毕业设计（论文）-基于PLC的塑料管扩口机电控系统的设计.doc

常熟理工学院毕业设计（论文）塑料管扩口机电控系统的设计摘要扩口机是塑料制管行业不可缺少的设备，是PVC管生产过程中一个重要的组成部分。根据不同的要求KSG系列扩口机既可单机运行又可与塑料挤出机、牵引机、切割机配套组成塑料管自动生产线。该机在厚壁管、大口径塑料管扩口过程中有较强的优势。本文探讨了利用可靠性高、抗干扰能力强的可编程控制器(PLC)作为主控部件来实现塑料管扩口机电控系统设计的技术，阐述了其在扩口机电控系统设计中的作用和优势。根据管材对扩口机实际扩口过程中的复杂要求及可靠度高的特点，具体研究了实现功能所需硬件的配置、软件程序的编制。在分析了解了扩口机工作流程的基础上，进行PLC控制系统的硬件和软件设计。硬件部分主要介绍了主电路的设计思路和设计方案，并介绍了器件的选型方法；软件部分则重点介绍了手动、自动工作流程程序编制的方法以及为提高系统工作的可靠性、经济性和提高其自动化程度、实现工步之间的约束条件、联锁保护所采取的措施。除了原理设计以外，还对其控制系统进行了工艺方面的设计。关键词：电控系统 扩口机 PLC PVC生产线A design of electric-control system of belling machineAbstract Belling machine is indispensable equipment of the plastic pipe industry , is an important part of the PVC pipe production process . KSG series belling machine can run stand-alone but also according to different requirements and plastic extrusion machine, traction machine, cutting machine automatic production line supporting the composition of the plastic tube . The aircraft in the thick-walled pipe , large diameter plastic tube flaring process has a strong advantage . This paper discusses the use of high reliability, anti-interference ability programmable controller (PLC) as a main component to Plastic Pipe Belling electrical control system design technology, elaborated in the flaring electrical control system design the role and advantages. According to the pipe belling machine actual flaring process the complex requirements and high reliability features , specific studies required to achieve functional hardware configuration , software program preparation . The understanding on the basis of the belling machine workflow , PLC control system hardware and software design . The hardware part of the main circuit design ideas and design , and describes the selection method of the device ; the software part focuses on the manual and automatic workflow programming methods as well as improve the reliability of the system , economic and improve the degree of automation , and the measures taken to achieve step constraints , interlock protection . In addition to the principles of design , control system design process .Keywords: Electronic control system;belling machine;PLC;PVC product line目录 第一章 引言1第二章 课题设计要求22.1生产流程22.2工艺要求3第三章 控制要求分析4第四章 总体方案的确定64.1 继电接触器控制系统方案64.1.1 继电接触器控制系统的优点64.1.2 继电接触器控制系统的缺点64.2 PLC控制系统方案64.2.1 PLC控制系统的优点64.2.2 PLC控制系统的缺点8第五章 PLC选择及确定95.1 确定输入/输出点数95.2 PLC类型选择12第六章 硬件设计146.1电路图设计146.2电器元件的选型16第七章 软件设计197.1主程序设计197.2子程序设计217.2.1手动程序设计217.2.2回原位程序设计227.2.3 自动程序设计22结语27参考文献28附录29系统控制梯形图程序29电气原理图66致谢69IV第一章 引言1999年在北京召开的全国化学建材工作会议上，发布了关于加强技术创新，推进化学建材产业化的若干意见（建科【1999】271号）。文中提出了塑料管产业化这一要求，要求塑料管企业迈上万吨级规模，目的是提高工艺水平，保证产品质量从而提高产品档次；同时提出“推广应用UPVC、PE、玻璃钢夹砂管，塑料金属复合管，无规共聚聚丙烯管道等，大力开发新型复合改性塑料管和配套管件，逐步限制、淘汰镀锌钢管和传统铸铁管”。塑料管是一种具有历史悠久，用途广泛的管材，具有重量轻、耐腐蚀、较好的抗震能力、有一定的抗拉抗弯曲弹性等特点，而且安装方便、造价比较低廉、节约能源，与传统金属管道、混凝土管道相比，具有诸多优势，在人们生活中有着十分重要的作用。同时因塑料管与传统金属管相比，其生产能耗少（一般小于1：4），环境污染小，日益受到政府及有关部门的重视。随着我国城镇化步伐加快，以及国家大型重点工程的实施，市政管道用量将会巨增。国家和地方政府也在积极推广塑料管道，市政与公用事业的用户也在积极选用塑料管道，因此，城镇供水、城镇排水、城镇燃气塑料管道、农业灌溉，以及城市地下电力、通讯塑料护套管道将成为发展重点。目前塑料管道，以推广应用UPVC（即硬PVC）和PE塑料管为主，有国家政策的支持，UPVC、PE塑管生产企业如火如荼的发展起来。扩口机是PVC塑管加工线上不可或缺的设备，其自动化程度的高低及工作可靠性对整条生产线起着举足轻重的作用。传统扩口机控制系统中主要以继电器接触器控制系统为主，继电器控制系统是针对一定的生产机械、固定的生产工艺而设计，采用硬件接线方式安装而成，其连线多而且复杂、体积大、功耗大，只能完成既定的逻辑(或顺序)控制、定时、计数等功能，即开关量控制；一旦改变生产工艺过程，继电器控制系统必须重新配线，因而适应性差，且体积庞大，安装维修都不方便；另外，继电器的触点数量有限而且会磨损、腐蚀，寿命短，可靠性差，系统的灵活性和可扩展性受到很大限制，所以为了更好的满足生产、节约、环保、高效等各方面的要求，就要对扩口机的控制系统进行改进创新的设计。第二章 课题设计要求2.1生产流程 1） PVC塑管生产过程： 原料 挤出机 真空定径 冷却槽 牵引机 切割机 扩口机 成品管材。