基于PLC的全自動剪板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于PLC的全自動剪板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc基于PLC的全自動剪板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺談PLC的自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要： 本文主要內(nèi)容是剪板機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化根據(jù)板材自動精確剪切加工的工作特點(diǎn)及動作要求，通過了解PLC的基本概念及基本原理，而進(jìn)行可編程控制器來實(shí)現(xiàn)對自動剪板機(jī)的控制設(shè)計(jì)，文章中采用了以工業(yè)順序控制過程中廣泛使用的可編程控制器（PLC）對自動剪板機(jī)進(jìn)行控制，通過系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制plc設(shè)計(jì)、 i/o端子分配、系統(tǒng)的軟件等方面設(shè)想論述PLC實(shí)際應(yīng)用性能。關(guān)鍵詞：可編程控制器；全自動剪板機(jī)；自動控制；順序控制Abstract： This paper mainly

2、for plate shears automated according to plank automatic precise shearing processing work characteristics and movement request, through understanding the basic concept and PLC and basic principle, programmable controller to achieve automatic plate shears control design, through the system's prima

3、ry circuit design, motor positive &negative control PLC design, I/o terminals distribution, system software aspects of PLC application performance.Keywords：Programmable controller ; Full-automatic board cutting machine; Automatic control; The order is controlled.引 言：目前，PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操

4、作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。鑒于它具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活，易學(xué)易用、體積小，重量輕，價(jià)格便宜的特點(diǎn)，所以在運(yùn)用于剪板機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化根據(jù)板材自動精確剪切加工是很有成效的。   隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床在硬件方面取得了顯著的成績，與此相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)也得到了迅速的發(fā)展，用PLC（即Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器）這種數(shù)字運(yùn)算操作的電子

5、系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)采用一類可編程的存儲器，通過改造通用機(jī)床、專用機(jī)床、組合機(jī)床及自動設(shè)備與半自動設(shè)備組成的生產(chǎn)線，把計(jì)算機(jī)功能完備、編程靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制簡單、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，成了一條低成本、高效益，符合我國國情的機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。    PLC = Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過

6、數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分，PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀

7、態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)

8、和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。(三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I

9、/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”。剪板機(jī)應(yīng)用于許多金屬加工和薄板開料操作，在設(shè)計(jì)剪板機(jī)之前必須對幾個(gè)因素

10、進(jìn)行考慮，包括剪板機(jī)的剪切能力、產(chǎn)率增強(qiáng)選件和安全性。剪板機(jī)類型由許多因素決定，諸如剪板機(jī)可處理材料的長度、厚度和種類。 剪板機(jī)可以按剪切形式及其驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行分類，有兩種結(jié)構(gòu)形式常用于電動龍門剪床：閘式（也叫滑塊式）和擺式。自動剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動循環(huán)剪切加工，并由送料車運(yùn)送到下一工序的自動化加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。                   圖1 &

11、#160;自動剪板機(jī)原理圖全自動剪板機(jī)廣泛的應(yīng)用于在板材加工系統(tǒng)中,板料長度檢測，板料進(jìn)料、壓緊、走刀、落料、長度調(diào)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(shí)現(xiàn),綜合考慮設(shè)備的性能/價(jià)格比，顯示直觀性、外表美觀性、靈活性等諸方面因素,本設(shè)計(jì)采用可編程控制器，根據(jù)自動剪板機(jī)對控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。   所以系統(tǒng)設(shè)置了7個(gè)限位開關(guān)，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

12、到位的板料；sq4檢測剪切刀a的狀態(tài)；sq7為光電接近開關(guān)，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(jī)構(gòu)e、壓塊b、剪切刀a和送料小車分別由四臺電動機(jī)拖動。系統(tǒng)未動做時(shí)，壓塊及剪切刀的限位開關(guān)sq2、sq3和sq4均斷開，sq1、sq7也是斷開的。當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，輸入板料加工尺寸、加工數(shù)量等參數(shù)，按下自動開關(guān)，系統(tǒng)自動運(yùn)行。首先檢查限位開關(guān)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(yùn)行到位，限位開關(guān)sq5閉合，小車停車；起動送料機(jī)構(gòu)e 帶動板料c向右移動。當(dāng)板料碰到行程開關(guān)sq1時(shí)， 送料停止同時(shí)制動器松開、電磁離合器

13、結(jié)合，主電動機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)工作；壓塊電機(jī)啟動，使壓塊b壓下，壓塊上限開關(guān)sq2閉合。當(dāng)壓塊到位， 板料壓緊時(shí)， 壓塊下限開關(guān)sq3閉合；剪切刀電動機(jī)起動， 控制剪刀下落。此時(shí)，sq4閉合， 直到把板料剪斷， 板料落入小車；當(dāng)小車上的板料夠數(shù)時(shí)，起動小車控制電動機(jī)， 帶動小車右行，將切好的板料送至下一工序；卸下后， 再起動小車左行， 重新返回剪板機(jī)下， 開始下一車的工作循環(huán)。板料的長度l可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，每一車板料的數(shù)量可預(yù)先設(shè)定。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(fù)雜,大量的接線使系統(tǒng)可靠性降低,也間接地降低了設(shè)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

