玻璃橫切機(jī)電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1、玻璃橫切機(jī)電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)摘要 玻璃橫切機(jī)是浮法生產(chǎn)線冷端的關(guān)鍵設(shè)備，完成對(duì)平板玻璃的橫向切割任務(wù)。本文在仔細(xì)分析橫切機(jī)的工作原理及工藝要求的基礎(chǔ)上，提出了以可編程控制器為核心設(shè)備的電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)地進(jìn)行了該系統(tǒng)的硬件配置，設(shè)計(jì)了電氣控制原理圖，編制了與之相適應(yīng)的控制軟件。該系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式，通過觸摸屏可以設(shè)置玻璃切割所需要的各種參數(shù)，并可以顯示系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)及故障信息，具有良好的人機(jī)界面。經(jīng)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模擬他調(diào)試后表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，滿足設(shè)計(jì)認(rèn)務(wù)的要求。關(guān)鍵詞：橫切機(jī) 玻璃 可編程控制器 the hardware design of electronic con

2、trol system of the crosscut machineabstract the glass crosscut machine is an important equipment of the end in the cold end in the float glass production line and controls the cross cutting of the plate glass. after analyzing the working principle and the technical requirements of the crosscut machi

3、ne carefully, i raised the design plan of the electrical control system, which takes the programmable controller as the kernel. the hardware and the elementary diagram of the electrical control system are designed carefully, which can be allocated the various parameters and displays the working stat

4、es and the fault information by the touchable screen. the result of analog debugging the system proves that it is rational and can satisfy the requirements of the design task.key works: crosscut machine , glass, programmable controller(pc)論文題目： 玻璃橫切機(jī)電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：設(shè) 計(jì)：同組同學(xué)：2005 年 3月 前言 可編程控制器（plc）是綜合

5、了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動(dòng)控制裝置。它具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程以及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用等一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)電一體化、傳統(tǒng)技術(shù)改造等方面應(yīng)用越來越廣泛，成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。近年來plc在我國的發(fā)展也很迅速，應(yīng)用也越來越廣泛。我國的大部分企業(yè)都開始運(yùn)用以plc為核心的控制設(shè)備。本設(shè)計(jì)是以洛陽的浮法玻璃生產(chǎn)線為背景，設(shè)計(jì)其冷端橫切段橫切機(jī)的電控系統(tǒng)。經(jīng)過老師的指導(dǎo)并通過對(duì)omron公司的sysmac c200h系列plc的硬件的組成和梯形圖編程的學(xué)習(xí)、查閱相關(guān)的書籍和在網(wǎng)上搜索各種資料和綜合以往的知識(shí)進(jìn)行了本次的設(shè)計(jì)。由于

6、本人的知識(shí)水平有限，在加上時(shí)間緊迫，錯(cuò)漏之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。 設(shè)計(jì)者： 2005 年 3月 目錄第一章 緒論第二章 國內(nèi)外研究概況第三章 玻璃橫切機(jī)的分類第四章 可編程控制器簡介第五章 橫切機(jī)工藝要求及控制系統(tǒng)放案選擇第六章 硬件配置與選擇第七章 橫切機(jī)電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)思想 第八章 安裝環(huán)境及系統(tǒng)的安全可靠性處理致 謝附 錄1：設(shè)備清單參考文獻(xiàn)第一章 緒論 在plc誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)的各個(gè)部門。繼電器控制系統(tǒng)可看成是由輸入電路、輸出電路、控制電路和工業(yè)現(xiàn)場四部分組成。其中輸入電路由按鈕、行程開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等構(gòu)成，用以向系統(tǒng)輸入控制信號(hào)。輸出部分由接

7、觸器、電磁閥等執(zhí)行器件構(gòu)成，用以控制各種被控對(duì)象（如電機(jī)、電爐、閥門等）?？刂齐娐肥抢^電器控制系統(tǒng)的核心，它通過導(dǎo)線將各個(gè)分立的繼電器、電子元件連接起來，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場實(shí)施控制。 繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中曾起著重要作用。隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，市場競爭日趨激烈，繼電器控制系統(tǒng)愈來愈難以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要。繼電器控制電路通常是針對(duì)某一固定動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)的，它只能進(jìn)行邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等一些簡單的控制，一旦動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，重新布線、裝配和調(diào)試。這就迫使人們研制新型工業(yè)控制系統(tǒng)，以取代原來以占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)。 基于上述情況，美國通用公司（gm）于

8、1968年提出了研制新型工業(yè)控制器的設(shè)想，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）就研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器。當(dāng)時(shí)可編程控制器雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上它只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，所以人們將可編程控制器稱為plc(programmable logical controller),即可編程邏輯控制器。 20世紀(jì)70年代末至80年代初，微處理器技術(shù)日趨成熟，使可編程控制器的處理速度大大提高，并增加了許多特殊功能，如浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、查表等，使得可編程控制器不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此，美國電氣制造協(xié)會(huì)（nema）將它正式命名為pc（pr