具体的工序就是：有原料则原料通过进料电机进入挤出机，在挤出机模具的作用下挤出，然后通过真空泵把管子的直径定型到要求的大小，这时管子由于受热是比较软的，因而无法进行一系列的操作，这时就需要通过冷却槽对管子进行冷却，冷却一定的时间后管子变硬，硬管再通过牵引机牵出，这里牵引机和挤出机是同步进行的，长长的管子进入到下一道工序切割，切割机把管子切割成要求的长度，为了实现两根管子的对接就进入到最后一道工序扩口，切割好的管子被送到扩口机上进行扩口，扩成要求的口径，扩口完成后把管子卸下来。 2） 扩口机生产过程： 管材（自切割机）管材输送移台升移台进移台降移台退加热炉前进加热计时加热炉后退移台升移台进移台降移台退扩口料进夹紧台夹紧扩口台前进进气成型（计时）冷却喷水、冷却计时R模缩扩口台后退夹紧台松开、R模胀扩口料退下料升下料降。具体过程如下：自动运行模式开动以后，从切割机过来的管材由进料电机M4输送到I工位上，然后由升降和平移气缸组合而成的移台装置实现管料各工位的转移，移台把管材托起移送到工位，管材到位后，加热炉前进到位实施加热，经过加热炉均匀加热后，再把加热好的管材移送到扩口工位，夹紧台夹紧后，扩口台进到位，通过进气、冷却喷水先对管子定型。当R模具缩回后，扩口台也退到初始位置，夹紧台松开，R模具胀之后扩口料退到位。扩口车上前加热扩口好的管材，由下料机构进行下料。从而完成一个整体过程继而循环执行下去。2.2工艺要求要满足扩口机的加工工艺，需要系统具有自动连续加工和手动调整从而实现日常监测和排故。在紧急情况下需要紧停操作来保证操作安全。由于自动化集成度高，控制装置要求安全可靠、简单经济、使用维修方便，控制面板上要有一些运行状态的显示，计时控制的时间可由操作者在控制面板上根据管材及环境温度预先设置。管材加热时，控温精度要高，温度的波动要小。由于扩口机的生产环境与条件在进料完成后移台平移时，配有自动去屑功能，极大的减少烘管过程中焦屑引起的疤斑及成型模具、定型设施的日常清理工作。烘箱采用强制均衡循环风道设计，管材加热快捷均匀、加热过程无需正反回转、定长正确，且耗能极低，对工作环境温度影响亦小。当风道结构选用不锈钢时，还可保证烘管过程无高温氧化铁脱落而造成管材头部疤斑。扩口管材时，采用先涨后扩及压力仓内正压定型，喷雾冷却2。管壁成型延伸变形均匀，定型力大，过程稳定，冷却均匀快捷。确保承口应力均布、圆整光亮，尺寸一致、无擦伤、自然时效变形微小，且耗水量低，仓内收集，凸现文明生产。第三章 控制要求分析根据任务书控制要求的分析可以分为两部分：一部分是硬件方面控制要求的分析；另一部分是软件程序方面控制要求的分析8。首先进行硬件方面控制要求的分析：1） 电机控制扩口料进出电机M1：0.4KW，正、反向运转液压泵电机M2：3.7KW，单向运转。风机电机M3：0.55KW，单向运转。进料电机M4：0.4KW，单向运转。工作台升降电机M5：0.75KW，正、反向运转2） 液压控制加热炉：前进、后退；由DC24V三位四通阀控制；双头电磁铁。扩口台：前进、后退；由DC24V三位四通阀控制；双头电磁铁。夹紧台：前进、后退；由DC24V三位四通阀控制；双头电磁铁。R模具：胀开、收缩；由DC24V三位四通阀控制；双头电磁铁。3） 气压控制吹屑、进气定型、喷淋及排水机构：开、关；均由DC24V二位四通阀控制；单头电磁铁。移台升降机构：向上、向下；由DC24V三位四通阀控制；双头电磁铁。移台平移吹屑、进气定型、喷淋机构及排水三位四通阀控制；双头电磁铁。下料机构：抬起、落下；由DC24V三位四通阀控制；双头电磁铁。4） 计时控制加热计时：管材在加热炉内加热时间。定型计时：管材在扩口台内加压定型时间。冷却计时：管材定型后冷却时间。上述计时时间，均由操作者在控制面板上根据管材及环境温度预先设置。在本课题中只用到五台电机，而且这五台电机的功率都没超过4KW，所以不需要降压启动而直接启动。由于计时控制的时间均由操作者在控制面板上根据管材及环境温度预先设置的，为了操作者方便操作计时器选用数字式计时器。液压气动方面，考虑到加热炉、移台、扩口台、夹具在工作时要求移动平稳、定位准确、夹紧牢靠选用双头电磁铁的三位四通阀，主要是利用其中位机能，使得工作起来更加可靠。考虑到吹屑、进气定型、喷淋及排水机构选用单头电磁铁的二位四通阀再通过对他们置位、复位，就可以可靠地达到要求。