编织带自动切带机电气控制

1、 毕业设计用纸中文摘要本课题源于常州伟宇精密机械有限公司与常州轻工职业技术学院的合作项目。本文针对编织带自动切带机电气控制问题，应用台达ASDA-AB伺服控制器和ECMA电子换向式三相永磁同步交流伺服电机构成半闭环位置伺服控制系统，对切带机的走带进行控制，并选用三菱FX1S可编程序控制器与步科MT4300触摸屏构成主控制器，控制整机进行走带、打点、切断的顺序工作，整个系统可以实现手动运行、自动运行和预设工艺参数等功能。本设计采用触摸屏作为人机界面，通过串口与PLC交换数据，实现输入操作与数据显示；采用PLC控制气动系统电磁阀并向伺服系统输出运行脉冲，实现切带机的运行控制；采用交流伺服系统实现走

2、带长度位置控制；采用独立的温控仪实现热切刀的温度控制。在对切带机电气系统使用的PLC及伺服控制技术分析的基础上，设计了电气控制系统的总体方案，给出了整机硬件电路与电气元件清单，进行了触摸屏组态画面设计和伺服控制器参数设置，结合PLC梯形图分析了程序设计思路与主要控制功能。自样机安装后，进行了仿真与联机调试，测试了走带速度、切带精度等指标，并进行了试运行。测试结果表明：本次设计的电气系统应用在切带机上具有控制精度高、操作简便直观、工作可靠、生产效率高等特点，各项性能指标达到设计要求，现已投入小批量生产，供应市场。因此，本文提出的控制方案可满足许多类似工业控制场合的需要，为切带机电气控制提供了一条

3、新的途径。关键词：切带机，伺服控制器，伺服电机，PLC，HMIABSTRACTThis topic originated from the cooperation project between Changzhou Wei Yu Precision Machinery Co. and Changzhou Institute of Light Industry Technology. For the electric control to the automatic cutting machine of braid, the paper applies Delta ASDA-AB se

4、rvo controller and electronic commutation-type three-phase permanent magnet synchronous ECMA AC servo motor to constitute a semi-closed loop position servo control system for running control, and uses Mitsubishi FX1S programmable logic controller and touch panel MT4300 to constitute the main control

5、ler, to control the order of running, RBI and cutting. The entire system can achieve manual, automatic running operation and pre-process parameters and other functions.  The design uses the touch panel as man-machine interface, exchanges data with the PLC through the serial port, and achieves i

6、nput operation and data show. It achieves the running control of cutting machine by using PLC control system with pneumatic solenoid valve and output running pulses to the servo system, the length-position control of running by using AC servo system implementation, and temperature control of ke

7、en knife by using separate temperature controller.  The paper designs the overall program of electrical control system, gives the list of hardware circuits and electrical components, illustrates the design of touch-screen configuration screen and servo controller parameter setting method,

8、and analysis the program design ideas and main control functions by combining PLC ladder program, based on technical analysis to PLC on the electric system of running machine and servo system. Since the prototype is installed, the simulation and on-line debugging are conducted, testing running

9、speed, cutting precision and running them. The test results show that the electric system application on the cutting machine of the design can control with high precision, operate simply and intuitively, work reliably, and have high production efficiency. The performance indicators meet the des

10、ign requirements. Now the design is in small batch production, and supplies market. Therefore, the control scheme proposed in this paper can meet the need for many similar occasions of industrial control, and provide a new way for cutting machine.Keywords: cutting machine, servo controller, ser

11、vo motor, PLC, HMI目 录中文摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 PLC控制技术21.3 交流伺服控制技术41.3.1 位置伺服系统的基本形式41.3.2 半闭环位置交流伺服系统的工作原理51.4 本文内容的安排8第二章 编织带切带机电气系统总体设计92.1 编织带切带机生产工艺概述92.2 电气系统的设计要求112.3 电气系统的控制方案选择112.4 电气系统主要器件的初步选型122.5 小结13第三章 切带机电气系统的硬件设计143.1 切带机电气系统的电源线路143.2 PLC及伺服控制线路153.3 电磁阀驱动线路153.4 电

12、气元件选择163.5 小结17第四章 切带机控制系统的软件设计184.1 触摸屏与PLC参数定义184.2 HMI组态画面设计184.2.1 HMI组态画面项目的创建194.2.2 主要组态画面的设计204.2.3 工程参数调整224.3 伺服控制器参数设置234.4 PLC程序设计244.4.1 PLC的I/O定义244.4.2 系统程序设计流程图244.4.3 PLC程序设计254.5 小结32第五章 PLC控制系统调试335.1 仿真调试335.2 联机调试345.3 小结37第六章 结论与展望386.1 主要结论386.2 进一步的发展方向38参考文献39附录A41附录B42致谢44I