9、ogrammable controller）。由于計(jì)算機(jī)的簡稱也是pc（personal computer），為避免混淆，人們習(xí)慣上仍將可編程控制器稱為plc。 近年來，小型plc的應(yīng)用十分普遍，超小型plc的需求日益增多。據(jù)統(tǒng)計(jì),美國機(jī)床行業(yè)應(yīng)用超小型plc幾乎占1/4，因此國外許多plc廠家正在積極研制開發(fā)各種超小型plc。例如，日本歐姆龍公司的cpmia系列plc即單機(jī)運(yùn)行，也可聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。cpmia系列plc的最小配置是6個(gè)數(shù)字量輸入和4個(gè)數(shù)字量輸出，還可以根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)展模塊，最多可達(dá)100個(gè)輸入。此外，它還有模擬設(shè)定、高速計(jì)數(shù)等功能，是一種性能價(jià)格比較好的超小型plc。 多

10、層次就分布控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性，系統(tǒng)設(shè)定、組態(tài)更為靈活方便，地域分布更廣，是當(dāng)前控制系統(tǒng)發(fā)展的主流。為實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動(dòng)化，世界上各plc生產(chǎn)廠家不斷研制開發(fā)功能更強(qiáng)的plc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)一般是多級(jí)的，網(wǎng)絡(luò)的最底層是現(xiàn)場執(zhí)行級(jí)，中間是協(xié)調(diào)級(jí)，最上曾是組織管理級(jí)?，F(xiàn)場執(zhí)行級(jí)可由多個(gè)plc或遠(yuǎn)程i/o（輸入/輸出）工作站組成，中間級(jí)一般由plc或計(jì)算機(jī)構(gòu)成。最高一級(jí)一般由高性能的經(jīng)算計(jì)構(gòu)成。它們之間采用工業(yè)以太網(wǎng)和map網(wǎng)、工業(yè)現(xiàn)場總線，構(gòu)成多級(jí)分布式plc。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，這種多級(jí)分布式plc控制系統(tǒng)除了控制共能外，還可實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化、生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)調(diào)度、產(chǎn)品計(jì)劃

11、、統(tǒng)計(jì)管理等功能，成為一種測(cè)、控、管、一體化的多功能綜合系統(tǒng)。 第二章 國內(nèi)外橫切機(jī)研究概況 玻璃及玻璃制品在建筑、交通等部門有著廣泛的應(yīng)用，其中平板玻璃的產(chǎn)量和用途，在各種玻璃產(chǎn)品中占有突出的位置。我國自1971年洛陽第一條浮法玻璃生產(chǎn)線誕生,發(fā)展到2002年全國共新建、擴(kuò)建、改建浮法玻璃生產(chǎn)線94條，生產(chǎn)能力達(dá)37140噸/日，可年產(chǎn)浮法玻璃20278.44萬重量箱。浮法玻璃生產(chǎn)線是連續(xù)型生產(chǎn)線，原料在經(jīng)過了熔化、成形、退火后成為連續(xù)的帶狀玻璃帶。這條玻璃帶必須經(jīng)過在線切割才能滿足包裝與市場的要求。橫切機(jī)就是玻璃在線切割必不可少的設(shè)備之一。其切割精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)，進(jìn)而影響到在國際

12、市場上的競爭力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)平板玻璃產(chǎn)品的尺寸精度提出了越來越高的要求，如在歐美及日本市場，大多數(shù)要求板長精度達(dá)到0.75mm，多數(shù)的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在國外，西德的grenzebach公司和法國sgn公司在幾十年不斷研究的基礎(chǔ)上，近年來采用先進(jìn)的控制技術(shù)已使橫切精度得到較大的提高，其板長精度從九十年代初的1.0mm，經(jīng)過0.75mm發(fā)展到目前的0.5mm，對(duì)角線為1.5mm，但其進(jìn)口價(jià)格昂貴。鑒于此，國內(nèi)急需研制低成本高切割精度的橫切機(jī)，同時(shí)，大量正在使用的橫切機(jī)也需要進(jìn)行技術(shù)改造以提高其切割精度，因此，為了適應(yīng)市場對(duì)提高浮法玻璃切割精度的要求，本設(shè)計(jì)開展了高精度玻璃橫切

