基于PLC的切割机系统设计.doc

毕业设计 论文 毕业设计 论文 题题 目目 基于基于 PLCPLC 的自动切锁管机控制系统设计的自动切锁管机控制系统设计 指导教师指导教师 院院 别别 班班 级级 学学 号号 姓姓 名名 二 一一年三月二十日 基于 PLC 的自动切锁割机控制系统设计 II 基于基于 PLCPLC 的自动切锁管机控制系统设计的自动切锁管机控制系统设计 摘 要 随着自动行业的发展 在生活生产中到处都出现了不同种类的自动化设备 在当今的工业领域中 板材管 料切割是成品加工过程中最为重要的步骤 也是保证成品质量的重要工序 本文在基于 PLC 的切割机控制系统设计中 设计了 PLC 控制系统总体方案 给出了软 硬件设计与实现方 案 在硬件设计部分 阐述了电动机主电路及其电器控制电路的设计过程 给出了这两个电路的电器元件的选 择结果 在控制电路的设计部分 阐述了 I O 接线图的设计过程 给出 PLC 及其输入 输出元件的选择结果 在软件设计部份详细地阐述了 PLC 用户程序的设计过程 其中包括对公用程序 手动程序 自动程序与故障报 警程序的设计过程的阐述 并给出了上述所有程序的梯形图和指令表 关键词 切割机 PLC 控制系统 基于 PLC 的自动切锁割机控制系统设计 III The System Design of The Automatic Cutting Machine Base on PLC Profession Automation Class D072 Name Zheng Zhong Instructor Ganfei Lou Abstract With the development of automatic industry various kinds of automatic equipments appear all around of our life and production In today s industrial field Incising the material of tube and plank stuff is not only the most important step during the procedure of processing finished products but the important process of ensuring the products quality Designed the PLC control system a total project in according to the PLC static cutting the machine control system design give soft hardware design and carry out a project Design part in the hardware elaborate the design process of the electric motor main electric circuit and its electric appliances control electric circuit gave the choice of these two electric appliances components of electric circuits the result Be controlling the design part of the electric circuit elaborate I O to connect the design process of the line diagram give the PLC and the choice of its input output component the result Design the design process that the part elaborated the PLC customer procedure in detail in the software include among them to the public procedure hand to move the design process that the procedure automatic procedure and give alarm signal procedure to elaborate and gave above mentioned all trapezoid diagrams of procedures and the repertoire Keywords cutter PLC control system 基于 PLC 的自动切锁割机控制系统设计 IV 目 录 第一章第一章 概述概述 1 1 1 切割机发展现状 1 1 2 