基于plc的剥线机控制系统设计.docx

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基于plc的剥线机控制系统设计

摘要 ...........................................................................................................1

一、研究的意义和背景：

 .......................................................................1

二、plc 系统设计的一般方法 .................................................................3

（一）Plc 控制系统的组成 ...............................................................3

1、硬件部分 .................................................................................3

2、软件部分 .................................................................................3

（二）Plc 系统设计步骤 ...................................................................3

（三）Plc 系统设计方法 ...................................................................4

1、经验设计法 .............................................................................5

2、顺序功能图设计法 .................................................................5

3、逻辑流程图设计法 .................................................................6

三、剥线机系统控制设计 .......................................................................6

（三）剥线机软件系统设计 .................................................................11

五、参考文献 .........................................................................................15

摘要

本论文以作者基于 PLC 的剥线机控制系统项目为背景，从 PLC

控制系统设计的角度，探讨 PLC 控制技术的应用，完成了如下几项

工作:

（1）综述了基于 PLC 的剥线机控制系统的研究背景、意义。

（2）探讨了广泛适用的基于 PLC 的控制系统设计的一般方法。

从

PLC 控制系统的组成、设计原则分析入手，重点分析了 PLC 控制系

统硬件设计和软件设计的方法和步骤。

（4）完成了基于 PLC 的剥线机控制系统的设计，包括系统的总体

设计、硬件设计和软件设计。

一、研究的意义和背景：

目前，国内研制这种产品的厂家都集中在沿海和广东等地，以

两种发展趋势为主:

一种是面向精度要求不高的低端用户，以单片机

为控制核心，配以机械刀具的剥线机，这种系统设计成本较低，一

般精度不高，如东莞荣富电子机械设备厂生产的 RF-200 全自动电脑

裁线剥皮机，浙江君权自动化设备总厂生产的 ZDBX-2 通用型电脑剥

线机等；另一种是面向精度要求高的高端用户，一般采用 PLC 或单

片机为控制核心，加上比较先进的激光技术，具有可精确控制剥线

长度、不损坏铜芯、剥线速度快、废品率低等特点，但开发成本高，

设备贵，如深圳市光大激光技术有限公司生产的 GD-C02-B30/55 型

激光剥线机，广东省三工激光应用科技有限公司生产的 SCB 系列激

光剥线机等。

在国外，亚洲地区的厂家以生产中低档产品为主，如

印度的 Machine makers r. s.公司生产的 CTSS 32 型裁线剥皮机，

马来西亚的 Kawa 公司生产的 KM-702N 型数字剥线机等。

而欧美等地

的厂家对剥线机的研制以高端产品为主，对剥线机的性能、精度要

求更高，机器更加智能化，如美国的 ThomasNet 公司生产的

UniStrip2600 型智能剥线机，德国的 Kodera 公司生产的 C373 型高

性能剥线机等。

基于以上现状，提出了以高性能、稳定、可靠及高性价比的

PLC 设备作为剥线机系统的核心控制部分，通过定位准确的步进电

机控制切刀的运动，它综合了以上两种系统的优点，既能降低系统

成本，又能保证精度，适合多种用户的需求。

预期该系统的研制成

功将能产生较大的经济效益，可广泛应用于各种电子行业的线束加

工。

二、plc 系统设计的一般方法

（一）Plc 控制系统的组成

PLC 控制系统主要由硬件部分和软件部分组成。

1、硬件部分

PLC 控制系统的硬件部分不仅包括符合系统控制要求的 PLC 机

型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块、通信模块、模拟量输

入/输出模块和其他特殊功能模块等，还包括合适的外围装置，如输

入设备（按钮、开关、传感器等）、输出设备（接触器、继电器等）和

执行装置控制的现场设备（电机、水泵、阀门等）。

2、软件部分

PLC 控制系统软件部分包括对 I/O 地址、内部继电器、定时器、

计数器的使用和分配，根据要求设计的 PLC 控制程序及人机界面等。

（二）Plc 系统设计步骤

PLC 控制系统设计的一般步骤，具体分析如下:

（1）分析控制要求:

在设计 PLC 控制系统之前，要深入了解和分

析被控对象的工艺要求和控制要求，设计出令人满意的控制系统。

（2）确定输入/输出设备:

根据控制要求选择合适的输入设备（控

制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等），并确定

PLC 所需的 I/O 点数。

（3）选择合适的 PLC:

根据所需的 I/O 点数和具体 PLC 控制系统

的功能要求，选择类型合适的 PLC，需要考虑 PLC 的机型、存储容

量、电源模块和其他功能模块等。

（4）I/O 分配:

规定 PLC 的 I/O 端子和输入/输出设备之间的对

应关系，绘制出 I/O 端子的连接图。

（5） PLC 程序设计:

根据控制对象和控制要求对 PLC 进行编程。

在 PLC 程序设计阶段一般先画出程序流程图，再编写程序。

（6）模拟调试:

可以用按钮、开关来模拟数字量，用电压源和电

流源来代替模拟量，对程序反复调试、修改，直到满足控制要求。

（7）现场安装与配线:

将输入/输出设备与 PLC 之间的连线接好。

（8）联机调试:

将 PLC 程序与现场的输入/输出设备一起进行调试，

解决发现的问题，使系统满足控制要求。

（9）整理技术文档:

要整理的技术文档包括设计说明书、I/O 接

线原理图、程序清单、元器件明细表、使用说明书等。

（三）Plc 系统设计方法

在实际工程中，PLC 程序设计有多种方法，如:

经验设计法、顺

序功能图设计法、逻辑流程图设计法、解析法（逻辑设计法）、时序

图设计法等，前三种方法比较常用，也是本文在 PLC 程序设计中常

用的方法。

1、经验设计法

经验设计法是根据系统工艺流程和控制要求，运用自己的或者

别人的经验来设计 PLC 程序。

有时为了得到一个好的设计结果，需

要进行多次调试和修改。

这种设计方法具有一定的局限性和随意性，

设计所需的时间和设计的质量都与设计者的经验有很大的关系。

经

验设计法一般用于对简单的控制系统的 PLC 程序设计，可以收到快

速完成的效果。

对于比较复杂的控制系统，则很少采用经验设计法。

2、顺序功能图设计法

对于按动作的先后顺序进行控制的系统，适合使用顺序功能图

法进行 PLC 程序设计。

顺序控制就是按照生产工艺规定的动作顺序，

在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，各个执行

机构有序的进行操作。

顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转

换条件和动作（或命令）组成。

步又可称为工作步，它表示系统中的

一个稳定状态;转换条件就是从一个步向另一个步转移时的触发条件;两

个步之间用有向连线表示转换;在每个稳定状态（即一个步）下，可以

有一个或者多个 PLC 输出触点的动作。

采用顺序功能图设计法时，首先要理顺系统的工艺控制过程，

明确各步的转换条件;然后准确的画出顺序功能图，是使用这种设计

方法的关键;最后根据顺序功能图来编程（一般用梯形图）。

要用好顺

序功能图设计法，重要的是熟练掌握功能图的画法及根据功能图编

程的方法。

3、逻辑流程图设计法

流程图即流程框图或称为框图，它是用约定的几何图形、有向

线和简单的文字说明来描述控制系统的处理过程和程序的执行步骤。

流程图从结构上分有单一顺序流程图、并发顺序流程图及选择顺序

流程图等。

逻辑流程图设计法就是根据控制系统的工艺流程，首先

画出系统的逻辑流程框图，然后根据流程框图进行 PLC 程序设计。

这种设计方法类似于高级语言的编程方法。

这种方法详细地描述了

控制系统的控制过程，便于设计、调试和维护程序，是设计 PLC 程

序的有力工具，也是本文项目中用得最多的一种设计方法。

三、剥线机系统控制设计

目前，机械化剥线的发展以两种趋势为主，一种是面向精度

要求不高的低端用户，以单片机为控制核心，配以机械刀具的剥线

机，这种系统设计成本较低，一般精度不高;另一种是面向精度要求

高的高端用户，一般采用 PLC 或单片机为控制核心，加上比较先进

的激光技术，生产效率高，可精确控制剥线长度，但开发成本高，

设备贵。

本章旨在探讨剥线机控制系统的设计与实现，提出了以

高性能、稳定、可靠及高性价比的 PLC 设备作为剥线机系统的核心

控制部分，通过定位准确的步进电机控制切刀的运动，它综合了以

上两种控制系统的优点。

整个剥线机系统包括控制系统部分和机械

部分，作者完成基于 PLC 的控制系统部分（其中单片机的编码部分由

项目合作者梁俊英完成），其他机械部分委托东莞建通电子五金有限

公司完成。

（1）剥线机总体设计要求

1、剥线机组成

图 4-1 为剥线机系统结构简图，由图可知，剥线机系统主要由

三部分组成，分别是液晶显示部分、PLC 控制部分、步进电机部分。

其中液晶显示部分包括同时将信息输入单片机和 PLC 的键盘、用于

显示控制的单片机和液晶显示屏;PLC 通过编程控制步进电机按要求

动作，来完成系统功能，一部分错误信息由 PLC 编码送给单片机，

解码后在显示屏上显示;步进电机部分包括四个步进电机及其驱动，

步进电机的驱动接收由 PLC 发来的脉冲、方向等信号，驱动相应的

电机来控制左滚轮、裁刀、右滚轮及扭线轮的运动。

4-1 剥线机系统结构简图

2、剥线机工作原理

图 4-2 为剥线机系统的工作原理图，图中右滚轮步进电机带动

上、下右滚轮转动，从而带动被夹持的加工线左右移动;裁刀步进电

机带动上、下两裁刀向相反方向运动，通过控制上、下裁刀之间的

位移，实现剥皮和裁线的功能;左滚轮步进电