毕业设计（论文）-基于plc的宽带砂光机控制系统设计.doc

临沂大学2013届本科毕业设计说明书2013届 分 类 号： TP23 单位代码：10452毕业论文（设计） 基于plc的宽带砂光机控制系统设计 姓 名 学 号 年 级 2009 专 业 电气工程及其自动化 系（院） 指导教师 2013年 4 月 9日 摘 要砂光机是利用磨具对各种板类，木制品构件进行砂削加工的设备。砂光机在人造板和家具行业中使用面广，需要量大，品种较多，近年来发展速度较快。砂光机的特点是适应性强，能提高工作的尺寸精度，也能降低工件的表面粗糙度，是木材加工的重要机床之一。本论文的研究内容涉及机械结构及传动、电机拖动、电气控制技术、PLC控制技术、变频器技术等。论文介绍了宽带砂光机机械结构，设计了宽带砂光机传动系统，构建了以PLC为控制器的宽带砂光机控制系统。论文具体内容包括：宽带砂光机结构设计；宽带砂光生产线控制系统总体方案设计;带砂光机控制系统设计；最后对控制系统的调试结果进行了分析。虽然PLC技术已广泛应用于工业控制各个领域，但其在木工机械行业中的应用还很少见。本课题的研制对木工机械生产线的开发具有实际应用价值。关键词：宽带砂光机；plc控制技术; 变频器技术;AbstractBelt Sander is the equipment utilizing attrition tool for machining to every kind of board and woodwork component. The belt sander is widely applicated in the wood-based plate and furniture trade, the requirement is very large. The belt sander have lots of variety and develop fast in recent years.The sander have the characteristic of good adaptability, so it can improve the size precision of the work, take from the surface roughness of the work piece, becoming one of the important lathes of wood working. Papers introduced the broadband Sander mechanical structures, design of the transmission system of broadband Sander, build PLC-controller control system of sanding. Papers include: structural design of broadband Sander; sanding production line control system overall design; belt sanding machine control system design for the final results of the commissioning of the control system are analysed.Although the PLC technology is widely used in industrial control fields, but its application is still very rare in woodworking machinery industry. This topics development of woodworking machinery production line development with practical