全自動剪板機的PLC控制系統(tǒng)設計(符合格式要求)

全自動剪板機的PLC控制系統(tǒng)設計張臻穎(武夷學院 電子工程系 福建 武夷山 354300)摘 要：文章對我國發(fā)展低成本自動化的重要性等方面進行了研究。根據(jù)實際需要和市場的需求，在常規(guī)的可編程控制器（PLC）和單片機控制中，選擇了以可編程控制器為主的控制方案。由于自動剪板機是一種可按加工要求，將金屬板材剪開、自動計數(shù)、并由送料車送到下一工序的順序控制的設備。由于它把計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣泛等優(yōu)點與控制器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點，在工業(yè)過程控制中的應用越來越廣泛。加之PLC以其在硬件設計中采用了屏蔽、濾波、光電隔離等技術(shù)，在軟件設計中采用了故障檢測、信息保護與恢復等措施，進一步提高了PLC的可靠性。關(guān)鍵詞：可編程控制器 自動剪板機 自動控制 順序控制全自動剪板機的PLC控制系統(tǒng)設計1 自動剪板機工藝剪板機應用于許多金屬加工和薄板開料操作，在設計剪板機之前必須對幾個因素進行考慮，包括剪板機的剪切能力、產(chǎn)率增強選件和安全性。剪板機類型由許多因素決定，諸如剪板機可處理材料的長度、厚度和種類。 剪板機可以按剪切形式及其驅(qū)動系統(tǒng)進行分類，有兩種結(jié)構(gòu)形式常用于電動龍門剪床：閘式（也叫滑塊式）和擺式。 閘式剪板機利用驅(qū)動系統(tǒng)操縱動刀片向下移動到一定的位置，使動刀片在整個行程內(nèi)幾乎與定刀片保持平行。為了使刀架片橫梁在相互移動的過程保持合適的狀態(tài)，閘式剪板機需要一個滑塊導向系統(tǒng)。 擺式剪板機驅(qū)動系統(tǒng)中有一個用來操縱動刀片，使動刀片依附于滾柱軸承向下回轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)不再需要利用凹字形導向條或滑道使刀片在剪切過程保持合適的姿勢。 在評價剪板機時需要考慮的一個因素是指定的工作需要多大的剪切能力。剪板機的規(guī)格數(shù)據(jù)幾乎都以低碳鋼和不銹鋼為剪切對象。為了把金屬加工廠對剪板機的要求同這些數(shù)據(jù)進行對照，必須根據(jù)剪板機的能力核對工廠的材料規(guī)格。 有些剪切能力是針對低碳鋼規(guī)定的，因此可能包括抗張強度60,000psi，而另一些剪切能力適用于A-36或抗張強度80,000 psi。剪切不銹鋼的能力幾乎總是小于低碳鋼或A-36鋼。另外，某些鋁合金所需要的剪切力竟然和鋼一樣大。剪切角（動刀片通過定刀片時的角度）是決定切口質(zhì)量的重要因素。一般而言，剪切角越小，切口質(zhì)量越好。如果落在剪板機后面的零件比較短（小于4(1.22m)），可能出現(xiàn)俯曲、扭曲和拱起等切口質(zhì)量問題。剪切角較小的剪板機需要較大的動力。 剪板機依靠重要的標準部件和能夠增加生產(chǎn)率的選購件來增強產(chǎn)率，提高生產(chǎn)率可以表現(xiàn)為許多形式：節(jié)約人力，改進物料流動，提高精度，改善切口質(zhì)量并避免輔助操作，但最重要的是增強安全性。1.1 系統(tǒng)的控制要求據(jù)剪板機的工作特點,對控制系統(tǒng)提出控制要求如下:1 上電后,檢測各工作機構(gòu)的狀態(tài),控制各工作機構(gòu)處于初始位置。2 進料,由控制系統(tǒng)控制進料機構(gòu)將待剪板料自動輸送到位。3 定剪切尺寸,采用伺服電機控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸,其尺寸可是定值也可以設置為循環(huán)變動值。4 壓緊和剪切,待剪板料長度達到設定值后由主電動機帶動壓料器和剪切刀具,先壓緊板料,然后剪斷板料。5 送料車的運行,包括卸載后自動返回。6 剪切板料的尺寸設定、自動計數(shù)及每車板料數(shù)的預設定。7 具備斷電保護和來電恢復功能。8 能實現(xiàn)加工過程自動控制,加工參數(shù)顯示,系統(tǒng)檢測。9 保證板料加工精度、加工效率和安全可靠性。10 具有良好的人機操作界面。1.2 剪板機結(jié)構(gòu)原理自動剪板機是一種精確控制板材加工尺寸,將大塊金屬板材進行自動循環(huán)剪切加工,并由送料車運送到下一工序的自動化加工設備，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。圖1 自動剪板機原理圖1.2.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設置了7個限位開關(guān)，分別用于檢測各部分的工作狀態(tài)。