機(jī)電控制與可編程序控制器課程方案設(shè)計(jì)書(shū)

1、機(jī)電控制與可編程序控制器課程設(shè)計(jì)泡沫塑料自動(dòng)切片機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)校名稱：學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：班 級(jí)：11春機(jī)械本泡沫塑料切片機(jī)控制原理切片機(jī)的控制要求原理圖切片機(jī)控制系統(tǒng)原理，如圖2-1所示，切割厚度由4位撥盤(pán)開(kāi)關(guān)設(shè)定輸入，范圍為000.0 199.9mm。在刀架電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上裝有調(diào)速齒輪，沿圓周均勻開(kāi)5個(gè)槽，使用二線制接近開(kāi)關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)1圈，向PC發(fā)出5個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，轉(zhuǎn)兩圈刀架高度變化1mm接近開(kāi)關(guān)發(fā)出10個(gè)脈沖，根據(jù)設(shè)定的切割厚度可以簡(jiǎn)單的計(jì)算出PC應(yīng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)。電機(jī)軸轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/秒，PC的計(jì)數(shù)頻率應(yīng)達(dá)到 50HZ,因此，采用CPM2A的單相高速計(jì)數(shù)功能，它的計(jì)數(shù)頻率可達(dá)5KHZ2A操作指令輸

2、輸行程入接近開(kāi)撥盤(pán) 開(kāi)關(guān)鋸帶刀父向后流臺(tái)面向前接臺(tái)面觸落調(diào)速齒輪圖2-1為切片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖(2)工作原理示意圖其工作原理如圖2-2所示。泡泡沫塑料切片機(jī)把泡沫塑料切成一片片一定厚度的海綿,沫塊置于臺(tái)面上，切割開(kāi)始時(shí)，使臺(tái)面后移到限位，接著刀架下降一定位移量并鎖住，然后臺(tái)面帶動(dòng)泡沫快一起前移至限位，旋轉(zhuǎn)的刀片隨之切割出一片一定厚度的海綿，臺(tái)面再后移 至限位，不斷重復(fù)上述過(guò)程。臺(tái)面的體積為長(zhǎng)、寬、高分別為1米、0.5米0.005米的鐵塊。個(gè)上滑套右絲杠臺(tái)面圖2-2切片機(jī)工作原理示意圖2.2 PLC控制系統(tǒng)的功能如下：（1）兩種工作狀態(tài)：手動(dòng)或自動(dòng)。工作方式由選擇開(kāi)關(guān) S1確定，輸入點(diǎn)00011

3、接通時(shí) 為手動(dòng)方式，斷開(kāi)時(shí)為自動(dòng)方式。 由手動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)時(shí)， 先停止手動(dòng)狀態(tài)工作， 按下自動(dòng)啟動(dòng) 按鈕后，根據(jù)撥盤(pán)開(kāi)關(guān)設(shè)定厚度值， 進(jìn)行自動(dòng)切割。過(guò)程如圖2-3所示。由自動(dòng)進(jìn)入手動(dòng)時(shí)， 先停止自動(dòng)狀態(tài)開(kāi)關(guān)，然后操作人員操作手動(dòng)按鈕，控制切片機(jī)的動(dòng)作。（2）面向前或向后移動(dòng)時(shí)，帶鋸電動(dòng)機(jī)先啟動(dòng)，一旦帶鋸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，臺(tái)面前移或 后移就立即停止。（3）須在帶鋸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)（即刀片旋轉(zhuǎn)）時(shí)才能進(jìn)行磨刀控制。（4）無(wú)論在手動(dòng)或自動(dòng)方式下，當(dāng)按下總停按鈕后，除了帶鋸，磨刀外，刀架、臺(tái)面 的動(dòng)作立即停止。（5） 電接通后，臺(tái)面剎車(chē)交流接觸器KM7立即接通。在自動(dòng)方式下使用高速計(jì)數(shù)器，用編程器設(shè)置DM6642的