13、機(jī)電氣控制裝置的研究工作。通過采用最新技術(shù)的控制硬件，依據(jù)控制策略和算法開發(fā)出先進(jìn)的控制軟件，從而有效地提高了系統(tǒng)的電氣控制精度。第三章 玻璃橫切機(jī)的分類 玻璃橫切機(jī)主要有三種結(jié)構(gòu)形式：一是擺角式橫切機(jī)，它的特點(diǎn)是橫切刀架以固定速度切割，為保持切痕與玻璃帶中心垂直，則需根據(jù)玻璃運(yùn)行速度，用手工調(diào)整橫切機(jī)橫梁的傾斜角度。二是同步行走式橫切機(jī)，又稱垂直式玻璃橫切機(jī)，它的特點(diǎn)是切割裝置在玻璃帶運(yùn)行過程中始終保持與玻璃帶同步行走，而刀頭則與玻璃帶輸送方向成直角切割。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖31所示. 圖31 同步式橫切機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖三是隨動(dòng)式橫切機(jī)，它的特點(diǎn)是裝在橫梁上的橫切刀架以固定角度切割，通過隨時(shí)改變切

14、割速度使切痕與玻璃帶中心保持垂直。近幾十年來，前兩種形式的橫切機(jī)因切裁精度及結(jié)構(gòu)的等種種原因，基本上已經(jīng)被淘汰出需高精度切裁的玻璃生產(chǎn)線如浮法玻璃生產(chǎn)線?，F(xiàn)今橫切機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，主要是斜置式隨動(dòng)橫切機(jī)，它的主體結(jié)構(gòu)通常是由機(jī)架、刀頭小車、傳動(dòng)裝置、氣動(dòng)和潤滑裝置、安全限位裝置等部件組成，具有運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用和維修方便等特點(diǎn)，能滿足不同類型玻璃生產(chǎn)線的玻璃切割要求。 第四章 可編程控制器（plc）簡介4.1 可編程控制器（plc） 可編程控制器實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)用于工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，它與一般計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)及組成相似?？删幊炭刂破魇菍楣I(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，為了便于接線、擴(kuò)充功能，便于操作和維護(hù)，以

15、及提高系統(tǒng)的抗干擾能力，其結(jié)構(gòu)及組成又與一般計(jì)算機(jī)又所區(qū)別。4.2 可編程控制器的基本組成 plc從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和模塊式兩種，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是相似的。plc的基本組成包括cpu模塊、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（i/o）模塊、編程器及電源模塊。如下圖41所示。輸 電源模塊 輸入 出模 存 儲(chǔ) 器 模塊 塊 cpu模塊 編程器4.3 可編程控制器（pc）的發(fā)展趨勢(shì)1.小型化 近年來，小型plc的應(yīng)用十分普遍，超小型plc的需求日益增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國機(jī)床行業(yè)應(yīng)用超小plc幾乎占1/4，因此國外許多plc廠家正在積極研制開發(fā)各種超小型plc。例如，日本歐姆龍公司的cpmia系列plc既可單機(jī)運(yùn)行，也可聯(lián)

16、網(wǎng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。2.網(wǎng)絡(luò)化 多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組態(tài)更為靈活方便，地域分布更廣，是當(dāng)前控制系統(tǒng)發(fā)展的主流。為實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動(dòng)化，世界上各plc生產(chǎn)廠家不斷研制開發(fā)功能更強(qiáng)的plc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)一般是多級(jí)的，網(wǎng)絡(luò)最底層是現(xiàn)場執(zhí)行級(jí)，中間是協(xié)調(diào)級(jí)，最上層是組織管理級(jí)?，F(xiàn)場執(zhí)行級(jí)可由多個(gè)plc或遠(yuǎn)程i/o工作站組成，中間級(jí)由plc或計(jì)算機(jī)組成。最高級(jí)一般由高性能的計(jì)算機(jī)組成。它們間采用工業(yè)以太網(wǎng)和map網(wǎng)、工業(yè)現(xiàn)場總線，構(gòu)成了多級(jí)分布式plc。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，這種多級(jí)分布式plc控制系統(tǒng)除了控制功能外，還可實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化、生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)調(diào)

17、度、產(chǎn)品計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)管理等功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的多功能綜合系統(tǒng)。3.兼容性 目前，plc與計(jì)算機(jī)已成功地結(jié)合并廣泛應(yīng)用，成為控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分和環(huán)節(jié)。4.4 plc的軟件系統(tǒng)4.4.1系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序是plc賴以工作的基礎(chǔ)，采用匯編語言編寫，在plc出廠時(shí)就已固化于rom型系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，不需要用戶干預(yù)。系統(tǒng)程序分為監(jiān)控程序和解釋程序。系統(tǒng)監(jiān)控程序用于監(jiān)視并控制plc的工作。解釋程序用于把用戶程序解釋成微處理器能夠執(zhí)行的程序。4.4.2用戶程序用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一特定的控制任務(wù)而利用plc的編程語言編制的程序。用戶程序通過編程器或上位計(jì)算機(jī)輸入到plc的用