其中，SQ1 檢測待剪板料是否被輸送到位。SQ2、SQ3 分別檢測壓塊B 的狀態(tài)，檢測壓塊是否壓緊已到位的板料；SQ4 檢測剪切刀A 的狀態(tài)；SQ7 為光電接近開關(guān), 檢測板料是否被剪斷落入小車；SQ5 用于檢測小車是否到位；SQ6 用于判斷小車是否空載。送料機構(gòu)E、壓塊B、剪切刀A和送料小車分別由四臺電動機拖動。系統(tǒng)未動做時, 壓塊及剪切刀的限位開關(guān)SQ2、SQ3 和SQ4 均斷開, SQ1、SQ7也是斷開的。1.2.2工作原理當系統(tǒng)啟動時,輸入板料加工尺寸、加工數(shù)量等參數(shù)，按下自動開關(guān)，系統(tǒng)自動運行。1 首先檢查限位開關(guān)SQ6 的狀態(tài),若小車空載, 系統(tǒng)開始工作, 起動送料小車。小車運行到位, 限位開關(guān)SQ5 閉合,小車停車。2 起動送料機構(gòu)E 帶動板料C 向右移動。當板料碰到行程開關(guān)SQ1 時, 送料停止同時制動器松開、電磁離合器結(jié)合，主電動機通過傳動機構(gòu)工作。3 壓塊電機啟動,使壓塊B 壓下, 壓塊上限開關(guān)SQ2 閉合。當壓塊到位, 板料壓緊時, 壓塊下限開關(guān)SQ3閉合。4 剪切刀電動機起動, 控制剪刀下落。此時,SQ4 閉合, 直到把板料剪斷, 板料落入小車。5 當小車上的板料夠數(shù)時, 起動小車控制電動機, 帶動小車右行,將切好的板料送至下一工序。6 卸下后, 再起動小車左行, 重新返回剪板機下, 開始下一車的工作循環(huán)。板料的長度L 可根據(jù)需要進行調(diào)整, 每一車板料的數(shù)量可預先設定。也間接地2 總體設計方案傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器-接觸器控制，但控制系統(tǒng)較復雜,大量的接線使系統(tǒng)可靠性降低,降低了設備的工作效率。采用可編程控硬件制器較好地解決了這一問題。它是一種將計算機技，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動控制設備,不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量信號的邏輯控制,還能實現(xiàn)與上位計算機等智能設備之間的通信。因此,將PLC應用于該控制,完全能滿足技術(shù)要求，且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點。在此對PLC進行簡單介紹，在自動化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。以下對PLC的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應用等基本知識做一簡介。2.1 PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量的能力、數(shù)字運算的能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(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。2.1.1 PLC的分類 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 2.1.2 CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數(shù)據(jù)。PLC常用的存儲類型有RAM 、ROM、 EPROM、 EEPROM。圖2 PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后，又返回第一條，如此周而復始的不斷循環(huán)。PLC的掃描過程如圖2。這個工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器等。同信操作服務階段，PLC與一些智能模塊通信，響應程序器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當PLC處于停止狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務等內(nèi)容。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、到程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。