切割机控制方法与控制系统的确定 1 1 3 PLC 的特点 2 1 4 本文主要设计内容 3 第二章第二章 系统的设计系统的设计 4 2 1 切割机主要构造及技术参数 4 2 1 1 切割机主要构造及动作过程 4 2 1 2 切割机技术参数 4 2 2 电气元件的选择 5 2 3 控制电路设计 8 2 3 1 控制系统电路图 8 2 3 2 PLC硬件接线图及I O端口分配 9 2 3 3 电气元件的配置 12 第三章第三章 软件设计软件设计 14 3 1 系统的软件设计概述 14 3 2 公用程序设计 14 3 3 手动程序设 15 3 4 自动程序设计 16 3 4 1 自动控制程序 16 3 4 2 自动输出程序 19 3 4 3 自动回原点程序 20 3 5 报警程序 21 第四章第四章 系统的安装与调试系统的安装与调试 22 4 1 程序的仿真和调试 22 4 2 系统的安装 22 第五章第五章 总结总结 24 参考文献参考文献 25 致谢词致谢词 26 附录一附录一 PLCPLC 外部接线图外部接线图 27 附录二附录二 元件清单元件清单 28 附录三附录三 总程序指令表总程序指令表 29 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 1 第一章第一章 概述概述 随着自动行业的发展 在生活生产中到处都出现了不同种类的自动化设备 在当今的工业 领域中 板材管料切割是成品加工过程中最为重要的步骤 也是保证成品质量的重要工序 利 用先进的现代切割技术 不但可以保证产品的质量 提高劳动生产率 同时也使得企业产品的 制造成本大幅度下降 缩短了产品生产周期 1 1 切割机发展现状切割机发展现状 国外生产制造切割机或拥有切割机技术的有 西波列斯 SIPOREX 公司 求劳克斯 DUROX 公司 伊通 YTONG 公司 司梯玛 STEMA 公司 海波尔 HEBEL 公司 道斯腾 DORSTENER 公司 威汉 Vv3EHRHAHN 公司 乌尼泊尔 UNIPOL 公司 赫腾 HETEN 公司等 为了学习 借鉴国外发展加气混凝土的技术和经验 建立并发展我国加气混凝土工业 我 国先后引进了外国技术和设备 1 2 切割机控制方法与控制系统的确定切割机控制方法与控制系统的确定 切割机控制系统有继电器控制 单片机控制 PLC 控制等 现将几种控制系统作出分析比 较选取最优的控制系统来实现其功能 1 PLC 与继电器控制的比较 1 功能强 性能价格比高 2 硬件配套齐全 用户使用方便 适应性强 3 可靠性高 抗干扰能力强 4 系统的设计 安装 调试工作量少 5 编程方法简单 6 维修工作量少 维修方便 7 体积小 能耗低 2 PLC 与单片机的比较 1 对单项工程或重复数极少的项目 采用 PLC 方案是明智 快捷的途径 成功率高 可 靠性好 但成本较高 2 对于量大的配套项目 采用单片机系统具有成本低 效益高的优点 但这要有相当的研 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 2 发力量和行业经验才能使系统稳定 可靠地运行 最好的方法是单片机系统嵌入 PLC 的功能 这样可大大简化单片机系统的研制时间 性能得到保障 效益也就有保证 1 3 PLC 的特点的特点 1 高可靠性 所有的 I O 接口电路均采用光电隔离 使工业现场的外电路与 PLC 内部电路 之间电气上隔离 各输入端均采用 R C 滤波器 其滤波时间常数一般为 10 20ms 各模块均采用 屏蔽措施 以防止辐射干扰 采用性能优良的开关电源 对采用的器件进行严格的筛选 良好 的自诊断功能 一旦电源或其他软 硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施 以防止故障 扩大 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 使可靠性更进一 步提高 2 丰富的 I O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号 如 交流或直流 开关量或模拟量 电压或电流 脉冲或电位 强电或弱电等 有相应的 I O 模块与工业现场的器件或设备 如 按 钮 行程开关 接近开关 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀等直接连接 另外为了提高操 作性能 它还有多种人 机对话的接口模块 为了组成工业局部网络 它还有多种通讯联网的接 口模块 等等 3 采用模块化结构为了适应各种工业控制需要 除了单元式的小型 PLC 以外 绝大多数 PLC 均采用模块化结构 PLC 的各个部件 包括 CPU 电源 I O 等均采用模块化设计 由机 架及电缆将各模块连接起来 系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合 