基于plc的钢板定长剪切控制系统设计Word文档下载推荐.docx

1、进度 及 完 成 日 期4月 01日-4 月18日查阅国内外文献 ,上交开题报告；4 月 22 日 5 月 12 日系统方案选择与论证 , 软硬件设计；5 月 13 日 5 月 23 日主要参数计算及元器件的选择 , 上交中期审核表；5 月 25 日 6 月 05 日完成毕业设计论文书的撰写 , 上交初稿；6月 06日 6月16日论文打印 ,完成答辩 PPT,准备答辩。系主任签字日期教研室主任签字指导教师签字指导教师评语在为期三个月的毕业设计中， 该同学能在老师的严格要求下顺利完成整个毕业设计工作和论文的撰 写。程序能正确的运行，界面安排合理，论文符合要求。在整个毕业设计的过程，态度端正，学习

2、也比 较认真，时间安排也很合理，能按时到实验室，不存在无故早退或迟到的情况。能基本在每个阶段完成 相应的任务， 还能主动加班， 做到时间上前紧后松。 当然， 在这其间也存在一些不足和需要提高的地方。 例如，知识面不够广， 处理问题和运用知识的能力还有待提高， 不能积极主动的和老师交流工作的进程。 希望该同学在以后的工作或学习中注意这些问题，争取更大的提高和进步，取得更好的成绩。指导教师 :毕业设计评阅意见表设计题目 基于 PLC的钢板定长剪切控制系统设计评价项 目评价标准（ A 级）满分评分ABCDE文献资 料利用 能力能独立地利用多种方式查阅中外文 献；能正确翻译外文资料；能正确 有效地利用

3、各种规范、 设计手册等。109876综合运 用能力研究方案设计合理； 设计方法科学； 技术线路先进可行；理论分析和计 算正确；动手能力强；能独立完成 设计；能综合运用所学知识发现和 解决实际问题； 研究结果客观真实。20192017181516131412设计质 量设计结构严谨；逻辑性强；语言文 字表准确流畅； 格式、 图、表规范； 有一定的学术水平或实际价值4037-4032-3628-3125-2724创新能 力有较强的创新意识；所做工作有较大突破；设计有独到见解1513-1411-129工作量工作量饱满；圆满完成了任务书所 规定的各项任务。总分是否同意将该设计提交答辩：是（ ） 否（ ）

4、具体评阅及修改意见：评阅人：年月日注：1. 请按照 A级标准，评出设计（论文）各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中；2. 计算出总分。若总分 60 分，“设计（论文）质量” 24 分，建议不能提交论文评阅乃至答辩。 该设计（论文）须限期修改合格后重新申请答辩。3. 评阅意见栏不够可另附页。答辩委员会评语评 定 成 绩周记说明书 （或论文）图纸答辩总评答辩委员会主席签字（5%）（65%）（30%）百分制等级制摘要随着科学技术的飞速发展，现代工业控制系统越来越复杂，传统控制面临着新的 挑战。PLC以其体积小、功能齐全、价格低廉和可靠性高等方面独特的优点，在各个 领域获得了广泛应用。 PLC

5、的使用大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业 提供了更可靠的生产保障。 如何在 PLC自动控制领域发挥 PLC的优势是目前自动控制 学科的重要课题之一。为实现钢板定长剪切生产线的安全、 高精度、 可靠和高效的自动控制， 全面分析 了钢板定长剪切生产线的结构、 工作原理及控制特点， 提出了一种基于可编程控制器 的钢板定长剪切生产线 PLC 控制系统。该系统以 PLC（可编程控制器）为控制核心 , 采用光电编码器测量钢板长度，光电编输出与转速成一定关系的脉冲信号，通过 PLC 高速计数器记录脉冲的个数用， 间接测量出钢板的长度， 待钢板长度达到在高速计数 器中预先设定的数值时，主电动机制动且

6、剪切机动作，即实现定长切割。关键词： 定长剪切,可编程控制器PLC, 光电编码器ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, modern industrial control system is more and more complex, traditional control science faces new challenges. PLC with its small volume, complete functions, low cost and high reliability has unique a

7、dvantages, won a wide application in all fields. The use of PLC control system can be greatly improved the reliability and control level, for the enterprise provides a more reliable production security. How to play to the advantages of PLC in the field of PLC automatic control is one of the importan

8、t topics of current automatic control subjectsTo achieve the security of the steel plate fixed length shearing production line, high precision, reliable and efficient automatic control, comprehensive analysis of the steel plate fixed length shearing production line of the structure, working principl

