毕业设计（论文）-增量型定尺剪切控制系统设计.doc

西安工程大学本科毕业设计（论文） 毕业设计（论文）题 目：增量型定尺剪切控制系统设计 学 院： 电子信息学院 专业班级：电气工程及其自动化2010级07班指导教师： 职称： 教授 学生姓名： 学 号： III摘 要增量型定尺剪切机用于电力系统接线母排弯曲处连接所需的柔性部件制造。而传统剪切设备无法实现。为满足生产需求，本设计针对传统剪切机的不足，提出一种基于触摸屏、可编程逻辑控制器S7-200PLC 、交流伺服系统的增量型定尺自动剪切控制系统方案并实现。增量型定尺冲床控制系统包括：开卷机与矫平机变频调速控制、PLC与交流伺服定尺控制、人机交互界面。完成定尺长度设定、定尺增量设定、增量极性设定、张数设定功能，实现定尺长度控制、张数记数、检测断料后自动停机。S7-200PLC控制协调整个系统的运行;触摸屏实时监控系统运行状况、参数的改变、异常报警等;变频器控制三相异步电机恒线速度开卷，伺服系统控制整个系统的生产速度及定尺控制。本课题的设计关键是板材的剪切精度控制及板材长度增量的控制。 本设计将触摸屏、S7-200 PLC、伺服系统应用到自动剪切控制系统中。通过合理的设备选型、参数设置和软件设计确定相关设备参数设置，完成了系统硬件设计，系统软件设计，画出系统的硬件连线图，程序流程图和程序。完成了增量型定尺剪切控制系统设计。关键词：S7-200PLC，伺服系统，定尺剪切，编码器ABSTRACT Incremental length shearing machine parts for the manufacture of flexible bus bar power system wiring required to connect the bend. The traditional cutting equipment can not be achieved. In order to meet production requirements, the design for the shortcomings of traditional shearing machine, presents a touch screen, programmable logic controllers S7-200PLC, AC servo system based on incremental automatic cut length control system solutions and implementation. Incremental length punch control system includes: uncoiled and leveler frequency control, PLC and AC servo length control, human-machine interface. Completion of the cut length setting, the incremental length settings, incremental polarity setting the number of copies setting function, to achieve definite length control, counting the number of sheets to detect automatically shut off after feeding. S7-200PLC control the coordinated operation of the whole system; operating conditions, changing the parameters of the touch-screen real-time monitoring system, alarm and other abnormalities; inverter control three-phase induction motor constant speed uncoiling, the servo system controls the speed and length to control the entire production system. The key issue is the design of the shear plate and sheet