自动化生产线木材铺板机控制系统设计

PAGE自动化生产线木材铺板机控制系统设计摘要当今世界，自动化的程度已经成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。随着时代的高速变化，以前的手工作业所形成的生产能力已经不能适应当今的社会，工作形式急切需要改变，提升。国内外对自动化的研究一直没有停滞过。电气工程及其自动化就是主要研究的课题之一。电气工程涉及电力电子技术,计算机技术,电机电器技术信息与网络控制技术,机电一体化技术等诸多领域。其主要特点是强弱电结合,机电结合,软硬件结合。目前，电气控制系统已基本上淘汰了手动操作的方式．取而代之的是以PLC积分控制器为核心的数字控制系统。其中，PLC由于编程简单、使用维护方便、设计和调试周期短、抗干扰能力强、可靠性高等优点，倍受人们重视，被广泛的应用在控制系统中。我国正处于手工到半自动化，和半自动到全自动化的转型中，有很多产业还是人力劳动，所以我们必须尽快运用自动化，解决人类生产力，提高生产效率，获得更大的利益。本文主要分析了木材排版机的主要结构以及控制要求，对其相关的硬件进行相应的选择，对PLC软件进行设计，以此完成对基于PLC的木材排版控制设计。关键词：电气工程，综合性，提高生产效率，程序。

目录第1章前言…………………11.1开发背景………………11.2解决的问题……………11.3意义及目标……………11.3.1意义………………21.3.2目标………………21.4自动化的现状及发张趋势…………21.4.1减少劳动力，充分利用机械以及电气自动化…………………21.4.2安全性的提高……………………31.4.3机电一体化………………………31.4.4电气工程及其自动化……………31.5论文的主要内容……………………3第2章自动化生产线木材铺板机控制系统设计…………42.1脉冲编码器的工作原理和在PLC中的用途………42.1.1编码起的种类及其原理………42.1.2与PLC的搭配…………………52.2铺板机改进…………62.3自动化铺板机所用到的主要性能参数……………62.3.1变频机的主要参数……………62.3.2PLC主要用到的性能参数……………………72.4工艺流程……………10第3章木材铺板机各程序的说明…………113.1铺板机动作程序展示………………113.2本章小结……………14第4章结论………………15参考文献……………………16致谢…………………………17附录…………………………18PAGE11第1章前言在现代社会中，电气工程技术、计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，不断满足社会经济快速发展和人民生活水平不断提高的需要。我国正处于手工到半自动化，和半自动到全自动化的转型中，有很多产业还是人力劳动，所以我们必须尽快运用自动化，解决人类生产力，提高生产效率，获得更大的利益。1.1开发背景随着现代工业的发展，市场竞争的需要，人们在不断地研究如何提高生产率，降低生产成本;如何提高产品质量等等；于是自动化成为这个时代的热门，自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。解决人类生产力，提高生产效率，获得更大的利益。可是由于我国的机械行业发展比较晚，自动化程度在我国还没有普及，还有很多产业还处于人工作业中，如木板的加工等，不仅是人处于烦劳的体力劳动中，而且工作空间小，空气不能很好的流通，使木材产生的有害气体对人体造成很大的危害。而且有些半自动化的铺板机存在着裁板不准确的缺陷，使生产质量下降，影响生产效率。1.2解决的问题本论文通过分析比较现在用的半自动铺板机和一些与铺板机制作工序近似的已经实现自动化设备的产业，确定设计方案，对铺板机工作原理进行了研究，从而实现了对其的改良。1.3意义及目标1.3.1意义为了市场和用户的需要；为了改善劳动环境；为了跟踪国际先进技术和产品，掌握国际动态；调高了生产效率；为企业今后的发展进行了技术储备使其更好的发展。1.3.2目标（1）完成铺板精确的结构设计；（2）掌握编码器与PLC的搭配使用；（3）使自动化水平达到领先水平；（4）节省人力提高生产效率。1.4自动化的现状及发张趋势。社会需求永远是推动技术发展的动力。降低能耗。提高效率。适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是自动化技术的永恒目标，也是自动化产品参与市场竞争是否取胜的关键。由于自动化生产在当今的社会被越来越多的厂家所采用，它不仅提高了厂家的生产效益，更重要的是解放了人的生产力。现在的自动化不仅仅是电器与机械的联合，它包含了液压系统,气动系统，电脑计算机技术，PLC编程技术，变频器调速和多级调速技术。这些技术联合起来运用使得自动化生产从繁杂的电脑控制变成了简单的触摸屏控制。