基于PLC的鋼板定長剪切控制系統(tǒng)設計 ……

1、 大學大學畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計題目：題目：基于基于 PLCPLC 鋼板定長剪切系統(tǒng)設計鋼板定長剪切系統(tǒng)設計學生姓名：學生姓名： 學生學號：學生學號： 院系名稱：院系名稱： 專業(yè)班級：專業(yè)班級：機械設計制造及其自動化機械設計制造及其自動化 指導教師：指導教師： 20142014 年年 0606 月月 1818 日日 畢業(yè)設計任務書畢業(yè)設計任務書專業(yè)機械設計制造及其自動化 班級機械 姓名 下發(fā)日期 2013-11-28 題目基于 PLC 的鋼板定長剪切控制系統(tǒng)設計 專題電氣控制主要內(nèi)容及要求內(nèi)容：(1)根據(jù)鋼板剪切結構，確定系統(tǒng)方案；(2) PLC 的選用；(3)光電編碼器的選用；(4)控制系統(tǒng)

2、原理圖設計；(7)根據(jù)橋鋼板定長剪切系統(tǒng)運行控制要求及系統(tǒng) PLC 編程環(huán)境，設計系統(tǒng)軟件程序。 要求：(1)在教師指導下，獨立完成設計任務，培養(yǎng)較強的創(chuàng)新意識和學習能力；(2)收集相關的資料和闡述設計的思維；(3)熟悉系統(tǒng)整體設計，了解各部分性能。主要技術參數(shù) 光電編碼器型號：EPC-755A 每轉 600 個脈沖 PlC：采用 FX2N-32MR,共 32 點，16 點輸入，16 點輸出，主要組成模塊為 CPU 模塊、I/0 擴展模塊、功能擴展模塊進度及完成日期 4 月 01 日-4 月 18 日查閱國內(nèi)外文獻,上交開題報告； 4 月 22 日5 月 12 日系統(tǒng)方案選擇與論證,軟硬件設計

3、； 5 月 13 日5 月 23 日主要參數(shù)計算及元器件的選擇,上交中期審核表； 5 月 25 日6 月 05 日完成畢業(yè)設計論文書的撰寫,上交初稿； 6 月 06 日6 月 16 日論文打印,完成答辯 PPT,準備答辯。系主任簽字日期教研室主任簽字日期指導教師簽字日期 在為期三個月的畢業(yè)設計中，該同學能在老師的嚴格要求下順利完成整個畢業(yè)設計工作和論文的撰寫。程序能正確的運行，界面安排合理，論文符合要求。在整個畢業(yè)設計的過程，態(tài)度端正，學習也比較認真，時間安排也很合理，能按時到實驗室，不存在無故早退或遲到的情況。能基本在每個階段完成相應的任務，還能主動加班，做到時間上前緊后松。當然，在這其間也

4、存在一些不足和需要提高的地方。例如，知識面不夠廣，處理問題和運用知識的能力還有待提高，不能積極主動的和老師交流工作的進程。希望該同學在以后的工作或?qū)W習中注意這些問題，爭取更大的提高和進步，取得更好的成績。 指導教師: 年 月 日指導教師: 年 月 日指 導 教 師 評 語 畢業(yè)設計評閱意見表設計題目基于 PLC 的鋼板定長剪切控制系統(tǒng)設計評 分評價項目評價標準（A 級）滿分ABCDE109876文獻資料利用能力能獨立地利用多種方式查閱中外文獻；能正確翻譯外文資料；能正確有效地利用各種規(guī)范、設計手冊等。10192017181516131412綜合運用能力研究方案設計合理；設計方法科學；技術線路先

5、進可行；理論分析和計算正確；動手能力強；能獨立完成設計；能綜合運用所學知識發(fā)現(xiàn)和解決實際問題；研究結果客觀真實。2037-4032-3628-3125-2724設計質(zhì)量設計結構嚴謹；邏輯性強；語言文字表準確流暢；格式、圖、表規(guī)范；有一定的學術水平或?qū)嶋H價值401513-1411-12109創(chuàng)新能力有較強的創(chuàng)新意識；所做工作有較大突破；設計有獨到見解151513-1411-12109工作量工作量飽滿；圓滿完成了任務書所規(guī)定的各項任務。15總分是否同意將該設計提交答辯：是（ ） 否（ )具體評閱及修改意見： 評閱人： 年 月 日注：1.請按照 A 級標準，評出設計（論文）各項目的具體得分，并填寫在

6、相應項目的評分欄中； 2.計算出總分。若總分60 分，“設計（論文）質(zhì)量”24 分，建議不能提交論文評閱乃至答辯。該設計（論文）須限期修改合格后重新申請答辯。 3.評閱意見欄不夠可另附頁。 答 辯 委 員 會 評 語周 記說明書(或論文)圖 紙答 辯總 評（5%）（65%）（30%）百分制等級制答辯委員會主席簽字日 期評定成績 I 摘 要隨著科學技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)越來越復雜，傳統(tǒng)控制面臨著新的挑戰(zhàn)。PLC 以其體積小、功能齊全、價格低廉和可靠性高等方面獨特的優(yōu)點，在各個領域獲得了廣泛應用。PLC 的使用大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障。如何在 P

