全自動剪板機的plc控制系統(tǒng)設

1、前言前言目前,我國機械制造業(yè)存在大量的通用設備,在發(fā)展現代機械自動化技術時,可以應用微電子技術改造這些已有通用設備,比如用數顯、數控裝置改造通用設備,提高單機自動化程度;用可編程序控制器改造通用機床、專用機床、組合機床及自動設備與半自動設備組成的生產線,這樣可以把計算機功能完備、編程靈活、適應性強的優(yōu)點和繼電器控制簡單、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結合起來，這是一條低成本、高效益，符合我國國情的機械自動化技術發(fā)展應用新途徑。全自動剪板機廣泛的應用于在板材加工系統(tǒng)中,板料長度檢測，板料進料、壓緊、走刀、落料、長度調整等過程必須按一定的節(jié)拍控制精確度動作，而且不同長度、不同厚度、不同材料的板材,各

2、動作行程、先后順序、刀具位置等要求都不一樣，對于這樣的控制要求,傳統(tǒng)控制柜很難實現,綜合考慮設備的性能/價格比，顯示直觀性、外表美觀性、靈活性等諸方面因素,本設計采用可編程控制器，根據自動剪板機對控制系統(tǒng)的要求進行方案設計。 PLCPLC 在自動剪板機的應用在自動剪板機的應用摘要：介紹可編程控制器(PLC)的原理、組成以及編程，具體在自動剪板機中的應用，對 PLC 在數控系統(tǒng)控制下所完成的控制功能作簡單闡述, 并介紹了可編程控制器（PLC）應用于自動剪板機控制系統(tǒng)的控制原理;系統(tǒng)設計方法;輸入、輸出點數確定;程序設計及手動操作梯形圖設計，并給出了 PLC 的控制電路接線圖和梯形圖。關鍵詞關鍵詞

3、：全自動剪板機；梯形圖；可編程控制器 PLC目目 錄錄緒 論.3第一章 PLC 簡述與電氣控制 .41.1 PLC 的發(fā)展歷程.51.2 PLC 的構成.51.2.2 電源模塊.81.2.3 底板或機架.81.2.4 PLC 系統(tǒng)的其它設備 .81.2.5 PLC 的通信聯(lián)網 .9第二章 自動剪板機工藝.102.1 系統(tǒng)的控制要求 .112.2 剪板機結構原理 .112.2.1 控制系統(tǒng)的結構.122.2.2 工作原理.12第三章 自動剪板機的 PLC 控制系統(tǒng)設計.133.1 設計進料機構控制電路 .133.2 設計壓料機構控制電路 .133.3 設計剪切刀控制電路 .143.4 設計小車送

4、料裝置 .163.5 PLC 控制器的選擇.183.5.1 I/O 端子分配 .213.5.2 系統(tǒng)的軟件.223.5.3 系統(tǒng)的流程圖.223.5.2 系統(tǒng)的梯形圖及其程序語句表.24第四章 結論.27致謝 .27第一章第一章 PLC 簡述與電氣控制簡述與電氣控制傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器-接觸器控制，但控制系統(tǒng)較復雜,大量的接線使系統(tǒng)可靠性降低,也間接地降低了設備的工作效率。采用可編程控硬件制器較好地解決了這一問題。它是一種將計算機技術，自動控制技術和通信技術結合在一起的新型工業(yè)自動控制設備,不僅能實現對開關量信號的邏輯控制,還能實現與上位計算機等智能設備之間的通信。因此,將 PLC 應用

5、于該控制,完全能滿足技術要求，且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數修改方便、自動化程度高等優(yōu)點。在此對 PLC 進行簡單介紹，在自動化控制領域，PLC 是一種重要的控制設備。目前，世界上有 200 多廠家生產 300 多品種 PLC 產品，應用在汽車（23%） 、糧食加工（16.4%） 、化學/制藥（14.6%） 、金屬/礦山（11.5%） 、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。以下對 PLC 的發(fā)展、基本結構、配置、應用等基本知識做一簡介。1.1 PLC 的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數

6、據采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現的。1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（PC） 。個人計算機（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC） ，現在，仍常常將 PLC 簡稱 PC。PLC 的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對 PLC 的定義是：可編程

7、控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 上世紀 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 3040%。在這時期，PLC 在處理模擬量的能力、數字運算的能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC 逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。PL

8、C 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。1.2 PLC 的構成的構成從結構上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括CPU 板、I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 1.2.1 CPU 的構成的構成CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能

