基于S7200PLC剪板机定长控制系统电气控制部分设计

基于S7-200PLC剪板机定长控制系统电气控制部分设计摘要自动剪板机是一种按照生产工艺的要求对板材进行自动定长、自动剪切并且通过运料小车自动运送到下一工序的自动生产设备。由于自动剪板机的工作条件一般都比较恶劣并且对板材的加工要求也较高，因此自动剪板机的控制设备要有很高的精度、很强的抗干扰能力，从剪板机的要求来看我们认为其控制设备选用PLC比较合适。PLC是自动控制技术、计算机技术和通信技术三者的一个结合体，在其硬件设计中采用了屏蔽、滤波、光电隔离等技术使其具有很高的可靠性和很强的抗干扰能力，现已经在现代化工业生产中得到了广泛的应用。随着科学技术的不断发展，PLC的功能也在不断的增强以适应现代控制的要求。本文以工业自动剪板机为研究对象。通过对自动剪板机的工艺、控制要求的了解和对其工作原理的分析有了一个总体的设想，设计了电气传动部分的设计和PLC的顺序流程图，探讨了自动剪板机的自动定长设计方案，结合PLC的顺序流程图编制了下位机PLC程序。上位机利用MCGS组态软件做了一个人机界面进行监控。运用PLC控制的自动剪板机操作简单、系统稳定性好、工作效率高并且在保证产品质量的前提下节约了成本。关键词：剪板机可编程控制器变频器自动控制TheDesignofFixed-lengthShearsControlSystemforElectricalPartBasedonS7-200PLCAbstractAutomaticShearingisaproductionprocessinaccordancewiththerequirementstheboardfixedlengthautomatically,auto-cuttingandautomaticdeliverytothenextprocessofautomatedproductionequipmentthroughthetransporter.Becausetheworkiconditionsofautomaticshearsaregenerallymoresevereandtheprocessingrequirementsoftheplateisveryhigh,sothecontroldeviceofautomaticshearsveryhighprecision,stronganti-interferenceability,duetotherequirementsofthweselectPLCascontrolequipment.PLCisacombinationoftheautomaticcontroltechnology,computertechnologyandcommunicationtechnology,initshardwaredesignweuseshielding,filtering,opticalisolationtechniquessothatithashighreliastronganti-interferenceability,inmodernindustrialproductionhasbeenwidelyused.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,PLCfunctionsarecontinuouslyenhancedtomeettherequirementsofmoderncontrol.Inthispaper,weselectindustrialautomaticcuttingplateforthestudy.Throprocessofautomaticshears,theunderstandingofcontrolrequirementsandtheprinofitsworkwehaveanoverallvision,referringtotheelectricdrivedesignandPdiagram.Discussestheautomaticshearingoftheautomaticfixed-lengthdesignschewecompilethePLCprogramwiththePLCflowdiagram.Theman-machineinterfacecontrolmadewithconfigurationsoftwareMCGS.TheautomaticshearsthatcontrolledbyPLCisusingsimple,havinggoodstability,highefficiencyandproductqualitypremiseofensuringcostsavings.Keywords:Plateshears;PLC;Inverter;AutomaticControl;

目录1引言2PLC及编程语言的简介2.1PLC的工作原理2.2S7-200的程序结构2.2.1主程序2.2.2子程序2.2.3中断程序3自动剪板机的工艺3.1剪板机的控制要求3.2自动剪板机的控制流程3.3自动剪板机的液压控制系统总体设计和设备选型4.1设计动作流程说明4.2系统的工艺要求4.3系统电气部分设计4.4系统定长控制方案设计4.4.1光电编码器简介及选型4.4.2高速计数器简介及模式选择4.4.3自动定长控制流程图设备选型电动机和液压油泵减速器型号4.5.2PLC和扩展模块型号4.5.3变频器的选择I/O端子分配和系统计算I/O端口分配4.6.2系统计算5下位机程序设计5.1STEP7-Micro/WIN软件5.2软件的编程语言5.2.1梯形图和语句表5.2.2功能块图5.3监控系统流程图5.4系统程序设计5.4.1点动送料控制程序设计5.4.2进料机构自动定长程序设计5.4.3自动方式和手动方式选择控制程序设计5.4.4压块和剪切刀系统控制程序设计5.5下位机程序下载和调试5.6程序的监控上位机监控软件设计MCGS组态软件介绍6.2MCGS组态环境6.3MCGS运行环境调试PLC程序调试7.2上位机的调试结论谢辞参考文献附录外文资料1引言科学技术的迅猛发展带动了我国工业的腾飞，机械制造业作为现代工业的重要组成部分也在快速的向前发展。为顺应现代工业发展生产出小批量，多品种、多规格的产品和降低产品的成本，提高产品的质量的要求，使我们的生产设备和自动化生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和极强的灵活性。可编程控制器顺应这一要求应运而生，现在可编程控制器已经广泛的运用在各种机械设备和生产过程的自动化控制系统中。可编程控制器(ProgrammableLogicController简称)PLC，是一种专门用于工业环境下的数字运算操作系统。国际电工委员会在1985年对PLC做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计[1]。