18、戶程序存儲(chǔ)器中。4.5 plc的工作方式plc采用循環(huán)掃描的方式工作。用戶程序通過編程器輸入并存放在plc的用戶程序存儲(chǔ)區(qū)中，當(dāng)plc投入運(yùn)行后，在系統(tǒng)程序的控制下plc對(duì)用戶程序進(jìn)行逐條解釋并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返回程序開始，又開始新一輪的執(zhí)行。plc的這種工作方式稱為循環(huán)掃描。第五章 橫切機(jī)工藝要求及控制方案的選擇5.1 設(shè)計(jì)認(rèn)務(wù)分析浮法玻璃生產(chǎn)流程：平板玻璃在熱端浮法玻璃生產(chǎn)車間生產(chǎn)出來以后，便直接由輥?zhàn)觽魉偷嚼涠塑囬g。在冷端需要完成的加工主要是平板玻璃的質(zhì)量檢查、橫/縱向切割以及疊放。一入冷端車間，在旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)由线\(yùn)行的平板玻璃，經(jīng)過第一次質(zhì)量檢查合格后（若不合格，則放下落板

19、，進(jìn)行打碎回爐），然后進(jìn)入切割段，先是縱切，將平板玻璃按給定長度值縱向切割為玻璃帶；然后是橫切段，按給定切割寬度進(jìn)行橫向切割；再經(jīng)過橫分區(qū)、加速區(qū)、二次掰邊，縱分區(qū)，第二次質(zhì)量檢查合格后，便進(jìn)入玻璃疊放區(qū)。 玻璃橫切機(jī)的現(xiàn)場切割示意圖如下圖51示 圖51 橫切機(jī)切刀運(yùn)動(dòng)示意圖其中為vh和vq之間的夾角。vhvqcosvz= vqsin 在玻璃切割過程中，為了保持切痕的平直，切刀的縱向速度必須和玻璃帶的運(yùn)動(dòng)保持同步，即必須保證vzvl5.2 主要技術(shù)指標(biāo)l 控制精度：切割板長3m以下，板寬3.5m以內(nèi)平板玻璃，板長誤差1mm。l 主要功能及特性：可任意設(shè)置停車位置、落刀/抬刀點(diǎn)；雙發(fā)訊編碼器互為

20、備用；觸摸屏輸入工作參數(shù)及漢字彩顯。l 退火窯拉引速度：100m-1000m/hl 切割玻璃帶厚度：2mm-19mm5.2 工作條件l 電源電壓為380v10%,50hzl 環(huán)境溫度為040第六章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6.1 plc系統(tǒng)各模塊的選擇 本設(shè)計(jì)采用日本omron公司的plc,采用組合式的結(jié)構(gòu)，主要采用c200h系列的模塊，該系列采用了先進(jìn)的微處理器，功能很強(qiáng)可滿足本設(shè)計(jì)的要求。l 輸入模塊的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，輸入點(diǎn)有以下幾個(gè)：自動(dòng)方式、手動(dòng)方式、工作 、復(fù)位、回零、零點(diǎn)接近開關(guān)、遠(yuǎn)點(diǎn)接近開關(guān)、手動(dòng)向前、手動(dòng)落刀、手動(dòng)抬刀、返回、切割啟動(dòng)。且全部是24vdc輸入，因此具有16點(diǎn)的c20

21、0h-id212可滿足設(shè)計(jì)要求。其內(nèi)部消耗電流為0.01a(5vz組),由系統(tǒng)的輸入點(diǎn)可知，一塊已可以滿足系統(tǒng)的要求。l 輸出模塊的選擇由設(shè)計(jì)要求，輸出點(diǎn)主要有落刀、加壓、緊停等幾個(gè)輸出點(diǎn)。因此選擇具有16點(diǎn)的c200h-oc225可滿足系統(tǒng)的要求。它們是繼電器輸出型。其內(nèi)部消耗電流為0.05a(5v組)、0.075a(26v組)。由系統(tǒng)的輸出量可知，用一塊c200h-oc225可以滿足系統(tǒng)的要求。l 高速計(jì)數(shù)器的選擇完成玻璃走速的測(cè)量需要一塊單軸高速計(jì)數(shù)器；完成測(cè)量走刀位置需要一塊高速計(jì)數(shù)器；完成測(cè)量玻璃切割長度以控制刀具落刀點(diǎn)需要一塊高速計(jì)數(shù)單元?？梢赃x用c200h-ct001和c200h

22、-ct021型高速計(jì)數(shù)器。選用c200h-ct001-v1型高速計(jì)數(shù)器單元進(jìn)行玻璃帶運(yùn)行速度的測(cè)量。平板玻璃長l的測(cè)量及切刀點(diǎn)和抬刀點(diǎn)的測(cè)量，選用精度更高的c200h-ct021型高速計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。該單元包含兩個(gè)計(jì)數(shù)器，其最高計(jì)數(shù)速度可達(dá)75kcps，并具有c200h-ct001高速計(jì)數(shù)器單元所有的功能。兩種計(jì)數(shù)器的技術(shù)規(guī)格如下表6.1所示。項(xiàng)目c200hct001c200h-ct021軸數(shù)1軸/單元2軸/單元工作模式67計(jì)數(shù)輸入輸入信號(hào)編碼器輸入a,b計(jì)數(shù)器1：a,b計(jì)數(shù)器2：a,b信號(hào)電平5、12、24vdc輸入模式相位差輸入，上升/下降輸入，脈沖和方向輸入計(jì)數(shù)速度50kcps75kcps

