机械毕业设计1450夏特多功能SP板切割机的PLC控制系统设计设计说明书Word格式文档下载.docx
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SPBoard;
CuttingMachine;
PLC;
Control;
ElectromechanicalIntegration
第1章绪论
1.1设计的目的
现有的SP板切割机一般只能人为在SP板上按长度预先画好切割线，将切割机移至切割位置纵向一层层切割，切割的厚度是通过固定安装的行程开关来控制的，改变切割厚度则需要重新安装行程开关的位置，而且切割的功能单一，只能横向切断SP板。
1.2设计意义
1.3SP板切割机和SP板的发展现状与分析
针对建筑用SP板切割机的工艺，研制生产了一套机、电、液一体化的多功能SP板切割机，采用先进的PLC实现电气控制，自动化程度较高，运行安全可靠，能提高SP板的切割效率，且能满足用户多方位的切割要求。
我国引进建成的十几条SP板生产线，其生产特点是根据用户对屋面板厚度的要求，一次性将搅拌好的混凝土浇注在预先拉好的几百米长的钢丝上，通过模具直接成型几百米长的SP屋面板，一般可浇注5层。
当所有层SP板达到强度要求后，用切割机将其切割成用户所需不同长度以及形状等的屋面SP板，因此与SP板生产线相配套的SP板切割机也是成型不同规格SP板的关键设备。
但现有的SP板切割机只能人为在SP板上按长度预先画好切割线，将切割机移至切割位置纵向一层层切割，切割的厚度是通过固定安装的行程开关来控制的，改变切割厚度则需要重新安装行程开关的位置，而且切割的功能单一，只能横向切断SP板。
而随着现代建筑技术水平的不断提高，要求SP板能够成型为不同的断面形状，而且为增强屋面SP板的叠合，又要求在SP板上切割出一排浅槽，这样，现有切割机已远远不能满足建筑的要求。
SP墙板及其在国内外的应用SP预应力混凝土空心板是指引进美国SPANCRETE公司专用设备和技术生产的预应力混凝土空心板（简称SP板，国标图集号为05SG408）该板采用干硬性混凝土挤压成型，长线生产，长度可以根据使用要求任意切割。
与传统的混凝土空心板生产工艺相比，SP板有跨度大，施工速度快，产品质量稳定，板跨不受模数限制，几何尺寸偏差小等优点。
SP墙板由结构层，保温层，保温层的保护层，装饰层组成。
墙板上还设有用于安装的埋件和切口。
在墙体转角位置，SP板侧边做成45斜边，斜边与斜边相交构成阴角或阳角。
在SP墙板上可以任意开设洞口。
由于SP墙板本身及墙板接点设计巧妙，在墙体工程中免去了除墙板安装以外的任何施工项目。
单层配钢筋的SP墙板在安装过程中很容易被损坏，不能满足安装要求。
因此，通常情况下SP墙板采用双层配筋，在上下翼缘对应板肋的位置配置相同数量的钢绞线，上下层钢绞线的张拉值应严格一致，这样可以保证SP墙板的平整度，使其在使用过程中不变形。
SP板做墙板使用时，只是在楼板的基础上加了上层钢绞线，因此该墙板的本身强度非常高，只要能满足吊装要求的SP板，就足以满足风荷载的承载要求，做普通维护墙使用时，SP墙板承载力基本可以作为非验算项目。
当SP墙板用做挡土墙或粮仓维护墙使用时，作用在墙上的水平荷载较大，需要验算承载力。
节点设计是SP墙板设计的关键。
节点包括SP板与结构主体梁或柱之间的节点，SP板与SP板之间的节点，SP板与其他构件之间的节点。
SP板一般通过板上预埋件与梁或柱焊接来实现与主体的连接。
通常情况下，SP板无论横向还是竖向放置，SP板上的预埋件及预埋件与主体之间的焊缝只是将板自重传递给主体结构，简单地说，SP板通过预埋件与主体焊接被悬挂在梁或柱上，传力途径简单。
当主体结构位移较大时，SP板则不能简单的通过板上预埋件与主体焊接来实现连接，否则，当主体变形时，很容易将焊缝拉裂。
可以采用以下两种方法进行连接:
1）通过可以单向滑动的预埋件连接，当结构变形时，梁上焊接的铁板可以在SP板预埋件的键槽内自由滑动;
2）在梁或柱上设计键槽，将SP板放入槽内，板与主体不进行焊接，SP在结构变形时，SP板与主体之间可以相对滑动。
SP板与SP板之间的节点及SP板与其他构件之间的节点不传递任何力，只考虑缝隙的防渗漏问题，可以通过改变SP板侧面形状来实现;
当SP板采用竖向布置时，截面可以延长水的渗流路径。
在国内实际工程中，板与板之间的接缝采用水泥砂浆填充，没有进行过特殊的防渗漏处理，至今还没有发现过墙体渗漏现象。