13、II 毕业设计用纸第一章 绪论本次设计的编织带自动切带机由PLC实现过程控制，采用人机界面（Human Machine Interface）设定工艺参数并实时监控，由伺服控制器和伺服电机控制切带速度与走带精度，实现了整机的自动控制，提高了产品质量和劳动生产率。本章介绍了本课题研究的目的和意义、PLC及伺服控制技术（主要包括PLC工作过程、主要功能、与其它工业控制系统的比较、PLC控制系统设计的基本内容）、以及位置伺服系统的基本形式和半闭环位置伺服系统的工作原理。1.1 课题研究的目的和意义编织带切带机主要应用在轻工、机械与包装等行业中，可切断各种惧热材料编织的吊带、围带、腰带、提带等，通过对编

14、织带进行定长打点与切断，供后续工艺加工成各种塑料包装袋。传统的切带机采用人工定尺、计量，并由人工或机械切断，存在生产效率低、定尺精度低、断头有毛刺及产品质量差等缺点1，因而如何实现编织带的自动进料、定尺、打点与切断，提高切带机的可靠性与控制精度，实现人性化的易用操作，提高生产效率是一个亟待解决的具有很强现实工程意义的重要课题。切带机电气控制系统主要应解决的问题有：切带速度的控制、走带精度的控制、工艺参数的调整2。针对上述情况，本文设计了一台由PLC控制并能自动供料的切带机，由人机界面（Human Machine Interface）设定工艺参数并实时监控，伺服控制器和伺服电机控制切带速度与走带

15、精度，实现了整机的自动控制，提高了产品质量和劳动生产率。人机界面（HMI）设备允许以图形形式显示所连接的PLC工作状态、当前过程数据及故障信息，用户可使用HMI方便地操作和观测正在监控的设备或系统，目前已经成为现代工业控制系统中不可缺少的设备之一，得到越来越广泛的应用3。在控制系统中配合使用HMI与PLC，既可以减少按钮、指示灯、继电器、显示仪表等的数量，又可以大大简化硬件电路设计，优化硬件布局，提高系统的可靠性。伺服系统是使物体的位置、方位、状态等被控量能够跟随输入目标（或给定值）而任意变化的自动控制系统，其主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、

16、速度和位置控制得非常灵活、方便3。本文设计的切带机采用交流伺服电机驱动，利用其运行效率高、转动惯量小和转矩脉动小等特点4 5，配合光电编码器，使系统具有精度高、可控性好、稳定性高和响应速度快等基本性能。1.2 PLC控制技术(1) PLC控制概述可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程7。PLC内部有许多不同功能的器件，实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的，例如输入继电器X是由输

17、入电路和映象输入接点的存储器组成；输出继电器Y是由输出电路和映象输出接点的存储器组成；定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z等都是由存储器组成的，PLC采用循环扫描技术，可以分为3个阶段：输入阶段、执行程序阶段和输出阶段8.(2) PLC的主要功能PLC的功能主要有条件控制功能、定时/计数控制功能、 数据处理功能、步进控制功能、A/D与D/A 转换功能、运动控制功能、过程控制功能、 扩展功能、远程I/O功能、 通信联网功能、监控功能。（3）PLC控制系统设计的基本内容PLC控制系统设计的基本内容主要包括9：a. 选择用户输入设备（HMI、操作开关、限位开关和

18、传感器等）、输出设备（继电器、接触器和信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。bPLC的选择。c分配I/O点、绘制PLC的I/O接口图。d设计控制程序。(4)PLC与其它工业控制系统的比较在现代工业设备及自动化项目中，遇到大量的开关量、脉冲量及模拟量等控制装置。目前，工业界比较有代表性的控制方式主要有以下几个类别:继电器控制系统，单片机控制系统，微型计算机系统，集散型控制系统29。a.PLC与继电器控制系统的比较 继电器控制是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串、并联及时间继电器的延迟动作来组成控制逻辑，其缺点是一个系统一旦确定就很难轻易再改动。而PLC是利用其内部的

19、存储器以数据形式将控制逻辑存储起来的，其对外部的联系只有I/O点，只要输入输出对象不变，就无须对硬接线作任何改动，只要改变PLC内存储器的内容，也就可以实现更改控制逻辑的目的。b.PLC与单片机控制系统比较虽然单片机的价格低廉，但它存在着编程难、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍较差等缺点，尽管其有较强的数据处理能力，但在开关量较多的工业控制中其长处得不到发挥。现代PLC的核心就是单片微处理器，是专门设计的工业控制装置，虽然PLC也有必不可少的软件开发过程，但与单片机相比，编程简单、开发周期短，现场就可以开发调试。单片机控制系统仅适用于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU、内存容量及I