要想在管材加热时，尽量提高其控温精度及减小温度的波动，采用智能温控仪表来控制。安全方面就要做好联锁保护，在本课题中0.4KW的扩口料进出电机及0.75KW的移动升降电机要正、反转，这里就需要加上正、反转的触头联锁，在主电路中用低压断路器进行保护。其次进行软件方面控制要求的分析。 1） 工作方式选择： 手动、回原位、自动（自动连续、自动单次、直接下料）2） 当工作方式选择在自动时，机床必须在原位，方可进行工作，否则需用手动或回原位方式将其复原位。 3） 加热、扩口工位可同时工作，也可以只是其中一工序工作；但移台一定要在两工序都在原位时才能工作。4）进料：自动连续扩口时当I工位无管、切割机来管已到达设定位置、移台退回原位时，即开始输管；自动单次扩口启动时进料；自动直接下料需下料机构在原位时方可进料。5）必要的联锁、保护、显示。6）控制装置要求可靠性高、简单经济、使用维修方便。 第四章 总体方案的确定基于对课题的理解，主要考虑了两个方案：继电接触器控制系统方案和可编程控制器控制方案。这两个方案都有它们各自的优点和缺点。4.1 继电接触器控制系统方案4.1.1 继电接触器控制系统的优点继电接触器控制系统的基本特点是结构简单、生产成本低、故障检修直观、适用范围广方便易学。它不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制、还可以满足大容量、远距离、集中控制的要求。在控制简单要求不高的场合，环境不是太恶劣的情况下才会选用它。4.1.2 继电接触器控制系统的缺点随着时代的进步，科技的发展以及生产的需要，继电器接触器控制系统的很多缺点已经暴露出来。1.控制系统通用性、灵活性差。当需要更改控制要求时，必须通过更改电气接线或增加、减少控制器件才能实现，有时甚至需要重新设计控制系统。2.控制系统体积大，材料消耗多。3.运行费用高，噪声大。由于继电器、接触器均为电磁控制器件，工作时需消耗较多电能，同时，多个继电器、接触器同时工作时噪声较大。4.控制系统功能局限性大。由于继电器、接触器控制系统在精确定时、计数等方面的功能欠缺影响了系统的整体性能。5.可靠性较低，使用寿命较短。由于控制系统采用“触点控制”形式，因此工作频率较低工作电流较大，长时间使用容易损坏触点或产生触点接触不良等故障，直接影响到系统工作的可靠性。6.不具备现代工业控制所需要的数据通信、网络控制等方面的功能。4.2 PLC控制系统方案4.2.1 PLC控制系统的优点可编程控制器（PLC）是一种数字运输操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程的贮存器，用于起内部存贮程序，执行逻辑运算、顺序控制定时计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：1. 可靠性高，抗干扰能力强PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1S的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万上千万小时；制成系统亦可达45万小时甚至更长时间。2 .通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3.功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4.编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。5.减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 从我国国情来看，进行技术改造的一次性投资虽大一些，但使用可编程控制器后，控制盘自身的耗电仅为原来的几十分之一，一年节省的电费就可以将投资收回。由于开发、调试周期大大缩短，因此很容易做到高产量、短交货期，对加速资金周转大有帮助。又由于是采用标准件，对于售后服务和日常维护备品、备件也大为方便，并且，可编程控制器可重复利用。对于系统设计，采用可编程控制器后，只要初步确定I/O点总数，即定下模块。