基于PLC的玻璃造型生产线控制系统的设计毕业论文

1、本科毕业论文基于 PLC 的玻璃造型生产线控制系统的设计Glass Molding Production Line Control SystemDesignased on PLC矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。学院名称：电子信息与电气工程学院专业班级：自动化 2010级 1 班学生姓名：李强学 号：201002010014指导教师姓名：王頔指导教师职称：讲师2014 年 5 月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导 下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的 地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的

2、研究成果，也不包含我为 获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提 供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了 谢意 。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。日 期：日 期：作 者 签 名： 指导教师签名：使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规 定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有 权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。作者签名： 日

3、期：目录摘要 I 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。Abstract II 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。引 言 1 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。第一章 绪论 2 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1.1 PLC 的背景 2 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1.2 PLC 的应用领域 2 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1.3 PLC的发展历程 3 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.4 本设计的主要内容 4 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。第二章 系统硬件设计 5 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2.1 系统的设计思想与结构流程图 5 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。2.2 控制系统主要构造及动作过程 6 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。2.3 电气元件的选型 7 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.3.1

4、 电动机选型 7 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.3.2 主电路其他元件选型 8 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.4 控制系统控制电路设计 11 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.4.1 PLC 的选型 12 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.4.2 高速计数器 12 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.4.3 光电编码器 14 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。2.4.4 系统控制部分电路图 14 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。2.5 控制系统 HMI 人机界面 15 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。第三章 系统软件设计 17 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.1 控制系统主程序设计 17 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。3.2 高速计数器初始化程序 20 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨

5、淒。3.3 中断程序 21 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。3.4 TD200人机界面组态 21 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。3.4.1 配置 TD200 文本显示器 21 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。3.4.2 TD200文本显示器用户程序组态 22 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。结论 24 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。致谢 25 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。参考文献 26 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。附录 27 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。附录 A 主程序 28 谚辞調担鈧谄动禪泻類。附录 B 高速计数器初始化程序 32 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。附录 C 中断程序 34 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。附录 D TD200 控制程序 35 鶼渍螻偉阅劍鲰

6、腎邏蘞。基于 PLC 的玻璃造型生产线控制系统的设计摘要： 根据控制系统的控制要求，完成玻璃造型生产线的控制系统设计，即在玻璃生产 过程中，需要对生产出的纵向运动的板材进行定尺寸切割， 并且切割是精确定尺寸的， 这 就要求在对运动板材测量的同时进行快速准确的切割。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。在该课题的设计中， 主要包括控制系统的主电路设计、 控制电路设计、 控制系统控制 程序设计、 HMI 人机界面的编程与组态以及光电编码器的选型与应用。 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。设计一种基于 PLC 的玻璃造型生产线控制系统。硬件方面：系统采用 PLC 为中心控 制器，通过旋转编码器测得各方向电机的旋转频率并转换为

7、高速计数脉冲送入 PLC 中进 行计数运算可获得刀具或水平台行进的精确位移量， 将其与设定的初值相比较， 当达到设 定值时 PLC 复位相应的方向电机线圈使其停车，输出高电平使切割电动机工作以实现精 准切割。系统的操作控制、实时数据的采集和动作过程的监视、各种参数的显示和设定， 由挂接在 PLC 上的人机界面来实现。软件方面：根据设计的思想进行了实现系统功能的 梯形图的设计，并利用 S7-200 的 STEP-Micro/WIN 编程软件进行编程，它可以方便地在 Windows 环境下对 PLC 进行编程、调试、监控，且编程方便、快捷。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 关键词 ：PLC；STEP-Mi

8、cro/WIN ；HMI 人机界面；光电编码器；高速计数器Glass Molding Production Line Control System Design 銚銻縵哜鳗 鸿锓謎諏涼。Based on PLCAbstract : According to the control requirements of the control system, control system design of the finished glass molding line, namely in the glass production process, need sheet on longitudina

9、l motion produced by fixed size cutting, and the cutting is exact size, which requires fast and accurate cutting on the moving plate measured simultaneous挤ly貼. 綬电麥结鈺贖哓类。In the process of design, including the design of main circuit, control circuit design, programming and configuration system contro

