畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）S7200PLC板材切割控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄 摘要.i abstract.ii 1 概述 .1 1.1 板材切割系統(tǒng)簡介 .1 1.2 板材切割系統(tǒng)的功能要求 .2 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .3 2.1 板材切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) .3 2.2 板材切割系統(tǒng)的工作原理 .4 3 硬件系統(tǒng)配置 .5 3.1 plc 選型 .5 3.2 plc 的 i/o 資源配置 .6 3.3 其他資源配置 .7 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .8 4.1 總體流程設(shè)計(jì) .9 4.2 各模塊語句表設(shè)計(jì) .11 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題及解決方法 .16 5.1 硬件方面的問題 .16 5.2 軟件方面的問題 .16 主要參考文獻(xiàn).18 致謝.19 附錄.20 摘 要 本文介紹了

2、利用可編程控制器 plc、步進(jìn)電機(jī)和火焰切割槍組成了 板 材切割控制系統(tǒng)，給出了 plc 和板材切割的主要控制技術(shù)環(huán)節(jié)。中心控制器 通過與各種接觸器、電磁閥的連接，實(shí)現(xiàn)板材切割控制系統(tǒng)的自動啟停，調(diào) 節(jié)不同長度板材的切割功能 等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動系統(tǒng)的安全可靠控制。同時充 分利用已有資源和各種 接觸器、電磁閥組成了比較完整的板材切割控制系統(tǒng)， 與原來的繼電器接觸器控制線路相比，降低了故障檢修的難度,提高了可靠性。 用戶理解容易，使用方便,不需要適應(yīng)期。本文還介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和調(diào) 試，并給出了系統(tǒng)的語句表程序。 關(guān)鍵詞：plc；板材切割；步進(jìn)電機(jī) abstract the stepper mot

3、or, flame cutting gun and the structure of its control system are presented in this paper. it pays more attention to the method using plc to control machine, carry out a system of automatic underway stop, adjust soon and safe the function etc. meantime it use fully resources that it have owned and k

4、inds of switches to constitute a good cut system, compare to the old cut system, it reduce the problem of mending, and upgrade the property of safe. user can understand easily, use conveniently, and there is no need to adapt. this text still introduces these software design of the system and adjusts

5、 to try, and give a form of language procedure of the system. key words: plc; the materials cutting; the stepper motor 1 概述 在機(jī)械加工過程中，板材切割常用方式有手工切割、半自動切割機(jī)切割 及數(shù)控切割機(jī)切割。手工切割靈活方便，但手工切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、 材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時勞動條件惡劣，生產(chǎn)效率低。半自動 切割機(jī)中仿形切割機(jī)，切割工件的質(zhì)量較好，由于其使用切割模具，不適合 于單件、小批量和大工件切割。其它類型半自動切割機(jī)雖然降低了工人勞動 強(qiáng)度，但其功能簡

6、單，只適合一些較規(guī)則形狀的零件切割。數(shù)控切割相對手 動和半自動切割方式來說，可有效地提高板材切割 的效率、切割質(zhì)量，減 輕操作者的勞動強(qiáng)度。 從各種數(shù)控切割機(jī)應(yīng)用情況來看，國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控切割機(jī)的技術(shù)水平、 整機(jī)性能等整體水平都取得了可喜的進(jìn)步，逐步趕上國際先進(jìn)水平，滿足用 戶的需要，進(jìn)一步提高了市場競爭力。從發(fā)展趨勢來看，數(shù)控切割機(jī)市場上 數(shù)控火焰切割機(jī)將保持其基本市場 ，專用型材數(shù)控切割設(shè)備、接觸式和非 接觸式非金屬專用數(shù)控切割設(shè)備也將會有較大的發(fā)展空間，整個數(shù)控切割機(jī) 市場將不斷擴(kuò)大。 目前，我國機(jī)械工業(yè)鋼材使用量已達(dá)到3 億噸以上，鋼材的切割量非 常大,而隨著現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)地發(fā)展，對切割

7、的質(zhì)量、精度要求的不斷提高， 對提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、具有高智能化的自動切割功能的要求也在 提升。提高數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)效率和切割質(zhì)量，降低生產(chǎn)使用成本，提高整 機(jī)自動化水平和系統(tǒng)穩(wěn)定性，完善系統(tǒng)功能成為其技術(shù)發(fā)展的方向。 1.1 板材切割系統(tǒng)簡介 板材切割系統(tǒng)主要是對各種材料進(jìn)行加工的生產(chǎn)系統(tǒng)，目前很多生產(chǎn)單位 依然采用手動操作，不僅步驟繁多，而且需要熟練的技巧和豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時 在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，由于在切割時出現(xiàn)的大量粉塵（尤其石板切割）、 噪音、溫度較高（金屬板切割）等因素，使得工廠現(xiàn)場環(huán)境十分惡劣，同時各 種不同的材料在大小、前進(jìn)速度及進(jìn)給長度都是根據(jù)切割過程中的情況而發(fā)生

