S7_200PLC板材切割控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明(DOC畢業(yè)論文)

1、S7-200_PLC 板材切割控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄摘要 IAbstractII1 概述 11.1 板材切割系統(tǒng)簡介 11.2 板材切割系統(tǒng)的功能要求 22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 32.1 板材切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 32.2 板材切割系統(tǒng)的工作原理 43 硬件系統(tǒng)配置 53.1PLC 選型 53.2 PLC 的 I/O 資源配置 63.3 其他資源配置 74 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 84.1 總體流程設(shè)計(jì) 94.2 各模塊語句表設(shè)計(jì) 115 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題與解決方法 165.1 硬件方面的問題 165.2 軟件方面的問題 16主要參考文獻(xiàn) 18致 19附錄 20摘 要本文介紹了利用可編程控制器 PLC、步進(jìn)電機(jī)和火焰切

2、割槍組成了板材切割控制系統(tǒng)，給出了 PLC 和板材切割的主要控制技術(shù)環(huán)節(jié)。中心控制器通過與各種接觸器、電磁閥的連接，實(shí)現(xiàn)板材切割控制系統(tǒng)的自動(dòng)啟停，調(diào)節(jié)不同長度板材的切割功能等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠控制。同時(shí)充分利用已有資源和各種接觸器、電磁閥組成了比較完整的板材切割控制系統(tǒng)，與原來的繼電器接觸器控制線路相比，降低了故障檢修的難度,提高了可靠性。用戶理解容易，使用方便,不需要適應(yīng)期。本文還介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試，并給出了系統(tǒng)的語句表程序。關(guān)鍵詞：PLC；板材切割；步進(jìn)電機(jī)II / 26ABSTRACTThe stepper motor, flame cutting gun and t

3、he structure of its control system are presented in this paper. It pays more attention to the method using PLC to control machine, carry out a system of automatic underway stop, adjust soon and safe the function etc. Meantime it use fully resources that it have owned and kinds of switches to constit

4、ute a good cut system, compare to the old cut system, it reduce the problem of mending, and upgrade the property of safe. User can understand easily, use conveniently, and there is no need to adapt. This text still introduces these software design of the system and adjusts to try, and give a form of

5、 language procedure of the system.Key words: PLC; The Materials Cutting; The Stepper Motor1 概述在機(jī)械加工過程中，板材切割常用方式有手工切割、半自動(dòng)切割機(jī)切割與數(shù)控切割機(jī)切割。手工切割靈活方便，但手工切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時(shí)勞動(dòng)條件惡劣，生產(chǎn)效率低。半自動(dòng)切割機(jī)中仿形切割機(jī)，切割工件的質(zhì)量較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它類型半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，但其功能簡單，只適合一些較規(guī)則形狀的零件切割。數(shù)控切割相對(duì)手動(dòng)和半自動(dòng)切割方式來

6、說，可有效地提高板材切割 的效率、切割質(zhì)量，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 從各種數(shù)控切割機(jī)應(yīng)用情況來看，國生產(chǎn)的數(shù)控切割機(jī)的技術(shù)水平、整機(jī)性能等整體水平都取得了可喜的進(jìn)步，逐步趕上國際先進(jìn)水平，滿足用戶的需要，進(jìn)一步提高了市場競爭力。從發(fā)展趨勢來看，數(shù)控切割機(jī)市場上數(shù)控火焰切割機(jī)將保持其基本市場 ，專用型材數(shù)控切割設(shè)備、接觸式和非接觸式非金屬專用數(shù)控切割設(shè)備也將會(huì)有較大的發(fā)展空間，整個(gè)數(shù)控切割機(jī)市場將不斷擴(kuò)大。目前，我國機(jī)械工業(yè)鋼材使用量已達(dá)到3 億噸以上，鋼材的切割量非常大,而隨著現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)地發(fā)展，對(duì)切割的質(zhì)量、精度要求的不斷提高，對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、具有高智能化的自動(dòng)切割功能的要求

7、也在提升。提高數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)效率和切割質(zhì)量，降低生產(chǎn)使用成本，提高整機(jī)自動(dòng)化水平和系統(tǒng)穩(wěn)定性，完善系統(tǒng)功能成為其技術(shù)發(fā)展的方向。1.1 板材切割系統(tǒng)簡介板材切割系統(tǒng)主要是對(duì)各種材料進(jìn)行加工的生產(chǎn)系統(tǒng)，目前很多生產(chǎn)單位依然采用手動(dòng)操作，不僅步驟繁多，而且需要熟練的技巧和豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，由于在切割時(shí)出現(xiàn)的大量粉塵（尤其石板切割）、噪音、溫度較高（金屬板切割）等因素，使得工廠現(xiàn)場環(huán)境十分惡劣，同時(shí)各種不同的材料在大小、前進(jìn)速度與進(jìn)給長度都是根據(jù)切割過程中的情況而發(fā)生變化的，容易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化的控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步出現(xiàn)，并且已得到了廣泛的應(yīng)用，用機(jī)

