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摘 要
根据程控切纸机的工作过程，为克服继电器、接触器控制故障率高、可靠性低等缺点，设计了一套以PLC为核心的切纸机裁切自动控制系统。
它利用PLC完善的内部功能，有效而可靠的实现了自动裁切、自动送纸等全自动控制。
本文首先对现代可编程控制技术的应用现状、发展趋势作了较为详细的介绍，并简要介绍了切纸机的产生背景和应用意义。
简单概括了切纸机的电气系统的总体方案设计，并比较了工控机、可编程控制器等控制方案的优缺点。
对于三菱公司的F2-20MR型PLC也做了一定的介绍。
之后详细讲述了程控切纸机系统主体软硬件的研制过程和设计方法。
本设计的关键就是要在原继电器控制电路的基础上，经过合理的转换，从而设计出具有相同功能的控制程序。
关键词：
PLC;
继电器;
切纸机
Abstract
Accordingtotheworkingprocessofthecutterprogram,toovercometherelays,highreliability,lowfailureratecontrol,asetoffaultsinPLCisthecoreofcuttercuttingautomaticcontrolsystem.ItUSESPLCperfectinternalfunctions,effectiveandreliablerealizesautomaticpaperfeeding,automaticcuttingfullautomaticcontrol,etc.
Thispaperfirstlymodernprogrammablecontroltechnologyapplicationsituationandthedevelopmenttrendsareintroduced,andbrieflyintroducesthebackgroundandcutter.Simplysummarizedcutterelectricalsystem,andtheoveralldesignofindustrialcomputer,comparestheprogrammablecontrollertocontrolscheme.IntheF2-20MRmitsubishitypePLCmadecertain.Afterdiscoursedprogram-controlledcuttersystemhardwareandsoftwaredevelopmentprocessandthemaindesignmethod.
Thekeyoriginallydesignedisthatshouldbeonthebasisofcontrolcircuitoforiginalrelay,throughrationalconversion,thusdesignPLCcontrolprocedurewithsamefunction
KeyWords：
Relay;
Cardboardcuttingmachine
目 录
摘 要4
Abstract4
引言1
1绪论2
1.1切纸机的基本概况2
1.2切纸机的基本设计要求2
2切纸机的总体设计方案3
2.1课题分析3
2.2设计思路3
3硬件设计与分析5
3.1原继电器控制电路与分析5
3.2PLC控制电路分析5
3.3可编程控制器简介6
3.3.1PLC的产生与发展6
3.3.2PLC的基本结构与特点8
4切纸机的PLC控制系统设计18
4.1PLC的环境技术条件设计18
4.2切纸机的加工工艺过程21
4.3切纸机的控制要求21
4.4PLC型号的选择21
5设备布置图及程序说明24
5.1设备布置图24
5.2程序设计要求及程序说明25
5.2.1编程方法及编程规则25
5.2.2程序说明28
结 论36
参考文献37
致谢38
引言
可编程控制器简称PLC，它是一种用作数字控制的专用计算机。
它按照用户程序存储器里的指令安排，通过输入接口采集现场信号，执行逻辑或数值运算，进而通过输出接口去控制执行机构动作。
它组态灵活、编程简单、维护方便、可靠性高，现已成为工业自动化核心技术之一。
目前，我国的造纸工业技术水平仍停留在上世纪80年代初的水平，许多机器仍采用继电器控制电路，属于低水平加工制造业，而国外已普遍采用PLC控制电路。
造纸工业是国民经济的基础产业之一，与社会经济发展和人民生活息息相关，纸和纸板的消费水平已成为一个国家现代化和文明程度的重要标志之一。
本文对PLC的概念，发展情况进行总结，对如何将继电器电路如何用PLC系统代替作了详细的分析。
1绪论
1.1切纸机的基本概况
我国的造纸工业技术水平仍停留在上世纪80年代初的水平，许多机器仍采用继电器控制电路，属于低水平加工制造业，而国外已普遍采用PLC控制电路。
本文介绍了柴河纸板厂继电器控制电路旧设备的改造。
“PLC控制的`纸板切割机”作为控制系统中的一个典型的实验设计。
柴河纸板厂的纸板切割机是特种工业用纸生产重要的配套设备之一，由于该设备仍采用继电器控制电路，设备老化，逻辑电路的接线较复杂。
由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的，大大降低了系统的可靠性，继电器控制系统的维修工作不仅耗资费时,而且停产维修所造成的损失也不可估量,而现代化生产过程是不断变化的,生产工艺和市场需求也是不断地变化,所以用PLC取代继电器控制已是大势所趋。
1.2切纸机的基本设计要求
