机电控制与可编程序控制器课程设计报告

泡沫塑料切片机控制原理

切片机的控制要求

(1)原理图

切片机控制系统原理，如图2-1所示，切割厚度由4位拨盘开关设定输入，范围为000.0～199.9mm。在刀架电机的转轴上装有调速齿轮，沿圆周均匀开5个槽，使用二线制接近开关，电机转轴每转1圈，向PC发出5个计数脉冲，转两圈刀架高度变化1mm，接近开关发出10个脉冲，根据设定的切割厚度可以简单的计算出PC应

计的脉冲个数。电机轴转速为10转/秒，PC的计数频率应达到50HZ，因此，采用CPM2A 的单相高速计数功能，它的计数频率可达5KHZ。

图2-1为切片机控制系统原理图

(2)工作原理示意图

泡沫塑料切片机把泡沫塑料切成一片片一定厚度的海绵，其工作原理如图2-2所示。泡沫块置于台面上，切割开始时，使台面后移到限位，接着刀架下降一定位移量并锁住，然后台面带动泡沫快一起前移至限位，旋转的刀片随之切割出一片一定厚度的海绵，台面再后移至限位，不断重复上述过程。台面的体积为长、宽、高分别为1米、0.5米0.005米的铁块。

2.2 PLC控制系统的功能如下：

（1）两种工作状态：手动或自动。工作方式由选择开关S1确定，输入点00011接通时为手动方式，断开时为自动方式。由手动进入自动时，先停止手动状态工作，按下自动启动按钮后，根据拨盘开关设定厚度值，进行自动切割。过程如图2-3所示。由自动进入手动时，先停止自动状态开关，然后操作人员操作手动按钮，控制切片机的动作。

（2）面向前或向后移动时，带锯电动机先启动，一旦带锯电动机停转，台面前移或后移就立即停止。

（3）须在带锯电动机启动时（即刀片旋转）时才能进行磨刀控制。

（4）无论在手动或自动方式下，当按下总停按钮后，除了带锯，磨刀外，刀架、台面的动作立即停止。

（5）电接通后，台面刹车交流接触器KM7立即接通。

在自动方式下使用高速计数器，用编程器设置DM6642的内容为0114，表示使用高速计数的加模式、软复位，在DM0000～DM0003中为高速计数器建立中断比较表：

DM0000 比较的次数（在程序中置为1）

DM0001 目标值1低4位（在程序中计算设置）

DM0002 目标值1高4位（在程序中置为0000）

DM0003 比较1中断子程序号（在程序中下置为000）

后到位到位

图2-3 自动方式下的工作流程

硬件电路设计

主电路图

切片机控制系统的主电路如图3-1所示。它共有5个电机，带锯电机驱动刀片旋转；两个磨刀电机带动砂轮对刀片研磨，使刀片锋利；台面电机为直流电机（直流电由晶闸管直流调速装置供给），驱动台面前移或后移；刀架电机通过蜗轮/蜗杆传动机构驱动左、右丝杆正转或反转，刀架随滑套上移或下移，刀架电机制动方式为电磁刹车，电磁刹车使用制动电磁铁；QF1控制五台电机的通断情况；FU1～FU3分别对四台电机起过载保护作用；当电路某台电机出现故障时，空气开关QF会自动跳匝，使故障电机与电路分离，便于维修人员的检修，又不影响系统的工作。KM1～KM7为交流接触器的常开主触头，通过程序对交流接触器线圈通断的控制从而达到对电机的控制。FR1～FR2对各台电机起（过流、断相、短路、过载）保护作用，保证电路的正常工作。晶闸管直流调速装置主要控制直流电机M5的控制。

图3-1 切片机主电路

PLC外部电路图

本设计选用日本欧姆龙CPM2A系列可编程控制器控制电机的切片，切片机的工作方式有两种；自动和手动。CPM2A是一台设有20点，30点，40点和60点I/O端子的PLC。它有两种输出方式分别为：继电器输出型和晶体管输出型，并有二种电源可用。为使PLC 的I/O容量提高到最大的120点I/O，与CPU单元连接的扩展单元可多达三个。有三个扩展单元可用：20点I/O单元有12点输入单元和8点输出单元。将3个20点I/O单元与60内装I/O缎子的CPU单元连接就得到120点I/O的最大I/O容量。本设计在两种方式下的输入点共有30个（输入端子有24个，输出端子有6个），超出PLC本身24个输入点，由于手动和自动只能以一种方式工作，故某些输入点可以分时复用，一点顶两点用，还考虑留有15%～20%余量，所以本系统选用60点I/O端子的PLC。

PLC外部接线图如图3-2所示。其中，高速计数的输入点是00000；QF2是控制PLC 的电源通断，FU4对PLC以及其外部电路起过载保护作用；S1选择开关对工作方式进行选择（手动或自动），接通是为手动方式，断开时为自动方式；SB0为落刀按钮，控制落刀程序；SB1为抬刀按钮，控制抬刀程序；SB2台面向前按钮；SB3为台面向后按钮；SB4为刀架停止按钮；SB5为台面停止按钮；SB6为带锯启动按钮；SB7为带锯停止按钮；S2为磨刀

