畢業(yè)設(shè)計論文MC275PV金屬圓鋸機PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

1、?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計題目： mc275pv金屬圓鋸機plc控制系統(tǒng)設(shè)計 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 工業(yè)企業(yè)電氣自動化 班 級： 工企091301 姓 名： 學(xué) 號： 093905130104 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 2012年6月 南京摘 要 金屬圓鋸機(以下簡稱為切管機)是管材加工及汽車管道行業(yè)中專用加工設(shè)備。適用于各類管材的切斷及倒角的加工。由于需要提高工作效率，該設(shè)備除了送料為了調(diào)整方便采用手動外，我們設(shè)計其余工序采用可編程序控制器(plc)作為核心控制組件的控制系統(tǒng)全部自動完成。plc的應(yīng)用可使系統(tǒng)的控制和調(diào)整簡單，運行可靠，這不僅避免了傳統(tǒng)繼電器邏輯控制線路體積龐大、

2、故障率高、維護(hù)困難的缺點，又克服了單片機控制系統(tǒng)開發(fā)成本高，接口處理及編程相對復(fù)雜等缺點。本文從自動控制元件的選型、硬件設(shè)計、參數(shù)設(shè)定、軟件設(shè)計等幾個方面介紹了切管機中plc控制系統(tǒng)的設(shè)計，闡述了該技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)備運行更加平穩(wěn)、可靠，系統(tǒng)的維護(hù)成本大大降低，實現(xiàn)了大批量的專業(yè)化生產(chǎn)。關(guān)鍵詞 plc 控制系統(tǒng) 切管機 abstractmetal sawing machine (the following call cut pipe bender for short)is steel tubes processing and cars in the special-purpose industry

3、 special processing equipment .apply to all kinds of pipes cut and chamfering processing. in order to improve work efficiency, this equipment in addition to easy to adjust the feeding manual outside, we design the rest of the process the programmable logic controller (plc) as the key control compone

4、nts for the control system all done automatically. the application of plc can make system control and adjust the simple, reliable operation, this not only avoid the traditional relay logic control line huge volume ,high failure, maintenance difficulties shortcomings, and overcome the single-chip mic

5、rocomputer control system, high cost and interface treatment and programming relatively complicated shortcomings. this paper, from the automatic control of components of the selection, circuit design, parameter setting several introduced the cut in the pipe of plc control system design, this paper e

6、xpounds the application of the technology that equipment working more smoothly, reliable, and system maintenance cost reduced greatly, realize the large quantities of professional production.keywords plc the control system cut pipe bender 目 錄1 緒論12 mc275pv切管機plc控制方案的選擇22.1 控制方式的比較22.1.1 機械控制22.1.2 p

7、lc控制22.2 plc的基本結(jié)構(gòu)32.2.1 i/o電路32.3 plc容量的估算52.4 i/o模塊的選擇62.5 plc機型的選擇72.6 觸摸屏83 基于plc的mc275pv切管機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計93.1 系統(tǒng)控制原理93.2 切管機機械裝置93.2.1 主軸傳動系統(tǒng)裝置93.2.2 進(jìn)刀傳動裝置103.2.3 夾鉗裝置113.2.4 液壓裝置113.2.5 潤滑裝置123.3 電氣控制系統(tǒng)123.3.1 主要技術(shù)參數(shù)133.3.2 i/o分配表設(shè)計134 基于plc的mc275pv切管機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計144.1 plc內(nèi)部工作過程144.2 mc275pv控制系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)設(shè)

8、計154.3 液壓裝置子程序流程設(shè)計164.4 切管機自動循環(huán)切管流程設(shè)計17結(jié) 論19致 謝20參 考 文 獻(xiàn)211 緒論在20世紀(jì)40年代前后，大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程均處于手工操作狀態(tài)，當(dāng)時人們主要憑經(jīng)驗由工人控制生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)靠人工觀察，生產(chǎn)過程靠人工去執(zhí)行，生產(chǎn)效率很低，隨著技術(shù)的發(fā)展，我國許多企業(yè)存在著嚴(yán)重的設(shè)備老化問題，有極多設(shè)備面臨著淘汰的局面。而同時，在國內(nèi)企業(yè)中又普遍存在著資金不足，很難進(jìn)行大規(guī)模的設(shè)備更新?lián)Q代，因此，如何利用現(xiàn)有設(shè)備，并對其進(jìn)行合理的改造，使其發(fā)揮最大作用，產(chǎn)生最大效益，是我們面臨的一個急待解決的問題。20世紀(jì)末期，可編程序控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)

