基于plc的u形折板機控制系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　課 題 名 稱： 基于PLC的U形折板機控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　指導(dǎo)教師： 楊樂 教研室主任： 系主任：</p><p>　課題名稱基于PLC的U

2、型板折板機控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　內(nèi)容及要求畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，繼電器控制的弱點就越來越明顯。鑒于其種種優(yōu)點，目前，折板機的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。因此，PLC控制技術(shù)已成為現(xiàn)代機械加工行業(yè)的一個熱點。U型板折板機具有加工精度高、動作速度快、一次成型等優(yōu)點，被汽車、機床、建筑行業(yè)廣泛應(yīng)用。它利用電磁閥改變送入汽缸兩端的高壓氣體方向從而產(chǎn)生不同的運動

3、方向。這種電磁潤為雙線圈，而電磁閥的控制系統(tǒng)又是由繼電器一接觸器組成的，具有體積大，線路復(fù)雜，不易維護的缺點。而PLC具有通用性強、編程簡單、外接線少、可靠性高、易維·護等優(yōu)點，越來越多的應(yīng)用于各種設(shè)備?；赑LC的U型板折板機控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）工作規(guī)定進行的日期：2013年11月1日起至2013年1月11日止畢業(yè)設(shè)計（論文）進行地點：任務(wù)書的內(nèi)容：（一）選題的目的和意義：介紹了U型板折板機的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，在分

4、析控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計氣動系統(tǒng)．選用S7—200 CPU222控制器，并設(shè)計出相應(yīng)控制程序?？刂瞥绦虬簭?fù)位操作、單周期、單步加工控制和誤動作的禁止環(huán)節(jié)，程序設(shè)計精巧、運行效率高。該折板機工作</p><p>　基本工作量要求共需要9周時間完成</p><p>　進度計劃起止時間工作內(nèi)容</p><p>　1周研究設(shè)計任務(wù)，并收集設(shè)計相關(guān)文獻資料，進行分析、綜合

5、歸納，提出要解決的問題和探討問題的正確途徑。</p><p>　2-3周確定電力拖動方案，選擇控制用電動機?？刂葡翟O(shè)計要求和生產(chǎn)實際，確定總體方案。</p><p>　4周設(shè)計、修訂、完善并正確繪制電氣控制原理圖</p><p>　5周選擇電器元件，制定電器元件明細表</p><p>　6-7周設(shè)計并正確繪制電器布置圖、設(shè)計單元接線圖、互連接

6、線圖、端子接線圖。</p><p>　8周選擇電器元件，制定電器元件明細表</p><p>　9周設(shè)計并正確繪制電器布置圖、設(shè)計單元接線圖、互連接線圖、端子接線圖。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p><

7、;b>　　課題背景1</b></p><p>　　本次設(shè)計的主要工作2</p><p>　　第一章 U形折板機的工藝流程與控制要求3</p><p>　　1.1 U形折板機基本結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.2對工藝流程的闡述3</p><p><b>　　1.3控制要求4<

8、;/b></p><p>　　1.3.1折板機控制方式4</p><p>　　1.3.2折板機工作要求4</p><p>　　第二章 電氣動系統(tǒng)設(shè)計6</p><p>　　2.1 基本氣動模塊的組成6</p><p>　　2.2電氣動模塊工作原理7</p><p>　　2.3 電

9、氣動模塊工作過程7</p><p>　　第三章 PLC控制模塊設(shè)計9</p><p>　　3.1 PLC簡介9</p><p>　　3.2 PLC選擇可行性分析10</p><p>　　3.3 PLC I/O端口分配及其PLC的選擇11</p><p>　　3.4 控制程序設(shè)計13</p>

10、<p>　　3.4.1復(fù)位操作14</p><p>　　3.4.2 單步加工控制14</p><p>　　3.4.3 單周期操作15</p><p>　　3.4.4 誤操作環(huán)節(jié)17</p><p>　　3.5 PLC控制程序17</p><p>　　第四章 安全保護模塊設(shè)計21</p&g

11、t;<p>　　4.1光柵安全保護構(gòu)成21</p><p>　　4.1.1對射式紅外傳感器TX05C22</p><p>　　4.1.2 CC4068集成電路22</p><p>　　4.1.3 TLP521光電耦合器23</p><p>　　4.2安全保護模塊工作原理24</p><p>&l

12、t;b>　　設(shè)計總結(jié)27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　附錄：30</b></p><p><b>　　緒論</b><

13、/p><p><b>　　課題背景</b></p><p>　　在技術(shù)飛速發(fā)展的21世紀，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程自動化和智能化技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但其發(fā)展仍然是不可估量的。作為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要手段之一，可編程（PLC）在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　可變程序控制器（PLC），是在順序控制和危機控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器

14、，是一種未處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機。世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制的。早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制即定時、技術(shù)功能。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入了可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送的處理等功能。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)的全面引入使其功能發(fā)生了飛躍。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點

