基于PLC的切片机的电气控制.doc
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学号：
毕业设计说明书
题目：
基于PLC的切片机的电气控制
ElectricalControloftheSlicingMachineBasedonPLC
学院机电学院专业机械设计制造及其自动化班级
学生指导教师（职称）（副教授）
完成时间2015年3月12日至2015年6月1日
摘要
摘要
随着科学技术的发展，泡沫塑料切片机在现在加工行业中应用越来越广泛。
泡沫塑料是由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料，具有质轻、隔热、吸音、减震等特性，且介电性能优于基体树脂，用途很广。
几乎各种塑料均可作成泡沫塑料，发泡成型已成为塑料加工中一个重要领域。
本文是介绍可编程序控制器泡沫塑料切片机的结构及工作原理上，设计了一个关于PLC控制的泡沫塑料切片加工控制器。
主要设计切片控制器的硬件电路图、控制程序方框图，并对一些相关的元器件及PLC进行了选型分析和设计。
这次所设计的泡沫塑料切片机主要操作对象是工业中的塑料泡沫，采用的是自动化控制技术，从生产而言，基本上实现了泡沫塑料切片机在生产过程中的半自动化和自动化。
与以前手工切片机相比在效率上有明显的提高。
关键词：
泡沫塑料；半自动控制；自动控制；切片机；可编程控制器
I
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,applicationandfoamcuttingmachineintheprocessingindustryisnowmorewidely.Thispaperisthispaperintroducesthestructureandworkingprincipleoftheprogramcontrollerfoamcuttingmachine,aPLCcontrolfoamautomaticslicingprocessingcontrollerisdesigned.Foamisconsistsofalargenumberofmicroporousgasliquiddispersioninsolidplastictoformakindofhighpolymermaterial,whichhasthecharacteristicsoflightweight,heatinsulation,sound-absorbing,shockandanddielectricpropertiessuperiortothebaseresin,awiderangeofuses.Almostallkindsofplasticcanbemadeintofoam,foamingmoldinghasbecomeanimportantareaofplasticprocessing.Maindesignautomaticslicingcontrollerhardwarecircuitdiagram,controlprogramblockdiagram,andtheselectionofanalysisanddesignofsomerelatedcomponentsandPLC.Thedesignofthefoamautomaticslicingmachinemainoperationobjectisindustrialplasticfoam,theisautomaticcontroltechnology,fromtheproduction,basicallyrealizedfoamcuttingmachineintheproductionprocessautomation.Comparedwiththepreviousmanualslicerhasobviousimprovementinefficiency.
Keywords:
foam;semi-automaticcontrol;automaticcontrol;slicingmachine;programmablecontroller
-I-
目录
目录
摘要 I
Abstract II
第一章概述 1
1.1泡沫塑料切片机的发展状况 1
1.2本毕业设计的目的 1
1.3本毕业设计的主要内容及要求 2
第二章硬件设计 4
2.1切片机对电气控制的特性要求 4
2.1.1控制方式 4
2.1.2选择最佳控制方案 4
2.2PLC概述 4
2.2.1PLC发展及应用概况 4
2.2.2PLC的基本组成及特点 6
2.2.3PLC的基本工作原理 7
2．3PLC常用机型介绍 9
2．4PLC的分类 10
2.5PLC的选型 10
2.5PLC系统的设计 14
2.6主电路的设计 17
2.7.1电机的原理与选择 18
2.7.2接触器 19
2.7.2.1交流接触器 20
2.7.2.2直流接触器 21
2.7.3继电器 22
第三章软件设计 24
3.1PLC控制系统设计 24
3.2系统统控制的I/O图 25
3.4程序说明 26
结论 32
致谢 33
参考文献 34
III
附件 35
外文资料 35
中文翻译 40
III
第一章概述
第一章概述
1．1泡沫塑料切片机的发展状况
泡沫塑料切片机作为生产切削的主要机械，它的功能是将泡沫塑料切成厚度一定的一片片,其驱动部分由台面,刀架,转轮,刀片,滑套以及左,右丝杆组成。
其基本工作原理是:
台面带动泡沫塑料向前行,到达后限位时刀架下移切片,之后刀架上移,台面后退返回初始位置,周而复始。
早期的切片机每次切片后进给量是通过时间继电器控制普通的三相异步电动机来实现的，靠电磁刹车停止进给,但由于三相异步电动机的转速因负载的不同而变化，所以每次进给量是不相同的，最终造成压力不均，致使切片厚度不同，甚至无法切片。