4、內(nèi)容為0114,表示使用高速計(jì)數(shù)的加模式、軟復(fù)位，在 DM0000- DM0003中為高速計(jì)數(shù)器建立中斷比較表：DM0000比較的次數(shù)（在程序中置為1）DM0001 目標(biāo)值1低4位（在程序中計(jì)算設(shè)置）DM0002 目標(biāo)值1高4位（在程序中置為 0000）DM0003 比較1中斷子程序號(hào)（在程序中下置為000）后到位到位.臺(tái)面向后落刀 臺(tái)面向前一前到位圖2-3自動(dòng)方式下的工作流程硬件電路設(shè)計(jì)主電路圖切片機(jī)控制系統(tǒng)的主電路如圖 3-1所示。它共有5個(gè)電機(jī)，帶鋸電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)；兩個(gè)磨刀電機(jī)帶動(dòng)砂輪對(duì)刀片研磨，使刀片鋒利；臺(tái)面電機(jī)為直流電機(jī) （直流電由晶閘管直流調(diào)速裝置供給），驅(qū)動(dòng)臺(tái)面前移或后移；刀

5、架電機(jī)通過(guò)蝸輪/蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)左、右絲桿正 轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，刀架隨滑套上移或下移，刀架電機(jī)制動(dòng)方式為電磁剎車(chē)，電磁剎車(chē)使用制動(dòng)電磁鐵；QF1控制五臺(tái)電機(jī)的通斷情況；FU1FU3分別對(duì)四臺(tái)電機(jī)起過(guò)載保護(hù)作用；當(dāng)電路某臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，空氣開(kāi)關(guān)QF會(huì)自動(dòng)跳匝，使故障電機(jī)與電路分離，便于維修人員的檢修，又不影響系統(tǒng)的工作。KMKM7為交流接觸器的常開(kāi)主觸頭，通過(guò)程序?qū)涣鹘佑|器線圈通斷的控制從而達(dá)到對(duì)電機(jī)的控制。FR1FR2對(duì)各臺(tái)電機(jī)起（過(guò)流、斷相、短路、過(guò)M5的控制。載）保護(hù)作用，保證電路的正常工作。晶閘管直流調(diào)速裝置主要控制直流電機(jī)圖3-1切片機(jī)主電路PLC外部電路圖本設(shè)計(jì)選用日本歐姆龍 CPM2A

6、系列可編程控制器控制電機(jī)的切片，切片機(jī)的工作方式有兩種；自動(dòng)和手動(dòng)。CPM2A1 一臺(tái)設(shè)有20點(diǎn)，30點(diǎn)，40點(diǎn)和60點(diǎn)I/O端子的PLC它有兩 種輸出方式分別為：繼電器輸出型和晶體管輸出型，并有二種電源可用。為使PLC的I/O容量提高到最大的120點(diǎn)I/O，與CPU單元連接的擴(kuò)展單元可多達(dá)三個(gè)。有三個(gè)擴(kuò)展單元可 用：20點(diǎn)I/O單元有12點(diǎn)輸入單元和 8點(diǎn)輸出單元。將 3個(gè)20點(diǎn)I/O單元與60內(nèi)裝I/O 緞子的CPU單元連接就得到120點(diǎn)I/O的最大I/O容量。本設(shè)計(jì)在兩種方式下的輸入點(diǎn)共有 30個(gè)（輸入端子有24個(gè)，輸出端子有 6個(gè)），超出PLC本身24個(gè)輸入點(diǎn)，由于手動(dòng)和自動(dòng) 只能以一

7、種方式工作，故某些輸入點(diǎn)可以分時(shí)復(fù)用，一點(diǎn)頂兩點(diǎn)用，還考慮留有15%- 20%余量，所以本系統(tǒng)選用 60點(diǎn)I/O端子的PLCPLC外部接線圖如圖3-2所示。其中，高速計(jì)數(shù)的輸入點(diǎn)是00000; QF2是控制PLC的電源通斷，F(xiàn)U4對(duì)PLC以及其外部電路起過(guò)載保護(hù)作用；S1選擇開(kāi)關(guān)對(duì)工作方式進(jìn)行選擇 （手動(dòng)或自動(dòng)），接通是為手動(dòng)方式，斷開(kāi)時(shí)為自動(dòng)方式；SB0為落刀按鈕，控制落刀程序；SB1為抬刀按鈕，控制抬刀程序；SB2臺(tái)面向前按鈕；SB3為臺(tái)面向后按鈕；SB4為刀架停止按鈕；SB5為臺(tái)面停止按鈕；SB6為帶鋸啟動(dòng)按鈕；SB7為帶鋸?fù)Ｖ拱粹o；S2為磨刀開(kāi)關(guān)，控 制磨刀程序；SB8為總停按鈕；SB