不过尽管如此，现在的自动化生产还存在一些缺陷，就是精确度还不是非常完美，故障率明显比手动半自动的时候要高，综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：1.4.1减少劳动力，充分利用机械以及电气自动化自动化技术将人的繁杂劳动合理的分工劳动，并使每个人的工序简单从繁杂的劳动中解放出来，而且自动化使得机械效达到了更高的利用，提高了劳动生产效率，创造出了更好的效率。主要实践环节有：金工实习、电工实习、电力电子技术课程设计、电气控制课程设计、毕业实习（设计）等。学生毕业后可以在企事业单位的发电厂、供电系统、电气工程及自动化领域和用户单位实践学习，为以后手动改造自动化的工作做了铺垫。1.4.2安全性的提高现在社会，不管哪个行业，以及国家制定的政策，首要一条即为安全。机械的安全性尤为重要，机械必须在使用说明书规定的预定使用条件下（有时在使用说明书中给定的期限内）执行其功能和在运输、安装、调整、维修、拆卸和处理时不产生损伤或危害健康的能力，保证机械安全性的做法：（1）首先对设备的结构、适用环境去分析其危险存在的可能，进行风险分析和评估；（2）从设计角度上尽可能的减小风险；（3）通过设计危险仍然存在的，应采用安全防护装置（防护装置、安全装置）对人们加以防护，保障安全；（4）保证安全和正确使用机器的各项说明、各项警示、各项提示、各项禁止的信息，对专业和（或）非专业的使用者都是一个指导作用；（5）同时还得对采取上述措施后的附加风险采取措施加以克服；（6）对于用户而言，也要进行培训和提供必要的个人防护，建立必要的安全监督制度。由于高危险的工作都由机械所承担，使得人的工作危险系数大大的降低了。改善了人的工作环境，实现了更好的人性化管理，有助于企业的发展。1.4.3机电一体化机电一体化是手动提升到自动的基础条件，只有将机械与电气有机的结合起来，才能更好的发回其作用。例如电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点。1.4.4电气工程及其自动化电气工程及其自动化是手动改造自动化的必要体检，其主要涉及电力电子技术,计算机技术,电机电器技术信息与网络控制技术,机电一体化技术等诸多领域,是一门综合性较强的学科,其主要特点是强弱电结合,机电结合,软硬件结合。1.5论文的主要内容本论文主要任务是在木材铺设机械模型和PLC控制装置基础上，完成控制器的电路设计、元器件选型、PLC外部接口电路设计、控制器装配图与接线图设计、列出元器件清单、完成PLC程序设计与联机调试等内容。控制系统可分为电力拖动电路和电气控制电路两个主要部分。二者均采用易于控制的电动机作为拖动动力源。电气控制系统则由传感器、控制用继电器、指示灯、控制部分的核心器件（PLC）等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体实现控制的所有功能。系统控制软件设计由初始化、指令接收处理、位置检测与处理、使用丰富和功能强大的指令设计梯形图，调试并最终完成木材铺设的自动化。第3章自动化生产线木材铺板机控制系统设计2.1脉冲编码器的工作原理和在PLC中的用途2.1.1编码起的种类及其原理脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，把机械角变成电脉冲，是一种常用的角位移传感器。同时也可作速度检查装置。旋转编码器的分类与结构（1）增量型编码器(旋转型)工作原理：由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率：编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5～10000线。信号输出：信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-；B,B-；Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信号连接：编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。单相联接，用于单方向计数，单方向测速.A、B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。增量式编码器的问题：增量型编码器存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用绝对型编码器可以解决。增量型编码器的一般应用:测速，测转动方向，测移动角度、距离(相对)；（2）绝对型编码器（旋转型）：绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器，旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器，如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。