7、LC 自動控制領域發(fā)揮 PLC 的優(yōu)勢是目前自動控制學科的重要課題之一。為實現(xiàn)鋼板定長剪切生產(chǎn)線的安全、高精度、可靠和高效的自動控制，全面分析了鋼板定長剪切生產(chǎn)線的結構、工作原理及控制特點，提出了一種基于可編程控制器的鋼板定長剪切生產(chǎn)線 PLC 控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以 PLC（可編程控制器）為控制核心, 采用光電編碼器測量鋼板長度，光電編輸出與轉速成一定關系的脈沖信號，通過 PLC 高速計數(shù)器記錄脈沖的個數(shù)用，間接測量出鋼板的長度，待鋼板長度達到在高速計數(shù)器中預先設定的數(shù)值時，主電動機制動且剪切機動作，即實現(xiàn)定長切割。關鍵詞： 定長剪切,可編程控制器PLC, 光電編碼器 IIABSTRACTWit

8、h the rapid development of science and technology, modern industrial control system is more and more complex, traditional control science faces new challenges. PLC with its small volume, complete functions, low cost and high reliability has unique advantages, won a wide application in all fields. Th

9、e use of PLC control system can be greatly improved the reliability and control level, for the enterprise provides a more reliable production security. How to play to the advantages of PLC in the field of PLC automatic control is one of the important topics of current automatic control subjectsTo ac

10、hieve the security of the steel plate fixed length shearing production line, high precision, reliable and efficient automatic control, comprehensive analysis of the steel plate fixed length shearing production line of the structure, working principle and control characteristics, this paper proposes

11、a fixed length shear production line based on programmable controller PLC control system. The system with PLC (programmable controller) as control core, steel plate length measurement by photoelectric encoder, photoelectric pulse signal output and the speed with a certain relationship, through the P

12、LC high-speed counter records the number of the pulse with indirect measure the length of the steel plate, for steel plate length reaches the preset value, in the high speed counter main motor brake and shear power, namely the realization of fixed length cutting.KEY WORDS：fixed-length cutting, PLC p

13、rogrammable controller, photoelectric encodIII目錄摘要 .IABSTRACT.II第 1 章 緒論.11.1 課題背景和目的意義 .11.2 設計現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .11.3 PLC 控制系統(tǒng)設計的原則 .21.4 方案論證 .3第 2 章 系統(tǒng)總體設計.42.1 系統(tǒng)控制要求 .42.2 系統(tǒng)結構及工作原理 .4第 3 章 系統(tǒng)硬件設計.63.1 光電編碼器 .6 3.1.1 光電編碼器的原理.63.1.2 光電編碼器的選型.63.1.3光電編碼器脈沖數(shù)計算.83.2 PLC 控制原理及選型 .9 3.2.1 PLC 定義 .93.2.2 PLC

14、構成 .10 3.2.3 CPU 構成 .10 3.2.4 I/O 模塊 .10 3.2.5 電源模塊.10 3.2.6 PLC 特點 .10 3.3 PLC 選型 .123.3.1 PLC 的型號選擇 .123.3.2 I/O 模塊的選型 .13第 4 章 電氣原理及軟件設計.15IV4.1 電氣原理設計.154.2 系統(tǒng)控制方案.154.3 PLC I/O 分配 .164.4 PLC 硬件接線 .174.5 程序設計.17第 5 章 總結.20致謝.21參考文獻.22附錄 I .22附錄 II.22 IV1第 1 章 緒論1.1 課題背景和目的意義定長剪切機是一種精確控制板材加工尺寸，將大

15、型板塊進行定長剪切的設備。傳統(tǒng)定長剪切機采用繼電器作為控制器件，其控制系統(tǒng)較復雜，參數(shù)改變不靈活，大量接線使系統(tǒng)可靠性降低，維修率高，降低了生產(chǎn)效率。PLC 以其靈活性、快速性、可靠性和性價比高等特點越來越受到企業(yè)或者團體設計者們的歡迎，在各行各業(yè)的應用非常廣泛。用 PLC 替代繼電器設計剪切控制系統(tǒng)，具有操作簡單，運行可靠，抗干擾能力強，編程方便，控制精度高的明顯優(yōu)勢?；谝陨?PLC 特點，本課題主要研究如何應用 FX2N PLC 設計一個薄鋼板定長剪切控制系統(tǒng)，設計的關鍵是如何提高定長剪切的精度。1.2 設計現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速增長，社會對各類板材的需求量不斷增長，對板材

