畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的U形折板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、獨(dú)獨(dú) 創(chuàng)創(chuàng) 性性 聲聲 明明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，論文（設(shè)計(jì)）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻(xiàn)均已在論文（設(shè)計(jì)）中作了明確的說明并表示了謝意。簽名： 年 月 日授授 權(quán)權(quán) 聲聲 明明本人完全了解許昌學(xué)院有關(guān)保留、使用本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，即：有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和磁盤，允許畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)許昌學(xué)院可以將畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段

2、保存、匯編論文（設(shè)計(jì)） 。本人論文（設(shè)計(jì)）中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的部分為（如沒有，請?zhí)顚憽盁o” ）： 簽名： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日摘 要本文主要介紹了 plc 在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，u 形折板機(jī)生產(chǎn)工藝流程以及基于siemens 的 s7200 系列 plc 的折板方案，重點(diǎn)介紹了 plc 的選用及其梯形圖的設(shè)計(jì)方案，在分析了控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的 plc 控制程序和電氣動(dòng)模塊、安全保護(hù)模塊。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，用 plc 控制生產(chǎn)具有運(yùn)行效率高，工作的穩(wěn)定性好，操作方便，經(jīng)濟(jì)適用，能很好地滿足中小規(guī)模型材廠批量加工需要，并且自動(dòng)化控制系統(tǒng)對減少現(xiàn)場操作人員、提高安全性具有

3、良好的效果。關(guān)鍵詞：折板機(jī)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；可編程控制器；安全性abstractthis paper introduces the project of u board with plc in the industry, which is siemens s7200 series and introduces the method of the u board treatment. emphases introduce the design of plc hardware and ladder-shaped picture. on the precondition of the demand

4、control, design out the plc control program, the module of electrical and security. in the real production, with the control of the plc, the program is run faster in efficiency. besides, it having greater job stability, easier to operate. the plc system appease the demand of small or middle former f

5、actory. the automatic control system to the good result of improving production efficiency, reducing the on-the-spot attendant, improving security full play.keyword：folding machine; automatic control system; programmable logic controller; safety目 錄1 緒論緒論.11 u 形折板機(jī)的工藝流程與控制要求形折板機(jī)的工藝流程與控制要求.11.1 u 形折板機(jī)

6、基本結(jié)構(gòu)形折板機(jī)基本結(jié)構(gòu).11.2 對工藝流程的闡述對工藝流程的闡述.21.3 控制要求控制要求.21.3.1 折板機(jī)控制方式折板機(jī)控制方式.21.3.2 折板機(jī)工作要求折板機(jī)工作要求.22 電氣動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電氣動(dòng)模塊設(shè)計(jì).32.1 基本氣動(dòng)模塊的組成基本氣動(dòng)模塊的組成.32.2 電氣動(dòng)模塊工作原理電氣動(dòng)模塊工作原理.42.3 電氣動(dòng)模塊工作過程電氣動(dòng)模塊工作過程.53 plc 控制模塊設(shè)計(jì)控制模塊設(shè)計(jì).53.1 plc 簡介簡介.53.2 plc 選擇可行性分析選擇可行性分析.73.3 plc i/o 端口分配端口分配.83.4 控制程序設(shè)計(jì)控制程序設(shè)計(jì).93.4.1 復(fù)位操作復(fù)位操作.103

7、.4.2 單步加工控制單步加工控制 .103.4.3 單周期操作單周期操作 .103.4.4 誤操作環(huán)節(jié)誤操作環(huán)節(jié) .113.5 plc 控制程序控制程序.114 安全保護(hù)模塊設(shè)計(jì)安全保護(hù)模塊設(shè)計(jì).144.1 光柵安全保護(hù)構(gòu)成光柵安全保護(hù)構(gòu)成.154.1.1 對射式紅外傳感器對射式紅外傳感器 tx05c.154.1.2 cc4068 集成電路集成電路 .164.1.3 tlp521 光電耦合器光電耦合器 .174.2 安全保護(hù)模塊工作原理安全保護(hù)模塊工作原理.185 總結(jié)總結(jié).19參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).20附附 錄錄.21致致 謝謝.2311 緒論u 形折板機(jī)是型材加工廠常用的加工設(shè)備，u 形折板

8、機(jī)由模板、左右折板、限位開關(guān)、氣壓機(jī)構(gòu)（氣缸和活動(dòng)鉸鏈）、安全光柵和操作盤組成。模板裝在模板座上，模板兩端的形狀不同，加工出來的 u 形板料的開角形狀就不同，折角的大小由左右限位開關(guān)的位置決定。根據(jù)不同要求，模板可以隨時(shí)更換。在氣壓的推動(dòng)下，模板與模板座一起下移或上移。被加工的金屬板料放在平臺(tái)上，當(dāng)模板下移壓緊板料后，工作平臺(tái)上的左、右折板在氣壓機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下，可以向上折、也可以折回，把板料加工成 u 型。操作盤面上設(shè)置有接通或斷開 plc 電源的開關(guān)、工作方式選擇開關(guān)和單周期位和單步位、啟動(dòng)/停止開關(guān)、復(fù)位按鈕和操作按鈕。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，選擇用 plc 來控制 u 形板的生產(chǎn)，可以提高生

