基于plc的剝線機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 摘要 本論文以作者基于PLC的剝線機(jī)控制系統(tǒng)項(xiàng)目為背景，從PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，探討PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，完成了如下幾項(xiàng)工作: (1)綜述了基于PLC的剝線機(jī)控制系統(tǒng)的研究背景、意義。 (2)探討了廣泛適用的基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。從PLC控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)原則分析入手，重點(diǎn)分析了PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的方法和步驟。 (4)完成了基于PLC的剝線機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。一、研究的意義和背景：目前，國內(nèi)研制這種產(chǎn)品的廠家都集中在沿海和廣東等地，以兩種發(fā)展趨勢為主:一種是面向精度要求不高的低端用戶，以單片機(jī)為

2、控制核心，配以機(jī)械刀具的剝線機(jī)，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本較低，一般精度不高，如東莞榮富電子機(jī)械設(shè)備廠生產(chǎn)的RF-200全自動(dòng)電腦裁線剝皮機(jī)，浙江君權(quán)自動(dòng)化設(shè)備總廠生產(chǎn)的ZDBX-2通用型電腦剝線機(jī)等；另一種是面向精度要求高的高端用戶，一般采用PLC或單片機(jī)為控制核心，加上比較先進(jìn)的激光技術(shù)，具有可精確控制剝線長度、不損壞銅芯、剝線速度快、廢品率低等特點(diǎn)，但開發(fā)成本高，設(shè)備貴，如深圳市光大激光技術(shù)有限公司生產(chǎn)的GD-C02-B30/55型激光剝線機(jī)，廣東省三工激光應(yīng)用科技有限公司生產(chǎn)的SCB系列激光剝線機(jī)等。在國外，亞洲地區(qū)的廠家以生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品為主，如印度的Machine makers r. s.公司

3、生產(chǎn)的CTSS 32型裁線剝皮機(jī)，馬來西亞的Kawa公司生產(chǎn)的KM-702N型數(shù)字剝線機(jī)等。而歐美等地的廠家對剝線機(jī)的研制以高端產(chǎn)品為主，對剝線機(jī)的性能、精度要求更高，機(jī)器更加智能化，如美國的Thomas Net公司生產(chǎn)的UniStrip2600型智能剝線機(jī)，德國的Kodera公司生產(chǎn)的C373型高性能剝線機(jī)等。 基于以上現(xiàn)狀，提出了以高性能、穩(wěn)定、可靠及高性價(jià)比的PLC設(shè)備作為剝線機(jī)系統(tǒng)的核心控制部分，通過定位準(zhǔn)確的步進(jìn)電機(jī)控制切刀的運(yùn)動(dòng)，它綜合了以上兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，既能降低系統(tǒng)成本，又能保證精度，適合多種用戶的需求。預(yù)期該系統(tǒng)的研制成功將能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，可廣泛應(yīng)用于各種電子行業(yè)的線束

4、加工。二、plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法（一）Plc控制系統(tǒng)的組成PLC控制系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件部分組成。 1、硬件部分 PLC控制系統(tǒng)的硬件部分不僅包括符合系統(tǒng)控制要求的PLC機(jī)型、存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊、通信模塊、模擬量輸入/輸出模塊和其他特殊功能模塊等，還包括合適的外圍裝置，如輸入設(shè)備(按鈕、開關(guān)、傳感器等)、輸出設(shè)備(接觸器、繼電器等)和執(zhí)行裝置控制的現(xiàn)場設(shè)備(電機(jī)、水泵、閥門等)。2、軟件部分 PLC控制系統(tǒng)軟件部分包括對I/O地址、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的使用和分配，根據(jù)要求設(shè)計(jì)的PLC控制程序及人機(jī)界面等。（二）Plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟，具

5、體分析如下: (1)分析控制要求:在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)之前，要深入了解和分析被控對象的工藝要求和控制要求，設(shè)計(jì)出令人滿意的控制系統(tǒng)。 (2)確定輸入/輸出設(shè)備:根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設(shè)備(控制按鈕、開關(guān)、傳感器等)和輸出設(shè)備(接觸器、繼電器等)，并確定PLC所需的I/O點(diǎn)數(shù)。 (3)選擇合適的PLC:根據(jù)所需的I/O點(diǎn)數(shù)和具體PLC控制系統(tǒng)的功能要求，選擇類型合適的PLC，需要考慮PLC的機(jī)型、存儲(chǔ)容量、電源模塊和其他功能模塊等。 (4) I/O分配:規(guī)定PLC的I/O端子和輸入/輸出設(shè)備之間的對應(yīng)關(guān)系，繪制出I/O端子的連接圖。 (5) PLC程序設(shè)計(jì):根據(jù)控制對象和控制要求對PLC進(jìn)行

