基于PLC的全自动剪板机系统设计毕业论文.doc

基于基于 PLCPLC 的全自动剪板机系的全自动剪板机系 统设计统设计 摘 要 文章对我国发展低成本自动化的重要性等方面进行了研究 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 在常规的可编程控制器 PLC 和单片机控制中 选择了以可编程控制器为主的控制 方案 由于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 而 PLC 是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 而其本身又具有体积小 重量轻 耗电省等特点 在工业 过程控制中的应用越来越广泛 加之 PLC 以其在硬件设计中采用了屏蔽 滤波 光 电隔离等技术 在软件设计中采用了故障检测 信息保护与恢复等措施 进一步提 高了 PLC 的可靠性 文章中采用了以工业顺序控制过程中广泛使用的可编程控制器 PLC 对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 初步设计了电气传动部分的设计方案和 PLC 控制的 程序流程图 关键词关键词 可编程控制器 全自动剪板机 自动控制 顺序控制 Abstract Article develop to our country low cost automatic importance etc respect carry on research Regard industrial board cutting machine as target probe into full automatic to can cut board quick witted realization scheme of the control system According to the real demand of and the market in the regular programmable controller PLC and one chip computer control have chosen the control scheme relying mainly on programmable controller Cut board machine whether one can according to requirement of processing cut off count and give metal panel skip send order apparatus that control of process the next automatically automatically It requires its apparatus of control to have very strong anti interference ability and PLC is the controller of a kind of infant industry developed in recent years Because the programming of a pair of computer of its is flexible and controller control of system simple easy to use anti interference ability strong price getting cheap advantage combined together and it has characteristics such as small light power consumptive provinces etc the application in the industrial process is controlled is more and more extensive In addition PLC adopt shield strain wave photoelectricity person who isolate technology in hardware design with their have adopted measures such as detection of trouble information protection and resuming etc in software design have further improved the dependability of PLC Article adopt in industrial order controlling programmable controllering PLC that course using extensively to cutting the board machine control automatically Through to cutting the analysis