大專自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)S7_200PLC薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)方案

1、1 課題的背景和意義自動(dòng)剪切機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸， 將大型板塊進(jìn)行自動(dòng)剪切的設(shè)備。 傳統(tǒng) 自動(dòng)剪切機(jī)采用繼電器作為控制器件，其控制系統(tǒng)較復(fù)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(jià)比高等特點(diǎn)越來越受到企業(yè)或者團(tuán)體設(shè)計(jì)者們的歡迎， 在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣 泛。用PLC替代繼電器設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，抗干擾能力強(qiáng)， 編程方便，控制精度高的明顯優(yōu)勢(shì)?；谝陨?PLC特點(diǎn)，本課題主要研究如何應(yīng)用 S7-200PLC設(shè)計(jì)一個(gè)薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何提高控制的精度。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1

2、系統(tǒng)控制要求本設(shè)計(jì)的薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)要達(dá)到以下控制要求： （1）控制系統(tǒng)分手動(dòng)檔自動(dòng)檔。手動(dòng)檔時(shí)，用點(diǎn)動(dòng)的方式，人工完成鋼板穿帶， 零位校準(zhǔn)。自動(dòng)檔時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成薄鋼板剪切工作。（ 2）通過撥碼盤設(shè)置薄鋼板剪切尺寸參數(shù)，可根據(jù)不同需求改變其參數(shù)。 （3）有配套的故障分析判斷和電氣保護(hù)裝置，若運(yùn)行不正常，系統(tǒng)自動(dòng)停車并發(fā) 出警告信號(hào)。（4）鋼板剪切的精度要在一定圍之，剪切尺寸 2m誤差不超過1mm2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理本設(shè)計(jì)薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)設(shè)備組成如圖 2.1 所示1- 開卷機(jī)； 2- 矯正機(jī)； 3- 光電開關(guān)； 4、 5- 限位光電開關(guān)； 6 光電編碼器；7-測(cè)量輥； 8-動(dòng)

3、力輥； 9-電機(jī)； 10-沖頭； 11-傳送帶；12-行程開關(guān)； 13-光電開關(guān)； 14-小車； 15-套坑圖2.1 鋼板剪切結(jié)構(gòu)組成圖在圖2.1中，PLC完成開卷機(jī)和矯正機(jī)同步傳送，鋼板位置檢測(cè)采樣，沖頭控制，傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)控制，小車位置檢測(cè)，小車裝載鋼板量檢測(cè)等工作。 系統(tǒng)的基本工作原理是 這樣的：一開始是手動(dòng)控制，人工將鋼帶依次穿過矯正機(jī)、活套、測(cè)量輥和夾送輥一直 到?jīng)_頭，鋼帶運(yùn)動(dòng)是通過點(diǎn)動(dòng)矯正機(jī)和夾送輥（由動(dòng)力輥和測(cè)量輥組成）進(jìn)行的。用撥 碼盤設(shè)定剪切尺寸參數(shù)，鋼帶頭對(duì)好沖頭，光電編碼器處于零位，然后啟動(dòng)自動(dòng)控制按 鍵，如果檢測(cè)到裝料小車到位，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)，將鋼板剪切，傳送到裝料小

4、車 上。鋼板經(jīng)歷加速，勻速，降速和爬行四個(gè)階段后停車。如果鋼板尺寸和設(shè)定一致，則 啟動(dòng)沖壓系統(tǒng)進(jìn)行剪切， 如果超出或者不夠， 則電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)補(bǔ)充直到與設(shè)定值一致 再剪切，接著剪切下一塊鋼板，不斷循環(huán)。套坑起著緩沖的作用，標(biāo)號(hào) 3光電開關(guān)檢測(cè) 套坑前是否有鋼帶，若沒有系統(tǒng)停車；標(biāo)號(hào) 4和5為一對(duì)限位光電檢測(cè)開關(guān)，檢測(cè)套坑鋼 板量是否合適，若過少加快矯正機(jī)速度一段時(shí)間，或過多減慢矯正機(jī)速度一段時(shí)間； 標(biāo) 號(hào)12為行程開關(guān)，若檢測(cè)到小車沒有到位，系統(tǒng)停車；標(biāo)號(hào) 13為光電開關(guān)，若檢測(cè)到小 車鋼板已經(jīng)滿載， 系統(tǒng)自動(dòng)停車并發(fā)出指示信息， 等待小車把鋼板運(yùn)到下一道工序回來， 系統(tǒng)繼續(xù)開車。本設(shè)計(jì)的薄鋼

5、板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單分為控制部分， 輸入模塊和輸出模塊， 其結(jié) 構(gòu)組成和工作原理可以用圖 2.2 所示的框圖表示。圖 2.2 系統(tǒng)方框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 光電編碼器3.1.1 光電編碼器原理 光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字 量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器， 光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)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(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同 軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝 置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)； 通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速。

