【文章內(nèi)容簡介】 尺寸的板料，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開卷、定長送料和自動(dòng)剪切，其生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)，適合較大規(guī)模生產(chǎn)。但是傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備與系統(tǒng)多以機(jī)械為主，是電氣液壓或氣動(dòng)控制的機(jī)械設(shè)備，存在送料不夠精確、生產(chǎn)效率低下等諸多不足，已不能滿足所有的生產(chǎn)需要。隨著工業(yè)水平的不斷發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備已逐步地由手動(dòng)操作改為能夠進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的自動(dòng)控制 [1]。本文設(shè)計(jì)的 PLC 控制系統(tǒng)，使用了雙速電動(dòng)機(jī)及變頻裝置，充分發(fā)揮其控制精度高、響應(yīng)速度快和運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，有效地提高剪切的精度和效率，提升生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的高速發(fā)展，如何采用先進(jìn)的控制技術(shù)設(shè)計(jì)性價(jià)比優(yōu)異的剪切控制系統(tǒng)，是人們關(guān)注的焦點(diǎn)?？删幊踢壿嬁刂破魇且环N綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的自動(dòng)控制裝置，具有高可靠性，控制功能極強(qiáng)，編程方便、易于使用等特點(diǎn)。將可編程序控制器應(yīng)用于定位剪生產(chǎn)線，這樣可以把計(jì)算機(jī)功能完備、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制簡單、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，符合我國國情的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑?！《ㄎ患艄I(yè)控制的研究及發(fā)展現(xiàn)狀 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，定位剪生產(chǎn)線應(yīng)用十分廣泛。它能將金屬卷料加工成一定尺寸的板料，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開卷、定長送料和自動(dòng)剪切，其生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)，適合較大規(guī)模生產(chǎn)。由于定位剪生產(chǎn)線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，整個(gè)過程必須按一定的節(jié)拍控制精確度動(dòng)作，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)復(fù)雜，功能不完善、效率低、可靠性差；自動(dòng)化程度不高，安全系數(shù)低，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要 [2]。隨著近幾年的發(fā)展，PLC 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)與控制系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)很好的結(jié)合起來．而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn)，較好地解決了這些問題,充分發(fā)揮其控制精度高、響應(yīng)速度快和運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，有效地提高剪切的精度石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2和效率，提升生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用越來越廣泛。　論文研究內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)題目：定位剪 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：以 PLC 為控制核心 ,結(jié)合繼電接觸器及位置傳感器等設(shè)計(jì)定位剪 PLC 控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)并繪制自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)硬件接線圖；設(shè)計(jì)并繪制電氣控制外部接線圖(PLC控制 I/O 接線圖 )，列出 I/O 對照表；設(shè)計(jì) I/O 電路，選擇電器元件；繪制電氣原理圖及梯形圖，編制 PLC 程序。