基于PLC的全自動剪板機的控制系統(tǒng)畢業(yè)設計論文.1doc

上海電視大學課 程 設 計課程名稱： 可編程控制原理 題目： 剪板機系統(tǒng) 專業(yè)班次： 11機電春 姓 名： 吳俊培 指導教師： 王一光 全自動剪板機的PLC控制系統(tǒng)設計 可編程控制器是一種為工業(yè)機械控制所設計的專用計算機，在各種自動控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用，他是在繼電器控制和計算機控制基礎上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展 成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術，通信技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進行邏輯控制，因而稱為可編程程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC。隨著技術的發(fā)展，其控制功能不斷增強，可編程程序控制器還可以進行算術運算，模擬量控制、順序控制、定時、計數(shù)等，并通過數(shù)字，模擬的輸入、輸出控制各種類型的機械生產(chǎn)過程。目前,我國機械制造業(yè)存在大量的通用設備,在發(fā)展現(xiàn)代機械自動化技術時,可以應用微電子技術改造這些已有通用設備,比如用數(shù)顯、數(shù)控裝置改造通用設備,提高單機自動化程度;用可編程序控制器改造通用機床、專用機床、組合機床及自動設備與半自動設備組成的生產(chǎn)線,這樣可以把計算機功能完備、編程靈活、適應性強的優(yōu)點和繼電器控制簡單、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，這是一條低成本、高效益，符合我國國情的機械自動化術發(fā)展應用新途徑。隨著可編程控制器技術的發(fā)展,傳統(tǒng)機械設備的控制柜逐漸被新一代的智能化儀表所代替,對于日益復雜的控制功能,傳統(tǒng)控制柜顯得無能為力,而可編程控制器具有可編程序的特點,運行時可以根據(jù)要求,自動選擇控制算法、適應性強、可編程控制器采用軟件代替硬件的方法,可以簡化線路,使控制設備的性能價格比不斷提高,本設計的研究目的,在于探索在秸稈的自動切割中,應用可編程控制技術,實現(xiàn)秸稈切割的自動控制。全自動剪板機系統(tǒng)廣泛的應用于農(nóng)業(yè)中,秸稈長度的檢測，秸稈進料、壓緊、走刀、落料、長度調(diào)整等過程必須按一定的節(jié)拍控制精確度動作，而且不同長度、不同厚度、不同材料的秸稈,各動作行程、先后順序、刀具位置等要求都不一樣，對于這樣的控制要求,傳統(tǒng)控制柜很難實現(xiàn),綜合考慮設備的性能/價格比，顯示直觀性、外表美觀性、靈活性等諸方面因素,本設計采用可編程控制器，根據(jù)秸稈自動切割機對控制系統(tǒng)的要求進行方案設計。 1 剪板機工藝剪板機應用于許多農(nóng)業(yè)中對各種秸稈進行切割的操作，在設計之前必須對幾個因素進行考慮，包括剪板機的切割能力、產(chǎn)率增強選件和安全性。剪板機類型由許多因素決定，諸如可處理材料的長度、厚度和種類。 也可以按剪切形式及其驅(qū)動系統(tǒng)進行分類，有兩種結(jié)構(gòu)形式常用于電動龍門剪床：閘式（也叫滑塊式）和擺式。 閘式剪板機利用驅(qū)動系統(tǒng)操縱動刀片向下移動到一定的位置，使動刀片在整個行程內(nèi)幾乎與定刀片保持平行。為了使刀架片橫梁在相互移動的過程保持合適的狀態(tài)，閘式剪板機需要一個滑塊導向系統(tǒng)。擺式剪板機驅(qū)動系統(tǒng)中有一個用來操縱動刀片，使動刀片依附于 滾柱軸承向下回轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)不再需要利用凹字形導向條或滑道使刀片在切割過程保持合適的姿勢。 在評價剪板機時需要考慮的一個因素是指定的工作需要多大的切割能力。 切割角（動刀片通過定刀片時的角度）是決定切割質(zhì)量的重要因素。一般而言，剪切角越小，秸稈切割之后體積越小。如果落在切割機后面的零件比較短（小于4(1.22m)），可能出現(xiàn)切割長度不均勻問題。切割角較小的切割機需要較大的動力。 剪板機依靠重要的標準部件和能夠增加生產(chǎn)率的選購件來增強產(chǎn)率，提高生產(chǎn)率可以表現(xiàn)為許多形式：節(jié)約人力，改進物料流動，提高精度，改善切割均勻長度并避免輔助操作，但最重要的是增強安全性。