6、脈沖序列能正確地反映轉(zhuǎn)速的高低， 但不能鑒別轉(zhuǎn)向。 為了獲得轉(zhuǎn)速的方向， 可增加一對(duì)發(fā)光與接收裝置使兩對(duì)發(fā)光與接收裝置錯(cuò)開光柵節(jié)距的 1/4 ，兩組脈沖序列A和B的相位相差90度，如圖3.1所示2。正轉(zhuǎn)時(shí)A相超前B相；反轉(zhuǎn)時(shí)B相超前A相（a）正轉(zhuǎn)（b）反轉(zhuǎn)圖 3.1 區(qū)分旋轉(zhuǎn)方向的 A、B 兩組脈沖序列3.1.2 光電編碼器的選擇和安裝選擇合適的光電編碼器， 對(duì)提高系統(tǒng)整體性能到頭重要。 本設(shè)計(jì)選擇歐姆龍的編碼 器產(chǎn)品，型號(hào)E6B2-CWZ6C000P/R （中空型，電源電壓 DC524V消費(fèi)電力80mA以下， 輸出形式NPN開路輸出，最高響應(yīng)頻率100KHZ相位差A(yù)相、B相差90度），A相、

7、B 相信號(hào)經(jīng)過脈沖處理電路后，編碼器每旋轉(zhuǎn)一周可得到4000個(gè)脈沖。中空型光電編碼器的機(jī)械安裝主要注意以下問題： 要避免與編碼器剛性連接，應(yīng)采用板彈簧； 安裝時(shí)編碼器應(yīng)輕輕推入被套軸， 嚴(yán)禁 用錘敲擊，以免損壞軸系和碼盤；長(zhǎng)期使用時(shí)，請(qǐng)檢查板彈簧相對(duì)編碼器是否松動(dòng)；固 定編碼器的螺釘是否松動(dòng)。編碼器在電氣連接方面注意以下事項(xiàng)：接地線應(yīng)盡量粗，一般應(yīng)大于 © 3;編碼器的輸出線彼此不要搭接，以免損壞輸出 電路；編碼器的信號(hào)線不要接到直流電源上或交流電流上，以免損壞輸出電路； 與編碼 器相連的電機(jī)等設(shè)備，應(yīng)接地良好，不要有靜電;配線時(shí)應(yīng)采用屏蔽電纜;避免在強(qiáng)電 磁波環(huán)境中使用。前面曾經(jīng)考

8、試過，為了方便，不用外置電源，用PLC部電源給各種傳感器和光電開 關(guān)提供電源。后來考慮到PLC的電源的穩(wěn)定性，光電編碼器的電源接外接直流電源5V,其它光電開關(guān)和傳感器也一樣單獨(dú)接電源。3.2 撥碼盤的應(yīng)用3.2.1 撥碼盤原理在工業(yè)控制中，輸人設(shè)備必不可少。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，人機(jī)交互的輸人方式廣 泛采用觸摸屏、撥碼盤、光電及電磁開關(guān)等 . 。由于撥碼盤具有接口簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)鎖存、 操作方便直觀、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，因此在需要輸人少量控制參數(shù)和數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中， 經(jīng)常 采用撥碼盤作為輸人部件5。本設(shè)計(jì)采用BCD碼撥碼盤作為數(shù)據(jù)輸入部件。BCD撥碼盤是十進(jìn)制輸入，BCD碼(即210十進(jìn)制)輸出，又稱為84

9、21撥碼盤。 如圖3.3所示，每片BCD撥碼開關(guān)可輸入1位10進(jìn)制數(shù)，N片BCD撥碼開關(guān)拼接可 得N位10進(jìn)制輸入。每片BCD撥碼盤后面有5個(gè)接點(diǎn)，其中C為輸入控制線，另外 4根是BCD碼輸出信號(hào)線。撥碼盤撥到不同的位置時(shí)，輸入控制線C分別與4根BCD碼 輸出線中的某根或某幾根接通。其接通的BCD碼輸出線狀態(tài)正好與撥盤指示的10進(jìn)制 數(shù)相一致，符合 2 10 進(jìn)制編碼關(guān)系。(a) 撥碼盤外形(b)撥碼盤接線端子圖3.3 4位BCD撥碼開關(guān)示意圖撥碼盤與PLC的連接一片只有一位十進(jìn)制數(shù)輸出的 BCD撥碼盤與PLC連接非常簡(jiǎn)單，只要將4根BCD碼 輸出信號(hào)線分別與PLC的4個(gè)輸入端相連，控制線C直

10、接接高電平就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入。 如圖 3.4 所示。圖3.4 一片撥碼盤與PLC連接本設(shè)計(jì)為了滿足脈沖數(shù)設(shè)定需要使用了3片2位十進(jìn)制數(shù)輸出的BCD撥碼盤，其PLC連接如圖3.5所示，最大設(shè)定數(shù)為99999。圖3.5 多片撥碼盤與PLC連接在圖 3.5 中， 3 片撥碼盤分為 A、 B 、 C 三組，各組撥碼盤的每個(gè)開關(guān)輸出點(diǎn)都串入二級(jí)管， 利用二極管單向?qū)щ姷奶匦詠斫油?、斷開撥碼開關(guān)選通組和非選通組的輸出信號(hào)。當(dāng)需要讀取A組撥碼盤所設(shè)定的數(shù)據(jù)時(shí),PLC的輸出端Q1.2輸出高電平，Q1.3和Q1.4輸出低電平，貝U A組撥碼開關(guān)所串聯(lián)的8 個(gè)二極管處于正向接法，而撥碼盤串聯(lián)的 16 個(gè)二極管處于反

