【正文】 電 壓 V 380轉(zhuǎn) 速 r/min 920效 率 % 76最 大 轉(zhuǎn) 矩 N*m 堵 轉(zhuǎn) 電 流 A 表 311　 Q43630 型剪切刀的主要參數(shù)表 310　Y2100L6 型電動機的主要參數(shù)石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計15動作原理：與按鈕類似，所不同的是：一個是手動，另一個則由運動部件的撞塊碰撞。當(dāng)運動機械的擋鐵撞到行程開關(guān)的頂桿 1 時，頂桿受壓觸動使常閉觸頭 3斷開，常開觸頭 5 閉合；頂桿上的擋鐵移走后，頂桿在彈簧 2 作用下復(fù)位，各觸頭回至原始通斷狀態(tài)。需要注意的是，其觸點的分合速度取決于生產(chǎn)機械的運行速度，不宜用于速度低于 。圖 33　直動式行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖本設(shè)計所選位置開關(guān)為 DPS21 直動式位置開關(guān)。 其特點是防潮密封，可過行程，回差小，無源工作。DPS21 直動式位置開關(guān)具體型號參照表見表 312。表 312　位置開關(guān)選型參照表 　電氣控制的設(shè)計　主回路電路圖電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而得到迅速發(fā)展的。從最早的手動控制到自動控制，從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制設(shè)備，石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計16從易觸電的硬接線繼電控制系統(tǒng)發(fā)展到以計算機系統(tǒng)為中心的軟件控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計數(shù)機、自動控制、電子技術(shù)、精密測量等許多先進的科學(xué)技術(shù)成果。作為生產(chǎn)機械動力的電機拖動，已有最早的采用成組拖動方式—單獨拖動方式生產(chǎn)機械的不同運動部件分別由不同的電機拖動的方式，發(fā)展成今天無論是自動化功能還是生產(chǎn)安全性方面都相當(dāng)完善的電氣自動化系統(tǒng)。繼電器接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護容易、抗干擾能力強等優(yōu)點，至今仍是機床和其它許多機械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)更先進電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這種控制系統(tǒng)的缺點是采用固定接線方式，靈活性差，觸電易損壞，可靠性差，工作效率較低。此次設(shè)計主要是針對開卷電動機 D喂料電動機 D飛輪電動機 D送料小車電動機 D軌道電動機 D5 五臺電動機電機進行電氣控制，如圖 34 所示。圖 3４　主回路電路圖　主回路的分析如圖 34 所示，開卷電機 D1 通過接觸器 KM0 來控制電機的運行和停止，通過熔斷器 FU1 和熱繼電器 FR1 對電路進行短路和過載保護。喂料電機 D2 為雙速電機要實現(xiàn)高速、低速運行則須接成圖 34 所示電路的三角形與雙星連接法 [9]。當(dāng)接觸器 KMKM2 接通時，D2 的整個電路接成雙星形接法，石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計17使電機高速運轉(zhuǎn)。當(dāng)接觸器 KM3 接通時，整個電路接成三角形接法，使電機低速運轉(zhuǎn)。在板料達到 145 mm 前保持高速旋轉(zhuǎn),達到 145 mm 后，為了保證剪切精度使其變?yōu)榈退龠\轉(zhuǎn)，同時通過熔斷器 FU2 和熱繼電器 FRFR3 對電路進行短路和過載保護。當(dāng)板料達到設(shè)定長度時，喂料電機停止運行。飛輪電機 D3，由于其功率較大，通常采用 Y△起動方式。要實現(xiàn) Y△起動，則需接成圖 34 所示電路，當(dāng)接觸器 KM4 和 KM6 接通時，D3 電機 Y 形起動，延時 30 秒后，KM6 斷開，接觸器 KMKM5 接通，D 3 電機△運行。Y △起動的優(yōu)點是 Y 形起動電流只是原來△起動電流的 1/3。因此，起動電流特性好，從而減少了起動電流對電網(wǎng)的影響。并且通過熔斷器 FU3 和熱繼電器 FRFR5 對電路進行短路和過載保護。電磁離合器 DT 為剪切刀的制動抱閘，當(dāng)剪刀剪下板料時，4K 行程開關(guān)壓合，電磁離合器 DT 失電，飛輪電機停止運行，剪刀回到原位。送料小車電機 D4 要實現(xiàn)左行右行的功能，要按照圖 34 所示接法，通過電機的正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，當(dāng)接觸器 KM8 接通時電機正轉(zhuǎn)，小車左行。當(dāng)接觸器 KM9 接通時電機反轉(zhuǎn)，小車右行。為了保證小車能夠平穩(wěn)停車，采用了變頻器對其轉(zhuǎn)速進行控制，當(dāng)小車將要到達左右極限位置時，是小車緩慢行駛。同時通過熔斷器 FU4 和熱繼電器 FR6 對電路進行短路和過載保護。軌道電機 D5 通過接觸器 KM10 得電來控制電機的運行，當(dāng)板料通過下一道工序料道臺時壓合行程開關(guān) 3K，使接觸器 KM10 失電，電動機停止。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計18第 4 章　可編程控制器及順序控制　可編程控制器　可編程控制器的簡介PLC（Programmable Logic Controller），是可編程邏輯控制器的縮寫。它是一種以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、電器控制技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，由 CPU（中央處理單元）、存儲器、輸人輸出模塊、可編程器和電源五大部分組成。