23、其他相位差輸入可用倍頻外部輸入輸入信號(hào)計(jì)數(shù)器輸入z計(jì)數(shù)器1：輸入z計(jì)數(shù)器2：輸入z信號(hào)電平外部控制輸入in1和in2計(jì)數(shù)器1：in1和in2計(jì)數(shù)器2：in1和in25、12、24vdc12v、24v外部輸出輸出外部輸出07輸出電平524vdc需要的i/o字10內(nèi)部電流消耗5vdc , 0.3max5vdc重量400g max305g max 表 6.1該技術(shù)器有6種工作模式以適應(yīng)不同的技術(shù)要求。1. 線性模式2. 環(huán)形工作模式3. 預(yù)置模式4. 門控模式5. 閂所模式6. 采樣模式l cpu的選擇由于cpu的不同決定著程序容量、基本指令執(zhí)行時(shí)間進(jìn)而影響掃描時(shí)間及i/o點(diǎn)數(shù)的不同，根據(jù)任務(wù)要求，

24、可選擇c200h-cpu43-e.l 運(yùn)動(dòng)控制單元的選擇要控制刀具的運(yùn)動(dòng)速度，就需要一塊運(yùn)動(dòng)控制單元。這里選擇c200h-mc221。 運(yùn)動(dòng)控制單元控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用多任務(wù)g語言編程編制可實(shí)現(xiàn)雙軸運(yùn)動(dòng)控制，具有下列特性：1. 多任務(wù)g語言編程。2. 降低了機(jī)器的磨損。3. 通用的輸入信號(hào)。啟動(dòng)和停止可不用plc cpu進(jìn)行控制。4. 支持手動(dòng)脈沖發(fā)生器。5. 中斷爬行。6. 高速響應(yīng)。 mc單元的主要技術(shù)規(guī)格如下表6.2示項(xiàng)目規(guī)格i/o字?jǐn)?shù)20（2槽）控制驅(qū)動(dòng)器能處理模擬輸入的伺服驅(qū)動(dòng)器外部連接設(shè)備ibmpc/at或兼容機(jī)，示教盒和手動(dòng)脈沖發(fā)生器（mpg控制控制方法使用增量編碼器的半閉環(huán)控制

25、（速度指令，電壓輸出）控制軸數(shù)2軸max同時(shí)控制軸數(shù)2軸maxptp(獨(dú)立控制)按每根軸操作模式和單獨(dú)程序執(zhí)行定位線性插補(bǔ)2軸max圓弧插補(bǔ)一個(gè)平面上2軸max中斷微調(diào)有中斷輸入的軸上微調(diào)速度控制最多2軸速度控制控制單位最小單位設(shè)定1，0.1，0.01，0.001，0.0001（無單位變換功能）單位mm,英寸，度，脈沖最大命令值-39，999，999+39，999，999加減速曲線梯形或s曲線加減速時(shí)間09,998ms,以2ms為單位加減速分開設(shè)定重量500g max進(jìn)給操作快進(jìn)給速度（如：36.86m/min）條件：編碼器分辯率：2048p/r,電機(jī)轉(zhuǎn)速4500r/m,控制單位：0.001/

26、脈沖插補(bǔ)進(jìn)給速度(如：36.86/min)快進(jìn)給補(bǔ)償0100設(shè)定單位：0.1插補(bǔ)進(jìn)給補(bǔ)償0199慢進(jìn)給補(bǔ)償0100任務(wù)管待添加的隱藏文字內(nèi)容3理器任務(wù)數(shù)2max.(程序執(zhí)行單位)程序數(shù)最大程序隨任務(wù)數(shù)而不同程序容量最大程序塊數(shù)隨任務(wù)數(shù)而不同位置數(shù)據(jù)容量2000max.僅用1個(gè)軸時(shí)寄存器數(shù)32（主要用于指定位置數(shù)據(jù)號(hào)）子程序嵌套5級(jí)max輔助功能m代碼0.999內(nèi)部電流消耗0.65（0.85a連示教盒） 表6.2運(yùn)動(dòng)控制單元的內(nèi)部操作原理圖如下面框圖61示：偏差計(jì)數(shù)器d/a轉(zhuǎn)換器伺服驅(qū)動(dòng)器伺服電動(dòng)機(jī)編碼器 圖 61l cpu的底板的確定前面已經(jīng)選擇了6個(gè)模塊，則我們選擇底板時(shí)可以選擇8槽的，也可