length precision control increment control. The design of the touch screen, S7-200 PLC, servo system applied to the automatic cutting control system. Through reasonable equipment selection, parameter setting and software design to determine the parameters related equipment, complete system hardware design, software design, hardware connection diagram draw system, program flow and procedures. Completed the incremental cut to length control system design.KEY WORDS: motor, fault diagnosis, expert system, data pool 目 录第1章绪 论11.1 设计背景11.2设计的主要内容21.3本章小结2第2章 系统总体设计方案32.1工艺流程32.2系统的控制原理32.3本章小结5第3章 系统硬件设计63.1 变频器及三相异步电动机63.1.1变频器、电动机、电抗器的选型63.1.2变频器主要参数设置73.2 伺服系统83.2.1伺服驱动伺服电机及编码器选型83.2.2伺服驱动主要参数设置103.3 PLC介绍及选型123.4 触摸屏介绍及选型133.5 光电开关143.6主电路设计163.7本章小结16第4章 系统软件设计174.1 S7-200 PLC编程174.1.1主流程图174.1.2 V4.0STEP7MicroWin编程软件184.1.3程序设计说明及相关计算194.2 触摸屏组态204.2.1组态软件介绍204.2.2组态画面的介绍204.3本章小结26第5章 结论27参考文献28附 录29致 谢402西安工程大学本科毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 设计背景自动剪切机是一种精确控制板材加工尺寸，将大型板块进行自动剪切的设备。增量型定尺剪切用于电力系统接线母排弯曲处连接所需的柔性部件制造，而传统剪切设备不容易实现。传统自动剪切机存在的不足：传统设备采用变频器控制三相异步电动机对板材进行定位，精度难以保证，异步电动机停车不稳定，这样不仅定位精度低，而且易造成剪切面的机械偏差，这种偏差随加工板材宽度增加而加大。生产过程中经常要进行倒车操作。不利于生产效率的提高，并且对板材的结构有一定的损害。传统的剪切系统操作和改变参数不方便，系统的运行状态不能被实时监控。不利于系统的调整及维护。针对上述存在的不足，新型的工控设备的应用可以很好地弥补这些不足。如伺服系统配合光电编码器可以对钢板进行精确的定位。不仅提高了生产效率也降低了板材在生产过程中的损害程度。触摸屏在系统中的应用给系统的操作、实时监控、变量的输入等带来了极大的方便。PLC以其灵活性、快速性、可靠性和性价比高等特点越来越受到企业的欢迎，在各行各业的应用越来越广泛。基于PLC设计的自动控制系统，具有操作简单，运行可靠，抗干扰能力强，编程方便，控制精度高的明显优势。基于以上设备的特点，本课题主要研究如何应用触摸屏、S7-200PLC、交流伺服系统设计一个板材定尺（增量型）剪切控制系统。基于上述情况，板材生产加工企业迫切需要高精度、高效率的生产设备。剪切机是板材加工企业的关键生产设备之一。在可预见的未来，剪板机发展趋势和需求方向是，一些资金雄厚的企业，出巨资购买全新数控剪切机；相当一批中小企业没有足够的资金，希望通过对原设备的技术改造来满足要求。对普通剪切机或传统自动剪切机升级改造，提高工作效率和剪板精度，降低能耗，这方面有较大的市场需求。 1.2设计的主要内容本设计的关键是：提高控制的精度、实现增量式定尺、利用触摸屏实现人与系统的交流、实现开卷机与矫平机的线速度一致。 PLC发送高速脉冲送给伺服驱动器控制伺服电动机转动编码器给伺服驱动器一个反馈信号，伺服驱动器比较脉冲与编码器的脉冲信号，当两者相等时伺服电机停止，这样可以实现对板材的精确定位。另外选择合适的脉冲当量也是提高系统精度的重要条件。