9、e and control characteristics, this paper proposes a fixed length shear production line based on programmable controller PLC control system. The system with PLC （programmable controller） as control core, steel plate length measurement by photoelectric encoder, photoelectric pulse signal output and t

10、he speed with a certain relationship, through the PLC high-speed counter records the number of the pulse with indirect measure the length of the steel plate, for steel plate length reaches the preset value, in the high speed counter main motor brake and shear power, namely the realization of fixed l

11、ength cutting.KEYW ORD：S fixed-length cutting, PLC programmable controller, photoelectricencod1 错误!未定义书签。 错误!3461213摘要 IABSTRACT I I第 1 章 绪论 课题背景和目的意义 设计现状及发展趋势 PLC 控制系统设计的原则 第 2 章 系统总体设计 系统控制要求 系统结构及工作原理 第 3 章 系统硬件设计 光电编码器 光电编码器的原理 光电编码器的选型 光电编码器脉冲数计算 PLC 控制原理及选型 PLC 定义 PLC 构成 CPU 构成 I/O 模块 电源模块 PL

12、C 特点 PLC 选型 PLC 的型号选择 I/O 模块的选型 第 4 章 电气原理及软件设计 电气原理设计 系统控制方案 15PLC I/O 分配 16PLC 硬件接线 17程序设计 17第 5 章 总结 20致谢 21参考文献 22附录 I 22附录 II 22第1章 绪论课题背景和目的意义定长剪切机是一种精确控制板材加工尺寸，将大型板块进行定长剪切的设 备。传统定长剪切机采用继电器作为控制器件， 其控制系统较复杂， 参数改变不 灵活，大量接线使系统可靠性降低，维修率高，降低了生产效率。 PLC以其灵活 性、快速性、可靠性和性价比高等特点越来越受到企业或者团体设计者们的欢迎， 在各行各业的

13、应用非常广泛。 用 PLC替代继电器设计剪切控制系统， 具有操作简 单，运行可靠，抗干扰能力强，编程方便，控制精度高的明显优势。基于以上 PLC特点，本课题主要研究如何应用 FX2N PLC设计一个薄钢板定长剪切控制系 统，设计的关键是如何提高定长剪切的精度。设计现状及发展趋势随着我国经济的持续高速增长， 社会对各类板材的需求量不断增长， 对板材 加工的精度提出了更高的要求，人们希望能够精确对板材进行定长切割。另外， 随着企业之间的竞争日益加剧和人力资源成本的上升， 厂家为了在竞争中占据有 利地位，除了保证板材加工的精度外，对板材加工的效率也提出了更高的要求。 钢板剪切的主要设备是剪切机，而普

14、通剪切机存在诸多不足。（1）加工精度不高造成加工精度不高的主要原因， 一方面是加工尺寸由操作人员用普通钢尺手 动测得， 精度难以保证； 另一方面采用异步电动机带动链条传动机构， 这样不仅 定位精度低， 而且易造成剪切面的机械偏差， 这种偏差随加工板材宽度增加而加 大。（2）操作繁琐，容易出错剪切机需要人工操作， 剪切动作的控制需人工完成， 占用人力资源， 也容易 出错。（3）能耗大，效率低剪切机的动力系统一般使用普通异步电机， 在剪板过程中不断启停， 能耗大、 效率低。基于上述情况，面对板材生产加工企业迫切需要高精度、 高效率的生产设备， 在可预见的未来， 剪板机发展趋势和需求方向是： 一些资

15、金雄厚的企业， 出巨资 购买全新数控剪切机； 相当一批中小企业没有足够的资金， 希望通过对原设备的 技术改造来满足要求。 对普通剪切机或传统自动剪切机升级改造， 提高工作效率 和剪板精度，降低能耗，这方面有较大的市场需求。PLC一直以来为各种工业设备提供了非常多的控制功能， 不断完善和扩展的 网络功能， 朝着高性能小型化发展。 用可编程序控制器进行控制， 省去了如继电 器之类的固体电子器件， 简化了繁杂的硬件接线线路， 使控制具有极强的的柔性 和功能的可拓展性；同时可编程序控制器具有性能稳定 , 工作可靠，操作简单， 调节方便，自动保护等特点。PLC 控制系统设计的原则任何一种电气控制系统都是