16、加工的精度提出了更高的要求，人們希望能夠精確對板材進行定長切割。另外，隨著企業(yè)之間的競爭日益加劇和人力資源成本的上升，廠家為了在競爭中占據(jù)有利地位，除了保證板材加工的精度外，對板材加工的效率也提出了更高的要求。鋼板剪切的主要設備是剪切機，而普通剪切機存在諸多不足。(1) 加工精度不高造成加工精度不高的主要原因，一方面是加工尺寸由操作人員用普通鋼尺手動測得，精度難以保證；另一方面采用異步電動機帶動鏈條傳動機構，這樣不僅定位精度低，而且易造成剪切面的機械偏差，這種偏差隨加工板材寬度增加而加大。 (2) 操作繁瑣，容易出錯剪切機需要人工操作，剪切動作的控制需人工完成，占用人力資源，也容易出錯。 (3

17、) 能耗大，效率低2剪切機的動力系統(tǒng)一般使用普通異步電機，在剪板過程中不斷啟停，能耗大、效率低?；谏鲜銮闆r，面對板材生產(chǎn)加工企業(yè)迫切需要高精度、高效率的生產(chǎn)設備，在可預見的未來，剪板機發(fā)展趨勢和需求方向是：一些資金雄厚的企業(yè)，出巨資購買全新數(shù)控剪切機；相當一批中小企業(yè)沒有足夠的資金，希望通過對原設備的技術改造來滿足要求。對普通剪切機或傳統(tǒng)自動剪切機升級改造，提高工作效率和剪板精度，降低能耗，這方面有較大的市場需求。PLC 一直以來為各種工業(yè)設備提供了非常多的控制功能，不斷完善和擴展的網(wǎng)絡功能，朝著高性能小型化發(fā)展。用可編程序控制器進行控制，省去了如繼電器之類的固體電子器件，簡化了繁雜的硬件接

18、線線路，使控制具有極強的的柔性和功能的可拓展性；同時可編程序控制器具有性能穩(wěn)定, 工作可靠，操作簡單，調(diào)節(jié)方便，自動保護等特點。1.3 PLC 控制系統(tǒng)設計的原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的。PLC 系統(tǒng)設計應遵循以下原則。（1）滿足要求原則最大限度的滿足被控對象的控制要求是設計控制系統(tǒng)的首要前提，也是設計中最重要的一條原則。（2）安全可靠原則控制系統(tǒng)長期運行中能否達到安全、可靠、穩(wěn)定，對設計控制系統(tǒng)來說至關重要。為了達到這一點，要求在系統(tǒng)設計、器件選擇和軟件編程上全面考慮。例如，在設計上應該保證 PLC 程序不僅在正常條件下能正確運行，

19、而且在一些非正常情況下也能正常工作。系統(tǒng)應該具有能接受并且只能接受合法操作，對非法操作程序能予以拒絕的能力。（3）經(jīng)濟實用原則經(jīng)濟實用也是系統(tǒng)設設計的一項重要原則，這就要求不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護既方便又低成本。3（4）適應發(fā)展原則控制系統(tǒng)的要求也一定會不斷的在提高和完善。在控制系統(tǒng)設計時，要考慮今后的發(fā)展和完善，這就是要求選擇的 PLC 機型和輸入/輸出模塊要能適應發(fā)展的需要，要適當留有發(fā)展余量。1.4 方案論證方案一：在剪板機刀口后面安裝一個接近開關，當鋼板經(jīng)過夾送輥，通過刀口到達預定位置，接近開關檢測到鋼板頭已經(jīng)到達就啟動剎車系統(tǒng)停車，并發(fā)送信號給 PL

20、C，PLC 發(fā)送信號啟動沖壓系統(tǒng)將鋼板剪切。改變接近開關距離刀口的長度就能夠方便改變要剪切鋼板的尺寸。此方案的好處是原理簡單，安裝和維護方便，編程較容易。不足的是，鋼板的長度只有到達位置和沒有到達位置兩種粗略狀態(tài)，系統(tǒng)不能夠監(jiān)測實際尺寸跟設定參數(shù)差距值，因此使 PLC 控制電機運轉幅度不好把握，很難得到預想結果，造成誤差較大。方案二：針對方案一顯現(xiàn)的不足，可用旋轉光電編碼器測量實際的鋼板尺寸，安裝光電編碼器和夾送輥同軸，根據(jù)夾送輥的周長和旋轉數(shù)據(jù)能方便地計算出鋼板經(jīng)過夾送輥的尺寸，將檢測數(shù)據(jù)以脈沖形式反饋到 PLC 進行處理存儲。當檢測到鋼板尺寸與設定值一致，PLC 啟動沖壓系統(tǒng)將鋼板剪切。本

21、方案的優(yōu)點是，在不掉電情況下，計數(shù)器能夠記錄鋼板的尺寸參數(shù)，控制精度比方案一較高。相對方案一，方案二取消了接近開關，使用了旋轉增量式光電編碼器，成本上較有上升，編程也較復雜，但其控制精度較高，且成本在可承受范圍內(nèi)，性價比比較高，總體來說比方案一好。本設計采用方案二。4第 2 章 系統(tǒng)總體設計2.1 系統(tǒng)控制要求 本設計的薄鋼板定長剪切控制系統(tǒng)要達到以下控制要求：（1）待切材料從左向右牽引電動機前行，光電編碼器信號用來測量牽引的長度，待牽引長度達到預先設定的數(shù)值時，電動機制動且剪切機動作。 （2）通過 PLC 高速計數(shù)器控制指令和光電編碼器實現(xiàn)精確定長切割。2.2 系統(tǒng)結構及工作原理鋼板定長剪切