10、l program design, HMI interface and photoelectric encoder selection and application of control system.Control system design of a PLC glass molding production line based on. Hardware: the system adopts PLC as central controller, the rotating frequency through the rotary encoder to measure the directi

11、on of motor and converted to high speed counting pulse counting algorithm for precise displacement tool or platform moving into PLC, and set the initial value comparison, when reaching the set the direction of motor coil value PLC reset some of the parking, output high level so that the cutting moto

12、r work to achieve precision cutting. The operation control of the system, various parameters acquisition and action process monitoring, real-time data display and set, by hanging in the PLC on the human-machine interface to achieve. Software design: according to the idea of the design of ladder diag

13、ram to realize the function of the system, and the use of S7-200 programming STEP-Micro/WIN programming software, it can be easily in the environment of Windows PLC programming, debugging, monitoring, and convenient for programming, and fast.赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。Key words: PLC; STEP - Micro/WI2; Human-machine

14、 interface; Photoelectric encoder. High speed counter塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。II引言在当今的玻璃生产行业中， 造型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。随着新产品、 新 工艺、新技术的广泛运用， 基于 PLC 的智能化精密切割将成为切割行业今后发展的趋势。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。传统的玻璃造型生产线采用继电器、 时间继电器控制方式， 但控制系统接线复杂， 系 统的可靠性较低， 维修

15、维护费用大。 最主要的问题是在自动控制中， 由于采用时间继电器 定时控制切割时间， 定时精度差， 电机速度受电源波动影响大，因而切割误差较大，降低 成品率，增加抛磨难度。 PLC 是适用于现场运行的微机控制器，抗干抗能力强、编程简 单，价格适中，非常适合用于切割加工机械。在切割方面，因为不同的厚度，以及要求切 割的切割方式形态各异， 如果使用完全的人工操作， 不但很费时间， 同时也浪费人力且效 率低下，给企业带来巨大的人工成本。 最重要的是在切割的过程中会产生大量的粉尘， 对 切割机的操作人员以及附近的人员的身体， 特别是呼吸道肺部有着极大的伤害。 所以如 果能够实现对于板材切割的 PLC 自

16、动控制，操作人员就不用时时刻刻守在机器旁边了， 不但节省了大量的人力和时间，更能够极大的减少切割过程对于人体的伤害。 仓嫗盤紲嘱珑詁 鍬齊驁。基于 PLC 的玻璃造型生产线控制系统的设计， 通过对 PLC、光电编码器与 HMI 人机 界面组态等相关知识的理解与运用， 有利于掌握把理论知识同生产实践相结合， 有利于锻 炼设计控制系统和处理有关问题的能力，促进对自动化控制的认识和理解。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮 绾瀧。第一章 绪论1.1 PLC 的背景随着科学技术的发展， 电气控制技术在各个领域中的到了越来越广泛的应用。 可编程 序控制器（ PLC）的应用使电气控制技术发生了根本的变化。 PLC 是以微处

17、理器为基础， 综合了计算机技术， 半导体技术，自动控制技术， 数字技术和网络通信技术发展起来的一 种通用工业自动控制装置。 PLC 以其可靠性高，灵活性强，使用方便的优越性，迅速占 领了工业控制领域。 从运动控制到过程控制， 从单机自动化到生产线自动化乃至工厂自动 化，从工控机器人，数控设备到柔性制造系统（ FMS），从集中控制系统到大型集散控制 系统， PLC 均充当着重要角色，并展现出强劲的态势。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。1.2 PLC 的应用领域目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽 车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为

18、如下几类。 瑣 钋濺暧惲锟缟馭篩凉。（1）开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、 顺序控制，既可用于单台设备的控制， 也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、 印 刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。（2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都 是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量， 必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital ） 之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC厂家都生产配套的 A/D 和D/A 转换模块，使可编程控

19、 制器用于模拟量控制。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。（3）运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开 关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构， 现在一般使用专用的运动控制模块。 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都 有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。（4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序， 完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较 多的调节方法。大中型