也有通过调整微动开关的位置来控制进给电机的停止，来实现压力控制，但由于微动开关调整要凭借经验，所以也不利于调整。
随着工控技术的不断发展,可编程序控制器的性能价格比越来越高,步进电机受脉冲控制,位移量取决于脉冲数,而PLC又具有脉冲输出、脉冲控制功能，PLC与步进电机很容易实现位置控制功能。
由PLC控制步进电机,构成开环控制来实现精确进给。
1．2设计目的
通过实际的设计，使我们所学的理论知识与生产实践更紧密地结合起来，从而避免大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个重要环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。
在作毕业设计的过程中，可以综合性地运用几年内所学知识去分析、解决问题，所学知识得到疏理和运用，使自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争、去创造的自信心。
本毕业设计是在学完可编程控制器课程之后综合利用所学可编程控制器知识完成一个可编程控制器应用系统设计。
该课程设计的主要任务是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深“可编程控制器原理与应用”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握可编程控制器应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，加深对可编程控制器软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
本课题把PLC作为开发工具，泡沫塑料切片机进行系统的控制设计。
设计要求具备了一定的PLC硬,软件的设计能力。
通过本课题的设计，使我们了解了用PLC进行设计的基本方法和步骤。
由于设计主要是独立完成的，因此培养了我们分析问题、综合运用知识去解决问题的能力，以及独立工作的能力。
此外，设计脱离实际，使毕业设计更有针对性。
显然，本课题作为毕业设计题目是很有意义的。
本题目中，主要对切片机的控制系统进行综述并设计，确定切片机控制系统的总体方案，阐述切片机的工作原理，通过对PLC的选取与控制设计，从而实现泡沫塑料切片机的手动,自动控制。
毕业设计的目的是培养实际应用的能力，具体要求是：
（1）熟悉常用控制电器的结构原理、用途，具有合理选择、使用主要控制电器的能力。
（2）熟悉掌握继电接触器控制线路的基本环节，具有阅读和分析电气控制线路的工作原理的能力。
（3）掌握PLC的基本原理及编程方法，能够根据工艺过程和控制要求进行系统设计和编写应用程序。
（4）增强电气设计的安全观念，有必要的保护措施。
1．3本毕业设计的主要内容及要求
泡沫塑料切片机的功能是将泡沫塑料切成厚度一定的一片片。
其驱动部分由台面、刀架、转轮、切片、滑套以及左右丝杆组成。
切片过程为：
先将泡沫块放在台面上 台面后退到限定位置 刀架下移一定位置量并锁住 台面带动泡沫块一起前移到限定位置刀架下移切片旋转随之切割出一定厚度的海绵 台面后移至限位，同时刀架上移动到初始位置。
不断重复上述过程。
本设计的软件设计：
系统的控制部分由手动程序、单机半自动、全线全自动程序设计等组成。
1
图1-1泡沫塑料切片机
43
第二章硬件设计
第二章硬件设计
2．1切片机对电气控制的特性要求
2．1．1基本方式
泡沫塑料切片机的控制采用手动控制,自动和半自动三种工作方式。
2．1．2选择最佳控制方案
可编程控制器（简称PLC），是随着现代社会生产的发展和技术的进步，现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，在继电器控制的基础上产生的一种新型的工业控制装置，是将微型计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体，应用到工业控制领域的一种高可靠性控制器，是当代工业生产自动化的重要支柱。
本设计用PLC进行设计。
2．2PLC概述
可编程序控制器的英文为ProgrammableController，在二十世纪70-80年代一直简称为PC。
由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（PLC-ProgrammableLogicController），为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。
有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。
2．2．1PLC发展及应用概况
PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。
世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。
产量产值大幅度上升而价格则不断下降。
（一）技术发展动向：
1、产品规模向大、小两个方向发展
大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
可编程序控制器向大型化方向发展主要表现在下列几方面：
（1）与DCS、SCADA的相互渗透，出现“你中有我，我中有你”的情况。
为了在工业控制领域有较大的应用市场，各制造厂商纷纷学习其他厂商产品的优点，取长补短，从而使产品的适用范围更广，应用规模也从几十点扩展到成百上千点，功能扩展也从单一的逻辑运算扩展到几乎能满足所有的用户需求。
使可编程序控制器不仅可以完成模拟量的控制，还可以完成优化、计划和调度等管理功能。
加上开放和通信功能的策略，开放系统的互连使不同产品之间的数据通信成为成为可能，也使应用范围趋向多元化。