开关，控制磨刀程序；SB8为总停按钮；SB9自动启动按钮；ST1为落刀限位开关；ST2为抬刀限位开关；ST3台面前到位开关；ST4台面后到位开关；拨盘开关用来输入一位十进制数的0～9，或一位十六进制数的0～F；四个拨盘开关分别用来设定百、十、个小数位数，利用每个拨盘开关的拨码盘调整各拨码开关的值；二极管对PC输入点进行扩展避免形成寄生电路，导致自动和手动输入相互干扰，造成混乱；FR1～FR2热继电器起到过载保护作用；KM1～KM7交流接触器线圈，用来控制交流接器的闭合与断开；KM5、KM6分别为KM5、KM6接触器辅助触头控制线圈KM5、KM6、KM7的先后工作的顺序；KM3、KM4分别为KM3、KM4接触器的辅助触头控制线圈KM3、KM4的先后工作顺序。在自动方式下，SB0～SB5按钮失去作用；在手动方式下，拨盘开关输入无效。

I/O分配表

(1) 输入单元

拨盘开关4个分别为小数位、个位、十位、百位

接近开关SW 1个选择开关S1 1个

磨刀开关S2 2个按钮SB0～SB9 10个

限位开关ST1～ST4 4个

(2) 输出单元

交流接触器线圈KM1～KM7 7个

输入点23个，输出点7个，为考虑到以后对系统的扩展，在PLC选型号时须留有15%～20%的备用点，所以选用60点I/O端子的PLC。(I/O分配表见表3-3)

制程序设计

控制程序分三部分来设计的分别：公用程序、手动程序、自动程序。其中公用程序完成对带锯电机、磨刀电机、台面刹车的控制。手动或自动的工作状态由20002表示，当20002为“0”时表示手动状态，为“1”时表示自动状态。

1公用程序设计

程序图5-1所示为公用程序,主要完成对带锯电机、磨刀电机、台面刹车的控制。按下外部硬件电路图中的按钮SB6，00001常开触点得电闭合，带锯电机01000

线圈得电电机运行工作并自锁，01000辅助常开触点

闭合，同时台面刹车01002继电器得电运行；按下外

部硬件电路图中的S2磨刀开关，00003常开触点得

电闭合磨刀线圈01001得电电机运行工作；按下外部

硬件电路图中的选择开关S1，00011常开触点得电闭

合，JMP（04）00跳转指令执行，执行手动控制程序。

2手动程序的设计

@ANDW 指令

@ANDW（34）为字逻辑与运算指令，I1是输入数据1，其范围是：IR、SR、HR、AR、LR、TC、DM、*DM、#。I2是输入数据2其范围是：IR、SR、HR、AR、LR、TC、DM、*DM、#。R是结果通道，其范围是：IR、SR、HR、AR、LR、DM、*DM。当执行条件为ON时，将输入数据1和输入数据2按位进行逻辑与运算，并把结果存入通道R中。对标

志位的影响：当间接寻址DM不存在25503为ON；当结果为0000时25506为ON。

程序如图5-2所示，20002为“0”时进入手动工作状态，RESET 20002置手动工作标志。按下外部硬件电路图中的按钮SB6，00001常开触点得电闭合，带锯电机01000线圈得电电机运行工作并自锁，01000辅助常开触点闭合，01000辅助常闭触点断开：按下外部硬件电路图中的按钮SB0，00106常开触点得电闭合，SET 01005落刀置位。按下外部硬件电路图中的按钮SB1，00107常开触点得电闭合，SET 01006 抬刀置位。当外部限位开关ST1闭合时，常开触点00006得电闭合；RESET 01005落刀复位；当外部限位开关ST2闭合时，常开触点00007的电闭合，RESET 01006抬刀复位；当按下外部硬件电路图中的按钮SB4，常开触点00110得电闭合，RESET 01005落刀以及RESET 01006台刀同时复位。按下外部硬件电路图中的按钮SB2，00108常开触点得电闭合，SET 01003台面向前置位。按下外部硬件电路图中的按钮SB3，00109常开触点得电闭合，SET 01004台面向后置位。按下外部硬件电路图中的按钮SB5，00111常开触点得电闭合，RESET 01003台面向前以及RESET 01004台面向后复位。当外部限位开关ST3闭合时，常开触点00008得电闭合，RESET 010003台面向前复位。当外部限位开关ST4闭合时，常开触点00009得电闭合，RESET 01004台面向后复位。当按下外部硬件电路图中的按钮SB8时，常开触点00004得电闭合，RESET 01005落刀、RESET 01006抬刀、RESET 01003台面向前、RESET 01004台面向后都复位。JME（05）00为跳转结束指令，说明了手动程序执行已完成。

3自动程序设计

当20002为“1”时，切片机进入自动控制状态，在自动程序里，选用23000～23005这6个内部辅助继电器作为工作的步标志，控制循环动作，其功能表如图5-3所示。

普通计数器对外部事件的计数频率受到扫描周期（一般数十ms）及输入滤波器时间常数（1～80ms）限制，而高速计数器的计数频率不受这两者的影响，从而可以获得较高的计数频率（CPM2A高速计数器的最大响应频率为20kHz）。

CTBL指令