4 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式 对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识 因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 5 安装简单 维修方便 PLC 不需要专门的机房 可以在各种工业环境下直接运行 使用时 只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I O 端相连接 即可投入运行 各种模块上均有运行和故 障指示装置 便于用户了解运行情况和查找故障 由于采用模块化结构 因此一旦某模块发生 故障 用户可以通过更换模块的方法 使系统迅速恢复运行 6 PLC 的功能 1 逻辑控制 2 定时控制 3 计数控制 4 步进 顺序 控制 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 3 5 PID 控制 6 数据控制 PLC 具有数据处理能力 7 通信和联网 8 其它 PLC 还有许多特殊功能模块 适用于各种特殊控制的要求 如 定位控制模块 CRT 模块 1 4 本文主要设计内容本文主要设计内容 大学期间我到鸿利锁业公司实习 该公司现在正在自主研发自动化设备仪器来代替人工操 作来提高产量和利润 其中也与我所学专业有很大的关联 我有幸参与了其中一台设备的制造 线路的连接以及调试工作 为了使物料精确度更高 操作更方便 安全系数更高 该厂自行设计了这台由 PLC 为控制 核心的切割机 虽然市场上有很多自动的或者更加先进的切割机 但是由于厂里产品形状等特 殊原因 所以自行设计了一台自动的切割机 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 4 第二章第二章 系统的设计系统的设计 2 1 切割机主要构造及技术参数切割机主要构造及技术参数 2 1 1 切割机主要构造及动作过程切割机主要构造及动作过程 该设计主要由电气控制箱 刀架 台面 刀片组成 如图 2 1 所示 台面是由两排滑轮组 成的 用来夹紧锁管和推进锁管 图 2 1 切割机结构示意图 切割过程 启动机器 先将刀架回原点 将锁管放置在台面上锁紧台面 设定好要切割的 厚度和长度 然后启动连续切割 机械就会自动切割管材 直到切完为止 2 1 2 切割机技术参数切割机技术参数 切割机技术参如下 表 2 1 切割机技术参数 切割机性能 数值单位 切割显示分辨率0 01mm 切割尺寸精度 1mm 刀架有效行程50 70mm 切割循环次数5 50次 整机质量 1T 表 2 2 切割机电气系统参数 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 5 电气系统参数 数值单位 动力系统工作电压380V 控制系统工作电压220V 推料电机功率1 5kW 刀片电机功率4 0kW 刀架电机功率1 1kW 总装机功率7 1kW 2 2 电气元件的选择电气元件的选择 1 主电路的电机选择 电动机是主要的动力机械 它的应用是非常广泛的 所以就其全国电动机的总耗电量来说 它是极为可观的 因此 合理选择电动机是相当重要的 它直接关系到生产机械的运行安全和 投资效益 电动机的选择内容包括电动机种类 外壳型式 额定电压 额定转速 额定功率 各项性能等 根据主电路的要求和控制方式结合以上对电机的各项标准和参数的介绍可确定主电路所用 的元件的型号和参数 刀片电机的是用来带动电锯并切割材料 所选的电机功率要大 转速要 高 刀架电机用来控制刀片的上下移动 而刀片的移动并不能很快 所以所选的电机转速要稍 微低 虽有蜗轮减速 带在经济角度考虑下 可以用转速小 功率低的电机以节约成本 台面 电机控制材料的进给 定位须准确 采用直流电机 所以可以列出电机的型号参数如下 表 2 3 刀片电机型号参数 最大 转矩 最小 转矩 堵转 转矩 堵转 电流额定 电压 额定 功率 额定 电流 转速效率 功率 因素额定 转矩 额定 转矩 额定 转矩 额定 电流 型号 VkWAr min cos 倍倍倍倍 Y2 112M 238048 1289085 00 882 31 42 27 5 表 2 4 刀架电机型号参数 最大转 矩 最小转 矩 堵转转 矩 堵转电 流额定 电压 额定功 率 额定 电流 转速效率功率因素 额定转 矩 额定转 矩 额定转 矩 额定电 流 型号 VkWAr min cos 倍倍倍倍 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 6 Y2 100L2 83801 13 470073 00 692 01 21 85 0 表 2 5 台面电机型号参数 额定电压 额定 功率 额定电流转速效率 