6、編程。在PLC程序設(shè)計(jì)階段一般先畫出程序流程圖，再編寫程序。 (6)模擬調(diào)試:可以用按鈕、開關(guān)來模擬數(shù)字量，用電壓源和電流源來代替模擬量，對程序反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足控制要求。 (7)現(xiàn)場安裝與配線:將輸入/輸出設(shè)備與PLC之間的連線接好。 (8)聯(lián)機(jī)調(diào)試:將PLC程序與現(xiàn)場的輸入/輸出設(shè)備一起進(jìn)行調(diào)試，解決發(fā)現(xiàn)的問題，使系統(tǒng)滿足控制要求。 (9)整理技術(shù)文檔:要整理的技術(shù)文檔包括設(shè)計(jì)說明書、I/O接線原理圖、程序清單、元器件明細(xì)表、使用說明書等。 （三）Plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在實(shí)際工程中，PLC程序設(shè)計(jì)有多種方法，如:經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、順序功能圖設(shè)計(jì)法、邏輯流程圖設(shè)計(jì)法、解析法(邏輯設(shè)計(jì)法)、時(shí)序圖

7、設(shè)計(jì)法等，前三種方法比較常用，也是本文在PLC程序設(shè)計(jì)中常用的方法。 1、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是根據(jù)系統(tǒng)工藝流程和控制要求，運(yùn)用自己的或者別人的經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)PLC程序。有時(shí)為了得到一個(gè)好的設(shè)計(jì)結(jié)果，需要進(jìn)行多次調(diào)試和修改。這種設(shè)計(jì)方法具有一定的局限性和隨意性，設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和設(shè)計(jì)的質(zhì)量都與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法一般用于對簡單的控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)，可以收到快速完成的效果。對于比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，則很少采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 2、順序功能圖設(shè)計(jì)法 對于按動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，適合使用順序功能圖法進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。順序控制就是按照生產(chǎn)工藝規(guī)定的動(dòng)作順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下

8、，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有序的進(jìn)行操作。順序功能圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作(或命令)組成。步又可稱為工作步，它表示系統(tǒng)中的一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài);轉(zhuǎn)換條件就是從一個(gè)步向另一個(gè)步轉(zhuǎn)移時(shí)的觸發(fā)條件;兩個(gè)步之間用有向連線表示轉(zhuǎn)換;在每個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)(即一個(gè)步)下，可以有一個(gè)或者多個(gè)PLC輸出觸點(diǎn)的動(dòng)作。 采用順序功能圖設(shè)計(jì)法時(shí)，首先要理順系統(tǒng)的工藝控制過程，明確各步的轉(zhuǎn)換條件;然后準(zhǔn)確的畫出順序功能圖，是使用這種設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵;最后根據(jù)順序功能圖來編程(一般用梯形圖)。要用好順序功能圖設(shè)計(jì)法，重要的是熟練掌握功能圖的畫法及根據(jù)功能圖編程的方法。 3、邏輯流程圖設(shè)計(jì)法 流程圖即流程框

9、圖或稱為框圖，它是用約定的幾何圖形、有向線和簡單的文字說明來描述控制系統(tǒng)的處理過程和程序的執(zhí)行步驟。流程圖從結(jié)構(gòu)上分有單一順序流程圖、并發(fā)順序流程圖及選擇順序流程圖等。邏輯流程圖設(shè)計(jì)法就是根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝流程，首先畫出系統(tǒng)的邏輯流程框圖，然后根據(jù)流程框圖進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法類似于高級(jí)語言的編程方法。這種方法詳細(xì)地描述了控制系統(tǒng)的控制過程，便于設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)程序，是設(shè)計(jì)PLC程序的有力工具，也是本文項(xiàng)目中用得最多的一種設(shè)計(jì)方法。三、剝線機(jī)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 目前，機(jī)械化剝線的發(fā)展以兩種趨勢為主，一種是面向精度要求不高的低端用戶，以單片機(jī)為控制核心，配以機(jī)械刀具的剝線機(jī)，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本

10、較低，一般精度不高;另一種是面向精度要求高的高端用戶，一般采用PLC或單片機(jī)為控制核心，加上比較先進(jìn)的激光技術(shù)，生產(chǎn)效率高，可精確控制剝線長度，但開發(fā)成本高，設(shè)備貴。 本章旨在探討剝線機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提出了以高性能、穩(wěn)定、可靠及高性價(jià)比的PLC設(shè)備作為剝線機(jī)系統(tǒng)的核心控制部分，通過定位準(zhǔn)確的步進(jìn)電機(jī)控制切刀的運(yùn)動(dòng)，它綜合了以上兩種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)剝線機(jī)系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)部分和機(jī)械部分，作者完成基于PLC的控制系統(tǒng)部分(其中單片機(jī)的編碼部分由項(xiàng)目合作者梁俊英完成)，其他機(jī)械部分委托東莞建通電子五金有限公司完成。（1） 剝線機(jī)總體設(shè)計(jì)要求 1、剝線機(jī)組成圖4-1為剝線機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖，由圖