20、/O接口的限制；软件上主要受限于与CPU类型有关的编程语言。一般说来单片机系统的应用只是为某个特定产品服务的,其通用性、兼容性和扩展性都相当差。c. PLC与计算机控制系统的比较 微型计算机是为科学计算、数据处理等而设计的，尽管两者在技术上都采用了计算机技术，但由于使用对象和环境的不同，PLC较之微机系统具有面向工业控制,抗干扰能力强,适应工程现场的温度、湿度环境,输入、输出均采用隔离技术，使用面向工业控制的专用语言使编程及修改方便，并有较完善的监控功能。而微机系统则不具备上述特点，一般对运行环境要求苛刻，使用高级语言编程，要求使用者有相当水平的计算机硬件和软件知识。此外，微机系统的外设配备较

21、多，有些对工业控制并非必须。因此PLC显然较微机系统更适合于工业控制。d. PLC与集散型控制系统的比较集散控制系统DCS ( Distributed Control System)是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，它在模拟量处理，回路调节等方面有一定的优势。随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上，都有很大的提高。随着网络通信功能的不断增强，PLC与PLC及计算机的互联，可以形成大规模的控制系统，在数据高速公路上(Data Highway)挂接在线通用计算机，实现在线组态、编程和下装，进行在线监控整个生产过程，这样就己经具备

22、了集散控制系统的形态，加上PLC价格和可靠性优势，使之可与DCS相互竞争与补充。由于以上的原因，可以预见随着PLC成本的下降和机器要求的提高，将很快在大部分场合取代继电器控制屏。无论是与传统的继电器、接触器控制逻辑相比，还是与现代的微型计算机系统乃至专用于控制的单片机相比，在工业控制方面PLC都具有明显的优越性。尤其是对生产流水线、动作复杂的单机，比起前述几种控制手段来具有寿命长、可靠性高、对环境无特殊要求、开发费用低、周期短,无需专门的计算机软、硬件知识就可在短期内掌握，功能扩展方便，成本可为一般用户所接受等优点，是现代机电一体化产品控制装置的理想选择。1.3 交流伺服控制技术1.3.1 位

23、置伺服系统的基本形式根据应用场合和对控制性能要求的不同，位置伺服系统具有多种不同的结构形式，按照系统的构造特点，大体上可以将其分为四种基本结构类型。（1）开环位置伺服系统开环位置伺服系统是一种没有位置反馈的位置控制系统。它的位置伺服精度只能靠伺服机构本身的传动精度来保证，典型结构如图1.1所示。这种开环位置伺服系统仅适用于那些对位置控制精度要求不高、位移速度较低的简易型数控系统。但由于它结构简单、造价低、调试容易，所以仍被广泛用于各种低档的位置控制系统。图1.1 开环位置伺服系统（2）半闭环位置伺服系统半闭环位置伺服系统是具有位置检测和反馈的闭环控制系统。它的位置检测器和伺服电机同轴相连，可通

24、过它直接测出电动机轴旋转的角位移，进而推知当前执行机械的实际位置。它只能直接地检知当前的位置信息，且也难以随时修正、消除因电动机轴后传动链引起的位置误差。半闭环位置伺服系统结构如图1.2所示10。半闭环位置伺服系统在它的闭环中非线性因素少，容易整定，还可以比较方便地通过补偿来提高位置控制精度。此外，半闭环的结构使它的执行机械与电气自动控制部分相对独立，系统的通用性增强，因而这种结构是当前国内外数控机床等伺服系统中最普遍采用的方案。图1.2 半闭环位置伺服系统（3）全闭环位置伺服系统全闭环位置伺服系统典型构成方法如图1.3所示。它将位置检测器件直接安装在机床工作台上，从而可以获取工作台实际位置的

25、精确信息，通过反馈闭环实现高精度的位置控制11。在实际应用时，由于机械部分也被包含在位置闭环中，伺服的电气自动控制部分和执行机械不再相对独立，传动的间隙、摩擦特性的非线性、传动链的刚性等都将会影响控制系统的稳定，使系统容易产生机电共振和低速爬行。这就给全闭环位置伺服系统的设计带来了困难，也不利于降低成本。图1.3 全闭环位置伺服系统（4）混合闭环位置伺服系统对有的执行机械，位置伺服系统采用半闭环虽然容易整定，但很难补偿其机械传动部分引起的位置误差，使位置控制精度不能达到要求的指标；采用全闭环结构系统又很难整定，系统闭环后因环内多种非线性因素诱发的振荡很难消除。于是，人们提出一种混合闭环结构的位