削弱磁场 时最大转 速 飞轮力矩 型号 VkWAr min r minkg m2 Z2 422201 59 1675074 515000 18 2 主电路的其他元件选择 主电路的其他元件的选型就为断路器的选择 交流接触的选择 熔断器的选择 中间继电 器的选择表等各种元件的选择 元件的选择对整个设备的性能起到很大的作用 刀开关是用来控制设备的总电源 三组熔断器是防止电流过大而设计的 热继电器也有同 样的效果 但是工作原理不同 由于电机的功率不同 在功率稍小的电机中就未使用交流接触 器 KM1 是控制带锯电机 M1 的 KM2 控制两台磨刀电机 KM3 KM4 分别是控制刀架电机 M4 的正反转的 电磁刹车时给刀架电机其精确定位的 KM5 和 KM6 构成的两组是用来控制台 面电机的正反转的 KM7 是直流电机回馈制动的 表 2 6 电气主电路其他元件 元件名称元件数量元件名称元件数量 刀开关1 个熔断器3 组 接触器7 个热继电器4 组 电动机5 台电磁刹车1 个 1 刀开关的选择 刀开关主要用于成套配电设备中隔离电源 刀开关的技术规格有 a 额定电压 b 额定 电流 c 短时耐受电流 通常用刀开关在 1S 内所能承受的短路电流峰值表示 d 接通于分断 能力 视刀开关的结构不同 可接通与分断 250 600 额定电流 e 机械寿命 用操作次数 表示 我们所用的刀开关是塑壳刀开关 塑壳刀开关是一种结构最简单 应用最广泛的手动电器 由操作手柄 熔丝 触刀 触头底座组成 刀开关的安装时要注意手柄向上 不要倒装或平装 否则会因自动下滑而引起误合闸 接线时 应将电源接线接在上端 负载接在熔丝下端 这样 在拉闸后可以安全的更换熔丝 QS0 选选用规格 HD11 100 38 型单投三极刀开关 1 只 主要技术参数 额定交流电压 380V 额定交流电流 100A 通断能力 100A 1S 短时耐受电流 6KA 动态 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 7 稳定电流峰值 15KA 2 熔断器的选择 熔断器是低压配电网中的保护元件之一 主要做短路保护用 当通过熔断器的电流大于规 定值时 以及自产生的热量使熔体熔化而自动分断电路 通过熔断器的熔化特性和熔化特性的 配合以及熔断器与其他电器的配合 在一定的短路范围内可达到选择性保护 而在本系统中是 在电动机回路中用作短路保护 应考虑到电动机的起动条件 按电动机时间长短选择熔体的额 定电流 对起动时间不长的场合可按下式决定熔体额定电流 Ie Ie Id 2 5 3 2 1 对起动时间长或较频繁起动 按下式决定电流 Ie Ie Id 1 6 2 0 2 2 式中 Id 电动机的起动电流 FU1 选用 RT16 00C 型 其主要技术参数 额定电流 32A 额定电压 500V 额定功率 3 32W FU2 选用 RT16 00C 型 其主要技术参数 额定电流 6A 额定电压 500V 额定功率 0 67W FU3 选用 RT16 00C 型 其主要技术参数 额定电流 10A 额定电压 500V 额定功率 1 14W 3 接触器的选择 交流接触器是一种适用于远距离频繁地接通和分断交流电路的电器 其主要控制对象是电 动机 也可用于控制如电焊机 电容器组 电热装置 照明设备等其他负载 接触器具有操作 频率高 使用寿命长 工作可靠 性能稳定 维修简便等优点 是用途广泛的控制电路之一 随使用场合及控制对象不同 接触器的操作条件与工作繁重程度也不同 为了尽可能经济 地 正确地选用接触器 必须对控制对象的工作情况以及接触器性能有一较全面的了解 不能 仅看产品的铭牌数据 因接触器铭牌上所规定的电压 电流 控制功率等参数为某一使用条件 下的额定值 选用时应根据具体使用条件正确选用 通常 先根据接触器的实际使用类别选用相应的接触器类型 然后 根据接触器控制对象 的工作参量 如工作电压 工作电流 控制功率 操作频率 工作制等 确定接触器的容量等 级 再按控制电路要求决定接触器的线圈参数 用于特殊环境条件的接触器应选用派生型产品 如湿热带型 TH 或符合防爆 防尘 防滴等使用要求的产品 交流接触器的负载主要可分为电动机负载与非电动机负载 如电热设备 照明装置 电容 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 8 器 电焊机等 两大类 本设计中交流接触器使用属于电动机负载 且其负载的轻重程度为一般任务型 其操作频 率不高 选用接触器时只要使被选用接触器的额定电压和额定电流等于或稍大于电动机的额定 电压和额定电流即可 KM1 KM3 KM7 选用 NC6 09 10 型 KM2 选用 NC6 09 08 型 其主要技术参数 额定电压 AC 380V 额定工作电流 9A 约定发热电流 20A 可控三相鼠笼电动机的功率 4kW 4 热继电器的选择 热继电器是依靠电流通过发热元时产生的热 