这就使制定采购计划大为方便。至于最终细节的设计，由软件即可完成。4.2.2 PLC控制系统的缺点PLC控制系统的缺点就是采用循环扫描的工作方式，运行速度较工控机慢，但对于本课题扩口机没有要求高速运行的器件。其次懂PLC这方面的人才较少。综上所述，结合本课题的具体情况，选用可编程控制器控制方案是很合适的。既然控制系统选用PLC控制系统方案，那么下面就进行PLC的选择。第五章 PLC选择及确定5.1 确定输入/输出点数I/O点数如表5-1、表5-2。序号输入地址组件功能备注1I0.0KK 3-4自动方式启动2I0.1SB1回原点启动3I0.2SB2单次、连续暂停4I0.3SQ1移台升限位5I0.4SQ2移台进限位6I0.5SQ3移台降限位原位7I0.6SQ4移台退限位原位8I0.7SQ5加热台进限位9I1.0KT1 6-7加热计时结束10I1.1SQ6加热台退限位原位11I1.2SQ7扩口料进限位12I1.3SQ8扩口台进限位13I1.4KT2 6-7冷却计时结束14I1.5SQ9扩口台退限位原位15I1.6SQ10扩口料退限位16I1.7备用17I2.0SQ12夹紧缸松限位原位18I2.1SQ13下料降限位原位19I2.2KK 11-12连续扩口/直接卸料20I2.3SQ15有料定尺21I2.4KK 1-2手动22I2.5KK 5-6原点复位23I2.6KK7-8/9-10连续运行24I2.7KK17-18单次运行25I3.0SQ16R缸进限位原位 26I3.1SQ17R缸退限位27I3.2SA2移台进28I3.3移台退29I3.4SA3移台升30I3.5移台降31I3.6SA4扩口料进32I3.7扩口料退33I4.0SA5扩口料夹紧34I4.1扩口料松开35I4.2SA6扩口台进36I4.3扩口台退37I4.4SA7R扩模进38I4.5R扩模退39I4.6SA8定型进气40I4.7SA9冷却喷水41I5.0SA10冷却放水42I5.1SA11下料升43I5.2下料降44I5.3SA12进料45I5.4SA1加热台进46I5.5加热台退47I5.6KT3定型计时结束48I5.7SB7紧停表5-1 输入点序号输出地址组件功能备注1Q0.0KT1加热计时DC24V2Q0.1KT2冷却计时DC24V3Q0.2KT3定型计时DC24V4Q0.3备用5Q0.4V1移台升DC24V6Q0.5V2移台进DC24V7Q0.6V3移台降DC24V8Q0.7V4移台退DC24V9Q1.0V5夹紧缸紧DC24V10Q1.1V6夹紧缸松DC24V11Q1.2V7扩口台进DC24V12Q1.3V8扩口台退DC24V13Q1.4V9R缸进DC24V14Q1.5V10R缸退DC24V15Q1.6V11进气定型DC24V16Q1.7V12冷却喷水DC24V17Q2.0V13排水DC24V18Q2.1V14去屑DC24V19 Q2.2V15加热台进DC24V20Q2.3V16加热台退DC24V21Q2.4V17下料升DC24V22Q2.5V18下料降DC24V23Q2.6备用24Q2.7备用25Q3.0KM5扩口料进AC22026Q3.1KM6扩口料退AC22027Q3.2HL2自动单次AC220VDC24V28Q3.3HL3自动连续/直接下料AC220VDC24V29Q3.4HL4回原点指示AC220VDC24V30Q3.5HL5手动指示AC220VDC24V31Q3.6备用32Q3.7KM4进料电机AC220表5-2 输出点合计I/O点总数：80点（48/32），实际使用75点，备用5点。5.2 PLC类型选择 随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及高性价比的最优化机型。PLC一般可按结构形式、控制规模进行大致分类，其各自的特点也是进行选型配置的基础。按结构可分为整体式PLC和组合式PLC。按控制规模通常可分为小型机、中型机、大型机。根据前面的I/O点数的统计来看，PLC选择小型的，再根据用户的要求及为以后扩展，从结构上选组合式的。 目前市场上PLC的种类繁多，但比较著名的如、美国的ALLEN&BRADLY(A-B)公司、法国的Schneider(施耐德)公司、日本的MITSUBISHI(三菱)公司和OMRON(欧姆龙)公司。