26、置伺服系统方案，如图1.4所示。图1.4 混合闭环位置伺服系统1.3.2 半闭环位置交流伺服系统的工作原理半闭环位置交流伺服系统的基本硬件结构通常如图1.5所示。+-+-图1.5 交流伺服系统硬件框图在半闭环位置交流伺服系统中，电机主体常采用永磁同步式交流伺服电机，而伺服驱动器通常是采用电流型脉宽调制(PWM)三相逆变器和具有电流环为内环，速度环为中间环，以位置传感器来控制定位的位置环外环的多环闭环控制系统，其外特性与直流伺服系统相似，以足够宽的调速范围(1: 10001: 10000)和四象限的工作能力来保证它在伺服控制中应用12。新型的交流伺服技术是采用了机电一体化设计，与永磁同步电机同轴

27、安装转子位置传感器，采用特殊的控制方法，将同步电机改造成为具备与直流伺服电机相类似的伺服性能。 速度指令和速度反馈信号在速度控制器的输入端进行比较，速度控制器的输出信号为电流指令信号，这是一个表征电流幅值的数字量。由于是交流电机，要求在其定子绕组中通入交流电流，通常由DSP计算、控制，获得交流电流指令，交流电流指令值与电流反馈信号相比较后，差值送入电流控制器。依靠电流控制回路的高速跟踪能力，使在电机定子电枢绕组中产生出波形与交流电流相似但幅值要高的多的正弦电流，该电流与永磁体相互作用产生电磁转矩，推动交流伺服电机运动。 交流伺服系统通常有方波和正弦波驱动两种工作模式，两者有明显区别13。（1）

28、方波驱动的永磁交流伺服电机的工作原理 对于三相永磁交流伺服电机，转子相对于定子转过一对极矩的角度，即电气角为360度的一个电气周期内，可均分为6个区间，或者说，三相绕组导通状态分为6个不同的状态。对常用的三相Y型接法，三相公共点为O，相绕组三端A, B, C连接到由六个大功率晶体管开关组成的三相桥式逆变器三个桥臂的中心点上，由转子位置传感器作用，控制逆变器开关实现如下顺序的电源导通：AB，CB，CA，BA，BC，AC(产生正转矩)，如果要产生反转力矩则反向导通。这6个状态中的任一状态仅有两个绕组串联导通，一相正向导通，一相反向导通，而另一个绕组端对应的桥臂上下均不导通。这样，观察任意一相绕组，

29、它在一个电气周期内，有120度是正向导通，然后60度不导通，再120度反向导通，最后60度不导通。在一相绕组正向导通120度的范围内，输入恒值相电流I，它的一相绕组感应电势为恒值E，产生的电磁功率为P，对应的电磁力矩为T它们的对应关系由下式表示： T P / EI/ KH I （1.1）考虑到该相反相导通120度时的电磁力矩，则在一个360度电气周期内该相的平均电磁力矩为T： T2/3KEI KE EI三相合成的电磁力矩Te：Te3T2KE I （1.2）或 TeKTI KT2 KE （1.3）式中， 转子速度(rad/s )KE每相反电势系数(V/rad*s-1)KT 电机的力矩系数(Nm/

30、A )上述理想状态下，方波驱动永磁交流伺服电机有线性的力矩/电流特性。实际上，由于每相反电势梯形波平顶部分的宽度很难达到120度，平顶部分也不可能做到绝对的平坦无波纹，加上齿槽效应的存在和换相过渡区的不理想等原因，力矩波动不可能为零。良好设计的电机和驱动器电路可得到低于7%的力矩波动水平。（2）正弦波驱动的永磁交流伺服电机工作原理 这种交流伺服电机的每相绕组反电势和输入电流波形都是正弦波，符合一般交流同步电机的常规概念。一般以交流正弦波电源供电的同步电机，它的工作频率是由外部电源给定的，相电压、相电流和反电动势的幅值和相位关系是由电机阻抗通过相量图关系来确定的，每相绕组的相电流和反电势一般都是

31、不重合的。但是，正弦波驱动的永磁交流伺服电机则完全不同。首先，它的反电势和相电流频率由转子转速决定。正弦波相电流是由电路强制产生，并且由驱动器强制得到此电流与该相反电势同相。这就是通过转子位置传感器检测出转子相对定子的绝对位置，由伺服驱动器的电流环实现的。正弦波驱动是一种高性能的控制方式。电流是连续的，理论上可获得与转角无关的均匀输出力矩，良好设计的系统可作到3%以下的低速力矩波纹。因此具有优良的低速平稳性，同时也大大改善了中高速力矩时的特性。铁心中附加损耗较小。从控制角度来说，可在小范围内调整相电流和相电势相位，一定程度实现强磁控制，拓宽高速范围。1.4 本文内容的安排本文共分为六章。第一章