8、變化的，容易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動化的控制系統(tǒng) 已經(jīng)逐步出現(xiàn)，并且已得到了廣泛的應(yīng)用，用機(jī)器人代替人進(jìn)行自動化的操作 已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，并且速度快、質(zhì)量高，也能改善工人的勞動條件。 根據(jù)切割材料的不同，板材切割系統(tǒng)主要分為兩個方面，一是金屬切割方 面，另一個是石板切割方面。對于金屬板材的切割，大多采用火焰切割方法， 即通過高溫將金屬熔化，然后利用氣流將金屬板材隔斷。在控制系統(tǒng)中，在適 當(dāng)時點(diǎn)燃可燃?xì)怏w對板材進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)對金屬板材的加工要求，金屬板材切 割示意圖如圖 1-1 所示。 工件 壓緊 切割槍 到位 切割槍 預(yù)熱 切割 開始 開始 工件 松開 切割 結(jié)束 工件 移動

9、圖 1-1 金屬板材切割示意圖 對于石板的切割，大多采用刀盤切割的方式，即利用刀盤的高速旋轉(zhuǎn)，對 石板進(jìn)行切割。在此控制系統(tǒng)中，由于板材的厚度一般比較厚，因此需要多次 切割才能完成一次加工過程，當(dāng)?shù)侗P沒有達(dá)到切割系統(tǒng)所設(shè)置的下限時，需要 往返切割以實(shí)現(xiàn)切割功能，石板切割系統(tǒng)工作示意圖如圖 1-2 所示。 開始 工件 壓緊 刀盤 啟動 刀盤 到位 切割 開始 工件 移動 工件 松開 下降一個 切削量 到達(dá)另外一邊，下降一個 切削量，進(jìn)行反向切割 是否已 到下限 是 否 圖 1-2 石板切割系統(tǒng)工作示意圖 1.2 板材切割系統(tǒng)的功能要求 在對板材進(jìn)行切割時，由于受力不均勻，導(dǎo)致切割機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化

10、從 而影響切割的精度，最后影響板材的質(zhì)量，因此采用自動控制作為其主要的 控制方式。早期的控制方式為液壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造要求 高，使用此類設(shè)備需要增設(shè)油泵站，增加占地面積和噪聲，但是由于中國在 液壓方面的元件制造工藝及其質(zhì)量方面的原因，對于某些控制要求無法達(dá) 到，因此需要進(jìn)口國外設(shè)備，使得該設(shè)備維護(hù)方面有部分困難。 基于計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，軟件資源豐 富，可支持實(shí)時操作，具有速度快 、實(shí)時性強(qiáng)、可進(jìn)行復(fù)雜處理的優(yōu)點(diǎn)， 但對環(huán)境有一定要求，要在干擾小，具有一定溫度和濕度的環(huán)境下使用。在 復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境下，粉塵和電磁干擾的作用會影響計(jì)算機(jī)的控制性能。 可編程

11、控制器的控制系統(tǒng)，適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾較多的場合， 同時編程易學(xué)簡單，利于推廣，最重要的是其安裝 、設(shè)計(jì)簡單，如果需要 改變控制邏輯或增加控制功能時，只需改變程序即可，對硬件連線改動較少， 便于進(jìn)行技術(shù)改造。采用 plc 作為控制器具有運(yùn)行速度快 、調(diào)試周期短 、 維護(hù)簡單和較高的可靠性。 該控制系統(tǒng)使用 plc 作為核心控制器，其可靠性高 、抗干擾能力強(qiáng)的 優(yōu)點(diǎn)可保證控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。 切割系統(tǒng)的功能主要是完成板材的切割和移動 。其主要涉及兩方面的 功能：一是檢測輸入信號；二是控制輸出信號。 板材切割控制系統(tǒng)主要完 成對操作按鈕輸入的檢測、大車輸送到位的檢測、切割槍位置的檢測、大車