16、为了实现被控对象的工艺要求， 以提高生产效率 和产品质量为目的的。 PLC系统设计应遵循以下原则。（1）满足要求原则最大限度的满足被控对象的控制要求是设计控制系统的首要前提， 也是设计 中最重要的一条原则。（2）安全可靠原则控制系统长期运行中能否达到安全、 可靠、稳定，对设计控制系统来说至关 重要。为了达到这一点，要求在系统设计、器件选择和软件编程上全面考虑。例 如，在设计上应该保证 PLC程序不仅在正常条件下能正确运行， 而且在一些非正 常情况下也能正常工作。 系统应该具有能接受并且只能接受合法操作， 对非法操 作程序能予以拒绝的能力。（3）经济实用原则经济实用也是系统设设计的一项重要原则，

17、 这就要求不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护既方便又低成本。4）适应发展原则控制系统的要求也一定会不断的在提高和完善。 在控制系统设计时， 要考虑 今后的发展和完善，这就是要求选择的 PLC机型和输入 / 输出模块要能适应发展 的需要，要适当留有发展余量。方案论证方案一：在剪板机刀口后面安装一个接近开关， 当钢板经过夹送辊， 通过刀口到达预 定位置，接近开关检测到钢板头已经到达就启动刹车系统停车，并发送信号给 PLC， PLC发送信号启动冲压系统将钢板剪切。改变接近开关距离刀口的长度就 能够方便改变要剪切钢板的尺寸。此方案的好处是原理简单，安装和维护方便， 编程较容易。

18、不足的是，钢板的长度只有到达位置和没有到达位置两种粗略状态， 系统不能够监测实际尺寸跟设定参数差距值， 因此使 PLC控制电机运转幅度不好 把握，很难得到预想结果，造成误差较大。针对方案一显现的不足， 可用旋转光电编码器测量实际的钢板尺寸， 安装光 电编码器和夹送辊同轴， 根据夹送辊的周长和旋转数据能方便地计算出钢板经过 夹送辊的尺寸， 将检测数据以脉冲形式反馈到 PLC进行处理存储。 当检测到钢板 尺寸与设定值一致， PLC启动冲压系统将钢板剪切。本方案的优点是，在不掉电 情况下，计数器能够记录钢板的尺寸参数， 控制精度比方案一较高。 相对方案一， 方案二取消了接近开关， 使用了旋转增量式光

19、电编码器， 成本上较有上升， 编程 也较复杂，但其控制精度较高，且成本在可承受范围内，性价比比较高，总体来 说比方案一好。本设计采用方案二。第 2 章 系统总体设计系统控制要求本设计的薄钢板定长剪切控制系统要达到以下控制要求：（ 1）待切材料从左向右牵引电动机前行， 光电编码器信号用来测量牵引的长 度，待牵引长度达到预先设定的数值时，电动机制动且剪切机动作。（ 2）通过 PLC高速计数器控制指令和光电编码器实现精确定长切割。系统结构及工作原理钢板定长剪切生产线由开卷机、 校平机、 剪切机和堆垛机四部分组成， 如图 2-1 所示。钢卷经校平机压平，按照给定剪切长度定位后，剪切机将钢板剪切成 成品

20、，再由堆垛机的皮带输送入框堆垛。 开卷机无电机驱动， 采用电磁抱闸制动； 校平机采用异步电机 M1驱动，经皮带减速后由传动箱将运动传递给各主动辊， 上下辊的压紧力由分布在四角的四个螺栓施加， 用于测量钢板长度的光电编码器 经传动连接在最后一根测长辊侧；剪板机采用下传动式剪板机，由异步电机 M2 驱动, 通过控制 M2正反转来控制剪切机构的上下运动； 堆垛机由输送带和料框组 成，输送带由异步电机 M3驱动。图 2-1 钢板定长剪切生产线结构示意图工作原理： 待切材料从左向右牵引电动机前行， 光电编码器通过测量电动机 M1的转速，输出与转速成一定关系的脉冲信号， 通过 PLC高速计数器记录脉冲的

21、个数用，间接测量出牵引的长度， 待牵引长度达到在高速计数器中预先设定的数 值时，电动机制动且切刀动作，即实现定长切割。第 3 章 系统硬件设计光电编码器3.1.1光电编码器的原理光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。 这是目前应用最多的传感器， 光电编码器是由光栅盘和光电 检测装置组成。 光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。 由于 光电码盘与电动机同轴， 电动机旋转时， 光栅盘与电动机同速旋转， 经发光二极 管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号 6 ，其原理示意图如图 3-1 所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反