32、为绪论，介绍了本课题研究的目的和意义，编织带切带机控制技术的的发展概况；及PLC、伺服控制技术，主要包括PLC工作过程、主要功能、与其它工业控制系统的比较、PLC控制系统设计的基本内容，以及位置伺服系统的基本形式和半闭环位置伺服系统的工作原理。第二章介绍了编织带切带机生产工艺、电气系统的设计要求，对电气系统的控制方案与主要控制器件也进行了简单的选型介绍。第三章依次分析了切带机电气系统的电源线路、PLC及伺服控制线路和电磁阀驱动线路，并选择了电气元件参数，给出了元件的具体型号，对系统的硬件设计进行了具体描述。第四章介绍了切带机控制系统的软件设计，包括触摸屏与PLC的参数定义、HMI组态画面设计、

33、伺服控制器参数设置，以及PLC程序设计等。第五章通过仿真实验与现场测试，分析了电气系统的控制效果，并对调试过程中出现的现场问题与解决方法进行了说明，验证了本次电气系统设计的有效性和先进性。第六章总结本文所做的主要工作，并对今后需要进一步研究的问题进行了简述和展望。共48页 第43页第二章 编织带切带机电气系统总体设计本章介绍了编织带切带机的运行工艺与电气系统的设计要求，进而给出了系统的总体控制方案与主要器件的初步选型，其中包括PLC、HMI、伺服控制器、伺服电机、光电编码器等器件的型号，构建了电气系统框图。2.1 编织带切带机生产工艺概述本文设计的自动切带机的基本操作流程如图2.1所示。开机后

34、切刀自动恒温加热，为保证可靠整齐地切断编织带做好装备；触摸屏可以设定切断长度、打点个数与距离、切断条数等参数，并可选择工作方式；如果是自动方式，将自动按照设定参数，进行走带打点切断的顺序工作，完成切断条数后自动停止并换托，为下次工作做准备；如为手动操作方式，可以手动打点、切带等操作。图2.1 基本操作流程图切带机主要由主控制器（PLC与HMI）、进带送带机构、打点机构和切断推带机构四部分组成，见图2.2。打点进带压带压辊送带切带推带控制器图2.2 切带机主要机构示意图（1）主控制器（PLC与HMI）是用来采集设定值并发出各种控制信号的控制中心。（2）进带送带机构用以将编织带送进切带机，按要求走

35、带，供后面机构进行打点与切断，如图2.3所示。它由两个橡皮辊组成：其中上辊为从动辊，可旋转且固定于一支架，通过调节支架的弹簧可以适度改变两辊之间的压力；下辊为主动辊，它固定于机架并由伺服电机驱动旋转，上下两辊之间的压力使编织带随下辊的旋转而进给，以达到送带的目的。图2.3 送带机构结构示意图（3）打点机构由气动系统驱动，完成编织带上根据不同工艺要求的打点穿孔。气动系统由机械手摆动气马达、机械手伸缩气缸、取带气缸、送带气缸、升降气缸(单作用)、压辊气缸(单作用)和真空发生器组成，其中打点机构局部气动回路如图2.4所示。气缸速度由安装在气缸接口的单向限流阀调节，1B1和1B2为安装在打点缸的两个极

36、限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在打点缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制打点缸和压辊缸的电磁阀的电磁控制端，可在电气控制信号的作用下控制气缸的动作。通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。气动系统除驱动打点机构外，还分别通过三个电磁阀驱动切断推带机构、压带滚轮和压辊滚轮，以保证走带平稳与切断。图2.4 打点机构局部气动回路图（4）切断推带机构用以切断编织带，并在切完后自动推开切下的带子。它由驱动机构和热刀刀片组成，刀片通过一曲柄由气缸带动来完成切断动作，这一动作也作为切断计数的依据。2.2 电气系统的设计要求电气系统的基本设计要求如下：（1）可编

37、织带加工尺寸：可切断的编织带最大宽度为200mm，切断长度范围大于0.031000m。（2）最大打孔点数：45点，各点之间距离可非均匀设定。（3）打孔密度：每米1626孔。（4）走带速度：最高速不低于6m/min，速度范围可0100%调节（20%以下低速性能不作要求）。（5）切断精度：切断长度的精度控制在±1%。（6）自动操作性：可根据需要设定切带类型、切带带数、切带长度、打孔数目、进给速度等数据。（7）热切刀温度:室温200可调。（8）成本控制：整机成本控制在2万元,其中电气系统成本控制在0.6万元。在成本允许的前提下，尽量提高设备的技术档次，提高设备生产效率和使用效率。（9）其他

