天津机电职业技术学院
毕业设计（论文）
（2009届）
题 目 PLC在风淋控制系统中的应用
系（院）别 专 业 电气自动化
班 级
姓 名
指导教师
2011 年 11 月 24 日
天津机电职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）计划
一、实习周记
第一周周记：（ 2 月 16 日———— 2月 22 日）
实习的第一周由于我们班报考了高级电工证所以没有开始找工作实习，我们这几周内在学校培训有关高级电工证的相关内容。这次我们培训的内容是有关PLC的，就这样这周我们就在实验室，练习与考试相关的。
第二周周记：（ 2 月 23 日———— 3 月 1 日）
这周由于我们考完了高级电工证接下来的日子就是找工作准备实习的事了，我们这届碰上了金融危机，工作很难找。同学们不是忙着往人才市场跑就是网上狂投简历，这一周可以说是为了实习东奔西跑，只要有工作大家都去应聘。现实是残酷的竞争就有成功与失败。不少同学在这场无硝烟的战场上倒下了，但我们没有气馁面对失败愈挫愈勇，最后不少同学都找到了满意的实习单位。
第三周周记：（ 3 月 2 日———— 3月 8日）
这周虽然没有找到工作但收获也是不少的，在投了无数次的简历石沉大海的时候也反思过。面试的时候面对尴尬的场面也无奈过。这周不太好过，于是有几天就在寝室自己反思找原因，查看着简历的角角落落，回忆着面试的点点滴滴，抓到了不少失误点，也积累了些经验，满怀信心地期待接下来的面试。
第四周周记：（3 月 9日———— 3月 15日）
经过上周的跌倒我再次的爬起来，吸取了以往的经验克服了面试紧张等不自信的缺点，终于功夫不负有心人，接到了一家公司的入取通知，在接到电话的那一刻还是比较有成就感的毕竟是自己努力争取来的，接下来的日子就是准备去实习单位实习了，第一次去工作还是有点慌不知道该怎么样应付等等。
第五周周记：（ 3 月16 日———— 3 月 22 日）
今天是这周的第一天也是我去公司报道的第一天，来到公司的大门看到“杭州和利时自动化有限公司”这几个大字，我要在这里实习三个月了。接下来我们的主管带领我们来到了制造中心的设计制造部介绍同事给我认识，由于我们刚进公司什么都不懂所以要师傅带着我们，在主管的一路带过来了解到我们公司是从事自动化行业的主要做DCS系统的，对于这方面在学校里我们没有学过只能好好跟着学习了。
第六周周记：（ 3 月 23 日———— 3 月 29 日）
经过了一周的实习对DCS系统有了比较全面的了解DCS是以多台微处理器为基础，采用控制功能分散，先是操作集中，兼顾分而自治和综合协调原则设计的控制系统称为分散控制系统。从控制的角度来看DCS是一种分级的控制系统。各级完成不同的功能。这些都是些理论的东西，实际工作上就要做细节了我们一开始是在那边帮着接线的，（FM）、（SM）机柜式DCS系统的重要组成部分，接了几天的线我们渐渐的明白各部分的功能，比如说那个电源给那个模块供电，哪个模块起到什么作用，简单的一些工具的正确使用。
第七周周记：（ 3 月 30 日———— 4 月 5 日）
公司上班已经有一周了对公司也有些了解，最近的一周都在帮师傅他们接线，现在对接线也有写了解了，机柜的走线也不是件易事要从整体布局要做到既要准确的走线还要看起来美观。
第八周周记：（ 4 月 6 日———— 4 月 12 日）
进公司已经有两周了，对两周的工作产生了烦躁的情绪原先的新鲜感都已经不在了跟多的只是觉得无聊没劲，每天都是重复一些动作，有时候做事都觉得力不从心了。
第九周周记：（ 4 月 13 日———— 4月 19 日）
这周还是那么无聊，无意间看到了图纸对图纸的设计感到好奇，有些时候就对着图纸开始研究，看着图纸和同事们讨论起来，各个模块的功能，很多个模块的集合就构成了一个系统了。
第十周周记：（ 4 月 20 日———— 4 月 26 日）
周二的时候看到他们系统调试部的在联合调试区作业，去看了下看到他们都在用组态软件做DCS的上层网，看了很久能看懂点有点欣慰三年的大学还是没有白学。
第十一周周记：（ 4月 27 日———— 5月 3日）
实习已经过了大半了，经过了大半个月的实习，学会了挺多见识也挺多，都忙着准备毕业论文答辩大学生活即将过去。
第十二周周记：（ 5 月 4 日———— 5 月 10日）
五一放假回家休息了下，和父母聊了聊有关实习和毕业的事，面对毕业后的职业生涯
我们都有很多感慨，感慨社会竞争压力之大。回来后周公司安排我们去系统调试部实习，就是给成套做完的机柜进行质检和软硬件的调试。
第十三周周记：（ 5 月 11日———— 5月17 日）
软硬件的调试说难不难说简单也不简单主要是看你学的怎么样，认真学了肯定能学好，不认真那就很难。完成了成套的装配接下来我们就是调试，不管怎么说我们是有进步的，成套是基础检测是进一步的完善两者是缺一不可的。
第十四周周记：（ 5月 18日———— 5月 24 日）
质检对我来说没有什么难度接线接过图纸很容易看懂，质检最重要的就是要有细心和耐心。一台机柜少则上百的点多者上万的点还有很多的接线，这需要我们足够的耐心，一步一步的检测一个一个点检过，检测也不是这么容易的，现在深有体会。
第十五周周记：（5 月 25 日———— 5 月 31 日） 硬件软件测试要用到公司的组态软件，虽然学校学过组态软件但是他们的组态软件和我们学的有很大的区别，所以一直以来都在学习着一个部分一个部分的学习着，看着师傅们是怎样一步步的组起来，然后默默地记着一步一步，有不懂得地方要多问，师傅们总是耐心的跟我们一步一步的讲解，手把手的教我们。经过这周的努力我终于能够很轻松的独立完成数据库的组态和刷机。
第十六周周记：（ 6 月 1 日———— 6月 7日）