9、接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯(lián)系的數據、控制及狀態(tài)總線構成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 PLC 不可缺少的組成單元。存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數據。PLC 常用的存儲類型有 RAM 、ROM、 EPROM、 EEPROM。內部處理通

10、信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理運 行停止圖圖 2 2 PLCPLC 的工作原理的工作原理PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，在 PLC 中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結束符后，又返回第一條，如此周而復始的不斷循環(huán)。PLC 的掃描過程如圖 2。這個工作過程分為內部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。內部處理階段，PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器等。同信操作服務階段，PLC 與一些智能模塊通信，響應程序器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。當 PLC 處于停止狀態(tài)時，只進行內部處理和通信操

11、作服務等內容。在 PLC處于運行狀態(tài)時，從內部處理、通信操作、到程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。輸入處理又叫輸入采樣。在此階段，順序輸入所有端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內存所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內容也不會發(fā)生變化，只有在下一次掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。程序執(zhí)行階段根據 PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。循環(huán)掃描的工作方式是 PLC 的一大特點，也可以說PLC 是串行工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)并

12、行工作有質的區(qū)別。PLC 的串行工作方式避免了繼電器控制系統(tǒng)中觸點競爭和時序失配的問題。由于 PLC 采用掃描工作過程，所以在程序的執(zhí)行階段即使發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內容也不會變化，要等到下一個周期的輸入采樣階段才能改變。掃描周期是一個很重要的指標，小型 PLC 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。PLC 的掃描時間取決于 I/O 掃描速度和用戶程序的長短，以及程序使用的指令類型。毫秒級的掃描時間對于一般工業(yè)設備通常是可以接受的，PLC的影響滯后是允許的，但是對某些 I/O 快速響應的設備，則采取相應的處理措施。如選用高速 CPU，提高掃描速度，采用快速響應模塊、高速記數模塊以及不同

13、的中斷處理等措施減少滯后時間。影響 I/O 滯后的主要原因：輸入濾波器的慣性，輸出繼電器接點的慣性，程序執(zhí)行的時間，程序設計不當的附加影響等。我們在此不必要詳細分析 CPU 的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU 速度和內存容量是 PLC 的重要參數，它們決定著 PLC 的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。1.2.2 I/O 模塊模塊PLC 與電氣回

14、路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI） ，開關量輸出（DO） ，模擬量輸入（AI） ，模擬量輸出（AO）等模塊。開關量是指，只有開和關（或 1 和 0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指，連續(xù)變化的量。常用的 I/O 分類如下：開關量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA） 、電壓型（

15、0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按 I/O 點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O 模塊可多可少，但其最大數受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或機架槽數限制。1.2.2 電源模塊電源模塊PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC 或 110VAC） ，直流電源（常用的為 24VDC） 。1.2.3 底板或機架底板或機架 大多數模塊式 PLC

16、使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。1.2.4 PLC 系統(tǒng)的其它設備系統(tǒng)的其它設備1).編程設備：編程器是 PLC 開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。2).人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常

17、普及。3).輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如 EPROM、EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。1.2.5 PLC 的通信聯(lián)網的通信聯(lián)網依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網絡就是控制器的觀點說法。 PLC 具有通信聯(lián)網的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現分散集中控制。多數 PLC 具有 RS-232 接口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC 的通信，還未實現互操作性，IEC 規(guī)

18、定了多種現場總線標準，PLC 各廠家均有采用。 圖圖 3 3 總體設計方案簡圖總體設計方案簡圖對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。為實現自動化必須根據板材自動精確剪切加工的工作特點及動作要求進行設計,因此本方案采用了可編程控制器來實現對自動剪板機的控制，設計思想如圖 3 所示。 全自動剪板機控制系

19、統(tǒng)機械部分送料機構壓料機構卸料機構小車機構PLC電機電路工作電路工作電源軟件部分電氣部分第二章第二章 自動剪板機工藝自動剪板機工藝剪板機應用于許多金屬加工和薄板開料操作，在設計剪板機之前必須對幾個因素進行考慮，包括剪板機的剪切能力、產率增強選件和安全性。剪板機類型由許多因素決定，諸如剪板機可處理材料的長度、厚度和種類。 剪板機可以按剪切形式及其驅動系統(tǒng)進行分類，有兩種結構形式常用于電動龍門剪床：閘式（也叫滑塊式）和擺式。 閘式剪板機利用驅動系統(tǒng)操縱動刀片向下移動到一定的位置，使動刀片在整個行程內幾乎與定刀片保持平行。為了使刀架片橫梁在相互移動的過程保持合適的狀態(tài)，閘式剪板機需要一個滑塊導向系統(tǒng)