12、 步進(jìn)到位的檢測等?？刂戚敵龅目刂品绞街饕校?傳送帶步進(jìn)電動機(jī)的控 制、切割槍左右運(yùn)動電動機(jī)的控制、切割槍電磁閥的控制、切割槍氣體閥門 的控制、壓緊裝置的控制。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 切割機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩個 方面：一個是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，另一 個是 plc 電氣控制設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)控制功能的基礎(chǔ)； plc 電氣控制 系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制功能的核心部分，兩方面的設(shè)計(jì)過程相互獨(dú)立，但在設(shè)計(jì)之 前需要整體考慮，先分析和研究控制系統(tǒng)的整體功能，對整體結(jié)構(gòu)深入了解 之后，設(shè)計(jì)出整體框架，明確兩個部分的具體功能和接口。 2.1 板材切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 隨著企業(yè)對各類板材的質(zhì)量要求不斷提高，板材加工的要求也越

13、來越高， 因此采用傳統(tǒng)繼電器控制線路的切割系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，利用 plc 對板材切割系統(tǒng)進(jìn)行改造后，可提高系統(tǒng)的抗干擾能力和板材切割的精 度。該切割系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡單 ，主要包括牽引機(jī)、切割機(jī)、液壓系 統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等及其附屬結(jié)構(gòu) 設(shè)備。 2.1.1 牽引機(jī) 也就是大車，上面帶有可以用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的傳送帶， 通過電動機(jī)的 驅(qū)動帶動工件進(jìn)行移動，完成工件的輸送功能。 2.1.2 切割機(jī) 其為核心設(shè)備，包括壓緊機(jī)構(gòu)、切割槍和進(jìn)給系統(tǒng)等設(shè)備。壓緊機(jī)構(gòu)由 一對 v 型鐵在氣缸的帶動下，通過杠桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓緊，通過plc 的指令控 制氣缸的上升和下降，最后實(shí)現(xiàn)壓緊和松開的操作。切割槍包括

14、三個氣體 閥門，按照不同的開啟順序，通過plc 的控制可實(shí)現(xiàn)切割槍的打開 關(guān)閉。 2.1.3 液壓系統(tǒng) 由泵站和相應(yīng)的液壓控制系統(tǒng) 1構(gòu)成，相應(yīng)的油缸通過對應(yīng)的泵站進(jìn)行 控制，將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能 ，完成壓緊松開 功能。 2.1.4 電氣控制系統(tǒng) 通過對板材切割系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行分析，可以看到該切割系統(tǒng)的電氣 控制2相對比較復(fù)雜，需要檢測較多的輸入信號，控制較多的輸出量，而且 還要保證切割系統(tǒng)按步運(yùn)行，因此就要設(shè)置每個設(shè)備啟動和停止標(biāo)志，在編 程時需要有清晰的邏輯控制時序。 2.2 板材切割系統(tǒng)的工作原理 該系統(tǒng)的工作過程包括以下幾個方面。 （1）首先大車攜帶工件前進(jìn)，使工件達(dá)到

15、切割槍所在的位置下方，可通 過切割槍下方的限位開關(guān)進(jìn)行檢測。 （2）大車到位后，啟動壓緊裝置，經(jīng)過延時后，壓緊結(jié)束。 （3）延時結(jié)束后，切割槍下降到位。 （4）下降到位后，依次啟動乙炔、切割氧、高壓氧閥門，點(diǎn)燃火焰。 （5）待預(yù)熱一段時間后，啟動切割槍左右移動電動機(jī)，開始切割過程。 （6）切割結(jié)束后，切割槍復(fù)位。 （7）松開壓緊機(jī)構(gòu)，傳送帶在步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動下移動固定的長度。 （8）再次啟用切割槍，切割過程循環(huán)進(jìn)行。 板材切割系統(tǒng)原理圖 如圖圖 2-1 所示。 帶有傳送 帶的小車 壓塊 切 割 槍 運(yùn)料車 板材 圖 2-1 板材切割系統(tǒng)原理圖 板材切割系統(tǒng)工作 主要過程示意圖如圖 2-2 所示

16、。 大車移 動到位 壓緊裝置 壓緊工件 延時后切 割槍下降 切割槍依次 打開各閥門 開始 切割 切割結(jié)束切 割槍到位 壓緊裝置 松開工件 傳送帶步進(jìn) 設(shè)定的距離 圖 2-2 板材切割系統(tǒng)工作主要過程示意圖 3 硬件系統(tǒng)配置 如何設(shè)計(jì)板材切割系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和所需的各硬件設(shè)備。如圖3-1 所 示的是板材切割系統(tǒng)的硬件連接示意圖。此控制系統(tǒng)的核心處理器是 plc，主要輸入和輸出量多為數(shù)字量。 plc 操作面板 限位開關(guān) 人機(jī)界面 驅(qū)動電磁閥 驅(qū)動電動機(jī) 圖 3-1 板材切割系統(tǒng)的硬件連接示意圖 3.1 plc 選型 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來考慮，選擇西門 子 s7-200 系