本系统要求剪切材料的误差在0.1mm，所以脉冲当量选择为0.01mm，保证了生产要求的剪切精度。要实现增量式定尺，由于伺服运动的控制脉冲是由PLC发出的。运用PLC可编程的特性对发出的高速脉冲数量进行控制来实现伺服系统的增量式定位。触摸屏连接PLC，可实现与PLC的数据交换。利用触摸屏强大的功能可实现对系统的参数设定、运行状态的实时监控、故障异常报警、数据显示等。通过触摸屏工作人员可时刻了解到系统的运行状况并做出正确的判断及异常处理。利用PLC对矫平机的实时速度进行采集，经过处理后给定开卷机一个相应的运转频率，实现开卷机的开卷速度跟随矫平机的速度。1.3本章小结本章节主要讨论了设计的背景、目的、意义、设计需要重点解决的问题以及解决这些问题的理论等。第2章 系统总体设计方案2.1工艺流程工艺流程如图2-1所示，板材通过开卷机开卷后，为了保证测量的精度，板材经过矫平机矫平。然后，板材通过活套缓冲。板材从活套出来后由测量辊根据设定值定长，长度确定后启动剪切系统剪切。剪切完成的板材经过传送带送到运料小车。活套的设计是由于确定长度后需要测量辊停止转动完成剪切，而开卷机和矫平机是不停机运行的，为了避免材料堆积对长度确定的影响。板材通过活套缓冲后再进入测量辊。 图2-1 工艺流程图2.2系统的控制原理控制系统框图如图2-2所示， 图2-2 控制系统框图采用可编程逻辑控制器S7-200PLC端子控制变频器、伺服驱动来控制开卷电机、矫平电机、伺服电机实现系统的传动。PLC通过活套的控制协调开卷机、矫平机和伺服电机之间的速度差。剪切系统由PLC直接控制。触摸屏的作用是系统运行前输入剪切的基准长度及增量长度，系统运行时监视运行状况，异常、故障报警等。并显示各电机的运行状态、生产线速度、完成的产品数量等。开卷机随着板材卷径的变小线速度会一直变大而矫平机线速度基本不变，导致开卷机和矫平机之间堆料。所以需要开卷机与矫平机的线速度保持一致。矫平电机的转速通过矫平变频器控制，矫平变频器的运行频率是设定频率加上套坑的调节频率来控制矫平电机的运转。矫平变频器将实时运行频率以010v的模拟量电压信号送给PLC，经过PLC计算得出此时的线速度，再根据此时的开卷机材料卷径，计算开卷变频器的运行频率后送给变频器控制开卷电机。这样就实现了开卷机与矫平机的同步运行。计算公式如2-1、2-2. （2-1） （2-2） n电机转速 f频率 p电机极对数 v线速度 D矫平机轴径（开卷机卷径） I传动比 活套的控制是使用两个对射式光电开关对活套里的板材量进行检测，若堆积过多则送给PLC一个信号，PLC控制矫平机减速。若板材量过少，发送信号给PLC，控制矫平机加速。 PLC根据设定好的剪切长度及增量发送脉冲给伺服驱动，控制伺服电机转动一定角度后停车。启动剪切系统完成剪切后，PLC再次发送下一串脉冲，如此循环。2.3本章小结本章主要讨论了系统总体的设计方案。工艺流程、控制原理。给出了系统框架，并且明确了各设备的控制要求，方便进行设备的选型及参数设定。 第3章 系统硬件设计3.1 变频器及三相异步电动机3.1.1变频器、电动机、电抗器的选型三相异步电动机的选择原则：启动转矩大于负载转矩、运行时的温升不超过允许值、电动机具有一定的过载能力。负载转矩公式： （3-1） 转动惯量公式： （3-2） M为负载转矩 J为转动惯量 为角加速度 m负载质量 R为负载半径然后根据负载转矩M选取电机，最终选择的三相异步电动机电机型号为YEJ-132S-6额定功率3Kw、额定转速960r/min、额定电压380V、Y表示三相异步电动机、EJ表示直流电磁制动、S表示鼠笼式、6表示6极。变频器的选择：根据变频器在设计中的控制任务及所带电动机的大小，变频器1和变频器2选择通用型的就可以达到要求。所以两台变频器都选用性价比较高的台达VFD-B系列通用变频器。具体型号为VFD037B43A，VFD为产品系列、037为该变频器最大可带动3.7KW的电动机运行、B为VFD-B系列、43为输入电压为三相230460V、A版本号。交流电抗器的选择：进线电抗器的作用是抑制高次谐波的影响，可以根据实际情况选用。出线电抗器的作用是抑制变频器输出的谐波，减小变频器和电机的噪声。两台以上变频器并联运行时，可以限制换相环流并平衡负荷。本设计中必须加装输出侧电抗器，输入侧也选择加装电抗器。电抗器的选择根据公式 （3-3）E为额定电压f为额定频率I为额定电流最终选择交流电抗器的大小为输入电抗器：2.0mH交流电抗器、输出电抗器：2.5mH交流电抗器。