郭星杰 基于plc自动剥线机的控制系统设计毕业论文.docx

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郭星杰基于plc自动剥线机的控制系统设计毕业论文

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摘要：

随着自动控制理论和PLC技术的发展，PLC控制技术具有使用方便，功能强大，可靠性高，扩展能力强，适用性广，组成控制系统简单等优点。

使用越广泛。

本论文基于PLC的剥离机控制系统项目和基于PLC的剥离机控制系统项目。

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PLC控制技术和其他控制技术的国内外应用的生产，开发，应用现状，介绍了剥线机控制系统和剥线机控制系统两个项目的来源、背景、国内外研究现状、研究意义。

（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控制系统的组设计和设计原理的分析从分析PLC控制系统的硬件设计和软件设计方法和步骤开始。

（3）实现了基于PLC的剥线机控制系统的设计，包括系统的总体设计，硬件设计和控制软件设计。

在该系统的总体设计中，提出了一种用于多截面剥离的线径加工方法，并分析了线径检测。

计算原理;硬件设计包括PLC设备选择，I/O分配，PLC接线图，线径检测器，仿真量输入模块、伺服放大器等内容;软件的设计包括多个模块的PLC程序的设计、多个画面的人机界面的设计。

（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。

在系统的总体设计中，分析了步进电机脉冲计算的原理，并采用了步进速度。

度曲线控制步进电机加减速运动的控制方法;硬件设计包括减少PLC输入点的数量设计、PLC设备选型、I/O分配、PLC接线图、步进电机等内容;软件的设计主要是PLC该程序的设计包括主程序，两级剥离模块，三级剥离模块，功能按钮模块和数字按钮输入模块。

基于PLC的剥线机控制系统,经过一年多的生产运作，结果表明系统稳定，可靠，加工金属细线质量好，根据厂家的鉴定，其性能指标已达到国外同类产品的技术水平。

基于PLC的剥离机控制系统已进入后期调试和改进阶段，系统有望实现。

的研制成功将能产生较大的经济效益。

关键词:

PLC,剥线机,控制系统

Abstract:

WiththedevelopmentofautomaticcontroltheoryandPLCtechnology,itiseasytouse,powerfulinfunction,highinreliabilityandcapableofexpansion.PLCcontroltechnology,whichhasmanyadvantagessuchasstrongpower,wideapplicabilityandsimplicityincomposingcontrolsystems,hasgainedmoreandmorepopularity.Widelyused.Inthispaper,theauthorstudiedthewirestrippingmachinecontrolsystembasedonPLCandthewirestrippingmachinecontrolsystembasedonPLC.Aimatthatbackground,fromtheangleofPLCcontrolsystemdesign,theapplicationofPLCcontroltechnologyisdiscussed,andthefollowworksarecompleteFor:

（1）Summarizethegeneration,development,applicationstatusathomeandabroadofPLCcontroltechnologyanditscomparisonwithothercontroltechnologieThispaperintroducesthesource,background,researchstatusathomeandabroadofthetwoprojectsofwirestrippingmachinecontrolsystemandwirestrippingmachinecontrolsystemSignificanceofresearch.

（3）DiscussedthegeneralmethodofPLC-basedcontrolsystemdesignwhichiswidelyused.FromPLCcontrolsystemgroupBasedontheanalysisofthedesignprinciples,themethodsandstepsofhardwaredesignandsoftwaredesignofPLCcontrolsystemareemphaticallyanalyzed.

（3）ThedesignofwirestrippingmachinecontrolsystembasedonPLCisrealized,includingtheoveralldesign,hardwaredesignandSoftwaredesign.Intheoveralldesignofthesystem,thewirediameterprocessingmethodofmulti-stagestrippingisproposed,andthewirediameterdetectionisanalyzed.Principleofcalculation;ThehardwaredesignalsoincludesPLCequipmentselection,I/Odistribution,PLCwiringdiagram,wirediameterdetectorandsimulation.Quantityinputmodule,servoamplifier,etc.ThedesignofsoftwareincludesthedesignofPLCprogramofmultiplemodulesandmultiplepictures.Thedesignofman-machineinterfacebasedon.