17、列 plc 作為板材切割控制系統(tǒng)的主機(jī)。此控制系統(tǒng)的控制過程 比較簡單，算法也不復(fù)雜，因此選用的cpu 總共有 19 個數(shù)字量輸入和 11 個數(shù)字量輸出，共需 30 個數(shù)字量 i/o 點(diǎn)數(shù)，以及程序容量和控制的要求， 選擇 cpu2263作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。 如果選擇 cpu224，則需要擴(kuò)展一個數(shù)字量輸入 /輸出模塊。可選的數(shù)字 量輸入和輸出模塊有 em221、em222 和 em223。em221 和 em222 是單獨(dú)的輸 入或者輸出擴(kuò)展模塊，為了便于硬件的安裝和減小plc 系統(tǒng)所占體積，采 用 em223 模塊。em223 是一個輸入 /輸出混合模塊，有多種型號可選，這里 選擇 em

18、223 中的 8 點(diǎn) dc 輸入和 8 點(diǎn) dc 輸出，既能滿足系統(tǒng)的控制要求， 同時也滿足了控制系統(tǒng)的 i/o 點(diǎn)數(shù)的要求。 3.2 plc 的 i/o 資源配置 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對 plc 的 i/o 進(jìn)行配置，具體分配如下所示。 3.2.1 數(shù)字量輸入部分 在此控制系統(tǒng)中，所需要的輸入量基本上都屬于數(shù)字量，主要包括各種 控制按鈕和限位開關(guān)，共有 19 個數(shù)字輸入量，如表 3-1 所示。 表 3-1 數(shù)字輸入量地址分配表 輸入點(diǎn)編號代碼名稱輸入點(diǎn)編號代碼名稱 i0.0sb1 急停按鈕 i1.2sb10 手動大車前進(jìn)按鈕 i0.1sb2 復(fù)位按鈕 i1.3sb11 手動大車后退按鈕 i0

19、.2sa 手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān) i1.4sb12 手動工件壓緊按鈕 i0.3sb3 自動切割啟動按鈕 i1.5sb13 手動工件松開按鈕 i0.4sb4 手動切割槍上升按鈕 i1.6sq1 切割槍上限位置開關(guān) i0.5sb5 手動切割槍下降按鈕 i1.7sq2 切割槍下限位置開關(guān) i0.6sb6 手動切割槍左移按鈕 i2.0sq3 切割槍左限位置開關(guān) i0.7sb7 手動切割槍右移按鈕 i2.1sq4 切割槍右限位置開關(guān) i1.0sb8 手動切割槍乙炔閥門按鈕 i2.2sq5 大車到位位置開關(guān) i1.1sb9 手動切割槍切割氧和高壓 氧閥門按鈕 3.2.2 數(shù)字量輸出部分 在這個控制系統(tǒng)中，主要

20、輸出控制的設(shè)備有各種接觸器、電動機(jī)等，共 有 10 個輸出點(diǎn)，其具體分配如表 3-2 所示。 表 3-2 數(shù)字輸出量地址分配表 輸出點(diǎn)編號代碼名稱輸出點(diǎn)編號代碼名稱 q0.0km1 步進(jìn)電動機(jī)正向接觸器 q0.6yv3 切割槍乙炔電磁閥 q0.1km2 步進(jìn)電動機(jī)反向接觸器 q0.7yv4 切割槍氧電磁閥 q0.2km3 切割槍電動機(jī)正向接觸器 q1.0yv5 切割槍高壓氧電磁閥 q0.3km4 切割槍電動機(jī)反向接觸器 q1.1yv6 壓緊裝置電磁閥 q0.4yv1 切割槍上升電磁閥 q1.2yv7 松開裝置電磁閥 q0.5yv2 切割槍下降電磁閥 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求、如表 3-1 和表