設(shè)計(jì)目的：（1）熟練掌握 PLC 的指令系統(tǒng)，學(xué)會(huì)一些特殊設(shè)備在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。（2）能使用 PLC 軟件編程，本設(shè)計(jì)采用三菱的 FX2N 軟件。（3）通過設(shè)計(jì)牢固掌握設(shè)計(jì)梯形圖的方法、步驟及繪制梯形圖所遵循的規(guī)則和設(shè)計(jì)技巧，學(xué)會(huì)順序控制程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。（4）能夠繪制傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣圖。（5）學(xué)會(huì) PLC 輸入/輸出點(diǎn)的分配、接線 ，對 PLC 有系統(tǒng)的了解。設(shè)計(jì)要求：實(shí)現(xiàn)定位剪生產(chǎn)線開卷電機(jī)、喂料電機(jī)、剪切電機(jī)、運(yùn)料小車、軌道電機(jī)的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)板材剪切長度和剪切張數(shù)的檢測和手動(dòng)方式對各個(gè)電機(jī)進(jìn)行手動(dòng)操作,以便調(diào)試時(shí)使用。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3第 2 章 定位剪的結(jié)構(gòu)原理及控制要求　定位剪的結(jié)構(gòu)原理　定位剪的結(jié)構(gòu)定位剪是一種精確控制金屬板料加工尺寸，將大塊卷筒板料進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)剪切加工，并由運(yùn)料小車運(yùn)送到下一工序的自動(dòng)加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)及原理如圖 21 所示。設(shè)備由開卷、喂料、剪切、自動(dòng)傳送四個(gè)部分組成，分別由開卷電動(dòng)機(jī) D喂料電動(dòng)機(jī) D飛輪電動(dòng)機(jī) D送料小車電動(dòng)機(jī) D軌道電動(dòng)機(jī) D5 五臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。采用 1 個(gè)光電編碼器和 4 個(gè)開關(guān)來檢測各部分的工作狀態(tài)。其中，光電編碼器 PL用來確定板料剪切長度，限位開關(guān) 1K 和 2K 用來檢測運(yùn)料小車是否到達(dá)左、右極限位置，剪刀落下檢測開關(guān) 4K 檢測剪刀的狀態(tài)，鋼板通過開關(guān) 3K 控制軌道電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備未投入工作時(shí)，運(yùn)料小車左極限限位開關(guān) 1K 閉合，運(yùn)料小車右極限限位開關(guān) 2K、鋼板通過開關(guān) 3K、剪刀落下檢測開關(guān) 4K 均斷開。 　定位剪的工作原理在自動(dòng)方式下，按下自動(dòng)起動(dòng)按鈕，開卷電機(jī) D1 和喂料電機(jī) D2 通電運(yùn)轉(zhuǎn)，把鋼板送入剪切處，且同時(shí)飛輪電機(jī) D3 也開始通電運(yùn)轉(zhuǎn)，給剪刀提供勢能。此時(shí)通過光電編碼器 PL 測量鋼板長度,即 mm 發(fā)射一個(gè)脈沖。為了保證鋼板剪切的長度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在鋼板達(dá)到 145 mm 前保持高速旋轉(zhuǎn) ,使鋼板快速接近剪切處；達(dá)到145 mm 后，其變?yōu)榈退龠\(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)鋼板長度達(dá)到設(shè)定值 150 mm 時(shí),開卷電機(jī) D1 和喂料電機(jī) D2 停止,同時(shí)電磁離合器 DT 得電吸合,剪刀落下進(jìn)行剪板。當(dāng)剪刀落下時(shí)，4K 行程開關(guān)壓合,電磁離合器 DT 失電剪刀回到原位 （即重新抬起），同時(shí)開卷電機(jī)圖 21　定位剪生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4D1 和喂料電機(jī) D2 通電旋轉(zhuǎn),再把鋼板向前送入剪切處進(jìn)行剪切。當(dāng)剪切的鋼板數(shù)達(dá)到預(yù)定張數(shù) 50 張時(shí)，此時(shí)開卷電機(jī) D1 和喂料電機(jī) D2 停轉(zhuǎn),同時(shí)電磁離合器 DT 也失電,使剪刀回到原位（即重新抬起），運(yùn)料小車 D4 運(yùn)轉(zhuǎn)使小車向右運(yùn)行,當(dāng)運(yùn)行到位時(shí)壓合行程開關(guān) 2K，小車電機(jī) D4 停止運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)小車上軌道電機(jī) D5 通電運(yùn)轉(zhuǎn),把其上面的鋼板向右傳輸?shù)较乱粋€(gè)工序的料道臺(tái)上。