11、向接法。雖然A、B、C三組撥碼盤輸出是并聯(lián)的，但從PLC的輸入所讀到的數(shù)是A組撥碼盤所設(shè)定的數(shù)。依此類推，如果需要讀取B或C組 撥碼盤所設(shè)定的數(shù)時(shí)，只要令本身的控制端為高電平，其它兩組的為低電平即可。 通過 編程，PLC依次讀入A B C三組撥碼盤設(shè)定的數(shù)3.3 檢測(cè)開關(guān)的安裝3.3.1 光電開關(guān)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，往往應(yīng)用到許多傳感器， 檢測(cè)生產(chǎn)過程的各個(gè)物理量，為控制 器做出合理的判斷提供依據(jù)。光電開關(guān)是一種常用的傳感器，光電開關(guān)（光電傳感器） 是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱， 它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射， 由同步回路選通電路， 從而檢測(cè)物體有無的。 光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射

12、出， 接收器再根 據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。 在本設(shè)計(jì)中，用到了 4 對(duì)對(duì)射式光 電開關(guān)檢測(cè)薄鋼板在不同位置的信息，安裝方式如圖 3.6 所示。圖 3.6 光電開關(guān)示意圖假如選用DC 5V的光電開關(guān)，為了 PLC的運(yùn)行穩(wěn)定，電源不由PLC直流電流供電， 而是直接由外接電源供電。光電開關(guān)的 Ov按扭和PLC的輸入公共端COM連接，光電開 關(guān)的輸出端與PLC的輸入端口連接。當(dāng)光電開關(guān)輸出高電平時(shí)表明光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射 的光源被遮擋， 光電開關(guān)接收器無法接收到光源， 即光電開關(guān)發(fā)射器和接收器間存在物 體。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，正常情況下， 3 號(hào)光電開關(guān)一直檢測(cè)到傳送帶上一直有鋼板；若是

13、 檢測(cè)到鋼帶上沒有了鋼板，PLC控制系統(tǒng)即判定為開卷機(jī)已經(jīng)沒有鋼帶， 發(fā)出停車指令。 相關(guān)電路圖如圖 3.7 所示。光電開關(guān)在本設(shè)計(jì)的薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)中有著重要的作用， 光電開關(guān)實(shí)時(shí)檢 測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)鋼板在各個(gè)位置的存在狀況，為PLC提供系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)，保證系統(tǒng)的安全。圖3.7 光電開關(guān)與PLC連接3.3.2 行程開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。 在實(shí)際生產(chǎn)中， 將 行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)， 行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此， 行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位 置而切換電路的電器，

14、它的作用原理與按鈕類似。 行程開關(guān)廣泛用于各類機(jī)床和起重機(jī) 械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控 制開關(guān)轎門的速度、自動(dòng)開關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。本設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中有三個(gè)行程開關(guān)， 分別是檢測(cè)剪切鋼板的沖頭上下位置各 一個(gè)，檢測(cè)載物小車是否到位一個(gè)，其安裝示意如圖 3.8 所示。沖頭上下位置開關(guān)給 PLC目前沖頭位置信息，說明沖頭是在原位還是已經(jīng)下沖，或者下沖是否到位。若沖頭 下沖到位，SQ2給PLC信息，說明鋼板已經(jīng)剪切成功，接著進(jìn)行復(fù)位，SQ1給復(fù)位位置信號(hào)，復(fù)位不成功，系統(tǒng)不會(huì)開車。小車的位置檢測(cè)行程開關(guān)SQ3既給PLC小車位置信息，

15、又給下一道工序控制系統(tǒng)小車位置信息。(a) 檢測(cè)沖頭位置行程開關(guān)(b)檢測(cè)小車位置行程開關(guān)圖 3.8 行程開關(guān)安裝示意圖3.4 變頻器變頻器的一般架構(gòu)在本設(shè)計(jì)中， 需要對(duì)矯正機(jī)和夾送機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和幅度進(jìn)行有效控制， 為矯正機(jī) 和夾送機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的裝置可以選擇交流伺服系統(tǒng)， 比如用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力裝置， 其控制精度比較高，使用也較方便，但是交流伺服系統(tǒng)的造價(jià)一般比較高。在PLC和變頻器技術(shù)日趨成就的今天，選擇PLC和變頻器搭配，有效地控制三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速和幅度， 從而控制系統(tǒng)傳送機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，運(yùn)行，降速和準(zhǔn)確停車，達(dá)到的控制效果與交流伺服系統(tǒng) 相近，是一種比較高性價(jià)比的方案。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的變頻器

16、各類繁多，但基本的架構(gòu)一樣，也為其使用提供了依據(jù)。 變頻器的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.11 所示。圖 3.11 變頻器的一般結(jié)構(gòu)框圖其中，直流供電電源輸入一般為 24V直流電源；數(shù)字量輸入和模擬量輸入一般是 PLC輸出端口和PLC擴(kuò)展模擬量輸出端口來控制；三相電輸入為 50HZ三相交流電；制 動(dòng)電阻用來制動(dòng)時(shí)機(jī)； 三相變頻輸出是指經(jīng)過變頻后， 用于給被控制的時(shí)機(jī)提供的三相 電，其頻率是根據(jù)速度信息得到的頻率。3.4.2 變頻器的選擇本設(shè)計(jì)采用西門子的 MICROMASTER 42變0 頻器。MICROMASTE42R0 變頻器適合用于各種變速驅(qū)動(dòng)裝置，尤其適合用于水泵，風(fēng)機(jī)和 傳送帶系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置