15、是更加適應(yīng)與現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。目前他在機械制造、石油化工、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。預(yù)計21世紀可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。不管是從技術(shù)、產(chǎn)品規(guī)模，市場還是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的情況看來，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)或國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在眾多的領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。</p><p>　　隨著可編程控制器（PLC）技術(shù)的發(fā)展，各生產(chǎn)廠家也推出了學(xué)多功能強大的新型PL

16、C，是可編程控制器（PLC）在產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中發(fā)揮了重要作用。以PLC的控制核心的折板機就是一個很好的例子。</p><p>　　以LPC為控制核心的U型折板機具有以下特點：</p><p>　　能連續(xù)高效生產(chǎn)，調(diào)整限位開關(guān)可以調(diào)控折彎角度大小，同時控制程序設(shè)有單步、單周期和復(fù)位方式，調(diào)整方便，并且控制程序有誤操作時誤動作的禁止環(huán)節(jié)。</p><p>　　折板機采用

17、PLC控制，大大提高了系統(tǒng)工作可能性和柔性，運行更加穩(wěn)定；同時采用PLC控制的U型板折板機具有加工精度高、動作速度快、一次成型等優(yōu)點，可以大大提高系統(tǒng)的控制精度和自動化程度。不僅能夠省時省力、降低生產(chǎn)成本、減少設(shè)備維護，而且提高了工作的可靠性，減輕了工人勞動強度，有效的提高了生產(chǎn)效率。另外其控制回路簡單，經(jīng)濟適用，能適應(yīng)單件和大批量生產(chǎn)，很好的滿足了中小規(guī)模型材廠的加工需要?，F(xiàn)在已經(jīng)被汽車、機床、建筑行業(yè)廣泛使用。</p>

18、<p><b>　　本次設(shè)計的主要工作</b></p><p>　　U形折板機是型材加工廠常用的加工設(shè)備，U 形折板機由模板、左右折板、限位開關(guān)、氣壓機構(gòu)（氣缸和活動鉸鏈）、安全光柵和操作盤組成。模板裝在模板座上，模板兩端的形狀不同，加工出來的U 形板料的開角形狀就不同，折角的大小由左右限位開關(guān)的位置決定。根據(jù)不同要求，模板可以隨時更換。在氣壓的推動下，模板與模板座一起下移或上移

19、。被加工的金屬板料放在平臺上，當(dāng)模板下移壓緊板料后，工作平臺上的左、右折板在氣壓機構(gòu)的推動下，可以向上折、也可以折回，把板料加工成U 型。操作盤面上設(shè)置有接通或斷開PLC 電源的開關(guān)、工作方式選擇開關(guān)和單周期位和單步位、啟動/停止開關(guān)、復(fù)位按鈕和操作按鈕。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，選擇用PLC來控制U形板的生產(chǎn)，可以提高生產(chǎn)效率，安全性、工作的穩(wěn)定性好，操作方便，經(jīng)濟適用，能很好地滿足中小規(guī)模型材加工廠批量加工的需要。</p>

20、<p>　　第一章 U形折板機的工藝流程與控制要求</p><p>　　1.1 U形折板機基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　U形折板機基本結(jié)構(gòu)由模板，左、右折板，左、右限位開關(guān)，下限位開關(guān)，氣壓機構(gòu)，安全光柵及工作平臺組成，結(jié)構(gòu)如圖1-1所示</p><p>　　圖1-1 折板機基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　U 形折板機加工型材的樣

21、板如圖1-2所示</p><p>　　圖1-2 加工樣板</p><p>　　1.2對工藝流程的闡述</p><p>　　U形折板機的生產(chǎn)工藝流程分為以下六個步驟</p><p>　　(1) 上移到位，左、右折板返回原位時，將裁好的金屬板料放在工作平臺上。</p><p>　　(2) 啟動設(shè)備，模板開始下移，下移到位

22、時壓緊板料。</p><p>　　(3) 壓緊板料后，左、右折板上折，上折到位觸動左、右限位開關(guān)時，停止上折并保壓2S。</p><p>　　(4) 左、右折板返回，折板返回原位時自停。</p><p>　　(5) 模板上移，上移到原位后自停。</p><p>　　(6) 取下U形板，一塊板料的加工過程結(jié)束。</p><p

23、><b>　　1.3控制要求</b></p><p>　　1.3.1折板機控制方式 </p><p>　　在工業(yè)化生產(chǎn)中，折板機應(yīng)有手動和自動方式，以便達到更合理的控制要求，手動方式即單步方式，按步來進行，當(dāng)要進行下一步操作時，再按下相應(yīng)的按鈕來執(zhí)行。單步工作方式時，按一次操作按鈕執(zhí)行一個工作步；單周期方式時，按一次操作按鈕連續(xù)完成上述加工過程后自停，加工過程中

