2023年基于PLC的全自动剪板机系统设计.docx

基于PLC的全自动剪板机系统设计.doc 基于PLC的全自动剪板机系统设计 浅谈PLC的自动剪板机控制系统设计 摘 要： 本文主要内容是剪板机实现自动化根据板材自动精确剪切加工的工作特点及动作要求，通过了解PLC的根本概念及根本原理，而进行可编程控制器来实现对自动剪板机的控制设计，文章中采用了以工业顺序控制过程中广泛使用的可编程控制器〔PLC〕对自动剪板机进行控制，通过系统主电路设计、电机正反转控制plc设计、 i/o端子分配、系统的软件等方面设想论述PLC实际应用性能。 关键词：可编程控制器；全自动剪板机；自动控制；顺序控制 Abstract： This paper mainly for plate shears automated according to plank automatic precise shearing processing work characteristics and movement request, through understanding the basic concept and PLC and basic principle, programmable controller to achieve automatic plate shears control design, through the system's primary circuit design, motor positive &negative control PLC design, I/o terminals distribution, system software aspects of PLC application performance. Keywords：Programmable controller ; Full-automatic board cutting machine; Automatic control; The order is controlled. 引 言：　目前，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。鉴于它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格廉价的特点，所以在运用于剪板机实现自动化根据板材自动精确剪切加工是很有成效的。    随着我国经济的快速开展，在工业控制领域，数控机床在硬件方面取得了显著的成绩，与此相应的数控系统也得到了迅速的开展，用PLC〔即Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器〕这种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计采用一类可编程的存储器，通过改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线，把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格廉价等优点结合起来，成了一条低本钱、高效益，符合我国国情的机械自动化技术开展应用新途径。      PLC = Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心局部，　PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构根本上与微型计算机相同。 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 　 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，那么该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 　　 (二) 用户程序执行阶段 　　在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 　 　即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的但凡用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 　　在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令那么可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像存放器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像存放器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 　　当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。 虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查〞、“程式执行〞、“输出状态更新〞。 剪板机应用于许多金属加工和薄板开料操作，在设计剪板机之前必须对几个因素进行考虑，包括剪板机的剪切能力、产率增强选件和安全性。 剪板机类型由许多因素决定，诸如剪板机可处理材料的长度、厚度和种类。 剪板机可以按剪切形式及其驱动系统进行分类，有两种结构形式常用于电动龙门剪床：闸式〔也叫滑块式〕和摆式。 自动剪板机是一种精确控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其结构及原理如图1所示。                     图1  自动剪板机原理图 全自动剪板机广泛的应用于在板材加工系统中,板料长度检测，板料进料、压紧、走刀、落料、长度调整等过程必须按一定的节拍控制精确度动作，而且不同长度、不同厚度、不同材料的板材,各动作行程、先后顺序、刀具位置等要求都不一样，对于这样的控制要求,传统控制柜很难实现,综合考虑设备的性能/价格比，显示直观性、外表美观性、灵活性等诸方面因素,本设计采用可编程控制器，根据自动剪板机对控制系统的要求进行方案设计。    所以系统设置了7个限位开关，分别用于检测各局部的工作状态。其中，sq1检测待剪板料是否被输送到位。sq2、sq3分别检测压块b的状态，检测压块是否压紧已到位的板料；sq4检测剪切刀a的状态；sq7为光电接近开关，检测板料是否被剪断落入小车；sq5用于检测小车是否到位；sq6用于判断小车是否空载。送料机构e、压块b、剪切刀a和送料小车分别由四台电动机拖动。系统未动做时，压块及剪切刀的限位开关sq2、sq3和sq4均断开，sq1、sq7也是断开的。 　当系统启动时，输入板料加工尺寸、加工数量等参数，按下自动开关，系统自动运行。首先检查限位开关sq6的状态，假设小车空载， 系统开始工作， 起动送料小车。小车运行到位，限位开关sq5闭合，小车停车；起动送料机构e 带动板料c向右移动。当板料碰到行程开关sq1时， 送料停止同时制动器松开、电磁离合器结合，主电动机通过传动机构工作；压块电机启动，使压块b压下，压块上限开关sq2闭合。当压块到位， 板料压紧时， 压块下限开关sq3闭合；剪切刀电动机起动， 控制剪刀下落。此时，sq4闭合， 直到把板料剪断， 板料落入小车；当小车上的板料够数时，起动小车控制电动机， 带动小车右行，将切好的板料送至下一工序；卸下后， 再起动小车左行， 重新返回剪板机下， 开始下一车的工作循环。板料的长度l可根据需要进行调整，每一车板料的数量可预先设定。 传统的控制方法是采用继电器-接触器控制，但控制系统较复杂,大量的接线使系统可靠性降低,也间接地降低了设备的工作效率。采用可编程控硬件制器较好地解决了这一问题。它是一种将计算机技，自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备,不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此,将PLC应用于该控制,完全能满足技术要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。 PLC自动剪板机控制系统设计是为实现自动化必须根据板材自动精确剪切加工的工作特点及动作要求进行设计，因此本方案采用了可编程控制器来实现对自动剪板机的控制，设计方案如图2所示。 全自动剪板机控制系统 机械局部 电气局部 送料机构 压料机构 卸料机构 小车机构 PLC 电 机 电 路 工作电路 工作电源 软件局部 图2  总体设计方案简图 一、其系统主电路设计为 ： 〔1〕 设计进料机构e：用交流电机带动送料皮带，传送皮带送料只向一个方向运动，只要求电机向一个方向旋转即可，轻负载小工率电动机可直接起动，用熔断器和热继电器作短路、过载保护。使待剪板料自动快速稳定地输送到剪切位置。 〔2〕 设计压料机构b：压块b的作用是压紧板料，以利于剪切刀切断板料，压块b又上升和下降两种运动，要求带动压块的电动机具有正反转运动，控制电路有联锁保护、熔断器和热继电器短路及过载保护。 〔3〕 剪切刀：剪切刀有两种运动，下行切断板料，然后上升复位，带动剪切刀机构的电动机也应具有正反转，用熔断器和热继电器作短路及过载保护。 根据电机控制要求，其电机正反转程序流程框图如图3所示。 图3  电机正反转程序流程框图 二、其i/o端子分配为： 〔1〕 输入设备：限位开关: sq1， sq2，sq3，sq4，sq5，sq6， sq7；系统的停止启动按钮: sb1， sb2。 〔2〕 输出设备：一块板料剪切完成并落入小车时， 光电检测开关sq7合一次，计数器作减1计数。本设计中假设小车可最多载40块板料。km1控制送料机构电机的接触器；km2、km2ˊ控制压块电机的接触器，驱动电机的正反转，控制压块压紧和放松板料；km3、km3ˊ分别控制剪切电机的接触器，驱动电机的正反转，控制剪切刀上下运行；km4和km4ˊ控制送料小车电机的接触器，驱动电机的正反转，从而控制小车的左行和右行。hl1为小车空载指示，根据需要， 还可增设其它信号指示。其输入输出端子分配如图4所示。 图4  i/o端子分配图 分析可知，本系统是一个多工步的顺序控制系统，运用模块化程序结构，实现系统，有结构简单、编程方便等优点。利用plc移位存放器的移位功能，可实现步进顺序控制，使每一步严格按顺序动作。计数器对每车板料进行计数，其值由用户根据需要设定。系统的梯形图如图6所示。                   图6  控制系统流程图 结束语：