of the operation principle of the board machine automatically put forward the general program have designed the procedure flow diagram that design plan and PLC of the electric running part controlled tentatively Keywords Keywords Programmable controller Full automatic board cutting machine Automatic control The order is controlled 目 录 第一章 自动剪板机工艺 1 第一节 系统的控制要求 1 第二节 剪板机结构原理 2 第二章 总体设计方案 4 第三章 自动剪板机的 PLC 控制系统设计 10 第一节 系统主电路设计 10 第二节 系统的软件 18 结 论 23 致谢 24 参考文献 25 第一章第一章 自动剪板机工艺自动剪板机工艺 剪板机应用于许多金属加工和薄板开料操作 在设计剪板机之前必须对几个因 素进行考虑 包括剪板机的剪切能力 产率增强选件和安全性 剪板机类型由许多因素决定 诸如剪板机可处理材料的长度 厚度和种类 剪板机 可以按剪切形式及其驱动系统进行分类 有两种结构形式常用于电动龙门剪床 闸 式 也叫滑块式 和摆式 闸式剪板机利用驱动系统操纵动刀片向下移动到一定的位置 使动刀片在整个 行程内几乎与定刀片保持平行 为了使刀架片横梁在相互移动的过程保持合适的状 态 闸式剪板机需要一个滑块导向系统 摆式剪板机驱动系统中有一个用来操纵动 刀片 使动刀片依附于滚柱轴承向下回转 这种结构不再需要利用凹字形导向条或 滑道使刀片在剪切过程保持合适的姿势 在评价剪板机时需要考虑的一个因素是指定的工作需要多大的剪切能力 剪板 机的规格数据几乎都以低碳钢和不锈钢为剪切对象 为了把金属加工厂对剪板机的 要求同这些数据进行对照 必须根据剪板机的能力核对工厂的材料规格 有些剪切能力是针对低碳钢规定的 因此可能包括抗张强度 60 000psi 而另 一些剪切能力适用于 A 36 或抗张强度 80 000 psi 剪切不锈钢的能力几乎总是小 于低碳钢或 A 36 钢 另外 某些铝合金所需要的剪切力竟然和钢一样大 剪切角 动刀片通过定刀片时的角度 是决定切口质量的重要因素 一般而言 剪切角越小 切口质量越好 如果落在剪板机后面的零件比较短 小于 4 1 22m 可能出现俯曲 扭曲和拱起等切口质量问题 剪切角较小的剪板机需要较大的动 力 剪板机依靠重要的标准部件和能够增加生产率的选购件来增强产率 提高生产 率可以表现为许多形式 节约人力 改进物料流动 提高精度 改善切口质量并避 免辅助操作 但最重要的是增强安全性 第一节第一节 系统的控制要求系统的控制要求 据剪板机的工作特点 对控制系统提出控制要求如下 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 第二节第二节 剪板机结构原理剪板机结构原理 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 其结构及原理如图 1 所示 图 1 1 自动剪板机原理图 1 2 1 控制系统的结构 系统设置了7个限位开关 分别用于检测各部分的工作状态 其中 SQ1 检测待 剪板料是否被输送到位 SQ2 SQ3 分别检测压块B 的状态 检测压块是否压紧已到 位的板料 SQ4 检测剪切刀A 的状态 SQ7 为光电接近开关 检测板料是否被剪断 落入小车 SQ5 用于检测小车是否到位 SQ6 用于判断小车是否空载 送料机构E 压块B 剪切刀A和送料小车分别由四台电动机拖动 系统未动做时 压块及剪切刀 的限位开关SQ2 SQ3 和SQ4 均断开 SQ1 SQ7也是断开的 1 2 2 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SQ6 的状态 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SQ5 闭合 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SQ1 时 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SQ2 闭合 当压块到位 板料压紧 时 压块下限开关SQ3闭合 4 剪切刀电动机起动 控制剪刀下落 此时 SQ4 闭合 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 第二章第二章 总体设计方案总体设计方案 传统的控制方法是采用继电器 接触器控制 但控制系统较复杂 大量的接线使 系统可靠性降低 也间接地降低了设备的工作效率 采用可编程控硬件制器较好地解 决了这一问题 它是一种将计算机技 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制 