2.1.2与PLC的搭配此处用的是绝对旋转编码器，用到其脉冲计数的功能，利用滚轴旋转一圈的周长从而算出皮带所走的距离，再由PLC编辑，这样就能够在操作面板上自动的控制传送带的距离，还能通过PLC的脉冲功能设计自动化铺板机截板电锯的截板距离。由于绝对旋转编码器的掉电记忆功能能够更好的自动化进程，使得不需要再从零开始计数，达到了更好的人性化设计。2.2铺板机改进（1）由于铺板机在最终截板的时候还存在一点微小的误差，为了达到的更加理想的效果必须用到再次校正再加四个红外探头，两个加在机头使其在截板的时候更加的准确，两个在落板处使得排列更加的准确；（2）程序适当修改在原来的基础上加上上沿脉冲防止再次启动损坏设备。2.3自动化铺板机所用到的主要性能参数2.3.1变频机的主要参数所用的得变频器不同可能相应的参数得适当的修改，此处以深川变频器M系列举例：在这个设备中主要用到两个变频器：（1）传动变频器P00运行方式01外部端子控制P01频率来源010∼10v模拟量控制P09加速时间3SP10减速时间0.2SP30直流制动时间5SP31直流启动频率1SP36频率上限50HZP37频率下限0HZ（2）拖动变频器P00运行方式01外部端子控制P01频率来源010∼10v模拟量控制P09加速时间1SP10减速时间0.2SP30直流制动时间5SP31直流启动频率1SP36频率上限50HZP37频率下限0HZP40多段速控制106S3P17第一加速频率40HZ2.3.2PLC主要用到的性能参数常开点输入/输出 操作数DeviceRange数据型态X,Y,M,S,T,C,BIT指令说明：LD指令用于左母线开始的A接点或一个接点回路块开始的A接点，输入/输出 操作数DeviceRange数据型态X,Y,M,S,T,C,BIT指令说明:常闭点LDI指令用于左母线开始的B接点或一个接点回路块开始的B接点，它的作用是把当前内容保存，同时把取来的接点状态存入累加器内。适用机种:ES/EX/SS/EC,ES2/EX2,SA/SX/SC,EH2/SV输出指令输入/输出 操作数DeviceRange数据型态Y,M,S BIT指令说明:将OUT指令之前的逻辑运算结果输出至指定的元件。线圈接点动作：适用机种:ES/EX/SS/EC,ES2/EX2,SA/SX/SC,EH2/SVS:数据来源D:数据搬移目的地MOV输入/输出 操作数DeviceRange数据型态S K,H,KnX,KnY,KnM,KnS,T,C,D,E,FWORDD KnY,KnM,KnS,T,C,D,E,FWORD指令说明:当该指令执行时，将S的内容直接搬移至D内。当指令不执行时,D内容不会变化。适用机种:ES/EX/SS/EC,ES2/EX2,SA/SX/SC,EH2/SVDCNT S1 S2S1:32位计数器编号S2:计数器设置值输入/输出 操作数DeviceRange数据型态S1 CWORDS2 Decimal,DWORD指令说明:（1）DCNT为32位计数器C200至C255的激活指令。（2）一般用加减算计数器C200～C234，当DCNT指令由Off到On时，计数器的现在值将根据特M1200～1234的设置模式，执行上数（加一）的动作或下数（减一）的动作。（3）高速用加减计数器C235～C255，当该计数器的指定高速计数脉冲输入由Off到On，则执行计数动作。有关高速计数脉冲输入端为(X0～X17)及计数动作(上数,计数值加一及下数,计数值减一)。（4）当DCNT指令Off时，该计数器停止计数，但原有计数值不会被清除，可使用指令RSTC2XX清除计数值及其接点，高速加减计数器C235～C255可使用外部指定输入点清除计数值及其接点。S1: 浮点数被除数S2: 浮点数除数D: 运算结果（商）输入/输出 操作数DeviceRange数据型态S1 D,浮點數值(Fx.xx) WORDS2 D,浮點數值(Fx.xx) WORDD D WORD指令说明:（1）DDIVR指令可直接在S1、S2操作数输入浮点数值(例如：F1.2)，或以寄存器D存放浮点数值进行运算。（2）当DDIVR指令执行时，S1、S2操作数的浮点数值进行浮点数（除法）运算后，将存放运算后的结果于D操作数。（此指令不支持EH主机）LDS1:数据来源装置1S2:数据来源装置2输入/输出 操作数DeviceRange数据型态S1 K,H,KnX,KnY,KnM,KnS,T,C,D,E,F WORDS2 K,H,KnX,KnY,KnM,KnS,T,C,D,E,F WORD指令说明:（1）S1与S2的内容作比较的指令，以API224（LD=）为例，比较结果为”等于”时，该指令导通，”不等于”时，该指令不导通。（2）LD※的指令可直接与母线连接使用APINo. 