24、不重復(fù)循環(huán)。</p><p>　　1.3.2折板機工作要求 </p><p>　　在單步方式和單周期方式下，完成一個U形板加工過程后自停，加工過程不循環(huán)。首先模板下移和上移是用雙線圈的三位五通電磁閥控制的。三位五通電磁閥安裝時電磁閥應(yīng)垂直向上安裝應(yīng)注意閥體上箭頭應(yīng)與介質(zhì)流向一致，不可裝在有直接滴水或濺水的地

25、方；電磁閥應(yīng)保證在電源電壓為額定電壓的10%～15%波動范圍內(nèi)正常工作，電磁閥安裝后，管道中不得有反向壓差，電磁閥安裝前應(yīng)徹底清洗管道，通入的介質(zhì)應(yīng)無雜質(zhì)；電磁閥前裝過濾器并需通電數(shù)次，使之適溫后方可正式投入使用。當(dāng)電磁閥發(fā)生故障或清洗時，為保證系統(tǒng)繼續(xù)運行，應(yīng)安裝旁路裝置。</p><p>　　三位五通電磁閥如圖1-3所示（1,2,E1,E2,IN為氣壓通道，I,II為電磁開關(guān)）</p><

26、p>　　圖1-3 三位五通電磁閥</p><p>　　在折板過程中，模板下移并壓緊模板后，兩個折板必須都上折到位才能開始保壓。折板機運行過程中可以停機，完成一個加工過程自動停機時，模板應(yīng)在上方原位，左、右折板應(yīng)返回到水平原位。停機再開機時，如果模板和左、右折板都在原位，則可以開始進行板料加工。如果不在原位，要將它們復(fù)位到原位才可以開始加工。手動復(fù)位時，用復(fù)位按鈕來控制模板和兩個折板的復(fù)位，但模板上移和折板

27、的折回動作不能同時啟動，以免兩者發(fā)生摩擦而損壞模板和折板。自動運行和手動操作過程中，若誤按操作按鈕時不應(yīng)出現(xiàn)誤動作。</p><p>　　第二章 電氣動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　2.1 基本氣動模塊的組成</p><p>　　電氣動模塊的組成一般由壓縮機，電動機，壓力開關(guān)，單向閥，儲氣罐，壓力表，自動排水器，安全閥，冷凍式空氣干燥器，主管道過濾器等組成。總體來說

28、由壓縮空氣的產(chǎn)生和輸送系統(tǒng)及壓縮空氣消耗系統(tǒng)二個主要部分組成。</p><p>　　一、壓縮空氣產(chǎn)生系統(tǒng)各組件及其主要功能</p><p>　　（1）壓縮機：將大氣壓力的空氣壓縮并以較高的壓力輸給氣動系統(tǒng)，把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮耗堋?lt;/p><p>　　（2）電動機：電能轉(zhuǎn)變成機械能，給壓縮機提供機械動力。</p><p>　?。?）壓力開關(guān)：將

29、儲氣罐內(nèi)的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，用來控制電動機。它被調(diào)節(jié)到一個最高壓力，達到這個壓力就使電動機停止；也被調(diào)節(jié)另一個最低壓力，儲氣罐內(nèi)壓力跌到這個壓力就重新激活電動機。</p><p>　?。?）單向閥：讓壓縮空氣從壓縮機進入氣罐，當(dāng)壓縮機關(guān)閉時，阻止壓縮空氣反方向流動。</p><p>　?。?）儲氣罐：貯存壓縮空氣。它的尺寸大小由壓縮機的容量來決定，儲氣罐的容積愈大，壓縮機運行時間間隔就愈長

30、。</p><p>　?。?）壓力表：顯示儲氣罐內(nèi)的壓力。</p><p>　?。?）自動排水器：無需人手操作，排掉凝結(jié)在儲氣罐內(nèi)所有的水。</p><p>　?。?）安全閥：當(dāng)儲氣罐內(nèi)的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣溢出。</p><p>　　（9）冷凍式空氣干燥器：將壓縮空氣冷卻到零上若干度，使大部分空氣中的濕氣凝結(jié)，以減少系統(tǒng)中的水分。

31、</p><p>　?。?0）主管道過濾器：它清除主要管道內(nèi)灰塵、水分和油。主管道過濾器必須具有最小的壓力降和油霧分離能力。</p><p>　　二、壓縮空氣消耗系統(tǒng)</p><p>　?。?）壓縮空氣的分支輸出管路：壓縮空氣要從主管道頂部輸出到分支管路，以便偶爾出現(xiàn)的凝結(jié)水仍留在主管道里，當(dāng)壓縮空氣達到低處時，水傳到管子的下部，流入自動排水器內(nèi)，將凝結(jié)水去除。&l

32、t;/p><p>　?。?）自動排水器：每一根下接管的末端都應(yīng)有一個排水器，最有效的方法是用一個自動排水器，將留在管道里的水自動排掉。</p><p>　?。?）空氣處理組件：使壓縮空氣保持清潔和合適壓力，以及加潤滑油到需要潤滑的零件中以延長這些氣動組件的壽命。</p><p>　?。?）方向控制閥：通過對氣缸兩個接口交替地加壓和排氣，來控制運動的方向。</p&g