（4）CompletedthedesignofwirestrippingmachinecontrolsystembasedonPLC,includingtheoveralldesign,hardwaredesignandSoftwaredesign.Intheoveralldesignofthesystem,thepulsecalculationprincipleofsteppingmotorisanalyzed,andthesteppedspeedisadopted.

Degreecurvetocontrolthesteppingmotoraccelerationanddecelerationmovementcontrolmethod;ThehardwaredesignalsoincludesreducingPLCinputpointsDesign,PLCequipmentselection,I/Odistribution,PLCwiringdiagram,steppingmotor,etc.ThedesignofsoftwareismainlyPLCTheprogramdesignincludesthemainprogram,two-stagepeelingmodule,three-stagepeelingmodule,functionkeymoduleanddigitalkeyinput.Modules,etc.ThewirestrippingmachinecontrolsystembasedonPLChasbeenrunningformorethanayear.Theresultsshowthatthesystemrunsstably.Reliable,processedfinemetalwirehasgoodquality.Accordingtothemanufacturer'sconfirmation,itsperformanceindexhasreachedthetechnicallevelofsimilarproductsabroad.ThewirestrippingmachinecontrolsystembasedonPLChasenteredthelaterstageofdebuggingandperfection.ItisexpectedthatthesystemThesuccessoftheresearchanddevelopmentwillbringaboutgreatereconomicbenefits.

Keywords:

PLC,wirestrippingmachine,controlsystem

一、绪论

1.1研究背景目的与意义

在电子行业，线束有很高的需求，手工剥往往是费时又不能满足需求，而剥离机械化是必须的。

目前，国内厂商对这种产品都集中在沿海地区，广东等地，主要基于两个发展趋势：

它是与低的精度要求低终端用户，具有单片微机作为控制核心，用机械切割机剥皮机。

该系统的设计成本低，而一般精度不高，例如通过东莞荣富电子机械设备厂生产的RF-300全自动计算机切割线的剥皮机，ZDBX-3-通用计算机剥线浙江君权自动化设备厂生产的机器;另一种是表面对于高端用户提供高精确度的要求，PLC或单片机通常用作控制核心，加上更先进的激光技术。

它具有精确控制剥离长度，不损坏铜芯，剥离速度快，废品率低的特点，但开发成本高，设备昂贵，如深圳光大激光生产的GD-CO3-B30/55型激光剥离机科技有限公司，广东三工激光应用技术有限公司生产的SCB系列激光剥皮机