9、于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機：從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、轉(zhuǎn)速、溫度、位移等各種各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力上說，產(chǎn)生了各種通信單元、人機界面單元，是應(yīng)用可編程序控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程序控制器在石油化工、冶金鋼鐵、機械制造、輕工業(yè)，汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。plc是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機。國際電工委員會對可編程序控制器的定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲和執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計

10、數(shù)和算術(shù)運算操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。從上述定義可以看出，可編程序控制器是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能完成各種各樣的控制功能外，還能實現(xiàn)與其他計算機通信聯(lián)網(wǎng)的功能。從柔韌制造系統(tǒng)、工業(yè)機器到大型分散控制系統(tǒng)，plc都承擔(dān)著很重要的角色。目前在許多先進(jìn)工業(yè)國家plc已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了世界上所有的工業(yè)企業(yè)，當(dāng)前國外plc發(fā)展的明顯特征是產(chǎn)品的集成度越來越高，工作速度越來越快，功能越來越強大，使用起來也越來越方便，工

11、作也越來越可靠。plc可進(jìn)行位置控制、模擬量控制、并可采用多種功能的變成語言和先進(jìn)指令系統(tǒng)，如basic等高級語言，能實現(xiàn)plc之間和plc與管理計算機之間的通信網(wǎng)絡(luò)，形成多層分布控制系統(tǒng)，或整個工廠的自動化網(wǎng)絡(luò)。我國可編程序控制器的引進(jìn)、研制、應(yīng)用、生產(chǎn)時伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量引用了可編程序控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了plc的應(yīng)用。目前，我國本身已經(jīng)可以中小型可編程序控制器?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷深入，plc在我國將有更加廣闊的發(fā)展與應(yīng)用天地。因此，將plc與切管機的有機結(jié)合，便有利的提高了工作效率。影響切管機工作效率的因素很多，其中

12、控制系統(tǒng)的性能是一個很重要的因素，而目前plc 控制切管機系統(tǒng)可實現(xiàn)接線方便、安全穩(wěn)定、維護(hù)簡單、低損耗等優(yōu)勢，使得控制越來越智能化。2 mc275pv切管機plc控制方案的選擇plc控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比，系統(tǒng)的連線少，體積小，功耗小，系統(tǒng)的靈活性和可擴展性也比較好。plc系統(tǒng)是通過半導(dǎo)體電路實現(xiàn)控制的，解決了繼電控制系統(tǒng)大量機械觸點，機械磨損、電弧燒傷等問題，所以其可靠性高，維護(hù)工作量小，壽命長。plc采用軟件編程代替繼電控制系統(tǒng)的硬件接線，使得接線的工作量大為減少，縮短了工期，而且可根據(jù)系統(tǒng)的要求隨時更改程序，適應(yīng)性能好。下面以mc275切管機plc控制系統(tǒng)為例，來介

13、紹用plc控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。2.1 控制方式的比較2.1.1 機械控制機械控制方案用來實現(xiàn)單一功能的循環(huán)，功能較弱。對工作環(huán)境的選擇無特殊要求，但是保證其長期運行的難度大，并且損耗大，雖然其價格便宜，但是長期運行又會使虧損價格很高。需較多的硬件部分，這將會增大控制系統(tǒng)的安裝接線工作量，且會增加控制系統(tǒng)的故障率。2.1.2 plc控制可編程序控制器是以為處理器為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。近年其推廣應(yīng)用在我國得到了迅猛發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域包括：開關(guān)量邏輯控制，運動控制，閉環(huán)過程控制，數(shù)據(jù)處理，通信聯(lián)網(wǎng)。而且plc具有如下幾個優(yōu)點：(1) 實現(xiàn)成本低 由于可以直接利用

14、已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，所以不用進(jìn)行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。 (2) 范圍廣 電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。plc可以輕松地滲透到每個家庭，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。 (3) 高速率 plc能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設(shè)備廠家的不同而4.5m45mbps之間。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于撥號上網(wǎng)和isdn，比adsl更快，足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用 (4) 永遠(yuǎn)在線 plc屬于“即插即用”，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)。 (5) 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進(jìn)行連續(xù)過程的pid回 路控制；并能與上位機構(gòu)