22、映当前电动机的转速。图 3-1 光电编码器的原理图3.1.2光电编码器的选型在光电编码器的使用过程中， 对于其技术规格通常会提出不同的要求， 其中 最关键的就是它的分辨率、 精度、输出信号的稳定性、 响应频率、 信号输出形式。（1）分辨率，光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信 号基本周期数来表示的，即脉冲数 / 转（PPR）。根据不同的应用对象，可选择分 辨率通常在 5006000PPR的增量式光电编码器，（2）精度，精度是一种度量在所选定的分辨率范围内，确定任一脉冲相对 另一脉冲位置的能力。（3）输出信号的稳定性， 编码器输出信号的稳定性是指在实际运行条件下， 保持规定精度的

23、能力。 影响编码器输出信号稳定性的主要因素是温度对电子器件 造成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源特性的变化。（4）响应频率，编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线 路的响应速度。（5）信号输出形式，推挽式输出方式由上下两个 NPN型的三极管组成，当 其中一个三极管导通时， 另外一个三极管则关断。 电流通过输出侧的两个晶体管 向两个方向 流入，并始终输出电流。因此它阻抗低，而且不太受噪声和变形波的影响，主要 应用领域有自动化设备、切割机械、印刷机械、包装机械和针织机械等。下表 3-1 是 EPC-755A型光电编码器的主要参数 。表 3-1 EPC-755A 型光电编码器的主要

24、参数主要参数 参数说明输入电压0 70和 085时为0 100时为输入波动在 0 100KHz时，峰峰之间为 100mV输出波形增量式，正交输出，当转轴顺时针旋转时， A 通道的方波领先 B通道输出电路推挽输出每通道最大驱动电流 20mA，基准脉冲每转一周输出 600 个脉冲。频率响应标准 10KHz，可选高达 1MHz。抗干扰性经 IEC 801-3 测试，符合欧洲标准。分辨率1-10000PPR2001999 PPR：o （弧度分）之内（机械角度）精度2000 3000 PPR：3000 PPR以上另附加插值误差 o （机械角度）光电式旋转编码器是转速或转角的检测元件， 它是通过电转换将输

25、出轴上的 机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器， 是目前应用最多的传感器。 光电 编码器是由光栅盘和光电检测装置组成的。旋转编码器分为绝对式和增量式两 种，绝对式编码器在码盘上分层刻上表示角度的二进制数码或循环码 （格雷码）， 通过接收器将该数码送入计算机。 绝对式编码器常用于检测转角， 若需得到转速， 必须对转角进行微分处理。增量式编码器在码盘上均匀地刻制一定数量的光栅。 光电编码器的光栅盘与电动机同轴，电动机转动时，光栅盘与电动机同速旋转， 经过发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号， 其原理如图 所示。通过计算每秒钟光电编码器输出脉冲的个数就能得到当前电动机的转速，

26、此外为判断旋转方向，光栅还可以提供相位差 90的双向脉冲正交信号。增量式光电编码器输出两路相位相差 90的脉冲信号 A 和 B，当电动机正转 时，脉冲信号 A 的相位超前脉冲信号 B的相位 90，经逻辑电路处理后形成高 电平方向信号；当电动机反转时，脉冲信号 A 的相位滞后于脉冲信号 B 的相位 90，经逻辑电路处理后的方向信号为低电平。 因此根据超前和滞后的关系可以 确定电动机的转向，转向判别的原理如图 3-1 所示。3.1.3光电编码器脉冲数计算为方便计算，采用 1:1 的同步带将测量辊的转动传动给编码器， 即编码器的转数与测量辊的转数相同。 通过测量编码器的脉冲数即可测量钢板的长度， 在

27、剪切定长钢板时，通过以下公式即可计算出定长钢板所对应的编码器脉冲数：n=L2RN 600n600L式中 n 校平机辊子（编码器）旋转的转数；L 钢板长度；R 测量辊子半径；N 长度为 L 的钢板对应的光电编码器脉冲数。PLC 简介及控制原理3.2.1 PLC 定义PLC可编程序控制器： PLC英文全称 Programmable Logic Controller , 中文全称为可编程逻辑控制器，定义是 : 一种数字运算操作的电子系统，专 为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储 程序，执行逻辑运算 , 顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令， 并通过数字或模拟式

28、输入 / 输出控制各种类型的机械或生产过程。3.2.2 PLC 的构成从结构上分， PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC包括 CPU板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆 卸的整体。模块式 PLC包括 CPU模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或 机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。3.2.3CPU 的构成CPU是 PLC的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC至少有一个 CPU，它按 PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采 集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断 电源和 PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后， 从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应 的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制 及状态总线构成， CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主 要用于存储程序及数据，是 PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析 CPU的内部电路，但对各部分的工作机 制还是应有足够的理解。 CPU的控制器控制 CPU工作，由它读取指令、解释 指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。