【正文】 XX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 2021 屆） 題 目 PLC 在剪切機(jī)控制系 統(tǒng) 中的 應(yīng) 用 院 別 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 班 級(jí) 09 電氣 （ 1） 班 姓 名 XXX 指 導(dǎo) 教 師 XXX 2021 年 12 月 12 日 2 摘 要 自 動(dòng) 剪板機(jī)是一種可按加工要求， 將 金 屬 板材剪 開 、自 動(dòng)計(jì)數(shù) 、并由送料 車送到下一工序的 順 序控制的 設(shè)備 ,它要求其控制 設(shè)備 具有很 強(qiáng) 的抗干擾能力。 PLC是近幾 年發(fā) 展起 來 的一種新型 工業(yè) 控制器 ,由于它把 計(jì) 算機(jī)的 編 程 靈 活、功能 齊全 、應(yīng) 用面 廣泛 等優(yōu) 點(diǎn) 與控制器系 統(tǒng) 的控制 簡(jiǎn)單 、使用方便、抗干擾能力 強(qiáng) 、價(jià)格便宜等優(yōu) 點(diǎn)結(jié)合 起 來 ，而其本身又具有體 積 小、重量 輕 、耗 電 省等特 點(diǎn) ，在 工業(yè) 程控中的 應(yīng) 用越 來 越 廣泛 。 加之 PLC 以其在硬件 設(shè)計(jì) 中采用了屏蔽、 濾 波、光 電 隔離等技 術(shù) ，在 軟 件 設(shè)計(jì) 中采用了故障 檢測(cè) 、信息保 護(hù)與 恢復(fù)等措施 ， 進(jìn) 一步提高了 PLC 的可靠性。故本文采用了 以工業(yè)順 序控 制過 程中 廣泛 使用的可 編 程控制器（ PLC） 對(duì) 自 動(dòng) 剪板機(jī)進(jìn) 行控制。通 過對(duì) 自 動(dòng) 剪板機(jī)的工作原理的分析，提出 總 體 設(shè) 想， 初步設(shè)計(jì) 了 電氣傳動(dòng) 部分的 設(shè)計(jì) 方案和 PLC 控制的程序流程 圖 。 過去 的控制方法是采用 繼電 器 接觸器控制，但控制系 統(tǒng)較 復(fù) 雜 ,大量的接 線使系 統(tǒng) 可靠性降低 ,也 間 接地降低了 設(shè)備 的工作效率。 為實(shí)現(xiàn) 自 動(dòng) 化必 須 根據(jù)板材自 動(dòng) 精確剪切加工的工作特 點(diǎn) 及 動(dòng) 作要 求進(jìn) 行 設(shè)計(jì) ,因此本方案采用了可 編 程控制器 來實(shí)現(xiàn)對(duì) 自 動(dòng) 剪板機(jī)的控制 。 采用可 編 程控硬件制器 較 好地解 決 了 這 一 問題 。它是一 種 將計(jì) 算機(jī)技 術(shù) 、自 動(dòng) 控制技 術(shù) 和通信技 術(shù)結(jié)合在一 起的新型 工業(yè) 自 動(dòng) 控制 設(shè)備 ,不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān) 量信 號(hào) 的 邏輯控 制 ,還 能 實(shí)現(xiàn) 與上位 計(jì) 算機(jī)等智能 設(shè)備之間 的通信。 因此 ,將 PLC 應(yīng) 用于 該 控制 ,完全能 滿 足技 術(shù) 要求，且具有操作 簡(jiǎn)單 、 運(yùn) 行可靠、 工藝參數(shù) 修改方便、自 動(dòng) 化程度高等優(yōu) 點(diǎn) 。 3 目 錄 1 緒 論?????????????????????????? ? ??? 3 概述 論文現(xiàn)狀及意義 ???????????????????? ? ?? 4 論文的系統(tǒng)控制要求???????????????????? ??? 5 剪板機(jī) 結(jié) 構(gòu)及工作原理 ?????????????????????? 5 2． 0 電氣總的設(shè)計(jì)方案 ??????????????????????? 10 PLC 簡(jiǎn) 介 ?????????????????????????? 11 總體設(shè)計(jì)方案 ??????????????????????? 14 3． 