机电控制与可编程序控制器课程设计.doc
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机电控制与可编程序控制器课程设计
泡沫塑料自动切片机设计
学校名称:
学生姓名:
学生学号:
班级:
11春机械本
泡沫塑料切片机控制原理
切片机的控制要求
(1)原理图
切片机控制系统原理,如图2-1所示,切割厚度由4位拨盘开关设定输入,范围为000.0~199.9mm。
在刀架电机的转轴上装有调速齿轮,沿圆周均匀开5个槽,使用二线制接近开关,电机转轴每转1圈,向PC发出5个计数脉冲,转两圈刀架高度变化1mm,接近开关发出10个脉冲,根据设定的切割厚度可以简单的计算出PC应
计的脉冲个数。
电机轴转速为10转/秒,PC的计数频率应达到50HZ,因此,采用CPM2A的单相高速计数功能,它的计数频率可达5KHZ。
CPM2A
输输
入出
操作指令
拨盘开关
给定值
行程开关
接
近
开关
带锯
交磨刀
流台面向后
接台面向前
触落刀
器抬刀
台面刹车
调速齿轮
图2-1为切片机控制系统原理图
(2)工作原理示意图
泡沫塑料切片机把泡沫塑料切成一片片一定厚度的海绵,其工作原理如图2-2所示。
泡沫块置于台面上,切割开始时,使台面后移到限位,接着刀架下降一定位移量并锁住,然后台面带动泡沫快一起前移至限位,旋转的刀片随之切割出一片一定厚度的海绵,台面再后移至限位,不断重复上述过程。
台面的体积为长、宽、高分别为1米、0.5米0.005米的铁块。
图2-2切片机工作原理示意图
2.2PLC控制系统的功能如下:
(1)两种工作状态:
手动或自动。
工作方式由选择开关S1确定,输入点00011接通时为手动方式,断开时为自动方式。
由手动进入自动时,先停止手动状态工作,按下自动启动按钮后,根据拨盘开关设定厚度值,进行自动切割。
过程如图2-3所示。
由自动进入手动时,先停止自动状态开关,然后操作人员操作手动按钮,控制切片机的动作。
(2)面向前或向后移动时,带锯电动机先启动,一旦带锯电动机停转,台面前移或后移就立即停止。
(3)须在带锯电动机启动时(即刀片旋转)时才能进行磨刀控制。
(4)无论在手动或自动方式下,当按下总停按钮后,除了带锯,磨刀外,刀架、台面的动作立即停止。
(5)电接通后,台面刹车交流接触器KM7立即接通。
在自动方式下使用高速计数器,用编程器设置DM6642的内容为0114,表示使用高速计数的加模式、软复位,在DM0000~DM0003中为高速计数器建立中断比较表:
DM0000比较的次数(在程序中置为1)
DM0001目标值1低4位(在程序中计算设置)
DM0002目标值1高4位(在程序中置为0000)
DM0003比较1中断子程序号(在程序中下置为000)
后到位 到位
台面向后 落刀 台面向前
前到位
图2-3自动方式下的工作流程
硬件电路设计
主电路图
切片机控制系统的主电路如图3-1所示。
它共有5个电机,带锯电机驱动刀片旋转;两个磨刀电机带动砂轮对刀片研磨,使刀片锋利;台面电机为直流电机(直流电由晶闸管直流调速装置供给),驱动台面前移或后移;刀架电机通过蜗轮/蜗杆传动机构驱动左、右丝杆正转或反转,刀架随滑套上移或下移,刀架电机制动方式为电磁刹车,电磁刹车使用制动电磁铁;QF1控制五台电机的通断情况;FU1~FU3分别对四台电机起过载保护作用;当电路某台电机出现故障时,空气开关QF会自动跳匝,使故障电机与电路分离,便于维修人员的检修,又不影响系统的工作。
KM1~KM7为交流接触器的常开主触头,通过程序对交流接触器线圈通断的控制从而达到对电机的控制。
FR1~FR2对各台电机起(过流、断相、短路、过载)保护作用,保证电路的正常工作。
晶闸管直流调速装置主要控制直流电机M5的控制。
图3-1切片机主电路
PLC外部电路图
本设计选用日本欧姆龙CPM2A系列可编程控制器控制电机的切片,切片机的工作方式有两种;自动和手动。
CPM2A是一台设有20点,30点,40点和60点I/O端子的PLC。
它有两种输出方式分别为:
继电器输出型和晶体管输出型,并有二种电源可用。
为使PLC的I/O容量提高到最大的120点I/O,与CPU单元连接的扩展单元可多达三个。
有三个扩展单元可用:
20点I/O单元有12点输入单元和8点输出单元。
将3个20点I/O单元与60内装I/O缎子的CPU单元连接就得到120点I/O的最大I/O容量。
本设计在两种方式下的输入点共有30个(输入端子有24个,输出端子有6个),超出PLC本身24个输入点,由于手动和自动只能以一种方式工作,故某些输入点可以分时复用,一点顶两点用,还考虑留有15%~20%余量,所以本系统选用60点I/O端子的PLC。