21、3-2 所示的 i/o 分配情況以 及如圖 3-1 所示的硬件連接示意圖，設(shè)計(jì)出板材切割控制系統(tǒng)plc 控制部 分硬件連接圖，如圖 3-2 所示，此控制面板上的手動控制部分主要在調(diào)試 系統(tǒng)時使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。 q0.0 q0.1 q0.2 q0.3 q0.4 q0.5 q0.6 q0.7 q1.0 q1.1 s7-200 系列 plc i0.0 lm i0.1 i0.2 i0.3 i0.4 i0.5 i0.6 i0.7 i1.0 i1.1 i1.2 i1.3 i1.4 i1.5 i1.6 i1.7 i2.0 i2.1 i2.2 sb2 sb3 sb4 sb5 sb6 sb7 s

22、b8 sb9 sb10 sb11 sb12 sb13 sb14 sq1 sq2 sq3 4 sq4 km1 km2 km3 km4 yv1 yv2 yv3 yv4 yv5 yv6 sb1 sa 圖 3-2 板材切割控制系統(tǒng) plc 控制部分硬件連接圖 3.3 其他資源配置 要完成系統(tǒng)的功能除了 plc 及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種限位開關(guān)、 電磁閥和接觸器等儀器設(shè)備。 3.3.1 限位開關(guān) 用來控制切割槍在運(yùn)動 過程中的停止位置，防止移動超限導(dǎo)致事故。 （1）上限位開關(guān)?？刂魄懈顦屔仙龝r的位置，防止向上運(yùn)動超出范圍。 （2）下限位開關(guān)?？刂魄懈顦屜陆禃r的位置，防止向下運(yùn)動超出范圍。 （3）左限

23、位開關(guān)?？刂魄懈顦屪筮\(yùn)動的位置，防止向左運(yùn)動超出范圍。 （4）右限位開關(guān)?？刂魄懈顦層疫\(yùn)動的位置，防止向右運(yùn)動超出范圍。 3.3.2 電磁閥 使用一個氣缸、一個電磁閥就能實(shí)現(xiàn)切割槍的上升和下降，在板材切割 系統(tǒng)中，用了一些電磁閥 4。 （1）上升電磁閥：控制氣缸驅(qū)動切割槍上升至設(shè)定位置。 （2）下降電磁閥：控制氣缸驅(qū)動切割槍下降至設(shè)定位置。 （3）壓緊電磁閥：控制氣缸驅(qū)動壓緊機(jī)構(gòu)壓緊工件。 （4）松開電磁閥：控制氣缸驅(qū)動壓緊機(jī)構(gòu)松開工件。 3.3.3 接觸器 此系統(tǒng)中，大車不需要時刻 運(yùn)轉(zhuǎn)，而是根據(jù) plc 檢測相關(guān)狀態(tài)后，發(fā) 出控制大車運(yùn)行的指令。因此，必須在大車的電動機(jī)部分裝個可以控制電

24、動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和停止的接觸器，在連接到plc 控制接觸器，最后到達(dá)控制目的。 3.3.4 人機(jī)界面 由于需要對板材的氣缸長度進(jìn)行修改，為了 方便,需要采用人機(jī)界面進(jìn) 行控制和顯示。 此控制系統(tǒng)中，采用西門子公司為s7-200 設(shè)計(jì)的 td2005。 文本顯示器 td200 的特點(diǎn)如下。 （1）最大顯示 2 行中文文本。 （2）支持中英文顯示。 （3）與 s7-200 通過 rs-485 通信。 （4）顯示器為 lcd 顯示。 （5）可通過通信口供電，當(dāng)距離較長時，也可以利用獨(dú)立電源供電。 （6）顯示器電路具有反接、短路 、浪涌保護(hù)和電子自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。 （7）允許調(diào)整指定的程序變量。 （8）允許強(qiáng)制改

25、變輸入 /輸出點(diǎn)。 （9）組態(tài)軟件采用 step 7-micro/win32 v4.0 sp4 版本，無須單獨(dú) hmi 組態(tài)軟件。 3.3.5 各類按鈕 急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點(diǎn)，按下旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕；手動/自動按鈕 采用旋鈕，一邊常閉，一邊常通；其余按鈕均采用觸點(diǎn)觸發(fā)方式。 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用西門子公司專為 s7-200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)的 step 7- micro/win326，既可開發(fā)控制程序使用，也可實(shí)時監(jiān)控程序執(zhí)行的狀態(tài)。根據(jù) 控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計(jì)情況，以及 plc 控制系統(tǒng)中 i/o 的分配 情況，進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，首先需要按照控制系統(tǒng)的功