17、。它的特點(diǎn)是設(shè)備性能面向用戶的需求，并且使用方便。 它的電 源電壓規(guī)格很多， 因而可在世界圍應(yīng)用。MICROMASTE42R0 變頻器調(diào)試簡(jiǎn)單；模塊化的結(jié)構(gòu)， 因而組態(tài)具有最大的靈活性； 具有三個(gè)完全可編程的隔離的數(shù)字輸入；一個(gè)可標(biāo)定的模擬輸入 （0V 至 10V） ；它也可以作為第 4 個(gè)數(shù)字輸入來使用。；一個(gè)可編程的模擬輸出 （0mA 至 20mA； 個(gè)完全可編程的繼電器輸出（30V，直流/5A，電阻負(fù)載或250V，交流/2A， 感性負(fù)載）；采用較高的開關(guān)頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲很小 （ 在脈沖的開關(guān)頻率較高 的情況下，額定輸出電流要降格使用 ）；完善的變頻器和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能。本設(shè)計(jì)主要用

18、PLC的3個(gè)輸出端口通過 MICROMASTER 42變頻器3個(gè)可自由編程的數(shù)字輸入實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。Q1.2、Q1.3、Q1.4、Q1.5、Q1.6、Q1.7的通斷情況選擇變頻器的輸出，其對(duì)應(yīng)情況如表3-1所列表3-1變頻器控制輸入與三相輸出對(duì)應(yīng)表矯正變頻器送送變頻器控制端接通三相輸出控制端接通三相輸出Q1.2、Q1.3、Q1.450HZ向前Q1.5、Q1.6、Q1.750H Z向前Q1.2、Q1.340HZ向前Q1.5、Q1.640H Z向前Q1.3、Q1.440HZ向后Q1.6、Q1.740H Z向后Q1.420HZ向前Q1.720H Z向前Q1.2、Q1.420HZ向后Q1.5、Q1

19、.720H Z向后Q1.210H Z向前Q1.510H Z向前Q1.310H Z向后Q1.610H Z向后3.5主電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的PLC薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)主要有兩塊，一是電機(jī)與變頻器電氣連接，二是沖頭執(zhí)行機(jī)構(gòu)、指示燈電氣連接，分別如圖3.9和3.10所示。圖3.9 主電路(a)在圖3.9主電路(a)中，電源為三相市電輸入，為了保護(hù)變頻器和電機(jī)安全，串連 兩個(gè)低電斷路器QF1和QF2，串接了熔斷器，三相異步電機(jī) M1和M2接地。其中，M1 電機(jī)負(fù)責(zé)矯正機(jī)的傳動(dòng)，M2電機(jī)負(fù)責(zé)夾送機(jī)構(gòu)和輸送皮帶的傳動(dòng)。變頻器電源的通斷 控制由PLC控制兩個(gè)接觸器開關(guān)KM1和KM2的通斷來實(shí)現(xiàn)。一般情況

20、下，把 QF1和QF2 合上，在系統(tǒng)上電時(shí)，KM1和 KM2默認(rèn)為斷開。圖 3.10 主電路 (b)另外，在圖3.10主電路(b)中，單相市電接入串接熔斷器 FU起保護(hù)作用。該電路 主要完成兩個(gè)功能，一個(gè)是系統(tǒng)啟動(dòng)后， KM1和KM2閉合，L1和L2指示變頻器已經(jīng)正 常上電；二是接觸器開關(guān) KM3和 KM4分別控制沖頭執(zhí)行機(jī)構(gòu)下沖或復(fù)位。3.6PLC控制系統(tǒng)選型西門子公司的S7-200 PLC是一種疊裝式結(jié)構(gòu)的小型 PLC它指令豐富，功能強(qiáng)大， 可靠性高，結(jié)構(gòu)緊湊，便于擴(kuò)展，性能價(jià)格比高。從CPU模塊的功能來講，S7-200系列PLC具有以下五種不同結(jié)構(gòu)配置的 CPU單元 8。(1) CPU

21、221 有 6 輸入/4 輸出，無擴(kuò)展，存儲(chǔ)容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)能力， 適合于點(diǎn)數(shù)少的控制系統(tǒng)。(2) CPU 222 有 8輸出/10 輸出，可以進(jìn)行模擬量的控制和 2個(gè)模塊的擴(kuò)展，應(yīng)用 更廣泛的全功能控制器。(3) CPU224有14輸入/10輸出，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，有7個(gè)擴(kuò)展模塊，置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是S7-200系列中使用最多的產(chǎn)品。(4) CPU224XP最新推出的一款實(shí)用機(jī)型，最大的不同是主機(jī)上增加了2輸入/1輸出的模擬量單元和一個(gè)通信口，適合有少量模擬信號(hào)的系統(tǒng)中使用。(5) CPU226有24輸入/16輸出，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)，

