《电器控制与可编程逻辑控制器》课程设计自动剪板机设计报告

题号课程设计题目自动剪板机PLC控制学院专业班级组长组员指导教师年月日目录引言11课题要求分析211剪板机简介212PLC的工作原理213制对象与控制要求分析32系统总体方案设计421系统硬件配置及组成原理422系统变量定义及分配表523系统图纸设计524系统可靠性设计63控制系统设计731控制程序设计思路732创新设计内容94人机界面设计1041选用界面介绍1042画面制作与设计115系统调试及结果分析1351系统调试步骤1352程序调试1453实验室调试方案1554实验室调试记录16结束语17参考文献18引言本题以工业用剪板机为对象探讨了基于PLC的自动剪板机的实现方案。根据实际需要和市场的需求选择了常规的可编程控制器PLC作为控制方案。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、使用方使、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。本题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。1课题要求分析11剪板机简介（1）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。（2）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。（3）闸式剪板机利用驱动系统操作那个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。为了使到家片横梁在互相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，使动刀片依附于滚珠轴承向下回转。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。12PLC的工作原理图1PLC工作原理流程图（1）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，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1所示。（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成为扫描周期。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。（3）通信操作服务阶段，PLC与一些职能模块通信，相应程序器键入的名利，更新编辑器的显示内容。（4）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。13制对象与控制要求分析（1）控制对象1压钳2剪刀3线圈控制要求分析剪板机的送料由电动机驱动，送料电动机由接触器KM控制。压钳的下行和复位由液压电磁阀YV1和YV3控制，剪刀的下行和复位由液压电磁阀YV2和YV4控制。SQ1SQ5为限位开关。图2剪板机动作示意图当压钳和剪刀在原位时（压钳在上限位SQ1，剪刀在上限位SQ2，按下启动按钮，自动按以下顺序动作电动机送料，板料右行，至SQ3停；压钳下行，至SQ4处将板料压紧；剪刀下行剪板；剪刀至SQ5处，剪刀上行复位，压钳15秒后上行复位；至SQ1，SQ2回到原位；等待下次启动信号。为保证传感器损坏情况下仍能应急工作，设置手动操作方式，即可用外部操作按钮和PLC控制各动作的执行。2系统总体方案设计21系统硬件配置及组成原理本题目的设计为满足设计要求共分配有18个I/O点，输入13个，输出5个。鉴于实验条件，PLC选台达DVPSX2。电源；24VDC；继电器输出或晶体管输出；本机集成8输入6输出；共14个数字量I/O，可以扩展；程序容量16KSTEPS/数据寄存器10KWORDS；高于同级PLC处理速度，LD054S，MOV34S；内建MINIUSB，RS232与RS485通讯端口主/从站，兼容标准MODBUSASCII/RTU通讯协议，支持DVPPLCLINK；提供长达半个月BATTERYFREE万年历功能；支持DVPS系列左侧及右侧模块，提供用户多样模块选择性运动控制功能；4点高速脉冲输出2点100KHZ，2点10KHZ；8点高速脉冲输入2点100KHZ，6点10KHZ；支持双轴同动直线插补与圆弧插补。系统硬件设计采用AUTOCAD绘制纸图纸含主电路图（含主电路、控制线路供电）、PLC配置图、PLCIO接线理图，共计3张。22系统变量定义及分配表表1PLCI/O表23系统图纸设计图3主接线图图4PLC配置图图5PLCIO接线原理图24系统可靠性设计限位开关SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5用来指示配料件已到达预定位置或者是压钳液压阀，剪刀液压阀的极限位置，准备下一动作。总启动按钮X0按动此按钮，剪板机自动按照预定程序进行。运料电机控制开关X1按着此按钮，液压电磁阀（YV1）闭合，压钳下行，和X3形成互锁。运料电机控制开关X2按着此按钮，液压电磁阀（YV2）闭合，剪刀下行和X4形成互锁。运料电机控制开关X3按着此按钮，液压电磁阀（YV3）闭合，压钳复位。运料电机控制开关X4按着此按钮，液压电磁阀（YV4）闭合，剪刀复位。运料电机控制开关X5按着此按钮，运料电机开始工作。手动模式启动按钮X6按动此按钮，手动模式启动。手动模式停止按钮X7用于使整个手动工作过程结束。线圈（KM）Y0作为输出，线圈吸合时，电机正转，表示料件开始被运送。液压电磁阀（YV1）Y1作为输出，阀闭合时，压钳下行。液压电磁阀（YV2）Y2作为输出，阀闭合时，剪刀下行。