3.1.2变频器主要参数设置根据设计要求变频器1的作用是根据PLC给定的频率使开卷机的线速度与矫平机保持基本一致。变频器2的作用是根据设定频率运行，若外部端子UP/DOWN有效时频率递增/递减运行一段时间（时间已设定）。并不断将运行频率以模拟量信号送给PLC进行计算，计算值就是给定变频器1的模拟量频率信号。端口使用情况如图3-1所示： 图3-1 VFD-B变频器端子说明端口使用说明如表3-1： 表3-1 变频器端子使用说明1FWD正转启动/停止2JOG点动3EF外部异常4DCM数字量端口公共点5AVI频率给定端子6ACM模拟输入点公共端7MO3准备就绪指示8MCM模拟输出公共端9UP外部端子递增10DOWN外部端子递减11AFM频率模拟信号输出变频器2的主要参数设置如表3-2： 表3-2 变频器2主要参数设置00-09控制方式00：V/F 控制 0001-03中间频率设定0.10400.00 Hz40.0001-04中间电压设定460V 机种：0.1V510.0V304.001-05最低输出频率设定0.10400.00 Hz5.0001-06最低输出电压设定460V 机种：0.1V510.0V38.001-09第一加速时间设定0.013600.0 秒5.001-10第一减速时间设定0.013600.0 秒10.001-13寸动加速时间设定0.13600.0 秒5.001-14寸动频率设定0.10400.00 Hz25.0001-22寸动减速时间选择0.13600.0 秒5.002-02电机停车方式选择00：以减速刹车方式停止 0001-01电机额定频率设定0.10400.0Hz50.001-02电机额定电压设定0.1510V38002-00第一频率指令来源01外部端子AVI模拟量输入0102-01第一运转指令来源02外部端子操作键盘stop无效023.2 伺服系统3.2.1伺服驱动伺服电机及编码器选型伺服电机的选型原则：瞬时最大扭矩小于伺服电机最大扭矩、负载惯量小于三倍的电机转子惯量、连续工作速度小于电机额定转速、连续工作扭矩小于伺服电机额定工作扭矩。负载惯量计算公式：见公式3-2电机带动负载所需要的扭矩：电机克服摩擦力需要的扭: （3-4）电机加速时需要的扭矩： （3-5） 负载重力 负载与转轴的摩擦系数 D负载直径 a加速度根据公式计算结果选择的电机应满足3倍的伺服电机转子惯量大于负载惯量J、伺服电机额定转矩大于电机克服摩擦力的扭矩Tf、伺服电机最大扭矩大于电机克服摩擦力需要的扭矩和电机加速时需要的扭矩的和通过以上计算可以选择出伺服电机的型号为ECMA-G21309AS，推荐的伺服驱动型号为ASD-B2-1021。伺服驱动额定功率为1Kw，伺服电机额定功率为0.9Kw，额定转速1000r/min，额定电压220V。伺服电机配置的编码器是增量型2500ppr。伺服系统的工作过程是：PLC发送告诉脉冲给伺服驱动后，伺服驱动驱动电机旋转，编码器发送信号到驱动器，驱动器比较PLC与编码器的信号，当PLC发出的脉冲等于编码器发出的脉冲时，电机运转到指定位置停止。光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。脉冲序列能正确地反映转速的高低，但不能鉴别转向。为了获得转速的方向，可增加一对发光与接收装置使两对发光与接收装置错开光栅节距的1/4，两组脉冲序列A和B的相位相差90度，正转时A相超前B相；反转时B相超前A相。如图3-2所示： 图3-2 编码器脉冲一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。脉冲当量选取得越小，控制精度越高，但对系统的要求也越高，系统造价也越贵且难以实现；脉冲当量选取越大，控制精度越低，对系统的要求降低。因此选择合适的脉冲当量对系统的性能提升有很大帮助。本设计选择周长200mm的压辊直接测量板材的尺寸，光电编码器与伺服电机同轴，将测得的数据以脉冲的形式反馈给伺服驱动。减速比为6.28，根据理论计算，剪切628mm的钢板。2500脉冲每圈的光电编码器经脉冲处理电路得到10000脉冲每圈，所以需要理论脉冲数10000，即每走1mm需要100个脉冲，按测量辊计算脉冲当量为0.01mm。3.2.2伺服驱动主要参数设置参数的设置主要是确定伺服的控制模式，端子的功能的确定以及伺服电机的过电压保护、过电流保护参数的设定，信号处理的响应速度等设定。根据设计要求，伺服系统要完成的任务是精确定位。