22、生產(chǎn)線由開卷機、校平機、剪切機和堆垛機四部分組成，如圖 2-1 所示。鋼卷經(jīng)校平機壓平，按照給定剪切長度定位后，剪切機將鋼板剪切成成品，再由堆垛機的皮帶輸送入框堆垛。開卷機無電機驅(qū)動，采用電磁抱閘制動；校平機采用異步電機 M1 驅(qū)動，經(jīng)皮帶減速后由傳動箱將運動傳遞給各主動輥，上下輥的壓緊力由分布在四角的四個螺栓施加，用于測量鋼板長度的光電編碼器經(jīng)傳動連接在最后一根測長輥側；剪板機采用下傳動式剪板機，由異步電機 M2 驅(qū)動,通過控制 M2 正反轉來控制剪切機構的上下運動；堆垛機由輸送帶和料框組成，輸送帶由異步電機 M3 驅(qū)動。圖 2-1 鋼板定長剪切生產(chǎn)線結構示意圖5工作原理：待切材料從左向右牽

23、引電動機前行，光電編碼器通過測量電動機 M1的轉速，輸出與轉速成一定關系的脈沖信號，通過 PLC 高速計數(shù)器記錄脈沖的個數(shù)用，間接測量出牽引的長度，待牽引長度達到在高速計數(shù)器中預先設定的數(shù)值時，電動機制動且切刀動作，即實現(xiàn)定長切割。6第 3 章 系統(tǒng)硬件設計3.1 光電編碼器3.1.1光電編碼器的原理光電編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝

24、置檢測輸出若干脈沖信號6，其原理示意圖如圖 3-1 所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉速。圖 3-1光電編碼器的原理圖3.1.2光電編碼器的選型在光電編碼器的使用過程中，對于其技術規(guī)格通常會提出不同的要求，其中最關鍵的就是它的分辨率、精度、輸出信號的穩(wěn)定性、響應頻率、信號輸出形式。 （1）分辨率，光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉動一周所產(chǎn)生的輸出信號基本周期數(shù)來表示的，即脈沖數(shù)/轉（PPR）。根據(jù)不同的應用對象，可選擇分辨率通常在 5006000PPR 的增量式光電編碼器， （2）精度，精度是一種度量在所選定的分辨率范圍內(nèi)，確定任一脈沖相對另一脈沖位置的能力。（3

25、）輸出信號的穩(wěn)定性，編碼器輸出信號的穩(wěn)定性是指在實際運行條件下，保持規(guī)定精度的能力。影響編碼器輸出信號穩(wěn)定性的主要因素是溫度對電子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力以及光源特性的變化。7 （4）響應頻率，編碼器輸出的響應頻率取決于光電檢測器件、電子處理線路的響應速度。（5）信號輸出形式，推挽式輸出方式由上下兩個 NPN 型的三極管組成，當其中一個三極管導通時，另外一個三極管則關斷。電流通過輸出側的兩個晶體管向兩個方向流入，并始終輸出電流。因此它阻抗低，而且不太受噪聲和變形波的影響，主要應用領域有自動化設備、切割機械、印刷機械、包裝機械和針織機械等。下表 3-1 是 EPC-755A 型光電

26、編碼器的主要參數(shù)。表 3-1EPC-755A 型光電編碼器的主要參數(shù)主要參數(shù)參數(shù)說明輸入電壓070和 085時為 4.7528.0VDC0100時為 4.7524.0VDC輸入電流最大無負載電流為 100mA輸入波動在 0100KHz 時，峰峰之間為 100mV輸出波形增量式，正交輸出，當轉軸順時針旋轉時，A 通道的方波領先 B 通道輸出電路推挽輸出每通道最大驅(qū)動電流 20mA，基準脈沖每轉一周輸出 600 個脈沖。頻率響應標準 10KHz，可選高達 1MHz。抗干擾性經(jīng) IEC 801-3 測試，符合歐洲標準。分辨率1-10000PPR精度2001999 PPR：0.017（1.0 弧度分）

27、之內(nèi)（機械角度）20003000 PPR：0.01（0.6 弧度分）之內(nèi)（機械角度）3000 PPR 以上另附加插值誤差 0.005（機械角度）光電式旋轉編碼器是轉速或轉角的檢測元件，它是通過電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應用最多的傳感器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成的。旋轉編碼器分為絕對式和增量式兩種，絕對式編碼器在碼盤上分層刻上表示角度的二進制數(shù)碼或循環(huán)碼（格雷碼），通過接收器將該數(shù)碼送入計算機。絕對式編碼器常用于檢測轉角，若8需得到轉速，必須對轉角進行微分處理。增量式編碼器在碼盤上均勻地刻制一定數(shù)量的光柵。光電編碼器的光柵盤與電動機同軸，電動

