基于plc的玻璃造型生产线_控制系统的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于plc的玻璃造型生产线_控制系统的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 本设计的主要内容 此次控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。 硬件方面：系统采用 PLC 为中心控制器， 通过旋转编码器测得各方向电机的旋转频率并转换为高速计数脉冲送入 PLC 中进行计数运算可获得刀锯或 水平台 行进的精确位移量，将其与设定的初值相比较，当达到设定值时 PLC 复位相应的方向电机线圈使其停车 ，输出高电平使切割电动机工作以实现精准切割。 系统的操作 控制、实时数据的采集和动作过程的监视、各种参数的显示和设定，由挂接在 PLC 上的人机界面来实现。 软件方面：根据设计的思想进行了实现系统功能的梯形图的设计，并利用 S7200 的STEPMicro/WIN32 编程软件进行编程，它可以方便地在 Windows 环境下对 PLC 进行编程、调试、监控，且编程方便、快捷。 5 第二章 系统硬件设计 系统的设计思想与结构流程图 系统的控制要求是实现玻璃的定尺寸切割，即要求驱动流水线横向运动的电动机 M1在达到设置尺寸后停止运动，光电编码器与横 向运动电动机 M1 同轴连接，电动机的水平驱动位移与光电编码器的脉冲数输出成比例关系，光电编码器的输出与 S7200 CPU 的高速计数器输入相连接，利用高速计数器实时计算光电编码器输出脉冲数，通过计算即可测量出横向运动的长度。 TD200 实现长度宽度尺寸的设置和显示功能，人机界面将设置的相关参数传递给 S7200 CPU 的寄存器，执行用户程序计算当前横向移动距离和设置值的关系，切割机构根据限制尺寸实现切割，待切割完成后，电动机 M3 驱动切割机构实现纵向位移，光电编码器测量纵向位移的尺寸，当设置尺寸和测量尺寸相等时， 垂直电动机M2 驱动切割机构垂直位移，行程开关限制垂直电动机行程位置，切割机构垂直运动达到设置行程后，完成一次完整的控制任务，控制系统再次驱动电机进行流水线横向运动。 实现以上控制任务，控制系统应包括三大部分：主电路、控制部分和显示部分。 因此可以设计出控制系统的结构流程图。 系统结构流程图如下： T D 2 0 0西 门 子 S 7 2 0 0旋 转 编 码器行 程 开关M 3M 2M 1旋 转 编 码器 图 系统结构流程图 控制系统主要构造及动作过程 主电路表示系统执行机构，包括电动机、光电编码器、 TD200 人机界面、行程开关和激光切割束。 执行机 构 切割过程：启动机器，先将切割机构回原点，将玻璃板材放置在台面上，行6 程开关检测到玻璃后，垂直电动机 M2 正转驱动切割机构下行直到预设位置，根据设置宽度参数驱动纵向电动机 M3 实现定宽度尺寸，然后启动横向电动机 M1 驱动生产线水平运动，达到设置长度后纵向电动机 M3 反转实现定长切割，然后会原点。 当设定值等 于预置值时，断开进给电机的接触器，电磁离合制动器的离合分离，刹车起作用以消除推进系统的惯性，从而实现精准定位。 因此控制系统包括三大部分：横向电动机运动，纵向电动机正反转运动和垂直电动机正反转运动。 控制系统动作流程图如 下图所示： 开 机刀 具 下 降刀 具 纵 向 定 宽生 产 线 横 向 运动刀 具 定 宽 切 割刀 具 上 升刀 具 定 长 切 割 图 控制系统动作流程图 电气元件的选型 电动机选型 电动机是主要的动力机械，它的应用是非常广泛的，所以就其全国电动机的总耗电量来说，它是极为可观的。 因此，合理选择电动机是相当重要的，它直接关系到生产机械的运行安全和投资效益。 电动机的选择内容包括电动机种类、外壳型式、额定电压、额定转7 速、额定功率、各项性能等。 