PLC是在微电子技术的基础上，结合了自动控制技术、计算机技术和通信技术发展起来的一种用于自动控制的装置，与继电器控制相比它体积小，维护操作方便，抗干扰能力强，可靠性高，可在线更改程序，而且编程方便，通用性强，功能完善，设计、施工、调试的周期短，价格低廉，采用编程代替了大部分的连线给安装调试省了不少的功夫，在其硬件上还设计了屏蔽电路、滤波电路和采用了光电隔离技术相对于继电器控制而言抗干扰能力要强，可靠性也要高[2]。软件设计中采有故障检测、信息保护与恢复等措施，使它的可靠性得到进一步提高。PLC控制技术在现代化工业控制中承担着举足轻重的作用。它不仅承担从单机自动化和小型企业的整条流水生产线的自动化，还承担着大企业整个企业的生产自动化控制[3]。我国的PLC控制技术的发展虽起步晚但发展迅速，现在PLC控制技术不仅在国家大型企业中有所应用，而且中小型企业也有许多应用了PLC控制技术而且中小企业现在应用的越来越多。PLC技术的发展和PLC技术应用的推广使得从事PLC控制的科技人才也越来越多，现在我国已经发展出一批专做PLC控制技术的小型企业他们利用自己的技术为一些使用PLC实现自动化控制的企业提供技术支持。现在PLC控制技术已经成为了现代工业自动化控制的一个重要组成部分。随着PLC技术的不断发展,传统的机械设备已经逐步被新一代的智能化设备所代替。现代加工的工艺要求和稳定性要求以及复杂的控制功能，传统的控制柜控制已经很难达到预定的控制要求尤其是在抗干扰能力和可靠性方面。PLC应时而生顺势发展。现代工业产品都像精细化发展，使其对原材料加工的要求也在不断的提高，改进原材料的加工工艺和效率已经是现代机械制造业的重要做成部分。金属板材作为一种最为普通的原材料在现代工业生产的各个领域都有用到，改进金属板材的加工工艺、效益和质量也成了现代控制的一部分。在我国随着制造业的发展，剪板机床的发展越来越成为机械制造行业的中流砥柱，通用型高性能剪板机，广泛应用于航空、汽车、农机、电机、电器、仪器仪表、医疗器械、家电、五金等行业。此次设计的是金属板材加工的自动剪板机，为满足现代加工工艺和效率采用PLC控制，此次设计能实现板材的自动进料、自动定长、自动压料、自动剪切和自动送料功能。在板材加工的过程中，板材的长度检测、进料、压紧、剪切、落料及长度调整等过程都按一定的顺序精确控制。此次设计采用西门子PLCS7-200系列，根据自动剪板机的工艺要求设计相应的控制方案。2PLC及编程语言的简介2.1PLC的工作原理给PLC通电后，PLC首先对硬件和软件作初始化处理。PLC采用循环扫描的工作方式,使PLC的输出能够及时的响应各种输入信号。PLC的扫描过程如下图所示。读取输入处理通信请读取输入处理通信请自诊断处理改写输出读取输入执行用户程处理通信请自诊断处理改写输出图2-1扫描过程左图RUN模式右图STOP模式PLC的用户程序是按照先后顺序存储，执行程序时CPU从第一条程序开始执行直到遇到结束指令后返回第一条程序。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。在PLC的存储器中，有一片区域是用来存放输入信号和输出信号的状态的，他们分别称为输入过程映像寄存器和输出映像寄存器。在读取输入时，PLC把所有的输入电路的1/0状态读入输入过程映像寄存器中。电路闭合输入状态为1，输入断开输入状态为0。PLC的用户程序由若干条指令组成，PLC的指令再存储器中是按顺序存储的。执行用户程序时，在没有跳转指令的情况下，CPU按照从上到下，从左到右的执行原则从第一条指令开始，按顺序逐条执行。在整个执行阶段，各个输入点的状态是固定不变的，程序执行完成之后再用输入过程映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行更稳定。在处理通信请求时，CPU处理从通信接口和智能模块接收到的信息，并在适当的时候将信息传送给通信请求方。PLC具有自诊断功能，自诊断包括定期的检查CPU模块的操作和扩展模块的状态是否正常，将监控定时器复位以及一些别的内部工作。输出过程的状态都存入到输出过程映像寄存器中，CPU在执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。当PLC的操作模式由RUN模式变成STOP模式时，数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状态，或保持原有的状态，默认的设置时将所有的数字量的输出都清零。当PLC程序中有中断程序时，当有中断事件发生了时，CPU停止正常的扫描工作方式，马上跳入中断立即执行中断程序，执行完中断程序后CPU又返回到正常的扫描工作中。PLC通过中断可以大大的提高CPU对某些事件的响应速度。2.2S7-200的程序结构此次设计的核心控制部件是西门子S7-200。西门子S7-200CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。2.2.1主程序 主程序是PLC控制系统程序的主体，每一个PLC控制系统都有且只有一个主程序，主程序作为程序的主体它可以调用子程序和中断程序。主程序通过指令控制整个应用程序的执行，没扫描一次都要执行一次主程序。2.2.2子程序子程序是可选的，依实际控制要求而定。子程序仅在被其他程序调用时才执行，同一子程序可以在不同的地方被多次调用，但是不能同时多个程序调用同一子程序。我们使用子程序主要是简化编程和减少扫描时间。2.2.3中断程序中断程序用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作，或者不能事先预测何时发生的中断事件。中断程序与子程序不同它不能由用户程序调用，而是只有在中断事件发生时由操作系统调用。中断程序是用户编写的不能预知何时会发生中断事件，所以中断程序改写可能在其他程序中使用的存储器是不允许的。3自动剪板机的工艺3.1剪板机的控制要求剪板机应用于许多金属加工和薄板剪料操作。因此我们在设计自动剪板机时要从以下几个方面来考虑。第一，剪板机的剪切能力和生产效率。第二，剪板机设计的安全性。第三，剪切板材时板材的切口质量和定长精度。板材加工根据不同的要求分为多种，区别比较大的如剪切型的和切割型的。此次设计的是剪切型。剪切型的自动剪板机的设计还是有许多的因素要考虑，如所加工板材的剪切长度、板材的厚度和板材的材质。根据条件的不同设计成不同类型的剪板机，自动剪板机也可以按照剪切形式或驱动系统的形式来进行分类，常用的结构形式有两种：闸式（也叫滑块式）和摆式[5]。闸式剪板机利用驱动系统操纵动刀片向下移动到一定的位置，使动刀片在整个行程内几乎与定刀片保持平行。为了使刀架片横梁在相互移动的过程保持合适的状态，闸式剪板机需要一个滑块导向系统。摆式剪板机驱动系统中有一个用来操纵动刀片，使动刀片依附于滚柱轴承向下回转。这种结构不再需要利用凹字形导向条或滑道使刀片在剪切过程保持合适的姿势。