8、9自動(dòng)啟動(dòng)按鈕；ST1為落刀限位開(kāi)關(guān)；ST2為抬刀限位開(kāi)關(guān)；ST3臺(tái)面前到位開(kāi)關(guān)；ST4臺(tái)面后到位開(kāi)關(guān)；撥盤(pán)開(kāi)關(guān)用來(lái)輸入一位十進(jìn)制數(shù)的09,或一位十六進(jìn)制數(shù)的 0F;四個(gè)撥盤(pán)開(kāi)關(guān)分別用來(lái)設(shè)定百、十、個(gè)小數(shù)位數(shù)，利用每個(gè)撥 盤(pán)開(kāi)關(guān)的撥碼盤(pán)調(diào)整各撥碼開(kāi)關(guān)的值；二極管對(duì)PC輸入點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展避免形成寄生電路，導(dǎo)致自動(dòng)和手動(dòng)輸入相互干擾，造成混亂；FR1FR2熱繼電器起到過(guò)載保護(hù)作用；KMKM7交流接觸器線圈，用來(lái)控制交流接器的閉合與斷開(kāi)；KM5 KM6分別為KM5 KM6接觸器輔助觸頭控制線圈KM5 KM6 KM7的先后工作的順序；KM3 KM4分別為KM3 KM4接觸器的輔助 觸頭控制線圈KM3 KM

9、4的先后工作順序。在自動(dòng)方式下，SB0SB5按鈕失去作用；在手動(dòng)方式下，撥盤(pán)開(kāi)關(guān)輸入無(wú)效。I/O分配表(1)輸入單元撥盤(pán)開(kāi)關(guān)4個(gè)分別為小數(shù)位、個(gè)位、十位、百位接近開(kāi)關(guān)SW1個(gè)選擇開(kāi)關(guān)S11個(gè)磨刀開(kāi)關(guān)S22 個(gè)按鈕SBCSB9 10個(gè)限位開(kāi)關(guān)ST1ST4 4個(gè)輸出單元交流接觸器線圈 KMKM7 7個(gè)輸入點(diǎn)23個(gè)，輸出點(diǎn)7個(gè)，為考慮到以后對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展， 在PLC選型號(hào)時(shí)須留有15%20%勺備用點(diǎn)，所以選用 60點(diǎn)I/O端子的PLG (I/O 分配表見(jiàn)表3-3)制程序設(shè)計(jì)控制程序分三部分來(lái)設(shè)計(jì)的分別：公用程序、手動(dòng)程序、自動(dòng)程序。其中公用程序完成對(duì)帶鋸電機(jī)、磨刀電機(jī)、臺(tái)面剎車(chē)的控制。手動(dòng)或自動(dòng)的工作

10、狀態(tài)由20002表示，當(dāng)20002為"0”時(shí)表示手動(dòng)狀態(tài)，為"1”時(shí)表示自動(dòng)狀態(tài)。1公用程序設(shè)計(jì)程序圖5-1所示為公用程序，主要完成對(duì)帶鋸電機(jī)、磨刀電機(jī)、臺(tái)面剎車(chē)的控制。按下外部硬件電路圖中的按鈕 SB6, 00001常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，帶鋸電機(jī)01000000030100001001圖5-1公用程序線圈得電電機(jī)運(yùn)行工作并自鎖，01000輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，同時(shí)臺(tái)面剎車(chē) 01002繼電器得電運(yùn)行；按下外部硬件電路圖中的 S2磨刀開(kāi)關(guān)，00003常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合磨刀線圈01001得電電機(jī)運(yùn)行工作；按下外部硬件電路圖中的選擇開(kāi)關(guān) S1,00011常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，JMP（ 04）0