application.Key words: Wide Belt Sander; Plc control technology; Frequency transformer control technology;目 录1 绪 论11.1 课题背景和研究意义11.2国内外宽带砂光机的发展动态11.3论文研究内容22宽带砂光机结构及控制系统总体方案设计32.1宽带砂光机结构设计32.2带砂光机控制系统总体方案设计72.2.1控制方式的选择72.2.2 PLC对变频器的控制82.2.3 PLC对步进电机的控制83宽带砂光机控制系统设计93.1宽带砂光机执行部件及技术要求103.2宽带砂光机控制系统硬件设计103.2.1 PLC的选择103.2.2 PLC对送料变频电机的控制线路设计123.2.3 PLC对步进电机的控制线路设计173.3宽带砂光机控制系统软件设计233.3.1元器件分配243.3.2程序设计264宽带砂光机控制系统调试275结论27参考文献28附 录29谢辞3635 1 绪 论1.1 课题背景和研究意义砂光机是利用磨具对各种板类，木制品构件进行砂削（或称磨削）加工的设备。砂光机在人造板和家具行业中使用面广，需要量大，品种较多，近年来发展速度较快。砂光机的特点是适应性强，能提高工作的尺寸精度，也能提高工件的表面粗糙度；能加工宽度较大的工件，也能加工窄的工件；能加工各种平面，也能加工各种曲面；能用于大量生产，也能用于小批生产。目前，国外的砂光机越来越多的代替刨床加工。砂光不仅可以大大的减少刨刀造成的木材撕裂，节疤撕裂和表面损坏现象，也可以减少坯料尺寸5-10%，而且克服了刨床不安全，噪声大等缺点。宽带砂光的目的主要有以下几点：砂掉人造板表面的薄弱层；纠正人造板的厚度偏差；提高板面的粗糙度，以获得均匀精细的表面质量，为板材的饰面加工作好准备；修正板材结构的不对称性，消除板材横断面容重分布的不对称状态，以利于长期保持板面的平整；砂掉板材表面的各种污染，提高板材表面的化学活性，以利于胶贴；工作前后的超精细砂光，如工件油漆后的磨光，以获得镜面般光滑的漆膜；工件的表面打毛，用于因原先表面太光滑，需要特殊粗糙度时的情况。德国、美国、意大利、荷兰、日本等国的砂光机起步早，到了上个世纪八十年代，各方面技术已成熟起来，一般生产经济普通型和计算机控制型高档砂光机，以满足不同层次用户的需求。我国从上个世纪八十年代才开始参照德国、日本技术研制砂光机，且生产厂家屈指可数，不能适应砂光机的市场需求，大量设备靠国外引进，成本高。本论文在次背景下开始研制宽带砂光机。1.2国内外宽带砂光机的发展动态宽带砂光机作为一种先进的技术手段，特别是其高生产率和完美的加工质量深受用户欢迎。七十年代后期，随着我国经济发展和对外开放政策实施，国内许多厂家通过各种渠道引进国外多种型式的砂光机。88年之前引进了来自日本、意大利、德国、美国、英国、荷兰、芬兰等七个国家18个厂商超过200台砂光机；89年以后台湾、香港等地的砂光机纷纷进入大陆。这些砂光机均能起到满意效果，对我国木材加工行业进步起推动作用。而我国砂光机制造起步较晚，是在85年以后国内先后有六家工厂在引进制造技术，参考进口样机基础上，试制成功多种型号宽带砂光机，填补我国砂带磨削机械生产上的空白。这些砂光机已被广泛用于家具、木制品、胶合板、刨花板、中密度纤维板、竹材人造板、贴面装饰材料和新型材料等工厂的生产。可见我国木材和人造板行业对砂光机应用已达到相当规模。现在国产砂光机与国外同类产品的差距已经不是很大，例如苏福马股份有限公司、青岛千川木业设备有限公司等厂家，他们的产品已经达到了很高的水平。随近几年国内几家乡镇木工机械企业的蓬勃发展，对我国木工机械行业的进步做出一定贡献。 宽带砂光机作为一种技术要求较高，生产工艺复杂的木工机械在中国的发展，还须我们共同努力，开创我木工行业的新纪元。1.3论文研究内容1)本论文通过研究宽带砂光机的机械结构及工艺要求，科学设计其传动统，正确选择变频电机、进给电机的功率，合理选择伺服控制系统及控制参数。