在评价剪板机时需要考虑的一个因素是指定的工作需要多大的剪切能力。剪板机的规格数据几乎都以低碳钢和不锈钢为剪切对象。为了把金属加工厂对剪板机的要求同这些数据进行对照，必须根据剪板机的能力核对工厂的材料规格。有些剪切能力是针对低碳钢规定的，因此可能包括抗张强度60,000psi，而另一些剪切能力适用于A-36或抗张强度80,000psi。剪切不锈钢的能力几乎总是小于低碳钢或A-36钢。另外，某些铝合金所需要的剪切力竟然和钢一样大。剪切角（动刀片通过定刀片时的角度）是决定切口质量的重要因素。一般而言，剪切角越小，切口质量越好。如果落在剪板机后面的零件比较短（小于4’(1.22m)），可能出现俯曲、扭曲和拱起等切口质量问题。剪切角较小的剪板机需要较大的动力。3.2自动剪板机的控制流程1.开机按动开机按钮之后，系统需对剪板机进行初始化处理。开机系统首先得检测压块、剪切刀、运料小车的位置，还得检测运料小车是否空载。假若压块和剪切刀不在上限位置上则系统将使他们回到上限位置，若压块和剪切刀在上限位置上系统检测小车的运动状态，若小车不空载则自动送料后返回初始位置。小车空载则检测小车是否在左限位处不是则返回是则进行后续动作。2.根据不同的条件输入数据需要剪切板材的长度和小车所载板材的数量可以在上位机监控界面上手动输入。输入完成之后按数据确认键系统处在工作方式选择阶段，只有当选择好工作方式系统才进入后续动作否则系统继续等待数据输入。3.工作方式的选择自动剪板机有自动控制和手动控制两种工作方式。通常情况下使用自动,系统自动运行，无需人工干预。只有当系统自动运行出现故障是为不影响工厂的生产才选择手动运行。要想两种工作方式进行切换需先停止剪板机的运行，开机之后选择工作方式。选择工作方式后系统按选择的工作方式运行。自动方式的运行效率要远高于手动方式。手动方式系统对操作流程有提示功能，出现错误操作不影响系统的运行。4.系统启动系统启动进行初始化后严格按照进料—压料—剪切—（板材计数值达到设定值时）送料的工艺流程工作，往复循环。5.系统停机当系统检测到停机信号后系统能记住停机信号，剪板机必须工作完一个工作流程，否则系统不停止。小车上的板材没有达到设定值有停机信号，系统也将板材送到下一流程。6.系统急停当系统检测到急停信号，系统马上停止所有的动作。系统的初始化大多都是为急停准备的，正常停车完之后，压块、剪切刀和运料小车都将处于要求的状态。根据自动剪板机的设计要求，其工作流程图如下图3-1所示。图3-1剪板机工作流程图3.3自动剪板机的液压控制系统剪板机系统液压控制原理图如下图所示。剪板机的液压传动系统采用变量液压泵2给系统供油，用于给系统提供正常工作所需要的压力，系统的工作压力可以由压力表及其开关6来显示。二位二通电磁换向阀4为常态时，系统可以通过先导式溢流阀5的远程控制口卸荷。系统的执行元件为剪切刀具液压缸17和压块液压缸16，两缸的运动方向分别采用电磁换向阀9与8控制，剪切刀具液压缸活塞可以通过液控单向阀12和13组成的液压锁来实现任意位置的锁紧。压块液压缸的工作压力较低，有减压阀10设定并由压力表7显示，单向顺序阀15作平衡阀，用于防止失压时压块液压缸因自身重量下落，单向节流阀14用于剪切刀具液压缸10活塞下降是节流调速[6]。剪板机系统液压控制原理图如下图3-2所示。 16 17112345789101112131415YA1YA23YA4YA图3-2液压系统工作原理此次设计的自动剪板机剪切的板材厚度都在5cm以下要求剪板机的压块和剪切刀系统的夹紧力量大剪切的动力也大的特点。而液压控制系统正好具有这样的优点，所以此次剪板机的压块和剪切刀控制由液压系统控制。液压系统采用变量泵供油，回油节流调速，能量利用合理，同时设置有平衡回路和紧锁回路工作安全可靠。根据此次设计方案的要求，选择自动剪板机的最大剪切力为130tf，最大压料力为61.8tf，液压系统最高工作压力：240kgf/cm2，油泵流量为160L/min。4总体设计和设备选型4.1设计动作流程说明按动系统的开机按钮，系统先检测压块、剪切刀、和运料小车的状态，若他们都不在初始位置上则开启变量泵，系统升压剪切刀和压块上行，到上限位位置之后小车右行卸载玩板材左行返回到左限位处。之后按动自动控制按钮运料电机和抱闸电机启动带动板材向右运行同时光电编码器对板材定长，当PLC高速计数器的计数值等于设定值时使抱闸电机和进料电机停止同时压块下行压住板材。压块下端有一压力传感器，当压力传感器达到设定的压力时，剪切刀下行剪切板材。板材下落给光电开关脉冲信号，板材计数器加一同时压块和剪切刀上行。重复上面的动作直到板材计数器的值达到设定值时下车右行运送板材，卸载完之后返回左限位出到此一个周期结束。按动停止按钮运行完一个工作流程之后系统全部停止工作。当你按动急停按钮系统马上停止所有动作，急停指示灯变亮。为防止板材定长出现错误板材无限的向右运行设置了板材限位形成开关。当板材碰到板材限位行程开关系统急停，急停指示灯显示。可以让运料电机反转使板材退回。4.2系统的工艺要求传统的工厂电气控制方法采用的是继电器-接触器控制，要是控制系统比较复杂,大量的接线使得安装调试工作量特别大而且系统的可靠性也不高，容易发生故障。一旦发生了故障想找到故障点特别难，维修也不方便。设计、调试、维护和维修都有诸多不便，设备的工作效率也不高。采用可编程控硬件制器较好地解决了这一问题。此次剪板机的设计就是一个相对较复杂的一套系统，注意因为控制连线较多I/O口较多。将PLC应用于自动剪板机控制系统可以完全能满足技术要求，并且相对于继电器控制来说操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。板材长度控制更精确，切口质量更高。在PLC控制的自动剪板机控制系统中我们还应用了MCGS组态软件，创建了一个人机交流界面使控制系统更加直观明了。在组态界面上设置有填写所需剪切板材长度和小车上所载板材数量填写框。可以在不需更改控制电路和不修改系统程序的情况下根据工厂生产的实际需要更改板材长度和小车所载板材数，这要远优于继电器控制系统。4.3系统电气部分设计此次设计的剪板机监控系统是基于安徽省华夏机床制造有限公司生产的QC12Y－20×2500液压剪板机而设计。可以说此次设计是为这一型号的液压剪板机设计电气电路以及PLC控制系统。此次设计的电动机和变量油泵的型号都是从该剪板机生产商所提供的技术资料上查找。此次自动剪板机控制系统的设计的主要电气控制是进料电机控制、液压系统变量泵控制和运料小车电机控制。此次设计的电机全部都采用的是鼠笼式异步电动机。本次设计需要对进料电机和液压系统的变量泵进行调速控制，此次设计的电机运用变频器进行调速[8]。三相交流电经过三相熔断器和开关进入输入滤波器，与变频器直接相接。变频器的输出端接入输出滤波器，对异步电动机进行调速。输入滤波器和输出滤波器都是可选元件，可以连接也可以不连。但为了最后输出给异步电动机的三相交流电更理想和防止现场干扰接入了输入滤波器和输出滤波器。