38、：易用、易维护、高可靠、易开发，可以根据不同用户的要求，方便地进行操作画面等小的改动。2.3 电气系统的控制方案选择（1）控制器选择。PLC易用与高可靠性，故选择PLC控制方案。（2）操作与显示器件选择。触摸屏可以同时进行输入操作与数据显示，尤其可方便地实现操作画面的改变，利于提高设备的档次，故选择触摸屏作为系统的人机界面。（3）进带送带驱动选择。进带送带可采用伺服独立驱动方式14。由于送带速度范围较广，一般可以采用伺服系统或变频系统驱动，考虑到交流伺服系统与一般的变频系统相比，具有速度控制范围广、转矩特性在高低速运转时恒定，最大转矩大等优点15，且加速特性近似直线，位置控制时有利于准确定位1

39、6，故选择交流伺服系统驱动。另外由于精度要求不是很高，直接采用伺服控制器+伺服电机+编码器的半闭环系统已经能够达到精度与调速要求，故无需将编码器信号送入PLC形成运算处理。（4）切带、打点、压辊、压带、推带驱动选择。控制气动系统中相应电磁阀的得电与失电可以完成这些动作，故简单的开关量控制就可以满足要求。（5）热切刀温度控制选择。基于热切刀的温控要求一般，可以选择市售的温控仪表进行控制。2.4 电气系统主要器件的初步选型（1）PLC选型。由于采用了人机界面，大量数据通过通讯电缆在HMI与PLC中间传送，而PLC只有伺服正反转、气动系统电磁阀等输出信号，可选择三菱FX1S系列。（2）HMI选型。在

40、选择触摸屏（HMI）时，只需要两色屏或一般彩色屏，所以可以选用MT5000/MT4000系列作为本机触摸屏。（3）交流伺服系统选型。主要考虑操作接线简单、通讯没有偏差、抗干扰性好，选择台达开放性ASDA-AB系列伺服控制器，配ECMA伺服电机与光电编码器。利用其精密的反馈控制，来驱动三相永磁式同步交流伺服电机，以达到大范围调速和准确定位的目的17。图2.5为ASDA-AB系列伺服控制器的基本模块图，上面部分是个交直交变频，下面则是控制部分。伺服控制器自带操作显示面板，方便调试与设置参数。图2.5 台达ASDA-AB伺服系统基本模块图（4）经过初步选型后的系统构成。本次设计的切带机电气系统由工业

41、嵌入式触摸屏（HMI）、三菱FX1S可编程控制器、台达伺服控制系统（含控制器、电机和光电编码器）、气动控制部件（切带、打点等）组成18，见图2.6。图2.6 系统构成图2.5 小结本章介绍了编织带切带机的运行工艺与电气系统的设计要求，进而给出了系统的总体控制方案与主要器件的初步选型，其中包括PLC、HMI、伺服控制器、伺服电机、光电编码器等器件的型号，构建了电气系统框图。第三章 切带机电气系统的硬件设计编织带切带机电气系统的硬件设计内容主要包括切带机电气系统的电源线路设计、PLC及伺服控制线路设计、电磁阀驱动线路设计和电气元件选择等内容。本章在设计切带机电气系统的电源线路、PLC及伺服控制线路

42、、电磁阀驱动线路的基础上，介绍了各电路的基本工作原理，讨论了伺服电机额定功率和转速的确定方法，分析并给出了电气系统元件的参数选择结论。3.1 切带机电气系统的电源线路切带机电气系统的电源线路见图3.1。它采用单相电源供电，QF为电源总开关，PLC、HMI、开关电源（AC/DC）、伺服控制器（ASDA-AB）和数显温控仪（XMTA）均采用交流220V供电，开关电源供应整机的直流24V电源。SB2为伺服控制器主回路电源接通按钮，按下后KM1线圈得电，其主触点接通电源给控制器主回路供电；SB1为关断按钮，按下后KM1线圈失电，切断控制器主回路；继电器KA6的线圈加24V直流电源后接到伺服控制器的DO

43、5+(28)和DO5-(27)两端，当伺服控制器主回路出现故障时KA6线圈得电，其常闭触点动作使KM1线圈失电，保护控制器主回路。数显温控仪1、2、3脚外接测温的Pt100热电阻，当测温达到设定值时，7、8脚之间接通，KM2线圈得电，其主触点接通热切刀加热器R2；当测温低于设定值时，7、8脚之间断开，KM2线圈失电，热切刀停止加热，通过不断的开关控制使热切刀的温度控制在设定值附近19KM2KM2KM1KA6RTR2L1L2LNAC/DCASDA-ABXMTA-2001+24V-2827L1ML2M12387+-LNSB1SB2KA6KM1KM1LNPLCQFNLLHMIN图3.1 切带机控制系