0 自動(dòng)剪板機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ???????????????? 15 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) ??????????????????????? 15 設(shè)計(jì)進(jìn)料機(jī)構(gòu) E ?????????????????????? 15 設(shè)計(jì)壓料機(jī)構(gòu) B ???????????????? ?????? 16 剪切刀 ?????????????????????????? 18 設(shè)計(jì)小車送料裝置 ????????????????????? 18 4 PLC 控制器的選擇??????????????????????? 20 PLC 控制器的選擇 ?????????????????????? ...20 I/O 端子分配 ??????????????????????? ...23 系統(tǒng)的軟件 ????????????????????????? ..24 系統(tǒng)的流程圖 ????????????????????? ? ? 24 系統(tǒng)的梯形圖及其 仿真圖 ?????????????????? ?? 25 結(jié)束語?????????????????????????????? 28 參考文獻(xiàn)????????????????????????????? 29 1 緒論 4 概述 目前 ,我 國(guó) 機(jī) 械制造 業(yè) 存在大量的通用 設(shè)備 ,在 發(fā) 展 現(xiàn) 代機(jī)械自 動(dòng) 化技 術(shù)時(shí) ,可以 應(yīng) 用微 電 子技 術(shù) 改造 這 些已有通用 設(shè)備 ,比如 用數(shù)顯 、 數(shù) 控 裝 置改造通用 設(shè)備 ,提高 單 機(jī)自 動(dòng) 化程度 。用可 編 程控器改造通用機(jī)床、 專用 機(jī)床、 組 合機(jī)床及自 動(dòng)設(shè)備 與半自 動(dòng)設(shè)備組 成的生 產(chǎn)線 ,這樣 可以把 計(jì) 算機(jī)功能完 備、編 程 靈 活 、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu) 點(diǎn)和繼電 器控制 簡(jiǎn)單 、抗干擾能力 強(qiáng) 、價(jià)格便宜等優(yōu) 點(diǎn)結(jié)合 起 來 ， 這 是一 條低成本、高效益，符合我 國(guó)國(guó) 情的機(jī)械自 動(dòng) 化技 術(shù)發(fā) 展 應(yīng) 用新途 徑 。 在我 國(guó) ,國(guó)家政策對(duì) 發(fā) 展低成本自 動(dòng) 化的重要性等方 面進(jìn) 行了 大力的支持 ,以工業(yè) 用剪板機(jī) 為對(duì) 象，探 討了 全自 動(dòng) 剪板機(jī) 智能控制系 統(tǒng) 的 實(shí)現(xiàn) 方案。根據(jù) 實(shí)際需要和市 場(chǎng)的 需求，在常 規(guī) 的可 編 程控制器（ PLC）和 單 片機(jī)控制中， 選擇 了以可編 程控制器 為 主的控制方案。 自 動(dòng) 剪板機(jī)是一種可按加工要求， 將 金 屬 板材剪 開 、自 動(dòng)計(jì)數(shù) 、并由送料 車送到下一工序的 順 序控制的 設(shè)備 ,它要求其控制 設(shè)備 具有很 強(qiáng) 的抗干擾能力。 PLC是近幾 年發(fā) 展起 來 的一種新型 工業(yè) 控制器 ,由于它把 計(jì) 算機(jī)的 編 程 靈 活、功能 齊全 、應(yīng) 用面 廣泛 等優(yōu) 點(diǎn) 與控制器系 統(tǒng) 的控制 簡(jiǎn)單 、使用方便、抗干擾能力 強(qiáng) 、價(jià)格便宜等優(yōu) 點(diǎn)結(jié)合 起 來 ，而其本身又具有體 積 小、重量 輕 、耗 電 省等特 點(diǎn) ，在 工業(yè) 程控中的 應(yīng) 用越 來 越 廣泛 。加 之 PLC 以其在硬件 設(shè)計(jì) 中采用了屏蔽、 濾 波、光電 隔離等技 術(shù) ，在 軟 件 設(shè)計(jì) 中采用了故障 檢測(cè) 、信息保 護(hù)與 恢復(fù)等措施， 進(jìn) 一步提高了 PLC 的可靠性。