通过变频器控制的进料电机调速和液压系统的变量泵调速电路如图4-1所示。图中的异步电机为进料电机表示的是进料电机的调速，异步电机为变量泵表示的是变量泵的调速。图4-1电机调速电路接线图电机正反转的电路图如图4-2所示。 KM1 KM2380V380VQF~3图4-2电机的正反转电路接线送料小车有左行和右行两个状态，所以送料电机需要能够正转和反转。进料电机在一般情况下都是只处于正转状态带动板材向前运行，只有在定长系统出现问题时板材在达到了规定的长度进料电机却没有停下，使板材碰到了板材限位行程开关时系统急停后为了能使板材返回到规定长度而设计了进料电机反转。三相电机为运料小车电机表示小车的左行和右行，三相电机为进料电机表示的是进料电机的正反转。4.4系统定长控制方案设计此次设计的定长控制采用光电编码加高速计数器控制。光电编码器与进料电机同轴连接，光电编码将输出轴上的机械位移量转换成脉冲，再把这些脉冲给高速计数器。PLC的高速计数器通过计算光电编码器给的脉冲的个数。来检测到板材的实际位置，进而通过PLC控制变频器来实现电机的调速，保证板材的精度。此次设计通过光电编码器、高速计数器、PLC和变频器对进料电机调试。进料电机速度分三段：高速段、中速段和低速段。板材在实际要求长度的0~0.5段采用进料电机处于高速运行，在实际要求长度的0.5~0.8段进料电机处于中速运行，最后这一段电机处于低速运行。4.4.1光电编码器简介及选型 1.光电编码器的工作原理光电编码器是一种传感器，它是现在使用比较广的一个传感器，可以用于测速和定长。它通过光电转换将输出轴上的机械位移量转换成脉冲或数字量。光电编码器由光栅盘和光电检测装置组成，它与电机同轴连接。在光栅盘同一半径的圆上有若干等分的长方形的孔。因为光电码盘与电动机同轴，所以在电动机旋转时，光栅盘和电动机是同速旋转。当光栅盘旋转时发光二极管的光打在光栅盘上在另一头的检测装置能够检测出若干脉冲信号。结合光栅盘上长方形孔的个数，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能知道当前电动机的转速。此外，我们还可以是检测装置检测两路相位相差90º的脉冲信号来判断电机的旋转方向。根据检测原理，编码器可分为光学式、感应式、电磁式和电容式。通常我们是根据其刻度方法及信号输出形式，将其分为增量式、绝对式以及混合式三种。2.此次设计采用欧姆龙生产的增量型编码器产品名称：欧姆龙E6B2-C通用增量型编码器。产品型号：E6B2-CWZ6C。产品介绍：E6B2-CWZ6C编码器对应电源电压DC5~24V；备有2000P/R的分辨率；具备使Z相对简单化的原点位置显示功能；实现轴负重、径向30N、推力向20N；附有逆接、负荷短路保护回路，改善了可靠性。4.4.2高速计数器简介及 模式选择PLC的扫描工作方式限制了它的普通计数的计数频率。PLC普通计数器的工作频率很低一般都在几十赫兹。一旦要计数的信号的频率很高时，普通的计数器就很容易出现计数错误，一般为丢失计数脉冲。高速计数器可以对普通计数器无能为力的事件进行计数，它的计数频率可以达到几千赫兹甚至更高。一般在处理扫描频率高的信号时都采用高速计数器。西门子S7-200有6个高速计数器HSC0~HSC5，可以设置多达12种不同的操作模式[13]。高速计数器一般都与增量式编码器一块使用，计量编码器的脉冲。高速计数器的外部输入信号如表4-1所示。当高速机器的复位输入信号有效时，将清除计数当前值并一直保持清除状态，直到当前的复位信号关闭。当启动输入有效时，高速计数器开始计数。关闭输入，高速计数器保持当前的计数值不变，此时时钟脉冲对高速计数器不起作用。重新表4-1高速计数器的输入信号模式描述输入HSC0I0.0I0.1I0.2HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1HSC4I0.3I0.4I0.5HSC5I0.40带有内部方向控制的单相计数器时钟1时钟复位2时钟复位启动3带有外部方向控制的单相计数器时钟方向4时钟方向复位5时钟方向复位启动6带有增减计数时钟的两相计数器增时钟减时钟7增时钟减时钟复位8增时钟减时钟复位启动9A/B相正交计数器时钟A时钟B10时钟A时钟B复位11时钟A时钟B复位启动12只有HSC0和HSC3支持模式12HSC0计数Q0.0输出的脉冲数HSC3计数Q0.1输出的脉冲数有输入信号时，从此计数值上开始计数只有当有复位输入信号时才使高数计数器返回到初始值。此次设计选用HSC1的工作模式1。高速计数器的脉冲输入端为I0.6，复位端为I1.0。I0.6接收由光电编码器输出的脉冲信号，I1.0连接光电开关，从而实现对编码器的脉冲计数，经过PLC的运算以确定所送板料的实际位置。I0.7接板材定长开关，I0.7为1时，光电编码器和高速计数器开始编码定长。进料过程中，PLC将行程分成高速、中速和低速三段。在低速段当高速计数器达到设定值时，进料电机停止，抱闸电机停止，闸片抱死进料电机挺高板材定长的精度，同时可以防止进料电机处于稳定停止状态时由于剪切刀剪切引起的光电编码器抖动，造成误计数。4.4.3自动定长控制流程图 自动定长流程图如图4-3所示。设定板料长计算对应的脉冲数设定板料长计算对应的脉冲数送料光电编码器将脉冲送到高速计比较输入与设定的脉相等否？NY开机电机停转，定长结开始结束4.5设备选型此次设计的自动剪板机控制系统是依据安徽省华夏机床制造有限公司生产的QC12Y－20×2500液压剪板机而做的定长控制系统。电机型号和液压系统油泵的型号都是QC12Y－20×2500液压剪板机的提供的资料上的。4.5.1电动机和液压油泵减速器型号 此次设计主电路的四台电动机全部采用鼠笼式异步电动机。进料电动机的型号是Y225S-4型三相异步电机，功率37KW，电压380V，电流70A，绝缘等级B，噪音95dB(A)，转速1480r/min，工作效率91.8%，功率因数0.87，轴径60mm。小车电动机的型号是Y132S-4，功率5.5KW，转速1440转/分，电流11.6A，工作效率85.5%，功率因数0.84，转动惯量0.0214kgm2，重量是68kg。油泵电动机的型号是Y200L2-6，功率22KW，转速980转/分，电流44.6A，工作效率90.2%，功率因数0.8，重量是246kg。油泵的型号是160YCY14-1B，压力320kgf/mm2，流量160L/min，转速1000r/min。抱闸电机型号是YDT120，额定功率:60W，额定电压:380（V），额定电流:0.25-0.38（A），额定转速:2800（rpm），额定转矩:11（NM），抱闸电机的抱闸时间为0.2s[14]。减速器为同轴圆柱齿轮式，型号为TZSD型。该减速器适用于水平卧式安装，允许输出轴倾斜向下安装，输出轴与水平面夹角不大于20°[12]。减速器的直联电机为Y系列三相四极异步电动机，工作海拔不超过1000m。