基于个人微机的控制技术使可编程序控制器得到发展，从而出现同一控制设备能适应不同应用要求的情况，例如，可编程序控制器可用于有模拟量控制的场合，DCS能完成有关生产过程的逻辑控制和信号采集等。
一些DCS的产品也在PLC的产品一览表中出现，或反之。
此外，出现了包括DCS、PLC和工业PC三种平台模块的通用组态工具，通用的底版母线，采用OPC技术，能用于顺序控制、回路控制、批量控制和混合控制，能进行计算机功能模块的组合，可连接到以太网实现远程组态、诊断、监视和控制等。
计算机技术、通信技术、网络技术、半导体集成技术、控制技术、显示技术等高新科学技术的发展，为可编程序控制器的发展创造了条件，同时，可编程序控制器的发展和生产过程控制要求的提高反过来影响了这些新技术的发展，以适应它们发展的需要。
（2）CIMS、CIPS发展，成为它们的一部分。
制造业的发展离不开可编程序控制器的发展，CIMS、CIPS、机器人和柔性制造系统等的实施也离不开可编程序控制器的发展。
因此对可编程序控制器提出了功能、速度、通信、管理等方面的要求，这为可编程序控制器向大型化方向发展提供了用武之地。
（3）硬件性能的发展。
可编程序控制器的硬件性能有了飞速的进展。
它的处理器字长从1位，向4位、8位、16位、32位发展，大型可编程序控制器已采用64位处理器。
处理速度也大大提高，它的晶振频率也从几MHz，发展到几十MHz，几百MHz，直到几GHz。
处理器的数量从单个的处理器到双处理器，直到多处理器。
存储器的容量也成倍增加，从几KB发展到几MB，几十MB，直到几GB等。
开放和通信功能的增强使可编程序控制器不仅能与同类型的可编程序控制器通信，还可与其他开放的可编程序控制器、DCS和上位机通信，组成管控一体化的综合自动化系统。
因此硬件性能的提高，使可编程序控制器向大型化方向有了可喜的发展。
（4）软件功能的发展是可编程序控制器向大型化方向发展的重要标志。
软件的发展表现在两个方面。
首先，可编程序控制器制造厂商对软件的开发进行投资。
例如，收购和兼并软件厂商，在公司内部成立软件开发部。
其次，采用标准化的软件产品。
例如，采用基于组件的面向对象的软件。
它以网络为基础，具有良好的人机界面，使用户易于编程和组态；可远程诊断、在线修改；控制功能除了离散控制、常规控制外，还包括运动控制、位置控制等；不同类型的软件可组合和分开。
标准化减少了工程和硬件费用，缩短了软件开发、设计和调试等时间，增强了系统的可靠性和维护性。
同时高等院校等部门开设的可编程序控制器等应用课程提高了技术人员的编程能力，标准化的软件使技术人员再培训时间缩短。
国外统计表明，由于采用标准化软件使系统的执行速度加快约30％，编程和设计的工作量减少约10％。
（5）可编程序控制器的应用领域越来越广。
可编程序控制器的应用早已从机械制造行业的应用向各行各业的应用拓展。
例如食品加工、炼油化工、冶金、纺织、制浆和造纸、废水处理、制药和电子等行业的应用，正如雨后春笋，不断壮大。
根据国外估计，虽然可编程序控制器的价格不断下降，但销售总费用不断增长。
例如北美洲可编程序控制器的总销售额到2005年预计可达13.9亿美元。
此外，可编程序控制器的应用亦从顺序逻辑控制向过程控制冗余、安全系统、批量控制等功能发展，从而扩展了它的应用领域。
（二）国内发展及应用概况
我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：
顺序控制器（1973～1979）——位处理器为主的工业控制器（1979～1985）——8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。
在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。
如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。
现在，PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。
2．2．2PLC的基本组成及特点
基本组成可归为四大部件：
中央处理单元（CPU板）——控制器的核心；
整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内；
模块式结构的PLC——各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成；
I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合；
另外，还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器内；
PLC的基本组成框图：
图2-1PLC的基本组成框图
可编程序控制器为了适应在工业环境中使用，有如下特点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强；
（2）控制程序可变，具有很好的柔性；
（3）编程简单，使用方便；
（4）功能完善；
（5）减少了控制系统设计及施工的工作量；
（6）体积小、重量轻、是“机电一体化”特有的产品；
（7）环境要求低；
由于PC具备了以上特点，它把微计算机技术与继电器控制技术很好的融在一起，他的应用几乎覆盖了所有工业企业，既能改造传统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适应于生产过程控制，实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。
2．2．3PLC相对于继电器线路的优势
1、功能强，性能价格比高。
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。
与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。