28、機轉動時，光柵盤與電動機同速旋轉，經(jīng)過發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理如圖所示。通過計算每秒鐘光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能得到當前電動機的轉速，此外為判斷旋轉方向，光柵還可以提供相位差 90的雙向脈沖正交信號。增量式光電編碼器輸出兩路相位相差 90的脈沖信號 A 和 B，當電動機正轉時，脈沖信號 A 的相位超前脈沖信號 B 的相位 90，經(jīng)邏輯電路處理后形成高電平方向信號；當電動機反轉時，脈沖信號 A 的相位滯后于脈沖信號 B 的相位90，經(jīng)邏輯電路處理后的方向信號為低電平。因此根據(jù)超前和滯后的關系可以確定電動機的轉向，轉向判別的原理如圖 3-1 所示。 3.1.

29、3光電編碼器脈沖數(shù)計算 為方便計算，采用 1:1 的同步帶將測量輥的轉動傳動給編碼器，即編碼器的轉數(shù)與測量輥的轉數(shù)相同。通過測量編碼器的脈沖數(shù)即可測量鋼板的長度，在剪切定長鋼板時，通過以下公式即可計算出定長鋼板所對應的編碼器脈沖數(shù)：n=2LR 600nN 6002LR式中 n校平機輥子（編碼器）旋轉的轉數(shù)；（a）正轉（b）反轉圖 3-2 區(qū)分旋轉方向的 A、B 兩組脈沖序列9 L鋼板長度； R測量輥子半徑； N長度為 L 的鋼板對應的光電編碼器脈沖數(shù)。 3.2 PLC 簡介及控制原理3.2.1 PLC 定義PLC 可編程序控制器：PLC 英文全稱 Programmable Logic Cont

30、roller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。3.2.2 PLC 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(nèi)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(nèi)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。3.2.3 CPU 的構成

31、CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)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)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)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(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)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(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、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(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要

32、詳細分析 CPU 的內(nèi)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、10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(shù)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(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。3.2.4 I/O 模塊PLC 與電氣回路的接口，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

33、塊將電信號變換成數(shù)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（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

34、沖等模塊。按 I/O 點數(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，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。3.2.5 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，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 24VAC）。 3.2.6 PLC 特點1.使用靈活、通用性強PLC 的硬件是標準化的，加之 PLC 的產(chǎn)品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng)。在 PLC 構成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC 的端子上接入相應的輸入輸出

35、信號線。當需要變更控制系統(tǒng)的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個11PLC 裝置用于不同的控制對象，只是輸入輸出組件和應用軟件的不同。2.可靠性高、抗干擾能力強微機功能強大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，電源波動，機械振動，溫度和濕度的變化，都可能導致一般通用微機不能正常工作；傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強，但由于存在大量的機械觸點（易磨損、燒蝕）而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高，從實際使用情況來看，PLC 控制系統(tǒng)的平均無故障時間一般可達 45 萬

36、小時。PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應有各種強烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場，并具有故障自診斷能力。如一般 PLC 能抗 1000V、1ms 脈沖的干擾，其工作環(huán)境溫度為 060，無需強迫風冷。3.接口簡單、維護方便PLC 的接口按工業(yè)控制的要求設計，有較強的帶負載能力（輸入輸出可直接與交流 220V，直流 24V 等強電相連），接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。有的 PLC 甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機停電而直接更換故障模塊，大大縮短了故障修復時間。4.體積小、功耗小、性價比高以小型 PLC 為例，它具有 128 個 I/O 接口，可相當于 400800 個繼電器組成的系統(tǒng)的

37、控制功能，不帶接口的空載功耗為 1.2W，其成本僅相當于同功能繼電器系統(tǒng)的 1020。PLC 的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、I/O 點狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員對系統(tǒng)進行監(jiān)視。5.編程簡單、容易掌握PLC 是面向用戶的設備，PLC 的設計者充分考慮了現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣。大多數(shù) PLC 的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡單指令方式。編程語言形象直觀，指令少、語法簡便，不需要專門的計算機知識和語言，具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間

38、內(nèi)掌握。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。6.設計、施工、調(diào)試周期短用繼電器接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏（柜）的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用 PLC 控制，由于其靠軟12件實現(xiàn)控制，硬件線路非常簡潔，并為模塊化積木式結構，且已商品化，故僅需按性能、容量（輸入輸出點數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。PLC 是通過程序完成控制任務

39、的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強制和仿真的功能，故程序的設計、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設計和投運周期。3.3 PLC 選型3.3.1 PLC 的型號選擇對 PLC 型號選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比，選擇時應考慮以下幾點。（1）PLC 的硬件功能一些系統(tǒng)對 PLC 的功能有特殊要求,如通信、網(wǎng)絡、PID 閉環(huán)控制,響應速度快,高速計數(shù)和運動控制。模塊化 PLC 應該考慮是否有相應的特殊功能模塊。對模擬輸入/輸出系統(tǒng)，PLC 需要考慮最大的模擬 I / O 是否可以滿足要求,模塊的分辨率和轉換時間，以及平均每點的價格。本系統(tǒng)