工作环境温度为：-40-+40℃，低于0℃时，启动前润滑油需预热。根据剪板机的工艺要求，此次设计采用机座号为TZSD300的减速器，选用系数0.80，实际传动比32.76。此次设计的液压系统的压力仪表采用西门子Z系列型号为7MF1564的压力和绝压测量压力变送器，测量范围为0-400bar。电源15-36VDC。4.5.2PLC和扩展模块型号结合此次设计的要求以及学校实验室的现有设备，本次设计的PLC选用西门子S7-200系列中CPU为226CN的小型可编程控制器。西门子S7系列的可编程控制器到现在为止包括：小型PLC,S7-200、模块式中型PLC，S7-300、大型PLC，S7-400。小型PLC，S7-200现在已经升级为第三代产品了，S7-400系列为适应不同要求现已发展有S7-400F、S7-400H、S7-400FH三种。西门子S7-200CPU226CN适用于较复杂的中小型自动控制系统，有24个数字量输入和16个数字量输出，最多可以扩展7个扩展模块，可扩展到248点数字量和35路模拟量。掉电的保持时间为100小时，用户的程序存储空间为16384字节，用户的数据存储空间为10240字节，有六路高速计数器和两个RS485通信接口。扩展模块采用EM235CN和EM222CN。EM235CN为4输入(4AI：AIW0，AIW2，AIW4，AIW6)1输出(1AO：AQW0)的模拟量扩展模块。输入范围：单极性电压为0～10V、0～5V、0～1V、0～500mV、0～100mV、0～50mV，双极性电压为±10V、±5V、±2.5V、±1V、±500mV、±250mV、±100mV、±50mV、±25mV，电流为0～20mA。输出范围：电压为±10V，电注为0～20mA。EM222CN为8输出的数字量扩展模块，采用直流24伏电源供电，用于扩展CPU226CN的输出点数。4.5.3变频器的选择 此次设计采用西门子MM440变频器。进料电动机由MICROMASTER440系列变频器供电和控制。变频器MM440系列（MicroMaster440）是德国西门子公司广泛应用与工业场合的多功能标准变频器。MM440变频器具有体积小、价格低、操作灵活等特点[7]。西门子MM440变频器为客户提供了很多用于检测和控制的输入输出接线端子。客户可以根据实际需要选择某些端子构成控制系统的弱电回路。接线端子如表4-2所示。表4-2MM44弱点接线端子端子号名称功能类别备注1+10V为模拟电路提供+10V电源电源20V为模拟输入提供公共点电源3AIN1+模拟输入1正端模拟输入4AIN1-模拟输入1负端模拟输入5DIN1数字输入端1数字输入6DIN2数字输入端2数字输入7DIN3数字输入端3数字输入8DIN4数字输入端4数字输入9+24V为数字电路提供+24V电源电源10AIN2+模拟输入2正端模拟输入11AIN2-模拟输入2负端模拟输入1AOUT1模拟输出1正端模拟输出2 +AOUT1- 模拟输出1负端 模拟输出 3 1 DIN5 数字输入端5 数字输入 6 1 DIN6 数字输入端6 数字输入 7 1 NC1 继电器1常闭 开关输出 8NO1 继电器1常开 开关输出 9COM1 继电器1动 开关输出 0NO2 继电器2常开 开关输出 1 2 COM2 继电器2动 开关输出 2 2 NC3 继电器3常闭 开关输出 3 2 NO3 继电器3常开 开关输出 4 2 COM3 继电器3动 开关输出 5 2 AOUT2 模拟输出2正端 模拟输出 6 + 2 AOUT2- 模拟输出2负端 模拟输出 7 2 0V 为数字输入提供公共点 电源 8P+ RS485 通信 9N- RS485 通信 0开关量端口：MM440变频器的6个数字输入端口（DIN1~DIN6），即端口“5”、“6”、“7”、“8”、“16”和“17”，每一个数字输入端口功能很多，用户可根据需要进行设置。开关量输入端口可以很方便的通过直流电源与开关构成数字量输入。直流电源可以是外接的24伏直流电，也可以直接连在变频器的+24V电源。MM440变频器可以通过6个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制等操作.开关量既可以作为方向转换的控制信号，也可以作为速度切换的控制信号。开关量进入变频器后经过内部的光电耦合电路然后与控制电路(CPU)连接。MM440变频器用一些开关量输出来表示变频器的运行状态，开关量的输出均为继电器式，触点与内部电路进行电气隔离。模拟量端口：MM440变频器为用户提供了两对模拟输入端口，即端口“3”、“4”和端口“10”、“11”，还为用户提供了两对模拟输出端口，端口12、13和端口26、27.模拟量输出可以将内部反映变频器运行状态的信息以模拟电流或电压的形式输出，外部电路则根据这些信息进行显示或调节。3.MM440变频器的容量选择在一般情况下，如果容量适配，变频器的额定电流通常会大于或等于对应电动机的额定电流，但在实际应用中却并不完全如此[7]。由于变频器传给电动机的是脉冲电流，其脉冲值比工频供电时电流要大，因此，须将变频器的容量留有适当的余量。此时，变频器应同时满足以下三个条件：kPM （4-1）P(kVA)CNcosIkI(A)（4-2） CN MPk3UI10-3(kVA)（4-3）CNMM式中：P—负载所要求的电动机的轴输出功率；—电动机的效率（取0.918）；cos—为电动机的功率因数（取0.87）；UM—为电动机电压（取380）；IM—为电动机电流（取70）；k—电流波形的修正系数（PWM方式时，取1.05~1.10）；PCN—为变频器的额定容量（kVA）；ICN—为变频器的额定电流（A）。根据以上公式，此次设计选用型号为6SE6440-2UD34-5FB1的通用变频器，输出功率68.6kVA。4.6I/O端子分配和系统计算4.6.1I/O端口分配在设计PLC控制系统时我们首先要搞清楚的就是系统个工艺过程从工艺过程中了解设计此系统有哪些数字量、模拟量输入以及数字量、模拟量输出。搞清楚输入和输出是我们进行下位机PLC程序设计的第一步，搞清楚了输入、输出之后我们要在PLC的端子上对他们进行分配。此次设计的I/O分配表如表4-3所示。表4-3I/O分配表端口地址元件功能I0.0SB0启动I0.1SB1停止I0.2SQ1压块上限I0.3SQ2剪切刀上限I0.4SQ3小车左行到位I0.5SQ4小车右行到位I0.6高速计数器入口I0.7激活高速计数器I1.0SQ6板材计数I1.1SQ7板材限位I1.2SB2手动方式I1.3SB3自动方式I1.4SB4手动进料I1.5SB5手动压料I1.6SB6手动剪切I1.7SB7手动送料I2.0SB8急停I2.1FR1变量泵电机故障I2.2FR2小车电机故障I2.3SB9点动进料I2.4SQ5小车空载I2.5SQ8进料电机反转Q0.0KM1变量泵电机启动Q0.1KM2进料电机正转Q0.2KM3小车右行Q0.3KM4小车左行Q0.41YA压块下行Q0.52YA剪切刀下行Q0.63YA剪切刀上行Q0.74YA系统升压或卸荷Q1.0HL1手动剪切显示Q1.1HL2自动方式显示Q1.2HL3手动方式显示Q1.3HL4手动进料显示Q1.4HL5手动压料显示Q1.5HL6急停显示Q1.6HL7手动送料显示Q1.7HL8变量泵电机故障显示Q2.0HL9小车电机故障显示Q2.1KM5变频器启动Q2.3KMB抱闸电机启动Q2.4KM6进料电机反转AIW0压力变送器输入AQW0模拟量输出此次设计应用了22个数字量输入和20个数字量输出，1个模拟量输入和1个模拟量输出。