从功能、经济、应用方便以及我所学过的专业知识考虑，我选用德国的SIEMENS(西门子)系列PLC来做塑料管扩口机的电控系统设计。选用西门子系列PLC有如下几个原因： （1）可靠性PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。它的连线大大减少。与此同时，系统的维修简单，维修时间短。PlC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。例如：冗余的设计。断电保护，故障诊断和信息保护及恢复。PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率大大降低。（2）易操作性PLC有较高的易操作性。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，然后进行更改。PLC有多种程序设计语言可供使用。用于梯形图与电气原理图较为接近。容易掌握和理解。PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快找到故障的部位。（3）灵活性PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程简单、应用而拓展。操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易。综上所述，PLC基本单元选用CPU224，扩展单元选用EM223。第六章 硬件设计硬件设计分为：1.电路图设计2.电器元件的选型。6.1电路图设计7图6-1 控制回路图图6-1为系统控制回路图，在整个系统中一律采用低压断路器作为短路、过载等保护器件。电机的部分的主电路图设计主要就是要注意短路、过载、欠电压等保护，接地的类型选择。如图6-2：图6-2 电机回路图PLC部分就要注意扩口料进出电机的正反转继电器触头的联锁以及其他主令开关的联锁（如图6-3）。（a）主令器联锁（b）电机正反转继电器触头联锁图6-3 硬件的联锁保护另外为了抗干扰、保护元器件，直流24V部分在电磁阀线圈旁反向并联一个续流二极管如图6-4。图6-4 防止过电压及干扰采取的措施6.2电器元件的选型在工业生产中，自动控制系统由许多元器件组成，整个系统的功能及可靠性与其所选用元件的性能和指标有着密切的关系，也是系统传动装置设计的关键环节。在元器件的选择过程中，其中系统中比较重要的元气件，如温控表、接近开关、接触器等选择功能比较好的元件，有的甚至直接采用国外进口元件。其他元气件本着使控制线路安全、工作可靠，使电气控制设备具有一定的先进性和良好的经济性的原则进行选择4。电器元件选择的基本原则为：（1）根据对控制元件功能的要求确定电器元件类型。（2）确定电器元件承载能力的临界值及使用寿命，主要是根据电气控制的电压、电流及功率的大小来确定元件的规格。（3）确定元器件预期的工作环境及供应情况，如防油防尘、防爆及火源等。（4）确定元器件在应用时所需要的可靠性等。在扩口机电控系统中，元件种类和数量繁多，下面将以分类的形式对部分元件选型进行叙述。1. 温控器的选择管材外部加热要求较高，本着操作方便、简单，而且更加智能化、可靠化的目的我们引进另一种控制方法：利用日本导电公司的SR92温控表控制。该系统组成当今比较先进的模糊控制系统，同时具有极高的人工智能化，温度控制精度较高可达到2度，它是过零触发对外界电网无污染。而且通过实践证明，完全满足该扩口机的温度控制，同时操作工人极易掌握操纵方法，不会发生操作失误等问题。2.低压断路器的选择低压断路器QF2是保护电机过电压、短路和欠压的保护设备。一般在电机主回路中，应选择3P+N（三极加地）的低压断路器。控制回路中一般选择2P或单P的低压断路器。各断路器的选择可通过以下公式计算：4 (公式6-1)QF的额定电流只要大于I就可以正确动作，故如QF1选用高分断小型断路器DZ47LE-63/3P+N，其额的电压为415V，额定电流63A，完全符合要求。3.