该控制系统的关键是在原继电器控制电路的基础上,经过合理的转换,从而设计出具有相同功能的PLC控制程序。
在把继电器控制转换成PLC控制时要注意转换方法,以确保转换后系统的功能不变。
（1）根据原继电器电路和工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。
（2）分配输入、输出设备，即确定哪些外围设备是发送信号给PLC的，哪些外围设备是接收来自PLC的信号的。
同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应,对I/O进行分配，在此基础上确定PLC的机型。
（3）根据原继电器电路和控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时采用梯形图形式的用户程序。
2切纸机的总体设计方案
2.1课题分析
PLC控制的纸板切割机，就是利用PLC作为纸板切割机控制电路的主控制器，PLC采用环扫描工作方式，在系统软件控制下，扫描输入的状态，按纸板切割机工作程序进行运算处理，然后向输出发出响应的控制信号。
整个工作过程可分为5个阶段：
自诊段，与编程器或计算机等的通信，现场输入信号的采集，用户程序执行，输出结果。
PLC经过这些5个阶段的工作过程，称为一个扫描周期。
完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周期周而复始地进行。
本PLC控制系统的具体指标要求是：
对导辊从造纸机上接纸板的线速度比造纸机上纸板传输度高1%-5%。
纸板完全静止在切纸机导辊上的预定位置不能超过10mm。
2.2设计思路
本设计包括硬件配置和软件程序设计两部分。
硬件设计时，对被控设备的工艺要求和所选PLC的特点与性能有较全面的了解；
软件设计时在对原继电器控制电路熟悉掌握的基础上，以步为核心，一步步设计，一步步修改直到完成整个程序的设计。
对于PLC程序设计采取以下几步：
（1）根据原继电器控制电路和工艺要求确定被控系统必须完成的动作，确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。
（2）分配输入、输出设备，即确定哪些外围设备是送信号给PLC的，哪些外围设备是接收来自PLC的信号的，同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应，对I/O进行分配。
在此基础上确定PLC的机型。
（3）根据原继电器电路、控制系统的控制要求、所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况，设计PLC用户程序，此时采用梯形图形式的用户程序。
纸板切割机的加工工艺过程如下：
1启动设备，切纸机导辊从造纸机上接到纸板传到预想位置。
2导辊停止导纸，当纸板完全静止在切纸机导辊上预定位置时，切纸刀车开始切割，刀车运动到另一侧后，刀车电机与切刀电机停机。
3导辊向接纸台传送已切割完毕的纸板。
4送纸结束，切纸机导辊又恢复高速，等待造纸机下一副纸板的到来。
刀车再由另一侧向原方向运动进行下一次切割过程。
如此反复。
（4）控制要求：
1导辊的速度由主传动机控制。
主传动电机是CYT—4型三相交电磁调速电动机。
调整器外装两只电位器，当导辊从造纸机上接纸板时为了顺利地从造纸机上接到纸板，根据纸板的密度，原料和定量的不同情况，导辊速度要比造纸机上纸板传输速度高1%—5%，由电位器W1设定。
当导辊向接纸台传送已切割完毕的纸板时，由光电管E2发出切割完毕信号，经继电器Z5，Z9调速器和电位器W2投入，由电位器W2设定。
2当切纸机导辊从造纸机上接到纸板传到预想位置时，由光电管E1向时间继电器ST2发出信号，经中间继电器K1，控制继电器Z3，Z8及C4。
调速器与电位器W1同时脱机发出零速度信号，导辊停止导纸。
3导辊停止后，纸板在导辊上仍然存在惯性滑动，由时间继电器ST2的延时作用来调节纸副的位置。
4当纸板完全静止在切纸机导辊上预定位置时，由时间继电器ST3向切纸刀发出开始的命令。
刀车电机MZ与切刀电机M3，M4，M5同时启动切割纸板。
当刀车离开纸板，运动到光电管侧端后，由光电管发出切割完毕信号，刀车电机与切刀电机均断电停机。
⑤送纸结束后，主传动输出恢复高速，由于时间继电器SJ1延时时间达到，接点断开，继电器Z6，Z7失电，使K1失电，Z9，C4得电。
由调速器和电位器W1投入实现。
3硬件设计与分析
3.1原继电器控制电路与分析
剪板机原来采用继电器—接触器控制，但控制系统较复杂，大量的硬件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PLC控制可较好地解决这一问题。
剪板机的原理结构，如图3•1所示：
图3.1剪切板原理结构示意图
系统由送料、定位压紧、剪切、自动传送4个部分组成。
采用7个限位开关和1个光电开关检测各部分的工作状态。
送料机构E、压板B、剪切刀A、送料小车分别由4台电动机拖动。
系统未动作时，压板及剪切刀的限位开关SQ1、SQ3和SQ4均断开，SQ1、SQ7也是断开的。
启动时，小车应处于接料口位置，限位开关SQ5、SQ6闭合。
若小车空载或板料数未达到设定数，起动送料机构Ｅ，带动板料C向右移动。
当板料碰到行程开关SQ1时，送料停止。
同时启动压块电动机，使压块B压下，压块上限开关SQ2闭合。
当压块到位，板料压紧时，压块下限开关SQ3闭合，剪切电动机起动，控制剪刀下落。
此时，SQ4闭合，直到把板料剪断，板料落入小车。