表中AIW0和AQW0分别连接到了扩展模块EM235CN的模拟量输入端和模拟量输出端。AIW0连接的是压力传感器的输出端为PLC提供压力传感器的压力值，当压力达到设定要求时动作。AQW0连接的是变频器，是把PLC处理好的数据传送给变频器，变频器再控制进料电机和液压变量泵，使他们按照预定的速度运行。变频器的启停通过Q2.1控制。I0.6作为高速计数器的入口连接光电编码器接收来自光电编码器的脉冲。I0.7是高速计数器的计数开关当其得电时高速计数器开始计数定长。I1.0连接光电开关给高速计数器复位信号同时还给板材计数器加一。4.6.2系统计算 本系统采用光电编码器和电动机同轴联接。减速器传动比为32.76，用于驱动设备的传动辊直径为100mm，光电编码器每转脉冲数为2000个/转。假设要求剪切板材的长度为VD6，VD6长度下对应的脉冲数值为VD10，每毫米距离的脉冲数为N，进料电机额定转速下板材的运行速度为V则。根据电动机和减速器的技术参数，可以计算与剪板机相关的运行数据。VD6长度下对应的脉冲数值：VD6200032.76个（4-4）VD10314每毫米距离的脉冲数：200032.76N208.66242个/mm（4-5）1003.14进料电机全速运行的传动速度：V14801003.14236.42mm/s（4-6）32.7660高速的传动速度即为全速运行的传动速度为236.4625mm/s中速运行的传动速度：V（160006400)236.488.65mm/s（4-7）中320006400低速运行的传动速度：V（80006400)236.46.7mm/s（4-8）低320006400剪板机板材定长误差：误差6.70.2=1.24mm5下位机程序设计5.1STEP7-Micro/WIN软件西门子S7-200采用的是STEP7-Micro/WIN编程软件，本次设计也是采用这一软件实现的。STEP7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATICS7-200PLC编程软件，简单易学，能够解决复杂的自动化任务，适用于所有SIMATICS7-200PLC机型软件编程[16]。它可以使用包括中文在内的多种语言，支持梯形图、语句表和功能块图，还可以对三种语言进行切换。V4.0版编程软件的界面如下图5-1所示。图5-1V4.0版编程软件界面软件界面包括程序块、数据块、系统快、符号表、状态表、交叉引用表、通信和设置PG/PC接口组成。程序块由编程代码和注释组成，注释是方便我们读程序而设的是可选量，代码有主程序代码、子程序代码和中断程序代码，代码下载到PLC中使PLC运行既定的控制。数据块是设定程序块中程序中的参数用的，它由数据和注释组成。系统块是用来设置系统参数的，一般情况下系统参数都采用默认值。我们只有在用户程序处于运行状态时才用状态表，状态表可用来监视、修改和强制程序执行时指定的变量的状态。交叉引用表列举出程序中使用的各编程元件的触点、线圈等在程序的哪个具体位置出现。通信和设置PG/PC接口主要用来设置PLC与计算机通信参数。5.2软件的编程语言STEP7-Micro/WIN编程软件为用户提供了三种编程语言，以适应程序用户编制的需要。用户可以根据自己的学习情况选择编程语言[17]。STEP7-Micro/WIN编程软件为用户提供的编程语言是：梯形图、功能块图、指令表。西门子其他的软件还有的提供顺序功能图和结构文本。STEP7-Micro/WIN编程软件的用户程序机构简单清晰，即通过一个主程序调用子程序，当有中断事件时调用中断程序，可以用数据块进行变量的初始化设置。5.2.1梯形图和语句表梯形图：梯形图是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的技术人员掌握使用于数字量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，线圈通常代表逻辑输出结果，功能块用来表示定时器、计数器或者数学运算等指令。触点和线圈等组成的独立电路称为网络，网络中我们认为有一个假想的“能流”从左到右的流过。在网络中程序的逻辑运算按从左到右的方向执行，与能流的方向一致。各网络按从上到下的顺序执行，执行完所以的网络之后，下一个扫描周期返回最上面的网络重新执行。语句表：西门子S7系列PLC将指令表称为语句表，PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成指令表程序或语句表程序。I0. I0.I0. M0. LDI0. I0.() OM0. ANI0. = M0.图5-2梯形图和语句表5.2.2功能块图这是一种类似于数学逻辑电路的编程语言，该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号从左向右流动。I0.ORI0.ORANDM0.M0.图5-3功能块5.3监控系统流程图STEP7-Micro/WIN的监控功能形象直观、使用方便。可以用3种编程语言监控程序的执行情况，用状态表监视、修改和强制变量，用趋势图监视变量，用系统块设置参数。本次设计系统的控制流程图如图5-3所示。打开MCGS组态环境进入剪板机监控系统，点击运行进入MCGS运行环境。在输入板上输入要求加工板材的长度和小车所载板材的数量，点击数据确认按钮，再点击启动按钮和自动方式，系统自动运行。1．首先检测开关SQ5看运料小车是否空载，然后检测开关SQ1、SQ2和SQ3看压块、剪切刀是否在上限为处，运料小车是否在左限位处。若压块和剪切刀不在上限位处运料小车不在左限位出则系统自动启动变频器、液压变量泵并使系统升压，压块上行和剪切刀上行开关动作，压块和剪切刀动作完之后小车右行后左行返回到左限位处。初始化完成之后，抱闸电机通电允许进料机构启动。2.启动进料机构，进料电机带动板材向前移动。板材分别在高速段、中速段和低速段移动0.5、0.3和0.2个板材长度。当高速计数器达到设定值时，进料机构停止，抱闸电机抱死进料电机。若定长控制出现故障计数值达到高速计数器设定值进料机构仍未停止运行，则板材会碰到板材限位开关SQ7，系统急停。处理好定长控制故障之后，长按进料电机反转按钮可使板材返回，后启动重新运行。3.板材停止系统控制液压系统使压块下行，压块上限开关SQ7打开，当压块下压力传感器检测到的压力值大于等于程序设定值时，压块停止下压，剪切刀开始动作。4.液压系统控制剪切刀下行，剪切刀上限开关SQ2打开，剪切刀剪切板材，板材下落使光电开关产生一个脉冲信号，压块和剪切刀上行，板材计数器计数加一。5.压块和剪切刀上限开关SQ7和SQ2闭合，板材计数值达到设定值时。送料小车左行，将切好的板材送到下一工序。6.小车卸载之后，系统控制送料电机反转，小车左行。左行到左限位开关处停止，一次完整的控制过程结束，系统开始下一次的工作循环。