11、0跳轉(zhuǎn)指令執(zhí)行，執(zhí)行手動(dòng)控制程序。2手動(dòng)程序的設(shè)計(jì)andM指令A(yù)NDW34）為字邏輯與運(yùn)算指令，I1是輸入數(shù)據(jù)1,其范圍是：IR、SR HR AR LRTC DM *DM #。I2 是輸入數(shù)據(jù) 2 其范圍是：IR、SR HR AR LR、TC DM *DM #。R是結(jié)果通道，其范圍是：IR、SR HR AR LR DM *DMo當(dāng)執(zhí)行條件為 ON時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)1和輸入數(shù)據(jù)2按位進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，并把結(jié)果存入通道 R中。對(duì)標(biāo)志位的影響：當(dāng)間接尋址DM不存在25503為ON當(dāng)結(jié)果為 0000時(shí)25506為ON程序如圖5-2所示，20002為“0”時(shí)進(jìn)入手動(dòng)工作狀態(tài)，RESET20002置手動(dòng)工作標(biāo)志

12、。按下外部硬件電路圖中的按鈕SB6 00001常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，帶鋸電機(jī)01000線圈得電電機(jī)運(yùn)行工作并自鎖，01000輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，01000輔助常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)：按下外部硬件電 路圖中的按鈕 SBQ 00106常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，SET 01005落刀置位。按下外部硬件電路圖中的按鈕SB1, 00107常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合， SET 01006抬刀置位。當(dāng)外部限位開(kāi)關(guān) ST1閉合 時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)00006得電閉合；RESET01005落刀復(fù)位；當(dāng)外部限位開(kāi)關(guān) ST2閉合時(shí)，常開(kāi) 觸點(diǎn)00007的電閉合，RESET 01006抬刀復(fù)位；當(dāng)按下外部硬件電路圖中的按鈕SB4,常開(kāi)觸點(diǎn)00110得電閉合,

13、RESET 01005落 刀以及RESET 01006臺(tái)刀同時(shí)復(fù)位。按下外部硬件電路圖中的按鈕 SB2 00108常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合,SET 01003臺(tái)面向前置位。按下外部硬件電路圖中的按鈕 SB3 00109常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合,SET 01004臺(tái)面向后置位。按下外部硬件電路圖中的按鈕 SB5, 00111常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合,RESET 01003臺(tái)面向前以及 RESET 01004臺(tái)面向后復(fù)位。當(dāng)外部限位開(kāi)關(guān)ST3閉合時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn) 00008得電閉合，RESET 010003臺(tái)面向前復(fù)位。當(dāng)外部限位開(kāi)關(guān)ST4閉合時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn) 00009得電閉合，RESET01004臺(tái)面向后復(fù)位。當(dāng)按下外部硬件

14、電路圖中的按鈕SB8時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)00004得電閉合，RESET01005落刀、RESET 01006抬刀、RESET 01003臺(tái)面向前、 RESET 01004臺(tái)面向后都復(fù)位。 JME（ 05）00為跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令，說(shuō)明了手動(dòng)程序執(zhí)行已完成。3自動(dòng)程序設(shè)計(jì)當(dāng)20002為“ 1”時(shí)，切片機(jī)進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)，在自動(dòng)程序里，選用2300023005這6個(gè)內(nèi)部輔助繼電器作為工作的步標(biāo)志，控制循環(huán)動(dòng)作，其功能表如圖5-3所示。普通計(jì)數(shù)器對(duì)外部事件的計(jì)數(shù)頻率受到掃描周期（一般數(shù)十ms）及輸入濾波器時(shí)間常數(shù)（180ms）限制，而高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率不受這兩者的影響，從而可以獲得較高的計(jì) 數(shù)頻率（CPM2A高

15、速計(jì)數(shù)器的最大響應(yīng)頻率為20kHz）。CTBL指令比較表登記指令 CTBL（ 63）,用來(lái)登記一個(gè)高速計(jì)數(shù)器的比較表。(1) 格式:P 是定義符，取000。C是控制數(shù)據(jù)，取值范圍是：000、001、002、003。TB是比較表開(kāi)始通道，其范圍是：IR、SR HR AR LR DM * DM。(2)功能：當(dāng)執(zhí)行條件為ON時(shí)，根據(jù)控制數(shù)據(jù) C的值，完成表9所示的4種功能之一。當(dāng)C=000或002時(shí)，TB的內(nèi)容是比較次數(shù) (BCD，TB+1的內(nèi)容是目標(biāo)值 1的低4位(BCD， TB+2的內(nèi)容是目標(biāo)值1的高4位(BCD，TB+3的內(nèi)容是比較1的中斷子程序號(hào)；TB+4的內(nèi) 容是目標(biāo)值2的低4位(BCD，