33、t;<p>　　（5）執(zhí)行元件：把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，執(zhí)行元件是一個直線氣缸，它也可以是回轉(zhuǎn)執(zhí)行組件或氣動馬達等。</p><p>　?。?）速度控制閥：能簡便實現(xiàn)執(zhí)行組件的無級調(diào)速。</p><p>　　2.2電氣動模塊工作原理</p><p>　　電氣動模塊主要采用三位五通電氣閥來控制，電磁閥是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并

34、不限于液壓，氣壓。電磁閥用于控制氣壓流動方向，工廠的機械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會用到電磁閥。電磁閥的工作原理為電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的氣壓管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來擋住或露出不同的排氣孔，而進氣孔是常開的，氣壓就會進入不同的排氣管，然后通過氣的壓力來推動氣缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流

35、就可以控制氣缸的機械運動。</p><p>　　2.3 電氣動模塊工作過程</p><p>　　U 形折板機的氣動驅(qū)動模塊是折板驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置，主要實現(xiàn)U形折板機模板上下移動和折板的上折和返回動作。其電氣動工作模塊如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 電氣動模塊原理圖</p><p>　　工作過程為：壓縮空氣經(jīng)氣源后分

36、三路，一路到模板控制氣缸8，另兩路分別到左右折板控制氣缸7、9，電磁閥2 的電磁線圈CY2-0 通電時，壓縮空氣經(jīng)電磁閥2 和節(jié)流閥5 進入模板氣缸8 上缸體，模板下降至壓緊板材并碰到ST1行程開關(guān)后停止，電磁閥2 的電磁線圈CY2-1 通電時，壓縮空氣進入氣缸8 下缸體，則模板上升回到原位；電磁閥1、3 的電磁線圈CY1-0 和CY3-1 通電時，左右折板氣缸7、9 推動折板，緩慢折板，至左右限位行程開關(guān)，折板停止，板料折成U 型；電

37、磁閥1、3 的電磁線圈CY1-1和CY3-0 通電時，左右折板氣缸7、9 推動折板，折板回復(fù)至水平原位，折板機折板停止。</p><p>　　第三章 PLC控制模塊設(shè)計</p><p><b>　　3.1 PLC簡介</b></p><p>　　作為通用工業(yè)控制計算機，30年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；

38、其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。 </p><p>　　1.可編程控制器的定義</p><p>　　可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller），是指以

39、計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程”。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備

40、都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。</p><p><b>　　2.PLC的特點</b></p><p>　　可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從PLC的機

41、外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。</p><p>　　配套齊全，功能完善，適用性強</p

42、><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。</p><p>　　易學(xué)易

43、用，深受工程技術(shù)人員歡迎 </p><p>　　PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。</p><p>　　系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造</p><p>　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯

44、，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 </p><p>　　體積小，重量輕，能耗低 </p><p>　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控

45、制設(shè)備。 3. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 　　目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。所以，用PLC來控制U形板的生產(chǎn)，有著廣闊的空間，前景明朗。</p><p>　　3.2 PLC選擇可行性分析</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，分析折板過程中要用到的端口數(shù)量，其要求如下：用于接通或斷開PLC 電源的開關(guān)

46、（不占輸入端子）；工作方式選擇開關(guān)（占1個輸入端子）分單周期位和單步位；啟動/停止開關(guān)（占1個 輸入端子）；1個復(fù)位按鈕，若停機時模板和左、右折板不在原位，再開機時要進行復(fù)位；1個操作按鈕，手動和自動操作時，均要按操作按鈕。折板機控制的操作盤如3-1所示</p><p>　　圖3-1 控制操作盤</p><p>　　除了以上介紹的輸入元件外，左、右折板的上折限位各用一個限位開關(guān)，模板下移

47、的控制需要一個下限位開關(guān)，安全設(shè)計中傳感器觸發(fā)輸入需要一個開關(guān)，因此需要8個輸入端子。模板的上移和下移及折板的上折和折回所需的電磁閥（均為雙線圈） 都是輸出執(zhí)行元件，所以需要6個輸出端子。根據(jù)控制要求及端子數(shù)，此處選用交直流電繼電器型S7-200 CPU222AC/DC/繼電器 PLC，它共有8個輸入端子，6個輸出端子, 滿足控制所需端子數(shù)，工作電壓為20.4 至 28.8 VDC，在線程序編輯時4096 bytes, 非在線程序編輯時

48、4096 bytes, 數(shù)據(jù)存儲器2048 bytes。這個處理器帶有24V直流電源，也可以根據(jù)實際情況外加電源，最好是UPS供電電源，因為模塊輸出電源的功率是有限的，并且輸入輸出點的延伸到現(xiàn)場操作柜。這段線路又電壓消耗，容易使產(chǎn)生信號失真，所以應(yīng)時刻保證CPU有電，避免因停電引起生產(chǎn)事故。</p><p>　　3.3 PLC I/O端口分配及其PLC的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)