20、PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合 有非常广泛的应用。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。（5）数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、 函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、 排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在 存储器中的参考值比较， 完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置， 或将它们打印制表。 数据处理一般用于大型控制系统， 如无人控制的柔性制造系统； 也可 用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一

21、些大型控制系统。 詩叁撻訥烬忧毀厉 鋨骜。（6）通信及联网PLC通信含 PLC间的通信及 PLC与其它智能设备间的通信。 随着计算机控制的发展， 工厂自动化网络发展得很快，各 PLC厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的 网络系统。新近生产的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 PLC的应用领域仍在扩展， 在日本， PLC 的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域： 中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关连的机器、 与环境关连的机器，而且均有急速的上升趋势。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。值得注意的是，随着 PLC、 DCS 相互渗透

22、，二者的界线日趋模糊的时候， PLC 从传 统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。1.3 PLC 的发展历程Programmable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Controller （PC

23、）。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。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， 专为在工业环境下应用而设计。 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。 稟 虛嬪赈维哜妝扩踴粜。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 3040%。在这时期， PLC 在处理模拟

24、量能力、数字运算能力、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。 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。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。 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。1.4 本设计的主要内容 此次控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。 硬件方面：系统采用 PLC 为中心控制器，通过旋转编码器测得各方向电机的旋转频 率并转换为高速计数脉冲送入 PLC 中进行计数运算可获得刀锯或水平

25、台行进的精确位移 量，将其与设定的初值相比较， 当达到设定值时 PLC 复位相应的方向电机线圈使其停车， 输出高电平使切割电动机工作以实现精准切割。 系统的操作控制、 实时数据的采集和动作 过程的监视、各种参数的显示和设定，由挂接在 PLC 上的人机界面来实现。 钡嵐縣緱虜荣产涛 團蔺。软件方面：根据设计的思想进行了实现系统功能的梯形图的设计，并利用 S7-200 的 STEP-Micro/WIN32 编程软件进行编程，它可以方便地在 Windows 环境下对 PLC 进行编 程、调试、监控，且编程方便、快捷。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。第二章 系统硬件设计2.1 系统的设计思想与结构流程图系统的

26、控制要求是实现玻璃的定尺寸切割， 即要求驱动流水线横向运动的电动机 M1 在达到设置尺寸后停止运动， 光电编码器与横向运动电动机 M1 同轴连接， 电动机的水平 驱动位移与光电编码器的脉冲数输出成比例关系，光电编码器的输出与 S7-200 CPU 的高 速计数器输入相连接， 利用高速计数器实时计算光电编码器输出脉冲数， 通过计算即可测 量出横向运动的长度。 TD200 实现长度宽度尺寸的设置和显示功能，人机界面将设置的 相关参数传递给 S7-200 CPU的寄存器，执行用户程序计算当前横向移动距离和设置值的 关系， 切割机构根据限制尺寸实现切割， 待切割完成后， 电动机 M3 驱动切割机构实现

27、纵 向位移，光电编码器测量纵向位移的尺寸，当设置尺寸和测量尺寸相等时，垂直电动机 M2 驱动切割机构垂直位移，行程开关限制垂直电动机行程位置，切割机构垂直运动达到 设置行程后， 完成一次完整的控制任务， 控制系统再次驱动电机进行流水线横向运动。 实 现以上控制任务，控制系统应包括三大部分： 主电路、控制部分和显示部分。因此可以设 计出控制系统的结构流程图。系统结构流程图如下： 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。图 2.1 系统结构流程图2.2 控制系统主要构造及动作过程 主电路表示系统执行机构，包括电动机、光电编码器、 TD200 人机界面、行程开关 和激光切割束。执行机构切割过程：启动机器，先将切割机构

28、回原点，将玻璃板材放置在台面上， 行 程开关检测到玻璃后， 垂直电动机 M2 正转驱动切割机构下行直到预设位置， 根据设置宽 度参数驱动纵向电动机 M3 实现定宽度尺寸， 然后启动横向电动机 M1 驱动生产线水平运 动，达到设置长度后纵向电动机 M3 反转实现定长切割，然后会原点 。当设定值等于预置 值时，断开进给电机的接触器， 电磁离合制动器的离合分离， 刹车起作用以消除推进系统 的惯性，从而实现精准定位。 因此控制系统包括三大部分：横向电动机运动，纵向电动机 正反转运动和垂直电动机正反转运动。 控制系统动作流程图如下图所示： 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。图 2.2 控制系统动作流程图2.3 电气