44、统电源线路3.2 PLC及伺服控制线路PLC及伺服控制系统线路如图3.2所示。HMI与PLC通过串口连接20，由HMI发出起动、停止、手动、自动等操作命令，并设定打点距离、裁剪长度、加工数量、点动速度等工艺参数，同时显示当前产量、每托数量等加工信息。PLC的Y2Y6通过中间继电器KA1KA5控制气动回路中的电磁阀，使切带机做出打点、切带、压辊、压带和推带等动作，Y0、Y1分别与伺服控制器的正负位置脉冲指令端相连，Y0控制伺服电机正传，Y1反转，改变脉冲的频率即可改变运行速度。伺服控制器的U、V、W接伺服电机，CN2口通过电缆接入编码脉冲信号，P、C间外接反馈电阻R121。为了增加可靠性，防止高

45、压的产生，可以在KA1KA5线圈两端并接续流二极管VD1VD5（电路图中未画出），二极管的阴极与24V直流电源的正极相连。PLCY0Y1Y2Y3Y4Y5HMIASDA-AB光电编码器ECMACOM1/PULSPULS4143U V WCN2PCCOM1COM0- 24V +KA1KA2KA3KA4KA5Y6R1图3.2 PLC及伺服控制线路3.3 电磁阀驱动线路驱动线路也采用交流220V电源供电，见图3.3。KA1KA5得电时分别接通电磁阀YV1YV5,分别控制切带机进行打点、切带、压辊、压带和推带。KA1YV1KA2YV2KA3YV3KA4YV4KA5YV5LN图3.3 电磁阀驱动线路3.4

46、 电气元件选择（1）PLC选择。从图3.2看出，PLC需要有通讯口，并有7点以上的输出点，同时其输出点Y0、Y1需要向伺服控制器发出运行脉冲，要求通断速度快，故选择三菱FX1S-14MT型PLC，有6点输入和8点输出，晶体管输出22。（2）HMI选择。在eView的MT4000/5000系列触摸屏中，考虑价格相对低廉的MT4300,它具有5.7英寸屏幕，可以满足本设备要求。（3）伺服系统选择。伺服系统主要应对伺服电机、伺服控制器和光电编码器进行选择。伺服电机每转一圈的走带距离L1、转速n与走带速度v之间的关系为： n=v/L1 （3.1）电机转矩T、转速n与输出功率P之间的关系23 24为：

47、T=9.55P/n （3.2）由机械系统获知，电机每转一圈走带L1=1cm，切带机走带速度v=6m/min，由机械系统获知，走带约需要力矩T=4NM,代人式4.1可以算出伺服电机转速n=600r/min，再代入式3.2得电机功率P=251W。伺服电机选台达ECMA-C30807ES,电子换向式三相永磁同步交流伺服电机，额定电压220V（三相），转速3000r/min，额定输出功率750W21，由PLC设定其实际运行速度为600r/min（可以根据实际调试情况，在运行稳定的前提下适当加速）。伺服控制器选台达ASD-A0721-AB，额定输出功率750W，单相220V电源，编码器分辨率2500pp

48、r，支持ECMA电机，反馈电阻R1根据调试情况确定参数，约330，1W。光电编码器选台达2500ppr专用产品，方便与电机及控制器配套。（4）其他器件选择。温控仪选XMTA-2001，配0200PT100测温电阻；开关电源选A-250-24，220V±15%输入，24V10A输出；接触器KM1与KM2选CJX2-1210，配220V线圈，主触点额定电流12A；继电器KA1KA6选DELIXI HH52P,配直流24V线圈；续流二极管VD1VD6选1N4007，1A电流，1000V耐压；电源开关QF选DZ47-63/16A，单相带漏电保护，额定电流16A；按钮SB1和SB2选CHNT

49、NP4，一常开一常闭触点；电磁阀YV1YV5选SY3120-5LZD-M5，线圈电压220V；热切刀定制，R2加热功率约800W。切带机电气系统元件清单见附录A。3.5 小结本章在设计切带机电气系统的电源线路、PLC及伺服控制线路、电磁阀驱动线路的基础上，介绍了各电路的基本工作原理，讨论了伺服电机额定功率和转速的确定方法，分析并给出了电气系统元件的参数选择结论。第四章 切带机控制系统的软件设计切带机控制系统的软件设计主要包括HMI组态画面设计、伺服控制器参数设置和PLC程序设计。本章主要介绍了切带机电气系统软件的设计方法，包括HMI与PLC的参数定义及HMI组态画面的设计步骤与方法、伺服控制器