还能实现与上位计算机等 智能设备之间的通信 因此 将 PLC 应用于该控制 完全能满足技术要求 且具有操 作简单 运行可靠 工艺参数修改方便 自动化程度高等优点 在此对 PLC 进行简单介绍 在自动化控制领域 PLC 是一种重要的控制设备 目前 世界上有 200 多厂家生产 300 多品种 PLC 产品 应用在汽车 23 粮食加 工 16 4 化学 制药 14 6 金属 矿山 11 5 纸浆 造纸 11 3 等 行业 以下对 PLC 的发展 基本结构 配置 应用等基本知识做一简介 1 PLC 的发展历程 在工业生产过程中 大量的开关量顺序控制 它按照逻辑条件进行顺序动作 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制 及大量离散量的数据采集 传统上 这 些功能是通过气动或电气控制系统来实现的 1968 年美国 GM 通用汽车 公司提出 取代继电气控制装置的要求 第二年 美国数字公司研制出了基于集成电路和电子 技术的控制装置 首次采用程序化的手段应用于电气控制 这就是第一代可编程序 控制器 称 Programmable Controller PC 个人计算机 简称 PC 发展起来后 为了方便 也为了反映可编程控制器的功 能特点 可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller PLC 现在 仍常常将 PLC 简称 PC PLC 的定义有许多种 国际电工委员会 IEC 对 PLC 的定义是 可编程控制器 是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下而设计 它采用可编程序的存 贮器 用来在其内部存贮执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作 的指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可 编程序控制器及其有关设备 都应按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩充 其功能的原则设计 上世纪 80 年代至 90 年代中期 是 PLC 发展最快的时期 年增长率一直保持为 30 40 在这时期 PLC 在处理模拟量的能力 数字运算的能力 人机接口能力和 网络能力得到大幅度提高 PLC 逐渐进入过程控制领域 在某些应用上取代了在过 程控制领域处于统治地位的 DCS 系统 PLC 具有通用性强 使用方便 适应面广 可靠性高 抗干扰能力强 编程简 单等特点 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位 在可预见的将来 是 无法取代的 2 PLC 的构成 从结构上分 PLC 分为固定式和组合式 模块式 两种 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 显示面板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸的整体 模块式 PLC 包括 CPU 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机架 这些模块可 以按照一定规则组合配置 3 CPU 的构成 CPU 是 PLC 的核心 起神经中枢的作用 每套 PLC 至少有一个 CPU 它按 PLC 的 系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据 用扫描的方式采集由现场输入装 置送来的状态或数据 并存入规定的寄存器中 同时 诊断电源和 PLC 内部电路的 工作状态和编程过程中的语法错误等 进入运行后 从用户程序存贮器中逐条读取 指令 经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号 去指挥有关的控制电路 CPU 主要由运算器 控制器 寄存器及实现它们之间联系的数据 控制及状态 总线构成 CPU 单元还包括外围芯片 总线接口及有关电路 内存主要用于存储程 序及数据 是 PLC 不可缺少的组成单元 存储器主要用于存放系统程序 用户程序以及工作数据 PLC 常用的存储类型 有 RAM ROM EPROM EEPROM 内部处理 通信操作 输入处理 程序执行 输出处理 运 行 停止 图 2 1 PLC 的工作原理 PLC 采用循环扫描工作方式 在 PLC 中 用户程序按先后顺序存放 CPU 从第 一条指令开始执行程序 直至遇到结束符后 又返回第一条 如此周而复始的不断 循环 PLC 的扫描过程如图 2 这个工作过程分为内部处理 通信操作 输入处理 程序执行 输出处理几个 阶段 全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期 内部处理阶段 PLC 检查 CPU 模块的硬件是否正常 复位监视定时器等 同信操作服务阶段 PLC 