9、產(chǎn)效率，安全性、工作的穩(wěn)定性好，操作方便，經(jīng)濟(jì)適用，能很好地滿足中小規(guī)模型材加工廠批量加工的需要。1 1 u u 形折板機(jī)的工藝流程與控制要求形折板機(jī)的工藝流程與控制要求1.11.1 u u 形折板機(jī)基本結(jié)構(gòu)形折板機(jī)基本結(jié)構(gòu)u 形折板機(jī)基本結(jié)構(gòu)由模板，左、右折板，左、右限位開關(guān)，下限位開關(guān)，氣壓機(jī)構(gòu)，安全光柵及工作平臺(tái)組成，結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示圖 1-1 折板機(jī)基本結(jié)構(gòu)2u 形折板機(jī)加工型材的樣板如圖 1-2 所示圖 1-2 加工樣板1.21.2 對工藝流程的闡述對工藝流程的闡述u 形折板機(jī)的生產(chǎn)工藝流程分為以下六個(gè)步驟(1) 上移到位，左、右折板返回原位時(shí)，將裁好的金屬板料放在工作平臺(tái)上。

10、(2) 啟動(dòng)設(shè)備，模板開始下移，下移到位時(shí)壓緊板料。(3) 壓緊板料后，左、右折板上折，上折到位觸動(dòng)左、右限位開關(guān)時(shí)，停止上折并保壓2s。(4) 左、右折板返回，折板返回原位時(shí)自停。(5) 模板上移，上移到原位后自停。(6) 取下 u 形板，一塊板料的加工過程結(jié)束。1.31.3 控制要求控制要求1.3.11.3.1 折板機(jī)控制方式折板機(jī)控制方式 在工業(yè)化生產(chǎn)中，折板機(jī)應(yīng)有手動(dòng)和自動(dòng)方式，以便達(dá)到更合理的控制要求，手動(dòng)方式即單步方式，按步來進(jìn)行，當(dāng)要進(jìn)行下一步操作時(shí)，再按下相應(yīng)的按鈕來執(zhí)行。單步工作方式時(shí)，按一次操作按鈕執(zhí)行一個(gè)工作步；單周期方式時(shí)，按一次操作按鈕連續(xù)完成上述加工過程后自停，加工

11、過程中不重復(fù)循環(huán)。1.3.21.3.2 折板機(jī)工作要求折板機(jī)工作要求 在單步方式和單周期方式下，完成一個(gè) u 形板加工過程后自停，加工過程不循環(huán)。首先模板下移和上移是用雙線圈的三位五通電磁閥控制的。三位五通電磁閥安裝時(shí)電磁閥應(yīng)垂直向上安裝應(yīng)注意閥體上箭頭應(yīng)與介質(zhì)流向一致，不可裝在有直接滴水或?yàn)R水的地方；電磁閥應(yīng)保證在電源電壓為額定電壓的 10%15%波動(dòng)范圍內(nèi)正常工作，電磁閥安3裝后，管道中不得有反向壓差，電磁閥安裝前應(yīng)徹底清洗管道，通入的介質(zhì)應(yīng)無雜質(zhì)；電磁閥前裝過濾器并需通電數(shù)次，使之適溫后方可正式投入使用。當(dāng)電磁閥發(fā)生故障或清洗時(shí)，為保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)安裝旁路裝置。三位五通電磁閥如圖 1

12、-3 所示（1,2,e1,e2,in 為氣壓通道，i,ii 為電磁開關(guān)）圖 1-3 三位五通電磁閥在折板過程中，模板下移并壓緊模板后，兩個(gè)折板必須都上折到位才能開始保壓。折板機(jī)運(yùn)行過程中可以停機(jī)，完成一個(gè)加工過程自動(dòng)停機(jī)時(shí)，模板應(yīng)在上方原位，左、右折板應(yīng)返回到水平原位。停機(jī)再開機(jī)時(shí)，如果模板和左、右折板都在原位，則可以開始進(jìn)行板料加工。如果不在原位，要將它們復(fù)位到原位才可以開始加工。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，用復(fù)位按鈕來控制模板和兩個(gè)折板的復(fù)位，但模板上移和折板的折回動(dòng)作不能同時(shí)啟動(dòng)，以免兩者發(fā)生摩擦而損壞模板和折板。自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作過程中，若誤按操作按鈕時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)誤動(dòng)作。2 電氣動(dòng)模塊設(shè)計(jì)2.12.1