50、主要参数的设置、PLC控制程序的设计等，并对程序设计进行了必要的说明，给出了完整的PLC梯形图程序。4.1 触摸屏与PLC参数定义MT4300触摸屏可方便地面向PLC应用，其功能非常强大，使用非常方便，非常适合现代工业越来越庞大的工作量及功能的需求25。使用时HMI与PLC应配合定义好参数，并在HMI组态画面设置时准确定义，才能正常交换数据，控制系统按要求工作，表4.1列出了本课题HMI与PLC的参数定义。表4.1 HMI与PLC参数定义表触摸屏参数PLC元件触摸屏参数PLC元件触摸屏参数PLC元件点动速度D200第1点距离D98启动M101设定段数D214第2点距离D102停止M102当前产

51、量D216第3点距离D104手/自方式M106设定数量D218前进M111每托数量D222第44点距离D186后退M112裁剪长度D224第45点距离D188打点M114切带机型D228切带M115剪切时间D240压辊M119压带M120推带M1214.2 HMI组态画面设计HMI组态画面设计应解决切带机工作方式选择、工作状态操作、工艺参数设定等问题，并设置HMI与PLC的参数定义。MT4300上的COM0/COM1串口均可以连接到计算机，也可以连接PLC。应用时先在电脑上利用EV5000软件设计并定义组态画面，通过串口下载到HMI，再将HMI与PLC连接，控制电气系统工作。4.2.1 HMI

52、组态画面项目的创建 HMI组态画面的创建时应先在电脑上安装好EV5000软件，创建的一般步骤为6：（1）找到相应的执行程序开始创建新项目。（2）选择所需的通讯连接方式。选中所需的连接方式拖入工程结构窗口,MT4300一般可以选择串口通讯，见图4.1。图4.1 HMI的的通讯连接方式（3）选择触摸屏的型号并拖入工程结构窗口。（4）选择需要连接的PLC类型并拖入工程结构窗口，见图4.2。图4.2 PLC与HMI的型号选择和连接（5）适当移动PLC与HMI的位置，在PLC与HMI之间建立连接。（6）设置触摸屏的地址和端口号（单机系统可以省略）。（7）设置PLC站号。（8）设置连接参数，如通讯协议、波

53、特率等，MT4300一般可选择RS232、RS485-2W等协议，见图4.3。图4.3 连接参数设置（9）编译保存。（10）在完成项目新建后，进入项目组态画面的设计。4.2.2 主要组态画面的设计根据全自动切带机的人机功能要求，设计的画面主要分为主操作（自动）画面、手动操作画面、打点参数设置画面和进带参数画面。（1）主操作及监控画面。切带机通电后在HMI上首先显示此画面，见图4.4。其中当前产量是指已经切好的带子的数量；设定数量指要切这批规格的带子的总数；每托数量指设定多少带子扎成一捆；可选择手动/自动工作方式；按下停止按钮可以实现紧急停车。在每切下每托数量的带子后，机器自动暂停，重新按下启动

54、按钮后继续切下一托，设定数量完成后自动停止。图4.4 主操作及监控画面（2）手动操作画面。只有在自动过程停止后才允许进入本画面进行手动操作，手动状态主要用于检修、调试及某些特殊要求加工。操作画面见图4.5，可以控制走带机构前进、后退与推动（慢速运动），还可以单独控制打点、切断、压辊与压带。图4.5 手动操作画面（3）打点参数设置画面。可以设置1-45点的打点距离，见图4.6,其余点数类似。为保证精度，设置时距离的长度单位为0.1 mm（每个数字代表0.1 mm）假设一条带子打4个点，1-4点的距离设置为：500、900、1500和2000，则分别在走带50mm、90mm、150mm、200mm

55、处打点。图4.6 打点参数设置画面（1-15点）（4）进带参数画面。设置切带的常用工艺参数，见图4.7。切带机型是指一次准备切几条编织带，如准备一次切5条，输入5即可，这样在记数时，每切断一次，则当前数量上一次加上5条；剪切时间指切断热刀的剪切吊带的时间，一般设置为1.0秒即可；点动速度是在手动模式下的走带速度，调节范围为0-100%，一般设置为20%即可；剪切长度是切断编织带的总长度；设定段数应为需要打点数加1，如段数为5，则1-4个打点距离设置有效，其余无效。图4.7 进带参数画面（5）其它。为了便于简化操作和满足不同的生产情况，还设置了速度设定（自动切带状态下走带的速度，范围为0-100%）、规格号进入（在机器中总共设定了10个规格，可以将经常使用的切带参数设定在1-10中的任何一个规格中，快捷选择）。4.2.3 工程参数调整图4.8 工程参数设置画面在进行触摸屏参数的设置后，由于伺服系统每10000个脉冲电机旋转1周，走带1cm，设置精度为每个数字代表0.1 mm，即对