光电接近开关SQ7对落入小车的板料进行检测并产生计数脉冲。
当小车上的板料达到设定数时，启动小车控制电动机，带动小车右行，将切好的板料送至包装线。
卸下后，再启动小车左行，重新返回到剪切机下，开始下一车的工作循环。
3.2PLC控制电路分析
可编程控制器（以下简称PLC）由于采用了微机技术，具有微机的许多优良性能，又有较强的抗干扰能力，可在强电磁干扰的工业生产场合可靠运行，因而得到很快的发展。
它比传统的继电接触控制系统控制精度高、时间响应快、改变控制程序方便、开发周期大大缩短，而且设备体积小、能耗少。
设备结构除超小型、小型机为整体式的外，大多采用模块结构，用户可根据控制要求选择模块组成系统，非常灵活，维护维修也容易，而软件大多采用梯形图程序，具有继电接触控制线路清晰直观的优点，易被广大熟悉继电接触控制线路的工程技术人员接受。
随着微机技术的发展和新电子器件的不断出现，PLC技术必将得到更大的发展，成为工业控制的主要手段和重要的基础控制设备之一。
PLC技术进入我国只有十几年时间，已经得到相当广泛的应用，许多工厂企业已把它作为新产品开发、老产品更新及旧设备改造的重要控制手段。
其中应用最多的是进行开关逻辑控制。
目前国内的PC产品，功能越来越多样，有些小型机、超小型机也装置有一些特殊单元，如高速计数、定位、定时单元，甚至有模拟量输入、模拟量输出和PID单元，可用来进行闭环过程控制图，应用前景非常广阔。
3.3可编程控制器简介
3.3.1PLC的产生与发展
可编程控制器是以自动控制技术、微机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它已被广泛应用于各个领域。
早期的可编程控制器只能进行计数、定时及对开关量的逻辑控制。
因此，可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。
后来，可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已远远超过逻辑控制的范畴，于是人们又将其称为ProgrammableController，简称PC。
但个人计算机（PersonalComputer）也常简称PC，为避免混淆，可编程控制器仍被称为PLC。
1987年，国际电工委员会（IEC）在可编程控制器国际标准草案第三稿中，对可编程控制器定义如下：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入与输出，控制各种机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备，都按易于工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
PLC是生产力发展的必然产物。
20世纪60年代初，美国的汽车制造业竞争激烈，产品更新换代的周期越来越短，其生产线必须随之频繁的变更。
传统的继电器控制对频繁变动的生产线很不适应。
自然，人们对控制装置提出了更高的要求，即经济、可靠、通用、易变、易修。
首先提出PLC概念的是美国最大的汽车制造厂家通用公司（GM）。
1986年，该公司提出用一种新型控制装置替代继电器控制，这种控制装置更把计算机的通用、灵活、功能完善等优点与继电器控制的简单、易懂、操作方便、价格便宜等特点结合起来，而且要使那些不很熟悉电脑的人也能方便的使用。
根据这种设想，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在美国GM公司的汽车自动装置生产线上试用获得成功。
由于PLC优越的性能，其问世后发展极为迅速。
1971年，日本引进了这项技术并开始生产PLC。
70年代中期，欧美及日本的一些生产厂家，其PLC产品中多以微处理器及大规模集成电路芯片为其核心部件，使PLC的功能进一步扩展，并且有了自诊断功能，可靠性得到进一步提高。
随着微电子技术的迅猛发展，80年代中期，PLC几乎完全计算机化，其速度更快、功能更强，PLC的各种智能化模块不断的被开发出来，一些厂家还推出了PLC的计算机辅助编程软件，许多小型PLC的性能也不可小视。
现在，PLC不仅能进行逻辑控制，在模拟量的闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制等方面都得到广泛的应用。
如今大、中、甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功能。
这些功能使PLC应用与模拟量的闭合相应的传感器及伺服装置，PLC可以实现数字量的智能控制；
PLC配合可编程终端设备（如触摸屏）可以实时显示采集到的现场数据及分析结果，为分析、研究系统提供依据；
利用PLC的自检信号可实现系统监控；
PLC具有较强的通信功能，可与计算机或其他智能装置进行通信和联网，从而能方便地实现集散控制。
功能完备的PLC不仅能满足控制的要求，还能满足现代化大生产的需要。
目前，世界上一些著名的电器生产厂家几乎都在生产PLC，产品功能日趋完善、换代周期越来越短。
为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业的不同需要，PLC产品大致向两个方向发展：
小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制，更便于实现机电一体化；