29、元件的选型2.3.1 电动机选型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。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。采用三相异步电动机控制流水线水平移动和切割刀具的垂直升降运动， 利用直流电动 机控制切割刀具的定长定宽切割， 实现玻璃造型控制系统的设计任务。 流水线的横向运动 是定向单向运动，只需电动机启停运动即可。 切割刀具需要垂直升降运动和正反进给运动， 需要启停和正转反转运动。

30、 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。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。 台面电机的是用来带动玻璃流水线横向运动， 所选的电机功 率要大，转速稍微低即可。 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。刀具进给电机控制材料的进给，定位须准确，采用直流电机 納畴 鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。表 2.1 横向电机 M1 型号参数型号额定电压额定功率额定电流转速效率功率因素最大转矩最小转矩堵转转矩堵转电流额定转矩额定转矩额定转矩额定电流Vk

31、WAr/min%cos倍倍倍倍Y2-112M-238048.1289085.00.882.31.42.27.5表 2.2 垂直电机 M2 型号参数型号额定电压额定功率额定电流转速效率功率因素最大转矩最小转矩堵转转矩堵转电流额定转矩额定转矩额定转矩额定电流VkWAr/min%cos倍倍倍倍Y2-100L2-83801.13.470073.00.692.01.21.85.0表 2.3 纵向电机 M3 型号参数型号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VkWAr/min%r/minkg m2Z2-422201.59.1675074.515000.182.3.2 主电路其他元件选型

32、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， 下面 是电器元器件选择方法。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。（1）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。 KM1 是控制横向运动电机 M1 ，KM2 和 KM3 分别 是控制垂直运动电机 M2 正反转， KM4 和 KM5 分别是控制纵向运动电机 M3 的正反转， KM6 控制激光束的启停。 KM7 和 KM8 控制电磁离合制动器，刹车时给电机其精确定位 的。 灭嗳骇諗鋅猎

33、輛觏馊藹。（2）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公式决定熔体额定电流 Ie：铹 鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。Ie=Id2.53 （2.1）对起动时间长或较频繁起动，按下公式决定电流 Ie：Ie=Id1.6 2.0（2.2）式中， Id 为电动机的起动电流。FU1

34、选用 RT16-00C型，其主要技术参数：额定电流 16A ，额定电压 500V，额定功率 1.14W。FU2 选用 RT16-00C型，其主要技术参数：额定电流 6.5A ，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 3A ，额定电压 500V，额定功率 0.31W（3）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。 攙閿频嵘陣澇諗谴隴

35、泸。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。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。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 T

36、H 或符合防爆、防尘、防滴等使用要求的产品） 。夹覡闾辁駁 档驀迁锬減。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。对特重任务电机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可 达 600 12000 次 /h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命 及起动电流选用，接触器型号选 CJl0Z，因此 KM1 、KM2 、KM4 KM6 选用 C

37、Jl0Z型。 AC 3 笼型感应电动机的启动、分断风机，泵等负载，所以 KM2 选用 AC-3 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 。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。（4）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

38、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（ 56 I e ）时不受影响。 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。在热继电器的选择方面还要注意以下的几点： 原则上，热继电器的额定电流应按电机的额定电流选择。 在不频繁启动的场合，要保证热继电器不会应电机的启动而起误动作。 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

39、1.58A。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。 电气元件清单如下表：表 2.4 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10接触器6个热继电器3组按钮1个行程开关3个电动机3台电磁刹车2个图 2.3 系统主电路图2.4 控制系统控制电路设计控制系统的控制电路由 PLC、光电编码器、按钮、接触器和行程开关组成。按钮包 括启动按钮和急停按钮， 用来实现设备的启动和停止。 光电编码器和电机相连， 光电编码 器的 A 相与 PLC 高速计数器输入端相连接，利用高速计数器实现定长定宽切割。 PLC 的 输出部分为接触器线圈，控制电动机正反转运动。 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。根据系统控制要求