国外处理该缝隙通常采用在SP墙板内，外面用专用胶嵌缝的方法，这种做法可以有效避免裂缝及渗漏问题的发生。
在国外，SP板用做墙板已有四十多年的历史，应用技术趋于成熟，主要在工业厂房及大型超市等建筑中被广泛使用，具有施工工艺简单，施工速度快，墙体坚固，美观，保温性，耐久性能好等优点，同时SP板本身的装饰层与一般装饰面砖，装饰涂料相比更加耐污染。
由于SP板被引入到国内只有十余年，目前已经成功地被用做楼面板和屋面板，应用技术已经成熟。
而SP板作为墙板在国内只被个别工程使用过，缺少设计和施工方面的经验，在使用时要根据不同工程进行具体设计，有保温层和装饰层的SP板还没有生产过，SP板的接缝材料均采用水泥砂浆，墙板安装完成后，墙面的处理与一般墙体材料相同，需要做保温层，水泥砂浆保护层，装饰层。
尽管这样，SP板与其他墙体材料相比还是具有自身优势，例如:
施工速度快，施工方法简单，墙体坚固且能够承受较大的水平荷载等，适合用在工业厂房及大型超市，特别是与钢结构配合使用时，可以大大缩短工期。
SP墙板的设计在做楼板使用时，SP板只在板底配钢绞线，因此SP板有反拱。
当SP板做墙板使用时，反拱值会更高，这不仅影响美观，而且SP板的变形在使用过程中会持续增加。
第2章切割机的介绍
2.1切割机装置介绍
建筑行业钢混结构建筑所用屋在水泥预制板一般是SP板生产厂家生产的，其生产过程是：
根据用户对屋面板厚度的要求，一次性地将搅拌好的混凝土连续浇注在预先拉好的几百米长的钢丝上，通过模具直接成形几百米长的屋面SP板，根据产量的要求，最多可连续浇注5层；
当所有层SP板自然风干达到强度要求后，用切割机将其切割成用户所需不同长度以及开头的屋面SP板。
因此，SP板切割机是与SP板生产线配套，切割成形不同规格形SP板的关键设备。
SP板切割机装置如图2.1所示。
图2.1多功能SP板切割机装置示意图
2.2切割机生产工艺
切割机生产工艺路线包括以下几个方面：
2.2.1横向切割
1）初始条件：
①夹紧液压缸处于最大夹紧位置；
②和切割锯转至与水泥板纵向垂直位置；
③锁定液压缸锁定；
④小车制动液压缸起动；
⑤升降液压缸处于最高位置。
2）起动小车液压马达，使主锯以0～2000mm/min的速度行驶至主锯左起始切割位置（限位开关位置）。
3）起动主切割锯电动机，起动冷却水系统。
4）升降液压缸以0～600mm/min的速度下降切割位置，锁定升降液压缸。
5）起动小车液压马达，主切割锯以0～600mm/min的速度向右切割至右限位开关位置，小车液压马达停止。
6）升降液压缸以0～2000mm/min的速度将主锯升至最高位置，然后锁定升降液压缸，完成一个横向切割工艺。
2.2.2大车快速纵向行走
①夹紧液压缸最小夹紧；
②升降液压缸处于最高位置。
2）起动大车液压马达，使大车以0～5000mm/min的速度行驶至新切割位置前约200mm。
3）切换大车液压马达速度，使大车以0～1000mm/min的速度行至新的切割位置。
4）夹紧液压缸最大夹紧，准备进入新的横向切割工艺。
2.2.3纵向切割
②升降液压缸处于最高位置；
③锁定液压缸开起。
2）起动回转电动机，使主据旋转至与水泥板纵向平行的位置。
3）停止回转电动机，将锁定液压缸锁定，小车制动液压缸开启。
4）起动小车液压马达，使小车以0～2000mm/min的速度行驶至纵向切割位置，小车制动液压缸制动。
5）起动主切割锯电动机，起动冷却水系统。
6）升降液压缸以0～600mm/min的速度下降至切割位置，锁定升降液压缸。
7）起动大车液压马达，主切割锯以0～600mm/min的速度纵向切割至终点位置，大车液压马达停止。
8）升降液压缸以0～2000mm/min的速度将主锯升至最高位置，然后锁定升降液压缸，完成一个纵向切割工艺。
2.2.4斜向切割
③锁定液压缸开启。
2）起动回转电动机，使主据旋转至斜切的角度上。
4）起动小车液压马达，使小车以0～2000mm/min的速度行驶至斜向切割位置，小车制动液压缸制动，夹紧液压缸最大夹紧。
6）升降液压缸以0～600mm/min的速度下降至切割位置。
7）升降液压缸以0～2000mm/min的速度将主锯升至最高位置，然后锁定升降液压缸。
8）小车制动液压缸开启，夹紧液压缸最小夹紧。
9）起动大车和小车液压马达，使大车和小车以0～2000mm/min的速度移动，并保证主锯在上次切口的延长线上并与上次切口衔接。
