基于西门子PLC的剪板机控制系统设计.docx
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111河北联合大学
HEBEIUNITEDUNIVERSITY
毕业设计说明书
设计题目：
基于西门子PLC的
剪板机控制系统设计
学生姓名学 号
专业班级：
指导教师：
2014年6月5日
Abstract
摘 要
现代工业基本要求是提高生产效率、降低生产成本。
本课题自动剪板机控制系统控制方式多种多样，现在选择一种功能强大、简单方便的控制方式。
本课题自动剪板机的控制属于顺序控制，要求系统具有很强的抗干扰能力，基于PLC的自动剪板机控制系统性能优越突出，本课题选择PLC控制系统。
本课题在分析研究剪板机原理、工作流程的基础上实现PLC的全自动控制---定长控制，设计了系统的软、硬件实现方法及过程，完成了系统的软件设计和硬件选型、组装及连线，并通过工业PC机实现了上位机的控制；上位机采用
MCGS进行组态，并应用组态软件MCGS进行了人机界面的设计，实现了人机的随时交流，并通过MCGS组态软件模拟了整个基于PLC的全自动剪板机控制系统的加工过程。
本课题的PLC选用西门子的产品。
基于PLC的全自动剪板机控制系统性能稳定、工作可靠，利用MCGS组态软件实现了实时监控，适用于远程控制，整个系统安全可靠。
关键词 剪板机；PLC；MCGS；定长控制
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目录
Abstract
Thebasicrequirementsofmodernindustryistoimproveproductivityandreduceproductioncosts.ThistopicthereisavarietyofwaysforAutomaticPlateShearsControlSystems，nowweselectapowerful，easyandconvenientwaytocontrol.
Thistopicautomaticplateshearsofcontrolbelongstothesequential
control，requirementsofthesystemhasastronganti-jammingcapability，theAutomaticPlateShearsControlSystemsbasedonPLCperformancehighlights，thetopicchosenforPLCcontrolsystem.Thistopicfullautomaticcontrol-fixedlengthcontrolofPLCbasedplateshearprinciple，workingprocessintheanalysis，designedthesystemsoftwareandhardwareimplementationmethodsandprocesses，completesystemsoftwaredesignandhardwareselection，assemblyandconnection，andthroughindustrialPCtoachievethecontrolofthehostcomputer；PCconfiguredusingMCGS，
applicationconfigurationsoftwareMCGSwereman-machineinterfacedesign，implementationofhuman-computerexchangeatanytime，andsimulationoftheprocessofAutomaticPlateShearsControlSystemsbasedonPLCbyMCGSconfigurationsoftware.
ThetopicchosenSiemensPLCproducts.TheAutomaticPlateShearsControlSystemsbasedonPLCStableperformance，reliable；realizethereal-timemonitoringoftheuseofMCGSconfigurationsoftware，suitableforremotecontrol，thewholesystemissafeandreliable.
Keywordplateshears;PLC;MCGS;FixedLengthControl
-I-
目录
目 录
-II-
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1概述 1
1.1.1剪板机概述 1
1.1.2剪板机现状 1
1.2课题来源及解决 1
1.3课题主要内容 1
1.4相关技术概况 2
1.4.1PLC 2
1.4.2光电编码技术 3
1.4.3组态软件技术 3
1.5本章小结 4
第2章 全自动剪板机系统 5
2.1剪板机结构及原理 5
2.1.1系统工艺流程 5
2.1.2剪板机工作原理 6
2.2全自动剪板机系统的控制要求 6
2.3液压结构简介 7
2.3.1液压传动系统 7
2.3.2液压系统优缺点 7
2.4系统液压结构及原理 8
2.4.1系统液压结构 8
2.4.2压块、剪切刀液压工作流程 9
2.5本章小结 10
第3章系统总体设计方案 11
3.1系统工艺要求 11