13、基本氣動(dòng)模塊的組成基本氣動(dòng)模塊的組成電氣動(dòng)模塊的組成一般由壓縮機(jī)，電動(dòng)機(jī)，壓力開關(guān)，單向閥，儲(chǔ)氣罐，壓力表，自動(dòng)排水器，安全閥，冷凍式空氣干燥器，主管道過濾器等組成?？傮w來說由壓縮空氣的產(chǎn)生和輸送系統(tǒng)及壓縮空氣消耗系統(tǒng)二個(gè)主要部分組成。一、壓縮空氣產(chǎn)生系統(tǒng)各組件及其主要功能（1）壓縮機(jī)：將大氣壓力的空氣壓縮并以較高的壓力輸給氣動(dòng)系統(tǒng)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮耗堋＃?）電動(dòng)機(jī)：電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，給壓縮機(jī)提供機(jī)械動(dòng)力。（3）壓力開關(guān)：將儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，用來控制電?dòng)機(jī)。它被調(diào)節(jié)到一個(gè)最高壓力，達(dá)到這個(gè)壓力就使電動(dòng)機(jī)停止；也被調(diào)節(jié)另一個(gè)最低壓力，儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力跌到4這個(gè)壓力就重新激活電動(dòng)機(jī)。（4）

14、單向閥：讓壓縮空氣從壓縮機(jī)進(jìn)入氣罐，當(dāng)壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí)，阻止壓縮空氣反方向流動(dòng)。（5）儲(chǔ)氣罐：貯存壓縮空氣。它的尺寸大小由壓縮機(jī)的容量來決定，儲(chǔ)氣罐的容積愈大，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間間隔就愈長。（6）壓力表：顯示儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力。（7）自動(dòng)排水器：無需人手操作，排掉凝結(jié)在儲(chǔ)氣罐內(nèi)所有的水。（8）安全閥：當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣溢出。（9）冷凍式空氣干燥器：將壓縮空氣冷卻到零上若干度，使大部分空氣中的濕氣凝結(jié)，以減少系統(tǒng)中的水分。（10）主管道過濾器：它清除主要管道內(nèi)灰塵、水分和油。主管道過濾器必須具有最小的壓力降和油霧分離能力。二、壓縮空氣消耗系統(tǒng)（1）壓縮空氣的分支輸出管路：壓縮空氣要從

15、主管道頂部輸出到分支管路，以便偶爾出現(xiàn)的凝結(jié)水仍留在主管道里，當(dāng)壓縮空氣達(dá)到低處時(shí)，水傳到管子的下部，流入自動(dòng)排水器內(nèi)，將凝結(jié)水去除。（2）自動(dòng)排水器：每一根下接管的末端都應(yīng)有一個(gè)排水器，最有效的方法是用一個(gè)自動(dòng)排水器，將留在管道里的水自動(dòng)排掉。（3）空氣處理組件：使壓縮空氣保持清潔和合適壓力，以及加潤滑油到需要潤滑的零件中以延長這些氣動(dòng)組件的壽命。（4）方向控制閥：通過對氣缸兩個(gè)接口交替地加壓和排氣，來控制運(yùn)動(dòng)的方向。（5）執(zhí)行元件：把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，執(zhí)行元件是一個(gè)直線氣缸，它也可以是回轉(zhuǎn)執(zhí)行組件或氣動(dòng)馬達(dá)等。（6）速度控制閥：能簡便實(shí)現(xiàn)執(zhí)行組件的無級調(diào)速。2.22.2 電電氣

16、動(dòng)模塊工作原理氣動(dòng)模塊工作原理電氣動(dòng)模塊主要采用三位五通電氣閥來控制，電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓，氣壓。電磁閥用于控制氣壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會(huì)用到電磁閥。電磁閥的工作原理為電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個(gè)孔都通向不同的氣壓管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來擋住或露出5不同的排氣孔，而進(jìn)氣孔是常開的，氣壓就會(huì)進(jìn)入不同的排氣管，然后通過氣的壓力來推動(dòng)氣缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過控制電磁鐵的電流就可以控制氣缸的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。2.32.

17、3 電氣動(dòng)模塊工作過程電氣動(dòng)模塊工作過程u 形折板機(jī)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊是折板驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，主要實(shí)現(xiàn) u 形折板機(jī)模板上下移動(dòng)和折板的上折和返回動(dòng)作。其電氣動(dòng)工作模塊如圖 2-1 所示。圖 2-1 電氣動(dòng)模塊原理圖工作過程為：壓縮空氣經(jīng)氣源后分三路，一路到模板控制氣缸 8，另兩路分別到左右折板控制氣缸 7、9，電磁閥 2 的電磁線圈 cy2-0 通電時(shí)，壓縮空氣經(jīng)電磁閥 2 和節(jié)流閥 5 進(jìn)入模板氣缸 8 上缸體，模板下降至壓緊板材并碰到 st1 行程開關(guān)后停止，電磁閥2 的電磁線圈 cy2-1 通電時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入氣缸 8 下缸體，則模板上升回到原位；電磁閥 1、3 的電磁線圈 cy

