动运行。 （ 1） 首先检查限位开关 状态 ,若小车空载 , 系统开始工作 , 起动送料小车。小车运行到位 , 限位开关 合 ,小车停车。 （ 2） 起动送料机构 E 带动板料 C 向右移动。当板料碰到行程开关 , 送料停止同时制动器松开、电磁离合器结合，主电动机通过传动机构工作。 （ 3） 压块电机启动 ,使压块 B 压下 , 压块上限开关 合。当压块到位 , 板料压紧时 , 压块下限开关 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 （ 4） 剪切刀电动机起动 , 控制剪刀下落。此时 ,合 , 直到把板料剪断 , 板料落入小车。 （ 5） 当小车上的板料够数时 , 起动小车控制电动机 , 带动小车右行 ,将切好的板料送至下一工序。 （ 6） 卸下后 , 再起动小车左行 , 重新返回剪板机下 , 开始下一车的工作循环。板料的长度 L 可根据需要进行调整 , 每一车板料的数量可预先设定 9。 体设计方案 综合剪板机与 相关知识以及控制系统设计的基本原则、基本内容和步骤，为实现自动化必须根据板材自动精确剪切加工的工作特点及动作要求进行设计 ,因此本方案采用了可编程控制器来实现对自动剪板机的控制，系统设计简图如图 示。 图 总体设计方案简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第 3 章 自动剪板机的 制系统硬件设计 统主电路设计 进料机构 用交流电机带动送料皮带，传送皮带送料只向一个方向运动，只要求电机向一个方向旋转即可，轻负载小工率电动机可直接起动，用熔断器和热继电器作短路、过载保护。使待剪板料自动快速稳定地输送到剪切位置。 压料机构 压块 B 的作用是压紧板料，以利于剪切刀切断板料，压块有上升和下降 两种运动，要求带动压块的电动机具有正反转运动，控制电路有联锁保护、用熔断器和热继电器作短路、过载保护。 剪切刀 剪切刀有两种运动，下行切断板料，然后上升复位，剪切刀机构的电动机也应具有正反转，用熔断器和热继电器作短路、过载保护。 根据电机控制要求，其电机正反转主电路图如图 示，其程序流程框图如图 示。 图 电机正反转主电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 1 2 3 4闭电机按下启动按钮了吗？电机正转正转到限了吗？松开启动按钮了吗？关闭电机时 8 秒电机反转反转到限了吗？松开启动按钮了吗？关闭电机时 8 秒电机正反转程序流程框图 送料装置 为实现板料自动输送到下一工位并返回 ,可采用交流电通过带传动带动驱动轴 ,驱动行走 轮来完成小车往返各机构的运动动力来自电机 ,根据控制的特点和买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 经济性要求 ,用交流电机来实现进料、小车送料、托架下料，采用伺服电机控制挡料器精确定长。 体电路设计 为了实现对交流电机的控制，采用图 示主电路 ,控制对象为 4 台电机和一个蜂鸣器。 接触器， 紧急停止接触器 ,制蜂鸣器 ,别控制送料、压块、剪切和小车电机。 采用热敏电阻作为测量元件的热继电器 ,设定值取送料和剪切电机上限温度的 95%,当到达此温度时进行闪光报警。 该 控制系统需要完成对工作机构的控制情况如下： 1）进料控制 ,执行器件为进料电机 ,通过对进料电机的起停控制 ,实现进给机构输送板料，停止输送板料的控制。 2）刀具剪切控制 ,执行器件为电磁离合器和电磁制动器。通过控制主电机传动路线中的电磁离合器 ,控制传动机构带动刀具完成向下剪切板料 ,撤回利用弹簧完成。为了防止惯性造成连续剪切需要控制制动器剪切一次制动一次。 3） 小车往返运动及停止控制 ,执行器件为小车电机 ,通过控制小车电机的起、停、正反转 ,控制送料小车在剪板机与下一工位往返送料。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 控制系统的主 电路图 其中 ,1）执行机构都可采用光电、开关量控制。由于可编程控制器是低压直流输出 ,所以 ,我们使用中间继电器作为控制器输出的第 1 级执行机构 ,通过继电器的触电控制大功率接触器的通断 ,从而控制交流电机的起、停。执行机构中的电磁离合器、制动器需要采用专用输出驱动控制电路。 系统原来采用继电器 接触器控制 ,但控制系统较复杂 ,大量的硬件接线使系统可靠性降低 , 也间接降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决 了这一问题 , 它不仅减少了系统的硬件接线 , 提高了工作可靠性 , 而且在加工工艺改变时 , 只需修改程序 , 就可适应新的加工要求 , 大大提高了工作效率。 制器的选择 目前，可编程控制器产品种类很多，同一厂家也会推出不同系里的产品，这就需要去选择最合适自己的产品，一般选择机型要以满足系统功能为主。具体应考虑以下几点 : (1) 性能与任务相适应。 (2) 处理速度应满足实时控制的要求。 (3) 用系统结构合理、机型系列应统一。 在此设计中，采用日本松下公司生产的 列 统 作为主机 。可编程控制器的主控单元外型图如图 示，主控单元的输入 /输出点数为 16/8，其工作电压 24V 控单元和扩展单元的 I/O 点数加起来最多可达 152 个点。 在主控单元内含有高速计数器 ，可输入的脉冲频率高达 5000能同时输入两路脉冲，晶体管输出型 输出频率可调的脉冲信号。主控单元还具有 8 个中断源的中断优先权管理等功能。同时通过 可对 行梯形图程序的编辑、状态监控等。 