2)分析宽带砂光机的控制要求，确定以三菱FX2N系列PLC为主控制器的制系统总体设计方案。 3)研究PLC对变频电机的控制技术，合理选择控制方案，并选择简单易行的频率设定方法，同时通过编码器反馈实现对料滚筒的速度控制与显示。4)研究PLC对步进电机的控制技术，合理选择控制方案，实现对升降回零、点动、启停及准确的位置控制，研究位置参数输入及显示方法。本论文预期达到的成果是合理设计控制方案，能实现PLC对变频电机、步进电机及其它执行元件的正确控制，同时正确合理设置各模块通讯参数，编写通讯程序，实现宽带砂光生产线的控制.2宽带砂光机结构及控制系统总体方案设计2.1宽带砂光机结构设计本论文所研究的宽带砂光机用于对贴面装饰前的人造木工板材进行单面毛，以达到贴面所需要的粗糙度要求，为进一步装饰提供良好的表面质量。功能上属于定厚砂光，既能降低或消除板内和板间误差，提高人造板的尺寸精度、表面平直度和光洁度，又满足了下道工序所需的粗糙度要求。宽带砂光机的机械结构如图2.1所示，主要包括机架、砂光系统、送料系统、升降系统，吸尘系统、清洁系统等。图2.1宽带砂光机的机械结构1主电机2清洁系统3升降步进电机4砂光头5升降系统6机架7砂带摆动系统8砂架9砂带其中，机架采用钢框结构，既坚实又抗振，保证了定厚砂光的精度。砂光系统主要包括砂带、砂架、砂光头及砂带摆动系统。砂带由基材、粘结剂、磨料组成。基材有纸、布、纸布复合、尼龙、胶片等多种材料，不同的材料决定了砂带不同的柔曲度和抗拉强度。粘结剂使磨料与基材良好结合，保证砂带在强力磨削条件下不致使磨粒脱落。磨粒由不同的材料(Si02，A12O3，SiC等)组成，为针状，分为不同的粒度，粒度等级越小，磨粒越粗，允许切削深度和容屑空间越大，切削能力越强，反之粒度等级越大，磨粒越细，切削能力越弱。砂带磨削模具与工件之间为柔性接触，有较好的跑合和抛光作用，能获得较好的表面粗糙度。砂带磨削为典型的弹性磨削，其实际磨削值小于理论值，发热量小，减少了工件的变形和烧伤，具有“冷态磨削“之称。要保证板材表面质量，提高砂削效率，节约成本，必须合理选择磨削拉力、磨削压力、磨削速度、砂粒粒度。在砂带基体能承受的范围内，尽量绷紧砂带，以得到高的拉力，充分发挥砂带的切削能力，而如果砂带张紧力不足，则容易出现打折、跑偏、爆带(砂带断裂)现象。砂带的磨削压力要适度，不能让磨粒的裸露部分全部切入工件，没有容屑空间，使磨粒之间的空隙全部被磨屑嵌入而丧失磨削能力。适度的磨削压力，可保持稳定的工件切除量，保证加工精度，一旦磨粒发生磨耗，其磨削能力降低，此时应降低工件的进给速度，以减小单位时间内的去除量，如果工件的进给速度低于经济运行速度，则应更换砂带。磨削速度包括砂带线速度和工件迸给速度。宽带砂光机砂带的线速度一般是恒定的，在1230ms范围内。工件的进给速度是砂光机重要的设计参数，必须与砂带线速度，工件宽度，工件硬度及切削量等参数相匹配，才能获得好的切削质量和高的切削效率。现在国内外砂光机的进给速度一般为640mmin，送料电机采用无级调速，保证无论加工何种工件，能获得合适的进给速度。砂带粒度的粗细决定了切削去除率的高低，粒度越粗，除率越高，粒度越细，去除率越低。本论文研制的宽带砂光机是对人工板材表面进行拉毛的，选择粗粒砂带。砂带装、卸、张紧由砂带升降气缸控制。砂架为砂光系统的支承件，与机架应紧密结合，保证刚度和抗震性能，提高砂削过程的稳定性和良好的砂削质量。根据砂削工艺的不同，宽带砂光机有上砂式，下砂式及混合式三种砂架形式。上砂式砂架的送料系统位于砂带的下方，砂带砂削工件的上表面，利用送料工作台的升降完成不同厚度工件的砂光，由于工作高度不固定，不利于生产线的使用。下砂式砂架送料系统位于砂带的上方，砂带砂削工件的下表面，也是利用送料工作台的升降完成不同厚度工件的砂光，由于工作高度固定，可用于生产线。混合式砂架由上砂式砂架和下砂式砂架组合而成，可实现双面定厚砂光，主要用于人造板生产线。本论文设计的宽带砂光机为下砂式砂架。