20、。 擺式剪板機驅動系統(tǒng)中有一個用來操縱動刀片，使動刀片依附于滾柱軸承向下回轉。這種結構不再需要利用凹字形導向條或滑道使刀片在剪切過程保持合適的姿勢。 在評價剪板機時需要考慮的一個因素是指定的工作需要多大的剪切能力。剪板機的規(guī)格數據幾乎都以低碳鋼和不銹鋼為剪切對象。為了把金屬加工廠對剪板機的要求同這些數據進行對照，必須根據剪板機的能力核對工廠的材料規(guī)格。 有些剪切能力是針對低碳鋼規(guī)定的，因此可能包括抗張強度 60,000psi，而另一些剪切能力適用于 A-36 或抗張強度 80,000 psi。剪切不銹鋼的能力幾乎總是小于低碳鋼或 A-36 鋼。另外，某些鋁合金所需要的剪切力竟然和鋼一樣大。剪切

21、角（動刀片通過定刀片時的角度）是決定切口質量的重要因素。一般而言，剪切角越小，切口質量越好。如果落在剪板機后面的零件比較短（小于4(1.22m)） ，可能出現俯曲、扭曲和拱起等切口質量問題。剪切角較小的剪板機需要較大的動力。 剪板機依靠重要的標準部件和能夠增加生產率的選購件來增強產率，提高生產率可以表現為許多形式：節(jié)約人力，改進物料流動，提高精度，改善切口質量并避免輔助操作，但最重要的是增強安全性。2.1 系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)的控制要求據剪板機的工作特點,對控制系統(tǒng)提出控制要求如下:1 上電后,檢測各工作機構的狀態(tài),控制各工作機構處于初始位置。2 進料,由控制系統(tǒng)控制進料機構將待剪板料自動輸送到

22、位。3 定剪切尺寸,采用伺服電機控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸,其尺寸可是定值也可以設置為循環(huán)變動值。4 壓緊和剪切,待剪板料長度達到設定值后由主電動機帶動壓料器和剪切刀具,先壓緊板料,然后剪斷板料。5 送料車的運行,包括卸載后自動返回。6 剪切板料的尺寸設定、自動計數及每車板料數的預設定。7 具備斷電保護和來電恢復功能。8 能實現加工過程自動控制,加工參數顯示,系統(tǒng)檢測。9 保證板料加工精度、加工效率和安全可靠性。10 具有良好的人機操作界面。2.2 剪板機結構原理剪板機結構原理自動剪板機是一種精確控制板材加工尺寸,將大塊金屬板材進行自動循環(huán)剪切加工,并由送料車運送到下一工序的自動化加工設

23、備，其結構原理如圖 1 所示。 圖圖 1 1 自動剪板機結構原理圖自動剪板機結構原理圖2.2.1 控制系統(tǒng)的結構控制系統(tǒng)的結構系統(tǒng)設置了7個限位開關，分別用于檢測各部分的工作狀態(tài)。其中，SQ1 檢測待剪板料是否被輸送到位。SQ2、SQ3 分別檢測壓塊B 的狀態(tài)，檢測壓塊是否壓緊已到位的板料；SQ4 檢測剪切刀A 的狀態(tài)；SQ7 為光電接近開關, 檢測板料是否被剪斷落入小車；SQ5 用于檢測小車是否到位；SQ6 用于判斷小車是否空載。送料機構E、壓塊B、剪切刀A和送料小車分別由四臺電動機拖動。系統(tǒng)未動做時, 壓塊及剪切刀的限位開關SQ2、SQ3 和SQ4 均斷開, SQ1、SQ7也是斷開的。2.

24、2.2 工作原理工作原理當系統(tǒng)啟動時,輸入板料加工尺寸、加工數量等參數，按下自動開關，系統(tǒng)自動運行。1 首先檢查限位開關SQ6 的狀態(tài),若小車空載, 系統(tǒng)開始工作, 起動送料小車。小車運行到位, 限位開關SQ5 閉合,小車停車。2 起動送料機構E 帶動板料C 向右移動。當板料碰到行程開關SQ1 時, 送料停止同時制動器松開、電磁離合器結合，主電動機通過傳動機構工作。3 壓塊電機啟動,使壓塊B 壓下, 壓塊上限開關SQ2 閉合。當壓塊到位, 板料壓緊時, 壓塊下限開關SQ3閉合。4 剪切刀電動機起動, 控制剪刀下落。此時,SQ4 閉合, 直到把板料剪斷, 板料落入小車。5 當小車上的板料夠數時,