26、能要求 畫出系統(tǒng)流程框架圖，然后細(xì)化流程圖，按照不同的功能要求編寫不同的功能 模塊。 4.1 總體流程設(shè)計(jì) 根據(jù)控制系統(tǒng) 的功能要求， 控制過程分為手動和自動控制模式。 4.1.1 手動控制模式 在手動控制模式下，可單獨(dú)控制每一個設(shè)備的運(yùn)行，相互之間沒有順序， 互不干擾，其流程圖如圖 4-1 所示。 手動控 制模式 大車運(yùn)行切割槍運(yùn)行壓緊裝置運(yùn)行 各種氣體閥 門的控制 圖 4-1 手動控制模式流程圖 4.1.2 自動控制模式 處于自動狀態(tài) 時，系統(tǒng)上電后按下切割啟動，系統(tǒng)開始工作，其工作過 程包括以下幾個方面。 （1）系統(tǒng)上電后，按下啟動按鈕。 （2）大車攜帶板材開始運(yùn)行，到達(dá)切割槍處停止。

27、（3）大車到位后， 傳送帶通過步進(jìn)電動機(jī)控制前進(jìn)所需的長度后停止。 （4）停止后，啟動壓緊裝置將板材固定。 （5）固定后，調(diào)用切割程序，切割結(jié)束后，切割槍自動復(fù)位。 （6）復(fù)位后，壓緊裝置松開 。 （7）延時一秒后， 如果沒用按下停止按鈕，跳至步驟（ 5）循環(huán)執(zhí)行。 （8）如果停止按鈕被按下，系統(tǒng)停止。 自動控制模式 工作流程圖如圖 4-2 所示。 在以上流程圖中，調(diào)用了切割子程序，切割子程序的工作過程包括。 （1）大車到位后，切割槍左移， 左移到位后，切割槍下降。 （2）下降到位后，先打開乙炔閥門，啟動定時器。 （3）定時 5s，時間到后，打開切割氧和高壓氧的閥門，啟動定時器。 （4）定時

28、1s，時間到后，切割槍在電動機(jī) 帶動下，向右移動，開 切割。 （5）到右限位后，切割過程結(jié)束，切割槍自動復(fù)位。 切割過程流程圖如圖 4-3 所示。 以金屬板材為例，詳細(xì)介紹切割過程，如果操作對象是石板的話，它們 的工作基本一致，只是細(xì)節(jié)上有差異，主要有以下幾個方面的差異。 （1）切割工具上的不同。 石板切割一般采用刀具進(jìn)行切割。 （2）對石板來說，大多數(shù)較厚，一次切割無法完成，需要多次切割。 （3）由于石板需要多次切割，因此刀具的每次切削量不能太大，需要控制， 所以采用步進(jìn)電動機(jī)對每次的切削量進(jìn)行控制。 自動控制 大車運(yùn)行 切割下降 切割程序 切割氧高 壓氧門開 切割復(fù)位 定時 1s 切割左移

29、 乙炔門開 切割程序 定時 5s 切割右移 結(jié)束 大車到 位？ 是否到 位？ n y 停止？ 壓緊裝 置松開 y y y n n n 左移到 位？ 下降到 位？ 定時到 位？ 定時到 位？ 右移到 位？ n n ny y y y y n n 壓緊裝 置啟動 傳送帶移 一段距離 切割完 畢？ 圖 4-2 自動控制模式工作流程圖 圖 4-3 切割過程流程圖 4.2 各模塊語句表設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)程序過程中，會使用到許多寄存器、繼電器、定時器等軟元件， 為了便于編程修改，在程序編寫前應(yīng)先列出可能用到的軟元件，如表4-1 所示。 表 4-1 元件設(shè)置表 元件意義內(nèi)容備注 m0.0 急停標(biāo)志on 有效 m0.

30、1 手動標(biāo)志on 有效 m0.2 自動標(biāo)志on 有效 m0.3 自動啟動標(biāo)志on 有效 m0.4 大車運(yùn)行標(biāo)志on 有效 m0.5 工件壓緊標(biāo)志on 有效 m0.6 切割程序標(biāo)志on 有效 m0.7 傳送帶移動設(shè)定的距離on 有效 m1.0 傳送帶步進(jìn)后到位標(biāo)志on 有效 m1.1 切割槍左移標(biāo)志on 有效 m1.2 切割槍下降標(biāo)志on 有效 m1.3 乙炔閥門打開標(biāo)志on 有效 m1.4 切割氧和高壓氧閥門打開標(biāo)志on 有效 m1.5 切割槍右移標(biāo)志on 有效 m1.6 切割槍上升標(biāo)志on 有效 m1.7 切割槍復(fù)位標(biāo)志on 有效 m2.0 大車后退標(biāo)志on 有效 m2.1 工件松開標(biāo)志on

