【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)定，由掛接在 PLC 上的人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)。 軟件方面：根據(jù)設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的梯形圖的設(shè)計(jì)，并利用 S7200 的STEPMicro/WIN32 編程軟件進(jìn)行編程，它可以方便地在 Windows 環(huán)境下對(duì) PLC 進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)控，且編程方便、快捷。 5 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與結(jié)構(gòu)流程圖 系統(tǒng)的控制要求是實(shí)現(xiàn)玻璃的定尺寸切割，即要求 驅(qū)動(dòng)流水線橫向運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī) M1在達(dá)到設(shè)置尺寸后停止運(yùn)動(dòng)，光電編碼器與橫向運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī) M1 同軸連接，電動(dòng)機(jī)的水平驅(qū)動(dòng)位移與光電編碼器的脈沖數(shù)輸出成比例關(guān)系，光電編碼器的輸出與 S7200 CPU 的高速計(jì)數(shù)器輸入相連接，利用高速計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)計(jì)算光電編碼器輸出脈沖數(shù)，通過(guò)計(jì)算即可測(cè)量出橫向運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度。 TD200 實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度寬度尺寸的設(shè)置和顯示功能，人機(jī)界面將設(shè)置的相關(guān)參數(shù)傳遞給 S7200 CPU 的寄存器，執(zhí)行用戶程序計(jì)算當(dāng)前橫向移動(dòng)距離和設(shè)置值的關(guān)系，切割機(jī)構(gòu)根據(jù)限制尺寸實(shí)現(xiàn)切割，待切割完成后，電動(dòng)機(jī) M3 驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)縱向位移，光電編碼器測(cè)量縱向位移的尺寸，當(dāng)設(shè)置尺寸和測(cè)量尺寸相等時(shí)，垂直電動(dòng)機(jī)M2 驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)垂直位移，行程開(kāi)關(guān)限制垂直電動(dòng)機(jī)行程位置，切割機(jī)構(gòu)垂直運(yùn)動(dòng)達(dá)到設(shè)置行程后，完成一次完整的控制任務(wù)，控制系統(tǒng)再次驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行流水線橫向運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)以上控制任務(wù)，控制系統(tǒng)應(yīng)包括三大部分：主電路、控制部分和顯示部分。因此可以設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖如下： T D 2 0 0西 門 子 S 7 2 0 0旋 轉(zhuǎn) 編 碼器行 程 開(kāi)關(guān)M 3M 2M 1旋 轉(zhuǎn) 編 碼器 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖 控制系統(tǒng)主要構(gòu)造及動(dòng)作過(guò)程 主電路表示系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括 電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、 TD200 人機(jī)界面、行程開(kāi)關(guān)和激光切割束。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 切割過(guò)程：?jiǎn)?dòng)機(jī)器，先將切割機(jī)構(gòu)回原點(diǎn)，將玻璃板材放置在臺(tái)面上，行6 程開(kāi)關(guān)檢測(cè)到玻璃后，垂直電動(dòng)機(jī) M2 正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)下行直到預(yù)設(shè)位置，根據(jù)設(shè)置寬度參數(shù)驅(qū)動(dòng)縱向電動(dòng)機(jī) M3 實(shí)現(xiàn)定寬度尺寸，然后啟動(dòng)橫向電動(dòng)機(jī) M1 驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線水平運(yùn)動(dòng)，達(dá)到設(shè)置長(zhǎng)度后縱向電動(dòng)機(jī) M3 反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)切割，然后會(huì)原點(diǎn) 。 