15、成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如 ddc 和 dcs 等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。(6) 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 (7) 能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠(yuǎn)高于其他各種機型。因切管機控制系統(tǒng)的操作程序步驟多，若采用機械控制這一方案，需要較多的硬件部分，從而直接增加控制系統(tǒng)的安裝接線的工作量，同時增大控制系統(tǒng)的故障率，并且修改也不方便：如若采用單片機控制方案，則需要控制系統(tǒng)印制電路板和許多輸入/輸出接口電路、延長設(shè)計制作周期。更重要的是，采用單片機

16、控制系統(tǒng)時，其對環(huán)境要求高，不太適合在工作環(huán)境相對較差的工業(yè)企業(yè)中使用。鑒于切管機對控制系統(tǒng)的各項要求，包括控制系統(tǒng)的特性和優(yōu)缺點、使用環(huán)境等等，對三種控制方案綜合考慮和比較，確定切管機的控制方案應(yīng)排除采用機械控制和單片機控制此兩種方案，采用plc控制方案。 2.2 plc的基本結(jié)構(gòu)plc主要由cpu模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖1所示。圖1 plc控制系統(tǒng)示意圖2.2.1 i/o電路輸入電路：采用光電耦合電路，將限位開關(guān)、手動開關(guān)、編碼器等現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號轉(zhuǎn)換成cpu所能接受和處理的數(shù)字信號，如圖2所示。圖2 輸入電路輸出電路：采用光電耦合電路，將cpu處理過的信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)

17、場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。一般的小型plc輸出方式有繼電器輸出和晶體管輸出兩種，其電路如圖3和圖4所示。圖3 繼電器輸出電路圖4 晶體管輸出電路2.3 plc容量的估算plc容量包括兩個方面：一是i/o的點數(shù)；二是用戶存儲器的容量。(1) i/o點數(shù)的估算。根據(jù)更能說明書，可統(tǒng)計出plc系統(tǒng)的開關(guān)量i/o點數(shù)及模擬量i/o通道數(shù)?？紤]到在前面的設(shè)計中i/o點數(shù)可能會有疏漏，并考慮到i/o端口的分組情況以及隔離與接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計后得出i/o總點數(shù)的基礎(chǔ)上，增加10%15%的余量，蓋估算值是plc選型的主要技術(shù)依據(jù)。為了滿足發(fā)展的需要，盡量避免plc的i/o接

18、近飽和，一般應(yīng)留有20%30%左右的余量。(2) 存儲器容量估算。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如i/o點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。根據(jù)經(jīng)驗，每個i/o點及有關(guān)功能器件占用內(nèi)存大致如下：開關(guān)量輸入所需存儲器字?jǐn)?shù)=輸入點數(shù)×10開關(guān)量輸出所需存儲器字?jǐn)?shù)=輸出點數(shù)×8定時器/計數(shù)器所需存儲器字?jǐn)?shù)=定時器/計數(shù)器數(shù)量×2模擬量所需存儲器字?jǐn)?shù)=模擬量通道數(shù)×100通信接口所需存儲器字?jǐn)?shù)=接口個數(shù)×300一般應(yīng)用的經(jīng)驗公式是 所需存儲器(kb)=k×(di×10+do×8+ai/ao×100+

19、cp×300)/1024其中，k為存儲系數(shù)，一般取1.11.25；di為數(shù)字量輸入總點數(shù)；do為數(shù)字量輸出總點數(shù)；ai/ao為模擬量i/o通道總數(shù)；cp為通信接口總數(shù)。根據(jù)上述經(jīng)驗公式得到的存儲器容量估算值只具有參考價值，在明確對plc要求容量時，還應(yīng)根據(jù)其他因素對其進(jìn)行修正。工程實踐中大多采用粗略估算，加大余量，實際選型時就應(yīng)采用就高原則。2.4 i/o模塊的選擇(1) 開關(guān)量輸入模塊的選擇plc的輸入模塊用來檢測來自現(xiàn)場（如按鈕、行程開關(guān)、壓力開關(guān)等）電平信號，并將其轉(zhuǎn)換為plc內(nèi)部的低電平信號。選擇輸入模塊主要應(yīng)考慮以下兩點。1) 根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與plc輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選