大中型PLC向可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将PLC系统的控制功能和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。
我国从70年代中期开始研制PLC。
1977年，我国采用美国Motorola公司的一位机集成芯片，研制成功了国内第一台有实用价值的PLC。
此后，在不断引进国外PLC生产线的同时，积极开发国产PLC。
许多企业在PLC的应用方面进行了积极的探索，取得了成功的经验和良好的效益。
随着PLC产品性能价格比的不断提高，中小企业普及应用PLC的投资已经完全可以承受。
可以预见，PLC技术的推广应用会使我国的工业自动化水平产生一个革命性的飞跃。
3.3.2PLC的基本结构与特点
可编程控制器内部的基本结构与普通微机是类似的，特别是和单片机的结构极为相似。
可编程控制器实施控制的基本原理是按一定算法实现输入、输出变换，并加以物理实现。
这种输入、输出变换就是信息处理。
当今工业控制中信息处理最为常用的方式是采用微处理机技术，PLC也是利用微处理机技术将其应用于工业生产现场，使其专业化。
相对于普通微机，物理实现是PLC的特长，因为普通微机大多只考虑自身的数据、信息处理能力和通信等功能，又要考虑实际控制能力及其实现等问题。
因此，PLC在硬件设计时更注重I/O接口技术和抗干扰等问题的解决。
根据控制系统的基本要求，PLC采用典型的计算机结构，它主要由中央处理单元CPU、存储器（RAM，ROM，EFPROM，EEPROM等）、专门设计的输入输出接口电路、通信接口电源等单元组成。
PLC优越的性能表现在以下几个方面：
1.灵活性和通用性强
继电器控制系统的控制电路要使用大量的控制电器，需要通过人工布线、焊接、组装来完成电路的连接。
其致命的弱点是，如果工艺的要求稍有改变，控制电路必须随之做相应的变动，耗时且费力。
PLC是利用存储在主机内的程序实现各种控制功能的。
因此，在PLC外部接线改动极少，甚至可不必改动。
一台PLC可以用于不同的控制系统中，只不过改变了其中的程序罢了。
其灵活性和通用性是继电器控制电路所无法比拟的。
2.抗干扰能力强、可靠性高
继电器控制系统中，由于器件老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的，大大降低了系统的可靠性。
继电器控制系统的维修工作不仅耗力费时，而且停产维修所造成的损失也不可估量。
而在PLC控制系统中大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成，因此PLC可以直接安装在工业现场而稳定的工作。
从国外使用PLC的实际情况来看，平均无故障率可以达到几万甚至几十万小时以上。
因此PLC被誉为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。
PLC在硬件和软件方面主要采取以下措施来提高其可靠性：
（1）硬件方面采取的措施
对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰；
对供电系统及输入电路采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰,也削弱了各部分之间的相互影响；
对PLC内部所需的+5V电源采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以消除由于交流电网的波动引起的过电压、欠电压的影响；
采用光电隔离措施，有效地隔离了内部与外部电路之间的直接电联系，以减少故障和误动作；
采用模块结构的PLC，一旦某一模块有故障，就可以迅速更换模块，从而尽可能缩短系统的故障停机时间。
（2）软件方面采取的措施
其一，对掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信号等，PLC通过监控程序定时的进行检测。
当检测到故障时，立即把当前状态保存起来，并禁止对程序的任何操作，以防止存储信息被冲掉。
故障排除后立即恢复到故障前的状态继续执行程序。
其二，PLC设置了监视定时器，如果程序每次循环的执行时间超过了规定值，表明程序进入了死循环，则立即报警。
其三，加强对程序的检查和校验，发现错误立即报警，并停止程序的执行。
其四，利用后备电池对用户程序及动态数据进行保护，确保停电时信息不丢失。
由于采取了以上措施，PLC的抗干扰能力和可靠性得到了大大的提高。
3.编程语言简单易学
虽然PLC是以微型计算机技术为核心的控制装置，但是不要求使用者精通计算机方面复杂的硬件和软件知识。
大多数PLC采用类似继电器控制电路的“梯形图”语言编程，清晰直观，简单易学，了解继电器控制线路的电气技术人员很容易接受。
4.PLC与外部设备的连接简单，使用方便
用微机控制时，要在输入/输出接口电路上做大量的工作，才能使微机与控制现场的设备连接起来，调试也比较麻烦。
而PLC的输入/输出接口已经做好，其输入接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等强电电器连接，接线简单，使用方便。
5.PLC的功能强、功能的扩展能力强
其一，PLC利用程序进行定义、计数、顺序、步进等控制，十分准确可靠。
而用继电器控制时，需使用大量时间继电器、计数器、进步控制开关等设备，其准确性与可靠性无法与PLC相比。
其二，PLC
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