當(dāng)設(shè)定值等 于預(yù)置值時(shí)，斷開(kāi)進(jìn)給電機(jī)的接觸器，電磁離合制動(dòng)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。因此控制系統(tǒng)包括三大部分：橫向電動(dòng)機(jī) 運(yùn)動(dòng)，縱向電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和垂直電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)動(dòng)作流程圖如下圖所示： 開(kāi) 機(jī)刀 具 下 降刀 具 縱 向 定 寬生 產(chǎn) 線 橫 向 運(yùn)動(dòng)刀 具 定 寬 切 割刀 具 上 升刀 具 定 長(zhǎng) 切 割 圖 控制系統(tǒng)動(dòng)作流程圖 電氣元件的選型 電動(dòng)機(jī)選型 電動(dòng)機(jī)是主要的動(dòng)力機(jī)械，它的應(yīng)用是非常廣泛的，所以就其全國(guó)電動(dòng)機(jī)的總耗電量來(lái)說(shuō)，它是極為可觀的。因此，合理選擇電動(dòng)機(jī)是相當(dāng)重要的，它直接關(guān)系到生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行安全和投資效益。電動(dòng)機(jī)的選擇內(nèi)容包括電動(dòng)機(jī)種類、外殼型式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)7 速、額定功率、各項(xiàng)性能等。 采用三相異步電動(dòng)機(jī)控制流水線水平移 動(dòng)和切割刀具的垂直升降運(yùn)動(dòng)，利用直流電動(dòng)機(jī)控制切割刀具的定長(zhǎng)定寬切割，實(shí)現(xiàn)玻璃造型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。流水線的橫向運(yùn)動(dòng)是定向單向運(yùn)動(dòng)，只需電動(dòng)機(jī)啟停運(yùn)動(dòng)即可。切割刀具需要垂直升降運(yùn)動(dòng)和正反進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，需要啟停和正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)主電路的要求和控制方式結(jié)合以上對(duì)電機(jī)的各項(xiàng)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(hào)和參數(shù)。臺(tái)面電機(jī)的是用來(lái)帶動(dòng)玻璃流水線橫向運(yùn)動(dòng)，所選的電機(jī)功率要大，轉(zhuǎn)速稍微低即可。刀架電機(jī)用來(lái)控制刀片的上下移動(dòng)，而刀片的移動(dòng)并不能很快，所以所選的電機(jī)轉(zhuǎn)速要稍微低，雖有蝸輪減速，帶在經(jīng)濟(jì)角度考慮 下，可以用轉(zhuǎn)速小、功率低的電機(jī)以節(jié)約成本。刀具進(jìn)給電機(jī)控制材料的進(jìn)給，定位須準(zhǔn)確，采用直流電機(jī) 表 橫向電機(jī) M1 型號(hào)參數(shù) 型號(hào) 額定電壓 額定 功率 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因素 最大轉(zhuǎn)矩 最小轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 V kW A r/min % ?cos 倍 倍 倍 倍 Y2112M2 380 4 2890 表 垂直電機(jī) M2 型 號(hào)參數(shù) 型號(hào) 額定電壓 額定 功率 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因素 最大轉(zhuǎn)矩 最小轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 V kW A r/min % ?cos 倍 倍 倍 倍 Y2100L28 380 700 表 縱向電機(jī) M3 型號(hào)參數(shù) 型號(hào) 額定電壓 額定 功率 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 削弱磁場(chǎng)時(shí)最大轉(zhuǎn)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(duì)整個(gè)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。 （ 1）刀開(kāi)關(guān)是用來(lái)控制設(shè)備的總電源，三組熔斷器是防止電流過(guò)大而設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)電機(jī) M1， KM2 和 KM3 分別是控制垂直運(yùn)動(dòng)電機(jī) M2 正反轉(zhuǎn)， KM4 和 KM5 分別是控制縱向運(yùn)動(dòng)電機(jī) M3 的正反轉(zhuǎn)，KM6 控制激光束的啟停。 KM7 和 KM8 控制電磁離合制動(dòng)器，剎車時(shí)給電機(jī)其精確定位的。 （ 2）熔斷器是低壓配電網(wǎng)中的保護(hù)元件之一，主要做短路保護(hù)用，當(dāng)通過(guò)熔斷器的電流大于規(guī)定值時(shí)，以及自產(chǎn)生的熱量使熔體熔化而自動(dòng)分?jǐn)嚯娐?。