使双金属片受热 弯曲而推动机构动作的一 种电器 主要用于电动机的过载保护 断相及电流不平衡运行的保护及其他电气设备设备发热 状态的控制 因此选用时 必须了解被保护对象的工作环境 起动情况 负载性质 工作制以 及电动机允许的过载能力 保护要遵循的原则 应使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特 性之中 并尽量可能地接近 甚至重合 以充分发挥电动机的过载能力 同时使电动机在短时 过载和起动瞬间 5 6Ie 时不受影响 在热继电器的选择方面还要注意以下的几点 1 原则上 热继电器的额定电流应按电机的额定电流选择 2 再不频繁启动的场合 要保证热继电器不会应电机的启动而起误动作 3 当电机为重复短时工作时 首先注意确定热继电器的允许操作频率 FR1 FR2 选用 NR2 JR28 11 5 型 其主要技术参数 电流等级 13 额定绝缘电压 690V 具有断相保护 温度补偿 手动与自动复位 脱扣指示 测试按钮 停止按钮 额定电压 AC 380V 额定电流 1 58A 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 9 2 3 控制电路设计控制电路设计 2 3 1 控制系统电路图控制系统电路图 操作指令 拨盘给定值 行程开关 接近开关 输 入 输 出 PLC 交 流 接 触 器 刀片 磨刀 台面前移 台面后移 落刀 抬刀 台面刹车 图 2 2 切割机控制系统原理图 2 3 2 PLC 硬件接线图及硬件接线图及 I O 端口分配端口分配 1 PLC 控制系统的控制要求 PLC 控制系统的控制要求如下 1 系统设有手动 单周期 单步 连续 回原点 五种工作方式 台面在最前面 刀架在 最上面 为系统的原点状态 2 台面机构前 后运动时 带锯电机必须已启动 而带锯电机停止时 台面机构前 后运动 应立即停止 3 磨刀必须在刀片旋转时才能工作 4 五种工作状态下 按下总停止按钮后 除带锯 磨刀装置外 刀架 台面的动作应立即 停止 5 电源接通后控制台面刹车的接触器 KM7 立即通电 根据以上的要求 设计出 PLC 的外部接线图如下图所示 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 10 图 2 3 PLC 的外部接线图 根据上图所示切割机的 5 种工作方式有选择开关控制 当输入点 X1 接通时为手动方式 X2 接通时为回原点方式 X3 接通时为单步工作方式 X4 接通时为单周期工作方式 X5 接通 时为连续工作方式 台面在最前面且刀架在抬刀限位称为系统处于原点状态 在公用程序中台 面前到位开关 X15 抬刀限位开关 X20 的常开触点的串联电路接通时 原点条件 辅助继电器 M5 变为 ON 在选择单周期 连续和单工步工作方式之前 系统应处于原点状态 如果不满足这一条件 可选择回原点工作方式 然后按回原点启动按钮 X6 使系统自动返回原点状态 在原点状态 顺序功能图中的初始步 M0 为 ON 为进入单周期 连续和单工步工作方式作好了准备 高速计数器只有在自动方式下才工作 主要的功能是对在自动方式下的键盘设定值进行比 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 11 较 判断材料的厚度 控制台面的向前或向后运动 对于不同的设定值要有不同的计数值相符 合 计数器的计数源就是测速齿轮所送的脉冲个数 2 I O 端口分配 从上面的控制电路图所示 可以得出下面的分配表 表 2 7 输入端口表 输入元件输入点输入元件输入点 接近开关X0台面向后X22 手动X1刀架停止X23 回原点X2台面停止X24 单步X3总停X25 单周期X4预停X26 连续X5小数位 1X27 回原点启动X6小数位 2X30 带锯启动X7小数位 4X31 带锯停止X10小数位 8X32 磨刀X11个位 1X33 总停X12个位 2X34 落刀限位X13个位 4X35 抬刀限位X14个位 8X36 台面前限位X15十位 1X37 台面后限位X16十位 2X40 落刀X17十位 4X41 抬刀X20十位 8X42 台面向前X21百位 1X43 表 2 8 输出端口表 输出元件输出点输出元件输出点 KM1Y0KM6Y4 KM2Y1KM3Y5 KM7Y2KM4Y6 KM5Y3L1Y7 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 12 2 3 3 电气元件的配置电气元件的配置 1 刀开关 QS1 刀开关 QS1 串接控制主电路的单相电源 选用规格 HD11 100 28 型单投 双极刀开关 1 只 主要技术参数 额定交流电压 220V 额定交流电流 100A 通断能力 100A 1S 短时耐受电流 6kA 动态稳 定电流峰值 15kA 2 熔断器 FU4 选用 