实习的十六周这周是最后一周了，这些日子以来的实习感慨颇多，对我一个即将踏入社会的大学毕业生来说，这一段时间是过渡期，对社会的认识，实习中学习的不仅仅是以后工作的各项专业技能，还有很多如人际交往关系等等。三个月的实习对我以后的人生道路来说是意义非凡的。很快我们就要正式步入社会，面临就业了，就业单位不会像老师那样点点滴滴细致入微地把要做的工作告诉我们，更多的是需要我们自己去观察、学习。不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。
目 录
1 绪论............................................................................................................................................. 8
1.1概述论文现状及意义 ............................................................................................................ 8
1.2 系统的控制要求................................................................................................................. 9
1.3 剪板机结构及工作原理 .....................................................................................................10
2 总体设计方案..............................................................................................................................11
2.1 PLC简介 ...........................................................................................................................11
2.2 总体设计方案 ...................................................................................................................14
3 自动剪板机的PLC控制系统设计..................................................................................................15
3.1 系统主电路设计................................................................................................................15
3.1.4 设计小车送料装置 ...................................................................................................18
4 PLC控制器的选择 .......................................................................................................................20
4.1 PLC控制器的选择...............................................................................................................20
4.2 I/O端子分配 ....................................................................................................................23
4.3 系统的软件.......................................................................................................................24
4.4 系统的流程图 .....................................................................................................................24
4.5系统的梯形图及其程序语句表 .............................................................................................24
4 结束语 ........................................................................................................................................27
1 绪论
1.1概述论文现状及意义