22、用于 點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。根據(jù)以上S7-200系列PLC不同CPU資源的了解，考慮到本設(shè)計(jì)的薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)所要求的點(diǎn)數(shù)較多，故選擇 CPU 226 DC/DC/DQ6ES7 216-1AD21-0XB0。設(shè)計(jì)涉及的CPU 226相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表3-2所列。表3-2 CUP 226相關(guān)技術(shù)參數(shù)輸入/輸出24/16時(shí)間中斷2個(gè)定時(shí)器總數(shù)256個(gè)高速計(jì)數(shù)器總數(shù)6個(gè)邊沿中斷4上升/4下降1ms4個(gè)單相計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)6個(gè)，30KHZ脈沖捕捉14個(gè)10ms16個(gè)兩相計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)4個(gè)，20KHZ計(jì)數(shù)器總數(shù)256個(gè)100ms236個(gè)由表3-2可以看出，S7-200 CPU 226的資源是

23、相當(dāng)豐富的，基本滿足了本設(shè)計(jì)的 薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)的端口要求和編程時(shí)所需要的功能要求。端口分配控制系統(tǒng)PLC的I/O點(diǎn)及地址分配如表3-3所列表3-3 I/O口信號(hào)代碼和地址編號(hào)表名稱代碼地址編號(hào)名稱代碼地址編號(hào)啟動(dòng)按扭SB1I0.2正常燈指示L3Q1.0停止按扭SB2I0.3異常燈指示L4Q1.1手動(dòng)/自動(dòng)方式選擇SAI0.4主電路電源通斷KM1Q0.0矯正機(jī)前進(jìn)SB3I0.5主電路電源通斷KM2Q0.1矯正機(jī)后退SB4I0.6沖頭下沖控制KM3Q0.2夾送輥前進(jìn)SB5I0.7沖頭復(fù)位KM4Q0.3夾送輥后退SB6I1.0撥碼盤控制Q1.2Q1.4光電脈沖信號(hào)PSP1I0.0矯正變頻器設(shè)

24、疋Q1.21.4光電脈沖方向DSP2I0.1夾送變頻器設(shè)Q1.51.7疋光電開關(guān)3信號(hào)SQ111.1光電開關(guān)4信號(hào)SQ211.2光電開關(guān)5信號(hào)SQ3I1.3光電開關(guān)13信號(hào)SQ4I1.4沖頭上限行程開關(guān)SQ511.5沖頭下限行程開關(guān)SQ6I1.6小車位置行程開關(guān)SQ711.7撥碼盤輸入12.02.7本設(shè)計(jì)所選型號(hào)CPU 226 DC/DC/DC其電源接入和信號(hào)輸出有直流電源也有交流 電源，而且各種電源的等級(jí)不盡相同，在接線時(shí)選擇各種電源是獨(dú)立分開的，互不干擾。系統(tǒng)所采用開按扭有兩種，一種是能夠鎖存狀態(tài)的按扭，即手動(dòng)/自動(dòng)方式選擇按扭；另外一種是點(diǎn)動(dòng)按扭，主要是在手動(dòng)方式下對(duì)電機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制。特

25、別值得注意的是，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，由于要對(duì)光電編碼器的脈沖進(jìn)行高速計(jì)數(shù)， 使用了 CPU226勺某一個(gè)高速計(jì)數(shù)器。光電編碼器的脈沖信號(hào)經(jīng)光電脈沖電路處理后得 到兩個(gè)信號(hào)，光電脈沖P和方向信號(hào)D,這兩個(gè)信號(hào)接入PLC的端口不是隨便的，而是 根據(jù)規(guī)定，P信號(hào)接10.0 （時(shí)鐘），D信號(hào)接10.1 （方向），否則高速計(jì)數(shù)器將得不到 正確的信號(hào)。3.7變頻分段調(diào)速與交流伺服系統(tǒng)不同，變頻器和三相異步電機(jī)不可能在高速運(yùn)行狀態(tài)下迅速停車， 必須有一個(gè)降速和低速爬行的過程，才能保證定位點(diǎn)的準(zhǔn)確，可以選擇多檔調(diào)速，控制精度更高，其運(yùn)行曲線見圖3.12。圖 3.12 變頻器定位運(yùn)行降速控制規(guī)律另外，鋼板剪切的長(zhǎng)度

26、與毛巾平網(wǎng)印花機(jī)的花色間距不同， 它不是定值，而是從幾 十毫米到數(shù)千毫米不等， 因此不可能采用同樣的運(yùn)行速度和同樣的降速爬行距離。 否則， 變頻器的定位停車會(huì)處于一種無序狀態(tài)，剪切精度和生產(chǎn)效率也不能得到平衡和兼9。從圖 3.12 可以看出，不同的剪切鋼板尺寸，選擇加速上升時(shí)間和勻速運(yùn)行時(shí)間以 及降速運(yùn)行時(shí)間不能夠完全一樣，假定所有的情況下到達(dá)定位目標(biāo)前的爬行速度一樣， 就要根經(jīng)驗(yàn)保證爬行的距離基本一樣，能很好保證鋼板準(zhǔn)確停車。本設(shè)計(jì)以剪切2m的薄鋼板為例說明各段參數(shù)設(shè)定。已知所選的電動(dòng)機(jī)為 4級(jí)，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min ，減速箱的減速比為 20/1 ，測(cè)量輥周 長(zhǎng)400mm額定輥速7