20、擇電壓高低。一般，24v以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12v電壓模塊一般不超過10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。2) 高密度的輸入模塊，如32點輸入模塊，允許同時接通的點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度、一般。同時接通的點數(shù)不得超過輸入點數(shù)的60%。以適應(yīng)其總體的功耗水平。3) 注意輸入電路與傳感器的輸出電路類型匹配，直流輸入電路可與接近開關(guān)、編碼器和光電開關(guān)等直接連接，交流輸入方式適合于較惡劣的情況下使用，如粉塵、油污等。當(dāng)使用編碼器時，還應(yīng)考慮高速計數(shù)器的功能和頻率是否符合要求。(2) 開關(guān)量輸出模塊的選擇輸出模塊的任務(wù)是將plc內(nèi)部低電平的控制信號轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出

21、信號，驅(qū)動外部負(fù)載。輸出模塊有3種方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。1) 輸出方式的選擇繼電器輸出價格便宜、使用范圍廣、導(dǎo)通壓降小。承受瞬間過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有觸電、壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動作不頻繁的交/直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動電感性負(fù)載時，最大開關(guān)頻率不得超過1hz。晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無觸點開關(guān)輸出，適應(yīng)于通斷頻繁的感性負(fù)載、感性負(fù)載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高的反壓，必須采取抑制措施。交流時并聯(lián)阻容吸收裝置；直流時反向并聯(lián)續(xù)流二極管。2) 輸出電流的選擇模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能驅(qū)動，

22、則應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時有沖擊電流，故要留有足夠的余量。在選用輸出模塊時，不但要看一個輸出點的驅(qū)動能力，還要看整個輸出模塊的滿負(fù)荷能力，即輸出模塊同時接通點數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流。(3) 模擬量及特殊功能模塊的選擇模擬量輸入/輸出模塊的量程與變送器、執(zhí)行機構(gòu)的量程匹配，其位數(shù)和轉(zhuǎn)換時間應(yīng)符合控制精度和工作速度的要求。2.5 plc機型的選擇雖然plc的控制系統(tǒng)有許多優(yōu)勢，但其是否既能安全的完成任務(wù)，又能節(jié)約生產(chǎn)成本，還是一個值得思考的問題，這就需要對plc機型進(jìn)行合理的選擇。國內(nèi)市場上的plc的種類也比較多，主流像西門子、三菱、abb

23、、歐姆龍、莫迪康等等。各個品牌的plc也是在應(yīng)用上也是各有特點，例如西門子、abb等歐美產(chǎn)品在大型機領(lǐng)域表現(xiàn)出眾，而在中、小型機領(lǐng)域日本產(chǎn)品以其優(yōu)越的性能占據(jù)了大半的市場?？偟膩碚f，plc按其結(jié)構(gòu)形式分類，可分為整體式和模塊式兩類。小型機一般是整體式，根據(jù)其型號可以帶擴展單元，而大中型plc由于i/o點數(shù)比較多，也為了用戶的選擇方便，一般為模塊式。在plc機型選擇主要考慮下述幾點： （1）合理的結(jié)構(gòu)形式一般來說，整體式plc的i/o點的平均價格比較便宜，但是只能運用于一些小型項目中；而模塊式plc的i/o點數(shù)可以根據(jù)需要自行配置（在允許的范圍內(nèi)），當(dāng)然價格要貴一點。但是模塊式的維修方便，擴展靈

24、活方便，可以用于較復(fù)雜的系統(tǒng)。（2）安裝方式的選擇 plc的安裝方式主要有集中式、遠(yuǎn)程i/o式以及多臺plc聯(lián)網(wǎng)的分布式。（3）相應(yīng)功能的要求 例如邏輯運算、定時、計數(shù)、pid運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，根據(jù)需要選用。（4）響應(yīng)速度的要求（5）系統(tǒng)可靠性的要求一般情況下都能滿足，對可靠性要求很高的系統(tǒng)，或是特殊的應(yīng)用場合，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。（6）機型盡量統(tǒng)一 同一公司，應(yīng)做到plc的機型統(tǒng)一。（7）考慮性價比，具體應(yīng)考慮一下兩點。 性能與任務(wù)相適應(yīng)。對于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對控制速度要求不高時，如對小型設(shè)備的順序控制、單臺機械的自動控制等，可選用小型plc(如西門子公司s

