【正文】 M 1 . 0M 1 . 1M 1 . 2M 1 . 3M 1 . 4M 1 . 5M 1 . 6Q 0 . 4Q 0 . 2Q 0 . 1 / Q 0 . 6Q 0 . 3Q 0 . 5I 0 . 5I 0 . 6長 寬 是 否 改 變I 0 . 3H S C 3 中 斷S M D 1 3 8 = S M D 1 5 8 = 0H S C 3 中 斷H S C 5 中 斷Y 圖 控制系統(tǒng)主程序順序功能圖 控制系統(tǒng)主要是為了完成玻璃定長定寬的切割，主程序是控制電動機(jī)的設(shè)置長度和設(shè)置寬度的定尺寸切割運(yùn)動，主要完成下降、定寬、橫向進(jìn)給、定長切割和上升運(yùn)動。 （ 8）點(diǎn)強(qiáng)制設(shè)為開 on 或關(guān) off 僅 TD 200C、 TD200 和 TD 400C。 S7200 TD 設(shè)備可用于查看、監(jiān)視和改變用戶程序的過程變量。 PLC 的輸出部分為接觸器線圈，控制橫向電動機(jī)水平運(yùn)動實現(xiàn)玻璃板材長度測量，驅(qū)動縱向電動機(jī)實現(xiàn)定寬運(yùn)動，垂直電動機(jī)正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)切割刀具向上和向下運(yùn)動。具備絕對編碼器的旋轉(zhuǎn)角度編碼的唯一性與增量編碼器的應(yīng)用靈活性。此外，為判斷旋 轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90186。 系統(tǒng)控制部分有兩個高速計數(shù)輸入，根據(jù) 表 ，且計數(shù)器占用的輸入端子不能另作它用，考慮節(jié)約 I/O 點(diǎn)數(shù)和經(jīng)濟(jì)成本，在滿足控制要求的前提下，選擇高速計數(shù)器 HSC3 和 HSC5。 （ 4）兩路脈沖輸入的雙相 正交計數(shù)。高速計數(shù)器共有 12 種工作模式，其工作模式和輸入端子表如表 所示。光電編碼器和電機(jī)相連，光電編碼器的 A 相與 PLC 高速計數(shù)器輸入端相連接，利用高速計數(shù)器實現(xiàn)定長定寬切割。因此選用時，必須了解被保護(hù)對象的工作環(huán)境，起動情況，負(fù)載性質(zhì)，工作制以及電動機(jī)允許的過載能力，保護(hù)要遵循的原則：應(yīng)使熱繼電器的安秒特性位于電動機(jī)的 過載特性之中，并盡量可能地接近，甚至重合，以充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，同時使電動機(jī)在短時過載和起動瞬間（ 5～ 6 eI ）時不受影響。再按控制電路要求決定接觸器的線圈參數(shù)。 FU1 選用 RT1600C 型，其主要技術(shù)參數(shù)： 額定電流 16A，額定電壓 500V，額定功率 。元件的選擇對整個設(shè)備的性能起到很大的作用，下面是電器元器件選擇方法。 采用三相異步電動機(jī)控制流水線水平移動和切割刀具的垂直升降運(yùn)動，利用直流電動機(jī)控制切割刀具的定長定寬切割， 實現(xiàn)玻璃造型控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)。因此可以設(shè)計出控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖。 PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （ 4）過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 基于 PLC 的玻璃造型生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過對 PLC、光電編碼器與 HMI 人機(jī)界面組態(tài)等相關(guān)知識的理解與運(yùn)用，有利于掌握把理論知識同生產(chǎn)實踐相結(jié)合，有利于鍛煉設(shè)計控制系統(tǒng)和處理有關(guān)問題的能力，促進(jìn)對自動化控制的認(rèn)識和理解。利用先進(jìn)的現(xiàn)代切割技術(shù)，不但可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，同時也使得企業(yè)產(chǎn)品的制造成本大幅度下降，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期。 設(shè)計一種基于 PLC 的玻璃造型生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 安陽工學(xué)院 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。