49、計要求，操作盤戚的設(shè)置為：用于接通或斷開PLC電源的開熒(不占輸入端子)；工作方式選擇開關(guān)(占1個輸入端予)，分單溺期位稻攀步位；啟動／停止開關(guān)(占1個輸入端子)；1個復(fù)位按鏹，若停機時模板和左／擻折板不在原位，再糟機時要進行復(fù)位；1個操作按鏹，手動稷自動操作畦，均要按攥律按錘。除了操作盤上介紹的輸入元件外，發(fā)、右折板的上折限位各用一個限位開關(guān)，模板下移的控制需要一個限位開熒。因此需要7個轅入端子；模板酶上舞移下移及拆板的上拆和折回所需

50、的電磁閥(均為雙線圈)都是輸出執(zhí)行元件，錯疆6個輸出端子。選用FX2N一16MR繼電器型PLC，輸入/輸出各8端子，滿足控制要求及所需端子數(shù)，PLC的端口I/O端口接線圖如3-3所示。</p><p>　　（1）輸入方面：操作按鈕為X000，方式選擇開關(guān)為X001，復(fù)位按鈕為X002，啟動/停止按鈕為X003，左折板限位開關(guān)為X004，右折板限位開關(guān)為X005，模板下移限位開關(guān)為X006，安全光柵保護開關(guān)為X00

51、7。</p><p>　　（2）輸出方面：模板下移為Y000，左折板上折為Y001，右折板上折為Y002，左折板返回為Y003，右折板返回為Y004,模板上移為Y005，所以PLC控制模塊I/O分配如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 PLC控制模塊I/O分配圖</p><p>　　圖3-3 PLC 端口I/O端口接線圖</p><

52、p>　　3.4 控制程序設(shè)計</p><p>　　程序設(shè)計是U 形板折板機設(shè)計的核心，程序設(shè)計的好壞關(guān)系到機器使用性能和操作方便性， 同時須考慮程序的工作效率。因此，折板機控制程序設(shè)計為：復(fù)位操作、單周期、單步加工控制和誤動作的禁止等組成環(huán)節(jié)。折板機的工作流程如圖3-4所</p><p>　　圖3-4 折板機工作流程圖</p><p><b>　　

53、3.4.1復(fù)位操作</b></p><p>　　為了確保機器從證確的初始位置開始工作，開機時首先要避行復(fù)位操作，否則機器不能被啟動。將方式選擇開關(guān)撥在單步位，X001為OFF，自動運行被禁止。按住復(fù)位按鈕X002不放，其復(fù)位過程是：首先，輔助繼電器MlO～M14被復(fù)使。接著M4被置位，為板料加工作好準備。Y003和Y004均為ON，兩個折板開始返回。為了避免模板和折折板相互摩擦，要自折板開始返回l s

54、秒，再讓模板開始上移動，因此設(shè)鼢T41定時l秒。T41定時ls羈，模板開始上移動。當(dāng)模板和折板都返回原位（目測）時，再松開復(fù)位按鈕，復(fù)位過程結(jié)束。復(fù)位操作控制部分梯形圖如圖3-5所示。</p><p>　　復(fù)位操作部分梯形圖程序3-5</p><p>　　3.4.2 單步加工控制</p><p>　　模板和折板都返回原位時，將剪好了的板材放在工作臺上。將方式開關(guān)撥在

55、單步位，常開觸點X000 斷開，自動方式被禁止，單步方式被允許。按一下操作按鈕X000 ON 一次，輸入一個移位脈沖，M10 和Y000 均為ON。其一，模板開始下移；其二，M0.2 將M0.0 復(fù)位，使下一次移位時輸入的是“0”。當(dāng)模板下移到位壓限位開關(guān)X006 時，模板下移停止并壓緊板料，再等一下操作按鈕X000，又輸入一個移位脈沖，M10和Y000為OFF，M11 為ON。使Y001和Y002 均為ON，兩折板開始上折。折板上折到

56、位壓限位開關(guān)X004和X005，則Y001 和Y002 均為OFF，使折板上折停止，同時T40 開始計時進行2S保壓。2S后再按一下操作按鈕X000，又輸入一個移位脈沖，M11 為OFF，M12 為ON。于是折板開始返回，T37 進行折板返回計時。T37 計時到，Y003和Y004 均為OFF，折板返回停止。再按一下操作按鈕X000，又輸入一個移位脈沖，M12 為OFF， M13為ON。于是模板開始上移，T38 開始模板上移計時。T38

57、 計時到，其一，輸入一個移位脈沖，使M13為OFF，M</p><p>　　單步加工控制部分梯形圖程序3-6</p><p>　　3.4.3 單周期操作</p><p>　　模板和折板都返回原位時，將裁好的板料放在平臺上。將方式開關(guān)撥在單周期位，常開觸點X001 閉合，使SHRB 的移位脈沖輸入端接通，而單步運行方式被禁止。按一下操作按鈕X000第一次執(zhí)行移位，M1