它的 CPU 采取掃描方式工作，每一次掃描完成以下工作：（1）將現(xiàn)場的開關(guān)量輸人信號和數(shù)據(jù)分別讀人輸人映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。（2）逐條讀人后解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)控制信號去控制相關(guān)電路，完成數(shù)據(jù)存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運算結(jié)果更新各個相關(guān)寄存器內(nèi)容。（3）將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)載。 　可編程控制器應(yīng)用領(lǐng)域 經(jīng)過幾十年的工業(yè)應(yīng)用，PLC 特點已越來越為廣大業(yè)界人士認(rèn)識和接受，使得PLC 迅速滲透到工業(yè)控制的各領(lǐng)域，包括從單機到工廠自動化，從機器人、柔性制造系統(tǒng)到工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)等等。仔細來分，PLC 大致有如下幾個應(yīng)用領(lǐng)域 [10]：（1）開關(guān)量的邏輯控制，PLC 取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制。 （2）運動控制，PLC 可用于對直線運動或圓周運動的控制，PLC 的運動控制功能廣泛地用于各種機械。（3）閉環(huán)過程控制，PLC 對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制應(yīng)用十分廣泛。（4）數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用在大、中型控制系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。（5）機器人控制，現(xiàn)在許多機器人制造公司選用 PLC作為機器人控制器來控制各種機械動作。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計19　可編程控制器發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢目前，全世界約有 PLC 生產(chǎn)廠家約 200 家，生產(chǎn) 300 多個品種。隨著 PLC 與IPC、DCS 集成， PLC 逐漸成為占自動化裝置及過程控制系統(tǒng)最大市場份額的產(chǎn)品。在全球 PLC 制造商中，根據(jù)美國 Automation Research Corp（ARC）調(diào)查，世界PLC 領(lǐng)導(dǎo)廠家的五霸為 Siemens（西門子）公司、AllenBradley（A B）公司、Schneider（施耐德 ）公司、 Mitsubishi（三菱）公司和 Omron（歐姆龍）公司。隨著PLC 體積進一步縮小，功能進一步增強，PLC 在機器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。根據(jù)國外資料統(tǒng)計，在工業(yè)控制中 80%都采用 PLC 來完成。因為順序控制是工控不可缺少的一環(huán)，幾乎任何一個過程控制和生產(chǎn)管理都是有步驟地進行的，因此都可以采用 PLC。而在我國由于 PLC 發(fā)展水平的限制，使用 PLC 進行自動控制，至今還沒有形成主流。今后，PLC 將主要朝著以下兩個方向發(fā)展：一方面是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展；另一方面是向高速多功能和分布式自動化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展?！〔竭M指令簡介FX2N 系列的 PLC 共有基本指令 27 條，本文用到了LD、LDI 、OUT、AND、 ANI、OR、ORI、ORB、ANB、SET、RST、MPS、MRD、MPP 等基本指令 ，本節(jié) 主要介紹步進指令?！〔竭M指令 步進指令是專為順序控制而設(shè)計的指令。在工業(yè)控制領(lǐng)域許多的控制過程都可用順序控制的方式來實現(xiàn)，使用步進指令實現(xiàn)順序控制既方便實現(xiàn)又便于閱讀修改。 FX2N 中只有兩條步進指令：STL（步進觸點指令）和 RET（步進返回指令）。STL 和 RET 指令只有與狀態(tài)器 S 配合才能具有步進功能。如 STL S20 表示狀態(tài)常開觸點，稱為 STL 觸點，它在梯形圖中的符號為 ，它沒有常閉觸點。常用每個狀態(tài)器 S 記錄一個工步，例 STL S20 有效（為 ON），則進入 S20 表示的一步（類似于本步的總開關(guān)），開始執(zhí)行本階段該做的工作，并判斷進入下一步的條件是否滿足。一旦結(jié)束本步信號為 ON，則關(guān)斷 S20 進入下一步，如 S21 步。RET 指令是用來復(fù)位 STL 指令的。執(zhí)行 RET 后將重回母線，退出步進狀態(tài) [11]。圖 41表明了順序功能圖、梯形圖、語句表三者之間的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計20　狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與梯形圖 一個順序控制過程可分為若干個階段，也稱為步或狀態(tài)，每個狀態(tài)都有不同的動作。當(dāng)相鄰兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件得到滿足時，就將實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，即由上一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)執(zhí)行。