10）小车制动液压缸制动，夹紧液压缸最大夹紧。
11）重复6）～10）的工艺，直至完成一次斜向切割。
2.2.5开槽切割
2）启动开槽电动机，启动冷却水系统。
3）开槽升降液压缸以0～600mm/min的切割速度下降至最低点。
4）启动大车液压马达，开槽锯以0～600mm/min的速度纵向切割至终点位置，大车液压马达停止。
5）开槽升降液压缸升至最高位置，关闭开槽电动机和冷却水系统，完成开槽切割。
2.2.6自动横向切割
切割机最常完成的生产工艺是横向切割，为了提高切割效率，要求切割机具有自动横向切割功能。
在满足横向切割初始条件、将小车移至横向切割起点位置、起动主切割锯和冷却水系统后，小车按横向切割工艺，自动地顺序完成一次横向切割功能。
2.3本章小结
阐述了切割机装置和加工工艺路线，以了解切割机的工作原理为设计PLC控制系统提供技术依照。
第3章切割机的PLC控制系统的硬件设计
3.1切割机装置电控设备
主切割电动机M1：
正反转运行，实现SP板横向、纵向及斜向切割功能。
开槽电动机M2：
单向运行，实现SP板表面开槽功能。
液压泵电动机M3：
单向运行，给液压系统提供动力。
回转电动机M4：
正反转运行，调整切割头角度。
液压马达及电磁铁DT：
实现切割机装置的各种动作及速度调节。
直流开关电源：
为PLC输入信号提供电源，同时为PLC输出驱动提供电源。
3.2电控系统的原理图
根据切割机装置设备及其对电控的要求，设计电控系统原理图。
图3.1为切割机装置电气控制主电路原理图，图3.2为切割机装置的交流控制电路原理图。
图3.1切割机装置主电路原理图
图3.2交流控制电路原理图
3.3PLC选型及I/O分配
根据切割机装置操作控制要求，设计PLC控制电路原理图。
切割机装置动作复杂，功能较多，采用PLC控制需要的输入输出点数较多，因此选用三菱FX2N-128MR型，选型方法根据如下三菱公司的FX系列的PLC选型说明。
FXoo-OO□□—□
12345
1——系列名称，如0、1、2、0S、0N、2N等
2——输入输出总点数。
3——单元类型：
M：
基本单元；
EX：
输入专用扩展模块；
E：
输入输出混合扩展单元及扩展模块；
EY：
输出专用扩展模块。
4——输出形式：
R：
继电器输出；
T:
晶体管输出；
S：
晶闸管输出。
5——特殊品种：
D:
DC（直流电源）电源、直流输入；
A1：
AC电源、交流输入（AC100~120V）或AC输入模块；
H：
大电流输出扩展模块（1A/1点）；
V：
立式端子排的扩展模块；
C：
接插口输入输出方式；
F：
输入滤波时间常数为1ms的扩展模块；
L：
TTL输入扩展模块；
独立端子（无公共端）扩展模块；
如果特殊品种一项无记号，则表示AC电源，DC输入，横式端子排，标准输出（继电器输出2A/1点，晶体管输出0.5A/1点，晶闸管输出0.3A/1点）。
由此得到的PLC输入/输出接口功能表如表1及表2所示。
表1PLC输入接口功能表
序号
输入口
说明
1
X000
输入点备用
2
X001
主切割电机正转信号KM1
3
X002
主切割电机反转信号KM2
4
X003
主切割电机过载信号FR1（常闭）
5
X004
主切割电机正转按钮SB1
6
X005
主切割电机停止按钮SB2（常闭）
7
X006
主切割电机反转按钮SB3
8
X007
9
X010
开槽电机运行信号KM3
10
X011
开槽电机过载信号FR2（常闭）
11
X012
开槽电机起动按钮SB4
12
X013
开槽电动机停止按钮SB5（常闭）
13
X014
14
X015
液压泵电机运行信号KM4
15
X016
液压泵电机过载信号FR3（常闭）
16
X017
液压系统过滤器1堵KP1
17
X020
液压系统液位低K11（常闭）
18
X021
液压系统液位高K12（常闭）
19
X022
液压系统过滤器2堵KP2
20
X023
回转电机反转限位开关SQ1
21
X024
22
X025
回转电机正转信号KM5
23
X026
回转电机反转信号KM6
24
X027
回转电机正转限位开关SQ2
25
X030
回转电机正转按钮SB6
26
X031
回转电机停止按钮SB7（常闭）
27
X032
回转电机反转按钮SB8
28
X033
小车快速左移转换开关SA1-1
29
X034
小车慢速右移转换开关SA1-2
30
X035