本文在对我国发展低成本自动化的重要性等方面进行了研究基础上,以工业用剪板机为对象，探讨了全自动剪板机智能控制系统的实现方案。根据实际需要和市场的需求，在常规的可编程控制器（PLC）和单片机控制中，选择了以可编程控制器为主的控制方案。
自动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,它要求其控制设备具有很强的抗干扰能力。PLC是近几年发展起来的一种新型工业控制器,由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与控制器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业过程控制中的应用越来越广泛。加之PLC以其在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PLC的可靠性。故本文采用了以工业顺序控制过程中广泛使用的可编程控制器（PLC）对自动剪板机进行控制。通过对自动剪板机的工作原理的分析，提出总体设想，初步设计了电气传动部分的设计方案和PLC控制的程序流程图。 可编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，他是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。
随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。
目前,我国机械制造业存在大量的通用设备,在发展现代机械自动化技术时,可以应用微电子技术改造这些已有通用设备,比如用数显、数控装置改造通用设备,提高单机自动化程度;用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线,这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，这是一条低成本、高效益，符合我国国情的机
械自动化技术发展应用新途径。
随着可编程控制器技术的发展,传统机械设备的控制柜逐渐被新一代的智能化仪表所代替,对于日益复杂的控制功能,传统控制柜显得无能为力,而可编程控制器具有可编程序的特点,运行时可以根据要求,自动选择控制算法、适应性强、可编程控制器采用软件代替硬件的方法,可以简化线路,使控制设备的性能价格比不断提高,本设计的研究目的,在于探索在板材加工中,应用可编程控制技术,实现板材加工的自动控制。
全自动剪板机广泛的应用于在板材加工系统中,板料长度检测，板料进料、压紧、走刀、落料、长度调整等过程必须按一定的节拍控制精确度动作，而且不同长度、不同厚度、不同材料的板材,各动作行程、先后顺序、刀具位置等要求都不一样，对于这样的控制要求,传统控制柜很难实现,综合考虑设备的性能/价格比，显示直观性、外表美观性、灵活性等诸方面因素,本设计采用可编程控制器，根据自动剪板机对控制系统的要求进行方案设计。
1.2 系统的控制要求
据剪板机的工作特点,对控制系统提出控制要求如下:
1 上电后,检测各工作机构的状态,控制各工作机构处于初始位置。
2 进料,由控制系统控制进料机构将待剪板料自动输送到位。
3 定剪切尺寸,采用伺服电机控制挡料器位置保证精确的剪切尺寸,其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值。
4 压紧和剪切,待剪板料长度达到设定值后由主电动机带动压料器和剪切刀具,先压紧板料,然后剪断板料。
5 送料车的运行,包括卸载后自动返回。
6 剪切板料的尺寸设定、自动计数及每车板料数的预设定。
7 具备断电保护和来电恢复功能。
8 能实现加工过程自动控制,加工参数显示,系统检测。
9 保证板料加工精度、加工效率和安全可靠性。
10 具有良好的人机操作界面。
1.3 剪板机结构及工作原理
1.3.1 剪板机的结构
自动剪板机是一种精确控制板材加工尺寸,将大块金属板材进行自动循环剪切加工,并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其结构及原理如图1所示。
图1 自动剪板机原理图
系统设置了7个限位开关，分别用于检测各部分的工作状态。其中，SQ1 检测待剪板料是否被输送到位。SQ2、SQ3 分别检测压块B 的状态，检测压块是否压紧已到位的板料；SQ4 检测剪切刀A 的状态；SQ7 为光电接近开关, 检测板料是否被剪断落入小车；SQ5 用于检测小车是否到位；SQ6 用于判断小车是否空载。送料机构E、压块B、剪切刀A和送料小车分别由四台电动机拖动。系统未动做时, 压块及剪切刀的限位开关SQ2、SQ3 和SQ4 均断开, SQ1、SQ7也是断开的。
1.3.2 剪板机工作原理
当系统启动时,输入板料加工尺寸、加工数量等参数，按下自动开关，系统自动运行。 1 首先检查限位开关SQ6 的状态,若小车空载, 系统开始工作, 起动送料小车。小车运行到位, 限位开关SQ5 闭合,小车停车。
2 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, 送料停止同时制动器松开、电磁离合器结合，主电动机通过传动机构工作。
3 压块电机启动,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。
4 剪切刀电动机起动, 控制剪刀下落。此时,SQ4 闭合, 直到把板料剪断, 板料落入小车。
5 当小车上的板料够数时, 起动小车控制电动机, 带动小车右行,将切好的板料送至下一工序。
6 卸下后, 再起动小车左行, 重新返回剪板机下, 开始下一车的工作循环。
板料的长度L 可根据需要进行调整, 每一车板料的数量可预先设定。
2 总体设计方案
