【文章內(nèi)容簡介】 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(qū)動流水線橫向運動的電動機 M1在達到設(shè)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(qū)動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(shè)置和顯示功能，人機界面將設(shè)置的相關(guān)參數(shù)傳遞給 S7200 CPU 的寄存器，執(zhí)行用戶程序計算當(dāng)前橫向移動距離和設(shè)置值的關(guān)系，切割機構(gòu)根據(jù)限制尺寸實現(xiàn)切割，待切割完成后，電動機 M3 驅(qū)動切割機構(gòu)實現(xiàn)縱向位移，光電編碼器測量縱向位移的尺寸，當(dāng)設(shè)置尺寸和測量尺寸相等時， 垂直電動機M2 驅(qū)動切割機構(gòu)垂直位移，行程開關(guān)限制垂直電動機行程位置，切割機構(gòu)垂直運動達到設(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)動電機進行流水線橫向運動。實現(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)造及動作過程 主電路表示系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)，包括電動機、光電編碼器、 TD200 人機界面、行程開關(guān)和激光切割束。 執(zhí)行機構(gòu) 切割過程：啟動機器，先將切割機構(gòu)回原點，將玻璃板材放置在臺面上，行6 程開關(guān)檢測到玻璃后，垂直電動機 M2 正轉(zhuǎn)驅(qū)動切割機構(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(qū)動生產(chǎn)線水平運動，達到設(shè)置長度后縱向電動機 M3 反轉(zhuǎn)實現(xiàn)定長切割，然后會原點 。 當(dāng)設(shè)定值等 于預(yù)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(zhuǎn)運動和垂直電動機正反轉(zhuǎn)運動?？刂葡到y(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(chǎn) 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(yīng)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(dāng)重要的，它直接關(guān)系到生產(chǎn)機械的運行安全和投資效益。電動機的選擇內(nèi)容包括電動機種類、外殼型式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)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(shè)計任務(wù)。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(zhuǎn)反轉(zhuǎn)運動。 根據(jù)主電路的要求和控制方式結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速要稍微低，雖有蝸輪減速，帶在經(jīng)濟角度考慮下，可以用轉(zhuǎn)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(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 M2 型號參數(shù) 型號 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 M3 型號參數(shù) 型號 額定電壓 額定 功率 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 削弱磁場時最大轉(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。 （ 1）刀開關(guān)是用來控制設(shè)備的總電源，三組熔斷器是防止電流過大而設(shè)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(zhuǎn)， KM4 和 KM5 分別是控制縱向運動電機 M3 的正反轉(zhuǎn)，KM6 控制激光束的啟停。 KM7 和 KM8 控制電磁離合制動器，剎車時給電機其精確定位的。 （ 2）熔斷器是低壓配電網(wǎng)中的保護元件之一，主要做短路保護用，當(dāng)通過熔斷器的電流大于規(guī)定值時，以及自產(chǎn)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(nèi)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(yīng)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?jīng)Q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?jīng)Q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(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(shè)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(jīng)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(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(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）。 交流接觸器的負載主要可分為電動機負載與非電動機負載（如電熱設(shè)備、照明裝置、電容器、電焊機等）兩大類。 本設(shè)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(wù)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(wù)電機，如印刷機、鏜床等，操作頻率很高，可達 600～ 12022 次 /h，經(jīng)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(yīng)電 動機的啟動、 分斷風(fēng)機，泵等 負載，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，可控三相鼠籠電動機的功率 4kW。 （ 4）熱繼電器是依靠電流通過發(fā)熱元時產(chǎn)生的熱，使雙金屬片受熱，彎曲而推動機構(gòu)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(shè)備設(shè)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(zhì)，工作制以及電動機允許的過載能力，保護要遵循的原則：應(yīng)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(yīng)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(yīng)電機的啟動而起誤動作。 ③ 當(dāng)電機為重復(fù)短時工作時，首先注意確定熱繼電器的允許操作頻率。 FR FR2 選用 NR2(JR28) 型，其主要技術(shù)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(fù) 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(guān) 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(guān) 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(shè)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(guān)組成。按鈕包括啟動按鈕和急停按鈕，用 來實現(xiàn)設(shè)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(zhuǎn)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(guān)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(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，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 電源 。 根據(jù)系統(tǒng)控制要求， I/O 點分配情況如 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 I 輸出器件 符號 Q 動作 橫向編碼器 A 相 接觸器 KM1 主軸進給 縱 向編碼器 A 相 接觸器 KM2 升降電機上升 急停按鈕 SB1 接觸器 KM3 升降電機下降 上限開關(guān) SQ1 接觸器 KM4 刀具電機正轉(zhuǎn) 下限開關(guān) SQ2 接觸器 KM5 刀具電機反轉(zhuǎn) 行程開關(guān) SQ3 接觸器 KM6 激光束啟停 高速計數(shù)器 普通計數(shù)器受 CPU 掃描速度的影響，是按照順序掃描的方式進行工作，在每個掃描周期中，對 計數(shù) 脈沖只能進行一次累加：對于脈沖信號的頻率比 PLC 的掃描 頻率高時，如果仍采用普通計數(shù)器進行累加，必然會丟失很多輸入脈沖信號，在 PLC 中對比掃描頻率高的輸入信號的計數(shù)也可使用高速計數(shù)器指令來實現(xiàn)。 S7200 PLC 有六個高速計數(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：時鐘脈沖端、方向控制端、復(fù)位端、啟動端等。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。 高速計數(shù)器有四種計數(shù)方式： （ 1）單路脈沖輸入的內(nèi)部方向控制加 /減計數(shù)：即只有一個脈沖輸入端，通過高速計數(shù)器的控制字節(jié)的第 3 位來控制做加計數(shù)或者減計數(shù)。該位為 1，加 計數(shù)；該位為 0，減計數(shù)。 （ 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)。如圖所示為外部方向控制的單路加 /減計數(shù)。該計數(shù)方式可調(diào)用當(dāng)前值等預(yù)設(shè)值中斷和外部輸入方向改變的中斷。 （ 3）兩路脈沖輸入的單相加 /減計數(shù)。即有兩個脈沖輸入端，一個是加計數(shù)脈沖，一個是減計數(shù)脈沖，計數(shù)值為兩個輸入端脈沖的代數(shù)和，該計數(shù)方式可調(diào)用當(dāng)前值等預(yù)設(shè)值中斷和