27、5r/min ，變頻器固定頻率輸出有多檔，女口 50HZ 40HZ 30HZ 20HZ 10HZ剪切2m的鋼板，在加速到勻速段變頻器選擇輸出 40HZ在降速段選擇輸出20HZ 進(jìn)行降速，在爬行階段選擇10HZ輸出，直到檢測(cè)脈沖數(shù)和設(shè)定脈沖相等，變頻器停機(jī)， 鋼板準(zhǔn)確停車。3.8 制動(dòng)過程當(dāng)系統(tǒng)開始減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài) 。傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能 變成電能并經(jīng)變頻器中的逆變器回饋到直流側(cè)。 此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)， 中間回路 的濾波電容器的電壓會(huì)因吸收這部分能量而提高，產(chǎn)生泵生電壓。當(dāng)電壓值超過上限700V時(shí)，制動(dòng)單元電路導(dǎo)通，電流流過與濾波電容器并聯(lián)的制動(dòng)電阻，從而將電能變 成

28、熱能消耗掉，泵生電壓隨之下降，待下降到設(shè)定下限 680V值時(shí)斷開。繼續(xù)采樣泵生 電壓，制動(dòng)單元將重復(fù)導(dǎo)通和截止，使系統(tǒng)完成動(dòng)力制動(dòng)。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主流程本設(shè)計(jì)薄鋼板剪切自動(dòng)控制系統(tǒng)主要分為兩大塊， 一個(gè)是系統(tǒng)在手工操作方式下運(yùn)行，一個(gè)是系統(tǒng)在自動(dòng)方式下運(yùn)行。主流程如圖 4.1 所示。圖 4.1 主流程圖在主流程圖中，先進(jìn)行PLC初始化，讀撥碼盤值，然后按啟動(dòng)按扭，主電路通電， 接著按選擇條件選擇手動(dòng)工作方式或者是自動(dòng)運(yùn)行工作方式。 若選擇手動(dòng)工作方式， 因 為其運(yùn)行的次數(shù)比較少， 所以每執(zhí)行一次手動(dòng)子程序都將直接返回到工作方式選擇。 自 動(dòng)運(yùn)行子程序相對(duì)比較復(fù)雜， 每次執(zhí)行完之后，

29、進(jìn)行一個(gè)判斷，如果工作方式?jīng)]有改變， 則直接返回自動(dòng)子程序，若工作方式已經(jīng)改變，返回到工作方式選擇。因此，在主流程 圖中，有兩個(gè)主體，一個(gè)是手動(dòng)控制流程，一個(gè)是自動(dòng)控制流程。這兩個(gè)主體的切換， 因?yàn)槭褂昧隧樞蚩刂评^電器指令而變得相對(duì)方便。在自動(dòng)控制子流程圖中， 進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)后， 在滿足小車到位和小車沒有滿載條 件下，才啟動(dòng)變頻器。因?yàn)槌C正機(jī)負(fù)載不穩(wěn)定，可能造成和夾送輥速度不同步，造成套 坑鋼帶量不合適。 4和 5光電開關(guān)檢測(cè)套坑里面的鋼帶量是否合適，如果過多或者過少 都會(huì)引進(jìn)系統(tǒng)的振蕩和故障，正常狀態(tài)下 4 光電開關(guān)為開， 5 號(hào)光電開關(guān)為開，若 5 號(hào) 光電開關(guān)為閉，說明套量過多，矯正變

30、頻器減速一小會(huì)再跟夾送變頻器同步速度，若 4 為開，說明套量過少，矯正變頻器加速一小會(huì)再跟夾送變頻器同步速度。到達(dá)變速點(diǎn)， 變頻器進(jìn)行降速爬行輸出， 最后判定高速計(jì)數(shù)器的值等于撥碼盤的設(shè)定值后， 發(fā)出沖壓 信號(hào)。由于其它原因造成停車后實(shí)際板長(zhǎng)與設(shè)定的板長(zhǎng)不符合，調(diào)用停車異常子程序， 經(jīng)過微小調(diào)整，再進(jìn)行判斷，實(shí)際值等于設(shè)定值后，發(fā)沖壓信號(hào)。4.2 手動(dòng)控制流程 手動(dòng)控制子流程比較簡(jiǎn)單，即四個(gè)按扭分別控制矯正機(jī)和夾送輥的前進(jìn)或者后退， 以便在系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行方式前，人工將鋼帶穿過矯正機(jī)和送輥一直到達(dá)沖頭的位置。 手動(dòng)控制流程如圖 4.2 所示。在圖4.2中，手動(dòng)方式下四個(gè)按扭SB3/SB4/SB