由于砂光工艺不同，不同的砂架可安装不同的砂光头。砂光头有定厚砂光头、砂光垫砂光头、组合式砂光头、带压带器的砂光头、横向砂光头等多种形式。本论文设计的宽带砂光机选择定厚砂光头，示意图如图2.2。定厚砂光头切削力强，接触辊与工件为线性接触，安装粗粒砂带，砂削后表面比较粗糙，满足了设计要求。 接触辊砂带张紧辊 图2.2宽带砂光机定厚砂光头示意图接触辊为砂带驱动器，张紧辊用来张紧砂带。砂带随接触辊转动的力，主要来自于砂带接触辊包角的摩擦力，该摩擦力不能小于砂带与工件之间的摩擦力，否则会出现砂带打滑现象，局部产生高温，使砂带基体变脆，韧性打折。主传动为回转运动，驱动电机的动力经皮带传递给主轴。主轴上装有砂带接触辊。图2.3为主传动原理图。图2.3宽带砂光机主传动原理图1 接触辊2.砂带3张紧辊4v带5驱动电机由于砂带边缘长度不规则等原因，砂带在运行过程中往往容易跑偏甚至滑脱，影响砂光机正常工作。因此，设计时采用了砂带摆动控制，在砂削过程中砂带左右交替摆动，克服砂带向一侧跑偏，并起了纵横砂削的效果，减小砂削痕迹，提高砂削质量。本论文设计的宽带砂光机砂带摆动采用气动控制，两侧摆动极限各由一只光电开关来控制电磁阀的动作，实现砂带的换向摆动。设计时应考虑光电开关的寿命，灵敏度及可靠性。送料系统有输送带送料和滚筒送料两种形式。本设计为滚筒送料，送料滚筒采用实心钢辊，以提高刚度。图2.4为切削原理示意图，2.4切削原理示意图，上、下输送辊反向转动，上输送辊逆时针转动，下输送辊顺时针转动，通过摩擦力向右输送木板，由于输送滚筒之间存在空隙，在砂光头两侧装有压靴，起工件传送的导向作用，并给工件以刚性支持。上输送辊随着升降台上、下运动，以满足不同厚度工件，不同砂削量的加工。为使砂带的磨削压力适度，以获得最佳的磨削效率和表面效果，采用2只定位辊压力气缸，调节定位辊、工件、砂带之间的压力。前已述及，工件的进给速度是一个重要的设计参数，应能随着工件材料、工件大小、切削量的变化而变化，以获得好的切削质量及高的切削效率。工件的进给速度取决于输送辊的旋转速度。随着现代电力电子技术的发展和可控硅变流技术的普及，变频器调速电控系统的应用越来越广泛。变频调速技术集自动控制，微电子，电力电子，通信技术于一体，具有可靠性好、精度高、节能、价格低、易于实现智能控制等特点。本设计送料电机采用变频器调速，由PLC程序控制，可实现自动控制、无级变速。送料电机的动力经v带、蜗轮蜗杆、链轮及齿轮传动传递给输送辊。进给传动示意图如图2.1.5所示。1.上输送辊2.下输送辊3.V带4.送料电机图2.5宽带砂光机进给传动原理示意图一般砂光机的升降行程为3150mm。本设计宽带砂光机升降行程为80mm。为了保证不同厚度工件的砂光质量，并实现自动控制上、下行程，升降台的上，下运动由型号相同，同步控制的四台步进电机拖动(分别安装在四个角上)，由PLC程序控制。步进电动机是自动控制系统中常用的控制电动机，是一种能将数字输入脉冲信号转换为旋转运动的电磁执行元件，控制简单，可以实现高精度，无累计误差的传动。步进电机通过联轴器与滚珠丝杠紧密联接，采用导柱导套结构传动，滚珠丝杠转动时，导套沿着导柱上下自如。木制工件在磨削过程中会产生大量的粉尘，因此在砂光头处装有吸尘装置，由吸尘电机驱动，吸尘管道路径要合理，并保证气流通畅及一定的气流速度。砂削后，木制工件表面残留一些木粉，在砂光机的后端，设计一台独立驱动的刷辊，以除去工件粉尘，不让粉尘带出机器外面，对机器周围的环境清洁及工件下道工序的加工有利。22带砂光机控制系统总体方案设计221控制方式的选择在机械本体结构相近的情况下，一台设备的整体性价比往往取决于控制系统的选择。纵观国内外砂光机的发展历程，在控制方面经历了手动控制和计算机控制两个阶段。手动控制方式继电器接触器控制线路非常复杂，采用固定接线的硬件实现控制逻辑，控制系统体积大、耗电多、可靠性差、生产效率低、精度差。用计算机控制，一方面是对砂光机本身各功能参数的控制，另一方面可以实现对整个与砂光机连接的生产作业线的控制，提高了生产的自动化程度。