与一些智能模块通信 响应程序器键入的命令 更新编程 器的显示内容 当 PLC 处于停止状态时 只进行内部处理和通信操作服务等内容 在 PLC 处于 运行状态时 从内部处理 通信操作 到程序输入 程序执行 程序输出 一直循 环扫描工作 输入处理又叫输入采样 在此阶段 顺序输入所有端子的通断状态 并将读入 的信息存入内存所对应的映象寄存器 在此输入映象寄存器被刷新 接着进入程序 执行阶段 在程序执行时 输入映象寄存器与外界隔离 即使输入信号发生变化 其映象寄存器的内容也不会发生变化 只有在下一次扫描周期的输入处理阶段才能 被读入信息 程序执行阶段根据 PLC 梯形图程序扫描原则 按先左后右 先上后下的步序 逐句扫描 执行程序 循环扫描的工作方式是 PLC 的一大特点 也可以说 PLC 是串 行工作的 这和传统的继电器控制系统并行工作有质的区别 PLC 的串行工作方式 避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题 由于 PLC 采用扫描工作过程 所以在程序的执行阶段即使发生了变化 输入状 态映象寄存器的内容也不会变化 要等到下一个周期的输入采样阶段才能改变 扫 描周期是一个很重要的指标 小型 PLC 的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒 PLC 的扫描时间取决于 I O 扫描速度和用户程序的长短 以及程序使用的指令类型 毫 秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的 PLC 的影响滞后是允许的 但是对某些 I O 快速响应的设备 则采取相应的处理措施 如选用高速 CPU 提高 扫描速度 采用快速响应模块 高速记数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后 时间 影响 I O 滞后的主要原因 输入滤波器的惯性 输出继电器接点的惯性 程 序执行的时间 程序设计不当的附加影响等 我们在此不必要详细分析 CPU 的内部电路 但对各部分的工作机制还是应有足 够的理解 CPU 的控制器控制 CPU 工作 由它读取指令 解释指令及执行指令 但 工作节奏由震荡信号控制 运算器用于进行数字或逻辑运算 在控制器指挥下工作 寄存器参与运算 并存储运算的中间结果 它也是在控制器指挥下工作 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数 它们决定着 PLC 的工作速度 IO 数量 及软件容量等 因此限制着控制规模 4 I O 模块 PLC 与电气回路的接口 是通过输入输出部分 I O 完成的 I O 模块集成了 PLC 的 I O 电路 其输入暂存器反映输入信号状态 输出点反映输出锁存器状态 输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统 输出模块相反 I O 分为开关量 输入 DI 开关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 开关量是指 只有开和关 或 1 和 0 两种状态的信号 模拟量是指 连续变 化的量 常用的 I O 分类如下 开关量 按电压水平分 有 220VAC 110VAC 24VDC 按隔离方式分 有继电 器隔离和晶体管隔离 模拟量 按信号类型分 有电流型 4 20mA 0 20mA 电压型 0 10V 0 5V 10 10V 等 按精度分 有 12bit 14bit 16bit 等 除了上述通用 I O 外 还有特殊 I O 模块 如热电阻 热电偶 脉冲等模块 按 I O 点数确定模块规格及数量 I O 模块可多可少 但其最大数受 CPU 所能 管理的基本配置的能力 即受到最大的底板或机架槽数限制 5 电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源 同时 有的还为输入电 路提供 24V 的工作电源 电源输入类型有 交流电源 220VAC 或 110VAC 直流电 源 常用的为 24VDC 6 底板或机架 大多数模块式 PLC 使用底板或机架 其作用是 电气上 实现各模块间的联系 使 CPU 能访问底板上的所有模块 机械上 实现各模块间的连接 使各模块构成一 个整体 7 PLC 系统的其它设备 1 编程设备 编程器是 PLC 开发应用 监测运行 检查维护不可缺少的器件 用于编程 对系统作一些设定 监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况 但它不 直接参与现场控制运行 小编程器 PLC 一般有手持型编程器 目前一般由计算机 运行编程软件 充当编程器 2 人机界面 最简单的人机界面是指示灯和按钮 目前液晶屏 或触摸屏 式的一体式操作员终端应用越来越广泛 由计算机 运行组态软件 充当人机界面 非常普及 3 输入输出设备 用于永久性地存储用户数据 如 EPROM EEPROM 写入器 条 码阅读器 输入模拟量的电位器 打印机等 8 PLC 