PLC在木板自动剪切机中的应用Word文档下载推荐.docx
《PLC在木板自动剪切机中的应用Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC在木板自动剪切机中的应用Word文档下载推荐.docx（47页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
1.2 国内外研究现状2
1.2.1 国内研究现状2
1.2.2 国外研究现状2
1.3 课题研究内容及创新点3
1.3.1 主要研究内容3
1.3.2 主要创新点3
第2章 PLC和组态王简介4
2.1 可编程控制器介绍4
2.1.1 可编程控制器的概述4
2.1.2 可编程控制器的基本结构4
2.1.3 可编程控制器的特点及应用5
2.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤6
2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则7
2.2.2 PLC控制系统设计的一般步骤7
2.3 组态王的基础9
2.3.1 组态软件概述9
2.3.2 组态王的特点10
2.3.3 组态软件在国内外的发展10
2.3.4 组态王的使用12
第3章 基于PLC的木板自动剪切机系统硬件的设计14
3.1 系统原理框图14
3.2 主电路接线图14
3.3 PLC的端子接线图15
3.4 木板自动剪切机PLC的I/O分配表16
3.5 PLC的选型17
3.6 硬件配置18
3.6.1 光电开关18
3.6.2 电机选型20
3.6.3 其他设备选型20
3.6.4 主要电气元件目录表23
第4章 基于PLC的木板自动剪切机系统软件的设计24
4.1 PLC程序设计方法24
4.1.1 图解法编程24
4.1.2 经验法编程24
4.1.3 计算机辅助设计编程25
4.2 编程软件FX2N的介绍25
4.2.1 FX系列介绍25
4.2.2 FX2N系列介绍25
4.3 控制程序流程图25
4.4 梯形图分段设计27
4.4.1 启动及木料右移27
4.4.2 压块与剪刀下移27
4.4.3 压块与剪刀上移27
4.4.4 计数功能28
4.4.5 报警功能29
4.5 指令表29
4.6 系统的调试30
第5章 组态王软件监控设计32
5.1 新建工程32
5.2 设备定义33
5.3 变量定义34
5.4 画面绘制35
5.5 动画连接及程序编写36
5.5.1 动画连接36
5.5.2 程序编写37
5.6 配置系统38
5.7 运行与调试39
第1章 绪 论
1.1 课题研究的目的意义
木板自动剪切机是一种精确控制板材加工尺寸，将大型板块进行自动剪切的设备。
随着我国经济的持续高速增长，社会对各类板材（如图1-1板材纹理和图1-2板材样式）所示的需求量不断增长，对板材加工的精度提出了更高的要求，另外，随着企业之间的竞争日益加剧和人力资源成本的上升，厂家为了在竞争中占据有利地位，除了保证板材加工的精度外，对板材加工的效率也提出了更高的要求。
传统自动剪切机采用继电器作为控制器件，控制系统较复杂，参数改变不灵活，大量接线使系统可靠性降低，维修率高，降低了生产效率。
图1-1 板材纹理
图1-2 板材样式
针对普通剪切机或传统自动剪切机存在的不足，为满足中小企业对普通剪切机进行技术改造和升级的需求，提出一种基于可编程控制器FX2N的木板自动剪切控制系统方案并实现。
PLC具有操作简单，运行可靠，抗干扰能力强，编程方便，控制精度高等明显优势。
而且PLC以其灵活性、快速性、可靠性和性价比高等特点越来越受到企业或者团体设计者们的欢迎，在各行各业的应用越来越广泛。
对普通剪切机或传统自动剪切机升级改造，能够提高工作效率和剪板精度，降低能耗。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
近年来，我国剪切机技术为适应市场发展，不断提高装机水平，提高板材剪切技术及质量水平。
普通剪切机存在的主要不足有加工精度不高；
操作繁琐，容易出错，剪切机需要人工操作，剪切动作的控制需人工完成，占用人力资源，也容易出错；
能耗大，效率低。
由普通剪切机发展而来的传统自动剪切机采用继电器作为控制器，其控制系统较复杂，参数改变不灵活，大量接线使系统可靠性降低，维修率高，降低了生产效率。
但我国使用PLC进行自动控制，至今还没有形成主流。
全自动剪切机应用于板材加工系统,要求板料的一系列剪切过程必须按一定的节拍控制动作，以确保精确度。
对于这样的控制要求，传统的控制系统复杂，功能不完善、效率低、可靠性差；
自动化程度不高，安全系数低。
为此，采用PLC实现自动剪板机的控制,可以获得较好的控制效果。
在我国经济进入快速发展的新时期，在剪切机发展的过程中，必须提高剪切机的自主开发、制造能力，提高生产集中度，加快技术引进与国际合作，降低生产成本、缩短产品周期[1]。
1.2.2 国外研究现状
国外的剪切机的技术经过多年发展，目前功能越来越齐全，操作越来越方便。
根据国外资料统计，在工业控制中80%都采用PLC来完成，目前国外PLC应用于自动控制这一领域占60%左右。
英国EdwardsPearson公司开发的CNC剪板机，采用ChIC前挡料装置的CNC剪板机，不但可提高生产率，而且可提高零件的精度和重复精度。
瑞士Hammerler公司的CNC控$5--轴AS6型6X3100液压剪板机，带有前夹钳送料装置和后挡料装置，工件、余料由堆垛系统分别堆放，预选的剪切件数和钢板尺寸由数码管显示，摆动刀架的刀片间隙可以手工调节或由联到CHIC控制机构上的液压定位装置按板厚自动调节。
比利时LVD公司是国外规模最大的控制系统最有代表性的二家剪板机制造厂商之一，其CNC系统的MNC8500和MNC9000采用CAD、CMA技术，使剪切机加工达到完全自动化程度。
意大利萨瓦尼尼公司的C2型直角剪板机FMC，将冲完的大张板材分割成小型工件。
德国博士公司研制的LB13QUICK型角剪机，是具有两个工位的多功能角剪机，主工位的剪切角度为900，辅工位则可对板材进行冲孔或冲切。
复合冲头单元是萨瓦尼尼公司的专利技术，该公司专利技术的直角剪单元，带有独立的刀片，刀片间隙可自动调整，能沿X，Y轴方向剪切任意长度。
萨瓦尼尼公司S4金属薄板冲剪系统的控制系统，可将折弯件的图形转换成平面图形，并自动生成冲剪程序；
冲剪程序生成后，整个生产过程无须人工看管和干预。
随着国外技术日新月异的发展，剪切机必将实现控制智能化、体系开放化、驱动数据化、通信网络化、设备运行的高速化和加工高精化[1]。
1.3 课题研究内容及创新点
1.3.1 主要研究内容
光电编码器结合行程开关对棒料是否到达压料位置进行判断；
夹紧、剪切和松开工序由压力传感器和行程开关判断；
当计数器记满9999次，报警器发出报警声同时计数器复位；
剪切机循环进行生产，只有按下停止按钮剪切机才会停止工作；
1.3.2 主要创新点
有计数功能，当木板剪切到所需的数量后能够发出报警信号，且有组态王的控制，能够实现无人操作的功能。
减少了工人的工作量，节省了时间，提高了劳动效率。
第2章 PLC和组态王简介
2.1 可编程控制器介绍
2.1.1 可编程控制器的概述
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
2.1.2 可编程控制器的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
（1）电源：
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
一般交流电压波动在+10%~+15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
（2）中央处理单元（CPU）：
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
（3）存储器：
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
（4）输入输出接口电路：
现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
（5）功能模块：
如计数、定位等功能模块。
（6）通信模块：
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
2.1.3 可编程控制器的特点及应用
（1）PLC的特点
PLC可靠性高，抗干扰能力强；
