【文章內容簡介】 工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。 本設計的主要內容 此次控制系統(tǒng)的設計主要包括硬件設計和軟件設計兩個方面。 硬件方面：系統(tǒng)采用 PLC 為中心控制器， 通過旋轉編碼器測得各方向電機的旋轉頻率并轉換為高速計數(shù)脈沖送入 PLC 中進行計數(shù)運算可獲得刀鋸或 水平臺 行進的精確位移量，將其與設定的初值相比較，當達到設定值時 PLC 復位相應的方向電機線圈使其停車 ，輸出高電平使切割電動機工作以實現(xiàn)精準切割。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)的顯示和設定，由掛接在 PLC 上的人機界面來實現(xiàn)。 軟件方面：根據(jù)設計的思想進行了實現(xiàn)系統(tǒng)功能的梯形圖的設計，并利用 S7200 的STEPMicro/WIN32 編程軟件進行編程，它可以方便地在 Windows 環(huán)境下對 PLC 進行編程、調試、監(jiān)控，且編程方便、快捷。 5 第二章 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)的設計思想與結構流程圖 系統(tǒng)的控制要求是實現(xiàn)玻璃的定尺寸切割，即要求驅動流水線橫向運動的電動機 M1在達到設置尺寸后停止運動，光電編碼器與橫 向運動電動機 M1 同軸連接，電動機的水平驅動位移與光電編碼器的脈沖數(shù)輸出成比例關系，光電編碼器的輸出與 S7200 CPU 的高速計數(shù)器輸入相連接，利用高速計數(shù)器實時計算光電編碼器輸出脈沖數(shù)，通過計算即可測量出橫向運動的長度。 TD200 實現(xiàn)長度寬度尺寸的設置和顯示功能，人機界面將設置的相關參數(shù)傳遞給 S7200 CPU 的寄存器，執(zhí)行用戶程序計算當前橫向移動距離和設置值的關系，切割機構根據(jù)限制尺寸實現(xiàn)切割，待切割完成后，電動機 M3 驅動切割機構實現(xiàn)縱向位移，光電編碼器測量縱向位移的尺寸，當設置尺寸和測量尺寸相等時， 垂直電動機M2 驅動切割機構垂直位移，行程開關限制垂直電動機行程位置，切割機構垂直運動達到設置行程后，完成一次完整的控制任務，控制系統(tǒng)再次驅動電機進行流水線橫向運動。實現(xiàn)以上控制任務，控制系統(tǒng)應包括三大部分：主電路、控制部分和顯示部分。因此可以設計出控制系統(tǒng)的結構流程圖。系統(tǒng)結構流程圖如下： T D 2 0 0西 門 子 S 7 2 0 0旋 轉 編 碼器行 程 開關M 3M 2M 1旋 轉 編 碼器 圖 系統(tǒng)結構流程圖 控制系統(tǒng)主要構造及動作過程 主電路表示系統(tǒng)執(zhí)行機構，包括電動機、光電編碼器、 TD200 人機界面、行程開關和激光切割束。 執(zhí)行機 構 切割過程：啟動機器，先將切割機構回原點，將玻璃板材放置在臺面上，行6 程開關檢測到玻璃后，垂直電動機 M2 正轉驅動切割機構下行直到預設位置，根據(jù)設置寬度參數(shù)驅動縱向電動機 M3 實現(xiàn)定寬度尺寸，然后啟動橫向電動機 M1 驅動生產線水平運動，達到設置長度后縱向電動機 M3 反轉實現(xiàn)定長切割，然后會原點 。 當設定值等 于預置值時，斷開進給電機的接觸器，電磁離合制動器的離合分離，剎車起作用以消除推進系統(tǒng)的慣性，從而實現(xiàn)精準定位。因此控制系統(tǒng)包括三大部分：橫向電動機運動，縱向電動機正反轉運動和垂直電動機正反轉運動。控制系統(tǒng)動作流程圖如 下圖所示： 開 機刀 具 下 降刀 具 縱 向 定 寬生 產 線 橫 向 運動刀 具 定 寬 切 割刀 具 上 升刀 具 定 長 切 割 圖 控制系統(tǒng)動作流程圖 電氣元件的選型 電動機選型 電動機是主要的動力機械，它的應用是非常廣泛的，所以就其全國電動機的總耗電量來說，它是極為可觀的。因此，合理選擇電動機是相當重要的，它直接關系到生產機械的運行安全和投資效益。電動機的選擇內容包括電動機種類、外殼型式、額定電壓、額定轉7 速、額定功率、各項性能等。 