8、器人代替人進(jìn)行自動(dòng)化的操作已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，并且速度快、質(zhì)量高，也能改善工人的勞動(dòng)條件。根據(jù)切割材料的不同，板材切割系統(tǒng)主要分為兩個(gè)方面，一是金屬切割方面，另一個(gè)是石板切割方面。對(duì)于金屬板材的切割，大多采用火焰切割方法，即通2 / 26過高溫將金屬熔化，然后利用氣流將金屬板材隔斷。在控制系統(tǒng)中，在適當(dāng)時(shí)點(diǎn)燃可燃?xì)怏w對(duì)板材進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬板材的加工要求，金屬板材切割示意圖如圖 1-1 所示。工件壓緊切割槍到位切割槍預(yù)熱切割開始開始工件松開切割結(jié)束工件移動(dòng)圖 1-1 金屬板材切割示意圖對(duì)于石板的切割，大多采用刀盤切割的方式，即利用刀盤的高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)石板進(jìn)行切割。在此控制系統(tǒng)中，由于板材的厚度一般比

9、較厚，因此需要多次切割才能完成一次加工過程，當(dāng)?shù)侗P沒有達(dá)到切割系統(tǒng)所設(shè)置的下限時(shí)，需要往返切割以實(shí)現(xiàn)切割功能，石板切割系統(tǒng)工作示意圖如圖 1-2 所示。開始工件壓緊刀盤啟動(dòng)刀盤到位切割開始工件移動(dòng)工件松開下降一個(gè)切削量到達(dá)另外一邊，下降一個(gè)切削量，進(jìn)行反向切割是否已到下限是否圖 1-2 石板切割系統(tǒng)工作示意圖1.2 板材切割系統(tǒng)的功能要求在對(duì)板材進(jìn)行切割時(shí)，由于受力不均勻，導(dǎo)致切割機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化從而影響切割的精度，最后影響板材的質(zhì)量，因此采用自動(dòng)控制作為其主要的控制方式。早期的控制方式為液壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造要求高，使用此類設(shè)備需要增設(shè)油泵站，增加占地面積和噪聲，但是由于中國在液

10、壓方面的元件制造工藝與其質(zhì)量方面的原因，對(duì)于某些控制要求無法達(dá)到，因此需要進(jìn)口國外設(shè)備，使得該設(shè)備維護(hù)方面有部分困難。基于計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，軟件資源豐富，可支持實(shí)時(shí)操作，具有速度快 、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可進(jìn)行復(fù)雜處理的優(yōu)點(diǎn)，3 / 26但對(duì)環(huán)境有一定要求，要在干擾小，具有一定溫度和濕度的環(huán)境下使用。在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境下，粉塵和電磁干擾的作用會(huì)影響計(jì)算機(jī)的控制性能。 可編程控制器的控制系統(tǒng)，適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾較多的場合，同時(shí)編程易學(xué)簡單，利于推廣，最重要的是其安裝 、設(shè)計(jì)簡單，如果需要改變控制邏輯或增加控制功能時(shí)，只需改變程序即可，對(duì)硬件連線改動(dòng)較少，便于進(jìn)行技術(shù)改

11、造。采用 PLC 作為控制器具有運(yùn)行速度快 、調(diào)試周期短 、維護(hù)簡單和較高的可靠性。 該控制系統(tǒng)使用 PLC 作為核心控制器，其可靠性高 、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)可保證控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。 切割系統(tǒng)的功能主要是完成板材的切割和移動(dòng)。其主要涉與兩方面的功能：一是檢測輸入信號(hào)；二是控制輸出信號(hào)。板材切割控制系統(tǒng)主要完成對(duì)操作按鈕輸入的檢測、大車輸送到位的檢測、切割槍位置的檢測、大車步進(jìn)到位的檢測等?？刂戚敵龅目刂品绞街饕校簜魉蛶Р竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制、切割槍左右運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制、切割槍電磁閥的控制、切割槍氣體閥門的控制、壓緊裝置的控制。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)切割機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)