采用三相异步电动机控制流水线水平移动和切割刀具的垂直升降运动，利用直流电动机控制切割刀具的定长定宽切割， 实现玻璃造型控制系统的设计任务。 流水线的横向运动是定向单向运动，只需电动机启停运动即可。 切割刀具需要垂直升降运动和正反进给运动，需要启停和正转反转运动。 根据主电路的要求和控制方式结合以上对电机的各项标准和参数的介绍可确定主电路所用的元件的型号和参数。 台面电机的是用来带动玻璃流水线横向运动，所选的电机功率要大，转速稍微低即可。 刀架电机用来控制刀片的上下移动，而刀片的移动并不能很快，所以所选的电机转速要稍微低，虽有蜗轮减速，带在经济角度考虑下，可以用转速小、功率低的电机以节约成本。 刀具进给电机控制材料的进给， 定位须准确，采用直流电机 表 横向电机 M1 型号参数 型号 额定电压 额定 功率 额定电流 转速 效率 功率因素 最大转矩 最小转矩 堵转转矩 堵转电流 额定转矩 额定转矩 额定转矩 额定电流 V kW A r/min % cos 倍 倍 倍 倍 Y2112M2 380 4 2890 表 垂直电机 M2 型号参数 型号 额定电压 额定 功率 额定电流 转速 效率 功率因素 最 大转矩 最小转矩 堵转转矩 堵转电流 额定转矩 额定转矩 额定转矩 额定电流 V kW A r/min % cos 倍 倍 倍 倍 Y2100L28 380 700 表 纵向电机 M3 型号参数 型号 额定电压 额定 功率 额定电流 转速 效率 削弱磁场时最大转速 飞轮力矩 V kW A r/min % r/min kgm2 Z242 220 750 1500 主电路其他元件选型 主电路的其他元件的选型就为断路器的选择、交流接触的选择、熔断器的选择、中间8 继电器的选择 表等各种元件的选择。 元件的选择对整个设备的性能起到很大的作用，下面是电器元器件选择方法。 （ 1）刀开关是用来控制设备的总电源，三组熔断器是防止电流过大而设计的，热继电器也有同样的效果，但是工作原理不同。 KM1 是控制横向运动电机 M1， KM2 和 KM3 分别是控制垂直运动电机 M2 正反转， KM4 和 KM5 分别是控制纵向运动电机 M3 的正反转，KM6 控制激光束的启停。 KM7 和 KM8 控制电磁离合制动器，刹车时给电机其精确定位的。 （ 2）熔断器是低压配电网中的保护元件之一，主要做短路保护用，当通过熔断器的电流大于规定值时，以及自产生的热量使熔体熔化而自动分断电路。 通过熔断器的熔化特性和熔化特性的配合以及熔断器与其他电器的配合，在一定的短路范围内可达到选择性保护。 而在本系统中是在电动机回路中用作短路保护。 应考虑到电动机的起动条件，按电动机时间长短选择熔体的额定电流，对起动时间不长的场合可按下公式决定熔体额定电流 eI ： eI = dI   3~ () 对起动时间长或较频繁起动，按下公式决定电流 eI ： eI = dI   ~ () 式中， dI 为电动机的起动电流。 FU1 选用 RT1600C 型，其主要技术参数： 额定电流 16A，额定电压 500V，额定功率。 FU2 选用 RT1600C 型，其主要技术参数： 额定电流 ，额定电压 500V，额定功率。 FU3 选用 RT1600C 型，其主要技术参数： 额定电流 3A，额定电压 500V，额定功率 （ 3）交流接触器是一种适用于远距离频繁地接通和分断交流 电路的电器，其主要控制对象是电动机，也可用于控制如电焊机、电容器组、电热装置、照明设备等其他负载。 接触器具有操作频率高、使用寿命长、工作可靠、性能稳定、维修简便等优点，是用途广泛的控制电路之一。 随使用场合及控制对象不同，接触器的操作条件与工作繁重程度也不同。 为了尽可能经济地、正确地选用接触器，必须对控制对象的工作情况以及接触器性能有一较全面的了9 解，不能仅看产品的铭牌数据，因接触器铭牌上所规定的电压、电流、控制功率等参数为某一使用条件下的额定值，选用时应根据具体使用条件正确选用。 通常，先根据接触器的实际使 用类别选用相应的接触器类型。 