18、1-0 和 cy3-1 通電時(shí)，左右折板氣缸 7、9 推動(dòng)折板，緩慢折板，至左右限位行程開關(guān)，折板停止，板料折成 u 型；電磁閥 1、3 的電磁線圈 cy1-1 和cy3-0 通電時(shí)，左右折板氣缸 7、9 推動(dòng)折板，折板回復(fù)至水平原位，折板機(jī)折板停止。3 plc 控制模塊設(shè)計(jì)63.13.1 plcplc 簡介簡介作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30 年來，可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的

19、主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。 1.可編程控制器的定義可編程控制器，簡稱 plc（programmable logic controller），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會(huì)（international electrical committee）頒布的 plc 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 plc 做了如下定義：“plc 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程”。pl

20、c 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。2.plc 的特點(diǎn)(1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從plc 的機(jī)外電路來說，使用 plc 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 plc 以外的電路及設(shè)備也

21、獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。(2) 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)plc 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 plc 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 plc 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 plc 滲透到了位置控制、溫度控制、cnc 等各種工業(yè)控制中。加上 plc 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 plc 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(3) 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 7plc 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯

22、形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。(4) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造plc 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 (5) 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 plc 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 3. plc 的應(yīng)

23、用領(lǐng)域 目前，plc 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。所以，用 plc 來控制 u 形板的生產(chǎn)，有著廣闊的空間，前景明朗。3.23.2 plcplc 選擇可行性分析選擇可行性分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析折板過程中要用到的端口數(shù)量，其要求如下：用于接通或斷開plc 電源的開關(guān)（不占輸入端子）；工作方式選擇開關(guān)（占 1 個(gè)輸入端子）分單周期位和單步位；啟動(dòng)/停止開關(guān)（占 1 個(gè) 輸入端子）；1 個(gè)復(fù)位按鈕，若停機(jī)時(shí)模板和左、右折板不在原位，再開機(jī)時(shí)要進(jìn)行復(fù)位；1 個(gè)操作按鈕，手動(dòng)和自動(dòng)操作時(shí)，均要按操作按鈕。折板機(jī)控制的操作盤如

24、 3-1 所示8圖 3-1 控制操作盤除了以上介紹的輸入元件外，左、右折板的上折限位各用一個(gè)限位開關(guān)，模板下移的控制需要一個(gè)下限位開關(guān)，安全設(shè)計(jì)中傳感器觸發(fā)輸入需要一個(gè)開關(guān)，因此需要 8 個(gè)輸入端子。模板的上移和下移及折板的上折和折回所需的電磁閥（均為雙線圈） 都是輸出執(zhí)行元件，所以需要 6 個(gè)輸出端子。根據(jù)控制要求及端子數(shù)，此處選用交直流電繼電器型 s7-200 cpu222ac/dc/繼電器 plc，它共有 8 個(gè)輸入端子，6 個(gè)輸出端子, 滿足控制所需端子數(shù)，工作電壓為 20.4 至 28.8 vdc，在線程序編輯時(shí) 4096 bytes, 非在線程序編輯時(shí) 4096 bytes, 數(shù)據(jù)

25、存儲(chǔ)器 2048 bytes。這個(gè)處理器帶有 24v 直流電源，也可以根據(jù)實(shí)際情況外加電源，最好是 ups 供電電源，因?yàn)槟K輸出電源的功率是有限的，并且輸入輸出點(diǎn)的延伸到現(xiàn)場操作柜。這段線路又電壓消耗，容易使產(chǎn)生信號失真，所以應(yīng)時(shí)刻保證 cpu 有電，避免因停電引起生產(chǎn)事故。3.33.3 plcplc i/oi/o 端口分配端口分配根據(jù)可行性分析的要求，把 s7-200 cpu222 ac/dc/繼電器 plc 的端口分配如下：（1）輸入方面：操作按鈕為 i0.0，方式選擇開關(guān)為 i0.1，復(fù)位按鈕為 i0.2，啟動(dòng)/停止按鈕為 i0.3，左折板限位開關(guān)為 i0.4，右折板限位開關(guān)為 i0.

26、5，模板下移限位開關(guān)為i0.6，安全光柵保護(hù)開關(guān)為 i0.7。（2）輸出方面：模板下移為 q0.0，左折板上折為 q0.1，右折板上折為 q0.2，左折板返回為 q0.3，右折板返回為 q0.4,模板上移為 q0.5，所以 plc 控制模塊 i/o 分配如圖 3-2所示。9圖3-2 plc控制模塊i/o分配圖 plc的端口i/o端口接線圖如3-3所示。圖3-3 plc 端口i/o端口接線圖3.43.4 控制程序設(shè)計(jì)控制程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)是 u 形板折板機(jī)設(shè)計(jì)的核心，程序設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到機(jī)器使用性能和操作方便性， 同時(shí)須考慮程序的工作效率。因此，折板機(jī)控制程序設(shè)計(jì)為：復(fù)位操作、單周期、單步加工控制