的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集 传送生产和管理数据 因此 网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著 甚至有人提出 网络就是控制器 的观点说法 PLC 具有通信联网的功能 它使 PLC 与 PLC 之间 PLC 与上位计算机以及其他 智能设备之间能够交换信息 形成一个统一的整体 实现分散集中控制 多数 PLC 具有 RS 232 接口 还有一些内置有支持各自通信协议的接口 PLC 的通信 还未实 现互操作性 IEC 规定了多种现场总线标准 PLC 各厂家均有采用 图 2 2 总体设计方案简图 对于一个自动化工程 特别是中大规模控制系统 来讲 选择网络非常重要的 首先 网络必须是开放的 以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展 其次 针对不同网络层次的传输性能要求 选择网络的形式 这必须在较深入地了解该网 络标准的协议 机制的前提下进行 再次 综合考虑系统成本 设备兼容性 现场 环境适用性等具体问题 确定不同层次所使用的网络标准 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 设计思想如图 3 所示 全自动剪板机控制系统 机械部分电气部分 送 料 机 构 压 料 机 构 卸 料 机 构 小 车 机 构 P L C 电 机 电 路 工 作 电 路 工 作 电 源 软 件 部 分 第三章第三章 自动剪板机的自动剪板机的 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 第一节第一节 系统主电路设计系统主电路设计 1 设计进料机构 E 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 2 设计压料机构 B 压块 B 的作用是压紧板料 以利于剪切刀切断板料 压块 B 又上升和下降两种 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 图 3 1 电机正反转主电路 所谓联锁控制是指 凡是生产线上某些环节或一台设备的某些部件之间具有相 互制约或相互配合的控制均称为联锁控制 联锁控制包括 自锁控制 互锁控制 正常工作与点动的联锁控制 实现按顺序工作时的控制 电机正反转就需要互锁控 制 剪切刀有两种运动 下行切断板料 然后上升复位 带动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 4 所示 程序流程框图如图 5 所示 3剪切刀 剪切刀有两种运动 下行切断板料 然后上升复位 带动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 4 所示 程序流程框图如图 5 所示 图 3 2 电机正反转程序流程框图 电机正反转控制 PLC 设计讨论 1 电力拖动是指对电动机的控制 采用继电器 接触器控制 都有自己的基本控制 1234 A B C D 4321 D C B A Y 8 Y 8 N N N N Y Y Y N 电路 采用 PLC 控制也应该有自己的基本控制环节 为此而提出电机正反转控制 PLC 设计讨论 寻找 其较好的控制方案 2 继电器 接触器电气控制原理 继电器 接触器电气控制原理如图 6 所示 上 下两图比较 不管是电器元件 触点数量 连接导线的数量都是一样的 分别是 5 只 9 个 13 条 按钮连线也是 6 根 但上图的按钮和接触器连线较集中 从维修的角度看要比下图优越 3 元件的代号意义 SB0 带磨姑头急停按钮 5SB1 5SB2 正反转启 停按钮 5KM1 正转接触器 5KM2 反转接触器 其中的 5KM1 和 5KM2 要求选用带机械联锁的交流接触器 图 3 3 继电器 接触器电气控制原理 4 电器元件的工作情况 正转启动 揿 5SB1 5KM1 得电动作 其中一个触点自锁 另一个触点则用于 互锁 即断开 5KM2 的线圈回路 反转启动 揿 5SB2 首先是 5KM1 失电 其互锁触点恢复闭合 才是 5KM2 得 电动作 其中一个触点自锁 另一个触点则用于互锁 即断开 5KM1 的线圈回路 再次正转启动 揿 5SB1 首先是 5KM2 失电 其互锁触点恢复闭合 才是 5KM1 得电动作 其中一个触点自锁 另一个触点则用于互锁 即断开 5KM2 的线圈 回路 4设计小车送料装置 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 伺服电机内部的转子是永磁铁 驱动器控制的 U V W 三相电形成电磁场 转子 在此磁场的作用下转动 同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器 驱动器根据反 馈值与目标值进行比较 调整转子转动的角度 伺服电机的精度决定于编码器的精 度 线数 交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异 