RT18K 25 型 主要技术参数 壳架等级额定电流 25A 额定电流 2A 额定电压 AC 220V 额定断路分断能力 220V 50kA 3 按钮 SB1 SB2 SB5 SB15 选用 NP4 20BN 2 型 颜色为绿色 按钮 SB3 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 选用 NP4 20BN 4 型 颜色为红色 按钮 SB4 SB6 SB7 SB8 SB9 选用 NP4 20BN 6 型 颜色为蓝色 NP4 系列按钮其主要技术参 数如下 额定绝缘电压 380V 额定交流工作电压 AC 220V 约定发热电流 10A 额定交流工作电流 4 5A 额定直流工作电压 24V 额定直流工作电流 2 5A 4 行程开关 SQ1 SQ4 选用 YBLX K3 20HS Z 型 其主要技术参数 额定交流电压 AC 380V 额定直流电压 DC 220V 额定控制容量交流 200VA 直流 50W 含 1 对常开和 1 对常闭触点 动作最大行程 3mm 最大差程 1 2mm 最大操动力 30N 最小回复 力 5N 最大全行程 6 0mm 5 信号指示灯 选用 ND16 22B 4 型 其主要技术参数 额定交流电压 220V 额定电流 20mA 指示灯选红色 6 接触器 选用 NCH 8 20 型 其主要计数参数 额定绝缘电压 500V 额定工作电压 AC 230V 约定发热电流 20A 额定工作电流 20A 控 制功率 4Kw 7 接近开关 选用 E2E X20DM8 其主要技术参数 检测距离 20mm 10 设定距离 1 0 16mm 应差距离 检测距离的 10 以下 标准检 测物体 铁 54 54 1mm 应答频率 2 0 1kHz 电源电压 使用电压范围 DC12 24V 脉 动 p p 10 以下 DC10 30V 8 拨盘开关 选用 A7CN 型 其主要技术参数 开关负载容量 阻性负载 1mA 0 1A DC5 30V 连续通电电流 1A 接触电阻 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 13 200m 以下 操作力 4 41N 以下 9 转换开关 选用 LW5D16F 5 型 其主要技术参数 绝缘电压 500V 发热电流 16A 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 14 第三章第三章 软件设计软件设计 3 1 系统的软件设计概述系统的软件设计概述 为了满足生产需要 很多工业设备要求设置多种工作方式 如手动和自动 包括连续 单 周期 单步等 自动返回初始状态 工作方式 手动程序比较简单 一般采用经验法设计 复 杂的自动程序一般根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计 具有多种工作方式的控制系统的梯形图总体结构如图 3 1 所示 选择手动工作方式时手动开 关 X1 为 ON 将跳过自动程序 执行公用程序和手动程序 选择自动工作方式时 X1 为 OFF 将跳过手动程序 执行公用程序和自动程序 图 3 1 自动 手动程序 3 2 公用程序设计公用程序设计 公用程序 见图 3 2 用于自动程序和手动程序互相切换处理 当系统处于手动工作方式时 必须将除初始步以外的各步对应的辅助继电器 M20 M24 复位 同时将表示连续工作状态的 M7 复位 否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式 然后又返回自动工作方式时 可能 会出现同时有两个活动步的异常情况 引起错误动作 公用程序的作用是控制带锯的启动 磨刀的启动和台面的刹车 控制的要求是台面机构前 后运动时 带锯电机必须已启动 而带锯电机停止时 台面机构前 后运动应立即停止 磨刀必 须在刀片旋转时才能工作 当切割机处于原点状态 M5 ON 开始执行用户程序 M8002 为 ON 系统处于手动状 态或回原点状态 X1 或 X2 为 ON 时 初始步对应的 M0 将被置位 为进入单步 单周期和连 续工作方式做好准备 如果此时 M5 为 OFF 状态 M0 将被复位 初始步为不活动步 系统不 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 15 能在单步 单周期 和连续工作方式工作 图 3 2 公用程序 3 3 手动程序设手动程序设 图 3 3 手动操作时用 X17 X24 对应的 6 个按钮控制切割机的抬刀 落刀 台面向前 台面 向后 刀架停止 台面停止 为了保证系统的安全运行 在手动程序中设置了一些必要的联锁 例如抬刀与落刀之间 台面向前与台面向后之间的互锁 以防止功能相反的两个输出继电器同 时为 ON 根据控制要求 台面机构前 后运动时 带锯电机必须已起动 而带锯电机停止时 