25、7-200系列plc或omron公司c系列cmp1a/cmp2a型plc)就能滿足要求。對于以開關(guān)量控制為主，帶有部分控制模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的液位、流量、壓力、溫度等連續(xù)量的控制，應(yīng)選應(yīng)帶有a/d轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有d/a轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的感應(yīng)器、變送器(對溫度控制系統(tǒng)可選用溫度傳感器直接輸入的溫度模塊)和驅(qū)動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型plc。對于比較復(fù)雜的中大型控制系統(tǒng)，如通信聯(lián)網(wǎng)、閉環(huán)控制、pid調(diào)節(jié)等?？蛇x用中大型plc(如西門子s7-400系列plc或omron公司的c200/c200h/c200hx、cv/cvm1等plc)。當(dāng)系統(tǒng)

26、的各個控制對象分布在不同的地域時，應(yīng)根據(jù)各部分的具體要求來選擇，以組成一個分布式的控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)合理、機型系列統(tǒng)一。plc的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種，在使用時，應(yīng)按實際情況進(jìn)行選擇。在一個單位或一個企業(yè)中，應(yīng)盡量使用同一系列的plc，這不僅是模塊通用性好，減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，還給系統(tǒng)的擴展升級帶來方便。綜合比較，并結(jié)合mc275pv切管機的實際要求，其要求的i/o點數(shù)較少，用一臺plc控制，沒有特殊的控制要求，也不需要強大的運算，輸入輸出信號也都是以數(shù)字量為主，切管機系統(tǒng)對響應(yīng)速度的要求不高，也不需要強大的運算，輸入輸出信號也都是數(shù)字量的，切管機系統(tǒng)對響應(yīng)速度的要求不

27、高，故選擇西門子s7-200系列基本單元型號：cpu226 （24輸入16輸出）。根據(jù)需求的輸入輸出，模擬量擴展模塊選用em235（4輸入1輸出）。綜合考慮我們選用西門子s7-200系列，它具有中型機的規(guī)模，大型機的功能，是一種極具推廣價值的新機型。而且跟歐姆龍等plc比起來，不但有較高的性價比，還因為其編程簡單，對使用者的要求低，更加容易理解運用。2.6 觸摸屏觸摸屏作為一種最新的計算機輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。觸摸屏雖然在中國市場上出現(xiàn)只有短短的幾年的時間，卻極富吸引力。用戶在使用觸摸屏?xí)r，只需要用手指輕輕觸碰顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機的操作，極大的簡

28、化計算機的使用，即使是對計算機一無所知的人，也照樣能自如的運用。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶的觸摸位置，然后送往觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接受觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給cpu，它同時接收cpu發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。觸摸屏工作時，用戶必須首先用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單的位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏與plc之間采用rs-232c通信協(xié)議。3 基于plc的mc275pv切管機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)控制原理切管機顧名思義就是切管的機器，本設(shè)

29、計切管機為全自動型，主要由主軸、軸套、夾鉗、軸承、旋轉(zhuǎn)編碼器、諧波減速器以及齒輪機構(gòu)等組成。plc通過控制電機帶動刀盤進(jìn)行切管，刀盤速度：64-660轉(zhuǎn)/分(直流電機無極調(diào)速)；進(jìn)刀電機控制刀盤徑向運動，從而達(dá)到控制刀具快進(jìn)、慢進(jìn)、快退等的目的，刀具快速向前推進(jìn)速度：1380mm/分；刀具快速回退速度：1244mm/分；刀頭切削管速：0.05-0.5mm/分；當(dāng)切管機工作時，主軸帶動刀盤旋轉(zhuǎn)，卡盤與管子不轉(zhuǎn)，所以避免了管子在切斷過程中的擦傷和變形，生產(chǎn)效率高。plc與數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對切割機運動軌跡的控制及各種參數(shù)輸入、切割形式選擇、計算和切割程序生成。3.2 切管機機械裝置切管機由主軸箱，進(jìn)刀

30、切削工具和鉗管組成。如圖5所示.圖5 切管機的組成3.2.1 主軸傳動系統(tǒng)裝置該系統(tǒng)主要由一套可控硅裝置控制直流電機運行，速度為無極調(diào)速，轉(zhuǎn)速260-2700轉(zhuǎn)/分，并帶動刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤轉(zhuǎn)速為64/660轉(zhuǎn)/分。主機傳動裝置采用的是6ra27-v57型直流調(diào)速裝置，該裝置是三相、全數(shù)字化的直流驅(qū)動裝置，所有開環(huán)和閉環(huán)控制功能從斜坡函數(shù)發(fā)生器到觸發(fā)裝置都是由一個十六位的微處理器來實現(xiàn)，裝置的操作只需在三個按鍵和數(shù)字顯示器的幫助下完成，不需其他的編程設(shè)備，其速度給定與轉(zhuǎn)速實際值仍然以模擬信號形式輸入，且專裝置本身故障都能直接顯示，并可直接通過接點連接到可編程序控制器上，以便控制裝置便于維護(hù)和處理，