故本文采用了 以工業(yè)順 序控 制過 程中 廣泛 使用的可 編 程控制器（ PLC） 對(duì) 自 動(dòng) 剪板機(jī) 進(jìn) 行控制。通 過對(duì) 自 動(dòng) 剪板機(jī)的工作原理的分析，提出總 體 設(shè) 想， 初步設(shè)計(jì) 了 電氣傳動(dòng) 部分的 設(shè)計(jì) 方案和 PLC 控制的程序流程 圖 。 可 編 程控制器是一種 為工業(yè) 機(jī)械控制所 設(shè)計(jì) 的 專用計(jì) 算機(jī)，在各種自 動(dòng) 控制系 統(tǒng) 中有 著廣泛 的 應(yīng) 用，他是在 繼電 器控制和 計(jì) 算機(jī)控制基 礎(chǔ) 上 開發(fā)的產(chǎn) 品， 逐漸發(fā) 展成 為 以微 處 理器 為 核心，把自 動(dòng) 化技 術(shù) 、 計(jì) 算機(jī)技 術(shù) ，通信技 術(shù) 融 為 一體的新型 工業(yè) 自 動(dòng) 控制 裝 置。早期的可 編 程控制器在功能上只能 進(jìn) 行 邏輯控 制，因而 稱為 可 編 程程 序邏輯控 制器 (Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱 PLC。 隨著 技 術(shù)的發(fā) 展，其控制功能不 斷 增 強(qiáng) ，可 編 程程控器 還 可以 進(jìn) 行算 術(shù)運(yùn) 算，模 擬 量控制、 順 序控制、 定時(shí) 、 計(jì)數(shù) 等，并通 過數(shù) 字，模 擬的輸 入、 輸 出控制各種類 型的機(jī)械生 產(chǎn)過 程。 隨著可編 程控制器技 術(shù)的發(fā) 展 ,傳統(tǒng) 機(jī)械 設(shè)備 的控制柜 逐漸 被新一代的智慧5 化 儀 表所代替 ,對(duì) 于日益復(fù) 雜的 控制功能 ,傳統(tǒng) 控制柜 顯得無 能 為 力 ,而可 編 程控制器具有 可 編 程序的特 點(diǎn) ,運(yùn) 行 時(shí) 可以根據(jù)要求 ,自 動(dòng)選擇控 制算法 、適應(yīng)性強(qiáng) 、可 編 程控制器采用 軟 件代替硬件的方法 ,可以 簡(jiǎn) 化 線 路 ,使控制 設(shè)備 的性能價(jià)格比不 斷 提高 ,本 設(shè)計(jì) 的研究目的 ,在于探索在板材加工中 ,應(yīng) 用可 編 程控制技 術(shù) ,實(shí)現(xiàn)板材加工的自 動(dòng) 控制。 全自 動(dòng) 剪板機(jī) 廣泛 的 應(yīng) 用于在板材加工系 統(tǒng) 中 ,板料 長(zhǎng) 度 檢測(cè)， 板料 進(jìn) 料、 壓緊 、走刀、落料、 長(zhǎng) 度 調(diào) 整等 過 程必 須 按一定的 節(jié) 拍控制精確度 動(dòng) 作，而且不同長(zhǎng) 度、不同厚度、不同材料的板材 ,各 動(dòng) 作行程、先后 順 序、刀具位置等要求都不一 樣 ， 對(duì) 于 這樣 的控制要求 ,傳統(tǒng) 控制柜很 難實(shí)現(xiàn) ,綜 合考 慮設(shè)備 的性能 /價(jià)格 比，顯 示直 觀 性、外表美 觀 性、 靈 活性等 諸 方面因素 ,本 設(shè)計(jì) 采用可 編 程控制器，根據(jù)自 動(dòng) 剪板機(jī) 對(duì) 控制系 統(tǒng) 的要 求進(jìn) 行方案 設(shè)計(jì) 。 系 統(tǒng) 的控制要求 ： 據(jù)剪板機(jī)的工作特 點(diǎn) ,對(duì) 控制系 統(tǒng) 提出控制要求如下 : 1 上 電 后 ,檢測(cè)各 工作機(jī)構(gòu)的 狀態(tài) ,控制各工作機(jī)構(gòu) 處 于初始位置。 2 進(jìn) 料 ,由控制系 統(tǒng) 控制 進(jìn) 料機(jī)構(gòu) 將 待剪板料自 動(dòng)輸 送到位。 3 定剪切尺寸 ,采用伺服 電 機(jī)控制 擋 料器位置保 證 精確的剪切尺寸 ,其尺寸可是定值也可 以設(shè) 置 為 循 環(huán)變動(dòng) 值。 4 壓緊 和剪切 ,待剪板料 長(zhǎng) 度 達(dá) 到 設(shè) 定值后由 主電動(dòng) 機(jī) 帶動(dòng)壓 料器和剪切刀具 ,先 壓緊 板料 ,然后剪 斷板 料。 