接触器的选择 在电气控制线路中，接触器的使用十分广泛，用于远距离频繁起动和控制电动机及接通与分断电路。依据主触头的额定电压、电流要求，辅助触头的种类、数量及其额定电流，控制线圈电源种类频率与额定电压，操作频繁程度负载类型等因素，为了防止继电器主触头由于用的时间太长而熔焊在一起造成电路的短路，在主电路和软件程序中都要加上联锁保护。根据该控制系统设计图，接触器在电机所用的主电路中，所以主触头通断负载额定电压为被控线路额定电压AC380V线圈。线圈在控制回路中电压取AC220V。主触头额定电流按经验公式2计算：I=4 （公式6-2）取系数1.4，选择CJ46系列的交流接触器。4.时间继电器的选择根据控制回路所需要的延时方式、触点数量以及种类（延时触点数量、种类和瞬时动作的触点数量、种类）来选时间继电器。为了直观、便于操作，我们选用数字式时间继电器HP7-22A型号。5.控制变压器的选择控制变压器除了在电气控制中为控制电路提供不同的电压等级外，还可以对控制回路进行电器隔离，使PLC外电路及电器元件（如接触器和电磁阀线圈、电气照明灯和状态指示灯等元件）与电网隔离，提高系统安全性。常用的控制变压器有BK-50、BK-100、BK-150、BK-250、BK-300、BK-400、BK-500、BK-700、等型号，一次侧交流电压等级是220V，二次侧提供了可组合的的110V、36V、24V、12V、6.3V等交流电压。选择控制变压器的容量时，可根据由它提供的最大工作负载所需要的功率留有一定的裕量来选取，本设计中我们选用BK-300型号。 由于外界电网的电源会有污染，为了保证PLC的正常运行，PLC的电源单独选用，因为PLC的电源电压的范围是在AC100-240V之间，PLC隔离电源电压用AC220V。隔离电源要进行屏蔽。如图6-4：PLC隔离电源图6-4 PLC隔离电源6.位置开关的选择由于机器工作的环境比较恶劣，有很多的塑料粉尘，为了避免开关在频繁的通断情况下发生触头老化，同时也为了增加可靠性、精确性，因此所有的开关都使用无触点开关即电子接近开关。接近开关是当运动的金属物体与之接近到一定距离时便发出接近信号，它不需施以机械力。由于电子接近开关具有电压范围宽、重复定位精度高、响应频率高及抗干扰能力强、安装方便、使用寿命长等特点，它的用途已远超出一般行程控制和限位保护，在检测、计数、液面控制以及作为计算机或可编程序控制器的传感器上获得广泛应用。作为机床及自动生产线的定位控制或信号检测的接近开关我们选用J6-D8NK型号，它引进德国技术，适应性强而且精度高。由于元器件较多，各器件的选型在此就不一一列出，具体参数型号见附录电气原理图五。第七章 软件设计根据控制要求分析，本课题的工作方式选择主要有三个：手动、回原点、自动。自动方式又包括连续扩口、单次扩口和直接卸料。如果把人作为一个系统的话，人体的个个器官则是整个系统的硬件部分，而真正驱动这些硬件的则是大脑，这里大脑好比系统的软件部分，它控制着人体的每一个动作。所以说软件部分非常重要，它关系到整个系统的按规、安全运行。在这个系统中我采用了主程序按部运行然后调用子程序的设计方法，使程序设计清楚明了，操作也更为简单方便。7.1主程序设计 当主程序中满足相应的条件则调用这部分的子程序，下面是手动和回原点的主程序部分。 图7-1 手动、回原点主程序部分 自动程序的主程序部分，因而在自动（包括连续、单次、直接下料）主程序方面用了一个联锁。在自动按钮被按下，选择连续扩口工作方式，这时连续扩口和单次扩口、直接下料中的联锁保证了程序只可能工作在一种方式上，避免了在连续运行途中由于误操作或无心碰到其他方式按钮而造成的程序混乱。由于I/O口有限，所以自动程序的启动按钮放在了直接下料的主程序部分，然后与前两种方式的联锁稳定的执行程序达到系统的运作。自动程序的主程序：图7-2。图7-2 自动程序的主程序部分 当然安全是每一个系统运作必不可少的部分。紧停程序采用一个辅助继电器的自锁来达到接通和切断程序的作用。并且辅助继电器也接在每一个子程序的开头。当有任一种方式运行时，辅助继电器接通，相应的子程序运行，当紧停按钮被触发，辅助继电器断开则相应子程序也相应被切断从而达到第一时间保证运作安全的目的。