而且永磁交流伺服电动机同直 流伺服电动机比较 主要优点有 1 无电刷和换向器 因此工作可靠 对维护和保养要求低 2 定子绕组散热比较方便 3 惯量小 易于提高系统的快速性 4 适应于高速大力矩工作状态 伺服的额定速度比一般异步电机高的多 并且可以控制转速和位移 而一般的 变频器只侧重于转速控制 适用于开环调速 而伺服可以做到精确定位 速度环控 制响应比变频器加外围速度控制更直接 动态响应好 为了实现对交流电机的控制 采用图 7 所示主电路 控制对象为 4 台电机和一个 蜂鸣器 KM1 KM7 为接触器 KM1 是紧急停止接触器 KM2 控制蜂鸣器 KM3 KM7 分别 控制送料 压块 剪切和小车电机 FR1 FR5 都采用热敏电阻作为测量元件的热继电器 FR1 FR3 的设定值取送料和 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 图 3 4 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 3 1 1 PLC 控制器的选择 在此设计中 采用日本松下公司生产的FP1 C24系列PLC系统作为主机 日本松下电工公司的 FP 系列 PLC 是可编程控制器市场上的后起之秀 它具有丰 富的指令系统 即使是小型机也有近 200 条指令 CPU 处理速度快 运行速度 1 6 s 步 程序容量高达 2700 步 500 步 小型机一般都达到 3 千步左右 最高可 达 5 千步 而大型机最大也只有 60 千步 编辑工具的功能强大 无论是手持编程器 还是编程工具软件 其编程可监控能力都很强 强大 统一的编程工具 是设计人员 的最佳选择 网络通信功能强大 此系列的各种机型都提供了通信功能 松下电工 提供了多达 6 种的 PLC 网络产品 在同一子网中集成了几种通信方式 我们可根据 需要选择 FP1 属于小型机 产品型号以 C 字母开头代表主控单元或称主机 以 E 字母开 头代表扩展单元或称扩展机 后面跟的数字代表 I O 点数 该产品包括 C14 C72 六 款主控单元和 E8 E40 四款扩展单元 主机有 14 16 24 40 56 72 点六种 还有 8 16 24 40 点四种扩展单元 主机上配有 RS232C 通讯口及机内时钟 形成系列化 产品 图 3 5 松下电工 FP1 C24 系列主机面板图 图 3 6 FP1 可编程序控制器输入 输出电路的基本结构 FP1 的指令系统十分强大 共有 190 多条指令 除基本的逻辑运算 数据运算 数据处理 数制转换指令之外 还有中断 子程序调用 步进控制 电子凸轮控制 速度及位置控制等特殊功能指令 另外 FP1 还有功能完备的编程工具 利用这些 工具 我们可以方便的进行编程和实现监控 即使是使用手持编程器 也可以实现多 种监控功能 由于 FP1 具有结构紧凑 硬件配置全 软件功能强等特点 而且 它 的某些功能甚至能与大型机媲美 所以性能价格比高 较适合在中小企业中推广使 用 FP1 虽属于小型 PLC 但却包含了大中型 PLC 的许多功能 可以说它是 麻雀 虽小五脏具全 他的特殊功能主要 有以下几方面 1 高速计数功能 FP1 内置高速计数器 最高计数频率可达 10000 Hz 2 脉冲输出功能 FP1 型 PLC 中晶体管输出型可输出频率可调脉冲 最高脉冲频率 大 5000 Hz 3 可调输入延时滤波 为提高可靠性 在 FP1 的输入端采用了可调输入延时滤波 它可以减少应机械开关抖动带来得不可靠性 4 脉冲捕捉功能 在 FP1 的输入端增加了脉冲捕捉功能 可以根据需要选择 该功 能可以使 PLC 捕捉到瞬间的窄脉冲 这在故障检测中十分有用 中断功能 手动可调数值输入功能 只要在小旋具或螺丝刀调节面板上的螺杆的旋转角 即 可从外部方便的改变其内部寄存器中所存的数值 数值范围可在 0 256 之间改变 在 FP1 中还有其他一些特殊功能 如时钟日历 扫描时间设置 口令保护 看门狗 等 FP1 C24 型可编程控制器的主控单元外型图如图 8 所示 主控单元的输入 输 出点数为 16 8 其工作电压 24V DC 主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 5000Hz 并能同时输入 两路脉冲 晶体管输出型 PLC 可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 PC 机可对 PLC 进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 C NET 链接单元等高级模块 可进行模拟量处理 通过 C NET 网络模块可方便地将最多 32 台 PLC 联成网络 距离达 1 2km 可方便的工业现场 PLC 控制网络 3 1 2 I O 端子分配 1 输入设备 限位开关 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 系统的停止启动按钮 SB1 SB2 2 输出设备 