40、，控制电路中输入部分包括： 2 个光电编码器输入、一个急停按钮 输入和 3个行程开关输入。 输出部分包括：控制电动机启动停止的 5个接触器和激光束开 关的接触器。 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。112.4.1 PLC 的选型S7-200不同的 CPU模块的性能有较大的差别， 在选择 CPU模块时，考虑本机 I/O 点 的点数、通信接口和高速计数器数量，综合考虑性价比，尽可能降低硬件成本。 镞锊过润启 婭澗骆讕瀘。根据控制系统 I/O 分配表和所需高速计数器数量，考虑性价比的情况下， CPU222 本 机数字量 I/O 共有 8入/6出，具有 HSC0，HSC35 共 4 路高速计数器输入，而且性价比

41、相对较高，因此选择 CPU222 模块作为控制部分的 CPU，选择接触器输出型 PLC，电源 选用 AC 电源。 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。根据系统控制要求， I/O 点分配情况如表 2.5 所示：表 2.5 I/O 分配表I/O 分配表输入 I输出 Q输入器件符号I输出器件符号Q动作横向编码器A相I0.4接触器KM1Q0.1主轴进给纵向编码器A相I0.1接触器KM2Q0.5升降电机上升急停按钮SB1I0.2接触器KM3Q0.4升降电机下降上限开关SQ1I0.3接触器KM4Q0.2刀具电机正转下限开关SQ2I0.5接触器KM5Q0.3刀具电机反转行程开关SQ3I0.6接触器KM6Q0.6激光束启停

42、2.4.2 高速计数器普通计数器受 CPU 扫描速度的影响，是按照顺序扫描的方式进行工作，在每个扫描 周期中，对计数脉冲只能进行一次累加：对于脉冲信号的频率比 PLC 的扫描频率高时， 如果仍采用普通计数器进行累加，必然会丢失很多输入脉冲信号，在 PLC 中对比扫描频 率高的输入信号的计数也可使用高速计数器指令来实现。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。S7-200 PLC 有六个高速计数器，其占有的输入端子各不相同，且不同的输入端有专 用的功能，如：时钟脉冲端、方向控制端、复位端、启动端等。高速计数器共有 12 种工 作模式，其工作模式和输入端子表如表 2.6 所示。 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。高速计数器有

43、四种计数方式：（ 1）单路脉冲输入的内部方向控制加 /减计数：即只有一个脉冲输入端，通过高速计 数器的控制字节的第 3 位来控制做加计数或者减计数。该位为 1，加计数；该位为 0，减 计数。 该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。（ 2）单路脉冲输入的外部方向控制加 /减计数：即有一个脉冲输入端，有一个方向控制端，方向输入信号等于 1时，加计数；方向输入信号等于 0 时，减计数。如图所示为外12 部方向控制的单路加 /减计数。该计数方式可调用当前值等预设值中断和外部输入方向改 变的中断。 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。（3）两路脉冲输入的单相加 /减计数。即有两个脉冲输入端，一个是加计数脉冲，一 个是减计数脉冲， 计

44、数值为两个输入端脉冲的代数和， 该计数方式可调用当前值等预设值 中断和外部输入方向改变的中断。 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。（4）两路脉冲输入的双相正交计数。即有两个脉冲输入端，输入的两路脉冲A 相、B 相，相位互差 90（正交）， A 相超前 B 相 90时，加计数； A 相滞后 B 相 90时， 减计数。在这种计数方式下，可选择 1x 模式（单倍频，一个时钟脉冲计一个数）和 4x 模式（四倍频，一个时钟脉冲计四个数） 。鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。控制字节定义了计数器和工作模式之后， 还要设置高速计数器的有关控制字节。 每个 高速计数器均有一个控制字节， 它决定了计数器的计数允许或禁用， 方向控制 （