40、不需要跨范圍使用PLC，對某些功能或信號也沒有特殊的速度要求，不需要選用具有高速 I/O 功能的 PLC。(2）PLC 指令系統(tǒng)的功能對于小型單臺僅需要開關量控制的設備，一般的小型 PLC 便可以滿足要求。如果系統(tǒng)要求 PLC 完成某些特殊的功能，應考慮 PLC 指令系統(tǒng)是否有相應的指令來支持。此系統(tǒng)只需用開關量控制，選用一般小型 PLC 即可。（3）PLC 物理結構的選擇PLC 按結構分類，可分為整體式、組合式、疊裝式和板式 4 類。整體式結構的 PLC 把電源、CPU、存儲器、I/O 系統(tǒng)都集成在一個單元內(nèi)。整體式結構的特點是非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便，其缺點是輸入與輸出點數(shù)有限1

41、3定的比例。小型機多為整體式結構?？紤]此系統(tǒng)控制比較簡單，應用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體式 PLC 的結構形式較為合適。（4）確定輸入/輸出（I/O）點數(shù)并以此選擇 PLC 類型綜合對比三菱 FX 系列（包括 FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N 等）、西門子系列、OMRON 系列中的 PLC,本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號為：FX2N32MR，合計總數(shù) 32 點16 點輸入，16 點繼電器輸出；其性能、價格都優(yōu)于其他 PLC。PLC 的型號選好后，根據(jù) I/O 表和可以供選擇的 I/O 模塊的類型，確定 I/O模塊的型號和塊數(shù)。選擇 I/O 模塊時，I/O 點數(shù)一般應留有一定的余量

42、，以備今后系統(tǒng)改進或者擴充時使用。3.3.2 I/O 模塊的選型（1）開關量輸入模塊的選擇開關量輸入模塊的輸入電壓為 AC220V DC24V。直流輸入電路延遲時間較短,可以直接和接近開關、光電開關和其他電子輸入設備連接。交流輸入模式適合于在有油霧、灰塵的條件下使用,在這些條件下交流輸入觸點的接觸較為可靠。（2）開關量輸出模塊的選擇開關輸出模塊是低電壓轉換為驅(qū)動在 PLC 外部開關信號輸出裝置,實現(xiàn) PLC信號內(nèi)部和外部電氣隔離。在選擇時應該考慮以下幾個方面:繼電器型輸出模塊的工作電壓范圍廣，觸點的導通壓降小，承受瞬時過電壓和瞬時過電流的能力較強，但是速度動作較慢，觸點壽命（動作次數(shù)）有一定的

43、限制。如果系統(tǒng)的輸出信號變化不是很頻繁，優(yōu)先選用繼電器型的。（3）輸出方式開關輸出模塊有繼電器輸出,晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出是便宜的,可以用來驅(qū)動交流負載,可用于直流負載,傳導電壓降小,同時有更好的能力去承受暫態(tài)過電壓和過電流,它屬于接觸單元,緩慢的速度(驅(qū)動電感負載,接觸行動頻率必須小于 1 hz),短壽命和可靠性較差,只適合于頻繁的開啟和關閉。對于經(jīng)常打開和關閉負載,應選擇晶閘管輸出或輸出晶體管,他們屬于非接觸式組件。但晶閘管輸出只能用于交流負載,和晶體管輸出只能用于直流負載。14本系統(tǒng)為中小型生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，需要考慮價格相對要便宜，而本系統(tǒng)對動作速度要求不高，所以選

44、擇繼電器輸出作為輸出方式。工藝流程的特點和應用要求是 PLC 選型的主要依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)中需要 12 個輸入端口，6 個輸出端口。為了保證輸出端的 COM 端不會交叉連接，所以選擇了 32 點的 I/O 點數(shù)的 PLC，其輸出要驅(qū)動電磁線圈，屬于是既有交流負載，又有直流負載，所以應選擇繼電器輸出方式。經(jīng)綜合考慮，選擇日本三菱公司的PLC 進行控制，F(xiàn)X2N 系列 PLC 的基本單元見表 3-1。本設計選用的 PLC 型號為 FX2N-32MR。FX2N-32MR 速度塊功能強，它的基本指令執(zhí)行時間高達 0.08us, 內(nèi)置的用戶存儲器為 8K 步。I/O 點最多可擴展到32 個，并提供多種特殊功

45、能模塊或功能擴展板，可實現(xiàn)多軸定位控制，機內(nèi)有實時鐘。每個 FX2N 的基本單元可擴展 8 個特殊單元。通過通信擴展板或特殊適配器可實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，如 CC-Link，AS-IPROFIBUS，Devieenet 等開放式網(wǎng)絡通信，RS-232C，RS-422C 和 RS-485 通信，并行鏈接，計算機鏈接和I/O 鏈接4。表 3-1FX2N 系列 PLC 的基本單元型 號 繼電器輸出 晶體管輸出 晶閘管輸出輸入點數(shù) 輸出點數(shù) 擴展模塊可（DC24V,點） （R、T，點） 用點數(shù)（點）FX2N-16MR FX2N-16MT FX2N-16MS 8 8 2432FX2N-32MR FX2