58、0 和Y000均為ON，則模板開始下移;M20為ON 并將M0 復(fù)位，使下一次移位時移位輸入是“0”。模板下移到位壓下限位開關(guān)X006。其一，使Y000 為OFF、模板下移停止并壓緊板料；其二，輸入一個移位脈沖，使M10 為OFF、M11 為ON，于是Y001 和Y002 為ON,兩折板開始上折。當(dāng)兩折板上折到位，壓動限位開關(guān)X004 和X005，其一，使Y001 和Y002均為OFF,折板上折停止；其二，當(dāng)X004和X005 均為ON

59、時T40 開始計時，進行2s 保壓。T40 計時到，輸入一個移位脈沖，使M11 為OFF，M12為ON，則Y003和Y004 均ON，折板開始返回，T37進行折板返回計時。T37定時時間到，輸入一個移位脈沖，使M12 為OFF、M13 為ON，Y003 和Y004 為OFF，折板返回停止；Y005為ON 使模板開始上移，T38 開始模板上移計時。T38計時到，輸入</p><p>　　單周期操作部分梯形圖程序3-

60、7</p><p>　　3.4.4 誤操作環(huán)節(jié)</p><p>　　生產(chǎn)過程中誤操作時，誤動作應(yīng)禁止。單步操作時誤動作的禁止：當(dāng)按過一次操作按鈕，且正在執(zhí)行某步加工的過程中又誤按了一下操作按鈕時，不會產(chǎn)生誤動作。因為在每一步啟動時按一次按鈕I0.0 后，對應(yīng)各個步，分別使Y000、Y001、Y003、Y005 為ON，都能使M12為ON，其常閉觸點斷開。所以在某一步運行過程中誤按操作按鈕X

61、000 時，不會再輸入移位脈沖，也就避免了誤動作。單周期操作時誤動作的禁止：當(dāng)?shù)谝淮伟催^操作按鈕X000、設(shè)備啟動后，Y000為ON， M12 為ON，將M0 復(fù)位。由于X000與M0的常開觸點串聯(lián)后連接在移位寄存器的移位脈沖輸入端，在整個加工過程中，由于M0.0 的常開觸點總是斷開，也不會產(chǎn)生錯誤的移位脈沖輸入，所以由誤按操作按鈕而產(chǎn)生的誤動作不會出現(xiàn)。誤操作環(huán)節(jié)部分梯形圖程序見3-8所示。</p><p>　

62、　誤操作環(huán)節(jié)部分梯形圖程序3-8</p><p>　　光柵安全保護部分梯形圖控制程序</p><p>　　3.5 PLC控制程序</p><p>　　PLC的控制梯形圖如下：（指令語句見附錄）</p><p>　　第四章 安全保護模塊設(shè)計</p><p>　　在U形板型材的生產(chǎn)過程中，由于手動放料，操作人員在操作過程

63、中可能疏忽大意，沒有處理好身體與機器之間的距離，而導(dǎo)致發(fā)生生產(chǎn)事故。為了解決存在的安全隱患，提高生產(chǎn)的安全系數(shù)，在折板機上安裝安全光柵，安全光柵安裝在折板機靠近操作人員一側(cè)，介于人與模板之間,且安全光柵安裝在左、右折板之間。光柵保護一直處于工作狀態(tài)，當(dāng)折板模板下移，左、右折板上折時，只要人體的任何部分碰到光柵發(fā)出的光線，折板機模板和左、右折板都會停止動作，所以沒有危險。安全光柵安裝位置如圖4-1所示</p><p&g

64、t;　　圖4-1 安全光柵安裝位置圖</p><p>　　4.1光柵安全保護構(gòu)成</p><p>　　安全光柵保護模塊中，由紅外傳感器TX05C，光柵旋轉(zhuǎn)支架，CMOS集成電路CC4068和TLP521光電耦合器等組成。</p><p>　　光柵采用5塊TX05C對射式設(shè)計，方便更換損壞或老化的紅外傳感器。5塊TX05C設(shè)計保護高度大約為50cm左右，因為TX05

65、C光柵寬度保護距離為3米到7米，完全滿足折板機使用場合，能對折板機執(zhí)行機構(gòu)工作可靠性監(jiān)控，保障系統(tǒng)安全。</p><p>　　為確保光柵安裝后把影響降到最低，光柵全部采用搖臂支架式，支架材料為經(jīng)過處理的不銹鋼，強度高、可靠性強。支架結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，調(diào)整靈活輕便，在生產(chǎn)過程中工作可靠，耐振性強，支架不易松動，搖臂長度可根據(jù)折板機工作臺尺寸而定，以適用于所有模具生產(chǎn)要求，不影響操作人員上下料，且調(diào)節(jié)靈活。</p&