然后，根据接触器控制对象的工作参量（如工作电压、工作电流、控制功率、操作频率、工作制等）确定接触器的容量等级。 再按控制电路要求决定接触器的线圈参数。 用于特殊环境条件的接触器应选用派生型产品（如湿热带型― TH 或符合防爆、防尘、防滴等使用要求的产品）。 交流接触器的负载主要可分为电动机负载与非电动机负载（如电热设备、照明装置、电容器、电焊机等）两大类。 本设计中交流接触器使用属于电动机负载，且其负载的轻重程度为一般任务型，其操作频率不高。 选用接触器时只要使被选用接触器的额定电压和额定 电流等于或稍大于电动机的额定电压和额定电流即可。 对特重任务电机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达 600～ 12020 次 /h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选 CJl0Z，因此 KM KM KM4～ KM6 选用 CJl0Z 型。 AC－ 3 笼型 感应电 动机的启动、分断风机，泵等 负载，所以 KM2 选用 AC3 型，其主要技术参数：额定电压 AC 380V，额定工作电流 9A，约定发热电流 20A，可控三相鼠笼电动机的功率 4kW。 （ 4）热继电器是依靠电流通过发热元时产生的热，使双金属片受热，弯曲而推动机构动作的一种电器，主要用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运行的保护及其他电气设备设备发热状态的控制。 因此选用时，必须了解被保护对象的工作环境，起动情况，负载性质，工作制以及电动机允许的过载能力，保护要遵循的原则：应使热继电器的安秒特性位于电动机的 过载特性之中，并尽量可能地接近，甚至重合，以充分发挥电动机的过载能力，同时使电动机在短时过载和起动瞬间（ 5～ 6 eI ）时不受影响。 在热继电器的选择方面还要注意以下的几点： ① 原则上，热继电器的额定电流应按电机的额定电流选择。 ② 在 不频繁启动的场合，要保证热继电器不会应电机的启动而起误动作。 ③ 当电机为重复短时工作时，首先注意确定热继电器的允许操作频率。 FR FR2 选用 NR2(JR28) 型，其主要技术参数： 电流等级 13，额定绝缘电压 690V，具有 断相保护、温度补偿、手动与自动复位、脱扣指示、测试按钮、停止按钮，额定电压 AC 380V，额定电流。 电气元件清单如下表： 10 表 电气主电路其他元件 元件名称 元件数量 元件名称 元件数量 刀开关 1个 熔断器 3组 接触器 6个 热继电器 3组 按钮 1个 行程开关 3个 电动机 3台 电磁刹车 2个 根据控制要求和选型的器件，绘制系统主电路电路图 所示。 图 系统主电路图 控制系统控制电路设计 控制系统的控制电路由 PLC、光电编码器、按钮、接触器和行程开关组成。 按钮包括启动按钮和急停按钮，用来实现设备的启动和停止。 光电编码器和电机相连，光电编码器的 A 相与 PLC 高速计数器输入端相连接，利用高速计数器实现定长定宽切割。 PLC 的输出部分为接触器线圈，控制电动机正反转运动。 根据系统控制要求，控制电路中输入部分包括： 2 个光电编码器输入、一个急停按钮11 输入和 3 个行程开关输入。 输出部分包括：控制电动机启动停止的 5 个接触器和激光束开关的接触器。 PLC 的选型 S7200 不同的 CPU 模块的性能有较大的差别，在选择 CPU 模块时，考虑本机 I/O 点的点数、通信接口和高速计 数器数量，综合考虑性价比，尽可能降低硬件成本。 根据控制系统 I/O 分配表和所需高速计数器数量，考虑性价比的情况下， CPU222 本机数字量 I/O 共有 8 入 /6 出，具有 HSC0， HSC3～ 5 共 4 路高速计数器输入，而且性价比相对较高，因此选择 CPU222 模块作为控制部分的 CPU， 选择接触器输出型 PLC，电源选用 AC 电。