輸入處理又叫輸入采樣。在此階段，順序輸入所有端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一次掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。程序執(zhí)行階段根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。循環(huán)掃描的工作方式是PLC的一大特點，也可以說PLC是串行工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)并行工作有質(zhì)的區(qū)別。PLC的串行工作方式避免了繼電器控制系統(tǒng)中觸點競爭和時序失配的問題。由于PLC采用掃描工作過程，所以在程序的執(zhí)行階段即使發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會變化，要等到下一個周期的輸入采樣階段才能改變。掃描周期是一個很重要的指標，小型PLC的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。PLC的掃描時間取決于I/O掃描速度和用戶程序的長短，以及程序使用的指令類型。毫秒級的掃描時間對于一般工業(yè)設備通常是可以接受的，PLC的影響滯后是允許的，但是對某些I/O快速響應的設備，則采取相應的處理措施。如選用高速CPU，提高掃描速度，采用快速響應模塊、高速記數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時間。影響I/O滯后的主要原因：輸入濾波器的慣性，輸出繼電器接點的慣性，程序執(zhí)行的時間，程序設計不當?shù)母郊佑绊懙?。我們在此不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2.1.3 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關(guān)量是指，只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指，連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或機架槽數(shù)限制。2.2 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。2.2.1 底板或機架 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。2.2.2 PLC系統(tǒng)的其它設備編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。2.2.3 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡就是控制器的觀點說法。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，PLC各廠家均有采用。 圖3 總體設計方案簡圖對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡非常重要的。首先，網(wǎng)絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡標準。為實現(xiàn)自動化必須根據(jù)板材自動精確剪切加工的工作特點及動作要求進行設計,因此本方案采用了可編程控制器來實現(xiàn)對自動剪板機的控制，設計思想如圖3所示。 3 自動剪板機的PLC控制系統(tǒng)設計3.1 系統(tǒng)主電路設計 3.1.1設計進料機構(gòu)E用交流電機帶動送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個方向運動，只要求電機向一個方向旋轉(zhuǎn)即可，輕負載小工率電動機可直接起動，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。使待剪板料自動快速穩(wěn)定地輸送到剪切位置。3.1.2 設計壓料機構(gòu)B壓塊B的作用是壓緊板料，以利于剪切刀切斷板料，壓塊B又上升和下降兩種運動，要求帶動壓塊的電動機具有正反轉(zhuǎn)運動，控制電路有聯(lián)鎖保護、用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。