45、仅限模式 0、1和 2）或对所有其他模式的初始化计数方向，装入初始值和预置值。 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。系统控制部分有两个高速计数输入， 根据表 2.6 每个高速计数器占用不同的输入端子， 且计数器占用的输入端子不能另作它用， 考虑节约 I/O 点数和经济成本， 在满足控制要求 的前提下，选择高速计数器 HSC3 和 HSC5。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。表 2.6 高速计数器工作模式和输入端子表功能及说明占用的输入端子及其功能HSC 编号及 其对应的 输入端子 HSC 模式HSC0I0.0I0.1I0.2HSC4I0.3I0.4I0.5HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I0.2I0.3

46、I1.4I1.5HSC3I0.1HSC5I0.40单路脉冲输入的内部方向控制脉冲输入端1加减计数。控制字 SM37.3=0 ，复位端2减计数； SM37.3=1 ，加计数复位端启动3单脉冲输入的外部方向控制脉冲输入端方向控制端4加减计数。方向控制端 =0 ，复位端5减计数；方向控制端 =1 ，加计数复位端启动6两路脉冲输入的单向加减计数加计数脉减计数脉7加计数有脉冲输入，加计数；冲输入端冲输入端复位端8减计数有脉冲输入，减计数复位端启动9两路脉冲输入的双向正交计数， A 相A 相脉冲B 相脉冲10脉冲超前 B 相脉冲，加计数；输入端输入端复位端11A 相脉冲滞后 B 相脉冲，减计数复位端启动1

47、32.4.3 光电编码器光电编码器是集光、 机、电技术于一体的数字化传感器， 可以高精度测量被测物的转 角或直线位移量。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。 此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差 90o的两路脉冲信号。 浹繢腻叢着駕骠

48、構砀湊。光电编码器按测量方式可分为旋转编码器和直尺编码器； 按编码方式的分为绝对式编 码器、增量式编码器和混合式编码器。 鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。绝对式编码器是用光信号扫描分度盘上的格雷码刻度盘以确定被测物的绝对位置值， 然后将检测到的格雷码数据转换为电信号以脉冲的形式输出测量的位移量。 其特点是： 输 出的位置数据唯一且掉电后数据不会丢失。 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。增量式旋转编码器是用光信号扫描分度盘， 通过检测、 统计信号的通断数量来计算旋 转角度。其特点是：编码器输出的位置数据是相对的， 旋转角度的起始位置可以任意设定， 掉电后数据丢失。 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。混合式旋转编码器是用光信号扫描

49、分度盘， 通过检测、 统计光信号的通断数量来计算 旋转角度，同时输出绝对旋转角度编码与相对旋转角度编码。 具备绝对编码器的旋转角度 编码的唯一性与增量编码器的应用灵活性。 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。根据增量式编码器、 绝对式编码器和混合式编码器的特点， 增量式编码器具有分辨能 力强、测量范围大且、适应大多数情况且性价比较高等优点，因此选用增量式编码器。 薊 镔竖牍熒浹醬籬铃騫。编码器的电路信号输出种类，主要是针对要连接编码器信号的计数器、 PLC、人机界 面等，它们能接受或要求传感器输出信号。 因此选用编码器必须了解控制器规格或使用环 境。 齡践砚语蜗铸转絹攤濼。2.4.4 系统控制部分电路图控制

50、系统的控制电路由 PLC、TD200、光电编码器、按钮、接触器和行程开关组成。 TD200 人机界面用来显示当前设定长度和宽度数值，包括用户界面和相关操作提示以及 启动、停止、参数设置按钮，可以满足系统启动、停止，实现长度和宽度等参数的设置。 按钮包括急停按钮， 用来实现设备的紧急停止。 光电编码器和电机同轴相连， 光电编码器14的 A 相与 PLC 高速计数器输入端相连接，利用高速计数器设置值和当前值比较，相等时 产生中断， 表示达到设定的长度或宽度， 启动激光束切割玻璃板材， 驱动电动机进行定长 定宽切割。 PLC 的输出部分为接触器线圈，控制横向电动机水平运动实现玻璃板材长度 测量，驱动