可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。
可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。
用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。
楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。
3、可靠性高，抗干扰能力强。
传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。
由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
4、系统的设计、安装、调试工作量少。
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。
完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
5、编程方法简单。
梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。
梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。
6、维修工作量少，维修方便。
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。
PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。
7、体积小，能耗低。
对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。
PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。
学得辛苦，做得舒服。
从以上几方面的比较可知：
PLC在性能方面比继电器控制逻辑优异，可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、维护方便，但价格高于继电器控制。
2．2．4PLC相对于微型计算机的优势
1、应用范围：
微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。
而PLC主要应用于工业控制。
2、使用环境：
微机对环境要求很高，一般要在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。
而PLC适用于工程现场的环境。
3、输入输出：
微机系统的I/O设备与主机之间采用微机联系，一般不需要电气隔离。
而PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用“光-电”耦合，输出还采用继电器，晶闸管或大功率晶体管进行功率放大。
4、程序设计：
微机具有丰富的程序设计语言，例如：
汇编语言、FORTRAN语言、PASCAL语言、C语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须具备一定水平的计算机硬件和软件的知识。
而PLC提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。
5、系统功能：
微机系统一般配有较强的系统软件，例如：
操作系统，能进行设备管理、文件管理、存储器管理等。
它还配有许多应用软件，以方便用户。
而PLC一般只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户的程序输入和修改、用户程序的执行与监视等功能。
6、运算速度和存储容量：
微机运算速度快，一般为微秒级。
因有大量的系统软件和应用软件，故存储容量大。
而PLC因接口的响应速度慢而影响数据处理速度。
一般接口响应速度为2ms，PLC的巡回检查速度为每千字8ms。
PLC的软件少，编程简短，故内存量少。
7、价格：
微机是通用机，功能完善，故价格较高。
而PLC是专用机，功能较少，其价格是微机的十分之一。
从以上几个方面的比较可知：
PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握。
价格也比一般的微机系统便宜。
2．3PLC的分类
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
2．3．1按结构形式分类
根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。
（1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。
小型PLC一般采用这种整体式结构。
整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。
基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。
扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。
基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。
整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。
（2）模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
模块式PLC由框架或基板
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