5 送料 車 的 運(yùn) 行 ,包括卸 載 后自 動(dòng) 返回。 6 剪切板料的尺寸 設(shè) 定、自 動(dòng)計(jì)數(shù) 及每 車 板料 數(shù) 的 預(yù)設(shè) 定。 7 具 備斷電 保 護(hù) 和 來電 恢復(fù)功能。 8 能 實(shí)現(xiàn) 加工 過 程自 動(dòng) 控制 ,加工 參數(shù)顯 示 ,系 統(tǒng)檢測(cè) 。 9 保 證 板料加工精度、加工效率和安全可靠性。 10 具有良好的人機(jī)操作接口。 剪板機(jī) 結(jié) 構(gòu)及工作原理 剪板機(jī)的 結(jié) 構(gòu) 自 動(dòng) 剪板機(jī)是一種精確控制板材加工尺寸 ,將大塊 金 屬 板材 進(jìn) 行自 動(dòng) 循 環(huán) 剪切加工 ,并由送料 車運(yùn) 送到下一工序的自 動(dòng) 化加 工設(shè)備 ，其 結(jié) 構(gòu)及原理如 圖 11 所6 示。 圖 1 1 自 動(dòng) 剪板機(jī)原 理圖 系 統(tǒng)設(shè) 置了 7個(gè) 限位 開關(guān)， 分 別 用于 檢測(cè)各 部分的工作 狀態(tài) 。其中， SQ1 檢測(cè)待剪板料是否被 輸 送到位。 SQ SQ3 分 別檢測(cè)壓塊 B 的 狀態(tài) ， 檢測(cè)壓塊 是否 壓緊已 到位的板料； SQ4 檢測(cè) 剪切刀 A 的 狀態(tài)； SQ7 為 光 電 接近 開關(guān) , 檢測(cè) 板料是否被剪 斷 落入小 車 ； SQ5 用于 檢測(cè) 小 車 是否到位； SQ6 用于判 斷小車 是否空 載 。送料機(jī)構(gòu) E、 壓塊 B、剪切刀 A和送料小 車 分 別 由四臺(tái) 電動(dòng) 機(jī)拖 動(dòng) 。系 統(tǒng) 未 動(dòng)做時(shí) , 壓塊及剪 切刀的限位 開關(guān) SQ SQ3 和 SQ4 均斷開 , SQ SQ7也是斷開 的。 剪板機(jī) 工作原理 當(dāng) 系 統(tǒng)啟動(dòng)時(shí) ,輸 入板料加工尺寸、加工 數(shù) 量等 參數(shù) ，按下自 動(dòng)開關(guān)， 系 統(tǒng) 自動(dòng)運(yùn) 行。 1 首先 檢 查限位 開關(guān) SQ6 的 狀態(tài) ,若小 車空載 , 系 統(tǒng)開始 工作 , 起 動(dòng) 送料小 車。小 車運(yùn) 行到位 , 限位 開關(guān) SQ5 閉 合 ,小 車 停 車。 2 起 動(dòng) 送料機(jī)構(gòu) E 帶動(dòng) 板料 C 向右移 動(dòng) 。 當(dāng) 板料碰到行 程開關(guān) SQ1 時(shí) , 送料停止同 時(shí) 制 動(dòng) 器松 開 、 電 磁離 合器結(jié)合 ， 主電動(dòng) 機(jī)通 過傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)工作。 7 3 壓塊電機(jī)啟動(dòng) ,使 壓塊 B 壓下 , 壓塊上 限 開關(guān) SQ2 閉 合。 當(dāng)壓塊 到位 , 板料 壓緊時(shí) , 壓塊 下限 開關(guān) SQ3閉 合。 4 剪切刀 電動(dòng) 機(jī)起 動(dòng) , 控制剪刀下落。此 時(shí) ,SQ4 閉 合 , 直到把板料剪 斷 , 板料落入小 車。 5 當(dāng) 小 車上 的板料 夠數(shù)時(shí) , 起 動(dòng) 小 車 控制 電動(dòng) 機(jī) , 帶動(dòng) 小 車 右行 ,將切 好的板料送至下一工序。 6 卸下后 , 再起 動(dòng) 小 車 左行 , 重新返回剪板機(jī)下 , 開始下 一 車 的工作循 環(huán) 。 板料的 長(zhǎng) 度 L 可根據(jù)需要 進(jìn) 行 調(diào) 整 , 每一 車 板料的 數(shù) 量可 預(yù)先設(shè) 定。 2 總 體 設(shè)計(jì) 方案 傳統(tǒng) 的控制方法是采用 繼電 器 接觸器控制，但控制系 統(tǒng)較 復(fù) 雜 ,大量的接 線使系 統(tǒng) 可靠 性降低 ,也 間 接地降