25、 起動小車控制電動機, 帶動小車右行,將切好的板料送至下一工序。6 卸下后, 再起動小車左行, 重新返回剪板機下, 開始下一車的工作循環(huán)。板料的長度 L 可根據需要進行調整, 每一車板料的數量可預先設定。第三章第三章 自動剪板機的自動剪板機的 PLC 控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)設計3.1 設計進料機構設計進料機構控制電路控制電路用交流電機帶動送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個方向運動，只要求電機向一個方向旋轉即可，輕負載小功率電動機可直接起動，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。使待剪板料自動快速穩(wěn)定地輸送到剪切位置。見附圖 1（電機單向連續(xù)運轉控制電路圖）3.2 設計壓料機構設計壓料機構控制電路控制電

26、路壓塊 B 的作用是壓緊板料，以利于剪切刀切斷板料，壓塊 B 又上升和下降兩種運動，要求帶動壓塊的電動機具有正反轉運動，控制電路有聯(lián)鎖保護、用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。見附圖 2（電機正反轉運轉控制電路圖）圖圖 4 4 電機正反轉主電路電機正反轉主電路所謂聯(lián)鎖控制是指，凡是生產線上某些環(huán)節(jié)或一臺設備的某些部件之間具有相互制約或相互配合的控制均稱為聯(lián)鎖控制，聯(lián)鎖控制包括：自鎖控制、互鎖控制、正常工作與點動的聯(lián)鎖控制、實現按順序工作時的控制。電機正反轉就需要互鎖控制。3.3 設計剪切刀設計剪切刀控制電路控制電路 剪切刀有兩種運動，下行切斷板料，然后上升復位，帶動剪切刀機構的電動機也應具有正

27、反轉，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護（見附圖 2 電機正反轉控制電路圖） 。根據電機控制要求，其電機正反轉主電路圖如圖 4 所示，程序流程框圖如圖 5 所示。1234ABCD4321DCBAY8Y8NNNNYYYN圖圖 5 5 電機正反轉程序流程框圖電機正反轉程序流程框圖電機正反轉控制 PLC 設計討論：1）電力拖動是指對電動機的控制，采用繼電器-接觸器控制，都有自己的基本控制電路。采用 PLC 控制也應該有自己的基本控制環(huán)節(jié)，為此而提出電機正反轉控制 PLC 設計討論，尋找其較好的控制方案。2）繼電器-接觸器電氣控制原理： 繼電器-接觸器電氣控制原理如圖 6 所示。上、下兩圖比較，不管是

28、電器元件、觸點數量、連接導線的數量都是一樣的，分別是 5 只、9 個、13 條。按鈕連線也是 6 根，但上圖的按鈕和接觸器連線較集中，從維修的角度看要比下圖優(yōu)越。3）元件的代號意義SB0帶磨姑頭急停按鈕。5SB1、5SB2正反轉啟/停按鈕。5KM1正轉接觸器。5KM2反轉接觸器。其中的 5KM1 和 5KM2 要求選用帶機械聯(lián)鎖的交流接觸器。圖圖 6 6 繼電器繼電器- -接觸器電氣控制原理接觸器電氣控制原理4）電器元件的工作情況正轉啟動撳 5SB1，5KM1 得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開 5KM2 的線圈回路。 反轉啟動撳 5SB2，首先是 5KM1 失電，其互鎖

29、觸點恢復閉合，才是5KM2 得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開 5KM1 的線圈回路。 再次正轉啟動撳 5SB1，首先是 5KM2 失電，其互鎖觸點恢復閉合，才是 5KM1 得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開 5KM2的線圈回路。3.4 設計小車送料裝置設計小車送料裝置 為實現板料自動輸送到下一工位并返回,可采用交流電通過帶傳動帶動驅動軸,驅動行走輪來完成小車往返各機構的運動動力來自電機,根據控制的特點和經濟性要求,用交流電機來實現進料、小車送料、托架下料，采用伺服電機控制擋料器精確定長。伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的 U/V/W 三相電形

30、成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數） 。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發(fā)展日新月異。而且永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有：1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。2）定子繞組散熱比較方便。3）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。4）適應于高速大力矩工作狀態(tài)。伺服的額定速度比一般異步電機高的多，并且可以控制轉速和位移，而一般的變頻器只側重于轉速控制，適用于開環(huán)調速，而伺服可以做到精確定位，速度環(huán)控制響應比變頻器加外圍速度控制更直接，動態(tài)響應好