1.1 系統(tǒng)的控制要求據(jù)剪板機的工作特點,對控制系統(tǒng)提出控制要求如下:1 上電后,檢測各工作機構(gòu)的狀態(tài),控制各工作機構(gòu)處于初始位置。2 進料,由控制系統(tǒng)控制進料機構(gòu)將秸稈自動輸送到位。3 定切割尺寸,采用伺服電機控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸,其尺寸可是定值也可以設置為循環(huán)變動值。4 壓緊和切割,待秸稈長度達到設定值后由主電動機帶動壓料器和切割刀具,先壓緊秸稈,然后剪斷秸稈。5 送料車的運行,包括卸載后自動返回。6 秸稈的尺寸設定、自動計數(shù)及每車秸稈數(shù)的預設定。7 具備斷電保護和來電恢復功能。8 能實現(xiàn)加工過程自動控制,加工參數(shù)顯示,系統(tǒng)檢測。9 保證秸稈加工均勻、加工效率和安全可靠性。10 具有良好的人機操作界面。1.2 剪板機結(jié)構(gòu)原理剪板機是借于運動的上刀片和固定的下刀片,采用合理的刀片間隙,對各種厚度的金屬板材施加剪切力,使板材按所需要的尺寸斷裂分離的設備，其結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。 圖1 自動切割機原理圖1.2.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設置了7個限位開關，分別用于檢測各部分的工作狀態(tài)。其中，SQ1 檢測待切割秸稈是否被輸送到位。SQ2、SQ3 分別檢測壓塊B 的狀態(tài)，檢測壓塊是否壓緊已到位的秸稈；SQ4 檢測剪切刀A 的狀態(tài)；SQ7 為光電接近開關, 檢測秸稈是否被剪斷落入小車；SQ5 用于檢測小車是否到位；SQ6 用于判斷小車是否空載。送料機構(gòu)E、壓塊B、切割刀A和送料小車分別由四臺電動機拖動。系統(tǒng)未動做時, 壓塊及切割刀的限位開關SQ2、SQ3 和SQ4 均斷開, SQ1、SQ7也是斷開的。1.2.2 工作原理當系統(tǒng)啟動時,輸入秸稈加工尺寸、加工長度等參數(shù)，按下自動開關，系統(tǒng)自動運行。1 首先檢查限位開關SQ6 的狀態(tài),若小車空載, 系統(tǒng)開始工作, 起動送料小車。小車運行到位, 限位開關SQ5 閉合,小車停車。2 起動送料機構(gòu)E 帶動秸稈C 向右移動。當秸稈碰到行程開關SQ1 時, 送料停止同時制動器松開、電磁離合器結(jié)合，主電動機通過傳動機構(gòu)工作。3 壓塊電機啟動,使壓塊B 壓下, 壓塊上限開關SQ2 閉合。當壓塊到位, 秸稈壓緊時, 壓塊下限開關SQ3閉合。4 切割刀電動機起動, 控制剪刀下落。此時,SQ4 閉合, 直到把秸稈剪斷, 秸稈落入小車。5 當小車上的秸稈夠數(shù)時, 起動小車控制電動機, 帶動小車右行,將切好的秸稈送至下一工序。6 卸下后, 再起動小車左行, 重新返回切割機下, 開始下一車的工作循環(huán)。秸稈的長度L 可根據(jù)需要進行調(diào)整, 每一車秸稈的數(shù)量可預先設定。2 總體設計方案傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器-接觸器控制，但控制系統(tǒng)較復雜,大量的接線使系統(tǒng)可靠性降低,也間接地降低了設備的工作效率。采用可編程控硬件制器較好地解決了這一問題。它是一種將計算機技，自動控制技術和通信技術結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動控制設備,不僅能實現(xiàn)對開關量信號的邏輯控制,還能實現(xiàn)與上位計算機等智能設備之間的通信。因此,將PLC應用于該控制,完全能滿足技術要求，且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點。在此對PLC進行簡單介紹，在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。以下對PLC的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應用等基本知識做一簡介。1 PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量的能力、數(shù)字運算的能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。