31、主傳動裝置的速度控制是由電位器根據(jù)切管工藝要求來調(diào)節(jié)速度的，以便于控制刀盤轉(zhuǎn)速。主軸箱是焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝有緊固的空心軸，空心軸上裝有用來安放切削工具的刀盤，空心軸在錐形滾珠軸承內(nèi)旋轉(zhuǎn)，空心軸通過直流電機用高性能傳動裝置加以傳動，其速度為無極調(diào)速。所有的傳動均裝于主軸箱內(nèi)，由防摩軸承傳動，并再用循環(huán)潤滑油裝置進(jìn)行噴霧潤滑。主傳動控制系統(tǒng)工作流程如下圖6所示。控制電壓接通圖6 主傳動控制系統(tǒng)工作流程圖3.2.2 進(jìn)刀傳動裝置進(jìn)刀和快速推進(jìn)均通過一臺無極調(diào)速直流電機進(jìn)行，并通過同步傳動齒輪箱傳給刀盤內(nèi)循環(huán)球形絲桿。刀盤旋轉(zhuǎn)時，刀具在調(diào)整的移動范圍內(nèi)快速移向管子，刀具將和管子接觸時，“快速推進(jìn)”即自動轉(zhuǎn)

32、到所選工作進(jìn)刀速度切管，切管操作完成后，刀具即自動快退至“快速推進(jìn)”的原始位置。該系統(tǒng)同樣由一套可控硅整流調(diào)速裝置(6ra27-v57，30a)帶動一臺3kw直流電機運行，其速度為無極調(diào)速，但其進(jìn)刀控制卻比主傳動裝置(刀盤運行)復(fù)雜和不同。1、 刀具快速向前推進(jìn)速度：1380轉(zhuǎn)/分2、 刀具快速回退速度：1244轉(zhuǎn)/分3、 工作進(jìn)刀速度：0.05至0.5mm/分這三種速度控制是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)編碼器通過皮帶與諧波傳動裝置相連同步旋轉(zhuǎn)并通過編碼器與可編程凸輪控制器相連使用，測定刀具所在實際位置，從而控制電機速度，使刀具按工藝要求運行。如圖7為進(jìn)刀傳動系統(tǒng)流程圖。圖7 進(jìn)刀傳動系統(tǒng)工作流程圖旋轉(zhuǎn)編碼器及可

33、編程序控制器采用的是增量式光電編碼器和高性能電子微控制器，該編碼器輸出脈沖數(shù)為1200個/轉(zhuǎn)，而可編程凸輪開關(guān)在0至1200脈沖之間。由于刀盤直徑所限，刀具最大運行行程為0至60mm，刀具快進(jìn)及快退速度較快，由此刀具切管的有效行程限定在5至55mm之內(nèi)運行，兩頭各5mm距離為保護(hù)循環(huán)球形絲桿不被擠壞。所取點數(shù)范圍：0進(jìn)刀傳動裝置向前55mm0進(jìn)刀傳動裝置快進(jìn)距管外徑3mm5mm進(jìn)刀傳動裝置快退60mm0進(jìn)刀傳動裝置緊急向前限位55mm0進(jìn)刀傳動裝置緊急回退限位60mm3.2.3 夾鉗裝置夾鉗裝置置于手旋臂上，并可沿著軌道方向水平移動，夾鉗內(nèi)裝有三對液壓缸。六只液壓缸上裝有可更換的夾爪，其用途為

34、在切管機操作時，夾住管頭。液壓缸和液壓油循環(huán)系統(tǒng)相接，用來加緊和松開管子，夾爪用來把帶毛刺的管頭夾出中心位置，切管操作完成后，夾鉗通過液壓缸水平移出安全蓋。3.2.4 液壓裝置液壓裝置是在一定的機械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、放大、傳遞，實現(xiàn)機械功能的輕巧化、科學(xué)化、最大化的裝置。液體裝置主要由液壓泵、電機、液壓控制閥及其他輔件構(gòu)成。液壓回路的基本功能在于以液體壓力能的形式進(jìn)行容易控制的能量傳遞，液壓技術(shù)大致處于機械式能量傳遞和電氣式能量傳遞的中間位置。電氣傳動裝置和液壓傳動裝置相同，具有無級變速裝置的特性，除了恒功率外，還容易實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩和恒速等特性。液壓傳動裝置容易進(jìn)