采用三相異步電動機控制流水線水平移動和切割刀具的垂直升降運動，利用直流電動機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)的設計任務。流水線的橫向運動是定向單向運動，只需電動機啟停運動即可。切割刀具需要垂直升降運動和正反進給運動，需要啟停和正轉反轉運動。 根據(jù)主電路的要求和控制方式結合以上對電機的各項標準和參數(shù)的介紹可確定主電路所用的元件的型號和參數(shù)。臺面電機的是用來帶動玻璃流水線橫向運動，所選的電機功率要大，轉速稍微低即可。刀架電機用來控制刀片的上下移動，而刀片的移動并不能很快，所以所選的電機轉速要稍微低，雖有蝸輪減速，帶在經濟角度考慮下，可以用轉速小、功率低的電機以節(jié)約成本。刀具進給電機控制材料的進給， 定位須準確，采用直流電機 表 橫向電機 M1 型號參數(shù) 型號 額定電壓 額定 功率 額定電流 轉速 效率 功率因素 最大轉矩 最小轉矩 堵轉轉矩 堵轉電流 額定轉矩 額定轉矩 額定轉矩 額定電流 V kW A r/min % ?cos 倍 倍 倍 倍 Y2112M2 380 4 2890 表 垂直電機 M2 型號參數(shù) 型號 額定電壓 額定 功率 額定電流 轉速 效率 功率因素 最 大轉矩 最小轉矩 堵轉轉矩 堵轉電流 額定轉矩 額定轉矩 額定轉矩 額定電流 V kW A r/min % ?cos 倍 倍 倍 倍 Y2100L28 380 700 表 縱向電機 M3 型號參數(shù) 型號 額定電壓 額定 功率 額定電流 轉速 效率 削弱磁場時最大轉速 飛輪力矩 V kW A r/min % r/min kgm2 Z242 220 750 1500 主電路其他元件選型 主電路的其他元件的選型就為斷路器的選擇、交流接觸的選擇、熔斷器的選擇、中間8 繼電器的選擇 表等各種元件的選擇。元件的選擇對整個設備的性能起到很大的作用，下面是電器元器件選擇方法。 （ 1）刀開關是用來控制設備的總電源，三組熔斷器是防止電流過大而設計的，熱繼電器也有同樣的效果，但是工作原理不同。 KM1 是控制橫向運動電機 M1， KM2 和 KM3 分別是控制垂直運動電機 M2 正反轉， KM4 和 KM5 分別是控制縱向運動電機 M3 的正反轉，KM6 控制激光束的啟停。 KM7 和 KM8 控制電磁離合制動器，剎車時給電機其精確定位的。 （ 2）熔斷器是低壓配電網中的保護元件之一，主要做短路保護用，當通過熔斷器的電流大于規(guī)定值時，以及自產生的熱量使熔體熔化而自動分斷電路。通過熔斷器的熔化特性和熔化特性的配合以及熔斷器與其他電器的配合，在一定的短路范圍內可達到選擇性保護。而在本系統(tǒng)中是在電動機回路中用作短路保護。應考慮到電動機的起動條件，按電動機時間長短選擇熔體的額定電流，對起動時間不長的場合可按下公式決定熔體額定電流 eI ： eI = dI ? ? ?3~ () 對起動時間長或較頻繁起動，按下公式決定電流 eI ： eI = dI ? ? ?~ () 式中， dI 為電動機的起動電流。 FU1 選用 RT1600C 型，其主要技術參數(shù)： 額定電流 16A，額定電壓 500V，額定功率 。 FU2 選用 RT1600C 型，其主要技術參數(shù)： 額定電流 ，額定電壓 500V，額定功率 。 FU3 選用 RT1600C 型，其主要技術參數(shù)： 額定電流 3A，額定電壓 500V，額定功率 （ 3）交流接觸器是一種適用于遠距離頻繁地接通和分斷交流 電路的電器，其主要控制對象是電動機，也可用于控制如電焊機、電容器組、電熱裝置、照明設備等其他負載。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，是用途廣泛的控制電路之一。 隨使用場合及控制對象不同，接觸器的操作條件與工作繁重程度也不同。為了盡可能經濟地、正確地選用接觸器，必須對控制對象的工作情況以及接觸器性能有一較全面的了9 解，不能僅看產品的銘牌數(shù)據(jù)，因接觸器銘牌上所規(guī)定的電壓、電流、控制功率等參數(shù)為某一使用條件下的額定值，選用時應根據(jù)具體使用條件正確選用。 