台面机构前 后运动应立即停止 所以控制带锯的 Y0 线圈与控制台面向前 后的 Y3 和 Y4 线圈串 联 当按下总停按钮 X25 的常闭触点断开 不执行 MC 到 MCR 的指令 刀架 台面的动作立 即停止 磨刀必须在刀片旋转时才能工作 所以在控制磨刀的 Y1 线圈串联 Y0 的常开触点 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 16 图 3 3 手动程序 3 4 自动程序设计自动程序设计 在自动程序的过程中是切割机自动的对泡沫材料进行切割 自动判断切片的厚度 切割刀 片的切割深度 切片的深度是由测速齿轮和计数器共同完成 在刀架下移的过程中测速齿轮也 在跟随转动 每转动一圈向计数器发送 5 个脉冲并判断切割的厚度 在自动程序中首先是要对 切割厚度进行设置 厚度是由拨盘开关设定的 在落刀时 当材料的完成的落刀量达到设定值 刀架停止移动 继而台面前移 对材料进行切割 3 4 1 自动控制程序自动控制程序 图 3 4 是切割机控制系统自动程序的顺序功能图 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 17 图 3 4 切割机自动控制顺序功能图 图 3 5 是用转换为中心的编程方式设计的自动控制程序 不包括自动返回原点程序 M0 和 M20 M24 用转换为中心编程控制 系统工作在连续 单周期 非单步 工资方式时 X3 的 常闭触点接通 使 M6 转换允许 为 ON 允许步与步之间的转换 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 18 图 3 5 自动控制程序梯形图 假设选择的是单周期工作方式 此时 X4 为 ON X2 和 X3 的常闭触点闭合 M6 的线圈 通电 允许转换 在初始步时按下起动按钮 X12 在 M20 起动的电路中 M0 X12 的常开 触点和 X2 的常闭触点均接通 使 M20 的线圈 通电 转换到台面后移步 台面碰到台面后到 位限位开关 X16 时 M21 的线圈 通电 转换到计算脉冲数步 开始计数 T0 线圈 通电 定时时间到后 T0 的常开触点接通 计算脉冲数完成使系统进入落刀步 C235 的常开触点闭合 时 M23 的线圈 通电 系统完成落刀量进入台面前移步 以后系统将这样一步一步地工作下 去 当切割机台面在步 M23 返回最前到位时 X15 为 ON 因为此时不是连续工作方式 M7 处 于 OFF 状态 转换条件Error Error X15 满足 系统返回并停留在初始步 在连续工作方式 X5 为 ON 在初始状态下按下启动起动按钮 X12 与单周期工作方式相同 M20 变为 ON 台面后移 与此同时 控制连续工作的 M7 的线圈 通电 并自保持 以后的工 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 19 作过程与单周期工作方式相同 当切割机台面在步 M23 返回最前到位时 X15 为 ON 因为 M7 为 ON 转换条件 M7 X15 满足 系统将返回步 M20 反复连续地工作下去 按下预停按钮 X26 后 M7 变为 OFF 但是系统不会立即停止工作 在完成当时工作周期的全部操作后 切割 机台面在步 M23 返回最前面 台面前到位开关 X15 为 ON 转换条件Error Error X15 满足 系统才返回并停留在初始步 如果系统处于单步工作方式 X3 为 OFF 它的常闭触点断开 转换允许 辅助继电器 M6 在一般情况下为 OFF 不允许步与步之间的转换 设系统处于初始状态 M0 为 ON 按下起动 按钮 X12 M6 变为 OFF 使 M20 的起动电路接通 系统进入台面后移步 放开起动按钮后 M6 马上变为 OFF 在台面后移步 Y4 的线圈 通电 台面后移到台面后到位开关 X16 处时 与 Y4 的线圈串联的 X16 的常闭触点断开 见图 3 6 使 Y4 的线圈 断电 台面停止后移 X16 的常开触点闭合后 如果没有按起动按钮 X12 和 M6 处于 OFF 状态 一直要等到按下起 动按钮 M12 和 M6 变为 ON M6 的常开触点接通 转换条件 X16 才能使 M21 的起动电路接 通 系统才能由台面后移步进入计算脉冲数步 在完成某一步的操作后 都必须按一次起动按 钮 系统才能进入下一步 当切割机的刀架下移到落刀限位 这时表明材料已经全部切割完毕 为了方便下次的装料 刀架必须上移到抬刀限位 这时就可以停机了 系统将会自动停机 这时算是自动程序执行完 毕 系统只有在重新上料后才能开始工作 3 4 2 自动输出程序自动输出程序 图 3 6 是自动控制程序的输出电路 图 3 6 中 X13 X16 的常闭触点是为单步工作方式设置 的 以台面后移为例 当切割机的台面碰到限位开关 X16 后 与台面后退步对应的辅助继电器 