小车左终点限位开关SQ3
31
X036
小车左限位开关SQ4
32
X037
小车右终点限位开关SQ5
33
X040
小车右限位开关SQ6
34
X041
切割头慢降转换开关SA2-1
35
X042
切割头快升转换开关SA2-2
36
X043
切割头下限位开关SQ7
37
X044
切割头上限位开关SQ8
38
X045
回转制动液压缸开启转换开关SA3-1
39
X046
回转制动液压缸制动转换开关SA3-2
40
X047
41
X050
台车最大夹紧转换开关SA4-1
42
X051
台车最小夹紧转换开关SA4-2
43
X052
台车夹紧松开转换开关SA4-3
44
X053
小车制动液压缸开启转换开关SA5-1
45
X054
小车制动液压缸制动转换开关SA5-2
46
X055
开槽机构下降转换开关SA6-1
47
X056
开槽机构上升转换开关SA6-2
48
X057
49
X060
台车前进转换开关SA7-1
50
X061
台车慢速转换开关SA7-2
51
X062
台车中速转换开关SA7-3
52
X063
台车快速转换开关SA7-4
53
X064
台车后退转换开关SA7-5
54
X065
55
X066
56
X067
57
X072
自动横向切割转换开关SA8
58
X073
液压泵电动机启动按SB9
59
X074
液压泵电动机停止按钮SB10（常闭）
60
X075
61
X076
62
X077
表2PLC输出接口功能表
Y000
主切割电动机正转中间继电器K1
Y001
主切割电动机反转中间继电器K2
Y002
开槽电动机运行中间继电器K3
Y003
液压泵电动机运行中间继电器K4
Y004
回转电动机正转中间继电器K5
Y005
回转电动机反转中间继电器K6
Y006
开槽液压缸上升控制及指示K7、H1
Y007
开槽液压缸下降控制及指示K8、H2
Y010
小车制动控制及指示K9、H3
Y011
小车制动开启控制及指示K10、H4
Y012
回转锁定控制及指示K11、H5
Y013
回转锁定开启控制及指示K12、H6
Y014
小车左移控制及指示K13、H7
Y015
小车右移控制及指示K14、H8
Y016
切割头上升控制及指示K15、H9
Y017
切割头下降控制及指示K16、H10
Y020
台车后退控制及指示K19、H11
Y021
台车高速前进控制K20
Y022
台车中速前进K21
Y023
台车最大夹紧控制K22
Y024
台车夹紧松开控制及指示K23、H12
Y025
台车夹紧控制及指示K24、H13
Y026
泵站卸荷控制及指示K25、H14
Y027
台车前进控制及指示K18、H15
Y030
主切割电动机运行指示H16
Y031
开槽电动机运行指示H17
Y032
液压泵电动机运行指示H18
Y033
液压系统液位报警H19
Y034
台车高速后退控制K17
Y035
液压系统过滤器堵指示H20
Y036
回转电动机运行指示H21
Y037
自动横向切割指示H22
3.4本章小结
PLC的选型以及用来了解控制电机主电路原理图，设计出输入输出的I/O分配表，根据I/O分配表画出接口图和电气控制图，控制切割机的各个动作，以便于后续画出控制程序图。
第4章切割机的PLC控制系统的软件设计
根据切割机装置操作控制要求，结合PLC控制电路编制PLC控制系统总程序图4.1。
图4.1控制总程序图
根据切割机装置的设备和电控情况以及所设计的PLC控制程序，切割机电控设计精解说明如下：
本系统采用PLC实现对多功能切割锯进行控制。
控制对象包括主切割电动机、开槽切割电动机、液压泵、回转电动机以及各个电磁铁等。
控制功能包括手动/自动横向切割、手动台车快速纵向行走、手动纵向切割、手动斜向切割、手动开槽切割等。
4.1手动横向切割
1）台车夹紧/松开转换开关指向左90°
（最大夹紧力）位置，电磁铁17YA、19YA得电，18YA失电，台车夹紧指示灯亮30s后熄灭，保持该转换开关在此位置。
2）切割头下降/上升转换开关指向右45°
（切割头上升）位置，电磁铁10YA得电，11YA失电，升降液压缸上升指示灯亮，切割头上升，至最高位置，10YA、11YA失电，升降液压缸锁定。
3）回转制动液压缸开启/制动转换开关指向左45°
（锁定液压缸开启）
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