當(dāng)鋼板通過該平臺(tái)時(shí)壓合行程開關(guān) 3K，使小車上軌道電機(jī) D5 停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)運(yùn)料小車電機(jī) D4 得電運(yùn)轉(zhuǎn)，使小車向左運(yùn)行。返回到位后小車壓合行程開關(guān) 1K，使小車電機(jī) D4 斷電停轉(zhuǎn)，小車停止。此時(shí)開卷電機(jī) D1 和喂料電機(jī) D2 再次通電旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一組剪切動(dòng)作，如此循環(huán)自動(dòng)運(yùn)行。手動(dòng)方式則是分別對送料、剪切、送料小車左行、送料小車右行、軌道電機(jī)運(yùn)行設(shè)置起動(dòng)按鈕對各個(gè)電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作以便調(diào)試時(shí)使用 [3]?！∠到y(tǒng)的主要控制要求 （1）上電后，檢測各部分的工作狀態(tài)，控制各部分處于初始位置。 （2）送料，由控制電機(jī)控制送料機(jī)構(gòu)，將待剪板料自動(dòng)傳送到位。 （3）剪切，當(dāng)剪板料長度達(dá)到設(shè)定值后由飛輪電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)剪刀進(jìn)行剪切。（4）運(yùn)料小車的運(yùn)行，包括卸載后自動(dòng)返回。（5）軌道電機(jī)將鋼板傳送到下一個(gè)工序的料道臺(tái)上。（6）剪切板料的尺寸確定，自動(dòng)計(jì)數(shù)。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5第 3 章　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)　PLC 的選型工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是 PLC 選型的主要依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)中需要 12 個(gè)輸入端口，13 個(gè)輸出端口。其中輸出端中有 2 個(gè)輸出給變頻器用以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，為了保證輸出端的 COM 端不會(huì)交叉連接，所以選擇了 32 點(diǎn)的 I/O 點(diǎn)數(shù)的 PLC，其輸出不僅要驅(qū)動(dòng)變頻器，而且要驅(qū)動(dòng)電磁離合器，屬于是既有交流負(fù)載，又有直流負(fù)載，所以應(yīng)選擇繼電器輸出方式。經(jīng)綜合考慮，選擇日本三菱公司的 PLC 進(jìn)行控制，F(xiàn)X 2N 系列 PLC 的基本單元見表 31。本設(shè)計(jì)選用的 PLC 型號(hào)為 FX2N32MR。FX 2N32MR 速度塊功能強(qiáng)，它的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá) , 內(nèi)置的用戶存儲(chǔ)器為 8K 步。I/O 點(diǎn)最多可擴(kuò)展到 32 個(gè)，并提供多種特殊功能模塊或功能擴(kuò)展板，可實(shí)現(xiàn)多軸定位控制，機(jī)內(nèi)有實(shí)時(shí)鐘。每個(gè) FX2N 的基本單元可擴(kuò)展 8 個(gè)特殊單元。通過通信擴(kuò)展板或特殊適配器可實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，如 CCLink，ASIPROFIBUS，Deviee 等開放式網(wǎng)絡(luò)通信，RS232C， RS422C 和 RS485 通信，并行鏈接，計(jì)算機(jī)鏈接和 I/O 鏈接 [4]。表 31　FX 2N系列 PLC 的基本單元型 號(hào) 繼電器輸出 　晶體管輸出 晶閘管輸出輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 　　擴(kuò)展模塊可（DC24V,點(diǎn)） ?。≧、T，點(diǎn)） 用點(diǎn)數(shù)（點(diǎn)）FX2N16MR FX2N16MT FX2N16MS 8 8 24～32FX2N32MR FX2N32MT FX2N32MS 16 16 24～32FX2N48MR FX2N48MT FX2N48MS 24 24 48～120FX2N64MR FX2N64MT FX2N64MS 32 32 48～120FX2N80MR FX2N80MT FX2N80MS 40 40 48～120FX2N128MR FX2N128MT 64 64 48～120 本設(shè)計(jì)中輸入點(diǎn)設(shè)置為 12 個(gè)，輸出點(diǎn)設(shè)置為 13 個(gè)，為了滿足設(shè)計(jì)的控制要求選用了 FX2N32MR 型，其硬件電路如圖 31 所示。