16-bit指令 32-bit指令 导通条件 不导通条件224 LD＝ DLD＝ S1＝S2 S1≠S2225 LD＞ DLD＞ S1＞S2 S1≦S2226 LD＜ DLD＜ S1＜S2 S1≧S2228 LD＜＞ DLD＜＞ S1≠S2 S1＝S2229 LD＜＝ DLD＜＝ S1≦S2 S1＞S2230 LD＞＝ DLD＞＝ S1≧S2 S1＜S2（3）大小比较是以代数来进行，全部的数据是以有号数二进制数值来作比较。因此16位指令，b15为1时，表示为负数，32位指令，则b31为1时，表示为负数。（4）32位计数器(C200～C254)代入本指令作比较时，一定要使用32位指令(DLD※)。TMR S1 S2S1:定时器编号S2:定时器设置值输入/输出 操作数DeviceRange数据型态S1 TWORDS2 Decimal,DWORD指令说明:当TMR指令执行时，其所指定的定时器线圈受电，定时器开始计时，当到达所指定的定时值（计时值>=设定值），其接点动作如下：NO(NormallyOpen)接点： 开路NC(NormallyClose)接点： 闭合2.4工艺流程自动控制可以用手动和自动分别控制，要是可以的话还可以在自动的上面个并一个远程控制，防止突发事件。在手动的时候可以通过操作面板实现拖动正传、拖动反转、传动正传、传动反转、电锯启动、电锯停止、电锯升、电锯停、气缸下压、气缸复位、分杆合杆。自动档时，它的工序是，以锯口为零点开始首先传动启动，当走到620CM的时候分杆气缸压板然后液压顶先降再生达到光电开关水平位置时候，光电开关的信号返回ＰＬＣ使液压顶上升停止，然后传动再次启动当到达制定结伴距离时气缸下降，锯升，锯启动，拖动正转，开始锯板，当达到前侧的限位开关时，锯降低，锯停止，气缸复位，拖动反转，达到后侧的限位开关停止动作，这样自动的一个动作完成，循环这一工艺。达到自动化进程。第3章木材铺板机各程序的说明3.1铺板机动作程序程序设计是PLC设计中的重点，但由于设备和条件的限制，这里只对铺板机主要的运行程序做出设计和说明，其中的手动动作、自动动作进行简单的介绍（以台达DVP16SP为例）。表4-1系统状态逻辑线圈和输出线圈的定义表对应的逻辑线圈逻辑线圈的说明相应的输出线圈输出线圈的说明M10传动正转开始Y22传动正转M11拖动正转开始Y20拖动正转M12电锯开始Y23电锯M13气缸下压开始Y24气缸下压M14锯上升开始Y26锯上升M16拖动反转开始Y21拖动反转M17气缸分开开始Y30气缸分开M21传动反转开始Y25传动反转传动正传程序如图4-2所示：图4-2传动正转程序传动反转程序如图4-3所示：图4-3传动反转程序拖动正转程序如图4-4所示：图4-4拖动正转程序拖动反转程序如图4-5所示：图4-5拖动反转程序电锯开始程序如图4-6所示：图4-6电锯开始程序电锯上升程序如图4-7所示：图4-7电锯上升程序气缸下压程序如图4-8所示：图4-8气缸下压程序气缸分开程序如图4-9所示：图4-9气缸分开程序如上展示的程序即为木材普板机的手动，图标中M系列的未标注的部分为中转指令。3.2本章小结本章主要是木材铺板机各程序的说明，但由于设备和条件的限制，这里只对手动动作的运行程序做出设计和说明。其中主要的程序有传动正转程序、传动反转程序、拖动正转程序、拖动反转程序、电锯开始程序、电锯上升程序、气缸下压、气缸分开程序进行展示。自动程序即为通过计时器，计数器，中间指令的组合完成，相关信息已经在第三章有所提及，在此不一一展示。第5章结论本设计通过机械与电气的配合，以PLC为技术基础，完成了木材自动排版自动排版，满足市场和用户的需要；为改善劳动环境，提高了生产效率，从而实现了对其的改良。论文主要完成以下内容：（1）木材铺板机硬件结构、控制要求（2）运用PLC技术完成对木材铺板自动化运行、保护、计数、提示灯提示等功能虽然已经整体模拟了整个木材铺板机的结构和运行特点，但是由于时间和试验条件的限制，对于木材铺板机的学习研究还没有更加具体，在木材铺板机的传感器、接触器没有实际应用到，程序的安全和故障处理部分仍有许多的不足之处，希望自己能够在今后的时间里仍然努力学习，对PLC和木材铺板机有一个更加全面的了解。参考文献[1]廖长初.可编程控制器应用技术[M].重庆:重庆大学出版社,2003:15-37[2]贺玲芳.基于PLC控制的全自动变频恒压供水系统[J].西安科技学院学报.2000,145(3):408-411[3]林小峰.可编程控制器原理及应用[M].北京:高等教育出版社,1991:56-70[4]许廖,王淑英.电气控制与PLC控制技术[M].北京:机械工业出版社,2003:46-78[5]段刚.PLC与变频器应用技术项目教程[M].北京:机械工业出版社,2009:60-90[6]魏艳君.多功能屋面SP板切割机[J].机电一体化,2002,(8):10-12[7]陈家盛编.电梯结构原理及安装技术[M].北京:机械工业出版社,1990:98-128[8]杨长能等编.可编程控制器及基础[M].重庆:重庆大学出版社,19