M20 不会马上变为 OFF 如果 Y4 的线圈不与 X16 的常闭触点串联 台面不会停在台面后到位 开关 X16 处 还会继续后退 在这种情况下可能造成事故 为了避免出现双线圈现象 在图 3 6 中 将自动控制的顺序功能图 图 3 4 与自动返回原 点的顺序功能图 图 3 7 中 对 Y3 和 Y6 线圈的控制合在一起 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 20 图 3 6 自动控制程序输出电路 3 4 3 自动回原点程序自动回原点程序 图 3 7 自动返回原点的顺序功能图 图 3 7 3 8 是自动回原点程序的顺序功能图和用转换为中心编程设计的梯形图 在回原点 工作方式 X2 为 ON 按下回原点起动按钮 X6 M10 变为 ON 切割机台面前移前移 前移 碰到台面前到位开关 X15 时 X15 变为 ON 刀架抬刀 到抬刀限位开关时 X14 为 ON 将 M11 步复位 这时原点条件满足 在公用程序 图 3 2 中的 M5 为 ON 初始步 M0 被置位 为进入单周期 连续和单步工作方式作好了准备 因此可以认为步 M0 是步 M11 的后续步 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 21 图 3 8 自动返回原点的梯形图 3 5 报警程序报警程序 在键盘的输入时会出现一个问题 就是输入值不能超过 9 比如在 2 或 4 的开关闭合后 8 开 关再闭合就会出现混乱 这时系统就会将数据寄存器 D0 的值清零并报警 提示要从新设定值 程序如图 3 10 小数位 8 和小数位 2 小数位 8 和小数位 4 常开触点串联 当小数位 8 和小数位 2 或小数位 8 和小数位 4 的开关同时接通时 Y0 的线圈 通电 发出报警信号 个位和十位产 生报警信号与小数位的同理 图 3 10 报警程序 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 22 第四章第四章 系统的安装与调试系统的安装与调试 4 1 程序的仿真和调试程序的仿真和调试 在系统的软件设计完成后 接下来的任务就是调试并完善程序 首先采用三菱公司提供的 PLC 编程和仿真软件 GX DEVELOPER 先对梯形图进行检验然后进行软件仿真 如图 4 1 先编写 好梯形图然后点 变换 再选择工具菜单中的 程序检查 当显示没有错误时就可以选择 梯形图逻辑测试起动 就可以进行仿真工作了 图 4 1 软件仿真界面 程序的调试是对程序的验证和完善的最好的方式 在程序的调试过程中发现了许多在程序 设计时未能注意到的 比如 由于系统的特殊性 比如在刀架下移时台面不能移动等 这些特 殊的控制要求就使得程序的调转就显得复杂 哪个环节设计的不好就会导致出问题 有可能将 会导致刀片断裂 发生危险 所以在调试过程中最好不用刀片而确保安全 还可以用粗线代替 刀片这样不仅安全 而且还能直观的看到切割的厚度和切割的线路 4 2 系统的安装系统的安装 切割机的安装很重要的一个就是人机界面的设计 也就是控制面板的设计 控制面板的设 计必须要人性化 人性化的设计才能使操作起来跟方便 提高工作效率 在设计控制面板时可 以参考许多的市面上销售的工业产品 毕竟他们的经验丰富 这样也能节约很多的设计时间 在控制切割机时在难免的是按错按钮 在初次接触本系统不熟悉按钮分布情况下按错按钮 的机会是很大的 这就要控制面板要十分的人性化 要设计者十分清楚人的操作习惯 只要操 作者操作过几次后就对控制按钮十分的熟悉 在此控制面板的设计就十分符合这一点 控制方 基于 PLC 的切割机系统设计 丽水学院 2011 届学生毕业论文 23 式的切换刀开设计在控制面板的中间 操作的手多用右手 由于系统的工作方式多用手动方式 而人的右手顺时针拧得力矩比往逆时针拧的力矩大的多 所以就将自动方式设计在右边 下图 就是控制面板设计图 图 4 2 控制面 第五章第五章 总结总结 本次毕业设计在指导老师和公司同事的帮助下 经过自己的努力 基本上完成了毕业设计 任务书中的要求 使用可编程控制软件来实现切割机的自动切割 整个控制系统能实现基本的 控制要求 通过这一阶段的毕业设计 我受益匪浅 不仅锻炼了良好的逻辑思维能力 而且培养了弃 而不舍的求学精神和严谨作风 回顾此次毕业设计 是大学四年所学知识很好的总结 本次毕业设计让我系统性地认识和全面地掌握了 PLC 编程和调试技术 对梯形图 指令表 外部接线图及 PLC 设计原理有了更深的了解 让我将平时学的东西能学以致用 当然平时学的 永远是不够用的 就比如要完成好这次的毕业设计 不能单单从机械动作过程来直接设计控制 电路 我需要了解整台设备机械构造 所以我需要学会看工程图纸 了解整台设备的设计过程 装配次序 这样才能在后期的调试中更好的去修改和完善 由于时间及精力有限 在调试过程中还发现存