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)6圖 31　定位剪 PLC 控制系統(tǒng)硬件接線圖　傳感器的設(shè)計(jì)傳 感 器 是 一 種 檢 測 裝 置 ， 能 感 受 到 被 測 量 的 信 息 ， 并 能 將 檢 測 感 受 到 的 信 息 ，按 一 定 規(guī) 律 變 換 成 為 電 信 號(hào) 或 其 他 所 需 形 式 的 信 息 輸 出 ， 以 滿 足 信 息 的 傳 輸 、 處理 、 存 儲(chǔ) 、 顯 示 、 記 錄 和 控 制 等 要 求 。 它 是 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 檢 測 和 自 動(dòng) 控 制 的 首 要 環(huán)節(jié) [5]。新 技 術(shù) 革 命 的 到 來 ， 世 界 開 始 進(jìn) 入 信 息 時(shí) 代 。 在 利 用 信 息 的 過 程 中 ， 首 先 要解 決 的 就 是 如 何 獲 取 準(zhǔn) 確 可 靠 的 信 息 ， 比 如 ， 在 現(xiàn) 代 工 業(yè) 生 產(chǎn) 尤 其 是 自 動(dòng) 化 生產(chǎn) 過 程 中 ， 要 用 各 種 傳 感 器 來 監(jiān) 視 和 控 制 生 產(chǎn) 過 程 中 的 各 個(gè) 參 數(shù) ， 使 設(shè) 備 工 作 在正 常 狀 態(tài) 或 最 佳 狀 態(tài) ， 并 使 產(chǎn) 品 達(dá) 到 最 好 的 質(zhì) 量 。 可 見 ， 傳 感 器 是 獲 取 自 然 和生 產(chǎn) 領(lǐng) 域 中 信 息 的 主 要 途 徑 與 手 段 。 如 果 沒 有 眾 多 的 優(yōu) 良 的 傳 感 器 ， 現(xiàn) 代 化 生產(chǎn) 也 就 失 去 了 基 礎(chǔ) 。顯 然 ， 要 獲 取 大 量 人 類 感 官 無 法 直 接 獲 取 的 信 息 ， 沒 有 相 適 應(yīng) 的 傳 感 器 是 不可 能 的 。 許 多 基 礎(chǔ) 科 學(xué) 研 究 的 障 礙 ， 首 先 就 在 于 對 象 信 息 的 獲 取 存 在 困 難 ， 而 一些 新 機(jī) 理 和 高 靈 敏 度 的 檢 測 傳 感 器 的 出 現(xiàn) ， 往 往 會(huì) 導(dǎo) 致 該 領(lǐng) 域 內(nèi) 的 突 破 。 一 些 傳石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)7感 器 的 發(fā) 展 往 往 是 一 些 邊 緣 學(xué) 科 開 發(fā) 的 先 驅(qū) ?！」怆娋幋a器的設(shè)計(jì)　光電編碼器的原理光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)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(hào) [6]，其原理示意圖如圖 32 所示；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖 32　光電編碼器的原理圖　光電編碼器的選型在光電編碼器的使用過程中，對于其技術(shù)規(guī)格通常會(huì)提出不同的要求，其中最關(guān)鍵的就是它的分辨率、精度、輸出信號(hào)的穩(wěn)定性、響應(yīng)頻率、信號(hào)輸出形式。 （1）分辨率，光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周所產(chǎn)生的輸出信號(hào)基本周期數(shù)來表示的，即脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（PPR）。根據(jù)不同的應(yīng)用對象，可選擇分辨率通常在 500～6000PPR 的增量式光電編碼器， （2）精度，精度是一種度量在所選定的分辨率范圍內(nèi)，確定任一脈沖相對另一脈沖位置的能力。（3）輸出信號(hào)的穩(wěn)定性，編碼器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性是指在實(shí)際運(yùn)行條件下，保持規(guī)定精度的能力。影響編碼器輸出信號(hào)穩(wěn)定性的主要因素是溫度對電子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力以及光源特性的變化。 （4）響應(yīng)頻率，編碼器輸出的響應(yīng)頻率取決于光電檢測器件、電子處理線路的響應(yīng)速度。（5）信號(hào)輸出形式，推挽式輸出方式由上下兩個(gè) NPN 型的三極管組成，當(dāng)其中一個(gè)三極管導(dǎo)通時(shí)，另外一個(gè)三極管則關(guān)斷。電流通過輸出側(cè)的兩個(gè)晶體管向兩個(gè)方向流入，并始終輸出電流。因此它阻抗低，而且不太受噪聲和變形波的影響，主要應(yīng)石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)8用領(lǐng)域有自動(dòng)化設(shè)備、切割機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械和針織機(jī)械等。下表 32是 EPC755A 型光電編碼器的主要參數(shù)。表 32　EPC755A 型光電編碼器的主要參數(shù)主要參數(shù) 參數(shù)說明輸入電壓 0～70℃和 0～85℃時(shí)為 ～0～100℃時(shí)為 ～輸入電流 最大無負(fù)載電流為 1