传统的控制方法是采用继电器-接触器控制，但控制系统较复杂,大量的接线使系统可靠性降低,也间接地降低了设备的工作效率。采用可编程控硬件制器较好地解决了这一问题。它是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备,不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此,将PLC应用于该控制,完全能满足技术要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。
2.1 PLC简介
在此对PLC进行简单介绍，在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。以下对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识做一简介。
图2 PLC的工作原理
PLC采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后，又返回第一条，如此周而复始的不断循环。PLC的扫描过程如图2。
这个工作过程分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。
同信操作服务阶段，PLC与一些智能模块通信，响应程序器键入的命令，更新编程器的显示内容。
当PLC处于停止状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、到程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。输入处理又叫输入采样。在此阶段，顺序输入所有端子的通断状态，并将读入的信息存入内存所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一次扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是串行工作的，这和传统的继电器控制系统并行工作有质的区别。PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。
由于PLC采用扫描工作过程，所以在程序的执行阶段即使发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一个周期的输入采样阶段才能改变。扫描周期是一个很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描时间取决于I/O扫描速度和用户程序的长短，以及程序使用的指令类型。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的，PLC的影响滞后是允许的，但是对某些I/O快速响应的设备，则采取相应的处理措施。如选用高速CPU，提高扫描速度，采用快速响应模块、高速记数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间。影响I/O滞后的主要原因：输入滤波器的惯性，输出继电器接点的惯性，程序执行的时间，程序设计不当的附加影响等。
我们在此不必要详细分析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。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
开关量是指，只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指，连续变化的量。常用的I/O分类如下：
开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或机架槽数限制。
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为
24VDC）。
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
编程设备，编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
人机界面，最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
输入输出设备，用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。
PLC的通信联网，依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。
对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。
2.2 总体设计方案
为实现自动化必须根据板材自动精确剪切加工的工作特点及动作要求进行设计,因此本方案采用了可编程控制器来实现对自动剪板机的控制，设计思想如图3所示。
图3 总体设计方案简图
3 自动剪板机的PLC控制系统设计
3.1 系统主电路设计
用交流电机带动送料皮带，传送皮带送料只向一个方向运动，只要求电机向一个方向旋转即可，轻负载小工率电动机可直接起动，用熔断器和热继电器作短路、过载保护。使待剪板料自动快速稳定地输送到剪切位置。
压块B的作用是压紧板料，以利于剪切刀切断板料，压块B又上升和下降两种运动，要求带动压块的电动机具有正反转运动，控制电路有联锁保护、用熔断器和热继电器作短路、过载保护。
图4 电机正反转主电路
所谓联锁控制是指，凡是生产线上某些环节或一台设备的某些部件之间具有相互制约或相互配合的控制均称为联锁控制，联锁控制包括：自锁控制、互锁控制、正常工作与点动的联锁控制、实现按顺序工作时的控制。电机正反转就需要互锁控制。
