基于PLC的全自動(dòng)剪板機(jī)的控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、陜西科技技師學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名稱：可編程控制原理題目：秸稈的自動(dòng)切割系統(tǒng)專業(yè)班次：機(jī)電A91姓名：于朝指導(dǎo)教師：王一光全自動(dòng)切割機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：文章對(duì)我國(guó)發(fā)展低成本自動(dòng)化的重要性等方面進(jìn)行了研究。以秸稈的自動(dòng)切割為對(duì)象，探討了PLC控制的秸稈自動(dòng)切割系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。根據(jù)實(shí)際需要和市場(chǎng)的需求，在常規(guī)的可編程控制器（PLC）和單片機(jī)控制中，選擇了以可編程控制器為主的控制方案。由于秸稈的自動(dòng)切割系統(tǒng)是一種可按切割要求，將秸稈自動(dòng)切割、并由送料車送到下一工序的順序控制的設(shè)備。它要求其控制設(shè)備具有很強(qiáng)的抗干擾能力，而PLC是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制器。由于它把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊

2、全、應(yīng)用面廣泛等優(yōu)點(diǎn)與控制器系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn)，在工業(yè)過(guò)程控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。加之PLC以其在硬件設(shè)計(jì)中采用了屏蔽、濾波、光電隔離等技術(shù)，在軟件設(shè)計(jì)中采用了故障檢測(cè)、信息保護(hù)與恢復(fù)等措施，進(jìn)一步提高了PLC的可靠性。文章中采用了以工業(yè)順序控制過(guò)程中廣泛使用的可編程控制器（PL。對(duì)秸稈自動(dòng)切割系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過(guò)對(duì)秸稈自動(dòng)切割系統(tǒng)工作原理的分析，提出總體設(shè)想，初步設(shè)計(jì)了電氣傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)方案和PLC控制的程序流程圖。關(guān)鍵詞：可編程控制器；秸稈的切割；自動(dòng)控制；順序控制可編程控制器是一種為工業(yè)機(jī)械控制所設(shè)計(jì)的

3、專用計(jì)算機(jī)，在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，他是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進(jìn)行邏輯控制，因而稱為可編程程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController）簡(jiǎn)稱PLG隨著技術(shù)的發(fā)展，其控制功能不斷增強(qiáng)，可編程程序控制器還可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，模擬量控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等，并通過(guò)數(shù)字，模擬的輸入、輸出控制各種類型的機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程。目前，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)存在大量的通用設(shè)備，在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，可以應(yīng)用微電子技術(shù)改造這些已有通用設(shè)備

4、，比如用數(shù)顯、數(shù)控裝置改造通用設(shè)備，提高單機(jī)自動(dòng)化程度用可編程序控制器改造通用機(jī)床、專用機(jī)床、組合機(jī)床及自動(dòng)設(shè)備與半自動(dòng)設(shè)備組成的生產(chǎn)線，這樣可以把計(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(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，這是一條低成本、高效益，符合我國(guó)國(guó)情的機(jī)械自動(dòng)化術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。隨著可編程控制器技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的控制柜逐漸被新一代的智能化儀表所代替，對(duì)于日益復(fù)雜的控制功能，傳統(tǒng)控制柜顯得無(wú)能為力，而可編程控制器具有可編程序的特點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)要求，自動(dòng)選擇控制算法、適應(yīng)性強(qiáng)、可編程控制器采用軟件代替硬件的方法，可以簡(jiǎn)化線路，使控制設(shè)備的性能價(jià)格比不斷提高

5、，本設(shè)計(jì)的研究目的，在于探索在秸稈的自動(dòng)切割中，應(yīng)用可編程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)秸稈切割的自動(dòng)控制。全自動(dòng)秸稈切割系統(tǒng)廣的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中，秸稈長(zhǎng)度的檢測(cè)，秸稈進(jìn)料、壓緊、走刀、落料、長(zhǎng)度調(diào)整等過(guò)程必須按一定的節(jié)拍控制精確度動(dòng)作，而且不同長(zhǎng)度、不同厚度、不同材料的秸稈，各動(dòng)作行程、先后順序、刀具位置等要求都不一樣，對(duì)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)秸稈自動(dòng)切割機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。1秸稈自動(dòng)切割機(jī)工藝秸稈自動(dòng)切割機(jī)應(yīng)用于許多農(nóng)業(yè)中對(duì)各種秸稈進(jìn)行切割的操作，在設(shè)計(jì)秸稈自動(dòng)切割機(jī)之前必須對(duì)幾個(gè)因