31、 有效 t37 乙炔閥門打開后延時 505s t38 切割氧和高壓氧閥門打開后延時 101s t40 工件壓緊時間 101s t41 工件松開時間 101s vd0 板材長度 10010cm 以下程序以金屬板材切割控制為主，由于在自動狀態(tài)時，設(shè)備的執(zhí)行按 先后順序執(zhí)行，因此采用順序控制指令編寫軟件。 4.2.1 手動程序 在系統(tǒng)上電后，將旋鈕置于手動狀態(tài)，可通過面板上的按鈕控制每個設(shè) 備的運(yùn)行。手動控制系統(tǒng)主要是便于在生產(chǎn)線初裝時進(jìn)行調(diào)試，檢測各個設(shè) 備是否正常運(yùn)行，手動控制語句表程序如下： ld i0.0 = m0.0 ；急停標(biāo)志位 ldn i0.2 ；i0.2 為常開時，是手動狀態(tài) an

32、m0.0 = m0.1 ；手動標(biāo)志位 ld m0.1 lps a i0.4 ；手動狀態(tài)下，切割槍上升 = m1.6 lrd a i0.5 ；手動狀態(tài)下，切割槍下降 = m1.2 lrd a i0.6 ；手動狀態(tài)下，切割槍左移 = m1.1 lrd a i0.7 ；手動狀態(tài)下，切割槍右移 = m1.5 lrd a i1.0 ；手動狀態(tài)下，打開切割槍乙炔閥門 = m1.3 lrd a i1.1 ；手動狀態(tài)下，打開切割槍切割氧和高壓氧閥門 = m1.4 lrd a i1.2 ；手動狀態(tài)下，大車前進(jìn) = m0.4 lrd a i1.3 ；手動狀態(tài)下，大車后退 = m2.0 lrd ld i1.4 ；手

33、動狀態(tài)下，壓緊工件 o m0.5 ald an m2.1 = m0.5 lpp a i1.5 ；手動狀態(tài)下，松開工件 = m2.1 4.2.2 自動程序 在生產(chǎn)中，切割系統(tǒng)大多處于自動運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)通過 plc 檢測各種狀態(tài)， 控制設(shè)備的運(yùn)行，按照設(shè)定的參數(shù)順序啟動，自動控制語句表程序如下： ld sm0.1 movd 100, vd0 ；初始化賦值，將所需切割的板材長度存入 ；plc 寄存器 = m1.7 ；復(fù)位切割槍位置 ld m0.2 a i0.3 ；自動狀態(tài)下啟動切割過程 scrt s0.0 ；啟動狀態(tài) s0.0 lscr s0.0 ；狀態(tài) s0.0 開始 ld sm0.0 call

34、sbr_2:sbr2 ；調(diào)用子程序 2（大車運(yùn)行） ld i2.2 scrt s0.1 ；大車到位啟動狀態(tài) s0.1 scre lscr s0.1 ；狀態(tài) s0.1 開始 ld sm0.0 call sbr_0:sbr0 ；調(diào)用子程序 0 控制傳送帶步進(jìn)一定距離 ld m1.0 scrt s0.2 ；到位后，啟動狀態(tài) s0.2 scre lscr s0.2 ；狀態(tài) s0.2 開始 ld sm0.0 = m0.5 ；壓緊工件 ton t40, 10 ；啟動定時 ld t40 scrt s0.3 ；定時 1s 后，啟動狀態(tài) s0.3 scre lscr s0.3 ；狀態(tài) s0.3 開始 ld sm

35、0.0 call sbr_3:sbr3 ；調(diào)用子程序 3，完成切割過程 ld i1.6 scrt s0.4 ；切割完成后，切割槍自動復(fù)位，啟動狀態(tài) s0.4 scre lscr s0.4 ；狀態(tài) s0.4 開始 ld sm0.0 = m2.1 ；切割過程結(jié)束，松開工件 ton t41, 10 ld t41 a i1.6 scrt s0.1 ；工件松開后，啟動狀態(tài) s0.1 ld i0.0 scrt s0.0 ；急停后轉(zhuǎn)到狀態(tài) s0.0 等待 scre 4.2.3 子程序調(diào)用 在自動控制程序中，調(diào)用了幾個子程序，在不同的子程序中，實(shí)現(xiàn)不同的 功能要求。子程序 07初始化步進(jìn)電動機(jī)的脈沖輸出,寫脈