在国外，亚洲地区的制造商主要生产低端产品，如Machinemakerr。

s.公司生由马来西亚Kawa公司生产的CTSS33型剥线机，由马来西亚Kawa公司生产的KM-703N型数字剥线机。

欧洲和美国的制造商已经开发出用于剥离机的高端产品，并且对剥离机的性能和精度有更高的要求。

该设备更加智能化，例如美国ThomasNet生产的UniStrip3600智能剥线机，以及德国Kodera公司生产的C373高性能剥线机。

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核心控制部分通过定位精确的步进电机来控制切割机的运动。

它结合了上述两个系统的优点，不仅降低了系统成本，而且确保了准确性，适用于各种用户。

预计该系统的成功开发将产生更大的经济效益，并可广泛用于各种电子行业的线束加工。

1.2PLC控制技术的产生和发展

在早期的工业控制中，使用了继电器控制系统。

该系统体积庞大，耗电量大，改变了生产。

该计划非常困难。

为了改变这种状况，在20世纪60年代末，通用汽车（GM）提出寻求公开招标。

随后，DigitalEquipmentCorporation（DEC）开发出世界上第一台可编程控制器，并成功应用于汽车生产线。

随后，日本，德国等陆续推出PLC技术，并加入了众多知名公司，使PLC技术快速发展，如：

日本的三菱，松下，欧姆龙;德国的西门子，BBC等公司。

目前，全世界界约有300多家公司从事PLC的研究与制造,生产着400多个系列的产品。

早期的可编程控制器指令系统很简单，只能执行顺序控制。

一般来说，它只有逻辑运算，时间，

计数和其他功能。

随着微电子技术，控制技术和信息技术的不断发展，PLC也在不断发展。

二十世纪80年代后期,由16位和33位微处理器组成的微电脑PLC得到了很大的发展在概念，设计和性价比方面，取得了很大的突破。

可编程控制器具有浮点计算，功能计算，高速计数，中断计数，PID控制和网络等功能,这些都使得PLC技术的应用范围和领域不断扩大。

1.3PLC控制技术国内外应用现状

目前，不仅在传统制造领域，PLC控制技术已广泛应用于其他领域。

在中国，杨健等人介绍了PLC控制技术并设计了一个水净化过程控制系统,PLC在该系统

在水净化过程中，控制添加和添加氯的作用，实现水处理系统的自动化，减少工人的劳动强度。

取得了良好的效果;在太阳能开发领域，严黎明等人成功设计了一个基于PLC的太阳能热水器控制系统，在该系统中，PLC通过控制液位，电源开关，采集温度和风压来实现自动控制功能;在裂缝检测领域，王建国等。

设计了一个基于PLC的裂缝检测站，很好实现了PLC控制系统的稳定性和智能化的优点，并且已经实现了对诸如汽车轮毂的轴部件的检测效果好;在煤炭生产领域，陆树勇利用PLC控制技术的优势设计了一个基于PLC的炼焦煤控制系统，实现了金马焦化厂的选煤工艺，满足了生产需要，提高了企业的生产效率;在垃圾处理领域，郭瑞国设计了基于PLC的垃圾焚烧炉控制系统，在PLC控制系统中发挥了稳定的作用。

固定，可靠，易操作，易于控制的优点，确保垃圾焚烧炉安全经济运行，炉温稳定，尾温稳定气体污染控制达标;在船舶领域，董梦采用PLC控制技术具有很强的抗干扰能力，而且控制系统组成比较困难。

电路结构简单，实现了船舶主遥控系统的主要功能。

设计了基于PLC的舰载遥控系统，特别适用于中小型船舶，也可应用于船载主机遥控系统的改造设计。

在国外，D。

W.Russell正在设计一个工厂信息系统中,将PLC应用于采集、预处理并传送实时数据给计算机,节约了成本,保证了系统的稳定性,收到了很好的效果;在生物研在研究领域，Frederico等人。

研究了不同浓度氧气中微生物的生长和产生。

在具有氧化功能的生物反应器中，PLC用于自动控制氧气浓度，并已成功应用;AtefA.Ata等中也成功引入了PLC技术。

在线（本文指金属细线和线束等）加工领域，PLC控制技术也已应用于一些应用，如：

丁士奇PLC在铜线加工中的应用;荣竑将PLC应用在环锭捻线机上等等,但总的来PLC控制技术在在线处理领域的应用并不算太多。

因此，本文的研究对PLC控制技术在线材加工领域的应用具有一定的参考意义。

二、PLC控制系统设计的一般方法

将PLC控制技术应用于工程的过程即是设计基于PLC的控制系统的过程。

基于PLC的控制系统的设计在不同的应用中会有不同,如简单的应用可能只需设计PLC的输入/输模块的功能和复杂的应用可能需要设计复杂的功能，如PID控制和PLC网络。