通過(guò)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(nèi)可達(dá)到選擇性保護(hù)。而在本系統(tǒng)中是在電動(dòng)機(jī)回路中用作短路保護(hù)。應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)條件，按電動(dòng)機(jī)時(shí)間長(zhǎng)短選擇熔體的額定電流，對(duì)起動(dòng)時(shí)間不長(zhǎng)的場(chǎng)合可按下公式?jīng)Q定熔體額 定電流 eI ： eI = dI ? ? ?3~ () 對(duì)起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)或較頻繁起動(dòng)，按下公式?jīng)Q定電流 eI ： eI = dI ? ? ?~ () 式中， dI 為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。 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 。 FU2 選用 RT1600C 型，其主要技術(shù)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(shù)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(yuǎn)距離頻繁地接通和分?jǐn)嘟涣麟娐返碾娖?，其主要控制?duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用于控制如電焊機(jī)、電容器組、電熱裝置、照明設(shè)備等其他負(fù)載。接觸器具有操作頻率高、使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、性能穩(wěn)定、維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是用途廣泛的控制電路之一。 隨使用場(chǎng)合及控制對(duì)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(jīng)濟(jì)地、正確地選用接觸器，必須對(duì)控制對(duì)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(chǎn)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(shí)應(yīng)根據(jù)具體使用條件正確選用。 通常，先根據(jù)接觸器的實(shí)際使用類別選用相應(yīng)的接觸器類型。然后，根據(jù)接觸器控制對(duì)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(jí)。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(yīng)選用派生型產(chǎn)品（如濕熱帶型― TH 或符合防爆、防塵、防滴等使用要求的產(chǎn)品）。 交流接觸器的負(fù)載主要可分為電動(dòng)機(jī)負(fù)載與非電動(dòng)機(jī)負(fù)載（如電熱設(shè)備、照明裝置、電容器、電焊機(jī)等）兩大類。 本設(shè)計(jì)中交流接觸器使用屬于電動(dòng)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。選用接觸器時(shí)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(dòng)機(jī)的額定電壓和額定電流即可。 對(duì)特重任務(wù)電機(jī)，如印刷機(jī)、鏜床等，操作頻率很高，可達(dá) 600～ 12021 次 /h，經(jīng)常運(yùn)行于起動(dòng)、反接制動(dòng)、反向等狀態(tài)，接觸器大致可按電壽命及起動(dòng)電流選用，接觸器型號(hào)選 CJl0Z，因此 KM KM KM4～ KM6 選用 CJl0Z 型。AC－ 3 籠型 感應(yīng)電 動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、分?jǐn)囡L(fēng)機(jī)，泵等 負(fù)載，所以 KM2 選用 AC3 型，其主要技術(shù)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(dòng)機(jī)的功率 4kW。 （ 4）熱繼電器是依靠電流通過(guò)發(fā)熱元時(shí)產(chǎn)生的熱，使雙金屬片受熱，彎曲而推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的一種電器，主要用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，斷相及電流不平衡運(yùn)行的保護(hù)及其他電氣設(shè)備設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。因此選用時(shí)，必須了解被保護(hù)對(duì)象的工作環(huán)境，起動(dòng)情況，負(fù)載性質(zhì)，工作制以及電動(dòng) 機(jī)允許的過(guò)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(dòng)機(jī)的過(guò)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(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)在短時(shí)過(guò)載和起動(dòng)瞬間（ 5～ 6 eI ）時(shí)不受影響。 