6、素進(jìn)行考慮，包括秸稈切割機(jī)的切割能力、產(chǎn)率增強(qiáng)選件和安全性。秸稈切割機(jī)類型由許多因素決定，諸如切割機(jī)可處理材料的長(zhǎng)度、厚度和種類。切割機(jī)可以按剪切形式及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分類，有兩種結(jié)構(gòu)形式常用于電動(dòng)龍門剪床：閘式（也叫滑塊式）和擺式。閘式切割機(jī)利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)操縱動(dòng)刀片向下移動(dòng)到一定的位置，使動(dòng)刀片在整個(gè)行程內(nèi)幾乎與定刀片保持平行。為了使刀架片橫梁在相互移動(dòng)的過(guò)程保持合適的狀態(tài)，閘式切割機(jī)需要一個(gè)滑塊導(dǎo)向系統(tǒng)。擺式切割機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中有一個(gè)用來(lái)操縱動(dòng)刀片，使動(dòng)刀片依附于滾柱軸承向下回轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)不再需要利用凹字形導(dǎo)向條或滑道使刀片在切割過(guò)程保持合適的姿勢(shì)。在評(píng)價(jià)切割機(jī)時(shí)需要考慮的一個(gè)因素是指定的工作需要

7、多大的切割能力。切割機(jī)的規(guī)格數(shù)據(jù)幾乎都以玉米秸稈，小麥秸稈大豆秸稈為對(duì)象。為了把秸稈切割對(duì)切割機(jī)的要求同這些數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照，必須根據(jù)切割機(jī)的能力核對(duì)農(nóng)作物的切割種類。有些切割能力是針對(duì)玉米秸稈規(guī)定的，而另一些切割能力則適用于小麥秸稈。切割角（動(dòng)刀片通過(guò)定刀片時(shí)的角度）是決定切割質(zhì)量的重要因素。一般而言，剪切角越小，秸稈切割之后體積越小。如果落在切割機(jī)后面的零件比較短（小于4'（1.22m）,可能出現(xiàn)切割長(zhǎng)度不均勻問(wèn)題。切割角較小的切割機(jī)需要較大的動(dòng)力。提高生產(chǎn)率可以表切割機(jī)依靠重要的標(biāo)準(zhǔn)部件和能夠增加生產(chǎn)率的選購(gòu)件來(lái)增強(qiáng)產(chǎn)率,現(xiàn)為許多形式：節(jié)約人力，改進(jìn)物料流動(dòng)，提高精度，改善切割均勻長(zhǎng)

8、度并避免輔助操作，但最重要的是增強(qiáng)安全性。1.1系統(tǒng)的控制要求據(jù)切割機(jī)的工作特點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)提出控制要求如下：1上電后，檢測(cè)各工作機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，控制各工作機(jī)構(gòu)處于初始位置。2進(jìn)料，由控制系統(tǒng)控制進(jìn)料機(jī)構(gòu)將秸稈自動(dòng)輸送到位。3定切割尺寸，采用伺服電機(jī)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(shè)置為循環(huán)變動(dòng)值。4壓緊和切割，待秸稈長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定值后由主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓料器和切割刀具，先壓緊秸稈，然后剪斷秸稈。5送料車的運(yùn)行，包括卸載后自動(dòng)返回。6秸稈的尺寸設(shè)定、自動(dòng)計(jì)數(shù)及每車秸稈數(shù)的預(yù)設(shè)定。7具備斷電保護(hù)和來(lái)電恢復(fù)功能。8能實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)控制，加工參數(shù)顯示，系統(tǒng)檢測(cè)。9保證秸稈加工均勻、加工

9、效率和安全可靠性。10具有良好的人機(jī)操作界面。1.2切割機(jī)結(jié)構(gòu)原理自動(dòng)切割機(jī)是一種精確控制秸稈切割尺寸，將比較長(zhǎng)的的秸稈進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)切割，并由送料車運(yùn)送到下一工序的自動(dòng)化加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。SQ4SQ5SQ6鐵軌4釜出I拄制電動(dòng)機(jī)送料小車圖1自動(dòng)切割機(jī)原理圖1.2.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)SQ1檢測(cè)待切割秸系統(tǒng)設(shè)置了7個(gè)限位開關(guān)，分別用于檢測(cè)各部分的工作狀態(tài)。其中,稈是否被輸送到位。SQ2SQ3分別檢測(cè)壓塊B的狀態(tài)，檢測(cè)壓塊是否壓緊已到位的秸稈;SQ4檢測(cè)剪切刀A的狀態(tài)；SQ7為光電接近開關(guān)，檢測(cè)秸稈是否被剪斷落入小車；SQ5用于檢測(cè)小車是否到位；SQ6用于判斷小車是否空載。送料機(jī)構(gòu)E

