内容发布更新时间 : 2024/10/23 19:33:51星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
1课题的背景和意义
自动剪切机是一种精确控制板材加工尺寸，将大型板块进行自动剪切的设备。传统自动剪切机采用继电器作为控制器件，其控制系统较复杂，参数改变不灵活，大量接线使系统可靠性降低，维修率高，降低了生产效率。PLC以其灵活性、快速性、可靠性和性价比高等特点越来越受到企业或者团体设计者们的欢迎，在各行各业的应用越来越广泛。用PLC替代继电器设计自动控制系统，具有操作简单，运行可靠，抗干扰能力强，编程方便，控制精度高的明显优势。基于以上PLC特点，本课题主要研究如何应用S7-200PLC设计一个薄钢板自动剪切控制系统，设计的关键是如何提高控制的精度。
2系统总体设计
2.1系统控制要求
本设计的薄钢板自动剪切控制系统要达到以下控制要求：
（1）控制系统分手动档自动档。手动档时，用点动的方式，人工完成钢板穿带，零位校准。自动档时，系统自动完成薄钢板剪切工作。
（2）通过拨码盘设置薄钢板剪切尺寸参数，可根据不同需求改变其参数。 （3）有配套的故障分析判断和电气保护装置，若运行不正常，系统自动停车并发出警告信号。
（4）钢板剪切的精度要在一定范围之内，剪切尺寸2m，误差不超过1mm。 2.2系统结构和工作原理
本设计薄钢板自动剪切控制系统设备组成如图2.1所示。
1-开卷机；2-矫正机；3-光电开关；4、5-限位光电开关；6光电编码器；
7-测量辊；8-动力辊；9-电机；10-冲头；11-传送带； 12-行程开关；13-光电开关；14-小车；15-套坑
图2.1 钢板剪切结构组成图
在图2.1中，PLC完成开卷机和矫正机同步传送，钢板位置检测采样，冲头控制，传送带运转控制，小车位置检测，小车装载钢板量检测等工作。系统的基本工作原理是这样的：一开始是手动控制，人工将钢带依次穿过矫正机、活套、测量辊和夹送辊一直
１
到冲头，钢带运动是通过点动矫正机和夹送辊（由动力辊和测量辊组成）进行的。用拨码盘设定剪切尺寸参数，钢带头对好冲头，光电编码器处于零位，然后启动自动控制按键，如果检测到装料小车到位，系统进入自动控制状态，将钢板剪切，传送到装料小车上。钢板经历加速，匀速，降速和爬行四个阶段后停车。如果钢板尺寸和设定一致，则启动冲压系统进行剪切，如果超出或者不够，则电机反转或正转补充直到与设定值一致再剪切，接着剪切下一块钢板，不断循环。套坑起着缓冲的作用，标号3光电开关检测套坑前是否有钢带，若没有系统停车；标号4和5为一对限位光电检测开关，检测套坑钢板量是否合适，若过少加快矫正机速度一段时间，或过多减慢矫正机速度一段时间；标号12为行程开关，若检测到小车没有到位，系统停车；标号13为光电开关，若检测到小车钢板已经满载，系统自动停车并发出指示信息，等待小车把钢板运到下一道工序回来，系统继续开车。
本设计的薄钢板自动剪切控制系统简单分为控制部分，输入模块和输出模块，其结构组成和工作原理可以用图2.2所示的框图表示。
图2.2 系统方框图
3系统硬件设计
3.1光电编码器 3.1.1光电编码器原理
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。脉冲序列能正确地反映转速的高低，但不能鉴别转向。为了获得转速的方向，可增加一对发光与接收装置使两对发光与接收装置错开光栅节距的1/4，两组脉冲序列A和B的相位相差90度，如图3.1所示[2]。正转时A相超前B相；反转时B相超前A相。
２
(a)正转
（b）反转
图3.1 区分旋转方向的A、B两组脉冲序列
3.1.2光电编码器的选择和安装
选择合适的光电编码器，对提高系统整体性能到头重要。本设计选择欧姆龙的编码器产品，型号E6B2-CWZ6C 2000P/R（中空型，电源电压DC5~24V，消费电力80mA以下，输出形式NPN开路输出，最高响应频率100KHZ，相位差A相、B相差90度），A相、B相信号经过脉冲处理电路后，编码器每旋转一周可得到4000个脉冲。
中空型光电编码器的机械安装主要注意以下问题：
要避免与编码器刚性连接，应采用板弹簧；安装时编码器应轻轻推入被套轴，严禁用锤敲击，以免损坏轴系和码盘；长期使用时，请检查板弹簧相对编码器是否松动；固定编码器的螺钉是否松动。
编码器在电气连接方面注意以下事项：
接地线应尽量粗，一般应大于φ3；编码器的输出线彼此不要搭接，以免损坏输出电路；编码器的信号线不要接到直流电源上或交流电流上，以免损坏输出电路；与编码器相连的电机等设备，应接地良好，不要有静电；配线时应采用屏蔽电缆；避免在强电磁波环境中使用。
前面曾经考试过，为了方便，不用外置电源，用PLC内部电源给各种传感器和光电开关提供电源。后来考虑到PLC的电源的稳定性，光电编码器的电源接外接直流电源5V，其它光电开关和传感器也一样单独接电源。 3.2拨码盘的应用 3.2.1拨码盘原理
在工业控制中， 输人设备必不可少。对PLC控制系统而言,人机交互的输人方式广泛采用触摸屏、拨码盘、光电及电磁开关等.。由于拨码盘具有接口简单、数据锁存、操作方便直观、便于安装等优点，因此在需要输人少量控制参数和数据的系统中，经常采用拨码盘作为输人部件[5]。本设计采用BCD码拨码盘作为数据输入部件。
３