3.2总体方案 12
3.3本章小结 12
第4章 PLC硬件设计 13
4.1可编程控制器（PLC）简介 13
4.1.1可编程控制器的由来及发展 13
4.1.2PLC的定义 14
4.1.3PLC的用途 14
4.2PLC硬件结构及工作原理 15
4.2.1PLC的结构 15
4.2.2PLC控制系统组成 16
4.2.3PLC工作原理 16
4.3PLC的选型 18
4.3.1PLC选型要点 18
4.3.2本课题PLC选型 18
4.4本章小结 20
第5章 自动定长系统 21
5.1定长系统 21
5.2光电编码器设计 22
5.2.1光电编码器 22
5.2.2光电编码器自动定长原理 24
5.2.3光电编码器选型 24
5.3自动定长流程 25
5.4本章小结 26
第6章 剪板机系统电气设计 27
6.1系统主电路设计 27
6.1.1进料机构的设计 28
6.1.2压料机构的设计 28
6.1.3剪切刀机构设计 28
6.1.4料车机构的设计 29
6.2控制电路的设计 29
6.3电气与PLC接线设计 30
6.4本章小结 32
第7章 PLC程序设计 33
7.1编程软件 33
7.1.1编程软件简介 33
7.1.2梯形图绘制规则 38
7.2程序设计 39
7.2.1顺序流程图 39
7.2.2自动定长程序设计 40
7.2.3报警程序 41
7.2.4编程过程中应注意的细节问题 41
7.3系统梯形图 43
7.4梯形图仿真 43
7.5本章小结 43
第8章 监控系统设计 44
8.1 组态 44
8.1.1 国内组态软件发展 44
8.2MCGS简介 45
8.2.1MCGS的组成 45
8.2.2MCGS功能 47
8.2.3MCGS特点 47
8.3MCGS工程的建立 48
8.4实时数据库 48
8.5MCGS与PLC的通讯 50
8.5.1设备硬件连接 50
8.6运行策略 55
8.7监控画面 58
8.8本章小结 61
结 论 62
参考文献 63
谢 辞 65
附 录 66
附录A系统梯形图 66
附录B系统图仿真 74
河北联合大学轻工学院
第1章 绪论
1.1概述
1.1.1剪板机概述
二十世纪初，锻压机械向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展，出现了每分钟行程2000次的剪板机。
剪板机是一种可按加工要求，将金属板材剪开、自动计数、并由送料车送到下一工序的顺序控制的设备。
它是机加工中应用比较广泛的一种剪切设备，能够剪切各种厚度的钢板材料，可分类为平剪、滚剪及震动剪3种类型。
1.1.2剪板机现状
传统的机械剪板机控制系统采用继电器---接触器控制，在定位控制方式方面，一般采用读取行程开关信号后，通过预减速配合气压制动的定位方式，剪切效率低，误差比较大，控制系统有大量的硬件接线，使系统复杂并使可靠性降低，间接地降低设备的工作效率，因此实现高精度的全自动剪板机对企业以及整个工业系统生产都具有极为重要的意义。
1.2课题来源及解决
现代工业基本要求是提高生产效率、降低生产成本，由于生产的需要，对于剪板机则要求剪板机控制系统可以实现各种长度的板料剪切，能够集中控制电机的启动、浏览生产工业流程图、做出事故报警及其响应等。
原剪板机控制系统采用的是继电器---接触器控制系统，越来越满足不了现代的生产需求，迫切需要一种新的控制方式和系统来控制剪板机，使之能满足越来越复杂的工艺要求、越来越简洁的操作方式及更加友好的操作界面、更加安全、更加节能高效，因此出现了用可编程控制器来进行控制的剪板机控制系统。
1.3课题主要内容
对继电器电路控制剪板机系统进行技术改造，根据现代科学技术的发展和
-0-
第1章绪论
工
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河北联合大学轻工学院
业基础的现状，采用PLC控制剪板机系统是一种可靠、高效的与继电器--
-接触
器控制技术相结合的产物。
本课题采用PLC技术、光电编码技术、工控组态软件技术来对剪板机控制系统进行改造，采用可编程控制器控制拖动三相笼型异步电动机方案，以计算机数字信号处理技术取代传统的手动定长控制方式，以工控组态软件作为用户定制功能的软件平台工具，在计算机上开发出友好的人机界面来进行控制，剪板机系统可按照生产需求剪切各种规格的产品。
1.4相关技术概况
1.4.1PLC
可编程控制器（PLC），是以微处理器为基础的通用的工业控制装置，只要装入不同的应用软件，就可以应用于不同的工业控制系统，完成不同的控制任务。
1969年，美国数字设备公司研制出第一台PLC，在美国通用汽车生产线试用成功，取得了满意的效果，之后PLC迅速发展。
可编程控制器具有可靠性高、灵活通用、易于编程、控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等特点，在工业过程控制、机电一体化、电力部门、运输等方面得到广泛的应用，加之在可编程控制器硬件设计中采用了屏蔽、滤波、光电隔离等技术，在软件设计中采用了故障检测、信息保护与恢复等措施，进一步提高了可编程控制器的性能，到现在，PLC已成为现代工业生产自动控制的一大支柱设备。
简要概括PLC的用途如下。
1、开关量逻辑控制。
这是PLC最基本的控制功能，用以取代传统的继
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