我們常用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（功能表圖）描述這種順序控制過程。如圖 41 所示，用狀態(tài)器 S 記錄每個狀態(tài)，X 為轉(zhuǎn)換條件。如當(dāng) X1 為 ON 時，則系統(tǒng)由 S20 狀態(tài)轉(zhuǎn)為 S21 狀態(tài)。 0 STL S201 OUT Y02 LD X13 SET S21 4 STL S21 5 OUT Y1 6 LD X2 圖 41 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與梯形圖及語句表（a）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 （b）梯形圖 （c）語句表狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的每一步包含三個內(nèi)容：本步驅(qū)動的內(nèi)容，轉(zhuǎn)移條件及指令的轉(zhuǎn)換目標(biāo)。如圖 41 中 S20 步驅(qū)動 Y0 ，當(dāng) X1 有效為 ON 時，則系統(tǒng)由 S20 狀態(tài)轉(zhuǎn)為S21 狀態(tài)，X1 即為轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換的目標(biāo)為 S21 步。梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為為 PLC 的第一編程語言。梯形圖與電氣控制的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。用步進指令可以將順序功能圖轉(zhuǎn)換為步進梯形圖，也可以直接編寫步進梯形圖?！〔竭M指令的使用說明 （1）STL 觸點是與左側(cè)母線相連的常開觸點，若 STL 觸點接通，則對應(yīng)的狀態(tài)為活動步。 （2）與 STL 觸點相連的觸點應(yīng)用 LD 或 LDI 指令，只有執(zhí)行完 RET 后才返回左側(cè)母線。 （3）STL 觸點可直接驅(qū)動或通過別的觸點驅(qū)動 Y、M、S 、T 等元件的線圈。 （4）由于 PLC 只執(zhí)行活動步對應(yīng)的電路塊，所以使用 STL 指令時允許雙線圈輸出（順序控制程序在不同的步可多次驅(qū)動同一線圈）。 (c)（a） （b）（c）石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計21（5）STL 觸點驅(qū)動的電路塊中不能使用 MC 和 MCR 指令，但可以用 CJ 指令?！№樞蚩刂圃O(shè)計法如果一個控制系統(tǒng)可以分解成幾個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴(yán)格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的正常運行，這樣的控制系統(tǒng)稱為順序控制系統(tǒng)，也稱為步進控制系統(tǒng)。其控制總是一步一步按順序進行。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用很廣，尤其在機械行業(yè)，幾乎無例外地利用順序控制來實現(xiàn)加工的自動循環(huán)。為了使順序控制系統(tǒng)工作可靠，通常采用步進式順序控制電路結(jié)構(gòu)。所謂步進式順序控制，是指控制系統(tǒng)的任一程序步（以下簡稱步）的得電必須以前一步的得電并且本步的轉(zhuǎn)步主令信號已發(fā)出為條件。對生產(chǎn)機械而言，受控設(shè)備任一步的機械動作是否執(zhí)行，取決于控制系統(tǒng)前一步是否已有輸出信號及其受控機械動作是否已完成。若前一步的動作未完成，則后一步的動作無法執(zhí)行。這種控制系統(tǒng)的互鎖嚴(yán)密，即便轉(zhuǎn)步主令信號元件失靈或出現(xiàn)誤操作，亦不會導(dǎo)致動作順序錯亂。順序控制設(shè)計法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的步，并且用編程元件（輔助繼電器 M 或狀態(tài)器 S）來代表各步。通常步是根據(jù)PLC 輸出狀態(tài)的變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出狀態(tài)不變，但是相鄰步之間輸出狀態(tài)是不同的。 順序控制設(shè)計法就是針對順序控制系統(tǒng)的一種專門的設(shè)計方法。這種設(shè)計方法很容易被初學(xué)者接受，對于有經(jīng)驗的工程師，也會提高設(shè)計的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。PLC 的設(shè)計者們?yōu)轫樞蚩刂葡到y(tǒng)的程序編制提供了大量通用和專用的編程元件，開發(fā)了專門供編制順序控制程序用的功能表圖，使這種先進的設(shè)計方法成為當(dāng)前 PLC 程序設(shè)計的主要方法。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計22第 5 章　系統(tǒng)軟件設(shè)計　總體設(shè)計思路在 PLC 編程中利用步進指令（STL 指令）可以讓控制系統(tǒng)中每道工序的設(shè)備所起的作用以及整個控制工藝流程都能表達得通俗易懂 ，程序設(shè)計也由此變得容易，有利于程序調(diào)試、維護、修改和故障排除等。本設(shè)計認(rèn)真分析定位剪的結(jié)構(gòu)和基本原理，采用了步進指令與通用指令實現(xiàn)定位剪生產(chǎn)線開卷電機、喂料電機、剪切電機、運料小車、軌道電機的順序控制。在程序設(shè)計中由 PLC