27、以選擇10槽的，為了使以后擴(kuò)展方便，選擇帶有10槽的c200hw-bc101型底板。l 電源單元的選擇要保證安裝的各個(gè)工作單元的電流消耗量不能超過各電壓的組的最大允許電流。同時(shí)，總的功率消耗不能超過電源單元的最大額定值。計(jì)算cpu機(jī)架的電流和功率消耗時(shí)，還應(yīng)包括cpu機(jī)架和cpu單元自身的消耗；同樣，在計(jì)算擴(kuò)展機(jī)架的電流和功率消耗時(shí)，也應(yīng)包括擴(kuò)展機(jī)架的自身消耗。下面表6.3是幾種電源模塊的參數(shù)。電源單元最大電流消耗總共率消耗5v組26v組24v組c200hw-pa2044.6a0.6a無30wc200hw-pa204s4.6a0.6a0.8a30wc200hw-pa204r4.6a0.6a無3

28、0wc200hw-pd2044.6a0.6a無30wc200hw-pa209r9a1.3a無30w 表 6.3下面表6.4是所選擇的各個(gè)模塊的所消耗內(nèi)部電流的列表模塊數(shù)量5v組(電流消耗)24v組(電流消耗)26v組(電流消耗)c200h-id21210.01a無無c200h-oc22510.05a 無0.075c200h-ct00110.3a無無c200h-ct02120.42a無無c200h-mc22110.65a0.2a無c200hw-bc10110.1a無無c200h-cpu43-e10.5a無無 表 6.4電流驗(yàn)證：5v組：0.01a+0.05a+0.31a+0.42+0.65+0.

29、5a+0.1a=2.41a4.6a24v組：0.2a0.8a26v組：0.0750.6a功率驗(yàn)證：2.21a5v+0.075a26v+0.2a24v=17.8w30w 由上面的電流和功率驗(yàn)證后得知，表6.3中型號(hào)為c200hw-pa204s比較合適作為設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電源單元。6.2 plc系統(tǒng)配置圖輸出單元c200hoc225(16點(diǎn))輸入單元c200hid212(16點(diǎn))測(cè)速高速計(jì)數(shù)單元c200hct001測(cè)速高速計(jì)數(shù)單元c200hct021測(cè)位高速計(jì)數(shù)單元c200hct021運(yùn)動(dòng)控制單元c200hmc221cpu單元c200hxcpu43-e電源單元c200hwpa204s0 3 5 6 7

30、86.3 外圍硬件的選擇l 測(cè)量編碼器的選擇由于玻璃的運(yùn)行指標(biāo)為：300ph-1200mph，在本設(shè)計(jì)中，按最大運(yùn)行速度1200mph來計(jì)算。所以玻璃速度按vl1200/h333.3mm/s,本設(shè)計(jì)可以選用e6c-cwz5c型編碼器，其分辨率最高可達(dá)1024p/r, 最高響應(yīng)頻率為30hz,允許最高轉(zhuǎn)速5000r/m,輸出相位差9045（1/4t+1/8t），電源電壓為dc5v-5%12v+10%，輸出項(xiàng)a相，b相，z相（可逆）；輸出形態(tài)為電壓輸出；工作環(huán)境溫度為：-10+55；環(huán)境濕度為：3595rh。下面驗(yàn)證一下該編碼器是否滿足要求：電氣最高響應(yīng)頻率由內(nèi)分辨率和最高響應(yīng)頻率規(guī)定。電氣最高響

31、應(yīng)頻率（最高響應(yīng)頻率60）分辯率因此，如果超出最高響應(yīng)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，則電信號(hào)不能跟蹤。設(shè)計(jì)的測(cè)量輪直徑為32.6mm，則其周長c=d=102.4mm,則其最大的轉(zhuǎn)速為333.3102.43.2r/s，而選用的編碼器的最大轉(zhuǎn)速為：50006083.3r/s。而3.2r/s83.3r/s，所以滿足要求。編碼器的發(fā)出的脈沖的最大速度為：3.210243277cps 編碼器的最高響應(yīng)轉(zhuǎn)速30k601024=1757.8rm 因?yàn)閏t001的要求是在50kcps以下，所以編碼器與c200h-ct001-v1可以相匹配，接收脈沖時(shí)不會(huì)丟失脈沖。因此，選擇e6c-cwz3c型編碼器合理。l 驅(qū)動(dòng)器的選擇本設(shè)計(jì)