2 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 3 CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數(shù)據(jù)。PLC常用的存儲類型有RAM 、ROM、 EPROM、 EEPROM。內(nèi)部處理通信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理運 行停止停止圖2 PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后，又返回第一條，如此周而復始的不斷循環(huán)。PLC的掃描過程如圖2。這個工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器等。同信操作服務階段，PLC與一些智能模塊通信，響應程序器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當PLC處于停止狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務等內(nèi)容。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、到程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。輸入處理又叫輸入采樣。在此階段，順序輸入所有端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一次掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。程序執(zhí)行階段根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。循環(huán)掃描的工作方式是PLC的一大特點，也可以說PLC是串行工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)并行工作有質(zhì)的區(qū)別。PLC的串行工作方式避免了繼電器控制系統(tǒng)中觸點競爭和時序失配的問題。由于PLC采用掃描工作過程，所以在程序的執(zhí)行階段即使發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會變化，要等到下一個周期的輸入采樣階段才能改變。掃描周期是一個很重要的指標，小型PLC的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。PLC的掃描時間取決于I/O掃描速度和用戶程序的長短，以及程序使用的指令類型。毫秒級的掃描時間對于一般工業(yè)設備通常是可以接受的，PLC的影響滯后是允許的，但是對某些I/O快速響應的設備，則采取相應的處理措施。如選用高速CPU，提高掃描速度，采用快速響應模塊、高速記數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時間。影響I/O滯后的主要原因：輸入濾波器的慣性，輸出繼電器接點的慣性，程序執(zhí)行的時間，程序設計不當?shù)母郊佑绊懙?。我們在此不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。4 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關量是指，只有開和關（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指，連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（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，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或機架槽數(shù)限制。5 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。6 底板或機架 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。7 PLC系統(tǒng)的其它設備1） 編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。