但如果采用全功能数控系统实现对砂光机进料电机变频调速控制及砂带升降控制，又造成了功能的浪费，价格昂贵；如果采用单板机或单片机控制，除了要进行软件开发外，还要设计硬件电路接口电路、驱动电路，特别要考虑工业现场中的抗干扰问题。可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品，具有抗干扰能力强、可靠性高、体积小等优点，是实现机电一体化的理想控制装置。机除了要实现多台普通电机启停控制、砂带摆动控制、刹车、夹紧控制、各种安全限位保护控制、各类运转报警指示及进料张数显示等开关量为主的控制外，还要实现对送料系统变频电机、升降系统步进电机的控制。本设计利用三菱FX2N系列PLC作为核心控制器，其丰富的指令系统及特殊功能模块能够满足宽带砂光机的控制要求。222 PLC对变频器的控制变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。由三相异步电动机转速公式n=（0-s)60fp可知，只要连续改变频率f，就可以实现平滑调速。在基频以下调速时，速度调低，应使电动机定子电压随频率成正比变化，实现恒磁通以保证电机正常工作。在基频以上调速时，速度调高，频率上调时保证定子电压不变，为恒功率调速。交流电动机变频调速范围较宽，调速平滑性好，机械特性硬，是一种优良的调速方法。PLC对变频器的控制方式一般有三种，一是PLC输出开关量信号，通过变频器的正、反转及多段速等外部控制端子实现对变频器的正、反转及多段速度的控制，该控制方式只能实现几种速度，主要应用于控制电动机按预先设定的几个固定频率运转的场合，不能充分利用变频器的无级调速功能，也不能跟踪变频器的故障：二是变频器的正、反转控制由PLC通过开关量输出控制，变频器频率由PLC通过模拟量输出模块(DA模块)输出O5V、010V或420mA信号控制，该控制方式可以实现无级调速，与网络通讯控制调速系统相比，响应时间大大提高，但需要购买模拟量输出模块，并且PLC只能读出变频器的故障状态，无法判断具体故障原因；三是PLC通过串行通讯方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器的参数和报警信息，再通过PC机(或HMI，如触摸屏)显示出来，该控制方式可靠性高，可节约PLC IO端口，并可动态获取变频器的所有信息，但需要增加PC机或触摸屏等显示装置。宽带砂光机需要在一定的范围内实现送料电机的无级调速，综合性价比，考虑单台设备的独立性、完整性，本设计PLC对交频器的控制方式选择DA模块控制。223 PLC对步进电机的控制步进电机又称为脉冲电机，是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或直线位移的控制电动机，它将输入的脉冲信号变成电动机轴的步进转动，在工作范围内，每输入一个脉冲信号，步进电机就转过一个角度(步矩角)，输入脉冲的数量决定了电机旋转的角度，输入脉冲的频率决定了电动机的转速，脉冲频率越高，电动机转速越高，脉冲频率越低，电动机转速越低，改变脉冲分配相序，就改变了电动机的旋转方向，没有脉冲输入时，转子能稳定的停止在原来位置上。脉冲信号一般都很弱，需经步进驱动器进行信号环分(硬件环分或软件环分)及功率放大后才能驱动步进电机。PLC对步进电机的控制随着频率要求的不同可以选择不同的方法。当步进电机转速要求较低(1KHZ以下)时，可以利用PLC中的定时器、计数器，利用控制软件设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器；当步迸电机转速要求较高(20KHZ以下)时，可以利用PLC内部的高速处理指令PLSY(脉冲输入)或PLSR(带加减速脉冲输出)进行中断处理；当步进电机转速要求很高(100KHZ以下)，运动机构的位置要求较高，并需要回零、限位、点动控制等伺服功能时，可以利用PLC内置式脉冲输出功能的定位指令(ABS，ZRN，PLSV，DRVI，DRVA等)，或PLC运动控制模块FX2N-1PG，FX2N-10GM(内有微处理器)实现控制。