通用性高，使用方便；
程序设计简单，易学；
系统设计周期短；
安装简便，调试方便，维护工作量小。
（2）PLC的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：
①开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
②模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
③运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
④过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
⑤数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
⑥通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便[2]。
2.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤
图3-1 PLC控制设计
明白PLC的基本工作原理和指令系统后,就可以把PLC应用到实际的工程项目中。
无论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图3-1所示的步骤。
2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则
任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点：
（1）完整性原则：
最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。
（2）可靠性原则：
确保计算机控制系统的可靠性。
（3）经济型原则：
力求控制系统简单、实用、合理。
（4）发展性原则：
适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。
根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑：
（1）控制规模
一个控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。
当控制规模较大时,特别是开关量控制的I/O设备较多时，最适合采用PLC控制。
（2）工艺复杂程度
当工艺要求较复杂时,采用PLC控制具有更大的优越性。
（3）可靠性要求
目前,当I/O点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。
（4）数据处理速度
若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜。
2.2.2 PLC控制系统设计的一般步骤
PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。
整个系统的设计分以下5步进行：
（1）熟悉被控对象
深入了解被控系统是设计控制系统的基础。
设计人员必须深入现场，认真调查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。
这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护；
电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系；
PLC与其他设备的关系，PLC之间是否通信联网；
系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。
（2）硬件选择
①系统I/O设备的选择:
输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等；
输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。
②选择PLC：
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。
③PLC的I/O端口分配：
在进行I/O通道分配时应给出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能等。
④绘制PLC外围硬件线路图：
画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图,到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
⑤计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。
（3）编写应用程序
根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。
程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。
程序通常还应包括以下内容：
①初始化程序：
在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。
初始化程序的主要内容有：
对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。
②检测、故障诊断和显示等程序：
这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。
③保护和连锁程序：
保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。
它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。
（4）程序调试
程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。
程序模拟调试：
以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。
根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
①硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
②软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。
模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
现场调试：
当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调试，如不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题。
（5）编写技术文件
技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等[3]。
2.3 组态王的基础
2.3.1 组态软件概述
新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。
监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业微机。
组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。
目前世界上有不少专业厂商包括专业软件公司和硬件系统厂商生产和提供各种组态软件产品。
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（DistributedControlSystem简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。
在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。
这些优势主要体现在：
PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；
由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；
PC的软件资源和
升级会员 