本章旨在探索一种广泛适用的PLC控制系统设计方法。

在完成本章的过程中，测试了国内外PLC控制系统设计的大量应用实例，并结合实际项目中的一些设计项目。

本章对于在工程应用中设计基于PLC的控制系统具有一定的指导意义。

2.1PLC结构和工作原理

PLC是基于PLC的控制系统的核心部分，基于设计PLC的控制系统先要理解PLC的结构和工作原理。

2.1.1PLC的基本结构

PLC的组成非常类似于计算机的组成。

它主要由中央处理单元（CPU），存储器，输入/输出（I/O）接口，电源等组成,如图2-1所示。

（1）中央处理单元（CPU）：

CPU是PLC的核心，控制从程序员输入的用户程序和数据的接收与存储;用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据;诊断PLC内部电路的编程中的工作失败和语法错误等;执行用户程序，完成各种数据的运算、传递和存储等功能够;根据数据处理的结果，刷新相关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制系统打印，制表打印或数据通信等功能。

现代PLC中常用的CPU是通用微处理器，单片微处理器和位芯片微处理器。

（3）内存：

根据系统内存的作用，PLC存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。

系统存储器用于存储系统程序，并在ROM中加固，不能由用户直接更改。

用户保存存储器包括用户程序存储器（程序区域）和功能存储器（数据区域）。

用户程序存储器要存储根据特定控制任务编写的PLC程序，需要经常调试和修改。

通常是内存类型RAM（带掉电保护），EPROM或EEPROM。

用户功能存储器通常用于存储用户程序中使用的状态变量，数字数据等。

（3）输入/输出（I/O）接口:

PLC通过I/O接口与外界连接,输入接口接收和采集开输入信号或模拟输入信号，如按钮，行程开关，电位器，传感器等;输出接口连接到受控对象中的各种执行器，如电磁阀，指示灯，电机等。

（4）电源：

小型PLC内部有开关稳压电源，一般可为输入电路和外部电子传感器提供34V电压。

直流电源。

2.1.2PLC的工作原理

PLC在硬件结构方面与计算机的组成相似。

它还有一个中央处理单元（CPU），内存，输入/输出（I/O）接口，电源等PLC具有两种操作模式：

RUN模式和STOP模式。

在RUN模式下，控制功能通过执行用户程序来实现;在STOP模式下，CPU不执行用户程序，可以使用编程软件创建和编辑用户程序，并且可以将用户程序下载PLC，工作过程可归纳为五个阶段：

上电初始化，CPU自诊断过程，网络通信处理，用户程序扫描和输入/输出信息处理。

图2-2为PLC的工作过程示意图。

1）上电初始化：

PLC上电后，系统初始化，内部继电器区域清零，定时器复位等，电源，PLC内部电路和用户程序的语法为检查。

3）CPU自诊断：

PLC必须在每个扫描周期进入CPU自诊断阶段，以确保系统可靠，进行自诊断程序定期检查用户程序存储器，I/O单元连接，I/O总线是否正常，并定期复位看门狗定时器。

（3）网络通信处理：

此过程仅适用于配备网络的PLC系统。

在此阶段，执行PLC之间以及PLC与计算机或其他终端设备之间的信息交换。

（4）用户程序扫描阶段：

PLC通过执行用户程序实现控制要求。

PLCCPU使用率操作原理，它的工作方式是顺序顺序扫描过程，扫描从第一个用户程序开始，在没有中断或跳转控制的情况下，按照增加存储地址编号的顺序逐个扫描用户程序，即顺序执行程序,直到程序结束,即完成一个扫描周期,然后又从头开始执行用户程序,并周而复始地重复。

（5）输入/输出信息处理：

在正常操作条件下，PLC必须输入每个扫描周期。

输出信息处理。

PLC在存储器中设置了两个图像区域：

一个用于输入图像区域，一个用于输出图像区域。

该过程将外部输入信号的状态扫描到输入图像区域中;操作的结果存储在输出图像区域中，直到它被传送到外部受控设备。

2.1.3PLC的编程语言

PLC的逻辑控制功能由编程语言实现。

一般来说，有五种PLC编程语言：

顺序功能图，功能块图，梯形图，指令表和结构化文本，最常用的是顺序功能图编程语言和梯形图编程语言。

下面详细描述两种编程语言。

（1）顺序功能图（SFC）

顺序功能图（SequentialFunctionChart,SFC）是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。