軟件方面：根據(jù)設(shè)計的思想進(jìn)行了實現(xiàn)系統(tǒng)功能的梯形圖的設(shè)計，并利用 S7200 的 STEPMicro/WIN 編程軟件進(jìn)行編程，它可以方便地在Windows 環(huán)境下對 PLC 進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)控，且編 程方便、快捷。最主要的問題是在自動控制中，由于采用時間繼電器定時控制切割時間，定時精度差，電機(jī)速度受電源波動影響大，因而切割誤差較大，降低成品率，增加拋磨難度。 PLC 是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)，半導(dǎo)體技術(shù)，自動控制技術(shù)，數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。新近生產(chǎn) 的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。它采用可編程序的存貯器，用來 在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。系統(tǒng)的操作 控制、實時數(shù)據(jù)的采集和動作過程的監(jiān)視、各種參數(shù)的顯示和設(shè)定，由掛接在 PLC 上的人機(jī)界面來實現(xiàn)。 當(dāng)設(shè)定值等 于預(yù)置值時，斷開進(jìn)給電機(jī)的接觸器，電磁離合制動器的離合分離，剎車起作用以消除推進(jìn)系統(tǒng)的慣性，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。 根據(jù)主電路的要求和控制方式結(jié)合以上對電機(jī)的各項標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)的介紹可確定主電路所用的元件的型號和參數(shù)。 KM7 和 KM8 控制電磁離合制動器，剎車時給電機(jī)其精確定位的。接觸器具有操作頻率高、使用壽命長、工作可靠、性能穩(wěn)定、維修簡便等優(yōu)點(diǎn)，是用途廣泛的控制電路之一。 本設(shè)計中交流接觸器使用屬于電動機(jī)負(fù)載，且其負(fù)載的輕重程度為一般任務(wù)型，其操作頻率不高。 ③ 當(dāng)電機(jī)為重復(fù)短時工作時，首先注意確定熱繼電器的允許操作頻率。輸出部分包括：控制電動機(jī)啟動停止的 5 個接觸器和激光束開關(guān)的接觸器。 （ 2）單路脈沖輸入的外部方向控制加 /減計數(shù)：即有一個脈沖輸入端，有一個方向控12 制端，方向輸入信號等于 1 時，加計數(shù)；方向輸入信號等于 0 時，減計數(shù)。時，加計數(shù)； A 相滯后 B 相 90176。方向控制端 =0， 減計數(shù)；方向控制端 =1，加計數(shù) 脈沖輸 入端 方向控 制端 4 復(fù)位端 5 復(fù)位端 啟動 6 兩路脈沖輸入的單向加減計數(shù) 加計數(shù)有脈沖輸入，加計數(shù)； 減計數(shù)有脈沖輸入，減計數(shù) 加計 數(shù)脈 沖輸入端 減計數(shù)脈 沖輸入端 7 復(fù)位端 8 復(fù)位端 啟動 9 兩路脈沖輸入的雙向正交計數(shù)， A相脈沖超前 B 相脈沖，加計數(shù)； A相脈沖滯后 B 相脈沖，減計數(shù) A相脈沖 輸入端 B 相脈沖 輸入端 10 復(fù)位端 11 復(fù)位端 啟動 13 光電編碼器 光電編碼器是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，可以高精度測量被測物的轉(zhuǎn)角或直線位移量。 絕對式編碼器是用光信號掃描分度盤上的格雷碼刻度盤以確定被測物的絕對位置值，然后將檢測到的格雷碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號以脈沖的形式輸出測量的位移量。因此選用編碼器必須了解控制器規(guī)格或使用環(huán)境?？梢允褂?TD 設(shè)備組態(tài)一組層級式用戶菜單，從而提供更多應(yīng)用程序交互結(jié)構(gòu)。 （ 2）修改指定的程序變量。 （ 11）可以改變 S7200 CPU 的操作模式 [RUN 運(yùn)行或 STOP 停止 ]。 根據(jù)控制系統(tǒng)主程序流程圖編寫梯形圖程序，控制程序見附錄 A。它有一個數(shù)據(jù)輸入端 N： N 為高速計數(shù)器的編號，數(shù)據(jù)類型的字型，數(shù)據(jù)范圍為 0~5 的常數(shù)，分別對應(yīng)高速計數(shù)器 H~ 入 EN 使能有效時，啟動 N 號高速計數(shù)器工作。 （ 3）執(zhí)行 HDEF 指令，其輸入?yún)?shù)為 :HSC 端為 3（選擇 3 號高速計數(shù)器）， MODE端為 0(對應(yīng)工作模式 0，模式 1，模式 2)。 STEP 7Micro/WIN 提供一個方便實用的高速計數(shù)器指令編程向?qū)?，可以簡單快速地配置高速計?shù)器的功能。 （ 4）進(jìn)入“標(biāo)準(zhǔn)菜單和密碼”欄，選擇啟用 TOD 菜單、啟用強(qiáng)制菜單，不啟用密碼保護(hù)。