剪切刀有两种运动，下行切断板料，然后上升复位，带动剪切刀机构的电动机也应具有正反转，用熔断器和热继电器作短路、过载保护。
根据电机控制要求，其电机正反转主电路图如图4所示，程序流程框图如图5所示。
电机正反转控制PLC设计讨论：
1）电力拖动是指对电动机的控制，采用继电器-接触器控制，都有自己的基本控制电路。采用PLC控制也应该有自己的基本控制环节，为此而提出电机正反转控制PLC设计讨论，寻找其较好的控制方案。
2）继电器-接触器电气控制原理：
继电器-接触器电气控制原理如图6所示。上、下两图比较，不管是电器元件、触点数量、连接导线的数量都是一样的，分别是5只、9个、13条。按钮连线也是6根，但上图的按钮和接触器连线较集中，从维修的角度看要比下图优越。
3）元件的代号意义
SB0——带磨姑头急停按钮。5SB1、5SB2——正反转启/停按钮。
5KM1——正转接触器。5KM2——反转接触器。
其中的5KM1和5KM2要求选用带机械联锁的交流接触器。
图6 继电器-接触器电气控制原理
4）电器元件的工作情况
正转启动——揿5SB1，5KM1得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5KM2的线圈回路。
反转启动——揿5SB2，首先是5KM1失电，其互锁触点恢复闭合，才是5KM2得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5KM1的线圈回路。
再次正转启动——揿5SB1，首先是5KM2失电，其互锁触点恢复闭合，才是5KM1得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5KM2的线圈回路。
为实现板料自动输送到下一工位并返回,可采用交流电通过带传动带动驱动轴,驱动
行走轮来完成小车往返各机构的运动动力来自电机,根据控制的特点和经济性要求,用交流电机来实现进料、小车送料、托架下料，采用伺服电机控制挡料器精确定长。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。而且永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：
1）无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。
2）定子绕组散热比较方便。
3）惯量小，易于提高系统的快速性。
4）适应于高速大力矩工作状态。
伺服的额定速度比一般异步电机高的多，并且可以控制转速和位移，而一般的变频器只侧重于转速控制，适用于开环调速，而伺服可以做到精确定位，速度环控制响应比变频器加外围速度控制更直接，动态响应好。
为了实现对交流电机的控制，采用图7所示主电路,控制对象为4台电机和一个蜂鸣器。KM1~KM7为接触器，KM1是紧急停止接触器,KM2控制蜂鸣器,KM3~KM7分别控制送料、压块、剪切和小车电机。
FR1~FR5都采用热敏电阻作为测量元件的热继电器,FR1、FR3的设定值取送料和剪切电机上限温度的95%,当到达此温度时进行闪光报警。
该控制系统需要完成对工作机构的控制情况如下：
1）进料控制,执行器件为进料电机,通过对进料电机的起停控制,实现进给机构输送板料，停止输送板料的控制。
2）刀具剪切控制,执行器件为电磁离合器和电磁制动器。通过控制主电机传动路线中的电磁离合器,控制传动机构带动刀具完成向下剪切板料,撤回利用弹簧完成。为了防止惯性造成连续剪切需要控制制动器剪切一次制动一次。
3） 小车往返运动及停止控制,执行器件为小车电机,通过控制小车电机的起、停、正反转,控制送料小车在剪板机与下一工位往返送料。
图7 控制系统的主电路图
其中,1）执行机构都可采用光电、开关量控制。由于可编程控制器是低压直流输出,所以,我们使用中间继电器作为控制器输出的第1级执行机构,通过继电器的触电控制大功率接触器的通断,从而控制交流电机的起、停。执行机构中的电磁离合器、制动器需要采用专用输出驱动控制电路。
系统原来采用继电器—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, 也间接降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决
了这一问题, 它不仅减少了系统的硬件接线, 提高了工作可靠性, 而且在加工工艺改变时, 只需修改程序, 就可适应新的加工要求, 大大提高了工作效率。
4 PLC控制器的选择
4.1 PLC控制器的选择
在此设计中，采用日本松下公司生产的FP1—C24系列PLC系统作为主机。
日本松下电工公司的FP系列PLC是可编程控制器市场上的后起之秀，它具有丰富的指令系统，即使是小型机也有近200条指令。CPU处理速度快，运行速度1.6μs/步。程
序容量高达2700步/500步，小型机一般都达到3千步左右，最高可达5千步，而大型机最大也
只有60千步。编辑工具的功能强大，无论是手持编程器还是编程工具软件，其编程可监控能力都很强。强大、统一的编程工具,是设计人员的最佳选择。网络通信功能强大，此系列的各种机型都提供了通信功能，松下电工提供了多达6种的PLC网络产品，在同一子网中集成了几种通信方式，我们可根据需要选择。
FP1属于小型机。产品型号以C字母开头代表主控单元或称主机，以E字母开头代表扩展单元或称扩展机，后面跟的数字代表I/O点数。该产品包括C14～C72六款主控单元和E8～E40四款扩展单元，主机有14.16.24.40.56.72点六种,还有8.16.24.40点四种扩展单元。主机上配有RS232C通讯口及机内时钟，形成系列化产品。
图8 松下电工FP1—C24系列主机面板图