32、選擇r88d-mt80型號(hào)的伺服驅(qū)動(dòng)器，其工作電壓為：三相ac200v 50hz或ac200/220v 60hz。伺服驅(qū)動(dòng)器采用高速處理器，其控制環(huán)（位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)）全部軟件化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式、高功能和優(yōu)良的操作性；可直接輸入模擬速度指令或脈沖串位置指令；重量輕、小型化；僅用前面的設(shè)定鍵即可進(jìn)行各種設(shè)定?？勺詣?dòng)進(jìn)行配線檢查和動(dòng)作確認(rèn)；具有豐富的監(jiān)視功能,可顯示當(dāng)前速度、當(dāng)前值、累計(jì)脈沖、機(jī)械速度、電機(jī)電流、實(shí)效負(fù)荷率、輸入/輸出信息、驅(qū)動(dòng)器顯示狀態(tài)等；配線簡單，維護(hù)容易并具有方便的附加功能，如軟啟動(dòng)功能，任意設(shè)定脈沖速率的電子分頻功能等。l 電機(jī)類型的選擇因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)系統(tǒng)需要精確的定位

33、控制，因此，不能選用普通的電機(jī)。而伺服電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和信號(hào)電壓成正比，傳送電信號(hào)帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載，而且隨動(dòng)性能號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)位置指令（給定量）的準(zhǔn)確跟蹤，這一點(diǎn)是其他電機(jī)所不及的。當(dāng)給定量隨動(dòng)變化時(shí)，被控量（輸出量）能準(zhǔn)確無誤地跟蹤并復(fù)現(xiàn)給定量。因此選擇交流伺服電機(jī)來作為刀具的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其型號(hào)為：r88m-m3l020,其額定功率為3kw，額定轉(zhuǎn)速為2000rpm。l 接近開關(guān)的選擇切刀在工作過程中需要使用接近開關(guān)對(duì)切刀的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，從而使刀頭小車的運(yùn)行在正常狀態(tài)下進(jìn)行。本設(shè)計(jì)選用e2k-c25me1型靜電電容式接近開關(guān)。其規(guī)格如下：電源電壓dc12-24v（允許脈動(dòng)10以下）消耗電流d

34、c24v時(shí)15ma以下檢測(cè)距離可調(diào)范圍325mm(用標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體時(shí))差動(dòng)距離檢測(cè)距離的15以下響應(yīng)頻率70hz控制輸出最大6.4系統(tǒng)工作原理及框圖橫切機(jī)的工作過程為：橫切機(jī)上電后，復(fù)位/工作鍵應(yīng)該處于工作位置，可以選擇自動(dòng)/手動(dòng)工作方式，在自動(dòng)工作方式下，當(dāng)按下切割啟動(dòng)按鈕后進(jìn)入自動(dòng)切割狀態(tài)。此時(shí)，橫切機(jī)處于等待狀態(tài)，當(dāng)測(cè)長計(jì)數(shù)器發(fā)出”計(jì)數(shù)到”信號(hào)時(shí)，plc給mc單元run信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制單元通過伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，刀架從零點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，且為加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)落刀點(diǎn)時(shí)，切刀落下并加壓，速度變?yōu)闄M速。當(dāng)?shù)竭_(dá)抬刀點(diǎn)時(shí)，切刀抬起，加壓電磁閥斷開，刀架開始減速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)都苓\(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)點(diǎn)接近開關(guān)處時(shí)，遠(yuǎn)點(diǎn)

35、接近開關(guān)動(dòng)作，該信號(hào)傳送給mc單元使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓返鄉(xiāng)，刀架開始返回。當(dāng)?shù)都芊祷氐搅泓c(diǎn)附近時(shí)，零點(diǎn)接近開關(guān)動(dòng)作，向mc單元發(fā)出信號(hào)控制刀架停止。然后，刀架開始等待下一個(gè)計(jì)數(shù)器長度信號(hào)。這就是自動(dòng)方式下的工作過程。在手動(dòng)方式下，先按下回零，由mc單元控制刀具找到零位，當(dāng)按下前進(jìn)按鈕時(shí)，刀具前進(jìn)，在前進(jìn)過程中可以落刀或抬刀。在plc控制下，刀具會(huì)自動(dòng)停在遠(yuǎn)點(diǎn)處。當(dāng)按下返回按鈕時(shí)，若刀具在落刀狀態(tài)，則自動(dòng)抬刀然后返回；否則，直接返回。 當(dāng)?shù)毒呋亓愫?，在等待下一切割的時(shí)間里，可以進(jìn)行工作方式的切換或改變復(fù)位的狀態(tài)。在正常工作狀態(tài)下，開關(guān)處于工作位置，當(dāng)出現(xiàn)刀具超程，接觸到限位開關(guān)緊停后或手動(dòng)方式下不