FX2N-IPG是脉冲输出模块，可控制1个轴定位，输出脉冲为100KHZ。FX2N-10GM是单轴定位模块，可以脱离PLC独立工作，最大脉冲输出频率为200KHZ。宽带砂光机升降台除需要精确定位(精度达到0.1mm)外，还需要回零、限位、点动控制等功能，利用PLC内置式脉冲输出的定位指令能满足控制要求，但编程复杂，PLC必须选择晶体管输出方式，其价格高于继电器输出方式，且只能带直流负载，驱动负载的能力较弱(小于500mA)，而继电器输出方式的PLC价格低，带负载的能力较强(可达2A)，且既可带直流负载，又可带交流负载。FX2N-1PG为FX系列PLC的专用运动控制模块，设置控制参数方便，编程简单，具有独立的微处理器，处理速度快且少占用PLC内部资源，节约了PLC输出点数，PLC可选择继电器输出方式，驱动负载的能力强。故本设计选用FX2N-1PG脉冲输出模块实现升降台的定位功能.3宽带砂光机控制系统设计本章通过分析宽带砂光机各执行部件及技术要求，对宽带砂光机控制系统的硬件软件进行了设计，构建了以FX2N-PLC为主控制器的宽带砂光机控制系统。31宽带砂光机执行部件及技术要求宽带砂光机执行部件主要是电动机和电磁阀。电动机的规格及功能如表3.1所示序号名称规格（型号）功能1主电机37KW驱动主砂带滚筒2进给变频电机3KW传动进给滚筒3毛刷滚电机1.1KW清扫主砂带滚筒上的压滚筒4吸尘电机20KW清除机内灰尘5步进电机3KW驱动升降台上下升降表3.1宽带砂光机电动机规格及功能为实现安全保护及必要的显示功能技术要求如下：主电机为单向运转，急停及砂带突然断裂时能制动；进给变频电机为可逆运转，进给滚筒直径为140mm，要求显示其线速度；步进电机的脉冲当量为O.01mm。升降台由四台步进电机同步控制，总行程为80mm。要求可方便地设定、显示行程，并有回零、点动，及上、下限位等功能。正常工作时四台步进电机联动，当其中有一台步进电机出现故障时，有相应指示灯指示故障，且所有步进电机立刻停止运行。针对四台步机电机同步控制的特殊性，提供防升降台不平控制；产品计数显示装置应能对加工木板的张数进行计数；空气压力到位才允许启动各电机；应设有设备电源指示灯、各电机启、停开关，并有相应状态指示灯。32宽带砂光机控制系统硬件设计宽带砂光机控制系统的硬件设计主要包括PLC的选择、PLC对送料变频电机的控制线路设计、PLC对升降台步进电机的控制线路设计、单片机对迸纸张数计数及防升降台不平的控制设计。硬件设计在充分满足控制要求的前提下，重视安全性能，构建友好的操作显示平台。321 PLC的选择PLC是宽带砂光机的核心控制器，正确选择PLC，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择PLC，应包括机型的选择、容量的选择、IO点数(模块)的选择、输出方式的选择、特殊功能模块的选择等。目前国内外PLC品种系列多，功能各异。总体设计方案中，宽带砂光车选择FX2NPLC构建基于FX系列PLC的系统，是考虑到FX2N是FX系列中功能最佳、速度最快的微型可编程控制器。用户存储器容量为8K步，可扩展到16K步，IO点可扩展到256点，有27条基本指令，其基本指令的速度超过了很多大型PLC。有多种特殊功能模块，如模拟量输入输出模块(ADDA模块)、高速计数模块、脉冲输出模块、位置控制模块，可实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。用户程序存储容量的选择：用户应用程序存放的内存必须具有系统掉电保持功能。常用的内存有EP ROM、EEP ROM和带锂电池供电的RAM。用户在配置系统的内存时，可按下式估算用户程序步数：A=(1+K1)X输出点数+(2+K2)计时器点数+(3+K3)X计数器点数+功能指令数XK4实际选用时考虑25裕量，即A=(1+0.25)A。