12、計(jì)，另一個(gè)是 PLC 電氣控制設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)； PLC 電氣控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制功能的核心部分，兩方面的設(shè)計(jì)過程相互獨(dú)立，但在設(shè)計(jì)之前需要整體考慮，先分析和研究控制系統(tǒng)的整體功能，對(duì)整體結(jié)構(gòu)深入了解之后，設(shè)計(jì)出整體框架，明確兩個(gè)部分的具體功能和接口。2.1 板材切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨著企業(yè)對(duì)各類板材的質(zhì)量要求不斷提高，板材加工的要求也越來越高，因此采用傳統(tǒng)繼電器控制線路的切割系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，利用PLC 對(duì)板材切割系統(tǒng)進(jìn)行改造后，可提高系統(tǒng)的抗干擾能力和板材切割的精度。該切割系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡單，主要包括牽引機(jī)、切割機(jī)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等與其附屬結(jié)構(gòu)設(shè)備。2.1

13、.1 牽引機(jī)也就是大車，上面帶有可以用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳送帶，通過電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)工件進(jìn)行移動(dòng)，完成工件的輸送功能。4 / 262.1.2 切割機(jī)其為核心設(shè)備，包括壓緊機(jī)構(gòu)、切割槍和進(jìn)給系統(tǒng)等設(shè)備。壓緊機(jī)構(gòu)由一對(duì) V 型鐵在氣缸的帶動(dòng)下，通過杠桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓緊，通過PLC 的指令控制氣缸的上升和下降，最后實(shí)現(xiàn)壓緊和松開的操作。切割槍包括三個(gè)氣體閥門，按照不同的開啟順序，通過 PLC 的控制可實(shí)現(xiàn)切割槍的打開關(guān)閉。2.1.3 液壓系統(tǒng)由泵站和相應(yīng)的液壓控制系統(tǒng)1構(gòu)成，相應(yīng)的油缸通過對(duì)應(yīng)的泵站進(jìn)行控制，將原動(dòng)機(jī) 的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能 ，完成壓緊松開功能。2.1.4 電氣控制系統(tǒng)通過對(duì)板材切割系統(tǒng)

14、的功能要求進(jìn)行分析，可以看到該切割系統(tǒng)的電氣控制2相對(duì)比較復(fù)雜，需要檢測較多的輸入信號(hào)，控制較多的輸出量，而且還要保證切割系統(tǒng)按步運(yùn)行，因此就要設(shè)置每個(gè)設(shè)備啟動(dòng)和停止標(biāo)志，在編程時(shí)需要有清晰的邏輯控制時(shí)序。2.2 板材切割系統(tǒng)的工作原理該系統(tǒng)的工作過程包括以下幾個(gè)方面。（1）首先大車攜帶工件前進(jìn)，使工件達(dá)到切割槍所在的位置下方，可通過切割槍下方的限位開關(guān)進(jìn)行檢測。（2）大車到位后，啟動(dòng)壓緊裝置，經(jīng)過延時(shí)后，壓緊結(jié)束。（3）延時(shí)結(jié)束后，切割槍下降到位。（4）下降到位后，依次啟動(dòng)乙炔、切割氧、高壓氧閥門，點(diǎn)燃火焰。（5）待預(yù)熱一段時(shí)間后，啟動(dòng)切割槍左右移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，開始切割過程。（6）切割結(jié)束后，切

15、割槍復(fù)位。（7）松開壓緊機(jī)構(gòu)，傳送帶在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下移動(dòng)固定的長度。（8）再次啟用切割槍，切割過程循環(huán)進(jìn)行。板材切割系統(tǒng)原理圖 如圖圖 2-1 所示。帶有傳送帶的小車壓塊切割槍運(yùn)料車板材圖 2-1 板材切割系統(tǒng)原理圖5 / 26板材切割系統(tǒng)工作主要過程示意圖如圖2-2 所示。大車移動(dòng)到位壓緊裝置壓緊工件延時(shí)后切割槍下降切割槍依次打開各閥門開始切割切割結(jié)束切割槍到位壓緊裝置松開工件傳送帶步進(jìn)設(shè)定的距離圖 2-2 板材切割系統(tǒng)工作主要過程示意圖3 硬件系統(tǒng)配置如何設(shè)計(jì)板材切割系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和所需的各硬件設(shè)備。如圖3-1 所示的是板材切割系統(tǒng)的硬件連接示意圖。此控制系統(tǒng)的核心處理器是PLC，主要