小车空载?Y小车空载?YN压块、剪刀上行、系统升压选择工作方式手动方式自动方式进料板材到位？Y压料是否压紧？剪料是否剪切完毕？YY手动进料板材到位？Y手动压料是否压紧？手动剪料Y小车载满？送料YNN是否剪切完毕？YNNNN是否停机?Y开始结束N5.4系统程序设计本系统程序设计主要包括点动送料控制、进料机构自动定长控制、自动方式和手动方式的选择控制、压块和剪切刀系统控制、变量泵和小车电机报警控制还有急停控制。在编写程序时需对小车电机和进料电机应设置互锁电路，防止强电电路短路引发安全事故。5.4.1点动送料控制程序设计 点动送料控制梯形图如下图5-5所示。图5-5图5-5点动送料控制程序一般只有在一卷板材用完了换板材和跟换板材品种时才要用到点动送料控制。5.4.2进料机构自动定长程序设计 进料机构自动定长控制梯形图设计如下图5-6所示。用高速计数器计量光电编码器产生的脉冲数，当高速计数器计数值等于设定值时，进料机构停止，完成定长测定，光电开关动作高速计数器清零。图5-6自动定长控制程序5.4.3自动方式和手动方式选择控制程序设计此系统控制分自动控制和手动控制两种，通常情况下使用自动,系统自动运行，无需人工干预。只有当系统自动运行出现故障是为不影响工厂的生产才选择手动运行。自动方式和手动控制梯形图分别如下图5-7和5-8所示。图5-7图5-7自动方式控制程序图5-8图5-8手动方式控制程序压料和剪切的控制由PLC控制液压系统完成。变量泵电机的启停由KM1控制，若KM1得电闭合，则变量泵电机启动，否则变量泵电机停止；压块上行和下行由1YA控制，1YA得电闭合压块下行，否则压块上行；剪切刀状态由2YA和3YA控制，2YA得电且3YA失电，则剪切刀下行；2YA失电且3YA得电，则剪切刀上行；系统升压或卸荷由4YA控制，若4YA得电则系统升压，否则系统卸荷。1.压块控制梯形图设计如下图5-9所示。图5-9图5-9压块控制程序2.剪料时PLC控制继电器使剪切刀下行，此时压块状态不变。剪切刀控制梯形图设计如下图5-10所示。图5-10图5-10剪切刀控制程序3.剪切完板材之后，板材下落使光电开关动作，PLC控制继电器使压块和剪切刀上行，此时压块和剪切刀回程。梯形图如下图5-11所示。图5-11图5-11压块和剪切刀上行控制程序图5-12电机报警控制程序5.5下位机程序下载和调试将设计好的梯形图输入完成之后，点击“PLC”菜单中的“编译”命令或点击工具条中“全部编译”按钮，可分别编译当前打开的程序和全部程序。程序编译完之后，在界面的左下方会出现编译的程序中语法错误的个数以及各条错误的原因和位置。在左下方双击某条错误程序将会跳到该错误所在的网络。只有当编译没有错误之后，程序才能顺利下载到PLC中。我们可以单击工具栏中的下载按钮也可以在菜单栏中选择“文件”→“下载”进入程序下载界面。PLC程序下载界面如下图5-13所示。单击“下载”按钮，开始下载数据。图5-13程序下载界面程序下载完成之后，单击工具栏中―运行‖或者从菜单栏中选择―PLC‖→―RUN‖将PLC的模式修改成运行模式，此时PLC我们就可以通过控制输入对PLC程序进行调试了。5.6程序的监控在进行程序调试和修改时，PLC的程序监控功能可以给我们很大的帮助，在PLC工具栏中点击程序状态监控按钮或者在菜单栏中选择―调试‖→―开始程序状态监控‖可使PLC处于程序状态监控。程序状态监控只能在运行模式下才能进行监控。在RUN模式下进行程序监控，监控界面将用不同的颜色显示梯形图中各个元件的状态，左边的电源线和与之相连的导线都变成蓝色，如果程序中的各个触点和线圈的状态为1时，他们将变成蓝色，在他们的中间将出现蓝色的方块，只要有能流流到的地方在程序状态监控中就会变成蓝色。有了程序状态监控功能我们能快速的找到程序中错误的地方及时进行修改，同时程序状态监控也给PLC控制系统维护人员减轻了负担。程序状态监控界面如下图5-14所示。图5-14程序状态监控界面6上位机监控软件设计6.1MCGS组态软件介绍此次剪板机控制系统的设计的人机界面采用的是MCGS组态软件。MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)即监视与控制通用系统，它是由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一款组态软件。MCGS主要为工程技术人员快速构造和生成上位机人机界面，它可在MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统下良好运行[10]。MCGS操作简单，它不需要你具有专业的计算机编程技术，就算你对计算机编程一点也不明白你也能够通过短时间的学习编译一个运行可靠的人机界面。此次设计选用MCGS做上位机界面主要是因为她的可靠性以及简单易学。MCGS组态软件使用广泛，现已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，并在这些领域里面发挥了积极的作用。6.2MCGS组态环境安装好MCGS组态软件后，在桌面上会有两个快捷方式MCGS组态环境和MCGS运行环境。MCGS组态环境的作用是构建动画、流程控制、报警组态、设计报表、连接设备。MCGS运行环境的作用是动画显示、现场控制、报警输出、报表打印、设备输出。双击MCGS组态环境，进入组态软件工作台。每一个用MCGS组态软件建立的工程都是通过对工作台上的主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分操作来完成的。主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略每部分都有自己特定的功能，我们分别对各个部分进行操作，生成用户应用系统的工作环境。MCGS组态环境五大组成部分及其功能如下图6-1所示。主控窗口主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略菜单设计设置工程属性设定存盘结构添加工程设备连接设备变量注册设备驱动创建动画显示设置报警窗口人机交互界面定义数据变量编写控制流程使用功能构件图6-1组态环境五大组成部分及其作用此次设计的上位机中板材、压块、剪切刀、送料小车以及剪切完之后的板材1的移动都是通过脚本程序完成的。