10、、壓塊B、切割刀A和送料小車分別由四臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。系統(tǒng)未動(dòng)做時(shí)，壓塊及切割刀的限位開關(guān)SQ2SQ3和SQ4均斷開,SQ1SQ池是斷開的。1.2.2 工作原理當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，輸入秸稈加工尺寸、加工長(zhǎng)度等參數(shù)，按下自動(dòng)開關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。1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(dòng)送料小車。小車運(yùn)行到位，限位開關(guān)SQ5閉合，小車停車。2起動(dòng)送料機(jī)構(gòu)E帶動(dòng)秸稈C向右移動(dòng)。當(dāng)秸稈碰到行程開關(guān)SQ1時(shí)，送料停止同時(shí)制動(dòng)器松開、電磁離合器結(jié)合，主電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作。3壓塊電機(jī)啟動(dòng)，使壓塊B壓下，壓塊上PM開關(guān)SQ2閉合。當(dāng)壓塊到位，秸稈壓緊時(shí)，壓塊下限開關(guān)SQ刎合。4切割刀電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，

11、控制剪刀下落。此時(shí),SQ4閉合，直到把秸稈剪斷，秸稈落入小車。5當(dāng)小車上的秸稈夠數(shù)時(shí)，起動(dòng)小車控制電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)小車右行，將切好的秸稈送至下一工序。6卸下后，再起動(dòng)小車左行，重新返回切割機(jī)下，開始下一車的工作循環(huán)。秸稈的長(zhǎng)度L可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，每一車秸稈的數(shù)量可預(yù)先設(shè)定。2總體設(shè)計(jì)方案?jìng)鹘y(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(wèn)題。它是一種將計(jì)算機(jī)技，自動(dòng)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(dòng)控制設(shè)備，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量信號(hào)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

12、，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(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。在此對(duì)PLC進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車（23%、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。以下對(duì)PLC的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識(shí)做一簡(jiǎn)介。PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣

13、控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)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(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PQ發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）,現(xiàn)在，仍常常將PLC簡(jiǎn)稱PGPLC的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的

14、存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%在這時(shí)期，PLC在處理模擬量的能力、數(shù)字運(yùn)算的能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得度提高，DCS系統(tǒng)。PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序

15、控制中的地位，在可預(yù)見的將來(lái)，是無(wú)法取代的。PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包才CPUS、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPg塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯

16、器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU#元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數(shù)據(jù)。PLC常用的存儲(chǔ)類型有RAM、ROMEPROMEEPROM圖2PLC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(jié)束符后，又返回第一條，如此周而復(fù)始的不斷循環(huán)。PLC的掃描過(guò)程如圖2。這個(gè)工作過(guò)程分為內(nèi)部處理、通

17、信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段。全過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU莫塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。同信操作服務(wù)階段，PLC與一些智能模塊通信，響應(yīng)程序器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)PLC處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)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(nèi)存所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)

18、生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)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(jù)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(diǎn)，也可以說(shuō)PLC是串行工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)并行工作有質(zhì)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(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問(wèn)題。由于PLC采用掃描工作過(guò)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(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一個(gè)周期的輸入采樣階段才能改變。掃描周期是一個(gè)很重要的指標(biāo)，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(shí)間取決于I/

19、O掃描速度和用戶程序的長(zhǎng)短，以及程序使用的指令類型。毫秒級(jí)的掃描時(shí)間對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備通常是可以接受的，PLC的影響滯后是允許的，但是對(duì)某些I/O快速響應(yīng)的設(shè)備，則采取相應(yīng)的處理措施。如選用高速CPU提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速記數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時(shí)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(diǎn)的慣性，程序執(zhí)行的時(shí)間，程序設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)母郊佑绊懙?。我們?cè)诖瞬槐匾敿?xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)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(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮

20、下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)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(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI）,開關(guān)量輸出（DQ,模擬量輸入（AI）,模擬量輸出（AO等模塊。開關(guān)量是指，只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指，連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關(guān)量

21、：按電壓水平分，有220VAC110VAC24VDC按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12b%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(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。5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(shí)，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11