11、可知，剝線機(jī)系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是液晶顯示部分、PLC控制部分、步進(jìn)電機(jī)部分。其中液晶顯示部分包括同時(shí)將信息輸入單片機(jī)和PLC的鍵盤、用于顯示控制的單片機(jī)和液晶顯示屏;PLC通過編程控制步進(jìn)電機(jī)按要求動(dòng)作，來完成系統(tǒng)功能，一部分錯(cuò)誤信息由PLC編碼送給單片機(jī)，解碼后在顯示屏上顯示;步進(jìn)電機(jī)部分包括四個(gè)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)接收由PLC發(fā)來的脈沖、方向等信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)來控制左滾輪、裁刀、右滾輪及扭線輪的運(yùn)動(dòng)。4-1 剝線機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖2、剝線機(jī)工作原理圖4-2為剝線機(jī)系統(tǒng)的工作原理圖，圖中右滾輪步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上、下右滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)被夾持的加工線左右移動(dòng);裁刀步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上

12、、下兩裁刀向相反方向運(yùn)動(dòng)，通過控制上、下裁刀之間的位移，實(shí)現(xiàn)剝皮和裁線的功能;左滾輪步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上、下左滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)被夾持的加工線左右移動(dòng);扭線輪步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)上、下左滾輪(扭線輪與左滾輪在物理上是指同一滾輪)向相反方向前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扭線功能。 4-2 剝線機(jī)系統(tǒng)的工作原理圖（2） 剝線機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、減少PLC輸入點(diǎn)數(shù)原理4-3 剝線機(jī)系統(tǒng)按鍵編碼原理圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，剝線機(jī)控制系統(tǒng)共有36個(gè)輸入按鍵和3個(gè)傳感器(分別是刀座歸位傳感器、扭線輪歸位傳感器和線材檢測傳感器)，即共有39路輸入。按常規(guī)PLC輸入接入將需要39點(diǎn)PLC輸入，小型PLC一般只有16點(diǎn)輸入，擴(kuò)展輸入模塊將大大增加成

13、本。為了節(jié)省輸入點(diǎn)數(shù)，經(jīng)過多次方案對比，采用了如圖4-3所示的按鍵編碼方案。將36路輸入按6X6矩陣排列，經(jīng)單片機(jī)編碼后成6路輸出，再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后變成PLC能識(shí)別的6路輸入。系統(tǒng)中36路按鍵中任意一個(gè)按鍵按下，都將有6路信號(hào)分別傳送到PLC的X1至X6口，然后再通過PLC編程解碼來識(shí)別特定按鍵。2、PLC設(shè)備選型及I/O分配由上節(jié)可知，剝線機(jī)控制系統(tǒng)共有9路輸入，即PLC需9點(diǎn)輸入;PLC輸出部分主要控制四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)及錯(cuò)誤信息編碼等，經(jīng)計(jì)算需16點(diǎn)輸出。經(jīng)過對比、分析，選擇了松下公司生產(chǎn)的FPO-T32型PLC。松下FPO-T32型PLC除了具有一般的輸入輸出功能外，還具有非常豐富的擴(kuò)展單元，

14、如多種選擇的I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展，可方便實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展;其他智能擴(kuò)展模塊，可實(shí)現(xiàn)各種不同的用途。松下FPO-T32型PLC主要具有如下特點(diǎn): .超小型尺寸，長60mm，寬25mm，高90mm .I/O點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)輸入、16點(diǎn)輸出，最大可以擴(kuò)展到128點(diǎn)的選擇空間 .價(jià)格相對便宜 .安裝面積是同類產(chǎn)品中最小的 .程序容量可達(dá)到l OK步 剝線機(jī)控制系統(tǒng)PLC輸入、輸出模塊對應(yīng)具體應(yīng)用的規(guī)劃，如表4-4和表4-5所示。4-4 剝線機(jī)控制系統(tǒng)PLC輸入輸出接線示意圖 在圖4-4中，PLC輸出部分只畫出了左滾輪步進(jìn)電機(jī)和右滾輪步進(jìn)電機(jī)的接線示意圖，裁刀步進(jìn)電機(jī)和扭線輪步進(jìn)電機(jī)的接線情況類似。YB片選信號(hào)控制