35、行無極變速，變速范圍廣，能在很寬的范圍內(nèi)很容易的調(diào)節(jié)力與轉(zhuǎn)矩；控制性能好，即力、速度位置等能以很高的相應(yīng)速度正確的進(jìn)行控制。另外，對于電氣，機械等其它的控制方式具有很好的適應(yīng)性，特別是和電氣信號處理相結(jié)合，可得到優(yōu)良的響應(yīng)特性。液壓技術(shù)的特性適合各種機械和設(shè)備的自動化、高性能、體積小、容量大、重量輕等方面的要求、所以雖然它是一門比較新的技術(shù)分支，但是在主動力的傳遞機構(gòu)、輔機的操作機構(gòu)或自動化控制機構(gòu)等方面的應(yīng)用極為廣泛。3.2.5 潤滑裝置從工程上講，摩擦的存在時物體表面磨損，使零件之間的實際配合公差發(fā)生變化不能滿足正常的工作需要，從而導(dǎo)致機構(gòu)，乃至機器不能正常工作；從能量方面講，摩擦力會使部

36、分輸入的能量轉(zhuǎn)化為熱量而白白損失掉，造成浪費從而使得機械效率低下。摩擦力大了，甚至?xí)箼C器很難運行起來，所以要用潤滑油來減少摩擦力。摩擦在全膜潤滑狀態(tài)下運行，這是一種理想的狀況。本系統(tǒng)采用強制送油潤滑裝置(循環(huán)潤滑)對系統(tǒng)進(jìn)行潤滑。強制送油潤滑裝置分為不循環(huán)潤滑，循環(huán)潤滑，集中潤滑。強制送油潤滑是用泵將油壓送到潤滑部位，潤滑效果和冷卻效果好。易控制供油量大小，使用可靠。廣泛適用于大型、重載、高速，精密、自動化的各種機械設(shè)備中。循環(huán)給油潤滑，油泵從油池把油壓送到各運動部位進(jìn)行潤滑，經(jīng)過潤滑后的油回流進(jìn)入機身油池循環(huán)使用。如圖8所示為其工作流程圖。圖8 潤滑裝置工作流程圖3.3 電氣控制系統(tǒng)電氣控

37、制系統(tǒng)主要由plc來控制可以分為四個分系統(tǒng)：主傳動系統(tǒng)、進(jìn)刀傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。由于切管機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連鎖性強，且動作頻繁，監(jiān)測點（液壓和電氣接點）較多，如采用一般的繼電器控制則無法完成工作要求，且故障率會大大提高，所以本系統(tǒng)采用plc控制。切管機整體控制圖如圖9所示。圖9 切管機整體控制圖3.3.1 主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)是每個機械設(shè)置或維修上都會用到的一個技術(shù)指標(biāo)。定指定應(yīng)用而言，它可以是賦予的常數(shù)值；在泛指時，它也可以是一個變量，用來控制隨其變化而變化的量，給予我們參考，如下表一所示就是我們切管機的主要技術(shù)參數(shù)。技術(shù)參數(shù)表一序號名稱參數(shù)備注1主電機yd100-2/4 1.8/1.3kw

38、2電壓380v 50hz3冷卻泵電機ab-25 380v 90w4夾鉗最大開度100mm裝標(biāo)準(zhǔn)夾鉗時5適應(yīng)鋸片高速鋼鋸片外徑為275或250肖孔2×11×636機械外形尺寸1000×800×1700mm7機器重量190kg3.3.2 i/o分配表設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計用到11個輸入點，10個輸出點，如表二所示。表二 i/o輸入輸出分配表plc的i/o分配輸入描述通道號輸出描述通道號潤滑油溫度小于最大極限溫度i0.0主傳動繼電器接通q0.0進(jìn)刀傳動裝置接通i0.1進(jìn)刀裝置啟動q0.1潤滑壓力保護(hù)接通i0.2進(jìn)刀裝置快進(jìn)電磁閥接通q0.2刀盤啟動按鈕i0.3進(jìn)刀裝置