图9 FP1可编程序控制器输入/输出电路的基本结构
FP1的指令系统十分强大，共有190多条指令，除基本的逻辑运算，数据运算、数据
处理 数制转换指令之外，还有中断、子程序调用、步进控制、电子凸轮控制、速度及位置控制等特殊功能指令。另外，FP1还有功能完备的编程工具，利用这些工具，我们可以方便的进行编程和实现监控。即使是使用手持编程器,也可以实现多种监控功能。由于FP1具有结构紧凑、硬件配置全、软件功能强等特点，而且，它的某些功能甚至能与大型机媲美，所以性能价格比高，较适合在中小企业中推广使用。
FP1虽属于小型PLC，但却包含了大中型 PLC的许多功能，可以说它是“麻雀虽小五脏具全”他的特殊功能主要 有以下几方面：
1 高速计数功能 FP1内置高速计数器，最高计数频率可达10000 Hz。
2 脉冲输出功能 FP1型PLC中晶体管输出型可输出频率可调脉冲，最高脉冲频率大5000 Hz。
3 可调输入延时滤波 为提高可靠性，在FP1的输入端采用了可调输入延时滤波 ，它可以减少应机械开关抖动带来得不可靠性。
4 脉冲捕捉功能 在FP1的输入端增加了脉冲捕捉功能，可以根据需要选择。该功能可以使PLC捕捉到瞬间的窄脉冲，这在故障检测中十分有用。 5 中断功能
手动可调数值输入功能 只要在小旋具或螺丝刀调节面板上的螺杆的旋转角，即可从外部方便的改变其内部寄存器中所存的数值，数值范围可在0～256之间改变，在FP1中还有其他一些特殊功能，如时钟日历、扫描时间设置、口令保护、看门狗等。
FP1—C24型可编程控制器的主控单元外型图如图8所示，主控单元的输入/输出点数为16/8，其工作电压24V DC。主控单元和扩展单元的I/O点数加起来最多可达152个点。
在主控单元内含有高速计数器，可输入的脉冲频率高达5000Hz，并能同时输入两路脉冲，晶体管输出型PLC可输出频率可调的脉冲信号。主控单元还具有8个中断源的中断优先权管理等功能。同时通过PC机可对PLC进行梯形图程序的编辑、状态监控等。 除主控单元和扩展单元外，还有A/D、D/A单元，最多可控制152点加4通道A/D,4通道D/A，还有C-NET链接单元等高级模块，可进行模拟量处理，通过C-NET网络模块可方便地将最多32台PLC联成网络,距离达1.2km，可方便的工业现场PLC控制网络。
4.2 I/O端子分配
1 输入设备
限位开关: SQ1, SQ2, SQ3,SQ4,SQ5, SQ6, SQ7 系统的停止启动按钮: SB1, SB2 2 输出设备
一块板料剪切完成并落入小车时, 光电检测开关SQ7合一次,计数器作减1计 数。本设计中假设小车可最多载40块板料。
KM1控制送料机构电机的接触器；KM2、KM2ˊ控制压块电机的接触器，驱动电机的正反转，控制压块压紧和放松板料；KM3、KM3ˊ分别控制剪切电机的接触器，驱动电机的正反转，控制剪切刀上下运行；KM4和KM4ˊ控制送料小车电机的接触器，驱动电机的正反转,从而控制小车的左行和右行。HL1为小车空载指示,根据需要, 还可增设其它信号指示。其输入输出端子分配如图10所示。
图10 自动剪板机PLC控制系统I/O端子分配图
把现场开关输入设备按编号接在PLC的输入端子上，相应的输出设备接在输出端子上。其端子的对应输入输出为：
输入：
SB1—X0 SB2—X1 SQ1—X2 SQ2—X3 SQ3—X4 SQ4—X5 SQ5—X6 SQ6—X7 SQ7—X8 输出：
KM1—Y0 KM2—Y1 KM2ˊ—Y2 KM3—Y3 KM3ˊ—Y3 KM4—Y5 KM4ˊ—Y6 HL1—Y7
4.3 系统的软件
分析可知，本系统是一个多工步的顺序控制系统，运用模块化程序结构,实现系统，有结构简单、编程方便等优点。利用PLC移位寄存器的移位功能，可实现步进顺序控制，使每一步严格按顺序动作。计数器对每车板料进行计数，其值由用户根据需要设定。
4.4 系统的流程图
控制系统的流程顺序如图11所示：
4.5系统的梯形图及其程序语句表
1 系统的梯形图
图11 控制系统的流程图
图12 系统的梯形图
4 结束语
自动剪板机是一种精确控制板材加工尺寸,将大块金属板材进行自动循环剪切加工,并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其整个工艺过程很符合顺序控制的要求，所以，在控制过程中，采用可编程控制器对自动剪板机进行控制。
可编程控制器是一种将计算机技，自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备,不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。它较好地解决了采用继电器-接触器控制，控制系统较复杂,大量的接线使系统可靠性降低,也间接地降低了设备的工作效率这一问题。因此,将PLC应用于该控制, 具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单，控制精度高的特点。在控制的过程中，剪板机剪板的个数可根据工艺参数方便的修改 ，而且利用光电接近开关检测板料状态非常准确。
参考文献
[1]马小军， 建筑电器控制技术 ， 机械工业出版社， 1993.
[2]周洪等， 智能建筑控制系统概论 ， 中国电力出版社， 2006. [3] 陈志新等， 电气与PLC控制技术 ， 中国林业出版社， 2003.
[4] 常斗南,李全力， 可编程控制器原理及其应用， 电子工业出版社， 1999. [5] 常小玲， 电梯控制系统与可编程控制器， 机械工业出版社， 2003. [6] 王平,崔纳新， PLC在电梯控制中的应用， 机械工业出版社， 1999.
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