基于plc的自动切纸机控制系统的设计

基于plc的自动切纸机控制系统的设计内容摘要：

的中央处理器为基础，综合了电子技术、通信技术和控制技术而开发的控制产品。 相信在 21世纪里，以 PLC 作为控制系统核心的机电一体化生产线及设备必将主导自动化控制、设备制造等大规模自动化控制领域。 西门子公司生产的 S7200小型 PLC 在我国工业控制方面有着广泛的应用 [4]。 如果单从价位考虑，单片机控制最为便宜，但是在切纸机自动控制系统中对可靠性要求较高，并且还要求有可扩展的能力及通讯能力。 恰恰 PLC 作为控制核心具有这些方面的优点，所以成为最佳选择。 本课题研究的意义 本课题研究是基于 PLC 控制的自动切纸机的控制系统，通过步进电机的驱动来实现切纸机的自动化控制，同时以组态画面作为监控系统。 这样就形成了控制及监控一体化的机电控制产品。 在现实社会中生产效率决定了一个企业的生存能力，一个生产效率低下的企业必将被淘汰。 而且，轻巧、方便、快捷已经越来越得到大众的认可。 如今自动化控制已经深深的进入了人们在生活的方方面面。 而自动切纸机恰好满足了人们对生活用纸、工业用纸等各方面的需求。 自动切纸机的产生代替了传统的手工操作，大大的减少了人力、物力，提高了企业的生产效率，降低了企业的生产成本，改变了市场产品紧缺的现状。 从以前的小规模生产到大规模批量生产，这一切都离不开微电子技术和自动化技术的快速发展。 步进电机作为切纸机的动力元件，大大增强了切纸机的运行稳定性。 步进电机是一种常用的电气执行元件，是一种将脉冲信号变化成直线或者角位移的 数字电磁执行装置。 步进电机的角位移与输入脉冲个数成正比，其转速与脉冲频率也成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各组绕组的相序有关（步进电机的频率不能超过最高频率，否则力矩迅速减小电机不转）。 步进电机具有结构简单、无累积误差、跟踪性能好、动态响应快等特点，广泛用于数控加工设备、自动生产线、自动控制仪表、计算机及办公室自动化设备。 如今对步进电机的控制通常采用单片机作为控制系统的微处理器，通过一些大规模集成电路来实现脉冲输出，从而实现对步进电机的运动控制。 这种控制方法所需的周边器件比较多，对整个系统的稳定性、可 靠性和处理速度有较大的影响。 而采用 PLC 作为控制器，结合步进驱动器和步进电机组合的运动控制系统，就可以大大的减少系统设计的工作量，提高系统的准确性、可靠性和快速性。 现代 自动化技术也离不开 模具制造工艺技术基础知识，内容包括：概论、模具的机械加工、模具的特种加工、典型模具制造工艺、模具的装配工艺、模具的使用与维修等 [5]。 可编程控制器经过十几年的发展，如今已经广泛的应用到工业生产当中。 它的连接不需要大量的活动元件和电子元件连线，连线的减少有利于故障的减少且维修简单维修时间短。 PLC 采用冗长的设计，如断电保护、 故障诊断、信息保护即恢复，大大的提高了系统运行的可靠性。 PLC 还有较高的易操作性，它是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比普通计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件，它的编程简单，操作方便，维修简单，而且不容易发生操作和编程错误。 PLC 的程序输入可以直接显示，若发现有误，可以根据所需要的地址编号或者接点号进行搜索，或者程序寻找并进行更改。 根据其硬件和软件的自诊断能力，维修人员可以很快的找到故障发生的部位。 再者， PLC 采用的汇编语言有梯形图、功能图表、功能模块和语句描述编程语言。 编程方法的多样性 是使编程变得简单且广泛的应用和扩展。 加强了 机械传动 装置设计方案的基本训练和设计方法 [6]。 以 PLC 为控制核心的自动化控制系统一定会成为显示社会发展 的主流。 综上所述，研究基于 PLC 为控制核心的自动切纸机的应用更加变得切合实际而有意义。 通过对一系列问题的剖析，提高对机电一体化知识的应用能力，有机的将理论与实践结合在一起 [7]。 