基于PLC的全自动剪板机的控制系统毕业设计论文.1

1上海电视大学课程设计课程名称：可编程控制原理题目：剪板机系统专业班次：11机电春姓名：吴俊培指导教师：王一光2全自动剪板机的PLC控制系统设计可编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，他是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。目前,我国机械制造业存在大量的通用设备,在发展现代机械自动化技术时,可以应用微电子技术改造这些已有通用设备,比如用数显、数控装置改造通用设备,提高单机自动化程度;用可编程序控制器改造通用机床、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,这样可以把计算机功能完备、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、价格便宜等优点结合起来，这是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化术发展应用新途径。随着可编程控制器技术的发展,传统机械设备的控制柜逐渐被新一代的智能化仪表所代替,对于日益复杂的控制功能,传统控制柜显得无能为力,而可编程控制器具有可编程序的特点,运行时可以根据要求,自动选择控制算法、适应性强、可编程控制器采用软件代替硬件的方法,可以简化线路,使控制设备的性能价格比不断提高,本设计的研究目的,在于探索在秸秆的自动切割中,应用可编程控制技术,实现秸秆切割的自动控制。全自动剪板机系统广泛的应用于农业中,秸秆长度的检测，秸秆进料、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、不同材料的秸秆,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，根据秸秆自动切割机对控制系统的要求进行方案设计。1剪板机工艺剪板机应用于许多农业中对各种秸秆进行切割的操作，在设计之前必须对几个因素进行考虑，包括剪板机的切割能力、产率增强选件和安全性。3剪板机类型由许多因素决定，诸如可处理材料的长度、厚度和种类。也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。闸式剪板机利用驱动系统操纵动刀片向下移动到一定的位置，使动刀片在整个行程内几乎与定刀片保持平行。为了使刀架片横梁在相互移动的过程保持合适的状态，闸式剪板机需要一个滑块导向系统。摆式剪板机驱动系统中有一个用来操纵动刀片，使动刀片依附于滚柱轴承向下回转。这种结构不再需要利用凹字形导向条或滑道使刀片在切割过程保持合适的姿势。在评价剪板机时需要考虑的一个因素是指定的工作需要多大的切割能力。切割角（动刀片通过定刀片时的角度）是决定切割质量的重要因素。一般而言，剪切角越小，秸秆切割之后体积越小。如果落在切割机后面的零件比较短（小于4’(1.22m)），可能出现切割长度不均匀问题。切割角较小的切割机需要较大的动力。剪板机依靠重要的标准部件和能够增加生产率的选购件来增强产率，提高生产率可以表现为许多形式：节约人力，改进物料流动，提高精度，改善切割均匀长度并避免辅助操作，但最重要的是增强安全性。1.1系统的控制要求据剪板机的工作特点,对控制系统提出控制要求如下:1上电后,检测各工作机构的状态,控制各工作机构处于初始位置。2进料,由控制系统控制进料机构将秸秆自动输送到位。3定切割尺寸,采用伺服电机控制挡料器位置保证精确的剪切尺寸,其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值。4压紧和切割,待秸秆长度达到设定值后由主电动机带动压料器和切割刀具,先压紧秸秆,然后剪断秸秆。5送料车的运行,包括卸载后自动返回。6秸秆的尺寸设定、自动计数及每车秸秆数的预设定。7具备断电保护和来电恢复功能。8能实现加工过程自动控制,加工参数显示,系统检测。9保证秸秆加工均匀、加工效率和安全可靠性。10具有良好的人机操作界面。1.2剪板机结构原理4剪板机是借于运动的上刀片和固定的下刀片,采用合理的刀片间隙,对各种厚度的金属板材施加剪切力,使板材按所需要的尺寸断裂分离的设备，其结构及原理如图1所示。图1自动切割机原理图1.2.1控制系统的结构系统设置了7个限位开关，分别用于检测各部分的工作状态。其中，SQ1检测待切割秸秆是否被输送到位。SQ2、SQ3分别检测压块B的状态，检测压块是否压紧已到位的秸秆；SQ4检测剪切刀A的状态；SQ7为光电接近开关,检测秸秆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、切割刀A和送料小车分别由四台电动机拖动。系统未动做时,压块及切割刀的限位开关SQ2、SQ3和SQ4均断开,SQ1、SQ7也是断开的。1.2.2工作原理当系统启动时,输入秸秆加工尺寸、加工长度等参数，按下自动开关，系统自动运行。1首先检查限位开关SQ6的状态,若小车空载,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。2起动送料机构E带动秸秆C向右移动。当秸秆碰到行程开关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。3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,秸秆压紧时,压块下限开关SQ3闭合。4切割刀电动机起动,控制剪刀下落。此时,SQ4闭合,直到把秸秆剪断,秸秆落入小车。55当小车上的秸秆够数时,起动小车控制电动机,带动小车右行,将切好的秸秆送至下一工序。6卸下后,再起动小车左行,重新返回切割机下,开始下一车的工作循环。秸秆的长度L可根据需要进行调整,每一车秸秆的数量可预先设定。2总体设计方案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。在此对PLC进行简单介绍，在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。以下对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识做一简介。1PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。6上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量的能力、数字运算的能力、人机接口能力和网络能力得度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。3CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。存储器主要用于存放系统程序、用户程序以及工作数据。PLC常用的存储类型有RAM、ROM、EPROM、EEPROM。7图2PLC的工作原理PLC采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后，又返回第一条，如此周而复始的不断循环。PLC的扫描过程如图2。这个工作过程分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。同信操作服务阶段，PLC与一些智能模块通信，响应程序器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、到程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。输入处理又叫输入采样。在此阶段，顺序输入所有端子的通断状态，并将读入的信息存入内存所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一次扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是串行工作的，这和传统的继电器控制系统并行工作有质的区别。PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理运行停止8由于PLC采用扫描工作过程，所以在程序的执行阶段即使发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一个周期的输入采样阶段才能改变。扫描周期是一个很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描时间取决于I/O扫描速度和用户程序的长短，以及程序使用的指令类型。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的，PLC的影响滞后是允许的，但是对某些I/O快速响应的设备，则采取相应的处理措施。如选用高速CPU，提高扫描速度，采用快速响应模块、高速记数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间。影响I/O滞后的主要原因：输入滤波器的惯性，输出继电器接点的惯性，程序执行的时间，程序设计不当的附加影响等。我们在此不必要详细分析CPU的内部电