2） 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。3） 輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。8 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡就是控制器的觀點說法。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，PLC各廠家均有采用。 全自動切割機控制系統(tǒng)機械部分電氣部分送料機構(gòu)壓料機構(gòu)卸料機構(gòu)小車機構(gòu)PLC電機電路工作電路工作電源軟件部分圖3 總體設計方案簡圖對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡非常重要的。首先，網(wǎng)絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡標準。為實現(xiàn)自動化必須根據(jù)板材自動精確切割加工的工作特點及動作要求進行設計,因此本方案采用了可編程控制器來實現(xiàn)對自動切割機的控制，設計思想如圖3所示。 3 自動切割機的PLC控制系統(tǒng)設計3.1 系統(tǒng)主電路設計 1 設計進料機構(gòu)E用交流電機帶動送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個方向運動，只要求電機向一個方向旋轉(zhuǎn)即可，輕負載小工率電動機可直接起動，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。使待切割秸稈自動快速穩(wěn)定地輸送到剪切位置。2 設計壓料機構(gòu)B壓塊B的作用是壓緊秸稈，以利于切割刀切斷秸稈，壓塊B又上升和下降兩種運動，要求帶動壓塊的電動機具有正反轉(zhuǎn)運動，控制電路有聯(lián)鎖保護、用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。圖4 電機正反轉(zhuǎn)主電路所謂聯(lián)鎖控制是指，凡是生產(chǎn)線上某些環(huán)節(jié)或一臺設備的某些部件之間具有相互制約或相互配合的控制均稱為聯(lián)鎖控制，聯(lián)鎖控制包括：自鎖控制、互鎖控制、正常工作與點動的聯(lián)鎖控制、實現(xiàn)按順序工作時的控制。電機正反轉(zhuǎn)就需要互鎖控制。3 切割刀 剪切刀有兩種運動，下行切斷板料，然后上升復位，帶動剪切刀機構(gòu)的電動機也應具有正反轉(zhuǎn)，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。根據(jù)電機控制要求，其電機正反轉(zhuǎn)主電路圖如圖4所示，程序流程框圖如圖5所示。圖5 電機正反轉(zhuǎn)程序流程框圖電機正反轉(zhuǎn)控制PLC設計討論：1）電力拖動是指對電動機的控制，采用繼電器-接觸器控制，都有自己的基本控制電路。采用PLC控制也應該有自己的基本控制環(huán)節(jié)，為此而提出電機正反轉(zhuǎn)控制PLC設計討論，尋找其較好的控制方案。2）繼電器-接觸器電氣控制原理： 繼電器-接觸器電氣控制原理如圖6所示。上、下兩圖比較，不管是電器元件、觸點數(shù)量、連接導線的數(shù)量都是一樣的，分別是5只、9個、13條。按鈕連線也是6根，但上圖的按鈕和接觸器連線較集中，從維修的角度看要比下圖優(yōu)越。3）元件的代號意義SB0帶磨姑頭急停按鈕。5SB1、5SB2正反轉(zhuǎn)啟/停按鈕。5KM1正轉(zhuǎn)接觸器。5KM2反轉(zhuǎn)接觸器。其中的5KM1和5KM2要求選用帶機械聯(lián)鎖的交流接觸器。圖6 繼電器-接觸器電氣控制原理4） 電器元件的工作情況正轉(zhuǎn)啟動撳5SB1，5KM1得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM2的線圈回路。 反轉(zhuǎn)啟動撳5SB2，首先是5KM1失電，其互鎖觸點恢復閉合，才是5KM2得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM1的線圈回路。 再次正轉(zhuǎn)啟動撳5SB1，首先是5KM2失電，其互鎖觸點恢復閉合，才是5KM1得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM2的線圈回路。