式中A：程序步数K1：平均组成驱点输出点的点数(梯形图中控制一个OUT指令左侧的控制逻辑平均点数)可在510间取值。 K2：平均组成驱动定时器的点数，可在25间取值。K3：平均组成驱动计数器的点数，可在25间取值。K4：功能指令平均步数，可在713间取值。A：实际选用程序步数。IO点数的选择：IO点数应根据控制系统所需实际总点数再加上1520来确定(为系统的进一步改造留有余地)，盲目选择功D点数大的机型会造成浪费。宽带砂光机主控制器PLC实际需要输入点数为37点，输出点数为40点，考虑留出一定的备用量(为控制系统的改造留有定的余地)，本设计选择PLC主机IO点数为80点，另配总点数为16点的输入输出扩展模块备用。输出方式的选择：PLC的输出方式有三种，即继电器输出(R)、晶闸管输出(S)、晶体管输出(T)。不同的负载选择不同的输出方式。继电器输出方式可驱动交直流负载，带载能力强(可达到2A)，抗干扰能力强(输出输入均有光电隔离电路)，价格比较便宜，承受瞬时过电压、过电流的能力较强，负载电压等级范围大等优点；晶闸管输出方式只可带交流负载，带负载能力弱(300mA以下)；晶体管输出方式只可带直流负载，带负载能力也较弱(500mA以下)，价格高于继电器输出方式。本设计输出负载既有交流负载又有直流负载，要求PLC具有较强的负载驱动能力，选择继电器输出方式。特殊功能模块的选择：根据控制对象要求，本设计选用了两种特殊功能模块，FX2N2DA和FX2N1PG。其中，FX2N2DA(2通道模拟量输出模块，本设计仅需使用一个通道)根据PLC程序指令输出对应的模拟量信号，送入变频器的频率设定模拟量输入信号端，实现对送料电机运转频率的设定和速度的选择；FX2N1PG运动控制模块(即脉冲输出模块)输出高频脉冲信号，经步进驱动器进行信号环分及功率放大后驱动步迸电机，实现对升降台的定位控制。综上所述，宽带砂光机主控制器PLC型号选择FX2N80MR，特殊功能模块选择FX2N2DA和FX2N1PG。 ，322 PLC对送料变频电机的控制线路设计本控制系统PLC对变频器的控制方式选择DA模块控制，即通过模拟量输出模块FX2N2DA输出大小可调的模拟量信号，经由变频器来改变送料电机的转速。变频器型号为三菱FXS500。三菱FX2N80MR可编程控制器与三菱FX2N2DA模拟量输出模块、三菱FXS500变频器及送料电机之间的硬件连接如图3.1所示。 3380V220V KM R S TSTF USTR VSD W 三2 菱5 变 频 器 BFRS500 C N LX0可 Y3 编 Y4程 com1 序 控 +24V制 COM 器FX2N80MRM KA2F KA2F 减速机构 KA2R KA2R 1：1024+24 电源输出报警输出模拟输出模块FX2N-2DA（接入plc X25）3.1 PLC对送料变频电机的控制线路图1）模拟量输出模块FX2N2DAFX2N2DA模拟量输出模块通过扩展电缆与PLC连接，见图3.1。它有两个输出通道，分别为通道1(三个输出端口为VOUTl、IOUT1、COM)和通道2(三个输出端口为VOUT2、IOUT2、COM2)。每个通道都可进行DA转换，将12位的数字信号转换成模拟信号。每个通道模拟量输出均可在电压输出或电流输出中选择。选择电压输出时，应将IOUT和COM端短接，选择电流输出时将VOUT悬空。输出的模拟值范围，电压为010V DC或05v DC，电流为420mA，分辨率前者为2.5mV，后者为4A。FX2N-2DA占用8个IO点，可以是输入点或输出点，消耗5V电源20mA的电流，消耗24V电源50mA的电流。5V电源由PLC通过扩展电缆供电，24V电源可用PLC的电源也可外接24V电源，本设计24V电源使用PLC的电源。FX2N2DA使用FROM/T0指令与PLC进行数据传输。本设计选择电压输出，输出电压范围为0-10VDC。