配合PLC发出的脉冲使板材走过指定长度后停车，发出目标位置到达信号给PLC。PLC收到信号后发出剪切指令对材料进行剪切。剪切完成后PLC收到剪切完成的信号后继续更新脉冲数发送下一个脉冲，如此循环不断工作。本设计中用到的驱动器端子说明如图3-3所示：图3-3 伺服驱动器端子说明 表3-3 伺服驱动器端子说明1LC1控制电源2LC2控制电源3VDD+24V4PULSE脉冲信号5SIGN脉冲方向信号6PULL-HI与公共端接通7COM-公共端8SON启动9EMGS急停10JOG点动11T+编码器信号12T-编码器信号13+5V编码器电源14DO1准备就绪15DO2目标位置到达16DO3故障17DCM公共端18GND接地本设计伺服系统需要的是位置控制，所以伺服驱动的控制模式选为位置控制模式。本设计选用的PLC的CPU224XP，最高可发送的脉冲频率为100KHz，所以为了保证控制精度，电子齿轮比设定为100/100。设定PLC发送的脉冲形式为正逻辑（正逻辑是脉冲方向为高电平是正转信号低电平相反）脉冲+方向脉冲的形式，伺服驱动器主要参数设置如下表3-4： 表3-4伺服主要参数设置代号简称功能设定值P1-01CTL控制模式及控制命令源输入设定00P2-50DCLR脉波清除模式1P1-00PTT外部脉波列输入形式设定00042P1-44GR1电子齿轮比分子设定1100P1-45GR2电子齿轮比分母设定100P1-08PFLT位置指令平滑常数10msP2-00KPP位置控制增益35rad/sP2-01PPR位置控制增益变动比率100%PPRPPR位置前馈增益50%P2-03PFF位置前馈增益平滑常数5msP2-09DRT数字输入响应滤波时间2ms3.3 PLC介绍及选型西门子公司的S7-200 PLC 是一种叠装式结构的小型PLC，它指令丰富，功能强大，可靠性高，结构紧凑，便于扩展，性能价格比高。从CPU模块的功能来讲，S7-200 系列PLC具有以下五种不同结构配置的CPU单元。 CPU 221有6输入/4输出，无扩展，存储容量较小，有一定的高速计数能力适合于点数少的控制系统。 CPU 222有8输出/10输出，可以进行模拟量的控制和2个模块的扩展，应用更广泛的全功能控制器。CPU 224有14输入/10输出，存储容量扩大了一倍，有7个扩展模块，内置时钟，有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是S7-200系列中使用最多的产品。CPU 224XP最新推出的一款实用机型，最大的不同是主机上增加了2输入/1输出的模拟量单元和一个通信口，适合有少量模拟信号的系统中使用。CPU 226有24输入/16输出，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，用于点数较多，要求较高的小型或中型控制系统。根据以上S7-200 系列PLC不同CPU的了解，本设计要用到高速脉冲指令，为了提高系统的精度选择CPU224XP交流输入晶体管直流输出，它提供的高速脉冲发出的频率可达100KHz。而且有模拟量输入输出接口。由于输入输出端口不够，所以考虑加扩展模块：EM232两路模拟量输出，EM222八路直流数字量输出。表3-5 I/O端口分配表 输入输出1I0.0光电开关115Q0.0高速脉冲2I0.1光电开关216Q0.1方向脉冲3I0.2光电开关317Q0.2UP4I0.3M1就绪18Q0.3DOWN5I0.4M2就绪19Q0.4剪切6I0.5M3就绪20Q0.5M3启动7I0.6M1故障21Q0.6M2启动8I0.7M2故障22Q0.7M1启动9I1.0M3故障23Q1.0M1点动10I1.1目标位置到达24Q1.1M2点动11I1.2M1点动25Q1.2M3点动12I1.3M2点动26AQW0变频器1频率给定13I1.4M3点动27AQW2变频器2频率设定14AIW0变频器2频率输出28Q1.3断路器QF129Q1.4断路器QF230Q1.5断路器QF331Q1.6开卷机急停32Q1.7矫平机急停33Q2.0测量辊急停3.4 触摸屏介绍及选型HMI是Human Machine Interface 的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。