4 設計小車送料裝置為實現(xiàn)秸稈自動輸送到下一工位并返回,可采用交流電通過帶傳動帶動驅(qū)動軸,驅(qū)動行走輪來完成小車往返各機構(gòu)的運動動力來自電機,根據(jù)控制的特點和經(jīng)濟性要求,用交流電機來實現(xiàn)進料、小車送料、托架下料，采用伺服電機控制擋料器精確定長。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領域的發(fā)展日新月異。而且永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有：1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。2）定子繞組散熱比較方便。3）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。4）適應于高速大力矩工作狀態(tài)。伺服的額定速度比一般異步電機高的多，并且可以控制轉(zhuǎn)速和位移，而一般的變頻器只側(cè)重于轉(zhuǎn)速控制，適用于開環(huán)調(diào)速，而伺服可以做到精確定位，速度環(huán)控制響應比變頻器加外圍速度控制更直接，動態(tài)響應好。為了實現(xiàn)對交流電機的控制，采用圖7所示主電路,控制對象為4臺電機和一個蜂鳴器。KM1KM7為接觸器，KM1是緊急停止接觸器,KM2控制蜂鳴器,KM3KM7分別控制送料、壓塊、剪切和小車電機。FR1FR5都采用熱敏電阻作為測量元件的熱繼電器,FR1、FR3的設定值取送料和剪切電機上限溫度的95%,當?shù)竭_此溫度時進行閃光報警。該控制系統(tǒng)需要完成對工作機構(gòu)的控制情況如下：1）進料控制,執(zhí)行器件為進料電機,通過對進料電機的起?？刂?實現(xiàn)進給機構(gòu)輸送秸稈，停止輸送秸稈的控制。2）刀具切割控制,執(zhí)行器件為電磁離合器和電磁制動器。通過控制主電機傳動路線中的電磁離合器,控制傳動機構(gòu)帶動刀具完成向下剪切秸稈,撤回利用彈簧完成。為了防止慣性造成連續(xù)剪切需要控制制動器切割一次制動一次。3） 小車往返運動及停止控制,執(zhí)行器件為小車電機,通過控制小車電機的起、停、正反轉(zhuǎn),控制送料小車在切割機與下一工位往返送料。 圖7 控制系統(tǒng)的主電路圖其中,1）執(zhí)行機構(gòu)都可采用光電、開關量控制。由于可編程控制器是低壓直流輸出,所以,我們使用中間繼電器作為控制器輸出的第1級執(zhí)行機構(gòu),通過繼電器的觸電控制大功率接觸器的通斷,從而控制交流電機的起、停。執(zhí)行機構(gòu)中的電磁離合器、制動器需要采用專用輸出驅(qū)動控制電路。 系統(tǒng)原來采用繼電器接觸器控制,但控制系統(tǒng)較復雜,大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低, 也間接降低了設備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題, 它不僅減少了系統(tǒng)的硬件接線, 提高了工作可靠性, 而且在切割精度改變時, 只需修改程序, 就可適應新的加工要求, 大大提高了工作效率。3.1.1 PLC控制器的選擇在此設計中，采用日本松下公司生產(chǎn)的FP1C24系列PLC系統(tǒng)作為主機。 日本松下電工公司的FP系列PLC是可編程控制器市場上的后起之秀，它具有豐富的指令系統(tǒng)，即使是小型機也有近200條指令。CPU處理速度快，運行速度1.6s/步。程序容量高達2700步/500步，小型機一般都達到3千步左右，最高可達5千步，而大型機最大也只有60千步。編輯工具的功能強大，無論是手持編程器還是編程工具軟件，其編程可監(jiān)控能力都很強。強大、統(tǒng)一的編程工具,是設計人員的最佳選擇。網(wǎng)絡通信功能強大，此系列的各種機型都提供了通信功能，松下電工提供了多達6種的PLC網(wǎng)絡產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，我們可根據(jù)需要選擇。FP1屬于小型機。產(chǎn)品型號以C字母開頭代表主控單元或稱主機，以E字母開頭代表擴展單元或稱擴展機，后面跟的數(shù)字代表I/O點數(shù)。該產(chǎn)品包括C14C72六款主控單元和E8E40四款擴展單元，主機有14.16.24.40.56.72點六種,還有8.16.24.40點四種擴展單元。主機上配有RS232C通訊口及機內(nèi)時鐘，形成系列化產(chǎn)品。 