36、沖輸出的控制字，并 完成脈沖的輸出；子程序 1pto 脈沖網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，步進(jìn)電動機(jī)在啟動時需要從低頻 率開始，然后逐漸增加頻率，才能到達(dá)高速運(yùn)行的狀態(tài)，在停止時，也需要先 降低脈沖頻率才可以正常停止，所以需要脈沖串多段輸出；子程序 2 也是控制 步進(jìn)電動機(jī)的脈沖輸出，主要對步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行慢速驅(qū)動；子程序 38實(shí)現(xiàn)切割 過程。 子程序 0 語句表程序如下： ld sm0.0 movb 16#a8, smb67 ；寫控制字，q0.0 為脈沖輸出端口，允 ；許脈沖輸出，多段 pto 脈沖串輸出時 ；間為 ms，不允許更新周期值和脈沖數(shù) movw 100, smw168 ；網(wǎng)絡(luò)表首地址 100 call

37、sbr_1:sbr1 ；調(diào)用子程序 1，網(wǎng)絡(luò)表設(shè)置 atch int_0:int0, 10 ；中斷連接，脈沖輸出完畢，產(chǎn)生中斷 eni ；開中斷 pls 0 ；q0.0 輸出脈沖 中斷 0 語句表程序如下： ld sm0.0 = m1.0 ；脈沖發(fā)完后產(chǎn)生中斷，輸出 m1.0 表示 ；傳送帶到位 子程序 1 語句表程序如下： ld sm0.0 movb 3, vb100 ；脈沖段數(shù)為 3 movw 300, vw101 ；第一段脈沖周期為 300ms movw -1, vw103 ；第一段周期增量為 -1 movd 200, vd105 ；第一段脈沖個數(shù)為 200 個 movw 100, vw

38、109 ；第二段脈沖周期為 100ms movw 0, vw111 ；第二段周期增量為 0 movd 1000, vd113 ；第二段脈沖個數(shù)為 1000 個 movw 300, vw117 ；第三段脈沖周期為 300ms movw +5, vw119 ；第三段周期增量為 +5 movd 100,vd121 ；第三段脈沖個數(shù)為 100 個 子程序 2 語句表程序如下： ld sm0.0 movb 16#a8, smb67 movw 1000, vw200 ；脈沖周期 1000ms movw 0, vw202 ；周期增量 為 0 movd 10000, vd204 ；脈沖個數(shù)為 10000 pl

39、s 0 子程序 3 語句表程序如下： lscr s1.0 ld sm0.0 = m1.1 ；切割槍左移 ld i2.0 ；切割槍左移到位 scrt s1.1 scre lscr s1.1 ld sm0.0 = m1.2 ；切割槍下降 ld i1.7 ；切割槍下降到位 scrt s1.2 scre lscr s1.2 ld sm0.0 = m1.3 ；乙炔閥門打開 ton t37, 20 ；定時 5s ld t37 o m1.4 = m1.4 ；乙炔閥門打開 5s 后，切割氧 ；和高壓氧閥門打開 ton t38, 10 ；定時 1s ld t38 o m1.5 = m1.5 ；定時 1s 后，切

40、割槍右移 ld i2.1 ；切割槍右移到位 scrt s1.3 scre lscr s1.3 ld sm0.0 = m1.6 ；切割槍上升 ld i1.6 ；切割槍上升到位 stop ；停止 scre 語句程序?qū)?yīng)的梯形圖程序 9見附錄。 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題及解決方法 在板材切割系統(tǒng)中， 遇到的主要問題集中在設(shè)備選擇、安放位置、調(diào)試 和生產(chǎn)過程的控制等情況中。 5.1 硬件方面的問題 在該系統(tǒng)中，各種設(shè)備的選擇、擺放位置，以及接近開關(guān)的位置選擇、 plc 外圍電路和接線處的設(shè)計(jì)，是該控制系統(tǒng)的主要硬件問題。 在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，在控制過程中需要采用氣缸，因此對于壓縮空氣有 一定的要求，要求具有一定壓力和一定的潔凈程度。由于板材切割系統(tǒng)所 處環(huán)境溫度較高，且空氣濕度 大，空氣壓縮機(jī)對濕空氣壓縮后，水蒸氣含量 增大造成銹蝕，嚴(yán)重影響了氣缸、電磁閥等相關(guān)結(jié)構(gòu)的使用，減少了其壽命， 導(dǎo)致氣動元件頻繁更換，降低了生產(chǎn)效率。通過增加一些輔助設(shè)備對雜質(zhì)和 水分進(jìn)行過濾，這樣就能增加氣動元件的壽命。 在 plc 的外圍硬件連接方