16、輸入和輸出量多為數(shù)字量。PLC操作面板限位開關(guān)人機(jī)界面驅(qū)動(dòng)電磁閥驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)圖 3-1 板材切割系統(tǒng)的硬件連接示意圖3.1 PLC 選型根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子 S7-200 系列 PLC 作為板材切割控制系統(tǒng)的主機(jī)。此控制系統(tǒng)的控制過程比較簡單，算法也不復(fù)雜，因此選用的CPU 總共有 19 個(gè)數(shù)字量輸入和 11個(gè)數(shù)字量輸出，共需 30 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)，以與程序容量和控制的要求，選擇 CPU2263作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。如果選擇 CPU224，則需要擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字量輸入 /輸出模塊。可選的數(shù)字6 / 26量輸入和輸出模塊有 EM221、EM222 和

17、 EM223。EM221 和 EM222 是單獨(dú)的輸入或者輸出擴(kuò)展模塊，為了便于硬件的安裝和減小PLC 系統(tǒng)所占體積，采用 EM223 模塊。EM223 是一個(gè)輸入 /輸出混合模塊，有多種型號(hào)可選，這里選擇 EM223 中的 8 點(diǎn) DC 輸入和 8 點(diǎn) DC 輸出，既能滿足系統(tǒng)的控制要求，同時(shí)也滿足了控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)的要求。3.2 PLC 的 I/O 資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對(duì) PLC 的 I/O 進(jìn)行配置，具體分配如下所示。3.2.1 數(shù)字量輸入部分在此控制系統(tǒng)中，所需要的輸入量基本上都屬于數(shù)字量，主要包括各種控制按鈕和限位開關(guān)，共有 19 個(gè)數(shù)字輸入量，如表 3-1 所示。表

18、 3-1 數(shù)字輸入量地址分配表輸入點(diǎn)編號(hào)代碼名稱輸入點(diǎn)編號(hào)代碼名稱I0.0SB1急停按鈕I1.2SB10手動(dòng)大車前進(jìn)按鈕I0.1SB2復(fù)位按鈕I1.3SB11手動(dòng)大車后退按鈕I0.2SA手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)I1.4SB12手動(dòng)工件壓緊按鈕I0.3SB3自動(dòng)切割啟動(dòng)按鈕I1.5SB13手動(dòng)工件松開按鈕I0.4SB4手動(dòng)切割槍上升按鈕I1.6SQ1切割槍上限位置開關(guān)I0.5SB5手動(dòng)切割槍下降按鈕I1.7SQ2切割槍下限位置開關(guān)I0.6SB6手動(dòng)切割槍左移按鈕I2.0SQ3切割槍左限位置開關(guān)I0.7SB7手動(dòng)切割槍右移按鈕I2.1SQ4切割槍右限位置開關(guān)I1.0SB8手動(dòng)切割槍乙炔閥門按鈕I2.2S

19、Q5大車到位位置開關(guān)I1.1SB9手動(dòng)切割槍切割氧和高壓氧閥門按鈕3.2.2 數(shù)字量輸出部分在這個(gè)控制系統(tǒng)中，主要輸出控制的設(shè)備有各種接觸器、電動(dòng)機(jī)等，共有 10 個(gè)輸出點(diǎn)，其具體分配如表 3-2 所示。表 3-2 數(shù)字輸出量地址分配表輸出點(diǎn)編號(hào)代碼名稱輸出點(diǎn)編號(hào)代碼名稱Q0.0KM1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正向接觸器Q0.6YV3切割槍乙炔電磁閥Q0.1KM2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反向接觸器Q0.7YV4切割槍氧電磁閥Q0.2KM3切割槍電動(dòng)機(jī)正向接觸器Q1.0YV5切割槍高壓氧電磁閥Q0.3KM4切割槍電動(dòng)機(jī)反向接觸器Q1.1YV6壓緊裝置電磁閥Q0.4YV1切割槍上升電磁閥Q1.2YV7松開裝置電磁閥Q0.5Y

20、V2切割槍下降電磁閥根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求、如表 3-1 和表 3-2 所示的 I/O 分配情況以與如圖 3-1 所示的硬件連接示意圖，設(shè)計(jì)出板材切割控制系統(tǒng)PLC 控制部分硬件連接圖，如圖 3-2 所示，此控制面板上的手動(dòng)控制部分主要在調(diào)試系7 / 26統(tǒng)時(shí)使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1S7-200 系列PLCI0.0LMI0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB

21、9SB10SB11SB12SB13SB14SQ1SQ2SQ34SQ4KM1KM2KM3KM4YV1YV2YV3YV4YV5YV6SB1SA圖 3-2 板材切割控制系統(tǒng) PLC 控制部分硬件連接圖3.3 其他資源配置要完成系統(tǒng)的功能除了 PLC 與其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種限位開關(guān)、電磁閥和接觸器等儀器設(shè)備。3.3.1 限位開關(guān)用來控制切割槍在運(yùn)動(dòng)過程中的停止位置，防止移動(dòng)超限導(dǎo)致事故。（1）上限位開關(guān)?？刂魄懈顦屔仙龝r(shí)的位置，防止向上運(yùn)動(dòng)超出圍。（2）下限位開關(guān)。控制切割槍下降時(shí)的位置，防止向下運(yùn)動(dòng)超出圍。（3）左限位開關(guān)?？刂魄懈顦屪筮\(yùn)動(dòng)的位置，防止向左運(yùn)動(dòng)超出圍。8 / 26（4）右限位開

22、關(guān)?？刂魄懈顦層疫\(yùn)動(dòng)的位置，防止向右運(yùn)動(dòng)超出圍。3.3.2 電磁閥使用一個(gè)氣缸、一個(gè)電磁閥就能實(shí)現(xiàn)切割槍的上升和下降，在板材切割系統(tǒng)中，用了一些電磁閥4。（1）上升電磁閥：控制氣缸驅(qū)動(dòng)切割槍上升至設(shè)定位置。（2）下降電磁閥：控制氣缸驅(qū)動(dòng)切割槍下降至設(shè)定位置。（3）壓緊電磁閥：控制氣缸驅(qū)動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)壓緊工件。（4）松開電磁閥：控制氣缸驅(qū)動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)松開工件。3.3.3 接觸器此系統(tǒng)中，大車不需要時(shí)刻運(yùn)轉(zhuǎn)，而是根據(jù)PLC 檢測相關(guān)狀態(tài)后，發(fā)出控制大車運(yùn)行的指令。因此，必須在大車的電動(dòng)機(jī)部分裝個(gè)可以控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和停止的接觸器，在連接到PLC 控制接觸器，最后到達(dá)控制目的。3.3.4 人機(jī)界面由于需要對(duì)

23、板材的氣缸長度進(jìn)行修改，為了方便 ,需要采用人機(jī)界面進(jìn)行控制和顯示。此控制系統(tǒng)中，采用西門子公司為S7-200 設(shè)計(jì)的 TD2005。文本顯示器 TD200 的特點(diǎn)如下。（1）最大顯示 2 行中文文本。（2）支持中英文顯示。（3）與 S7-200 通過 RS-485 通信。（4）顯示器為 LCD 顯示。（5）可通過通信口供電，當(dāng)距離較長時(shí)，也可以利用獨(dú)立電源供電。（6）顯示器電路具有反接、短路、浪涌保護(hù)和電子自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。（7）允許調(diào)整指定的程序變量。（8）允許強(qiáng)制改變輸入 /輸出點(diǎn)。（9）組態(tài)軟件采用 STEP 7-Micro/WIN32 V4.0 SP4 版本，無須單獨(dú)HMI 組態(tài)軟件。3

24、.3.5 各類按鈕急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點(diǎn)，按下旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕；手動(dòng)/自動(dòng)按鈕采用旋鈕，一邊常閉，一邊常通；其余按鈕均采用觸點(diǎn)觸發(fā)方式。4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子公司專為 S7-200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)的 STEP 7-9 / 26Micro/WIN326，既可開發(fā)控制程序使用，也可實(shí)時(shí)監(jiān)控程序執(zhí)行的狀態(tài)。根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計(jì)情況，以與 PLC 控制系統(tǒng)中 I/O 的分配情況，進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，首先需要按照控制系統(tǒng)的功能要求畫出系統(tǒng)流程框架圖，然后細(xì)化流程圖，按照不同的功能要求編寫不同的功能模塊。4.1 總體流程設(shè)計(jì)根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，控制過程分為