22、0VA。，直流電源（常用的為24VD0。6底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備1）編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)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(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編壬口於任命。2）人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)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(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組

23、態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。3）輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如EPROMEEPROIW入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器”的觀點(diǎn)說(shuō)法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)

24、，PLC各廠家均有采用。圖3總體設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)圖對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化工程（特別是中大規(guī)卞II控制系統(tǒng)）來(lái)講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來(lái)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適用性等具體問(wèn)題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化必須根據(jù)板材自動(dòng)精確切割加工的工作特點(diǎn)及動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)切割機(jī)的控制，設(shè)計(jì)思想如圖3所示。3自動(dòng)切割機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)進(jìn)料機(jī)構(gòu)E用

25、交流電機(jī)帶動(dòng)送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，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(dòng)機(jī)可直接起動(dòng)，用熔斷器和熱繼電器作短路、過(guò)載保護(hù)。使待切割秸稈自動(dòng)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的作用是壓緊秸稈，以利于切割刀切斷秸稈，壓塊B又上升和下降兩種運(yùn)動(dòng)，要求帶動(dòng)壓塊的電動(dòng)機(jī)具有正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制電路有聯(lián)鎖保護(hù)、用熔斷器和熱繼電器作短路、過(guò)載保護(hù)。圖4電機(jī)正反轉(zhuǎn)主電路所謂聯(lián)鎖控制是指，凡是生產(chǎn)線上某些環(huán)節(jié)或一臺(tái)設(shè)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(diǎn)動(dòng)的聯(lián)鎖控制、實(shí)現(xiàn)按順序工作時(shí)的控制。電機(jī)正反轉(zhuǎn)就需要互

26、鎖控制。3切割刀剪切刀有兩種運(yùn)動(dòng)，下行切斷板料，然后上升復(fù)位，帶動(dòng)剪切刀機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)也應(yīng)具有正反轉(zhuǎn)，用熔斷器和熱繼電器作短路、過(guò)載保護(hù)。根據(jù)龜機(jī)控制要求，其電機(jī)正反轉(zhuǎn)主電路圖如圖4所示，程序流程框圖如圖5所示。li開始圖5電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序流程框圖34電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制PLC設(shè)計(jì)討論：用PLC控制也應(yīng)該有自己的基本控制環(huán)節(jié),PLC設(shè)計(jì)討論，尋找1）電力拖動(dòng)是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，采用繼電器-接觸器控制，都有自己的基本控制電路。采為此而提出電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制其較好的控制方案。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，不管是電器元件、觸點(diǎn)數(shù)量、連接導(dǎo)線的數(shù)量都是一樣的，

27、分別是5只、9個(gè)、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(hào)意義SB0-一帶磨姑頭急停按鈕。5SB1、5SB2-正反轉(zhuǎn)啟/停按鈕。5KM1-正轉(zhuǎn)接觸器。5KM2-一反轉(zhuǎn)接觸器。其中的5KM1和5KM2要求選用帶機(jī)械聯(lián)鎖的交流接觸器。工5KM15SE25KM2圖6繼電器-接觸器電氣控制原理4）電器元件的工作情況正轉(zhuǎn)啟動(dòng)一一揪5SB1,5KM1得電動(dòng)作，其中一個(gè)觸點(diǎn)自鎖，另一個(gè)觸點(diǎn)則用于互鎖，即斷開5KM2的線圈回路。正轉(zhuǎn)啟動(dòng)一一揪5SB2,首先是5KM1失電，其互鎖觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，才是5KM2得電動(dòng)作,其中一個(gè)觸點(diǎn)自鎖，另一個(gè)觸點(diǎn)則用于互鎖

28、，即斷開5KM1的線圈回路。再次正轉(zhuǎn)啟動(dòng)一一揪5SB1,首先是5KM2失電，其互鎖觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，才是5KM1得電動(dòng)作，其中一個(gè)觸點(diǎn)自鎖，另一個(gè)觸點(diǎn)則用于互鎖，即斷開5KM2的線圈回路。4設(shè)計(jì)小車送料裝置為實(shí)現(xiàn)秸稈自動(dòng)輸送到下一工位并返回，可采用交流電通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)行走輪來(lái)完成小車往返各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力來(lái)自電機(jī)，根據(jù)控制的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性要求，用交流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)料、小車送料、托架下料，采用伺服電機(jī)控制擋料器精確定長(zhǎng)。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