36、易準(zhǔn)確停到適當(dāng)?shù)奈恢?，此時(shí)可以將復(fù)位開關(guān)轉(zhuǎn)至復(fù)位檔，此時(shí)刀具脫離plc的控制，用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)刀具到正確的位置。 系統(tǒng)框圖如下圖62所示：plc觸摸屏輸入模塊運(yùn)控單元測(cè)位計(jì)數(shù)器測(cè)速計(jì)數(shù)器測(cè)長計(jì)數(shù)器輸出模塊伺服驅(qū)動(dòng)測(cè)量編碼器伺服電機(jī) 圖 62第七章 橫切機(jī)電控原理圖的設(shè)計(jì)思想7.1 plc控制電路的設(shè)計(jì)思想 控制電路中主要用接觸器來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電源的控制。當(dāng)一個(gè)按鈕按下時(shí)，線圈通電并工作在自鎖狀態(tài)下，同時(shí)用一個(gè)常閉的按鈕開關(guān)串在電路中，按下時(shí)可使線圈斷電。線圈的觸電接在各個(gè)模塊電源的電路中，通過線圈的通斷電實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電源模塊的通、斷電控制。 控制電路中還應(yīng)用了故障保護(hù)電路，當(dāng)橫切機(jī)出現(xiàn)超程等故障時(shí)

37、，為了保證橫切機(jī)馬上停止，則用繼電器的常開觸電串接在電路中，正常情況下，繼電器通電，該觸電閉合，橫切機(jī)正常運(yùn)行；當(dāng)超程時(shí)，橫切機(jī)碰到限位開關(guān)，則線路斷開，繼電器線圈失電，觸電斷開，同時(shí)電源也斷開，實(shí)現(xiàn)了安全控制。7.2 橫切機(jī)落刀、加壓控制電路的設(shè)計(jì) 橫切機(jī)plc輸出模塊的輸出端子的輸出信號(hào)：落刀、加壓信號(hào)等控制著繼電器的通斷，當(dāng)落刀信號(hào)有效時(shí)，一系列噴氣、落刀、噴油、霧化等電磁閥均動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)落刀控制。當(dāng)加壓信號(hào)有效時(shí)，加壓電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)切刀的加壓控制。7.3 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 因?yàn)榭刂齐娐冯娫?、plc電源用的是220vac電源，而從電網(wǎng)上送來的是380vac電源。因此，需要用變壓器將其變?yōu)?2

38、0v，又因?yàn)榫o停電源、i/o電源、切刀加壓電源等均為24vdc電源，因此，還需要三臺(tái)直流穩(wěn)壓電源。另外，在實(shí)際工作過程中還需要風(fēng)扇來散熱，還有指示燈等元件。第八章安裝環(huán)境及系統(tǒng)的安全可靠性處理 合適的安裝環(huán)境對(duì)plc獲得最佳的性能和高可靠性是至關(guān)重要的。而且，靜電會(huì)損壞plc元件。在低濕度下，身體會(huì)帶靜電。在觸摸plc前一定要先觸摸接地的金屬物，如金屬水管，以放掉一切靜電。8.1環(huán)境要求： 不要在下列環(huán)境條件下進(jìn)行安裝，否則會(huì)影響plc壽命和操作特性。l 環(huán)境溫度低于0或高于550l 溫度突變或結(jié)露l 濕度低于10%或高于90%l 腐蝕性或易燃?xì)怏wl 灰塵（鐵沫）或是氯花物粉末集中l(wèi) cpu易

39、受沖擊或振動(dòng)。l 來自水、油及其它化學(xué)物質(zhì)對(duì)plc影響l 陽光直射的環(huán)境8.2 冷卻： 為避免plc過熱，應(yīng)考慮兩點(diǎn)。首先是保證機(jī)架之間有足夠的空間；另外是安裝風(fēng)扇。 機(jī)架之間應(yīng)有足夠的空間，以使導(dǎo)線冷卻不受影響。連接所有機(jī)架的電纜總長不能超過58m。一般規(guī)定兩個(gè)機(jī)架之間保留70到120mm的距離。當(dāng)要決定各機(jī)架間距離時(shí)，要考慮的因素有諸如：陪線槽寬度，導(dǎo)線長度，通風(fēng)情況等。 冷卻風(fēng)扇不是總需要的，但在某些單元安裝中是需要的。應(yīng)避免將plc安裝在較熱的地方或任何熱源上。當(dāng)環(huán)境溫度有可能高于規(guī)定溫度，安裝一個(gè)風(fēng)扇是必要的。8.3 提高系統(tǒng)可靠性的措施 在本設(shè)計(jì)中，對(duì)輸入和輸出模塊進(jìn)行選擇時(shí)，它們的點(diǎn)數(shù)都應(yīng)該留有一定的余量，以便進(jìn)行擴(kuò)展以增強(qiáng)系統(tǒng)功能時(shí)之用。 對(duì)輸出模塊的外電路保護(hù)：為防止外電路短路等原因造成的輸出端口的損壞，在輸出線上串接熔斷器。 采用的抗干擾措施：連接電纜使用屏蔽電纜，plc裝置和接地箱采用屏蔽和接地。 致謝 時(shí)間匆匆，幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)幾年中所學(xué)知識(shí)的一