27、和誤動(dòng)作的禁止等組成環(huán)節(jié)。折板機(jī)的工作流程如圖 3-4 所示上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上 上上上上上上上上上上上 上上上上上上上上上上 上上上上上上2s上上3s上上3si0.3i0.6i 0. 4i 0. 5上上上上i 0. 210圖 3-4 折板機(jī)工作流程圖3.4.13.4.1 復(fù)位操作復(fù)位操作為了確保機(jī)器從正確的初始位置開始工作，開機(jī)時(shí)首先要進(jìn)行復(fù)位操作，否則機(jī)器不能被啟動(dòng)。將方式選擇開關(guān)撥在單步位，i0.1 為 off，自動(dòng)運(yùn)行被禁止。按住復(fù)位按鈕i0.2 不放，其復(fù)位過程是：首先，寄存器 m1.0m1.4 被復(fù)位。接著 m0.4 被置位，t39

28、開始計(jì)時(shí) 0.5s 后將 m0.0 置位，為板料加工作好準(zhǔn)備。q0.3 和 q0.4 均 on，兩個(gè)折板開始返回。為了避免模板和折板相互摩擦，要自折板開始返回 1s 后，再讓模板開始上移，因此設(shè)置 t41 定時(shí) 1s。t41 定時(shí) 1s 到，模板開始上移。當(dāng)模板和折板都返回原位（目測） 時(shí)，松開復(fù)位按鈕，復(fù)位過程結(jié)束。3.4.23.4.2 單步加工控制單步加工控制將方式開關(guān)撥在單步位，常開觸點(diǎn) i0.1 斷開，自動(dòng)方式被禁止，單步方式被允許。按一下操作按鈕 i0.0 on 一次，輸入一個(gè)移位脈沖，m1.0 和 q0.0 均為 on。其一，模板開始下移；其二，m0.2 將 m0.0 復(fù)位，使下一

29、次移位時(shí)輸入的是“0”。當(dāng)模板下移到位壓限位開關(guān) i0.6 時(shí)，模板下移停止并壓緊板料，再等一下操作按鈕 i0.0，又輸入一個(gè)移位脈沖，m1.0 為 off，m1.1 為 on。使 q0.1 和 q0.2 均為 on，兩折板開始上折。折板上折到位壓限位開關(guān) i0.4 和 i0.5，則 q0.1 和 q0.2 均為 off，使折板上折停止，同時(shí)t40 開始計(jì)時(shí)進(jìn)行 2s 保壓。2s 后再按一下操作按鈕 i0.0，又輸入一個(gè)移位脈沖，m1.1 為 off，m1.2 為 on。于是折板開始返回，t37 進(jìn)行折板返回計(jì)時(shí)。t37 計(jì)時(shí)到，q0.3 和 q0.4 均為 off，折板返回停止。再按一下操作

30、按鈕 i0.0，又輸入一個(gè)移位脈沖，m1.2 為 off， m1.3 為 on。于是模板開始上移，t38 開始模板上移計(jì)時(shí)。t38 計(jì)時(shí)到，其一，輸入一個(gè)移位脈沖，使 m1.3 為 off，m1.4 為 on，則 q0.5 為 off，模板上移停止；其二，m1.4 為 on 使移位寄存器復(fù)位；其三，t38 為 on 將 m0.0 置位，為下一次加工作好準(zhǔn)備。3.4.33.4.3 單周期操作單周期操作模板和折板都返回原位時(shí)，將裁好的板料放在平臺(tái)上。將方式開關(guān)撥在單周期位，常開觸點(diǎn) i0.1 閉合，使 shrb 的移位脈沖輸入端接通，而單步運(yùn)行方式被禁止。按一下操作按鈕 i0.0,第一次執(zhí)行移位，

31、m1.0 和 q0.0 均為 on，則模板開始下移;m0.2 為 on 并將 m0.0 復(fù)位，使下一次移位時(shí)移位輸入是“0”。模板下移到位壓下限位開關(guān) i0.6。其11一，使 q0.0 為 off、模板下移停止并壓緊板料；其二，輸入一個(gè)移位脈沖，使 m1.0 為off、m1.1 為 on，于是 q0.1 和 q0.2 為 on,兩折板開始上折。當(dāng)兩折板上折到位，壓動(dòng)限位開關(guān) i0.4 和 i0.5，其一，使 q0.1 和 q0.2 均為 off,折板上折停止；其二，當(dāng) i0.4 和 i0.5 均為 on 時(shí) t40 開始計(jì)時(shí)，進(jìn)行 2s 保壓。t40 計(jì)時(shí)到，輸入一個(gè)移位脈沖，使m1.1 為