66、gt;<p>　　4.1.1對射式紅外傳感器TX05C</p><p>　　TX05C 是一種對射式紅外檢測電路, 它是利用人眼觀察不到的紅外線光束, 組成無線區(qū)域檢測系統(tǒng), 當(dāng)人或物體遮住紅外光束時, 接收模塊會自動輸出高電平信號, 驅(qū)動其他機構(gòu)動作, 達到預(yù)期效果。由于TX05C 模塊內(nèi)部含有專用密碼調(diào)制電路, 故其不受外界光線或其他電路的干擾，具有很高的可靠性和抗干擾能力，可廣泛用于電子計數(shù)、

67、自動控制、安全防范等產(chǎn)品中。</p><p>　　TX05C 分發(fā)射、接收兩個模塊，發(fā)射模塊TX05C-T 的正前方有一小孔，孔內(nèi)裝有一片光學(xué)玻璃，紅外光束通過光學(xué)玻璃向外發(fā)射，模塊組件的后部是發(fā)射指示燈和電源線。當(dāng)模塊通電工作時，該指示燈點亮。電源線采用屏蔽線連接，芯線接電源正極，屏蔽層(銅網(wǎng)) 接電源負極。接收模塊TX05C-R 的正前方有一紅外接收窗，其內(nèi)部兩側(cè)各設(shè)置有狀態(tài)指示燈, 當(dāng)模塊未收到有效信號時，

68、紅色指示燈亮，收到信號時，綠色指示燈亮。電源線、輸出引線采用雙芯屏蔽線，其中紅色芯線接電源正極，白色芯線為信號輸出OUT端，屏蔽層(銅網(wǎng)) 接電源負極，信號輸出方式為集電極開路輸出。圖4-2為TX05C 模塊的外形圖。 </p><p>　　圖4-2 TX05C</p><p>　　4.1.2 CC4068集成電路</p><p>　　CMOS集成電路以其良好的性

69、能，低微的功耗，工作電壓范圍寬，質(zhì)量可靠等諸多特點而顯示出強大的生命力，本模塊設(shè)計是采用CC4068 CMOS集成電路，CC4068外引腳排列如圖4-3-1，其是8輸入端與非門/與門電路，必須注意13腳是與非門輸出端，1腳(與13腳串接一個反相門)是與門輸出端。本模塊設(shè)計中只需用到5個輸入端，只有A，B，C，D和E全為高電平時，則Y為低電平，W為高電平。當(dāng)A，B，C，D和E只要有任何一個或一個以上為低電平時，則Y為高電平，W為低電平。&

70、lt;/p><p><b>　　邏輯表達式為Y= </b></p><p>　　摧薦工作條件：電源電壓為3～18V,工作溫度為-40～85℃，完全滿足長時間、惡劣的生產(chǎn)環(huán)境的生產(chǎn)要求。</p><p>　　CC4068的外引腳排列如圖4-3-1，邏輯符號如圖4-3-2所示</p><p>　　圖4-3-1 CC4068外

71、引腳排列圖 圖4-3-2 CC4068邏輯符號</p><p>　　4.1.3 TLP521光電耦合器</p><p>　　光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電—光—電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏

72、二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。</p><p>　　論文中采用TLP521光電耦合器的主要作用是實現(xiàn)安全模塊與PLC主機的電器隔離，提高抗干擾性。更重要的一點是實現(xiàn)電平交換，現(xiàn)場傳感器電平信號較低，光電耦合把它們變換成PLC主機要求的標準邏輯電平。TLP521的結(jié)構(gòu)如圖4-4-1和內(nèi)部電路如圖4-4-2所示&l

73、t;/p><p>　　4-4-1 TLP521 4-4-2 TLP521內(nèi)部電路圖</p><p>　　論文中CMOS CC4068電路輸出高電平約為8V，而輸出低電平約為 1V，按入一個300Ω的電阻R6，經(jīng)TLP521光電耦合器后輸出的電壓約為22V，在PLC中能識別為高電平。而當(dāng)CC4068輸出是低電平時，經(jīng)TLP521后接入到P

74、LC，還是識別為低電平。這樣，就把CC4068的高低電平轉(zhuǎn)換成PLC能識別的高低電平。</p><p>　　4.2安全保護模塊工作原理</p><p>　　紅外對射式機床安全保護模塊接線如圖4-5所示 </p><p>　　圖4-5 安全保護模塊接線圖</p><p>　　電路主要由紅外發(fā)射模塊、接收模塊和CC4068、TLP521光

75、電耦合器、電阻等組成。為達到安全要求，本模塊用5對紅外發(fā)射、接收模塊, 形成紅外保護光幕。IC1-1 ～ IC5-1( TX05C-T) 為紅外發(fā)射模塊，內(nèi)部電路由電源管理器件、密碼電路、紅外線調(diào)制電路和中功率紅外發(fā)射二極管組成。經(jīng)密碼電路調(diào)制的紅外光信號，通過光學(xué)玻璃及模塊正前方的小孔，由紅外發(fā)射二極管向外發(fā)射。IC1-2 ～ IC5-2 ( TX05C-R)為配套的紅外線接收模塊，內(nèi)部電路由紅外接收電路、放大電路、解調(diào)處理電路及晶體