PLC外部接线图如图3-2所示。
其中,高速计数的输入点是00000;QF2是控制PLC的电源通断,FU4对PLC以及其外部电路起过载保护作用;S1选择开关对工作方式进行选择(手动或自动),接通是为手动方式,断开时为自动方式;SB0为落刀按钮,控制落刀程序;SB1为抬刀按钮,控制抬刀程序;SB2台面向前按钮;SB3为台面向后按钮;SB4为刀架停止按钮;SB5为台面停止按钮;SB6为带锯启动按钮;SB7为带锯停止按钮;S2为磨刀开关,控制磨刀程序;SB8为总停按钮;SB9自动启动按钮;ST1为落刀限位开关;ST2为抬刀限位开关;ST3台面前到位开关;ST4台面后到位开关;拨盘开关用来输入一位十进制数的0~9,或一位十六进制数的0~F;四个拨盘开关分别用来设定百、十、个小数位数,利用每个拨盘开关的拨码盘调整各拨码开关的值;二极管对PC输入点进行扩展避免形成寄生电路,导致自动和手动输入相互干扰,造成混乱;FR1~FR2热继电器起到过载保护作用;KM1~KM7交流接触器线圈,用来控制交流接器的闭合与断开;KM5、KM6分别为KM5、KM6接触器辅助触头控制线圈KM5、KM6、KM7的先后工作的顺序;KM3、KM4分别为KM3、KM4接触器的辅助触头控制线圈KM3、KM4的先后工作顺序。
在自动方式下,SB0~SB5按钮失去作用;在手动方式下,拨盘开关输入无效。
I/O分配表
(1)输入单元
拨盘开关4个分别为小数位、个位、十位、百位
接近开关SW1个选择开关S11个
磨刀开关S22个按钮SB0~SB910个
限位开关ST1~ST44个
(2)输出单元
交流接触器线圈KM1~KM77个
输入点23个,输出点7个,为考虑到以后对系统的扩展,在PLC选型号时须留有15%~20%的备用点,所以选用60点I/O端子的PLC。
(I/O分配表见表3-3)
制程序设计
控制程序分三部分来设计的分别:
公用程序、手动程序、自动程序。
其中公用程序完成对带锯电机、磨刀电机、台面刹车的控制。
手动或自动的工作状态由20002表示,当20002为“0”时表示手动状态,为“1”时表示自动状态。
1公用程序设计
程序图5-1所示为公用程序,主要完成对带锯电机、磨刀电机、台面刹车的控制。
按下外部硬件电路图中的按钮SB6,00001常开触点得电闭合,带锯电机01000
000010000201000
000030100001001
010030100401002
00011
图5-1公用程序
JMP(04)00
线圈得电电机运行工作并自锁,01000辅助常开触点闭合,同时台面刹车01002继电器得电运行;按下外部硬件电路图中的S2磨刀开关,00003常开触点得电闭合磨刀线圈01001得电电机运行工作;按下外部硬件电路图中的选择开关S1,00011常开触点得电闭合,JMP(04)00跳转指令执行,执行手动控制程序。
2手动程序的设计
@ANDW指令
@ANDW(34)为字逻辑与运算指令,I1是输入数据1,其范围是:
IR、SR、HR、AR、LR、TC、DM、*DM、#。
I2是输入数据2其范围是:
IR、SR、HR、AR、LR、TC、DM、*DM、#。
R是结果通道,其范围是:
IR、SR、HR、AR、LR、DM、*DM。
当执行条件为ON时,将输入数据1和输入数据2按位进行逻辑与运算,并把结果存入通道R中。
对标志位的影响:
当间接寻址DM不存在25503为ON;当结果为0000时25506为ON。
程序如图5-2所示,20002为“0”时进入手动工作状态,RESET20002置手动工作标志。
按下外部硬件电路图中的按钮SB6,00001常开触点得电闭合,带锯电机01000线圈得电电机运行工作并自锁,01000辅助常开触点闭合,01000辅助常闭触点断开:
按下外部硬件电路图中的按钮SB0,00106常开触点得电闭合,SET01005落刀置位。
按下外部硬件电路图中的按钮SB1,00107常开触点得电闭合,SET01006抬刀置位。
当外部限位开关ST1闭合时,常开触点00006得电闭合;RESET01005落刀复位;当外部限位开关ST2闭合时,常开触点00007的电闭合,RESET01006抬刀复位;当按下外部硬件电路图中的按钮SB4,常开触点00110得电闭合,RESET01005落刀以及RESET01006台刀同时复位。
按下外部硬件电路图中的按钮SB2,00108常开触点得电闭合,SET01003台面向前置位。
按下外部硬件电路图中的按钮SB3,00109常开触点得