编程时，顺序动作流程分为步骤和转换条件，如图2-3所示。

根据转换条件，这些步骤之后是执行控制过程的顺序操作。

图中的每个步骤代表一个控制功能任务，每个控制任务都可以采取一个或多个行动。

每个步骤由一个框表示，其中包含用于完成相应控制功能的任务的梯形图逻辑。

顺序功能图使程序的结构清晰,易于阅读和维护,减轻了编程、调试的工作量,主要应用于系统的规模较大、程序关系较复杂的场合。

（3）梯形图（LD）

梯形图（LD）是PLC编程中最常用的编程语言之一。

梯形图采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。

在PLC梯形图中使用的内部继电器、定时器、计数器等都是由软件实现的，因此它们易于使用且易于修改。

梯形图和继电器控制系统路线图非常相似。

在工业过程控制领域，电气技术人员熟悉继电器逻辑控制技术。

易于掌握和学习梯形图,梯形图已被广泛使用。

图2-4显示了一个简单的MitsubishiFX3N系列PLC梯形图的示例。

2.2PLC控制系统的组成

PLC控制系统主要由硬件和软件组成。

（1）硬件部分

PLC控制系统的硬件部分不仅包括PLC型号，存储容量，满足系统控制要求的输入/输出模块，电源模块，通信模块，模拟输入/输出模块和其他特殊功能模块等。

合适的外围设备，例如输入设备（按钮，开关，传感器等），输出设备（接触器，继电器等）和由致动器控制的现场设备（电动机，泵，阀等）。

（3）软件部分

PLC控制系统软件部分包括I/O地址，内部继电器，定时器，计数器，PLC控制程序和根据要求设计的人机界面的使用和分配。

2.3PLC控制系统的设计原则

PLC控制系统用于现场过程控制，其设计一般应遵循以下原则:

（1）根据工艺流程设计，确保满足控制对象的工艺要求，并可根据工艺流程准确可靠地工作。

（2）在满足控制要求的前提下，设计合理，经济，有必要发挥PLC控制技术的优势还要尽量降低PLC系统硬件的成本。

（3）考虑PLC控制系统的未来可扩展性。

（4）控制系统的构成应力求简单、实用,操作、维护、检修方便,安全可靠。

2.4PLC控制系统的设计步骤

图2-5显示了PLC控制系统设计的一般步骤。

具体分析如下：

计PLC控制系统之前,要理解和分析受控对象的过程要求和控制要求，设计出令人满意的控制系统。

（1）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，通过传感器等）和输出设备（接触器，继电器等）并确定PLC所需的I/O点数。

（2）选择合适的PLC：

根据所需的I/O点和特定PLC控制系统的功能要求进行选择。

（3）对于合适类型的PLC，您需要考虑PLC型号，存储容量，电源模块和其他功能模块。

（4）I/O分配：

指定PLC的I/O端子与输入/输出设备之间的对应关系，并绘制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：

您可以使用按钮和开关来模拟数字量，使用电压源和电流源代替模拟量，并反复调试和修改程序，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）在线调试：

与现场输入/输出设备一起调试PLC程序。

解决发现的问题,

使系统满足控制要求。

（9）完成技术文件：

要组织的技术文件包括设计规范，I/O接线示意图，程序列表，组件列表和说明手册。

三、剥线机的控制系统与实现

目前，机械化剥离的发展主要有两个趋势，一个是低精度要求的低端用户，

芯片机是带有机械切割机剥离机的控制核心。

该系统设计成本低，精度低;另一个不高;它是一个高精度要求的高端用户。

它通常使用PLC或MCU作为控制核心，再加上更先进的光技术,生产效率高,可精确控制剥线长度,但开发成本高,设备贵。

本章旨在讨论剥线钳控制系统的设计和实现，并提出高性