除主控单元和扩展单元外，还有 A/D、 D/A 单元， 最多可控制 152 点加 4 通道 A/D,4 通道 D/A，还有 接单元等高级模块，可进行模拟量处理， 通过 络模块可方便地将最多 32 台 成网络 ,距离达 方便的工业现场 制网络 14。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 松下 电工 列 主机面板图 图 编程序控 制器输入 /输出电路的基本结构 I/O 端子分配 1 输入设备 限位开关 : 系统的停止启动按钮 : 输出设备 一块板料剪切完成并落入小车时 , 光电检测开关 计数器作减 1计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 数。本设计中假设小车可最多载 10块板料。 驱动电机的正反转，控制压块压紧和放松板料； 动电机 的正反转，控制剪切刀上下运行 ； 动电机的正反转 ,从而控制小车的左行和右行。 根据需要 , 还可增设其它信号指示。其输入输出端子分配如 图 动剪板机 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 输入： 00000 停止 输出： 01000 送料 0001 启动 01001 压块上移 0002 板料到 位 01002 压块下移 00003 压块上限 01003 剪切刀上移 0004 压块下限 01004 剪切刀下移 00005 剪切刀上限 01005 小车左行 0006 剪切刀下限 01006 小车右行 00007 小车到位 00008 小车状态 0009 板料计数 现场开关输入设备按编号接在 输入端子上，相应的输出设备接在输出端子上。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 第 4 章 自动剪板机的 制系统的软件设计 系统的流程图 本系统是一个多工步的顺序控制系统， 运用模块化程序结构 ,采用顺序控制设计法，实现系统设计，有结构简单、编程方便等优点。 利用 位寄存器的移位功能，可实现步进顺序控制，使每一步严格按顺序动作。计数器对每车板料进行计数，其值由用户根据需要设定。 采用状态流程图进行程序设计，状态流程图能完整的描述系统的工作过程、功能和特性。在用顺序控制设计编程时，要根据系统的工作顺序绘制出状态流程图。通过状态流程图来表现系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。 用顺序控制设计法编写程序的步骤： （ 1） 分析控制要求，将控制过程分成若干工步，明确每个工步的功能，弄清步的转换是单向进行还是双向进行， 确定步的转换条件。 （ 2） 为每个步设定控制位。控制位最好使用同一个通道的若干连续位。若用定时 /计数器的输出作为转换条件，则应确定各定时 /计数器的编号和设定值。 （ 3） 确定各输入和输出点的个数，选择 机型，做出 I/O 分配。 （ 4） 在前两步的基础上，画出功能表图。根据功能表图画出梯形图。 （ 5） 添加某些特殊要求的程序 14。 系统控制的大致流程如下 : 送料停止 压块停止 送料 板料到位 压块下限 压块下移 剪切刀下移 剪切刀停 压块停止 剪切刀下限（剪切） 压块上限 压块上移 小车送料 系统控制的流 程图如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 统的梯形图及其程序语句表 根据系统的状态流程图，可以分析得系统整个控制过程的流程图如图 用欧姆龙软件编写系统软件程序，编写的梯形图如图 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 Y N N Y N Y A B 断开系统所有电源 读入 态 ？ 电，小车左行 读入 态 小车是否到位（ ） 电， 电，板料前进 读入 态 板料是否到位（ ） 电， 电，压块下降 读入 态 开机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 (续 ) B A N Y Y N Y N Y N Y N 图 统控制的流程图 压板压紧否？ 电，剪切到下降 读入 态 剪下否（ ） 电，使压块、剪切刀复位 读入 态 压块、剪切刀 复位了吗？ 读计数器 状态 K=0? 电，小车右行 小车右行到位， 电，等待卸车 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 00001 00000 00002 0 0003 0 00000 00004 1 0003 00000 00006 0005 00000 00005 3 0006 00000 00003 1 00004 A B 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 （续） A B 00005 25315 00000 00008 6 00007 00008 5 00001 00000 00007 5 00008 图 统梯形图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 第 5 章 结束语 自动剪板机是一种精确控制板材加工尺寸 ,将大块金属板材进行自动循环剪切加工 ,并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其整个工艺过程很符合顺序控制的要求，所以，在控制过程中，采用可编程控制器对自动剪板机进行控制。 可编程控制 器是一种将计算机技，自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备 ,不仅能实现对开关量信号的逻辑控