人机界面是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存储单元等，其中处理器的性能决定了HMI 产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于 HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。HMI的基本功能：设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等，数据、文字输入操作，打印输出、生产配方存储，设备生产数据记录，简单的逻辑和数值运算、可连接多种工业控制设备组网。选型指标：显示屏尺寸及色彩，分辨率，HMI的处理器速度性能、输入方式：触摸屏或薄膜键盘、画面存贮容量，通讯口种类及数量，是否支持打印功能根据本设计的要求触摸屏的作用是：参数输入、监视系统运行状况、异常故障报警等。考虑到这是触摸屏的一些基本功能，所以选用性价比较高的威纶通MT6050ip。显示器尺寸：4.3（寸）、显示器类型：4.3”TFT、分辨率：480 x 272、处理器：32Bit RISC 400MHz、存储器：Flash储存器、输入方式：触摸屏输入、输入电压：2420%VDC（V）、RS485接口。3.5 光电开关在自动控制系统中，往往应用到许多传感器，检测生产过程的各个物理量，为控制器做出合理的判断提供依据。光电开关是一种常用的传感器，光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。在本设计中，用到了3对对射式光电开关。原理图如下:图3-4 对射式光电开关选用DC 24V的光电开关，为了PLC的运行稳定，电源不由PLC直流电流供电，而是直接由外接电源供电。光电开关的Ov按扭和PLC的输入公共端COM连接，光电开关的输出端与PLC的输入端口连接。当光电开关输出高电平时表明光电开关发射器发射的光源被遮挡，光电开关接收器无法接收到光源，即光电开关发射器和接收器间存在物体。在系统运行时，正常情况下，1、2号光电开关一直检测套坑中的板材量，并且正常情况下1号是出于关闭状态，2号是处于开启状态，1、2状态只要改变就发送信号给PLC。PLC控制系统即判断矫平机的加减速。3号光电开关检测开卷机转过的圈数，转过一圈给PLC发送一个信号。光电开关在本设计的板材自动剪切控制系统中有着重要的作用，光电开关实时检测系统运行时板材在各个位置的存在状况，为PLC提供系统是否能够正常运行的实时数据，保证系统的正常运行。光电开关与PLC连接图如下：图3-5 光电开关连接图3.6主电路设计 图3-6 系统主电路QA为低压断路器可保护电气设备的安全，LAC为交流电抗器。电源为三相输入，为了保护变频器、伺服驱动和电机安全，串连两个低电断路器。变频器、伺服驱动输入侧输出侧都接了交流电抗器，进线电抗器的作用是抑制高次谐波的影响，出线电抗器的作用是抑制变频器输出的谐波，减小变频器和电机的噪声。两台以上变频器并联运行时，必须加装电抗器限制换相环流并平衡负荷。3.7本章小结 本章介绍了系统硬件的选型和系统主电路的设计，说明了各设备的端子使用情况及主要参数设置。其中包括：变频器、三相异步电动机、伺服驱动、伺服电机、编码器、PLC、触摸屏、光电开关。第4章 系统软件设计4.1S7-200 PLC编程4.1.1主流程图图4-1 主流程图PLC程序的主程序按照此流程图顺序编写。首先触摸屏输入基准长度、数量、增量长度、初始卷径、材料厚度等数据。然后主电路接通并将PLC初始化后开始工作。PLC不断检测套坑板材量是否异常，异常则控制矫平机加速/减速。无异常，脉冲是否发送完成，完成后更新脉冲数等待下一次。目标位置到达后启动剪切系统进行剪切，剪切完成后通知PLC发出已更新好的脉冲。如此循环工作，检测开卷机的实时卷径，若等于轴径时发出断料信号，PLC控制开卷机、矫平机伺服系统依次按设定好的延时停机，触摸屏发出停机报警。4.1.2V4.0STEP7MicroWin编程软件STEP7-MicroWin编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专门为SIMATIC S7-200 系列PLC设计开发。该软件功能强大，界面友好，并有方便的联机帮助功能。用户可利用该软件PLC应用程序，同时也可实时监控用户程序的执行状态。该软件是SIMATIC S7-200用户不可缺少的开发工具。运用该软件编程，首先建立符号表可以使程序更加清晰并且编程方便。本设计建立的符号表如下图：表3-1 符号表 该软件还提供了状态表的监控和趋势图的监控，可以在软件环境下实时监控调试程序运行执行过程中的变量变化。