通常，先根據(jù)接觸器的實際使 用類別選用相應的接觸器類型。然后，根據(jù)接觸器控制對象的工作參量（如工作電壓、工作電流、控制功率、操作頻率、工作制等）確定接觸器的容量等級。再按控制電路要求決定接觸器的線圈參數(shù)。用于特殊環(huán)境條件的接觸器應選用派生型產品（如濕熱帶型― TH 或符合防爆、防塵、防滴等使用要求的產品）。 交流接觸器的負載主要可分為電動機負載與非電動機負載（如電熱設備、照明裝置、電容器、電焊機等）兩大類。 本設計中交流接觸器使用屬于電動機負載，且其負載的輕重程度為一般任務型，其操作頻率不高。選用接觸器時只要使被選用接觸器的額定電壓和額定 電流等于或稍大于電動機的額定電壓和額定電流即可。 對特重任務電機，如印刷機、鏜床等，操作頻率很高，可達 600～ 12020 次 /h，經常運行于起動、反接制動、反向等狀態(tài)，接觸器大致可按電壽命及起動電流選用，接觸器型號選 CJl0Z，因此 KM KM KM4～ KM6 選用 CJl0Z 型。AC－ 3 籠型 感應電 動機的啟動、分斷風機，泵等 負載，所以 KM2 選用 AC3 型，其主要技術參數(shù)：額定電壓 AC 380V，額定工作電流 9A，約定發(fā)熱電流 20A，可控三相鼠籠電動機的功率 4kW。 （ 4）熱繼電器是依靠電流通過發(fā)熱元時產生的熱，使雙金屬片受熱，彎曲而推動機構動作的一種電器，主要用于電動機的過載保護，斷相及電流不平衡運行的保護及其他電氣設備設備發(fā)熱狀態(tài)的控制。因此選用時，必須了解被保護對象的工作環(huán)境，起動情況，負載性質，工作制以及電動機允許的過載能力，保護要遵循的原則：應使熱繼電器的安秒特性位于電動機的 過載特性之中，并盡量可能地接近，甚至重合，以充分發(fā)揮電動機的過載能力，同時使電動機在短時過載和起動瞬間（ 5～ 6 eI ）時不受影響。 在熱繼電器的選擇方面還要注意以下的幾點： ① 原則上，熱繼電器的額定電流應按電機的額定電流選擇。 ② 在 不頻繁啟動的場合，要保證熱繼電器不會應電機的啟動而起誤動作。 ③ 當電機為重復短時工作時，首先注意確定熱繼電器的允許操作頻率。 FR FR2 選用 NR2(JR28) 型，其主要技術參數(shù)： 電流等級 13，額定絕緣電壓 690V，具有 斷相保護、溫度補償、手動與自動復位、脫扣指示、測試按鈕、停止按鈕，額定電壓 AC 380V，額定電流 。 電氣元件清單如下表： 10 表 電氣主電路其他元件 元件名稱 元件數(shù)量 元件名稱 元件數(shù)量 刀開關 1個 熔斷器 3組 接觸器 6個 熱繼電器 3組 按鈕 1個 行程開關 3個 電動機 3臺 電磁剎車 2個 根據(jù)控制要求和選型的器件，繪制系統(tǒng)主電路電路圖 所示。 圖 系統(tǒng)主電路圖 控制系統(tǒng)控制電路設計 控制系統(tǒng)的控制電路由 PLC、光電編碼器、按鈕、接觸器和行程開關組成 。按鈕包括啟動按鈕和急停按鈕，用來實現(xiàn)設備的啟動和停止。光電編碼器和電機相連，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。 PLC 的輸出部分為接觸器線圈，控制電動機正反轉運動。 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，控制電路中輸入部分包括： 2 個光電編碼器輸入、一個急停按鈕11 輸入和 3 個行程開關輸入。輸出部分包括：控制電動機啟動停止的 5 個接觸器和激光束開關的接觸器。 PLC 的選型 S7200 不同的 CPU 模塊的性能有較大的差別，在選擇 CPU 模塊時，考慮本機 I/O 點的點數(shù)、通信接口和高速計 數(shù)器數(shù)量，綜合考慮性價比，盡可能降低硬件成本。 根據(jù)控制系統(tǒng) I/O 分配表和所需高速計數(shù)器數(shù)量，考慮性價比的情況下， CPU222 本機數(shù)字量 I/O 共有 8 入 /6 出，具有 HSC0， HSC3～ 5 共 4 路高速計數(shù)器輸入，而且性價比相對較高，因此選擇 CPU222 模塊作為控制部分的 CPU， 選擇接觸器輸出型 PLC，電源選用 AC 電