39、慢進(jìn)電磁閥接通q0.3手動切割按鈕i0.4進(jìn)刀裝置快速回退電磁閥接通q0.4循環(huán)切割按鈕i0.5內(nèi)夾緊裝置夾緊電磁閥接通q0.5手動夾緊按鈕i0.6外夾緊裝置夾緊電磁閥接通q0.6手動松開按鈕i0.7潤滑裝置啟動q0.7外夾a位置開關(guān)i1.0液壓裝置啟動q1.0外夾b位置開關(guān)i1.1潤滑油加熱q1.1潤滑油超溫檢測aiw04 基于plc的mc275pv切管機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 plc內(nèi)部工作過程當(dāng)plc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶執(zhí)行程序和輸入刷新三個階段，完成上述三個階段稱作一個掃描周期，在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。p

40、lc的工作過程可用圖10表示。電源接通內(nèi)部處理輸入處理(輸入處理、遠(yuǎn)程i/o)通信服務(wù)(外設(shè)、cpu、總線服務(wù))更新時鐘、特殊寄存器cpu運行方式執(zhí)行程序輸出處理執(zhí)行自診斷plc正常否cpu強占為stop存放自診斷錯誤結(jié)果nyrunstop圖10 plc內(nèi)部工作流程圖4.2 mc275pv控制系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)設(shè)計plc對mc275pv系統(tǒng)控制的主程序流程圖的設(shè)計，如圖11所示。開始控制電壓接通主機通風(fēng)機接通溫度是否小于最大極限溫度夾緊子程序液壓泵啟動裝置動作潤滑裝置動作進(jìn)刀切割子程序自動循環(huán)按鈕yn夾緊松開子程序結(jié)束是否需要緊急停止是否自動循環(huán)ynyn圖11 plc控制的主程序流程圖4.3 液壓

41、裝置子程序流程設(shè)計在本系統(tǒng)中，液壓傳動系統(tǒng)控制外夾鉗前進(jìn)、后退、夾緊、松開，內(nèi)夾鉗裝置夾緊、松開。采用液壓傳動裝置的原因在于：液壓傳動的各種元件，可以根據(jù)需要方便、靈活地來布置，其重量輕、體積小、運動慣性小反應(yīng)速度快，操作控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無極調(diào)速，很容易實現(xiàn)直線運動，實現(xiàn)機器的自動化，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，可實現(xiàn)更高程度的自動控制過程，并可實現(xiàn)過載保護(hù)。其工作流程子程序如下圖12表示。夾緊子程序開始電磁閥復(fù)位外夾緊前進(jìn)電磁閥動作延時100msyny 是否達(dá)到前進(jìn)限位a外夾緊夾緊電磁閥動作內(nèi)夾緊夾緊電磁閥動作 延時100ms夾緊子程序結(jié)束松開子程序開始電磁閥復(fù)位外夾緊前進(jìn)電磁閥動作外夾緊

42、松開電磁閥動作外夾緊后退電磁閥動作 是否達(dá)到后退限位b松開子程序結(jié)束n圖12 液壓裝置子程序4.4 切管機自動循環(huán)切管流程設(shè)計plc在進(jìn)行自動切管前必須具備以下條件：1.控制電壓接通；2.接通潤滑裝置以及液壓裝置；3.主機啟動，調(diào)試至要求轉(zhuǎn)速；4.裝好刀具，進(jìn)刀裝置接通，速度及進(jìn)刀量預(yù)先按要求選好，同時用可編程凸輪控制器調(diào)好進(jìn)刀限定裝置(進(jìn)刀原始位置、快速移動值、進(jìn)刀量、切削量的限定位置)；5.操作臺原始位置信號燈亮(即夾鉗回退到位、外夾鉗松開、內(nèi)抓松開)。以上條件具備后，即可按照下圖13順序執(zhí)行自動循環(huán)切管。切管機初始位置內(nèi)夾鉗夾緊外夾鉗加緊進(jìn)刀快速向前進(jìn)刀慢速向前進(jìn)刀快速后退內(nèi)夾鉗松開外夾鉗向前外夾鉗松開外夾鉗向后鋼管退出準(zhǔn)備下一周期圖13 切管機循環(huán)工作圖整個切管過程中，只要執(zhí)行切管機初始位置程序和第一周期程序，則上述框圖的其他