15、選通裁刀步進(jìn)電機(jī)或扭線輪步進(jìn)電機(jī)，例如:當(dāng)YB=0時(shí)，Y1輸出的脈沖將驅(qū)動(dòng)裁刀步進(jìn)電機(jī);當(dāng)YB=1時(shí)，Y1輸出的脈沖將驅(qū)動(dòng)扭線輪步進(jìn)電機(jī)。Y6和Y8分別為裁刀步進(jìn)電機(jī)和扭線輪步進(jìn)電機(jī)的方向控制。（三）剝線機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4-5 為剝線機(jī)控制系統(tǒng)PLC主程序流程圖圖4-5為剝線機(jī)控制系統(tǒng)PLC主程序流程圖，通過鍵盤輸入的各初始參數(shù)值信息將保存在對應(yīng)寄存器中，在程序后續(xù)執(zhí)行過程中都將用到這些初始值信息。主程序中根據(jù)“三段剝皮”參數(shù)值來判斷是進(jìn)入兩段剝皮程序流程還是執(zhí)行三段剝皮程序流程:當(dāng)“三段剝皮”參數(shù)為零時(shí)，執(zhí)行兩段剝皮程序;當(dāng)“三段剝皮”參數(shù)不為零時(shí)，執(zhí)行三段剝皮程序。兩段剝皮流程和三段剝皮流程

16、是剝線機(jī)控制系統(tǒng)主程序中的兩大核心模塊，下面分別介紹這兩個(gè)模塊。1、兩段剝皮模塊根據(jù)前文的描述，可知兩段剝皮又可分為5種剝皮方式(具體可參見“剝線機(jī)工作方式”一節(jié))。在圖4-6所示的剝線機(jī)兩段剝皮流程中，實(shí)現(xiàn)了所有這5種剝皮方式。另外，剝線機(jī)的扭線功能也在此流程中實(shí)現(xiàn)。兩段剝皮模塊是剝線機(jī)控制系統(tǒng)程序中最重要的部分。4-5 剝線機(jī)兩段剝皮流程圖4-6 剝線機(jī)三段剝皮流程圖根據(jù)控制要求，三段剝皮又包括4三段剝皮程序中，在剝線機(jī)控制系統(tǒng)的三段剝皮流程中沒有扭線的功能種不同的剝皮方式(具體可參見“剝線機(jī)工作方式”實(shí)現(xiàn)了所有這4種不同的剝皮方式。 4-7功能按鍵模塊流程圖剝線機(jī)控制系統(tǒng)共有26個(gè)功能按

17、鍵，各功能按鍵之間或與數(shù)字按鍵之間有一定的邏輯關(guān)系。功能按鍵信息經(jīng)過PLC程序解碼后，以設(shè)置標(biāo)志位的形式保存下來，根據(jù)多個(gè)按鍵標(biāo)志的組合實(shí)現(xiàn)不同的功能。圖4-8數(shù)字按鍵輸入模塊流程圖 剝線機(jī)控制系統(tǒng)共有10個(gè)數(shù)字輸入按鍵，根據(jù)要求，每次最多鍵入6個(gè)數(shù)字，即PLC程序通過鍵盤最大可接收的數(shù)字是。此模塊數(shù)字按鍵的輸入用于剝線機(jī)未啟動(dòng)前的參數(shù)設(shè)置階段，在表示某參數(shù)的功能按鍵按下后，按下數(shù)字鍵，PLC主程序程序?qū)⒄{(diào)用此子程序?？偨Y(jié)本章從PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，討論了剝線機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先簡要介紹了剝線機(jī)系統(tǒng);接下來是控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)描述，包括步進(jìn)電機(jī)脈沖計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)加、減速控制及剝

18、線機(jī)的工作方式等內(nèi)容;在剝線機(jī)硬件設(shè)計(jì)章節(jié)中，主要分析了PLC輸入編碼原理(為節(jié)省PLC輸入端子), PLC設(shè)備的選型及I/O分配，繪出了PLC接線圖;最后是剝線機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)分析了剝線機(jī)的PLC程序設(shè)計(jì)思想和程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)流程。五、參考文獻(xiàn) 1楊健，余著等.PLC在水凈化過程中的應(yīng)用J.電氣傳動(dòng)，2015, 35(9): 62-64. 2耿立明，劉漫洲等.基于PLC的太陽能熱水器的控制系統(tǒng)J.電氣傳動(dòng)，2015, 36(11): 54-56. 3土建國，u原君.基于 PLC的裂紋檢測臺(tái)研制J.數(shù)控技術(shù)，2013, (9):70-72. 4書勇.基于PLC的焦化備煤控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)D.重慶:重慶大學(xué)，2014. 5郭瑞國.基于PLC的垃圾焚