32、off，m1.2 為 on，則 q0.3 和 q0.4 均 on，折板開始返回，t37 進(jìn)行折板返回計(jì)時(shí)。t37 定時(shí)時(shí)間到，輸入一個(gè)移位脈沖，使 m1.2 為 off、m1.3 為 on，q0.3 和q0.4 為 off，折板返回停止；q0.5 為 on 使模板開始上移，t38 開始模板上移計(jì)時(shí)。t38 計(jì)時(shí)到，輸入一個(gè)移位脈沖，使 m1.3 為 off，m1.4 為 on。其一，q0.5 為 off，模板上移停止；其二，t38 為 on，將 m0.0 置位，為下一次加工作好準(zhǔn)備；其三，m1.4 為 on 使移位寄存器復(fù)位。到此為止，加工一塊板料的過程結(jié)束，下一塊板料的加工與上述過程相同。3

33、.4.43.4.4 誤操作環(huán)節(jié)誤操作環(huán)節(jié)生產(chǎn)過程中誤操作時(shí)，誤動(dòng)作應(yīng)禁止。單步操作時(shí)誤動(dòng)作的禁止：當(dāng)按過一次操作按鈕，且正在執(zhí)行某步加工的過程中又誤按了一下操作按鈕時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。因?yàn)樵诿恳徊絾?dòng)時(shí)按一次按鈕 i0.0 后，對應(yīng)各個(gè)步，分別使 q0.0、q0.1、q0.3、q0.5 為on，都能使 m0.2 為 on，其常閉觸點(diǎn)斷開。所以在某一步運(yùn)行過程中誤按操作按鈕 i0.0 時(shí)，不會(huì)再輸入移位脈沖，也就避免了誤動(dòng)作。單周期操作時(shí)誤動(dòng)作的禁止：當(dāng)?shù)谝淮伟催^操作按鈕 i0.0、設(shè)備啟動(dòng)后，q0.0 為 on， m0.2 為 on，將 m0.0 復(fù)位。由于 i0.0 與 m0.0 的常開觸點(diǎn)

34、串聯(lián)后連接在移位寄存器的移位脈沖輸入端，在整個(gè)加工過程中，由于 m0.0 的常開觸點(diǎn)總是斷開，也不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的移位脈沖輸入，所以由誤按操作按鈕而產(chǎn)生的誤動(dòng)作不會(huì)出現(xiàn)。3.53.5 plcplc 控制程序控制程序plc 的控制梯形圖如下：（指令語句見附錄） 121314 4 安全保護(hù)模塊設(shè)計(jì)在 u 形板型材的生產(chǎn)過程中，由于手動(dòng)放料，操作人員在操作過程中可能疏忽大意，沒有處理好身體與機(jī)器之間的距離，而導(dǎo)致發(fā)生生產(chǎn)事故。為了解決存在的安全隱患，提高生產(chǎn)的安全系數(shù)，在折板機(jī)上安裝安全光柵，安全光柵安裝在折板機(jī)靠近操作人員一側(cè)，介于人與模板之間,且安全光柵安裝在左、右折板之間。光柵保護(hù)一直處于工作狀態(tài)

35、，當(dāng)折板模板下移，左、右折板上折時(shí)，只要人體的任何部分碰到光柵發(fā)出的光線，15折板機(jī)模板和左、右折板都會(huì)停止動(dòng)作，所以沒有危險(xiǎn)。安全光柵安裝位置如圖 4-1 所示操作人員 圖 4-1 安全光柵安裝位置圖4.14.1 光柵安全保護(hù)構(gòu)成光柵安全保護(hù)構(gòu)成 安全光柵保護(hù)模塊中，由紅外傳感器tx05c，光柵旋轉(zhuǎn)支架，cmos集成電路cc4068和tlp521光電耦合器等組成。光柵采用5塊tx05c對射式設(shè)計(jì)，方便更換損壞或老化的紅外傳感器。5塊tx05c設(shè)計(jì)保護(hù)高度大約為50cm左右，因?yàn)閠x05c光柵寬度保護(hù)距離為3米到7米，完全滿足折板機(jī)使用場合，能對折板機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作可靠性監(jiān)控，保障系統(tǒng)安全。為確

36、保光柵安裝后把影響降到最低，光柵全部采用搖臂支架式，支架材料為經(jīng)過處理的不銹鋼，強(qiáng)度高、可靠性強(qiáng)。支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，調(diào)整靈活輕便，在生產(chǎn)過程中工作可靠，耐振性強(qiáng)，支架不易松動(dòng)，搖臂長度可根據(jù)折板機(jī)工作臺(tái)尺寸而定，以適用于所有模具生產(chǎn)要求，不影響操作人員上下料，且調(diào)節(jié)靈活。4.1.14.1.1 對射式紅外傳感器對射式紅外傳感器 tx05ctx05ctx05c 是一種對射式紅外檢測電路, 它是利用人眼觀察不到的紅外線光束, 組成無線區(qū)域檢測系統(tǒng), 當(dāng)人或物體遮住紅外光束時(shí), 接收模塊會(huì)自動(dòng)輸出高電平信號, 驅(qū)動(dòng)其他機(jī)構(gòu)動(dòng)作, 達(dá)到預(yù)期效果。由于tx05c 模塊內(nèi)部含有專用密碼調(diào)制電路, 故其不受外