4.1.3程序设计说明及相关计算主程序设计说明：根据流程图，主程序主要完成的工作有初始化、变频器1的频率给定计算、活套量的检测及矫正、目标位置到达检测、断料停机检测报警等。初始化的主要内容是：变频器2的频率设定，高速脉冲控制字的设定。变频器2的设定频率f2的计算说明：触摸屏输入的生产线速度v1是活套以后的生产线的速度，频率f2的计算就是要通过v1求得活套以前的设备与此生产速度相匹配的速度v2。使得整个生产线稳定运行。计算公式： （4-1） n 一套产品的数量 L 剪切的基准长度X 增量的长度t1剪切系统运行一次的时间已知t1为1s，其余未知数均由触摸屏开始时输入。再通过公式：2-1,2-2得出： （4-4） V 线速度D轴径n 电机转速I机械传动比P 电机极对数由此算出频率f2并转换成010V模拟量信号送给变频器2。变频器1的频率给定计算，因为开卷机的线速度需要与矫平机的线速度保持一致，而开卷机随着卷径的不断变小需要不断地改变电机转速来保持线速度。所以通过变频器2把输出频率以010V电压信号送给PLC，PLC根据频率计算出矫平机的线速度，在结合PLC对开卷机的卷径计算，最终计算出应该给定变频器1的频率。这样经过各设备的不断配合计算保持开卷机与矫平机的同步传送。f2与f1的关系 （4-5）D1开卷机卷径D2为矫平机轴径开卷机的卷经计算部分， （4-6）等号前的D1是计算后的卷径，等号后的D1是计算前的卷径，n是由光电开关发给PLC的信号，记录着开卷机转过的圈数，d是材料的厚度由触摸屏输入。高速脉冲输出的程序说明，高速脉冲输出采用子程序的方式实现，当剪切完成的信号到达后调用子程序发送脉冲，而第一次的子程序调用则是在初始化的时候调用。4.2 触摸屏组态4.2.1组态软件介绍触摸屏选用的触摸屏是威纶通的MT6050i，组态软件是EasyBuilder8000。WEINVIEW HMI组态软件EasyBuilder8000（简称EB8000，后同）是台湾威纶科技公司开发的新一代人机界面软件，适用于本公司MT8000和MT6000系列所有型号的产品。4.2.2组态画面的介绍根据设计要求，触摸屏要完成的任务是：基准长度、数量、增量长度、初始卷径、板材厚度等的数据输入。触摸屏要实时监控系统的运行状况，出现故障异常等要及时报警。还要作为系统的总控制操作界面。所以，考虑到以上要求需要做五个界面，包括：主界面、参数输入界面、显示及报警界面、操作界面、键盘输入界面。触摸屏的组态过程，首先新增本地控制PLC，“本机”的含义是，该PLC或者设备是直接连接在本机触摸屏上，而“远程”的含义是，该设备是连接在其他的触摸屏上，非“本机触摸屏”上，如果要与连接在其他触摸屏上的PLC或者设备连接的时候，则选择为“远程”。因PLC连接在本机触摸屏上，所以此时选择“本机”。如下图4-2： 图4-2 设备属性 图4-3 设备列表 新增设备完成后，在所有元件的PLC name选项中，也增加了“SIEMENS S7/200”的选项，选择这个项目即可读写此台PLC上的数据。 图4-4 设置完成后建立地址标签库，以便触摸屏与PLC交换数据使用。然后是触摸屏的窗口的建立。下面是主界面，是一个公共窗口界面。在主界面加上功能键：参数输入、操作界面、显示界面、报警界面等。按下功能键后就跳转到相应的界面进行操作。 图4-5 主界面按下参数输入功能键，跳转到参数输入窗口。参数输入窗口添加了4个数值输入的功能块，包括基准长度、数量、增量长度、初始卷径。添加了一个数值显示功能块，来显示脉冲当量的值，方便参数输入的计算。添加了滑块功能块，共有五个刻度，分别代表0.51.0的生产速度，可自由设定。当触控参数输入块时，会弹出图所示的数字输入键盘，输入完成后按下Esc退出键盘。参数输入完成后按下返回主界面，即可返回。 图4-6 数值输入元件设置 图4-7 输入界面 图4-8 键盘输入界面 操作界面添加了六个按钮，分别是系统启动按钮，按下时系统启动进入自动工作状态。停止按钮是故障或异常报警时需要系统停车时用的。剪切按钮是在开始手动操作完成切除材料头的时候使用。 图4-9 操作界面显示块显示的是系统完成的剪切数量，从PLC的固定地址读取数值并显示。电机的运行状态的指示，当电机正常工作时条目是绿色的显示正常工作，若发生故障则相应的条目变成红色并发出报警的声音。报警显示条将记录这个故障的类型时间等并显示在窗口上。报警的建立首先设置事件登陆，设置报警的条件，故障类型等。 