圖4 電機正反轉(zhuǎn)主電路所謂聯(lián)鎖控制是指，凡是生產(chǎn)線上某些環(huán)節(jié)或一臺設備的某些部件之間具有相互制約或相互配合的控制均稱為聯(lián)鎖控制，聯(lián)鎖控制包括：自鎖控制、互鎖控制、正常工作與點動的聯(lián)鎖控制、實現(xiàn)按順序工作時的控制。電機正反轉(zhuǎn)就需要互鎖控制。3.1.3 剪切刀 剪切刀有兩種運動，下行切斷板料，然后上升復位，帶動剪切刀機構(gòu)的電動機也應具有正反轉(zhuǎn)，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。根據(jù)電機控制要求，其電機正反轉(zhuǎn)主電路圖如圖4所示，程序流程框圖如圖5所示。圖5 電機正反轉(zhuǎn)程序流程框圖電機正反轉(zhuǎn)控制PLC設計討論：電力拖動是指對電動機的控制，采用繼電器-接觸器控制，都有自己的基本控制電路。采用PLC控制也應該有自己的基本控制環(huán)節(jié)，為此而提出電機正反轉(zhuǎn)控制PLC設計討論，尋找其較好的控制方案。繼電器-接觸器電氣控制原理如圖6所示。上、下兩圖比較，不管是電器元件、觸點數(shù)量、連接導線的數(shù)量都是一樣的，分別是5只、9個、13條。按鈕連線也是6根，但上圖的按鈕和接觸器連線較集中，從維修的角度看要比下圖優(yōu)越。元件的代號意義SB0帶磨姑頭急停按鈕。5SB1、5SB2正反轉(zhuǎn)啟/停按鈕。5KM1正轉(zhuǎn)接觸器。5KM2反轉(zhuǎn)接觸器。其中的5KM1和5KM2要求選用帶機械聯(lián)鎖的交流接觸器。圖6 繼電器-接觸器電氣控制原理電器元件的工作情況正轉(zhuǎn)：啟動撳5SB1，5KM1得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM2的線圈回路。 反轉(zhuǎn)啟動撳5SB2，首先是5KM1失電，其互鎖觸點恢復閉合，才是5KM2得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM1的線圈回路。 再次正轉(zhuǎn)啟動撳5SB1，首先是5KM2失電，其互鎖觸點恢復閉合，才是5KM1得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM2的線圈回路。3.1.4設計小車送料裝置為實現(xiàn)板料自動輸送到下一工位并返回,可采用交流電通過帶傳動帶動驅(qū)動軸,驅(qū)動行走輪來完成小車往返各機構(gòu)的運動動力來自電機,根據(jù)控制的特點和經(jīng)濟性要求,用交流電機來實現(xiàn)進料、小車送料、托架下料，采用伺服電機控制擋料器精確定長。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。而且永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有：1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。2）定子繞組散熱比較方便。3）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。4）適應于高速大力矩工作狀態(tài)。伺服的額定速度比一般異步電機高的多，并且可以控制轉(zhuǎn)速和位移，而一般的變頻器只側(cè)重于轉(zhuǎn)速控制，適用于開環(huán)調(diào)速，而伺服可以做到精確定位，速度環(huán)控制響應比變頻器加外圍速度控制更直接，動態(tài)響應好。為了實現(xiàn)對交流電機的控制，采用圖7所示主電路,控制對象為4臺電機和一個蜂鳴器。KM1KM7為接觸器，KM1是緊急停止接觸器,KM2控制蜂鳴器,KM3KM7分別控制送料、壓塊、剪切和小車電機。FR1FR5都采用熱敏電阻作為測量元件的熱繼電器,FR1、FR3的設定值取送料和剪切電機上限溫度的95%,當?shù)竭_此溫度時進行閃光報警。該控制系統(tǒng)需要完成對工作機構(gòu)的控制情況如下：1）進料控制,執(zhí)行器件為進料電機,通過對進料電機的起?？刂?實現(xiàn)進給機構(gòu)輸送板料，停止輸送板料的控制。2）刀具剪切控制,執(zhí)行器件為電磁離合器和電磁制動器。通過控制主電機傳動路線中的電磁離合器,控制傳動機構(gòu)帶動刀具完成向下剪切板料,撤回利用彈簧完成。為了防止慣性造成連續(xù)剪切需要控制制動器剪切一次制動一次。3） 小車往返運動及停止控制,執(zhí)行器件為小車電機,通過控制小車電機的起、停、正反轉(zhuǎn),控制送料小車在剪板機與下一工位往返送料。 圖7 控制系統(tǒng)的主電路圖其中,1）執(zhí)行機構(gòu)都可采用光電、開關(guān)量控制。由于可編程控制器是低壓直流輸出,所以,我們使用中間繼電器作為控制器輸出的第1級執(zhí)行機構(gòu),通過繼電器的觸電控制大功率接觸器的通斷,從而控制交流電機的起、停。