為方便用戶設(shè)置長度和寬度尺寸，TD200 控制程序預(yù)設(shè)值長度和寬度尺寸，使用雙字 傳送指令將預(yù)設(shè)值傳送到顯示寄存器中，以便用戶參考，并在此基礎(chǔ)上更改長度和寬度尺寸。 22 結(jié)論 經(jīng)過三個多月的緊張學(xué)習(xí)和堅持不懈的努力，以及不斷地挑戰(zhàn)和創(chuàng)新，終于完成了此次畢業(yè)設(shè)計和論文。當(dāng)然平時學(xué)的永遠(yuǎn)是不夠用的，就比如要完成好這次的畢業(yè)設(shè)計，不能單單從機(jī)械動作過程來直接設(shè)計控制電路，更需要了解整臺設(shè)備機(jī)械構(gòu)造，所以需要學(xué)會兼顧，了解整臺設(shè)備的設(shè)計過程，這樣才能在后期的調(diào)試中更好的去修改和完善。 最后，再次感謝王頔老師耐心負(fù)責(zé)的指導(dǎo)！ 24 參考文獻(xiàn) [1] 廖常初 .PLC 編程及應(yīng)用 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [2] 徐鐵 .電氣控制與 PLC 實訓(xùn) [M]. 北京：中國電力出版社， [3] 向曉漢 .西門子 PLC 高級應(yīng)用實例精講 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [4] 王衛(wèi)兵，高俊山等。 23 致謝 首先，我要感謝王頔老師對這次課題設(shè)計的認(rèn)可和在設(shè)計和開發(fā)中對我的精心指導(dǎo)和支持鼓勵，讓我懂得了設(shè)計一個完整的控制系統(tǒng)不僅要有勇于創(chuàng)新和敢于挑戰(zhàn)的精神，還要有及其認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，無論做什么事都要大膽去嘗試和實踐，這樣才會有所收獲和作為。 回顧此次畢業(yè)設(shè)計，是大學(xué)四年所學(xué)知識很好的總結(jié)。切割最大寬度 1800mm，最小寬度 50mm。 （ 8）進(jìn)入“報警”欄，每一條信息可包含 20 個以下漢字。在控制系統(tǒng)中用到兩個高速計數(shù)器，因此需要對兩個高速計數(shù)器分別編寫中斷程序， HSC3中斷程序 INT0， HSC5 中斷程序 INT1。 （ 7）執(zhí)行 ENI 指令。 以 HSC3 為例，高速計數(shù)器的初始化步驟。它有兩個輸入端： HSC為要使用的 高速計數(shù)器編號，數(shù)據(jù)類型為字節(jié)型，數(shù)據(jù)范圍為 0~5 的常數(shù)，分別對應(yīng) H~ H。設(shè)計控制系統(tǒng)主程序的流程圖如圖 所示： 開 機(jī)初 始 化臺 刀 、 刀 具 復(fù) 位刀 具 下 降 切 割刀 具 進(jìn) 給 切 割刀 具 復(fù) 位臺 車 前 進(jìn)升 降 到 位 ？臺 車 編 碼 器 到位 ？進(jìn) 刀 編 碼 器 到位 ？警 示 提 示警 示 提 示延 時 到 否 ？延 時 到 否 ？延 時 到 否 ？警 示 提 示Y參 數(shù) 是 否 變 化 ？NYYYYYYNNNNNN 圖 控制系統(tǒng)主程序流程圖 17 為實現(xiàn)系統(tǒng)控制要求，完成控制任務(wù)，系統(tǒng)需要 加入定時安全報警程序，即每一個動作啟動時同時啟動定時器，根據(jù)每個動作完成的時間設(shè)置定時器的定時時間，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，定時時間到而未完成相應(yīng)動作，停止后續(xù)動作，觸發(fā)報警動作。 （ 7）強(qiáng)制或取消強(qiáng)制 I/O 點(diǎn) 可以將 S7200 CPU 中的各個 I/O 。 S7200 TD 設(shè)備是一個 2 行或 4 行的文本顯示設(shè)備，可以連接到 S7200 CPU。光電編碼器和電機(jī)同軸相連，光電編碼器的 A 相與 PLC 高速計數(shù)器輸入端相連接，利用高速計數(shù)器設(shè)置值和當(dāng)前值比較，相等時14 產(chǎn)生中斷，表示達(dá)到設(shè)定的長度或?qū)挾?，啟動激光束切割玻璃板材，?qū)動電動機(jī)進(jìn)行定長定 寬切割。 混合式旋轉(zhuǎn)編碼器是用光信號掃描分度盤，通過檢測、統(tǒng)計光信號的通斷數(shù)量來計算旋轉(zhuǎn)角度，同時輸出絕對旋轉(zhuǎn)角度編碼與相對旋轉(zhuǎn)角度編碼。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī) 旋轉(zhuǎn) 時，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。每個高速計數(shù)器均有一個控制字節(jié)，它決定了計數(shù)器的計數(shù)允許或禁用，方向控制（僅限模式0、 1 和 2）或?qū)λ衅渌Ｊ降某跏蓟嫈?shù)方向，裝入初始值和