25、手動(dòng)和自動(dòng)控制模式。4.1.1 手動(dòng)控制模式在手動(dòng)控制模式下，可單獨(dú)控制每一個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，相互之間沒有順序，互不干擾，其流程圖如圖 4-1 所示。手動(dòng)控制模式大車運(yùn)行切割槍運(yùn)行壓緊裝置運(yùn)行各種氣體閥門的控制圖 4-1 手動(dòng)控制模式流程圖4.1.2 自動(dòng)控制模式處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)上電后按下切割啟動(dòng)，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。（1）系統(tǒng)上電后，按下啟動(dòng)按鈕。（2）大車攜帶板材開始運(yùn)行，到達(dá)切割槍處停止。（3）大車到位后，傳送帶通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制前進(jìn)所需的長度后停止。（4）停止后，啟動(dòng)壓緊裝置將板材固定。（5）固定后，調(diào)用切割程序，切割結(jié)束后，切割槍自動(dòng)復(fù)位。（6）復(fù)位后，壓緊裝置

26、松開。（7）延時(shí)一秒后，如果沒用按下停止按鈕，跳至步驟（5）循環(huán)執(zhí)行。（8）如果停止按鈕被按下，系統(tǒng)停止。 自動(dòng)控制模式工作流程圖如圖 4-2 所示。在以上流程圖中，調(diào)用了切割子程序，切割子程序的工作過程包括。（1）大車到位后，切割槍左移，左移到位后，切割槍下降。10 / 26（2）下降到位后，先打開乙炔閥門，啟動(dòng)定時(shí)器。（3）定時(shí) 5s，時(shí)間到后，打開切割氧和高壓氧的閥門，啟動(dòng)定時(shí)器。（4）定時(shí) 1s，時(shí)間到后，切割槍在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下，向右移動(dòng)，開切割。（5）到右限位后，切割過程結(jié)束，切割槍自動(dòng)復(fù)位。 切割過程流程圖如圖 4-3 所示。以金屬板材為例，詳細(xì)介紹切割過程，如果操作對(duì)象是石板的話，

27、它們的工作基本一致，只是細(xì)節(jié)上有差異，主要有以下幾個(gè)方面的差異。（1）切割工具上的不同。石板切割一般采用刀具進(jìn)行切割。（2）對(duì)石板來說，大多數(shù)較厚，一次切割無法完成，需要多次切割。（3）由于石板需要多次切割，因此刀具的每次切削量不能太大，需要控制，所以采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)對(duì)每次的切削量進(jìn)行控制。自動(dòng)控制大車運(yùn)行切割下降切割程序切割氧高壓氧門開切割復(fù)位定時(shí) 1s切割左移乙炔門開切割程序定時(shí) 5s切割右移結(jié)束大車到位？是否到位？NY停止？壓緊裝置松開YYYNNN左移到位？下降到位？定時(shí)到位？定時(shí)到位？右移到位？NNNYYYYYNN壓緊裝置啟動(dòng)傳送帶移一段距離切割完畢？11 / 26圖 4-2 自動(dòng)控制模

28、式工作流程圖 圖 4-3 切割過程流程圖4.2 各模塊語句表設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)程序過程中，會(huì)使用到許多寄存器、繼電器、定時(shí)器等軟元件，為了便于編程修改，在程序編寫前應(yīng)先列出可能用到的軟元件，如表4-1所示。表 4-1 元件設(shè)置表元件意義容備注M0.0急停標(biāo)志on 有效M0.1手動(dòng)標(biāo)志on 有效M0.2自動(dòng)標(biāo)志on 有效M0.3自動(dòng)啟動(dòng)標(biāo)志on 有效M0.4大車運(yùn)行標(biāo)志on 有效M0.5工件壓緊標(biāo)志on 有效M0.6切割程序標(biāo)志on 有效M0.7傳送帶移動(dòng)設(shè)定的距離on 有效M1.0傳送帶步進(jìn)后到位標(biāo)志on 有效M1.1切割槍左移標(biāo)志on 有效M1.2切割槍下降標(biāo)志on 有效M1.3乙炔閥門打開標(biāo)志on

29、 有效M1.4切割氧和高壓氧閥門打開標(biāo)志on 有效M1.5切割槍右移標(biāo)志on 有效M1.6切割槍上升標(biāo)志on 有效M1.7切割槍復(fù)位標(biāo)志on 有效M2.0大車后退標(biāo)志on 有效M2.1工件松開標(biāo)志on 有效T37乙炔閥門打開后延時(shí)505sT38切割氧和高壓氧閥門打開后延時(shí)101sT40工件壓緊時(shí)間101sT41工件松開時(shí)間101sVD0板材長度10010cm以下程序以金屬板材切割控制為主，由于在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，設(shè)備的執(zhí)行按先后順序執(zhí)行，因此采用順序控制指令編寫軟件。4.2.1 手動(dòng)程序在系統(tǒng)上電后，將旋鈕置于手動(dòng)狀態(tài)，可通過面板上的按鈕控制每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。手動(dòng)控制系統(tǒng)主要是便于在生產(chǎn)線初裝時(shí)進(jìn)行調(diào)