76、三極管組成，信號輸出采用集電極開路方式。當(dāng)操作者未進入危險區(qū)域時，接收模塊IC1-2 ～IC5-2 ( TX05C-R) 接收到紅外發(fā)射模塊IC1-1～IC5-1 ( TX05C-T)發(fā)射的紅外線，OUT端內(nèi)部的晶體管截止，OUT端為高電平，8 輸入端與非門/與門IC4 (CC4068) 的A，B，C，D和E輸入端為高電平，其Y端輸出為低電平，經(jīng)TLP521光電耦合器后接入到PLC 端口I0.7為低電平，機床設(shè)備正常工作。一旦有人的身體

77、或其中的一部分進入危險區(qū)域，勢必會遮斷紅外光束，只要IC1</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　U形折板機是型材加工的專用設(shè)備，采用PLC控制，具有以下優(yōu)點：</p><p>　?。?）機器性能穩(wěn)定，調(diào)整方便。在U形板的加工產(chǎn)品中，只要隔一定時間抽樣檢測一批產(chǎn)品，檢查產(chǎn)品尺寸是否符合要求，U形板彎曲處是否有裂紋，如

78、果產(chǎn)品質(zhì)量達標，說明機器工作性能穩(wěn)定，能連續(xù)高效生產(chǎn)；調(diào)整模板和限位開關(guān)可以加工不同大小的U 形板，同時控制程序設(shè)有單步、單周期和復(fù)位方式，加工調(diào)整方便。</p><p>　　（2）操作方便，穩(wěn)定可靠。U形折板機采用PLC控制，大大提高了系統(tǒng)工作可靠性、柔性，運行更加穩(wěn)定；操作面板簡潔，且用互鎖開關(guān)，同時控制程序設(shè)有誤操作時誤動作的禁止環(huán)節(jié)，操作使用方便可靠。</p><p>　　（3）控

79、制回路簡單，經(jīng)濟適用。氣動驅(qū)動回路簡單，驅(qū)動控制系統(tǒng)成本相對較低，能適應(yīng)單件和大批量生產(chǎn)，能很好地滿足中小規(guī)模型材廠加工需要。</p><p>　?。?）系統(tǒng)安全模塊實現(xiàn)對人員和機器的雙重保護，同時對模板也起到了有效的保護，有效減少了折板作業(yè)的安全事故。從技術(shù)角度減輕了安全管理的難度，提高了公司安全管理水平，同時為員工改善了工作環(huán)境，有效保障了員工安全，在行業(yè)有著廣闊的推廣前景。</p><p

80、>　　本系統(tǒng)設(shè)計中在某些方面還存在一些不足：在電氣模塊設(shè)計方面采用的是電氣動系統(tǒng)，雖然氣動系統(tǒng)相對液壓系統(tǒng)便宜，而且在后期的維護費用也比液壓系統(tǒng)維護費少，但是由于氣體的壓縮性非常大，所以精確定位比較麻煩，而噪音也相對比較大，雖然有消音器但是效果并不是太理想，且氣壓系統(tǒng)設(shè)備體積大，占地面積較大，相對于液壓系統(tǒng)來說氣壓系統(tǒng)耗能也比較大。</p><p><b>　　參考文獻</b><

81、/p><p>　　[1] 張萬忠.劉明芹.電器與PLC控制技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2003.8</p><p>　　[2] 李芳園.PLC行業(yè)應(yīng)用實踐.中國電力出版社，2007</p><p>　　[3] 吳作明.PLC開發(fā)與應(yīng)用實用實例詳解.北京航空航天大學(xué)出版社，2007.11</p><p>　　[4] 宮淑貞，王冬青，徐世許.可編程控制器原

82、理級應(yīng)用.人民郵電出版社，2002.7</p><p>　　[5] 周美蘭，周封，王岳宇. PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(第2版). 科學(xué)出版社，2009.10</p><p>　　[6] 柴瑞娟，陳海霞. 西門子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[7] 盧時平，楊振宇.折板機技術(shù). 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社.1990.8</p

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86、動化學(xué)院的栽培，并非常感謝我的導(dǎo)師**老師。*老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和誨人不倦的精神永遠是我學(xué)習(xí)的榜樣，他富于開拓與創(chuàng)新的精神以及豐富的社會知識都給我留下了深刻的印象，使我在設(shè)計中受益匪淺，在此謹向*老師致以深切的謝意！</p><p>　　在論文的寫作中，還得到了其他老師和同學(xué)的悉心指點，在此表示衷心的感謝！在此還要感謝自動化專業(yè)的全體老師，感謝他們對我的培養(yǎng)，使我在大學(xué)這三年的學(xué)習(xí)生活中受益匪淺。由于

87、個人能力有限，論文中難免存在不足和紕漏，希望各位老師、專家批評指正。</p><p>　　感謝家人的關(guān)心與支持！</p><p>　　感謝評閱和閱讀本文的老師為此付出的辛勤勞動！</p><p>　　最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師、教授！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。</p><p><b>　　附錄：&