在熱繼電器的選擇方面還要注意以下的幾點(diǎn)： ① 原則上，熱繼電器的額定電流應(yīng)按電機(jī)的額定電流選擇。 ② 在 不頻繁啟動(dòng)的場(chǎng)合，要保證熱繼電器不會(huì)應(yīng)電機(jī)的啟動(dòng)而起誤動(dòng)作。 ③ 當(dāng)電機(jī)為重復(fù)短時(shí)工作時(shí)，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(shù)參數(shù)： 電流等級(jí) 13，額定絕緣電壓 690V，具有斷相保護(hù)、溫度補(bǔ)償、手動(dòng)與自動(dòng)復(fù)位、脫扣指示、測(cè)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(kāi)關(guān) 1個(gè) 熔斷器 3組 接觸器 6個(gè) 熱繼電器 3組 按鈕 1個(gè) 行程開(kāi)關(guān) 3個(gè) 電動(dòng)機(jī) 3臺(tái) 電磁剎車 2個(gè) 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(shè) 計(jì) 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(kāi)關(guān)組成。按鈕包括啟動(dòng)按鈕和急停按鈕，用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟動(dòng)和停止。光電編碼器和電機(jī)相連，光電編碼器的 A 相與 PLC 高速計(jì)數(shù)器輸入端相連接，利用高速計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)定寬切割。 PLC 的輸出部分為接觸器線圈，控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，控制電路中輸入部分包括： 2 個(gè)光電編碼器輸入、一個(gè)急停按鈕11 輸入和 3 個(gè)行程開(kāi)關(guān)輸入。輸出部分包括：控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)停止的 5 個(gè)接觸器和激光束開(kāi)關(guān)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(shí)，考慮本機(jī) I/O 點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)、通信接口和高速計(jì)數(shù)器數(shù)量，綜合考慮性價(jià)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(jì)數(shù)器數(shù)量，考慮性價(jià)比的情況下， CPU222 本機(jī)數(shù)字量 I/O 共有 8 入 /6 出，具有 HSC0， HSC3～ 5 共 4 路高速計(jì)數(shù)器輸入，而且性價(jià)比相對(duì)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 電源 。 根據(jù)系統(tǒng)控制要求， I/O 點(diǎn)分配情況如 表 所示 ： 表 I/O 分配表 I/O 分配表 輸入 I 輸出 Q 輸入器件 符號(hào) I 輸出器件 符號(hào) Q 動(dòng)作 橫向編碼器 A相 接觸器 KM1 主軸進(jìn)給 縱向編碼器 A相 接觸器 KM2 升降電機(jī)上升 急停按鈕 SB1 接觸器 KM3 升降電機(jī)下降 上限開(kāi)關(guān) SQ1 接觸器 KM4 刀具電機(jī)正轉(zhuǎn) 下限開(kāi)關(guān) SQ2 接觸器 KM5 刀具電機(jī)反轉(zhuǎn) 行程開(kāi)關(guān) SQ3 接觸器 KM6 激光束啟停 高速計(jì)數(shù)器 普通計(jì)數(shù)器受 CPU 掃描速度的影響，是按照 順序掃描的方式進(jìn)行工作，在每個(gè)掃描周期中，對(duì) 計(jì)數(shù) 脈沖只能進(jìn)行一次累加：對(duì)于脈沖信號(hào)的頻率比 PLC 的掃描頻率高時(shí)，如果仍采用普通計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加，必然會(huì)丟失很多輸入脈沖信號(hào)，在 PLC 中對(duì)比掃描頻率高的輸入信號(hào)的計(jì)數(shù)也可使用高速計(jì)數(shù)器指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。 S7200 PLC 有六個(gè)高速計(jì)數(shù)器，其占有的輸入端子各不相同，且不同的輸入端有專用的功能，如：時(shí)鐘脈沖端、方向控制端、復(fù)位端、啟動(dòng)端等。高速計(jì)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。 高速計(jì)數(shù)器有四種計(jì)數(shù)方式： （ 1）單路脈沖輸入的內(nèi)部方向控制加 /減計(jì)數(shù)：即只有一個(gè)脈沖輸入端，通過(guò)高速計(jì)數(shù)器的控制字節(jié)的第 3 位來(lái)控制做加計(jì)數(shù)或者減計(jì)數(shù)。該位為 1，加計(jì)數(shù)；該位為 0，減計(jì)數(shù)。 （ 2）單路脈沖輸入的外部方向