畢業(yè)論文--人造板熱壓機自動化控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計主要介紹了人造板熱壓機自動化控制系統(tǒng)。通過對熱壓機工作原理的分析及實際生產(chǎn)的要求，設(shè)計出熱壓機的軟硬件程序，保證了熱壓機的正?？焖俑哔|(zhì)量的運行。人造板熱壓機是木材加工生產(chǎn)中電氣設(shè)備最多、控制最復(fù)雜的生產(chǎn)線，是整個系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，必須按時間、行程、壓力、溫度、位移等因素或工藝參數(shù)進行協(xié)調(diào)控制。本設(shè)計給出了完整的控制程序，

2、將PLC 應(yīng)用于熱壓機，很好地解決了系統(tǒng)的控制要求，提高了系統(tǒng)的可靠性和維修的快速性。</p><p>　　根據(jù)工藝要求，本設(shè)計在熱壓過程中滿足“壓力-時間-位置”曲線和壓機的閉合及開啟時的速度要求。在實際生產(chǎn)中要求的人造板的層數(shù)、厚度等的變化只需對程序局部進行修改即可達到要求，這正是PLC控制的一大優(yōu)點。人造板熱壓機PLC控制系統(tǒng)采用三菱公司FX-32MB型PLC,其硬件基本由開關(guān)量輸入單元、模擬量輸入單元、脈

3、沖輸入單元、繼電器輸出單元和晶體管輸出單元組成。本設(shè)計主要使用開關(guān)量輸入、輸出單元、計時器單元。</p><p>　　關(guān)鍵詞：熱壓機工作原理，PLC控制程序，控制設(shè)計</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This article mainly introduced the automatic control

4、 system of hot press of wood-based plate. Through the analysis of requirements and producing actually of the hot press operation principle, the software procedure of the hot press machine is designed , has guaranteed the

5、 normal and fast and high-quality operation of the hot press. The control system of hot press machine is more complicated . The hot press machine is the most important apparatus in the whole system, control in coordinat

6、ion acco</p><p>　　According to technological requirement , design in hot pressing meeting " pressure - time - position " curve and closure and pace requirement while opening of press originally. La

7、yers of change of count , thickness ,etc. of wood-based plate that require in actual production need , so on , it can meet the qualification to fix to procedure part only, this is exactly a great advantage that PLC contr

8、ols. The hot press machine’s PLC control system of the wood-based plate adopts OMRON Company's Model</p><p>　　Keywords：hot-press instruments work ，PLC control program， design for controlling system</

9、p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著木材尤其是珍貴木材資源的減少,家具上越來越多使用貼薄木或貼紙等壓貼工藝,作為壓貼工序重要設(shè)備的壓機在家具制造中常用于貼面和壓制成型零件,其生產(chǎn)能力和技術(shù)性能制約著企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。</p><p>　　目前我國大部分的人造廠的熱壓過程都是根據(jù)經(jīng)驗由人工控制，這樣不但對操作人

10、員要求高，勞動強度大，而且不易達到理想的控制效果，成板質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)過程的各種參數(shù)無法記錄，無法進行問題分析且一旦出現(xiàn)故障維修困難。若采用PLC控制則不會有以上問題的出現(xiàn)。在人造板生產(chǎn)過程中對控制設(shè)備的可靠性提出了很高的要求，PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計，由于采取了一系列措施，使PLC控制系統(tǒng)的平均無故障時間間隔時間一般能達到4-5萬h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)繼電器控制和計算機控制系統(tǒng)。PLC控制組合靈活使用方便易于維護，功能強，通用性好，能完成

11、人造板生產(chǎn)工程中的各種參數(shù)的紀(jì)錄及處理工作。所以在人造板的工業(yè)生產(chǎn)中最合適的的控制系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)，采用此系統(tǒng)后無論是人造板的產(chǎn)量還是質(zhì)量都有了長足的發(fā)展。</p><p>　　1 熱壓機的工作原理</p><p>　　熱壓機是一種用來壓制膠合板或刨花板的設(shè)備，一般具有多層壓板，可以同時壓制多張板，多為十層以上，壓板設(shè)動壓板和定壓板，動壓板可以在油缸的控制下，在一定范圍內(nèi)上下移動，定