29、動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。而且永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：1）無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。，、VCji>；.&S-"1，Il：I|七"#1u-1e>312）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(yīng)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(jī)高的多，并且可以控制轉(zhuǎn)速和位移，而一般的變頻器只側(cè)重于轉(zhuǎn)速控制，適用于開環(huán)調(diào)速，而伺服可以做到精確定位，速度環(huán)控制響應(yīng)比變頻器加外圍速度控制更直接，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電

30、機(jī)的控制，采用圖7所示主電路，控制對(duì)象為4臺(tái)電機(jī)和一個(gè)蜂鳴器。KM1KM為接觸器，KM1是緊急停止接觸器，KM2控制蜂鳴器，KM3KM汾別控制送料、壓塊、剪切和小車電機(jī)。FR1FR錯(cuò)B采用熱敏電阻作為測(cè)量元件的熱繼電器，F(xiàn)R1、FR3的設(shè)定值取送料和剪切電機(jī)上限溫度的95%,當(dāng)?shù)竭_(dá)此溫度時(shí)進(jìn)行閃光報(bào)警。該控制系統(tǒng)需要完成對(duì)工作機(jī)構(gòu)的控制情況如下：1）進(jìn)料控制，執(zhí)行器件為進(jìn)料電機(jī)，通過(guò)對(duì)進(jìn)料電機(jī)的起?？刂?，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)輸送秸稈，停止輸送秸稈的控制。2）刀具切割控制，執(zhí)行器件為電磁離合器和電磁制動(dòng)器。通過(guò)控制主電機(jī)傳動(dòng)路線中的電磁離合器，控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀具完成向下剪切秸稈，撤回利用彈簧完成。為了

31、防止慣性造成連續(xù)剪切需要控制制動(dòng)器切割一次制動(dòng)一次。3）小車往返運(yùn)動(dòng)及停止控制，執(zhí)行器件為小車電機(jī)，通過(guò)控制小車電機(jī)的起、停、正反轉(zhuǎn)，控制送料小車在切割機(jī)與下一工位往返送料。送料電機(jī)壓塊電機(jī)剪切電機(jī)小車電機(jī)圖7控制系統(tǒng)的主電路圖其中，1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可采用光電、開關(guān)量控制。由于可編程控制器是低壓直流輸出，所以，我們使用中間繼電器作為控制器輸出的第1級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)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(jī)的起、停。執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電磁離合器、制動(dòng)器需要采用專用輸出驅(qū)動(dòng)控制電路。系統(tǒng)原來(lái)采用繼電器一接觸器控制，但控制系統(tǒng)較復(fù)雜，大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接降低了設(shè)備的工作效率。采用

32、可編程控制器較好地解決了這一問(wèn)題，它不僅減少了系統(tǒng)的硬件接線，提高了工作可靠性，而且在切割精度改變時(shí)，只需修改程序，就可適應(yīng)新的加工要求，大大提高了工作效率。3.1.1PLC控制器的選擇在此設(shè)計(jì)中，采用日本松下公司生產(chǎn)的FP1C24系列PLC（統(tǒng)作為主機(jī)。日本松下電工公司的FP系列PLC是可編程控制器市場(chǎng)上的后起之秀，它具有豐富的指令系統(tǒng)，即使是小型機(jī)也有近200條指令。CPU處理速度快，運(yùn)行速度1.6s/步。程序容量高達(dá)2700步/500步，小型機(jī)一般都達(dá)到3千步左右，最高可達(dá)5千步，而大型機(jī)最大也只有60千步。編輯工具的功能強(qiáng)大，無(wú)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(qiáng)。強(qiáng)

33、大、統(tǒng)一的編程工具，是設(shè)計(jì)人員的最佳選擇。網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng)大，此系列的各種機(jī)型都提供了通信功能，松下電工提供了多達(dá)6種的PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，我們可根據(jù)需要選擇。FP1屬于小型機(jī)。產(chǎn)品型號(hào)以C字母開頭代表主控單元或稱主機(jī)，以E字母開頭代表擴(kuò)展單元或稱擴(kuò)展機(jī)，后面跟的數(shù)字代表I/O點(diǎn)數(shù)。該產(chǎn)品包括C14C72六款主控單元和E8E40四款擴(kuò)展單元，主機(jī)有14.16.24.40.56.72點(diǎn)六種，還有8.16.24.40點(diǎn)四種擴(kuò)展單元。主機(jī)上配有RS232C通訊口及機(jī)內(nèi)時(shí)鐘，形成系列化產(chǎn)品。圖8松下電工FP1C24系列主機(jī)面板圖YCOW內(nèi)部電路內(nèi)部電路+2圖9FP1可編程序控