37、界光線或其他電路的干擾，具有很高的可靠性和抗干擾能力，可廣泛用于電子計(jì)數(shù)、自動(dòng)控制、安全防范等產(chǎn)品中。16tx05c 分發(fā)射、接收兩個(gè)模塊，發(fā)射模塊tx05c-t 的正前方有一小孔，孔內(nèi)裝有一片光學(xué)玻璃，紅外光束通過光學(xué)玻璃向外發(fā)射，模塊組件的后部是發(fā)射指示燈和電源線。當(dāng)模塊通電工作時(shí)，該指示燈點(diǎn)亮。電源線采用屏蔽線連接，芯線接電源正極，屏蔽層(銅網(wǎng)) 接電源負(fù)極。接收模塊tx05c-r 的正前方有一紅外接收窗，其內(nèi)部兩側(cè)各設(shè)置有狀態(tài)指示燈, 當(dāng)模塊未收到有效信號時(shí)，紅色指示燈亮，收到信號時(shí)，綠色指示燈亮。電源線、輸出引線采用雙芯屏蔽線，其中紅色芯線接電源正極，白色芯線為信號輸出out端，屏蔽

38、層(銅網(wǎng)) 接電源負(fù)極，信號輸出方式為集電極開路輸出。圖4-2為tx05c 模塊的外形圖。 圖4-2 tx05c4.1.24.1.2 cc4068cc4068 集成電路集成電路cmos集成電路以其良好的性能，低微的功耗，工作電壓范圍寬，質(zhì)量可靠等諸多特點(diǎn)而顯示出強(qiáng)大的生命力，本模塊設(shè)計(jì)是采用cc4068 cmos集成電路，cc4068外引腳排列如圖4-3-1，其是8輸入端與非門/與門電路，必須注意13腳是與非門輸出端，1腳(與13腳串接一個(gè)反相門)是與門輸出端。本模塊設(shè)計(jì)中只需用到5個(gè)輸入端，只有a，b，c，d和e全為高電平時(shí)，則y為低電平，w為高電平。當(dāng)a，b，c，d和e只要有任何一個(gè)或一個(gè)

39、以上為低電平時(shí)，則y為高電平，w為低電平。邏輯表達(dá)式為y= edcba摧薦工作條件：電源電壓為318v,工作溫度為-4085，完全滿足長時(shí)間、惡劣的生產(chǎn)環(huán)境的生產(chǎn)要求。17cc4068的外引腳排列如圖4-3-1，邏輯符號如圖4-3-2所示圖4-3-1 cc4068外引腳排列圖 圖4-3-2 cc4068邏輯符號4.1.34.1.3 tlp521tlp521 光電耦合器光電耦合器光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電 光電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，

40、受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。論文中采用 tlp521 光電耦合器的主要作用是實(shí)現(xiàn)安全模塊與 plc 主機(jī)的電器隔離，提高抗干擾性。更重要的一點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)電平交換，現(xiàn)場傳感器電平信號較低，光電耦合把它們變換成 plc 主機(jī)要求的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平。tlp521 的結(jié)構(gòu)如圖 4-4-1 和內(nèi)部電路如圖 4-4-2 所示 4-4-1 tlp521 4-4-2 tlp521 內(nèi)部電路圖cc4068wabcdncvsshyfge8vdd101113129141234567&13234591

41、01112118論文中 cmos cc4068 電路輸出高電平約為 8v，而輸出低電平約為 1v，按入一個(gè)300 的電阻 r6，經(jīng) tlp521 光電耦合器后輸出的電壓約為 22v，在 plc 中能識(shí)別為高電平。而當(dāng) cc4068 輸出是低電平時(shí)，經(jīng) tlp521 后接入到 plc，還是識(shí)別為低電平。這樣，就把 cc4068 的高低電平轉(zhuǎn)換成 plc 能識(shí)別的高低電平。4.24.2 安全保護(hù)模塊工作原理安全保護(hù)模塊工作原理紅外對射式機(jī)床安全保護(hù)模塊接線如圖4-5所示 r1r51kx5紅外光屏+9vvddoutvsstx05c-rtx05c-rtx05c-rtx05c-rtx05c-ric1-2

42、ic2-2ic3-2ic4-2ic5-2ic1-1ic2-1ic3-1ic4-1ic5-1tx05c-ttx05c-ttx05c-ttx05c-ttx05c-tabcdevddic4cc4068yvss-plc端口i0.7r6 300tlp 521圖4-5 安全保護(hù)模塊接線圖電路主要由紅外發(fā)射模塊、接收模塊和 cc4068、tlp521 光電耦合器、電阻等組成。為達(dá)到安全要求，本模塊用 5 對紅外發(fā)射、接收模塊, 形成紅外保護(hù)光幕。ic1-1 ic5-1( tx05c-t) 為紅外發(fā)射模塊，內(nèi)部電路由電源管理器件、密碼電路、紅外線調(diào)制電路和中功率紅外發(fā)射二極管組成。經(jīng)密碼電路調(diào)制的紅外光信號，