图7-3 紧停程序部分7.2子程序设计7.2.1手动程序设计手动调整程序设计要求在能达到工步要求的前提下尽量简单，同时在手动程序中也要注意联锁保护。如图7-4：(a).移台进与退、升与降的联锁；(b).扩口料进与退的联锁；（c）.扩口台进与退的联锁；（d）.加热台进与退的联锁。将功能选择开关旋向手动位置，手动程序被触发，可通过各主令开关对扩口机进行管料移动、加热台进退、成型、夹紧缸松紧、下料升降等控制，以达到扩口要求，并能通过工作台调整主令开关进行料台整体上升、下降，以配合各种规格塑管中心的调整，满足扩口工艺要求，当然手动的设计主要是为了方便维修。(a) 移台进与退、升与降的联锁(b) 扩口料进与退的联锁(c) 扩口台进与退的联锁(d) 加热台进与退的联锁图7-4 手动程序联锁保护7.2.2回原位程序设计回原位程序设计是为自动运行服务的，其中有多个原位。等各个器件达到原位后指示灯亮，然后自动程序才能启动。如果此时各器件都在原位，回原位指示灯亮就可以进行自动程序的运行，假如不在原位则需要先进行回原位程序运行。将功能选择开关旋向回原点位置，按下按下回原点起动按钮，使烘筒、扩口台、平移台、下料、进料机械均回原点（塑管不加工状态）；夹紧缸处于松开位置，进气、进水、放水阀全部关闭，确保自动控制按程序进行（注：此时扩口台、烘筒内应无塑管）。如图7-5：图7-5 回原点状态显示7.2.3 自动程序设计其包括三个程序：（1）自动连续；（2）自动单次；（3）直接下料。（1）自动连续起动：将功能选择开关转向自动位置，将加热时间继电器、冷却时间继电器各自确定合适时间，按下连续扩口启动开关，塑管自动控制按图7-612进行。停止：按下停止按钮，各部位工作到原点后停止工作，如再次启动可按启动按钮。注：每次首支塑料管通过平移台移至加热筒时不马上进行加热，待下一支塑管进入进料定位红外开关时才对进入加热筒的塑料管进行加热。起动有 无料 料进 料移台升移台进吹屑移台降移台退扩口料进无料有 下一根料进红外开关进 料 料夹紧缸夹紧扩口台进夹紧缸松烘筒进R模胀进气定型扩口料退加热延时延时进水冷却、放水下料升烘筒退下料降R模缩扩口台退图7-6 连续扩口（2）自动单次起动：将功能选择开关转向自动位置，调整加热时间继电器、冷却时间继电器各自合适时间，按下单次扩口启动按钮，塑管自动单次控制按扩口成形工况图7-7进行，待完成单次工作后停止，如再次工作可按启动按钮。暂停：按停止按钮，其工作暂时停止，如需工作可按启动按钮。起动 有料无料进料移台降移台升移台退移台进扩口料进无料 移台降夹紧台夹紧移台退扩口台进烘筒进进气定型加热延时喷水冷却延时放水烘筒退R模缩扩口料退移台升扩口台退下料升移台进夹紧台松R模胀下料降图7-4 单次扩口（3）直接下料自动卸管的工作方式，是考虑到有些管子过来后不需要加热或扩口而直接卸下来的设计。将功能选择开关转向直接下料位置，按下直接下料启动按钮，扩口机动作按照图7-8进行，塑料管经过平移台、下料机构直接下料。不再实施加热、扩口工序。停止:按下停止按钮，各部位工作到原点后停止工作，如再次启动可按启动按钮。有料起动进料移台升移台进移台降移台退下料升下料降图7-5 直接下料调试结语在日新月异变化的今天，随着工业自动化程度的不断提高，企业对自动化设备更加依赖，对自动化设备的要求也越来越高。在企业的整个生产线上，每台自动化设备都会显得很重要，这样自动化设备对其本身控制系统的先进性、可靠性就有了一个更高的要求，对控制装置的经济简单、操作方便、维修便利提出更高的要求。一直以来，PLC在工业自动化方面发挥着重要的作用，为自动化设备提供可靠和比较完善的解决方案，适合当前工业企业的需要。伴随着计算机技术和通信技术的迅猛发展,PLC不断采用新技术以及增强系统开放性，因其在工业环境中所拥有的众多独特优势，已成为工业自动化控制的标准设备之一。它既能改造传统的机械设备使之成为较为先进的机电一体化加工设备,又适用于各种生产过程的自动控制。PLC的应用使得控制系统更加安全可靠、高效。本设计中通过选用西门子系列PLC作为扩口机的控制装置，通过控制面板来操作设备从而达到简单、便捷、安全、实时监测的目的。在扩口机硬件方面全部