31、。該控制系統(tǒng)需要完成對工作機構的控制情況如下：1）進料控制,執(zhí)行器件為進料電機,通過對進料電機的起停控制,實現進給機構輸送板料，停止輸送板料的控制。2）刀具剪切控制,執(zhí)行器件為電磁離合器和電磁制動器。通過控制主電機傳動路線中的電磁離合器,控制傳動機構帶動刀具完成向下剪切板料,撤回利用彈簧完成。為了防止慣性造成連續(xù)剪切需要控制制動器剪切一次制動一次。3） 小車往返運動及停止控制,執(zhí)行器件為小車電機,通過控制小車電機的起、停、正反轉,控制送料小車在剪板機與下一工位往返送料。 圖圖 7 7 控制系統(tǒng)的主電路圖控制系統(tǒng)的主電路圖其中,1）執(zhí)行機構都可采用光電、開關量控制。由于可編程控制器是低壓直流輸出

32、,所以,我們使用中間繼電器作為控制器輸出的第 1 級執(zhí)行機構,通過繼電器的觸電控制大功率接觸器的通斷,從而控制交流電機的起、停。執(zhí)行機構中的電磁離合器、制動器需要采用專用輸出驅動控制電路。 系統(tǒng)原來采用繼電器接觸器控制,但控制系統(tǒng)較復雜,大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低, 也間接降低了設備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題, 它不僅減少了系統(tǒng)的硬件接線, 提高了工作可靠性, 而且在加工工藝改變時, 只需修改程序, 就可適應新的加工要求, 大大提高了工作效率。3.5 PLC 控制器的選擇控制器的選擇在此設計中，采用日本松下公司生產的FP1C24系列PLC系統(tǒng)作為主機。 日本松下電工公

33、司的 FP 系列 PLC 是可編程控制器市場上的后起之秀，它具有豐富的指令系統(tǒng)，即使是小型機也有近 200 條指令。CPU 處理速度快，運行速度 1.6s/步。程序容量高達 2700 步/500 步，小型機一般都達到 3 千步左右，最高可達 5 千步，而大型機最大也只有 60 千步。編輯工具的功能強大，無論是手持編程器還是編程工具軟件，其編程可監(jiān)控能力都很強。強大、統(tǒng)一的編程工具,是設計人員的最佳選擇。網絡通信功能強大，此系列的各種機型都提供了通信功能，松下電工提供了多達 6 種的 PLC 網絡產品，在同一子網中集成了幾種通信方式，我們可根據需要選擇。FP1 屬于小型機。產品型號以 C 字母開

34、頭代表主控單元或稱主機，以 E 字母開頭代表擴展單元或稱擴展機，后面跟的數字代表 I/O 點數。該產品包括C14C72 六款主控單元和 E8E40 四款擴展單元，主機有 14.16.24.40.56.72點六種,還有 8.16.24.40 點四種擴展單元。主機上配有 RS232C 通訊口及機內時鐘，形成系列化產品。 圖圖 8 8 松下電工松下電工 FP1FP1C24C24 系列主機面板圖系列主機面板圖 圖圖 9 9 FP1FP1 可編程序控制器輸入可編程序控制器輸入/ /輸出電路的基本結構輸出電路的基本結構FP1 的指令系統(tǒng)十分強大，共有 190 多條指令，除基本的邏輯運算，數據運算、數據處理

35、 數制轉換指令之外，還有中斷、子程序調用、步進控制、電子凸輪控制、速度及位置控制等特殊功能指令。另外，FP1 還有功能完備的編程工具，利用這些工具，我們可以方便的進行編程和實現監(jiān)控。即使是使用手持編程器,也可以實現多種監(jiān)控功能。由于 FP1 具有結構緊湊、硬件配置全、軟件功能強等特點，而且，它的某些功能甚至能與大型機媲美，所以性能價格比高，較適合在中小企業(yè)中推廣使用。FP1 雖屬于小型 PLC，但卻包含了大中型 PLC 的許多功能，可以說它是“麻雀雖小五臟具全”他的特殊功能主要 有以下幾方面：1 高速計數功能 FP1 內置高速計數器，最高計數頻率可達 10000 Hz。2 脈沖輸出功能 FP1