30、試，檢測各個(gè)設(shè)備是否正常運(yùn)行，手動(dòng)控制語句表程序如下：LD I0.0= M0.0 ；急停標(biāo)志位LDN I0.2 ；I0.2 為常開時(shí)，是手動(dòng)狀態(tài)AN M0.0= M0.1 ；手動(dòng)標(biāo)志位12 / 26LD M0.1LPSA I0.4 ；手動(dòng)狀態(tài)下，切割槍上升= M1.6LRDA I0.5 ；手動(dòng)狀態(tài)下，切割槍下降= M1.2LRDA I0.6 ；手動(dòng)狀態(tài)下，切割槍左移= M1.1LRDA I0.7 ；手動(dòng)狀態(tài)下，切割槍右移= M1.5LRDA I1.0 ；手動(dòng)狀態(tài)下，打開切割槍乙炔閥門= M1.3LRDA I1.1 ；手動(dòng)狀態(tài)下，打開切割槍切割氧和高壓氧閥門= M1.4LRDA I1.2 ；手動(dòng)

31、狀態(tài)下，大車前進(jìn)= M0.4LRDA I1.3 ；手動(dòng)狀態(tài)下，大車后退= M2.0LRDLD I1.4 ；手動(dòng)狀態(tài)下，壓緊工件O M0.5ALDAN M2.1= M0.5LPPA I1.5 ；手動(dòng)狀態(tài)下，松開工件= M2.14.2.2 自動(dòng)程序在生產(chǎn)中，切割系統(tǒng)大多處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)通過 PLC 檢測各種狀態(tài)，控制設(shè)備的運(yùn)行，按照設(shè)定的參數(shù)順序啟動(dòng)，自動(dòng)控制語句表程序如下：LD SM0.1MOVD 100, VD0 ；初始化賦值，將所需切割的板材長度存入；PLC 寄存器= M1.7 ；復(fù)位切割槍位置LD M0.2A I0.3 ；自動(dòng)狀態(tài)下啟動(dòng)切割過程SCRT S0.0 ；啟動(dòng)狀態(tài) S0.0

32、LSCR S0.0 ；狀態(tài) S0.0 開始LD SM0.0CALL SBR_2:SBR2 ；調(diào)用子程序 2（大車運(yùn)行）13 / 26LD I2.2SCRT S0.1 ；大車到位啟動(dòng)狀態(tài) S0.1SCRELSCR S0.1 ；狀態(tài) S0.1 開始LD SM0.0CALL SBR_0:SBR0 ；調(diào)用子程序 0 控制傳送帶步進(jìn)一定距離LD M1.0SCRT S0.2 ；到位后，啟動(dòng)狀態(tài) S0.2SCRELSCR S0.2 ；狀態(tài) S0.2 開始LD SM0.0= M0.5 ；壓緊工件TON T40, 10 ；啟動(dòng)定時(shí)LD T40SCRT S0.3 ；定時(shí) 1s 后，啟動(dòng)狀態(tài) S0.3SCRELSC

33、R S0.3 ；狀態(tài) S0.3 開始LD SM0.0CALL SBR_3:SBR3 ；調(diào)用子程序 3，完成切割過程LD I1.6SCRT S0.4 ；切割完成后，切割槍自動(dòng)復(fù)位，啟動(dòng)狀態(tài)S0.4SCRELSCR S0.4 ；狀態(tài) S0.4 開始LD SM0.0= M2.1 ；切割過程結(jié)束，松開工件TON T41, 10LD T41A I1.6SCRT S0.1 ；工件松開后，啟動(dòng)狀態(tài) S0.1LD I0.0SCRT S0.0 ；急停后轉(zhuǎn)到狀態(tài) S0.0 等待SCRE4.2.3 子程序調(diào)用在自動(dòng)控制程序中，調(diào)用了幾個(gè)子程序，在不同的子程序中，實(shí)現(xiàn)不同的功能要求。子程序 07初始化步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖

34、輸出,寫脈沖輸出的控制字，并完成脈沖的輸出；子程序 1PTO 脈沖網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要從低頻率開始，然后逐漸增加頻率，才能到達(dá)高速運(yùn)行的狀態(tài)，在停止時(shí)，也需要先降低脈沖頻率才可以正常停止，所以需要脈沖串多段輸出；子程序 2 也是控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖輸出，主要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行慢速驅(qū)動(dòng)；子程序 38實(shí)現(xiàn)切割過程。子程序 0 語句表程序如下：14 / 26LD SM0.0MOVB 16#A8, SMB67 ；寫控制字，Q0.0 為脈沖輸出端口，允；許脈沖輸出，多段 PTO 脈沖串輸出時(shí)；間為 ms，不允許更新周期值和脈沖數(shù)MOVW 100, SMW168 ；網(wǎng)絡(luò)表首地址 100CALL

35、SBR_1:SBR1 ；調(diào)用子程序 1，網(wǎng)絡(luò)表設(shè)置ATCH INT_0:INT0, 10 ；中斷連接，脈沖輸出完畢，產(chǎn)生中斷ENI ；開中斷PLS 0 ；Q0.0 輸出脈沖中斷 0 語句表程序如下：LD SM0.0= M1.0 ；脈沖發(fā)完后產(chǎn)生中斷，輸出 M1.0 表示；傳送帶到位子程序 1 語句表程序如下：LD SM0.0MOVB 3, VB100 ；脈沖段數(shù)為 3MOVW 300, VW101 ；第一段脈沖周期為 300msMOVW -1, VW103 ；第一段周期增量為 -1MOVD 200, VD105 ；第一段脈沖個(gè)數(shù)為 200 個(gè)MOVW 100, VW109 ；第二段脈沖周期為

36、100msMOVW 0, VW111 ；第二段周期增量為 0MOVD 1000, VD113 ；第二段脈沖個(gè)數(shù)為 1000 個(gè)MOVW 300, VW117 ；第三段脈沖周期為 300msMOVW +5, VW119 ；第三段周期增量為 +5MOVD 100,VD121 ；第三段脈沖個(gè)數(shù)為 100 個(gè)子程序 2 語句表程序如下：LD SM0.0MOVB 16#A8, SMB67MOVW 1000, VW200 ；脈沖周期 1000msMOVW 0, VW202 ；周期增量為 0MOVD 10000, VD204 ；脈沖個(gè)數(shù)為 10000PLS 0子程序 3 語句表程序如下：LSCR S1.01

37、5 / 26LD SM0.0= M1.1 ；切割槍左移LD I2.0 ；切割槍左移到位SCRT S1.1SCRELSCR S1.1LD SM0.0= M1.2 ；切割槍下降LD I1.7 ；切割槍下降到位SCRT S1.2SCRELSCR S1.2LD SM0.0= M1.3 ；乙炔閥門打開TON T37, 20 ；定時(shí) 5sLD T37O M1.4= M1.4 ；乙炔閥門打開 5s 后，切割氧；和高壓氧閥門打開TON T38, 10 ；定時(shí) 1sLD T38O M1.5= M1.5 ；定時(shí) 1s 后，切割槍右移LD I2.1 ；切割槍右移到位SCRT S1.3SCRELSCR S1.3LD

38、SM0.0= M1.6 ；切割槍上升LD I1.6 ；切割槍上升到位STOP ；停止SCRE語句程序?qū)?yīng)的梯形圖程序9見附錄。16 / 265 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題與解決方法在板材切割系統(tǒng)中，遇到的主要問題集中在設(shè)備選擇、安放位置、調(diào)試和生產(chǎn)過程的控制等情況中。5.1 硬件方面的問題在該系統(tǒng)中，各種設(shè)備的選擇、擺放位置，以與接近開關(guān)的位置選擇、PLC 外圍電路和接線處的設(shè)計(jì)，是該控制系統(tǒng)的主要硬件問題。在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，在控制過程中需要采用氣缸，因此對(duì)于壓縮空氣有一定的要求，要求具有一定壓力和一定的潔凈程度。由于板材切割系統(tǒng)所處環(huán)境溫度較高，且空氣濕度大，空氣壓縮機(jī)對(duì)濕空氣壓縮后，水蒸氣含量增大造成銹蝕，嚴(yán)重影響了氣缸、電磁閥等相關(guān)結(jié)構(gòu)的使用，減少了其壽命，導(dǎo)致氣動(dòng)元件頻繁更換，降低了生產(chǎn)效率。通過增加一些輔助設(shè)備對(duì)雜質(zhì)和水分進(jìn)行過濾，這樣就能增加氣動(dòng)元件的壽命。在 PLC 的外圍硬件連接方面，由于輸出大多是和接