31、5/SB6均是點(diǎn)動(dòng)式按扭，分別對(duì)應(yīng)了 矯正機(jī)和夾送輥的前進(jìn)和后退。按下相應(yīng)的按扭，PLC根據(jù)指令的編程，控制輸出端Q1.2、Q1.3、Q1.4的通斷組合情況，控制矯正變頻器脈沖方向輸出和頻率輸出，實(shí)現(xiàn) 控制矯正機(jī)前進(jìn)和后退的目的；控制輸出端Q1.5、Q1.6、Q1.7的通斷組合情況，控制夾送變頻器脈沖方向輸出和頻率輸出， 實(shí)現(xiàn)控制夾送輥前進(jìn)和后退的目的。 值得注意的 是，電機(jī)前進(jìn)和后退控制按扭控制電機(jī)運(yùn)行的效果是矛盾的，為了避免出現(xiàn)混亂， 程序 編程采用了互鎖的手段。圖 4.2 手動(dòng)控制流程電氣控制電路中，各電器之間具有互相制約、互相配合的控制，稱為聯(lián)鎖控制。在 順序控制電路中，要求接觸器 K

32、M1得電后，接觸器KM2才能得電。在電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控 制電路中，要求接觸器KM1得電后，接觸器KM2不能得電吸合。貝嚅將前者的常閉觸點(diǎn) 串接在KM2線圈電路中。反之，也然。這種聯(lián)鎖關(guān)系稱為互鎖10。因此，手動(dòng)控制流程編程中采用的互鎖手段，增強(qiáng)了可靠性和安全性。4.3 編程軟件 STEP7-Micro/WIN 3211編程軟件是基本W(wǎng)indows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專門為 SIMATlC2 S7-200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)。該軟件功能強(qiáng)大，界面友好，并有方便的聯(lián)機(jī) 幫助功能。用戶可利用該軟件 PLC應(yīng)用程序，同時(shí)也可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 該軟件是SIMATIC S7-200用戶不可缺少

33、的開發(fā)工具。5 總結(jié) 經(jīng)過幾個(gè)月的準(zhǔn)備和學(xué)習(xí)和網(wǎng)上查閱資料搜索相關(guān)知識(shí)， 終于完成了這份課題通過 設(shè)計(jì)，了解了 PLC的起源、發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢(shì)，了解了薄鋼板剪切行業(yè)概況，熟悉了 PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中的開發(fā)和應(yīng)用。在大學(xué)所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，嘗試了基于PLC的薄鋼板自動(dòng)剪切控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 并因此將所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、 理論化、實(shí)用化。通過設(shè)計(jì)， 提高了使用自己知識(shí)和獲取相關(guān)資料的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)了踏實(shí)、勤奮、 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài) 度。我在做這次設(shè)計(jì)的過程中要感指導(dǎo)老師老師和老師，他們對(duì)我有很大的幫助。由于客觀條件的限制，沒能將指令程序通過編程器送入 PLC進(jìn)行模擬運(yùn)行，也未進(jìn) 行系統(tǒng)模擬調(diào)試和完善程序。

34、另外，硬件系統(tǒng)的安裝，以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和 試運(yùn)行都無法完成，若以后條件允許，以上的不足之處有待完善。參考文獻(xiàn)200920091 廖常初主編 S7-200PLC 基礎(chǔ)教程（第二版） 機(jī)械工業(yè)2 增國(guó)主編 傳感器與檢測(cè)技術(shù)航空航天大學(xué)大學(xué)3 勇主編 電機(jī)拖動(dòng)與控制機(jī)械工業(yè) 20094 呂汀主編 變頻技術(shù)與原理 機(jī)械工業(yè) 20095 吳麗主編 電氣控制與 PLC 應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè) 2009附錄PLC連線圖f1"11 |卜Z O-1O*F 7-刖j 常 iH-l僧 MejstE 工ILTIIIrllT-* HnMTr<1#,eTE*lf&Trtlflg1TI-rlN

35、fHJ_milwumrfBwiEnM=>sl$HL -2 =1 i HPu 6i i舉口1 t6n(Dj£n!二 in rp F一 4IH5CMgEn !h : TE-zrD m ®2 I1tiLLiLliaWIIM一 NT口|>|匚l£J-Q*lg-I=門©min _ 輕耳-ZQ 一 -KT E Fl Fl匚 FT Fl 口匚-ME 口口壬孟£:|4|1-5ZIHTJ口 _ 譏口Ed- n :z-iEr Jzmrl口耳 5 一星左尉 _=|附Ezen 旦弓頃-Ln ulhL cm- oSMOOQI 2Network 9h4

36、1;tVMO«l* 1 15MO OMOV B1 1VB4IMQMTACOVR«4MOVBEMZOIJTACOmLjl(7 KJST KAC 1 Q/xco -IM1OUT VE>QEKlMLJUCMCOUT 1 UUINI-VL*t*ACOir 4 MOV-®ENFNHVUU-UtlvuzRMcwnIMOL 1 TMLJL"OOO IN1OUT-VO7AUQI ZUrviuJLEZUIM1OUT X/DQACOiznADU.Ir MnACOINIOUT-AC1AC1IN2>1MDV.DWENENO VD7- IZOUT -ACOAUU IC