46、N-32MT FX2N-32MS 16 16 2432FX2N-48MR FX2N-48MT FX2N-48MS 24 24 48120FX2N-64MR FX2N-64MT FX2N-64MS 32 32 48120FX2N-80MR FX2N-80MT FX2N-80MS 40 40 48120FX2N-128MR FX2N-128MT 64 64 15第 4 章 電氣原理及軟件設計4.1 電氣原理設計圖 4-1 所示為電路電氣控制原理圖，其中，M1 為驅(qū)動校平機的異步電動機，只需正轉；M2 為驅(qū)動剪切機的異步電動機，需要正轉 反轉；M3 為驅(qū)動堆垛機輸送帶的異步電機，只需正轉; KM1

47、控制校平機電機 M1，KM2 和 KM6 分別控制剪切機電機的正反轉，YB1 和 YB2 分別是開卷機料架和校平機電磁抱閘制動用的電磁線圈。4-1 電氣原理圖設計4.2 系統(tǒng)控制方案16鋼板剪切生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)硬件體系結構如圖 4-2 所示，控制器采用三菱的可編程控制器 FX2N-32MR ，其高速計數(shù)端子 X1 可用于接收光電編碼器的高速脈沖，以測量鋼板長度，其開關量輸入端子用于接收按鈕等信號。圖 4-2 鋼板定長剪切生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件體系結4.3 PLC I/O 分配 PLC I/O 分配如表 4-1 所示。表 4-1 I/O 分配表 名稱名稱代號代號輸入點輸入點名稱名稱代號代號輸出點輸出

48、點熱繼電器FR1FR8X0校平電機接觸器KM1Y0光電編碼器光電編碼器X1剪切電機正轉接觸器KM2Y1啟動按鈕SB1X2輸送電機接觸器KM3Y2剪切機啟動SB2X3開卷制動接觸器KM4Y3校平機停止SB3X4校平制動接觸器KM5Y4剪切機停止 SB4X5剪切電機反轉接觸器KM6Y5輸送機停止SB5X6開卷機制動停止 SB6 X717校平機制動停止SB7X10系統(tǒng)停止SB8X11剪切機下限位開關SQ1X12剪切機上限位開關SQ2X134.4 PLC 硬件接線根據(jù) PLC I/O 分配表，設計了 PLC 控制系統(tǒng)接線圖，如圖 4-3 所示。圖中，PLC 由單相 220VAC 供電；輸入電路由開關電

49、源 24VDC 供電，X001 端子接光電編碼器的脈沖輸出端，急停按鈕采用常閉觸點，其它按鈕采用常開觸點；輸出電路中，控制接觸器線圈的采用單相 220VAC 供電。 圖 4-3 系統(tǒng)硬件接線圖4.5 程序設計程序設計18 生產(chǎn)線在自動控制模式下可實現(xiàn)連續(xù)工作，無需人工干預，鋼板剪切長度在程序中設定，校平機的啟動由啟動開關控制，剪切機由上下兩個限位開關控制行程，系統(tǒng)在運行時輸送帶一直工作。圖 4-4 為自動控制模式程序流程圖。圖 4-4 自動控制模式程序流程圖系統(tǒng)工作流程：按下啟動按鈕 SB1，系統(tǒng)啟動，校平機、輸送機同時工作；當鋼板長度達到預設值時，開卷機進行電磁制動，校平機斷電并且電磁制動，

50、同時剪切機構開始工作，當剪切機構移動到下限位開關 SQ1 時，剪切電機開始反轉，剪切機構上升，當剪切機構上升至上限位開關 SQ2 時，剪切機構停止運動；從而完成一次鋼板定長剪切工作。在觸碰 SQ2 同時，開卷機、校平機的電磁制動斷電，校平機開始工作，從而使整個系統(tǒng)循環(huán)工作。根據(jù)鋼板定長剪切系統(tǒng)的要求設計出梯形圖，梯形圖如圖 3-4 所示。19圖 4-5 系統(tǒng)硬件接線圖20總 結在陳老師的指導下進行了為期三個月的畢業(yè)設計，設計開始時， 就要求我們可以通過這次畢業(yè)設計鞏固我們的基礎和專業(yè)知識，提高我們分析、設計和開發(fā)工程的能力。通過這次設計，了解了鋼板定長剪切行業(yè)概況，熟悉了PLC 在工業(yè)控制系統(tǒng)

51、中的開發(fā)和應用。在大學所學知識的基礎上，我們嘗試了基于 PLC 的鋼板定長剪切控制系統(tǒng)的設計，提高了使用已知知識和獲取相關資料的能力，進一步培養(yǎng)了我們踏實、勤奮、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。本設計基本達到了預定目的，將 FX2N 系列 PLC 應用到鋼板定長剪切控制系統(tǒng)中，通過合理的設備選型、參數(shù)設置和軟件設計，改善傳統(tǒng)剪切機的性能，還通過高速計數(shù)器和光電編碼器的結合提高了定長切割精度，提高了生產(chǎn)速率，節(jié)省電能，降低故障。但本次設計中還存在諸多不足，還有待完善。畢業(yè)設計所要求知識的綜合性較高，各方面都要用到一點，但是我的知識是不能達到這樣的水平，在設計的過程中遇到了很多困難，但我們在困難面前并沒有低頭認輸