在 专业课程中必须掌握的知识、技能，由简到繁、由浅入深展开讲解，这不仅使学生较系统地学习相应的理论知识，还通过一些实例来介绍生产中的实际应用，使学生在有限的学时内既能学到电工基础的知识，又 能与实际相结合，达到学以致用的目的 [8]。 第二章 切纸机控制系统的设计方案 切纸机控制系统的控制要求 （ 1） 监控画面对整个系统的运行进行监控，当按下启动按钮，指示灯显示绿色，同时整个系统运转，当发生故障时，指示灯红绿相间闪烁。 当按下停止按钮时，系统停止运转。 （ 2） PC 机和主站、从站之间采用 N:N 模式建立连接。 （ 3）纸张所设定规格为 50 毫米，要求达到一定数量自动停止整个系统。 切纸机的加工工艺如下： （ 1）启动设备，切纸机导辊从造纸机上接到纸板传到预想的位置； （ 2）导辊停止导纸， 当纸板完全静止在切纸机到预定的位置时，切刀开始切割，刀车运动到另一侧后，刀车电机与切刀电机停止； （ 3）导辊向接纸传送切割完毕的纸板； （ 4）纸张传送结束，切纸机导辊又恢复高速，等待造纸机下一副纸板的到来。 刀车再由另一侧向原方向运动，从而进行下一次的切割过程，如此反复。 切纸机控制的硬件选型 PLC 的类型选择 可编程控制器简称 PLC，它的种类很多，可以从不同的角度进行分类。 按照控制规模大致可分为微型机、小型机、中型机、大型机和特大型机。 微型机的控制点仅有十几点， 比如德维森公司的 V80 系列 PLC 本体从 16 点到 40 点，西门子的 LOGO 仅 10 点。 小型机控制点可达 100 多点，如 OMRON 公司的 C60P 可达 148点， CQM1 可达 256 点。 而中型机的控制点可达 500 点以致几千点，比如德国西门子公司的 S7300 机最多达 521 点等。 大型机的控制点数一般在 1000 点以上，比如德维森公司的 PPC22 系列可扩展到 2048 点， OMRON 公司的 C1000H、 CV1000，当地配置可达 1024 点，比如美国的 GE 公司的 9070 机，其控制点数可达 24000 点，另外还有 8000 路的模拟量。 按 照结构，可编程控制器可分为模块式和箱体式两大类。 模块式是按照功能分为若干模块，比如输入模块、输出模块、电源模块等。 模块式功能单一，便于系统配置，使PLC 更能物尽其用，达到更高的使用效率。 箱体式的 PLC 是把电源、 CPU、内存、 I/O 系统都集中在一个小箱子内。 一个是主体箱，一个是扩展箱。 目前市场上 PLC 的主流产品主要来自欧美日等国家。 国内的 PLC 生产厂家规模都不是太大，而且技术和机器性能和国外比起来有一定的差距。 考虑到显示条件的制约，我们采用三菱 FX 系列 PLC。 三菱系列 PLC 对环境的适应能力比较强，在恶劣的环 境下运行也比较稳定。 其外部通信业比较简单。 同时由于是利用 PLC 驱动步进电机的运转，能提高高速脉冲，所以应当要选择晶体管输出型的。 所以我们选择 FX1N40MT，如图 21 所示。 图 21 可编程控制器 步进电机的的工作原理及分类。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是 以固定的角度一步一步运行的。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。 该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。 当定子的矢量磁场旋转一个角度。 转子也随着该磁场转一个角度。 每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。 它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。 改变绕组通电的顺序，电机就会反转。 所以可用控制 脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。 它具有结构简单、无累积误差、跟踪性能。