对于0到10VDC的模拟电压输出，对应的设定数字范围是0到4000。输出特性见下图 模 10.238V 拟 10V 值0 4000 4096数字值图3.2 010V DC电压输出特性2）变频器本论文仅对三菱FXS500变频器与控制系统有关的信号进行简要说明。图3.1中，R、S、T为变频器三相电源输入端，接入交流380V工频电源，U、V、W三端为变频器变频电源输出端，与送料电动机相连；STF为正转启动控制端子，当STF与SD之间接通时电机正转，断开时正转停止；STR为反转启动控制端子，当STR与SD之间接通时电机反转，断开时反转停止；2端为频率设定端，接受外围(此处为FX2N2DA)模拟量信号，通过参数PR.37来设定输入010V(或05v)；5端为频率设定公共端；BC接点为变频器异常输出端子，当变频器正常时，BC间导通，而当变频器异常时，BC间不导通。将BC接点接至PLC输入端子X25，通过PLC控制程序驱动输出Y1l(KM线圈)，利用BC间触点的通断状态控制接触器KM线圈的得失电，再通过KM主触点来控制变频器三相交工频输入电源。变频器正常时，X1得电，三相电源允许接入，变频器故障时，l：M失电，三相输入电源马上断开，保证变频器故障时能迅速自动切断变频器输入电源。3）旋转编码器旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，在一个中心有轴的光电码盘上有环形明、暗相间的刻线，并有光电发射和接收器件，旋转时可获得A相或AB两相脉冲信号及Z相脉冲(零位脉冲)信号。它将被测的角位移直接转换成交速脉冲信号(数字量)，我们将变速脉冲信号接入PLC，利用PLC的高速计数器对脉冲信号进行计数，以获得测量结果。旋转编码器型号不同，输出脉冲的相数也不同，有A相的，有A、B两相的，也有A、B、Z三相的。本设计旋转编码器用于测量送料滚筒的转速，只需A相脉冲信号，送入PLC高速脉冲输入端XO，利用PLC一相无启动复位端高速计数器C235对脉冲计数，将计数值经过PLC内部运算处理后，以送料滚筒线速度(mmin为单位)存储于数据寄存器D11中，作为显示进给速度的数据源。选择旋转编码器主要考虑每转脉冲数及输入电压等级，并要满足脉冲输出频率小于PLC高速计数器C235的允许最高输入频率。初选编码器每转脉冲数P=600，运行时，送料电机的转速小于额定转速(变频器最高设定频率为50Hz，送料电机为6极电机，50Hz时转速为960rpm)，这里取1000rpm，传动比i=10：1，故送料滚筒的转速小于100rpm，则最大脉冲输出频率f=(10060)600=1KHz。小于高速计数器C235的最高计数频率10KHz，所选编码器脉冲数合适。编码器输入电压等级选择DC24V，由PLC提供。旋转编码器与PLC问的连接如图3.3所示。编码器高速脉冲送入PLC X0端，C235进行增计数，编制PLC程序动态统计C235的每秒计数脉冲，再作如下运算后得到送料滚筒实际线速度圪，。将结果存入数据寄存器D11中。 旋转编码器FX2NPLCDC24V+ COM X0 A COM 电源图3.3旋转编码器与PLC连接示意图4）送料电机正反转控制宽带砂光机完整的PLC连接图如图3.2.2.5所示。PLC X5、X6、X7三个输入端分别接收送料(进给)电机正、反启动及停止控制按钮信号，通过梯形图程序控制，由Y3、Y4两个输出端输出正反转信号。当按下送料电机正向启动按钮时，5接通，Y3有信号输出，继电器KA2F得电，图3.2.2.1中KA2F常开触点闭合，使变频器STF与SD端接通，控制送料电机正转：当按下送料电机反向启动按钮时，6接通，Y4有信号输出继电器KA2R得电，3.2.2.1中KA2R常开触点闭合，使变频器STR与SD端接通，控制送料电机反转；当按下送料电机停止按钮时，X7接通，Y3、Y4均无信号输出，KA2F、KA2R均为失电状态，使变频器STF、STR与S之间均为断开状态，送料电机停止转动。FX2