一块板料剪切完成并落入小车时 光电检测开关SQ7合一次 计数器作减1计 数 本设计中假设小车可最多载40块板料 KM1控制送料机构电机的接触器 KM2 KM2 控制压块电机的接触器 驱动电机 的正反转 控制压块压紧和放松板料 KM3 KM3 分别控制剪切电机的接触器 驱 动电机的正反转 控制剪切刀上下运行 KM4和KM4 控制送料小车电机的接触器 驱动电机的正反转 从而控制小车的左行和右行 HL1为小车空载指示 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10所示 图3 7 自动剪板机PLC控制系统I O端子分配图 把现场开关输入设备按编号接在PLC的输入端子上 相应的输出设备接在输出端 子上 其端子的对应输入输出为 输入 SB1 X0 SB2 X1 SQ1 X2 SQ2 X3 SQ3 X4 SQ4 X5 SQ5 X6 SQ6 X7 SQ7 X8 输出 KM1 Y0 KM2 Y1 KM2 Y2 KM3 Y3 KM3 Y3 KM4 Y5 KM4 Y6 HL1 Y7 第二节第二节 系统的软件系统的软件 分析可知 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 实现系 统 有结构简单 编程方便等优点 利用 PLC 移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 3 2 1 系统的流程图 控制系统的流程顺序如图11所示 图 3 8 控制系统的流程图 3 2 2 系统的梯形图及其程序语句表 1 系统的梯形图 图 3 9 系统的梯形图 2 程序语句表 0 ST X 3 1 AN X 1 2 AN X 5 3 OT R 0 4 ST R 0 5 AN X 0 6 OT R 1 7 ST R 1 8 PUSH 9 AN X 7 10 OT Y 7 11 RDS 12 AN X 7 13 AN Y 6 14 OT Y 5 15 POPS 16 AN X 6 17 OT R 2 18 ST R 2 19 OT Y 0 20 ST R 2 21 AN X 2 22 OT R 3 23 ST R 3 24 AN Y 2 25 OT Y 1 26 ST R 3 27 AN X 4 28 OT R 4 29 ST R 4 30 AN Y 4 31 OT Y 3 32 ST R 4 33 AN X 8 34 OT R 5 35 ST R 5 36 AN Y 1 37 OT Y 2 38 ST R 5 39 AN Y 3 40 OT Y 4 41 ST R 5 42 AN C 100 43 OT R 6 44 ST R 5 45 AN C 100 46 OT R 2 47 ST R 6 48 ST R 5 49 CT 100 50 K 40 51 ST R 6 52 AN Y 5 53 OT Y 6 54 ST R 6 55 AN X 3 56 AN X 5 57 OT R 0 58 ED 结结 论论 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制 还能实现与上位计算机等 智能设备之间的通信 它较好地解决了采用继电器 接触器控制 控制系统较复杂 大量的接线使系统可靠性降低 也间接地降低了设备的工作效率这一问题 因此 将 PLC 应用于该控制 具有操作简单 运行可靠 抗干扰能力强 编程简单 控制精 度高的特点 在控制的过程中 剪板机剪板的个数可根据工艺参数方便的修改 而 且利用光电接近开关检测板料状态非常准确 致谢致谢 在此次的毕业设计中 老师在设计过程中给予了我正确的指导 在众多方面提 供了方便和便利 为论文的合理性 可行性和完善性提供了有利的帮助 在此表示 衷心的感谢 同时 系领导和老师也在设计过程中时常关心我 督促我 在查阅文 件资料方面提供了很大的便利 在此也表示衷心的感谢 希望以后还有机会能听到 老师们的谆谆教悔 参考文献参考文献 1 黄圣杰 王俊祥编著 Pro ENGINEER 2001 基础及应用教程 北京 电子工业 出版社 2002 4 Pro E 开发院 2 屈华昌主编 塑料成型工艺与模具设计 北京 机械工业出版社 1996 4 3 冯炳尧 韩泰荣 蒋文森编 丁战生审 模具设计与制造简明手册 上海 上海 科学技术出版社 1998 7 4 唐志玉主编 塑料模具设计师指南 北京 国防工业出版社 1999 6 5 塑料模设计手册 编写组编著 第二版 塑料模设计手册 北京 机械工业出版 社 1994 6 李澄等主编 机械制图 北京 高等教育出版社 1997 袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆 袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅 蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅 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