36、 型 PLC 中晶體管輸出型可輸出頻率可調脈沖，最高脈沖頻率大 5000 Hz。3 可調輸入延時濾波 為提高可靠性，在 FP1 的輸入端采用了可調輸入延時濾波 ，它可以減少應機械開關抖動帶來得不可靠性。4 脈沖捕捉功能 在 FP1 的輸入端增加了脈沖捕捉功能，可以根據需要選擇。該功能可以使 PLC 捕捉到瞬間的窄脈沖，這在故障檢測中十分有用。5 中斷功能 手動可調數值輸入功能 只要在小旋具或螺絲刀調節(jié)面板上的螺桿的旋轉角，即可從外部方便的改變其內部寄存器中所存的數值，數值范圍可在 0256 之間改變，在 FP1 中還有其他一些特殊功能，如時鐘日歷、掃描時間設置、口令保護、看門狗等。FP1C24

37、 型可編程控制器的主控單元外型圖如圖 8 所示，主控單元的輸入/輸出點數為 16/8，其工作電壓 24V DC。主控單元和擴展單元的 I/O 點數加起來最多可達 152 個點。在主控單元內含有高速計數器，可輸入的脈沖頻率高達 5000Hz，并能同時輸入兩路脈沖，晶體管輸出型 PLC 可輸出頻率可調的脈沖信號。主控單元還具有 8 個中斷源的中斷優(yōu)先權管理等功能。同時通過 PC 機可對 PLC 進行梯形圖程序的編輯、狀態(tài)監(jiān)控等。除主控單元和擴展單元外，還有 A/D、D/A 單元，最多可控制 152 點加 4 通道 A/D,4 通道 D/A，還有 C-NET 鏈接單元等高級模塊，可進行模擬量處理，通

38、過 C-NET 網絡模塊可方便地將最多 32 臺 PLC 聯(lián)成網絡,距離達 1.2km，可方便的工業(yè)現場 PLC 控制網絡。3.5.1 I/O 端子分配端子分配1 輸入設備限位開關: SQ1, SQ2, SQ3,SQ4,SQ5, SQ6, SQ7系統(tǒng)的停止啟動按鈕: SB1, SB22 輸出設備 一塊板料剪切完成并落入小車時, 光電檢測開關SQ7合一次,計數器作減1計 數。本設計中假設小車可最多載40塊板料。KM1控制送料機構電機的接觸器；KM2、KM3控制壓塊電機的接觸器，驅動電機的正反轉，控制壓塊壓緊和放松板料；KM4、KM5分別控制剪切電機的接觸器，驅動電機的正反轉，控制剪切刀上下運行；

39、KM6和KM7控制送料小車電機的接觸器，驅動電機的正反轉,從而控制小車的左行和右行。HL1為小車空載指示,根據需要, 還可增設其它信號指示。其輸入輸出端子分配如圖10所示。 圖圖1010 自動剪板機自動剪板機PLCPLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)I/OI/O端子分配圖端子分配圖把現場開關輸入設備按編號接在PLC的輸入端子上，相應的輸出設備接在輸出端子上。其端子的對應輸入輸出為：輸入：SB1X0 SB2X1 SQ1X2 SQ2X3 SQ3X4 SQ4X5SQ5X6 SQ6X7 SQ7X8輸出：KM1Y0 KM2Y1 KM3Y2 KM4Y3 KM5Y4KM6Y5 KM7Y6 HL1Y73.5.2 系統(tǒng)的軟件

40、系統(tǒng)的軟件分析可知，本系統(tǒng)是一個多工步的順序控制系統(tǒng)，運用模塊化程序結構,實現系統(tǒng)，有結構簡單、編程方便等優(yōu)點。利用 PLC 移位寄存器的移位功能，可實現步進順序控制，使每一步嚴格按順序動作。計數器對每車板料進行計數，其值由用戶根據需要設定。3.5.3 系統(tǒng)的流程圖系統(tǒng)的流程圖控制系統(tǒng)的流程順序如圖11所示：圖圖 1111 控制系統(tǒng)的流程圖控制系統(tǒng)的流程圖3.5.2 系統(tǒng)的梯形圖及其程序語句表系統(tǒng)的梯形圖及其程序語句表1 系統(tǒng)的梯形圖圖圖 1212 系統(tǒng)的梯形圖系統(tǒng)的梯形圖2 程序語句表0 ST X 31 AN/ X 12 AN X 53 OT R 04 ST R 05 AN X 06 OT R 17 ST R 18 PUSH9 AN/ X 710 OT Y 711 RDS12