12、壓板是固定在機架上的，不能移動。多層熱壓機用四個油缸控制動壓板上升、下降及加壓、保壓，四個油缸對稱分布在壓板平面上（各在壓板四分之一處的幾何重心上），油缸的進油和回油是由電磁閥控制的，共有六只電磁閥，分別命名為1DT、2DT、3DT、4DT、5DT、6DT，其中1DT為總進油閥，6DT為瀉油閥，四個油缸分兩組，每兩個油缸為一組，油路并聯(lián)在一起， 3DT、5DT為兩組油缸的進油控制閥，2DT、4DT 為回油控制閥。1DT、2DT、4DT工

13、作，壓板上升，1DT、3DT、5DT壓板下降并加壓，6DT工作油缸卸壓，油缸所需高壓油由油泵提供，在壓機工作時，油泵一直工作，油泵的動力來自于三相交流異步電動機，功率為10KW～22KW，由于功率較大，需用降壓啟動，一般采用星—三角啟動（Y—Δ啟動），Y—Δ啟動，轉(zhuǎn)換時間一般為3～5秒,油泵正常工作3秒后,壓板上升,到位(設(shè)上限位開關(guān))后，壓板停止上升，裝板小車載板快速進入，到位碰限位開關(guān)，</p><p>　　

14、2 熱壓機的控制程序設(shè)計</p><p>　　2.1 PLC說明</p><p>　　2.1.1 PLC的發(fā)展歷程</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)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

15、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(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。</p><p>　　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Programmable Logic Controller（PL

16、C），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。</p><p>　　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)境下應(yīng)用而設(shè)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(shù)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(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體

17、，易于擴充其功能的原則設(shè)計。</p><p>　　上世紀(jì)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30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。</p><p>　　PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強

18、、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(yù)見的將來，是無法取代的。</p><p>　　2.1.2 PLC的構(gòu)成</p><p>　　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

19、按照一定規(guī)則組合配置。</p><p>　　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(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。

20、</p><p>　　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(guān)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。</p><p>　　在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)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

21、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

22、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(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。</p><p>　　開關(guān)量是指只有開和關(guān)（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：</p><p>　　開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VD

23、C，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。</p><p>　　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。</p><p>　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p><p>　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)

24、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，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。</p><p>　　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24VAC）。</p><p>　　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

25、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。</p><p>　　PLC系統(tǒng)的其他設(shè)備</p><p>　　編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)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(shè)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(dāng)編程

26、器。</p><p>　　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(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。</p><p>　　輸入輸出設(shè)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?！　?lt;/p><p><b>　　PLC的通信聯(lián)

27、網(wǎng)</b></p><p>　　依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(luò)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(luò)就是控制器"的觀點說法。</p><p>　　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(shè)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

28、。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。</p><p>　　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(biāo)準(zhǔn)，PLC各廠家均有采用。</p><p>　　對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)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(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這

29、必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)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(luò)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2.2 PLC控制熱壓機程序設(shè)計</p><p>　　本著PLC控制的設(shè)計原理需先根據(jù)控制原理畫出熱壓機的控制流程圖如下</p><p>　　根據(jù)流程圖列出本設(shè)計的輸入與輸出關(guān)系如下表</p&g

30、t;<p><b>　　輸入輸出一覽表</b></p><p>　　由以上關(guān)系可初步估算出PLC程序步數(shù)大約在90步左右為留出一定的余地故選用三菱系列的FX-32MB足可以滿足本設(shè)計的要求.下面編寫控制程序,在寫程序之前要先根據(jù)流程圖及輸入輸出關(guān)系編寫梯形圖,</p><p><b>　　梯形圖如下:</b></p>

31、<p>　　Y／△轉(zhuǎn)換時間為2.5秒</p><p>　　油泵啟動梯形圖說明：</p><p>　　接通油泵電源，開始進行星形—三角啟動，星形降壓啟動2.5秒后開始三角啟動</p><p><b>　　4DT（輸出）</b></p><p>　　T1 X005 X006(機位

32、上限) Y007（正前）Y008（反后）Y004</p><p><b>　　X004</b></p><p>　　X007手動上行（輸入）</p><p><b>　　壓板上升梯圖說明：</b></p><p>　　油泵正常運行3秒后 總控油筏打開，然后控制動壓板上升的2DT、4DT油筏打開動壓

33、板開始上升當(dāng)?shù)竭_上限位開關(guān)是停止</p><p>　　X008（啟動小車） Y008 X009（前進限位） x004 x005 </p><p>　　Y007(自鎖)