14、種將計(jì)算機(jī)技，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動控制設(shè)備,不僅能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量信號的邏輯控制,還能實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備之間的通信。因此,將PLC應(yīng)用于該控制,完全能滿足技術(shù)要求，且具有操作簡單、運(yùn)行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。PLC自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為實(shí)現(xiàn)自動化必須根據(jù)板材自動精確剪切加工的工作特點(diǎn)及動作要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此本方案采用了可編程控制器來實(shí)現(xiàn)對自動剪板機(jī)的控制，設(shè)計(jì)方案如圖2所示。全自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)機(jī)械部分電氣部分送料機(jī)構(gòu)壓料機(jī)構(gòu)卸料機(jī)構(gòu)小車機(jī)構(gòu)PLC電機(jī)電路工作電路工作電源軟件部分圖2  總體設(shè)計(jì)方案簡圖一、其系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)為 ：（

15、1） 設(shè)計(jì)進(jìn)料機(jī)構(gòu)e：用交流電機(jī)帶動送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個(gè)方向運(yùn)動，只要求電機(jī)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)即可，輕負(fù)載小工率電動機(jī)可直接起動，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護(hù)。使待剪板料自動快速穩(wěn)定地輸送到剪切位置。（2） 設(shè)計(jì)壓料機(jī)構(gòu)b：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(yùn)動，要求帶動壓塊的電動機(jī)具有正反轉(zhuǎn)運(yùn)動，控制電路有聯(lián)鎖保護(hù)、熔斷器和熱繼電器短路及過載保護(hù)。（3） 剪切刀：剪切刀有兩種運(yùn)動，下行切斷板料，然后上升復(fù)位，帶動剪切刀機(jī)構(gòu)的電動機(jī)也應(yīng)具有正反轉(zhuǎn)，用熔斷器和熱繼電器作短路及過載保護(hù)。根據(jù)電機(jī)控制要求，其電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序流程框圖如圖3所示。圖3

16、60;電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序流程框圖二、其i/o端子分配為：（1） 輸入設(shè)備：限位開關(guān): sq1， sq2，sq3，sq4，sq5，sq6， sq7；系統(tǒng)的停止啟動按鈕: sb1， sb2。（2） 輸出設(shè)備：一塊板料剪切完成并落入小車時(shí)， 光電檢測開關(guān)sq7合一次，計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)中假設(shè)小車可最多載40塊板料。km1控制送料機(jī)構(gòu)電機(jī)的接觸器；km2、km2控制壓塊電機(jī)的接觸器，驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制壓塊壓緊和放松板料；km3、km3分別控制剪切電機(jī)的接觸器，驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制剪切刀上下運(yùn)行；km4和km4控制送料小車電機(jī)的接觸器，驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制小車

17、的左行和右行。hl1為小車空載指示，根據(jù)需要， 還可增設(shè)其它信號指示。其輸入輸出端子分配如圖4所示。圖4  i/o端子分配圖分析可知，本系統(tǒng)是一個(gè)多工步的順序控制系統(tǒng)，運(yùn)用模塊化程序結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便等優(yōu)點(diǎn)。利用plc移位寄存器的移位功能，可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)順序控制，使每一步嚴(yán)格按順序動作。計(jì)數(shù)器對每車板料進(jìn)行計(jì)數(shù)，其值由用戶根據(jù)需要設(shè)定。系統(tǒng)的梯形圖如圖6所示。                  

18、;圖6  控制系統(tǒng)流程圖結(jié)束語：目前我國還是制造業(yè)大國，是世界的生產(chǎn)加工中心，有大量的制造業(yè)，就必須用各種生產(chǎn)設(shè)備，大部分生產(chǎn)設(shè)備都和 PLC 有關(guān)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已發(fā)生調(diào)整，逐漸有勞動力密集型轉(zhuǎn)化為技術(shù)密集型，大量的新設(shè)備被采用，這些設(shè)備很多都和 PLC 控制相關(guān)，自動剪板機(jī)只是在這領(lǐng)域里的小小一部分，本文只是淺顯地論述設(shè)想，PLC還在不斷地推程出新，其在工業(yè)領(lǐng)域的地位顯得越來越不可或缺。自動剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸，將大塊金屬板材進(jìn)行自動循環(huán)剪切加工，并由送料車運(yùn)送到下一工序的自動化加工設(shè)備，其整個(gè)工藝過程很符合順序控制的要求，所以，在控制過程中，采用PLC對自動剪板機(jī)進(jìn)行控制，較好地解決了采用繼電器-接觸器控制，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，大量的接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設(shè)備的工作