機(jī)電控制與可編程序控制器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、機(jī)電控制與可編程控制器技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目： 泡沫塑料自動(dòng)切邊機(jī)設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：班 級(jí):指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)地點(diǎn)：設(shè)計(jì)時(shí)間：泡沫塑料切片機(jī)控制原理切片機(jī)的控制要求(1)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000.0199.9mm。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1。轉(zhuǎn)/秒，PC的計(jì)數(shù)頻率應(yīng)達(dá)到50HZ,因此，采用CPM

2、2A的單相高速計(jì)數(shù)功能，它的計(jì)數(shù)頻率可達(dá)操作指令撥盤(pán) 開(kāi)關(guān)CP輸VI2A輸入5KHZoAA帶父向后向前s 臺(tái)囿流 臺(tái)而- 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，其工作原理如圖2-2所示。泡沫塊置于臺(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。滑套左絲杠右絲杠滑套臺(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（I）

3、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

4、通。在自動(dòng)方式下使用高速計(jì)數(shù)器，用編程器設(shè)置口乂6642的內(nèi)容為0114,表示使用高速計(jì)數(shù)的加模式、軟復(fù)位，在DM0000DM0003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

5、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。KM1KM7為交流接觸器的常開(kāi)主觸頭，通過(guò)程序?qū)涣鹘佑|器M5的控制。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) 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)PLC外部電路

6、圖本設(shè)計(jì)選用日本歐姆龍 CPM2A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)。CPM2A是一臺(tái)設(shè)有20點(diǎn)，30點(diǎn)，40點(diǎn)和6。點(diǎn)DO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)

7、，由于手動(dòng)和自動(dòng)只能以一種方式工作，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PLCoPLC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；S 1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；S

8、B8為總停按鈕；SB9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。9,或一位十六進(jìn)制數(shù)的 。F；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；KM1KM7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

9、頭控制線圈KM3、KM4的先后工作順序。在自動(dòng)方式下，SBOSB5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)S1 1 個(gè)磨刀開(kāi)關(guān)S22個(gè)按鈕SBOSB9 10個(gè)限位開(kāi)關(guān)ST1ST4 4個(gè)(2)輸出單元交流接觸器線圈 KM1KM7 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%的備用點(diǎn)，所以選用 60點(diǎn)I/O端子的PLC°(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)、

10、磨刀電機(jī)、臺(tái)面剎車(chē)的控制。手動(dòng)或自動(dòng)的工作狀態(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)0100001003010040100200011J MP (04) 00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

11、擇開(kāi)關(guān) S1, 00011常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，JMP( 04) 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)ANDW指令A(yù)NDW (34)為字邏輯與運(yùn)算指令，II是輸入數(shù)據(jù)1,其范圍是：IR、SR、HR、AR、LR、*DM、TC、DM、*DM、#o 12是輸入數(shù)據(jù)2 其范圍是：IR、SR、HR> AR> LR、TC、DM、#o R是結(jié)果通道，其范圍是：IR、SR、HR、AR、LR、DM、*DM。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

12、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。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SB0, 00106常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，SET01005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，SET01006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 01

13、006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，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，SET01003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，SET01004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

14、開(kāi)觸點(diǎn) 00009得電閉合，RESET01004臺(tái)面向后復(fù)位。當(dāng)按下外部硬件電路圖中的按鈕SB8時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)00004得電閉合，RESET01005落刀、RESET01006抬刀、RESET 01003臺(tái)面向前、RESET 01004臺(tái)面向后都復(fù)位。JME（05）0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 23000-23005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

15、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、003oTB是比較表開(kāi)始通道，其范圍是：IR、SR、HR、AR、LR、DM、*DMO（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

16、） , 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 ） , 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(lèi)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（B

17、CD ） , 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(lèi)推。表51 CTBL指令控制數(shù)據(jù)的定義C功 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，010

18、00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 ；

19、RESET20000 自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志清零；SET 20002 置自動(dòng)工作標(biāo)志；SET 23000步。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SB9, 00005常開(kāi)觸點(diǎn)得電閉合，SET 20000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)，SET23002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

20、DM0001> MOVB ( 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) ； 2520。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)SET 23005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)，SET 23000步0置位；RESET2000。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步值置位，RESET 23003步3復(fù)位。RET ( 93)子程序返回。CPM2A小數(shù)位dcigDieCCMO1JD3 G7 個(gè)