34、 </p><p><b>　　正轉(zhuǎn)前進（輸出）</b></p><p><b>　　Y010</b></p><p><b>　　Y008</b></p><p>　　小車控制梯形

35、圖說明：</p><p>　　當(dāng)動壓板上升到限位后，開始啟動小車，在未達前進限位是小車一直載料快速前進，當(dāng)?shù)竭_前進限位開關(guān)后小車慢速反轉(zhuǎn)后退，直到后退限位停止</p><p>　　X012（壓力下限） Y003 X004 Y008 Y007

36、

37、 </p><p>　　X015(壓板開關(guān))</p>&

38、lt;p><b>　　X005 </b></p><p>　　X005 X017（機位下限）Y01 3DT（輸出）</p><p><b>　　X018</b></p><p><b>　　TTT</b></p><p><b&

39、gt;　　K24000</b></p><p><b>　　T3 </b></p><p>　　加壓保壓梯形圖說明：</p><p>　　當(dāng)小車退出后，3DT、5DT打開，動壓板開始下降，直到最大壓力后停止，一段時間后壓力降低，當(dāng)?shù)竭_最小壓力后動壓板又開始加壓，如此往復(fù)直到保壓時間40min到 停止加壓，總卸油筏打開卸壓，3S后壓板

40、上升 </p><p>　　根據(jù)梯形圖寫出熱壓機的PLC控制程序如下:</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計全面介紹了人造板熱壓機的PLC控制過程,具體到了每個細(xì)節(jié),給出了真確的PLC程序,在實際應(yīng)用中完全實現(xiàn)了自動化的控制。極大地節(jié)省了人力物力提高了勞動效率，在木材加工行業(yè)中起到了重要的作用。</p>

41、;<p>　　采用PLC控制熱壓系統(tǒng)，可以生產(chǎn)過程中靈活方便地改變熱壓機的壓力、時間、板厚等參數(shù)，以便滿足不同原料、不后板厚和不同工藝要求的中密度板材的生產(chǎn)，能保證人造板的質(zhì)量與產(chǎn)量。總之采用PLC控制熱壓機是人造板生產(chǎn)的首選。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　首先感謝我的設(shè)計指導(dǎo)老師xx，在做本設(shè)計初期有種無從下手的感覺不

42、知道該從何做起，一度想放棄，xx老師這時給了我最大的幫助讓我有了寫下去的信心。在五一期間xx老師不惜放棄自己的假日親自帶我們?nèi)スS進行實地參觀學(xué)習(xí)，為畢業(yè)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。在做PLC控制程序時遇到不懂的問題xx老師都悉心指導(dǎo)，保證了我能把程序順利做出。如此等等充分說明xx老師平易近人的性格和和藹可親的學(xué)者風(fēng)度，他高度的工作責(zé)任心給我留下了深刻的印象</p><p>　　在平時的設(shè)計中遇到的各種下問題在同學(xué)們的幫助下

43、都一一解決了，在此表示謝意。</p><p>　　最后再次感謝xx老師的幫助及所有幫助我完成本設(shè)計的老師及同學(xué)們。祝xx老師工作順利</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 宋伯生 PLC編程理論.算法及技巧，機械工業(yè)出版社 </p><p>　　[2] 田瑞庭主編 可編程序控制

44、器應(yīng)用技術(shù)，北京機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[3] 李景學(xué)，金礦業(yè) 可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法，北京電子工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[4] 方承遠(yuǎn)主編 工廠電氣控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 吳金柱 木工機械(木材加工專業(yè))，高等教育出版社，2002</p><p>　　[

45、6] 方承遠(yuǎn) 王炳勛 電氣控制原理與設(shè)計 寧夏人民出版社，1989</p><p>　　[7] 徐世許 可編程序控制器[M]. 北京:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[8] 中國熱處理行業(yè)協(xié)會. 當(dāng)代熱處理技術(shù)與工藝裝備精品集[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[9] 楊承　張宏健　員永生 新型實

46、驗熱壓機的控制系統(tǒng) 西南林院2003</p><p>　　[10] 南京林學(xué)院.木工機械，中國林業(yè)出版社,1985</p><p>　　[11] 楊承　張宏健 人造板熱壓機控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及改進 西南林院 1999</p><p>　　[12] 吳新泉，人造板多層熱壓機，中國林業(yè)出版社，1985.</p><p>　　[13] 楊承,等.