34、制器輸入/輸出電路的基本結(jié)構(gòu)FP1的指令系統(tǒng)十分強(qiáng)大，共有190多條指令，除基本的邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理數(shù)制轉(zhuǎn)換指令之外，還有中斷、子程序調(diào)用、步進(jìn)控制、電子凸輪控制、速度及位置控制等特殊功能指令。另外，F(xiàn)P1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(jìn)行編程和實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。即使是使用手持編程器，也可以實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)控功能。由于FP1具有結(jié)構(gòu)緊湊、硬件配置全、軟件功能強(qiáng)等特點(diǎn)，而且，它的某些功能甚至能與大型機(jī)媲美，所以性能價(jià)格比高，較適合在中小企業(yè)中推廣使用。FP1雖屬于小型PLG但卻包含了大中型PLC的許多功能，可以說(shuō)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(jì)數(shù)功

35、能FP1內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)10000Hz。2脈沖輸出功能FP1型PLC中晶體管輸出型可輸出頻率可調(diào)脈沖，最高脈沖頻率大5000Hz。3可調(diào)輸入延時(shí)濾波為提高可靠性，在FP1的輸入端采用了可調(diào)輸入延時(shí)濾波，它可以減少應(yīng)機(jī)械開關(guān)抖動(dòng)帶來(lái)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(jù)需要選擇。該功能可以使M'jfljUknagj*_r-.H|a.a-.Il|"_H4IHr,IIE|"".1i%iji。"JJ：yJ"!ti1PLC捕捉到瞬間的窄脈沖，這在故障檢測(cè)中十分有用。中斷功能手動(dòng)可調(diào)數(shù)值輸入功能只要在

36、小旋具或螺絲刀調(diào)節(jié)面板上的螺桿的旋轉(zhuǎn)角，即可從外部方便的改變其內(nèi)部寄存器中所存的數(shù)值，數(shù)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(shí)鐘日歷、掃描時(shí)間設(shè)置、口令保護(hù)、看門狗等。FP1C24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(diǎn)數(shù)為16/8,其工作電壓24VDC。主控單元和擴(kuò)展單元的I/O點(diǎn)數(shù)加起來(lái)最多可達(dá)152個(gè)點(diǎn)。在主控單元內(nèi)含有高速計(jì)數(shù)器，可輸入的脈沖頻率高達(dá)5000Hz,并能同時(shí)輸入兩路脈沖，晶體管輸出型PLC可輸出頻率可調(diào)的脈沖信號(hào)。主控單元還具有8個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先權(quán)管理等功能。同時(shí)通過(guò)PC機(jī)可對(duì)PLC進(jìn)行梯形圖程序的編輯、狀態(tài)監(jiān)控等。除主

37、控單元和擴(kuò)展單元外，還有A/D、D/A單元，最多可控制152點(diǎn)加4通道A/D,4通道D/A,還有C-NET鏈接單元等高級(jí)模塊，可進(jìn)行模擬量處理，通過(guò)C-NET網(wǎng)絡(luò)模塊可方便地將最多32臺(tái)PLC聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，距離達(dá)1.2km,可方便的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制網(wǎng)絡(luò)。3.1.2I/O端子分配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(dòng)按鈕：SB1,SB22輸出設(shè)備一批秸稈切割完成并落入小車時(shí)，光電檢測(cè)開關(guān)SQ槍一次，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根秸稈。KM控制送料機(jī)構(gòu)電機(jī)的接觸器；KM2KM2,控制壓塊電機(jī)的接觸器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制壓塊壓緊和放松秸稈；KM3KM3T分別控制剪切電機(jī)的接觸器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制切割刀上下運(yùn)行；KM的KM4控制送料小車電機(jī)的接觸器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),從而控制小車的左行和右行。HL1為小車空載指示，根據(jù)需要，還可增設(shè)其它信號(hào)指示。其輸入輸出端子分配如圖10所示。停止系統(tǒng)啟動(dòng)板料到位壓快上限壓塊下限剪切刀狀態(tài)小車到位小車狀態(tài)板料計(jì)數(shù)SB2SQ1SQ424VX0YOXIY1X2FjLY218j-1X3Y3X4Y4X5Y5X6Y6X7XSrnwFP1-C24,SQ7送料電機(jī)壓塊上