51、纵向电动机实现定宽运动，垂直电动机正反转实现切割刀具向上和向下运动。 PLC 的硬件接线图如图 2.4 所示。 绅薮疮颧訝标販繯轅赛。图 2.4 PLC 接线图2.5 控制系统 HMI 人机界面S7-200 TD 设备是一种低成本的人机界面（ HMI ），使操作员能够与应用程序交互。可以使用 TD 设备组态一组层级式用户菜单， 从而提供更多应用程序交互结构。 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。15TD 设备与 S7-200系列 PLC 通过 TD/CPU（RS485 接口）电缆建立通信， 默认 TD 设 备的通信地址为 1，S7-200 的地址为 2。同时 S7-200通过电缆为 TD 设备提供直流 24

52、V 电源。 TD200、TD200C 和 TD400C 还可以由独立的 24V 直流电源供电。 烴毙潜籬賢擔視蠶贲 粵。S7-200 TD设备是一个 2行或 4行的文本显示设备， 可以连接到 S7-200 CPU。S7-200 TD 设备可用于查看、监视和改变用户程序的过程变量。 S7-200 TD 产品系列提供了四种 TD 设备：TD 100C、TD200、TD200C 和 TD400C。查看用户菜单和屏幕的层级，通过这 些可以实现操作员与应用程序或过程处理交互使用 STEP 7-Micro/WIN 的文本显示向导 可以创建这些用户菜单和屏幕，显示由 S7-200 CPU 生成的报警 鋝岂涛

53、軌 跃轮莳講嫗键。文本显示 （TD） 设备的功能，可以使用 TD 设备来执行以下任务：（1）使用 STEP 7-Micro/WIN 的文本显示向导可以定义这些报警。（2）修改指定的程序变量。（3）使用 TD 设备可以将变量定义为文本字符串或数字字符串。（4）文本字符串变量中的所有字符均可编辑 。（5）数字字符串（6）TD 设备允许定义字、双字或实数类型的变量。（7）强制或取消强制 I/O 点可以将 S7-200 CPU 中的各个 I/O 。（8）点强制设为开 on或关 off 仅 TD 200C、TD200和 TD 400C。（9）设置时间和日期 S7-200 CPU 支持实时时钟。（10）T

54、D200C 和 TD 400C 提供其它用于与 S7-200 CPU 进行交互的功能。（11）可以改变 S7-200 CPU 的操作模式 RUN 运行或 STOP停止 。（12）可以对存储在 S7-200 CPU 存储区中的数据进行访问和编辑。 根据控制要求，本着在满足控制功能的前提下降低成本的原则，选择 S7-200 TD200 作为控制系统的人机界面。 撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。16图 2.5 TD200 人机界面控制面板第三章 系统软件设计3.1 控制系统主程序设计针对本课题控制要求，设计的 PLC 控制系统，通过 HMI 人机界面完成对玻璃长、宽 等参数的设置，利用 S7-200 系列 P

55、LC 对台车电机、升降电机、进刀电机的运动控制。设 计控制系统主程序的流程图如图 3.1 所示：踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。17开机初始化台刀、刀具复位延时到否？警示提示刀具进给切割警示提示进刀编码器到 位？Y刀具下降切割升降到位？N延时到否？YY延时到否？YN参数是否变化？ 参数是否变化？警示提示图 3.1 控制系统主程序流程图为实现系统控制要求， 完成控制任务， 系统需要加入定时安全报警程序， 即每一个动作启动时同时启动定时器， 根据每个动作完成的时间设置定时器的定时时间， 如果系统出现故障，定时时间到而未完成相应动作， 停止后续动作，触发报警动作。 婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。18图 3.2 控制系统主程序顺序功能图 控制系统主要是为了完成玻璃定长定宽的切割， 主程序是控制电动机的设置长度和设 置宽度的定尺寸切割运动，主要完成下降、定宽、横向进给、定长切割和上升运动。在常 用的梯形图设计方法中有经验设计法和顺序功能图设计方法， 在此次主程序设计中采用顺 序功能图设计方法， 全部用寄存器位来代表步具有概念清楚、 编程规范、 梯形图易于阅读 和查错的优点。 利用以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法， 按照步及转换条件设计出 主