圖8 松下電工FP1C24系列主機面板圖 圖9 FP1可編程序控制器輸入/輸出電路的基本結(jié)構(gòu)FP1的指令系統(tǒng)十分強大，共有190多條指令，除基本的邏輯運算，數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)處理 數(shù)制轉(zhuǎn)換指令之外，還有中斷、子程序調(diào)用、步進控制、電子凸輪控制、速度及位置控制等特殊功能指令。另外，F(xiàn)P1還有功能完備的編程工具，利用這些工具，我們可以方便的進行編程和實現(xiàn)監(jiān)控。即使是使用手持編程器,也可以實現(xiàn)多種監(jiān)控功能。由于FP1具有結(jié)構(gòu)緊湊、硬件配置全、軟件功能強等特點，而且，它的某些功能甚至能與大型機媲美，所以性能價格比高，較適合在中小企業(yè)中推廣使用。FP1雖屬于小型PLC，但卻包含了大中型 PLC的許多功能，可以說它是“麻雀雖小五臟具全”他的特殊功能主要 有以下幾方面：1 高速計數(shù)功能 FP1內(nèi)置高速計數(shù)器，最高計數(shù)頻率可達10000 Hz。2 脈沖輸出功能 FP1型PLC中晶體管輸出型可輸出頻率可調(diào)脈沖，最高脈沖頻率大5000 Hz。3 可調(diào)輸入延時濾波 為提高可靠性，在FP1的輸入端采用了可調(diào)輸入延時濾波 ，它可以減少應機械開關抖動帶來得不可靠性。4 脈沖捕捉功能 在FP1的輸入端增加了脈沖捕捉功能，可以根據(jù)需要選擇。該功能可以使PLC捕捉到瞬間的窄脈沖，這在故障檢測中十分有用。 中斷功能 手動可調(diào)數(shù)值輸入功能 只要在小旋具或螺絲刀調(diào)節(jié)面板上的螺桿的旋轉(zhuǎn)角，即可從外部方便的改變其內(nèi)部寄存器中所存的數(shù)值，數(shù)值范圍可在0256之間改變，在FP1中還有其他一些特殊功能，如時鐘日歷、掃描時間設置、口令保護、看門狗等。FP1C24型可編程控制器的主控單元外型圖如圖8所示，主控單元的輸入/輸出點數(shù)為16/8，其工作電壓24V DC。主控單元和擴展單元的I/O點數(shù)加起來最多可達152個點。在主控單元內(nèi)含有高速計數(shù)器，可輸入的脈沖頻率高達5000Hz，并能同時輸入兩路脈沖，晶體管輸出型PLC可輸出頻率可調(diào)的脈沖信號。主控單元還具有8個中斷源的中斷優(yōu)先權管理等功能。同時通過PC機可對PLC進行梯形圖程序的編輯、狀態(tài)監(jiān)控等。除主控單元和擴展單元外，還有A/D、D/A單元，最多可控制152點加4通道A/D,4通道D/A，還有C-NET鏈接單元等高級模塊，可進行模擬量處理，通過C-NET網(wǎng)絡模塊可方便地將最多32臺PLC聯(lián)成網(wǎng)絡,距離達1.2km，可方便的工業(yè)現(xiàn)場PLC控制網(wǎng)絡。3.1.2 I/O端子分配1 輸入設備限位開關: SQ1, SQ2, SQ3,SQ4,SQ5, SQ6, SQ7系統(tǒng)的停止啟動按鈕: SB1, SB22 輸出設備 一批秸稈切割完成并落入小車時, 光電檢測開關SQ7合一次,計數(shù)器作減1計 數(shù)。本設計中假設小車可最多載40根秸稈。KM1控制送料機構(gòu)電機的接觸器；KM2、KM2控制壓塊電機的接觸器，驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)，控制壓塊壓緊和放松秸稈；KM3、KM3分別控制剪切電機的接觸器，驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)，控制切割刀上下運行；KM4和KM4控制送料小車電機的接觸器，驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn),從而控制小車的左行和右行。HL1為小車空載指示,根據(jù)需要, 還可增設其它信號指示。其輸入輸出端子分配如圖10所示。 圖10 自動切割機PLC控制系統(tǒng)I/O端子分配圖把現(xiàn)場開關輸入設備按編號接在PLC的輸入端子上，相應的輸出設備接在輸出端子上。其端子的對應輸入輸出為：輸入：SB1X0 SB2X1 SQ1X2 SQ2X3 SQ3X4 SQ4X5SQ5X6 SQ6X7 SQ7X8輸出：KM1Y0 KM2Y1 KM2Y2 KM3Y3 KM3Y3KM4Y5 KM4Y6 HL1Y73.2 系統(tǒng)的軟件分析可知，本系統(tǒng)是一個多工步的順序控制系統(tǒng)，運用