液压电磁阀（YV3）Y3作为输出，阀闭合时，压钳复位。液压电磁阀（YV4）Y4作为输出，阀闭合时，剪刀复位。3控制系统设计31控制程序设计思路按下X0按钮，剪板机自动按照预定程序进行。如果传感器都正常，则可以进入自动模式。图6PLC初始化自动模式电动机送料，板料右行，至SQ3停；压钳下行，至SQ4处将板料压紧；剪刀下行剪板；剪刀至SQ5处，剪刀上行复位，压钳15秒后上行复位；至SQ1，SQ2回到原位；等待下次启动信号。图7剪板机自动模式手动模式可以用外部按键控制剪板机的运作，电动式，方便操作。并且，设置有手动启动按钮，手动停止按钮。当传感器正常情况下也可以启动手动模式。图8剪板机手动模式32创新设计内容本题有两道小题，分别完成两种不同的控制要求，原本选择的是用两个顺序功能图来完成的，后来经过思考后，觉得可以把两者结合在一个功能图中，只需要在系统上电后，与第一小题形成选择分支结构即可，当传感器都正常时，选择任意一种启动按钮，就可以实现不同的控制要求，这样一来，既节省了检查的时间，也节省了课程设计的空间，后面的人机界面也只需要做一个就可以了，给书写报告带来很多方便，也体现了整个题目的一体化。当传感器不正常时，自动程序不能启动，就可以使用手动操作。4人机界面设计41选用界面介绍触摸式可编程终端由显示器和触摸屏系统组成，俗称触摸屏PT，是一种用触摸方式进行人机交互的人机界面。触摸屏是在显示器屏幕上面加了一层具有检测功能的透明薄膜。通过手指触摸的方式进行人机交互、检测和接受信息。人机界面是新一代高科技可编程终端,专为PLC而设计的互动式工作站,具备与各品牌PLC连线监控能力,适于在恶劣的工业环境中应用,可代替普通或工控计算机。其主要特点有画面容量大,可达255个画面,画面规划简单。ADP3全中文操作软件,适用于WINDOWS95/WINDOWS98环境,巨集指令丰富,编程简单。交互性好,抗干扰能力强,通信可靠性高。自动化程度高,操作简单方便,故障率低,寿命长,维修量少。触摸屏的特点操作简便只需用手指轻触屏幕上的有关指示按纽，便可进入信息世界。界面友好使用者既使没有计算机的专业知识，根据屏幕上的信息、指令、也可进行操作。信息丰富存储信息种类丰富，包括文字、声音等。信息存储量几乎不受限制，任何复杂的数据信息，都可纳入多媒体系统。安全可靠可长时间连续运行，系统稳定可靠，正常操作一般不会出现错误和死机，易与维护。触摸屏系统工作原理触摸屏系统一般包括触摸屏控制器和触摸检测装置。其中，触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸位置信号，转换成触点坐标，发送给CPU，同时接收经CPU计算、处理后发回的指令并加以执行。触摸检测装置是一种透明的薄膜，安装在显示器的前端并与显示屏为一体，主要作用是检测用户的位置信息，并传送给触摸屏控制卡的CPU。这样，当用手指或其他物体触摸触摸屏时，所触摸的位置会被检测出来形成坐标值。在该立体仓库中，每一台PLC都连接有可编程终端，用来显示设备的运行状态，或用来手动控制设备的运行。42画面制作与设计（1）功能对象分析本系统有13个输入，5个输出，都是位信号，因此对应于本系统的功能对象为ON/OFF按钮、位灯；图9WPL已使用装置批注全部完成后，美化界面即可。最后得到下面的界面。界面一设置权限，密码为12345678，输入正确密码，才可以进入操作界面。进入后可以按退出键，失去权限，回到界面一。在界面二时，按一下启动开关，即可运行程序，可以清楚看到限位开关状态，自动剪板机运行状况。图10DOP键入密码界面图11DOP控制模拟界面5系统调试及结果分析51系统调试步骤做好人机界面后，要与PC连接调试。（1）选择选项/设定模块参数来设定通讯格式，在此选择COM1RS232。（2）执行WPLSOFT软件，至设定/通讯设定，传输方式选择DIRECTLINK，代表传输方式是以USB为传输方式；站号设定为1。设定完成按下确定离开，此时即可在线监控PLC或者下载PLC程序。监控PLC或者下载PLC程序时，人机画面依然可操作。（3）在线监控如下图所示图12在线监控界面（4）程序下载如下所示图13程序下载界面52程序调试通过线上模式仿真外部的限位开关的状态由手动输入，开始时SQ1，SQ2手动置ON，当离开某个位置或到达某个位置时，限位开关置OFF/ON。图14调试初始化53实验室调试方案根据现有实验条件设计的实验调试方案。采用实验室设备（PLC、触摸屏TP）演示、验证系统设计的正确性。采用硬件按钮/硬件输出指示灯（至少各一个）和TP中的软元件，搭建实验系统，实现控制功能的要求；设计出TP画面及其功能，拟定测试步骤和记录表，并在实验室实验阶段填写测试记录，在模拟的系统中证明控制功能的正确实现。表2调试IO表我们使用M1M5代替了SQ1SQ5,M0代替了总启动开关；这些可以在触摸屏上操作。输出我们使用Y0Y5，触摸屏上图标可以显示各部分运动状态。图15调试PLCIO配置图54实验室调试记录（1）各图标显示是否正常（待定）（2）输出状态记录（待定）结束语短短课程设计就要结束了，经过整个设计过程，这次设计使我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识和不足，比如最基本的PLC的选型。通过到图书馆及上网搜索资料，我进一步的了解了该领域的好多知识。通过理论分析与实践的反复进行和论证，许多问题都有了较好的解决方案。PLC应用技术是一门实践性很强的专业课，可PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。所以我更加珍惜这次设计。软件的部分，依次实现了PLC流程图、梯形图的控制方式。实训的同时可以对基本的OFFIC软件的操作有了一定的熟悉。通过这次课设使我更加看到了自己的不足，我认识到不管做什么事都需要大胆假