52、，而是通過各種方法來解決。方法之一就是我們在平時里沒有注意到的自學能力。通過這次設計，培養(yǎng)了自己的自學能力，為以后的繼續(xù)學習也奠定了一定的基礎。當然一個好的畢業(yè)設計并不是一個人所能完成的，它需要一個團體，而這個團體也需要有一種敢于向一切困難挑戰(zhàn)的精神。通過對本例的設計使我們認識到 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。在本例中，使我們學習到了如何對系統(tǒng)進行設計，以及在元件選擇方面的許多知識。在對21系統(tǒng)進行設計時，必須首先了解該系統(tǒng)的功能和任務，在搞清楚這點以后才能對整個系統(tǒng)的設計方案有一個初步的認識，然后才能根據(jù)系統(tǒng)的需要來進行元件的選取和系統(tǒng)的模塊化細分。近年來隨著電子技術和計算機技術應用領域不

53、斷擴大，PLC 技術已成為電子技術領域中的一個新的亮點，使 PLC 技術成為一門綜合應用技術，也是電子技術發(fā)展也革新的一個潮流。隨著我們對 PLC 控制系統(tǒng)的認識的不斷加深，相信在以后的工作和生產(chǎn)中我們會更加深入透徹的利用 PLC 來解決一些更加實際的問題。致 謝四年的大學，匆匆而過，畢業(yè)設計是我們四年所學的一個體現(xiàn)，經(jīng)歷半年的努力，此次畢業(yè)設計即將結束。在設計的過程中，慢慢的學習，逐漸的鞏固大學所學的知識，期間有艱苦，有辛酸，也有欣喜，有快樂。通過這次畢業(yè)設計，我們把以前所學都綜合起來，感覺自己的水平提高很多。我們了解到了做一個系統(tǒng)的基本常識，為我們以后從事技術工作打下良好的基礎。本設計的順

54、利完成,首先要感謝我的指導老師 。在論文的寫作過程中，老師們給了我許許多多的幫助。在評閱中，兩位老師還指出了我設計中的許多不足，使我的設計更加完善合理，使我不僅學到了扎實的專業(yè)知識，也學到了很多待人處事道理。老師們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、縝密的思維方式、踏實的工作作風和對事業(yè)的執(zhí)著，以及對我的諄諄教誨都給我留下了深刻的印象，并使我終身受益。謹此對兩位老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。同時也感謝許多同學對我的支持和鼓勵，感謝你們在學習和生活上給我的幫助，和我一起解決各種各樣的困難。此外，我還要感謝我的父母，謝謝他們一直以來對我的學業(yè)的支持和幫助。 最后，祝所有關心、幫助和支持我的人們身體健康、工作順利！2

55、2參考文獻1 郭愛芳，王恒迪.傳感器原理及應用M.西安：西安電子科技大學出版社，2007.281290. 2 陳有根,危韌勇.可編程序控制器概述J.大眾用電雜志,2003.1.3 殷洪義，吳建華.PLC 原理與實踐.北京：清華大學出版社，2008.104 孫兵,趙斌,施永輝.基于 PLC 的機械手混合驅(qū)動控制J.液壓與氣動, 2005,(3):37-39.5 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)M. 北京：機械工業(yè)出版社，2003：117-209.6 侯崇開. 光電編碼器在剪切鋼板長度測量中的應用A. 傳感器技術，2005，24(7)：76-77.7 張萬忠，周淵深.可編程控制器應用技術M.北京：化

56、學工業(yè)出版社，2001.48 王洪猛.基于 PLC 的過程控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)J .自動化技術與應用, 2004,23(7):25-27.9 Dierks, Henning. PLC - automata: a new class of imple-mentable realtime automataJ.TheoreticalComputer Sci-ence, 2001, 253(2)10 Deepak Alur, JohnCrup,i Dan Malks. J2EE 核心模式M,北京:機械工業(yè)出版社,200523附錄 ILathes Lathes are machine tools desi

57、gned primarily to do turning, facing and boring, Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the work piece. Conseq

58、uently, more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool. The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock assembly, and the leads crew and feed rod. The bed is the backbone of a lathe. It usually is made of well normalized or aged gray

59、 or nodular cast iron and provides s heavy, rigid frame on which all the other basic components are mounted. Two sets of parallel, longitudinal ways, inner and outer, are contained on the bed, usually on the upper side. Some makers use an inverted V-shape for all four ways, whereas others utilize on

60、e inverted V and one flat way in one or both sets, They are precision-machined to assure accuracy of alignment. On most modern lathes the way are surface-hardened to resist wear and abrasion, but 24precaution should be taken in operating a lathe to assure that the ways are not damaged. Any inaccurac