图4-10 事件登陆设置 图4-11 报警界面组态完成后进行编译，无错误无警告后即可下载到触摸屏使用。4.3本章小结本章主要介绍了系统的软件编程及触摸屏的组态。详细的介绍了PLC程序的功能及相关计算原理等。详细介绍了触摸屏的组态过程以及触摸屏与PLC的数据交流方式等。第5章 结论 本设计基本达到了预定目的，将触摸屏、S7-200 PLC、伺服系统应用到板材自动剪切控制系统中。通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，改善传统剪切机的性能，提高控制精度，提高生产速率，节省电能，降低故障率。经过近四个月的学习，到图书馆查阅资料，在网上搜索相关知识，终于完成了本设计。通过设计，了解了PLC的起源、发展历程和发展趋势，了解了板材剪切行业概况，熟悉了PLC和触摸屏等在工业控制系统中的开发和应用。在大学所学知识的基础上，尝试了基于PLC的板材自动剪切控制系统的设计，并因此将所学知识系统化、理论化、实用化。通过设计，提高了使用自己知识和获取相关资料的能力，进一步培养了踏实、勤奋、严谨的工作态度。由于客观条件的限制，没能将指令程序通过编程器送入PLC进行模拟运行，也未进行系统模拟调试和完善程序。另外，硬件系统的安装，以及对整个系统进行现场调试和试运行都无法完成，若以后条件允许，以上的不足之处有待完善。47参考文献1 王永华现代电气控制及PLC应用技术M北京航空航天大学出版社，2008. 02（2）：250-2562 中达电通股份有限公司，VFD-B通用型变频器使用手册 3 闫志安 崔新艺 苏少平电机学M西安交通大学出版社，2006.08：192-2514 中达电通股份有限公司，ASDA-B2系列标准泛用型伺服驱动器应用技术手册：5 满永奎 胡春雨 通用变频器的交流电抗器选择的研究 东北大学信息科学与工程学院R： 2008.11：2-36 西门子股份公司，SIEMENS S7-200PLC编程手册 ： 7 侯崇开. 光电编码器在剪切钢板长度测量中的应用A. 传感器技术，2005 8 王庆有光电传感器应用技术M 机械工业出版社，2008.12.16.：9 陈伯时. 电力拖动自动控制系统M. 北京：机械工业出版社，2003：200-30010 WEINVIEW HMI MT6000系列使用手册11黄玮 陶敏 赵亚芳.电气CAD实用教程M.人民邮电出版社2010.212刘建雄 荣黎明.电力拖动与控制M.人民邮电出版社2.11.10: 34-8613李殿亚 石剑青PLC在高精度定尺剪切控制系统中的应用B.200714寇宝泉 程树康.交流伺服电机及其控制M.机械工业出版社2008.1015王成元 夏加宽 杨俊友 孙宜标.电机现代控制技术M.机械工业出版社200616蒋玲 刘东会 隋新.PLC在热轧带肋钢筋矫直定尺剪切生产线的应用A.辽宁工程技术大学 电子与信息工程系2002.0617李珊珊 王桂英 李志鹏.定尺剪切系统全闭环控制设计与应用A.沈阳农业大学信息与电气工程学院201318 变频器的应用卷染机恒张力恒线速度控制B.2010.0119林辛畴.变频器在钢板定尺剪切机床中的应用. B. 长沙捷菱自动化系统有限公司.2006.0120蔡诚 朱蔚.开卷机张力控制方法的讨论B. 江苏亚威-赛力玛锻压机械有限公司.200621 李秀茹 刘文涛 蒋久兴 郝秀兰.轻型主动式开卷机的结构域驱动功率A.哈尔滨科技大学石油系1994.3 附 录附录1：电气原理图附录2：PLC程序主程序初始化程序脉冲输出子程序附录3:PLC输入PLC输入地址变量PLC端子外引线线号用途I0.0I0.0活套量上位信号I0.1I0.1活套量下位信号I0.2I0.2开卷机转过的圈数信号I0.3I0.3开卷机准备就绪I0.4I0.4矫平机准备就绪I0.5I0.5测量辊准备就绪I0.6I0.6变频1故障I0.7I0.7变频2故障I1.0I1.0伺服故障I1.1I1.1目标位置到达信号I1.2I1.2开卷机点动I1.3I1.3矫平机点动I1.4I1.4伺服点动I1.5I1.5剪切完成信号AIW0AIW0变频2输出频率采集PLC输出PLC输出地址变量PLC端子外引线线号用途Q0.0Q0.0PLC脉冲输出给伺服Q0.1Q0.1PLC脉冲方向输出给伺服Q0.2Q0.2变频2加速控制活套上位（UP）Q0.3Q0.3变频2减速控制活套下位（DOWN）Q0.4Q0.4剪切Q0.5Q0.5伺服通电Q0.6Q0.6矫平机启动Q0.7Q0.7开卷机