執(zhí)行機構(gòu)中的電磁離合器、制動器需要采用專用輸出驅(qū)動控制電路。 系統(tǒng)原來采用繼電器接觸器控制,但控制系統(tǒng)較復雜,大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低, 也間接降低了設備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題, 它不僅減少了系統(tǒng)的硬件接線, 提高了工作可靠性, 而且在加工工藝改變時, 只需修改程序, 就可適應新的加工要求, 大大提高了工作效率。3.2 PLC控制器的選擇選用歐姆龍CPM2AH系列PLC列主機3.2.1 I/O端子分配1 ） 輸入設備限位開關(guān): SQ1, SQ2, SQ3,SQ4,SQ5, SQ6, SQ7系統(tǒng)的停止啟動按鈕: SB1, SB22） 輸出設備 一塊板料剪切完成并落入小車時, 光電檢測開關(guān)SQ7合一次,計數(shù)器作減1計數(shù)。本設計中假設小車可最多載40塊板料。 KM1控制送料機構(gòu)電機的接觸器；KM2、KM2控制壓塊電機的接觸器，驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)，控制壓塊壓緊和放松板料；KM3、KM3分別控制剪切電機的接觸器，驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)，控制剪切刀上下運行KM4和KM4控制送料小車電機的接觸器，驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn),從而控制小車的左行和右行。HL1為小車空載指示,根據(jù)需要, 還可增設其它信號指示。其輸入輸出端子分配如圖8所示。圖8 自動剪板機PLC控制系統(tǒng)I/O端子分配圖把現(xiàn)場開關(guān)輸入設備按編號接在PLC的輸入端子上，相應的輸出設備接在輸出端子上。其端子的對應輸入輸出為：輸入：表1 I/O地址分配表 輸入 輸出 停止SB100000送料電機KM101000系統(tǒng)啟動SB200001壓塊上移KM201001板料到位SQ100002壓塊下移KM201002壓塊上限SQ200003剪切刀上移KM301003壓塊下限SQ300004剪切刀下移KM301004剪切刀狀態(tài)SQ400005小車左行KM401005小車到位SQ500006小車右行KM401006小車狀態(tài)SQ600007空載指示燈HL101007板料計數(shù)SQ700008卸貨按鈕SQ8000093.2.2 系統(tǒng)的軟件分析可知，本系統(tǒng)是一個多工步的順序控制系統(tǒng)，運用模塊化程序結(jié)構(gòu),實現(xiàn)系統(tǒng)，有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便等優(yōu)點。利用PLC移位寄存器的移位功能，可實現(xiàn)步進順序控制，使每一步嚴格按順序動作。計數(shù)器對每車板料進行計數(shù)，其值由用戶根據(jù)需要設定。3.2.3 系統(tǒng)的流程圖，控制系統(tǒng)的流程順序如圖9所示：圖9 控制系統(tǒng)的流程圖3.2.2 系統(tǒng)的梯形圖及其程序語句表1） 系統(tǒng)的梯形圖圖10系統(tǒng)的梯形圖2 ） 程序語句表表2 程序語句表0LDNOT 0.0749LD 200.071ANDNOT CNT10050AND 0.052ANDNOT 0.0051OR 200.083OUT 200.0052ANDNOT 200.094LD 200.0053ANDNOT 0.005AND 0.0154OUT 200.086OR 200.0155LD 200.087ANDNOT 200.0256AND 0.088ANDNOT 0.0057OR 200.099OUT 200.0158ANDNOT 200.1010LD 200.0159ANDNOT 0.0011AND 0.0660ANDNOT 200.0312OR 200.0261OUT 200.0913ANDNOT 200.0362LD 200.0914ANDNOT 0.0063AND CNT10015OUT 200.0264OR 0.0716LD 200.0265OR 200.1017OR 200.0366ANDNOT 200.1118LD 200.0967ANDNOT 0.0019ANDNOT 0.0368OUT 200.1020ANDNOT 0.0569LD 200.1021ANDNOT CNT10070AND 0