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39、 應(yīng)EP SO遠(yuǎn)弔SMQO<SCRE>$M00Q0 411 511 7GO4Net«vof 30j伸序開g-S04I S-A INot«vofk 31I梅當(dāng)BT伍唾入ACOSMQOMOVLDWCNCMOSMD3G ZOU IAC.QNetwork 32SMO OII 3ACOI |*4000QI 2R )Q1 3RQI 4SINTON JCKJU-PT1 UlT32Z or work. 33SMO OT32QI 4Network 34Q1.3-C s )1T32T0I轎正機(jī)比夾送銀便加快焼正連度15M0.011.2Q1.2< s 5101 3C s )1T

40、32INTONPTJ ms+3000|十時(shí)和If加一和災(zāi)3汪SMO 0Netwotk 34I新疋柯丄匕工伍血孔"力n丫亠畑:11.2SMO OQI.2< $Q1.3 c s nIMTON尸丫JrrisT32N«v»crk 3$SHOOT32Qi 4I_IC R >L-C A )Network 36SMO 010 3GO 3Met-voiH 3"SMO 3Net/voiK 38自習(xí)力乂SM03Q0 4R >01.2Q1.2Qi.4«0Q1.0C冃)OQI.6< n )o1.7<冃)o50.1 SCR0Q0 5QO5A

41、OGO5SCRT)00300411.111 4SCRE)Network 40I程序段50.5?幀jS05SCRNetwork 41恪當(dāng)前道和預(yù)定值讀出來UIEHRLIIH ROUTINE CX2MMiMTS 2叱乂 1皿先住用剛沿兩廈廿矽&織口位 一SMOOQ0 0Q01EMENOVC> 8-GUTSMO42HSQEMEMOQ1 .2FU >OQ1.3FU >OQ1 4FM >OQ1 0FH >TITLE=PROGRAM COMMENTSNetwork 1/高速計(jì)數(shù)器選擇 HSC0工作模式4,允許更新當(dāng)前值和預(yù)置值，清除當(dāng)前值，建立中斷 事件LD SM0.

42、1MOVB 16#F8, SMB37HDEF 0, 4ATCH INT0, 12HSC 1Network 2LD SM0.0S S0.1, 1Network 3/ 程序段 S0.1 開始,功能是讀撥碼盤值LSCR S0.1Network 4/ 選通LD SM0.0S Q1.2, 1Network 5/ 撥碼盤個(gè)十位LD Q1.2MOVB IB15, VB0Network 6LD SM0.0RQ1.2, 0SQ1.3, 1Network 7/ 撥碼盤百位和千位LD Q1.3MOVB IB15, VB1Network 8LD SM0.0RQ1.3, 0SQ1.4, 1Network 9/ 撥碼盤萬

43、位和十萬位LD SM0.0MOVB IB15, VB2R Q1.4, 0Network 10/ 分離得到十位千位LD SM0.0MOVB VB100, AC0MOVB AC0, VB6SRB VB6, 4MOVB VB101, AC0MOVB AC0, VB7SRB VB7, 4Network 11/ 將相應(yīng)位乘倍數(shù)LD SM0.0MOVB VB4, AC0MOVW +10, VW7MUL AC0, VD5 MOVB VB5, AC0MOVW +100, VW8MUL AC0, VD6MOVB VB6, AC0MOVW +1000, VW9MUL AC0, VD7MOVB VB7, AC0MO

44、VW +10000, VW10MUL AC0, VD8Network 12/ 得到最終撥盤碼值，存在 VD8 LD SM0.0MOVB VB3, AC0MOVD VD5, AC1+I AC0, AC1MOVD VD6, AC0+I AC0, AC1MOVD VD7, AC0+I AC0, AC1MOVD VD8, AC0+I AC0, AC1 MOVD AC1, VD8MOVW AC1, AC0-I +4000, AC0MOVD AC0, VD9Network 13/ 程序段 S0.1 結(jié)束LD SM0.0CSCRENetwork 14/ 在手動(dòng)控制方式下，按啟動(dòng)按扭有效接通主電路 LD SM

45、0.0LD I0.4AI0.2LDQ0.3AQ0.4OLDALD= Q0.3= Q0.4Network 15/ 工作方式選擇，若 I0.4 閉合，則為手動(dòng)控制方式LD SM0.0A I0.4A Q0.3A Q0.4S S0.2, 1Network 16/ 手動(dòng)控制程序段 S0.2 開始LSCR S0.2Network 17/矯正機(jī)前進(jìn)LDSM0.0AI0.5ANI0.6=Q1.4Network 18/矯正機(jī)后退LDSM0.0AI0.6ANI0.5=Q1.2=Q1.4Network 19/夾送輥前進(jìn)LDSM0.0AI0.7ANI1.0=Q1.7Network 20/夾送輥后退LDSM0.0AI1.0ANI0.7=Q1.5=Q1.7Network 21/ 停車控制LDSM0.0AI0.3RQ0.3, 0RQ0.4, 0RQ1.2, 0RQ1.3, 0RQ1.4, 0RQ1.5, 0RQ1.6, 0RQ1.7, 0SCRT S0.1Network 22/ 若工作方式?jīng)]改變，返回工作方式選擇LD SM0.0A Q0.3A Q0.4A I0.4SCRT S0.2Network 23/ 程序段 S0.2 結(jié)束LD SM0.0CSCRENetwork 24/ 自動(dòng)方式選擇LD SM0.0A Q0.3A Q0.4A I1.1A I1.4A I1