43、通過光學(xué)玻璃及模塊正前方的小孔，由紅外發(fā)射二極管向外發(fā)射。ic1-2 ic5-2 ( tx05c-r)為配套的紅外線接收模塊，內(nèi)部電路由紅外接收電路、放大電路、解調(diào)處理電路及晶體三極管組成，信號輸出采用集電極開路方式。當(dāng)操作者未進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，接收模塊 ic1-2 ic5-2 ( tx05c-r) 接收到紅外發(fā)射模塊 ic1-1ic5-1 ( tx05c-t)發(fā)射的紅外線，out 端內(nèi)部的晶體管截止，out 端為高電平，8 輸入端與非門/與門 ic4 (cc4068) 的 a，b，c，d 和 e 輸入端為高電平，其 y 端輸出為低電平，經(jīng) tlp521 光電耦合器后接入到 plc 端口 i0.

44、7 為低電平，機(jī)床設(shè)備正常工作。一旦有人的身體或其中的一部分進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，勢必會(huì)遮斷紅19外光束，只要 ic1-2 ic5-2 ( tx05c-r)有一個(gè)或是一個(gè)以上沒有收到紅外指令，out端內(nèi)部的晶體管導(dǎo)通，out 端翻轉(zhuǎn)為低電平，ic4 的 a，b，c，d 和 e 輸入端有一個(gè)或一個(gè)以上為低電平，y 端輸出為高電平，經(jīng) tlp521 光電耦合器后接入到 plc 的常閉繼電器 i0.7 電平反轉(zhuǎn)為高電平，使 plc 常閉端口 i0.7 斷開，機(jī)床設(shè)備立即制動(dòng)停機(jī)，從而起到了安全保護(hù)作用。5 總結(jié)u 形折板機(jī)是型材加工的專用設(shè)備，采用 plc 控制，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）機(jī)器性能穩(wěn)定，調(diào)整方便。

45、在 u 形板的加工產(chǎn)品中，只要隔一定時(shí)間抽樣檢測一批產(chǎn)品，檢查產(chǎn)品尺寸是否符合要求，u 形板彎曲處是否有裂紋，如果產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)，說明機(jī)器工作性能穩(wěn)定，能連續(xù)高效生產(chǎn)；調(diào)整模板和限位開關(guān)可以加工不同大小的 u 形板，同時(shí)控制程序設(shè)有單步、單周期和復(fù)位方式，加工調(diào)整方便。（2）操作方便，穩(wěn)定可靠。u 形折板機(jī)采用 plc 控制，大大提高了系統(tǒng)工作可靠性、柔性，運(yùn)行更加穩(wěn)定；操作面板簡潔，且用互鎖開關(guān)，同時(shí)控制程序設(shè)有誤操作時(shí)誤動(dòng)作的禁止環(huán)節(jié)，操作使用方便可靠。（3）控制回路簡單，經(jīng)濟(jì)適用。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)回路簡單，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)成本相對較低，能適應(yīng)單件和大批量生產(chǎn)，能很好地滿足中小規(guī)模型材廠加工需要。（4）

46、系統(tǒng)安全模塊實(shí)現(xiàn)對人員和機(jī)器的雙重保護(hù)，同時(shí)對模板也起到了有效的保護(hù)，有效減少了折板作業(yè)的安全事故。從技術(shù)角度減輕了安全管理的難度，提高了公司安全管理水平，同時(shí)為員工改善了工作環(huán)境，有效保障了員工安全，在行業(yè)有著廣闊的推廣前景。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中在某些方面還存在一些不足：在電氣模塊設(shè)計(jì)方面采用的是電氣動(dòng)系統(tǒng)，雖然氣動(dòng)系統(tǒng)相對液壓系統(tǒng)便宜，而且在后期的維護(hù)費(fèi)用也比液壓系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)少，但是由于氣體的壓縮性非常大，所以精確定位比較麻煩，而噪音也相對比較大，雖然有消音器但是效果并不是太理想，且氣壓系統(tǒng)設(shè)備體積大，占地面積較大，相對于液壓系統(tǒng)來說氣壓系統(tǒng)耗能也比較大。20參考文獻(xiàn)1 張萬忠.劉明芹.電器與 plc 控制技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2003.82 李芳園.plc 行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐.中國電力出版社，20073 吳作明.plc 開發(fā)與應(yīng)用實(shí)用實(shí)例詳解.北京航空航天大學(xué)出版社，2007.114 宮淑貞，王冬青，徐世許.可編程控制器原理級應(yīng)用.人民郵電出版社，2002.75 周美蘭，周封，王岳宇. plc 電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)(第 2 版). 科學(xué)出版社，2009.106 柴瑞娟，陳海霞. 西門子 plc 編程技術(shù)及工程應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，20067 盧時(shí)平，楊振宇.折板機(jī)技術(shù). 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.1990.88 西門子（中國）公司 s7-200 可編程控