16、TB+5的內(nèi)容是目標(biāo)值 2的高4位(BCD，TB+6的內(nèi)容是比 較2的中斷子程序號(hào)；，依次類推。當(dāng) C=001或003時(shí)，TB的內(nèi)容是下限值1的低4位(BCD，TB+1的內(nèi)容是下限值 1的高4位(BCD，TB+2的內(nèi)容是上限值 1的低4位(BCD， TB+3的內(nèi)容是上限值1的高4位(BCD，TB+4的內(nèi)容是比較1的中斷子程序號(hào)；TB+5的內(nèi) 容是下限值2的低4位(BCD，TB+6的內(nèi)容是下限值 2的高4位(BCD，TB+7的內(nèi)容是上 限值2的低4位(BCD，TB+8的內(nèi)容是上限值 2的高4位(BCD，TB+9的內(nèi)容是比較2的 中斷子程序號(hào)；，依次類推。表5-1 CTBL指令控制數(shù)據(jù)的定義C功

17、能000登記一個(gè)目標(biāo)值比較表，并啟動(dòng)比較001登記一個(gè)區(qū)域比較表，并啟動(dòng)比較002登記一個(gè)目標(biāo)值比較表，用INI指令啟動(dòng)比較003登記一個(gè)區(qū)域比較表，用INI指令啟動(dòng)比較程序如圖5-4所示，初始步的產(chǎn)生及中間步的轉(zhuǎn)換不是采用通常的啟保停電路的結(jié)構(gòu)形 式，而是用 SET/RESET(置位/復(fù)位)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)啟保停電路功能的。按下外部硬件電路圖 中的按鈕SB6, 00001常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，帶鋸電機(jī)01000線圈得電電機(jī)運(yùn)行工作并自鎖,01000輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，01000輔助常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)：選擇開(kāi)關(guān)S1打到自動(dòng)時(shí)，JMP(04)00跳轉(zhuǎn)指令執(zhí)行，執(zhí)行自動(dòng)控制程序。 DIFU( 13) 20001為上

18、升沿微分指令，當(dāng) 20001的條 件由OFF變?yōu)镺N (即上升沿)時(shí)，繼電器 20001維持一個(gè)掃描周期的 ON狀態(tài)；20001常開(kāi)觸點(diǎn)閉合： ANDW(34清輸出；MOV( 21) #000 IR230 所有步清零； MOV( 21) #0001 DM000 為 DM000置 1 ； MOV( 21) #000 DM002 為 DM002清 0 ；MOV( 21) #000 DM003為 DM003置 000； RESET20000 自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志清零；SET20002 置自動(dòng)工作標(biāo)志；SET23000步0置位,23000常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合；25315為初始化脈沖。按下 外部硬件電路圖中的按鈕

19、SB9,00005常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，SET20000自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志置1,20000 常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合； SET 23001步1置位，23001常開(kāi)觸點(diǎn)的電閉合、RESET 23000步0復(fù)位；01004線圈得電臺(tái)面后移；當(dāng)外部限位開(kāi)關(guān) ST4得電閉合時(shí)，00009常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合， 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，SET 23002步2置位，23002常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合；RESET 23001步1復(fù)位；MOV（ 21）IR001 DM0001、MOV（ 82）IR000 #1210 DM0001 讀撥盤(pán)開(kāi)關(guān)設(shè)定值，將脈沖數(shù)送 至DM001（ DM002已置0）； 25200高速計(jì)數(shù)器復(fù)位；CTBL（ 63）登錄比較表目標(biāo)值比較開(kāi)始； SET23003步3置位；RESET23002步2復(fù)位；23003常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，01005線圈得電落刀；限位開(kāi)關(guān)ST1得電閉合：00006常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi) SET23005步5置位；RESET23003步3復(fù)位。23005常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，01006線圈的電抬刀至上限位：ST2限位開(kāi)關(guān)得電閉合，00007常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，SET23000步0置位；RESET20000自 動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志清零；RESET 23005步5復(fù)位；JME（ 05）01自動(dòng)完成，SBN（ 92）000中斷子程序，25313常ON開(kāi)關(guān)， 使SET 23004