可以说编译脚本程序是本次上位机设计的一个重点和难点。脚本程序的编译是在运行策略中完成的。运行策略是对系统运行流程实现有效监控的手段，它主要完成的是工艺流程的控制，包括编写脚本程序和选用各种功能构件。此次设计的脚本程序如下。If进料电机=1then板材=板材+4Else板材=板材Endifif启动=1then板材=0endifIf压块下行=1then压块=压块+3EndifIf压块下行=0then压块=压块-3EndifIf剪切刀下行=1then剪切刀=剪切刀+15板材1=0EndifIf光电开关=1and剪切刀>=85then板材1=板材1+10板材=0Endifif光电开关=0then板材1=0endifIf剪切刀上行=1then剪切刀=剪切刀-3Endifif板材1>=170then板材1=0endifIf小车右行=1then送料小车=送料小车+10Else送料小车=送料小车EndifIf小车左行=1then送料小车=送料小车-10Endif6.3MCGS运行环境自动剪板机的监控主要由以下几部分组成。1.帮助窗口为了操作员在操作剪板机之前就知道操作自动剪板机的操作流程，我们设置了欢迎使用界面。操作员在操作剪板机之前一定要仔细的阅读自动剪板机的操作流程，避免因对剪板机的不了解而误操作引起事故造成人员伤害和经济损失。此次设计的帮助窗口如下图6-2所示。图6-2帮助窗口2.自动剪板机的监控界面在仔细阅读完帮助窗口中关于剪板机工艺流程介绍之后，点击已阅读按钮可以进入自动剪板机监控窗口。自动剪板机的监控界面包含剪板机的控制部分和剪板机的运行运行部分。控制部分包含有剪板机上的所有按钮和指示灯还可以对输入板材计数器的计数值和板材的剪切长度，点击退出可以退出监控界面。运行部分是对剪板机的运行动作做的一个直观的界面，剪板机运行时运行界面上也跟着进行相应的动作，剪板机停止运行运行界面也跟着停止。通过运行部分我们可以看到板材的运行情况，一旦出现故障也能在第一时间找到故障点。自动剪板机的监控界面如下图6-3所示。图6-3自动剪板机的监控界面7调试7.1PLC程序调试在完成下位机PLC程序的设计之后，我们要对PLC程序进行调试检验编写的程序的能否完成此次设计要求实现的功能，并对程序中的不足之处进行修改。由于实验室并没有剪板机，所以只能在试验台上进行模拟调试。调试时PLC的数字量输入接试验台上的开关和按钮，PLC的输出接指示灯，我们通过拨动开关和按钮来观察指示灯的亮灭情况来判断剪板机是否是按照它的工艺要求动作。在调试程序的一开始为了先将剪板机的整个运行过程调试出来，压力传感器和高速计数器定长控制都用的数字量代替的，一开关的闭合表示压力传感器的压力值达到了设定值，另一开关的闭合表示高速计数器的计数值达到了设定值。调试时发现发现了一些在编写程序时没有注意到的问题。如一开始每次初始化完成之后板材计数器的值并不是0而仍然是上一次的计数值，剪板机急停之后急停指示灯一直处于亮的状态，重新启动后急停指示灯依然亮着，还有按动剪板机的停止按钮剪板机不是剪切完下一块板材将板材送到下一工序而是要等板材计数器的计数值等于设定值时才将板材送到下一工序。调试过程中PLC的程序状态监控功能给了我很大的帮助，她让我快速的的找到要修改的程序并查看修改是否正确。通过对PLC程序的调试使我对程序又有了进一步的了解。在编写程序时没有给程序做任何注释给我的程序调试带来了不少的困难。最后模拟量压力传感器的调试是通过在上位机上用一个滑动块给PLC一个模拟的压力值，当模拟的压力值达到设定值时剪切刀下行。高速计数器定长控制的调试是在上位机上给剪切板材一个较小的值，I0.6连接一个开关通过开关的开闭来使高数计数器计数当计数值达到上位机所给板材长度对应的计数值时，Q2.2闭合进料机构停止运行。变频器调速是通过在组态界面上设置了一个文本框使文本框的属性为显示输出，再将它与实时数据库中的AQW0变频器相连接。AQW0中的数值从文本框中显示，不同的数值表示不同的频率不同的速度。7.2上位机的调试由于先前没有学习过MCGS组态软件，现学的都比较肤浅，几次设计好的界面都不能正确运行，最后将整个上位机的调试分成了上位机界面的设计、简单的组态、通过脚本程序进行组态、MCGS软件和PLC的连接以及最后的调试五部分进行。上位机界面设置和简单的组态在学习完水位控制系统之后能顺利的完成，在后来为使界面更加美观、明了以及调试时脚本程序的改动对界面和组态又做了一些轻微的改动。板材、压块、剪切刀、送料小车等数值量是通过脚本程序进行组态的，在进行组态之前都是先用一个减半的界面如启动开关小车右行100后停止当开关按钮停止时小车自动左行到0处。压块、板材等移动的距离是通过显示框的帮助设计的。MCGS软件与PLC的连接是在开关控制指示灯亮灭之后连接好的。在进行通道连接时一开始将只读属性的寄存器与上位机上的按钮相连导致通道连接一直错误，最后是通过老师的指点才顺利的连接上。虽然前四部分的工作都做好了但是在最后整体调试过程中还是遇到了不少的麻烦，最大的麻烦是剪切刀下移、板材回原位和剪切好的板材下移三者的逻辑不正确。一开始时剪切好的板材能下移但剪切刀不上移，后来剪切了第一块板材没事但剪切第二块板材时上位机界面都不动作。通过多次对脚本程序进行修改最后逻辑正确，上位机界面能正常运行。8结论通过一个学期的努力现在已经完成了下位机PLC程序的设计和上位机人机界面的设计，通过调试两者都能符合此次设计的要求。PLC的高速计数器接收来自光电编码器的脉冲信号并对脉冲进行计数，当脉冲数达到设定值时，PLC控制进料电机停止运行。由于进料电机具有惯性不能马上停止，所以系统有误差，为减小误差在进料电机轴上设置了抱闸电机。抱闸电机只是减小误差，系统的误差依然存在。为达到设计误差要求我是根据抱闸电机的抱闸时间来设置进料电机的低速运行时的速度。建议使用该系统时先对系统的误差进行校验，当误差符合实际要求时再使用该系统。压块和剪切刀通过液压系统控制，系统对液压变量泵的控制要求不高，一般都处于额定运行状态。光电开关的信号给板材计数器对板材进行计数同时光电开关的信号使PLC的高速计数器复位。为使剪板机的自动化程度更高，此次设计的板长和车载板数都可根据实际修改。由于缺乏实际经验和能力有限，此次设计还有诸多不足之处，尤其是在剪板机的工作效率方面。在以后的工作过程中我仍想致力于向PLC控制技术发展。谢辞在设计完成之际，我要特别感谢我的指导老师马壮老师的热情关怀和悉心指导。在我做设计和撰写论文的过程中，马老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的构思和资料的收集方面还是在成文定稿方面，我都得到了马老师悉心细致的教诲和无私的帮助。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！参考文献廖常初.PLC编程及应用(第3版)[M].北京:机械工业出版社,2008.余雷声.电气与PLC应用[M].北京:机械工业出版社,1996.王卫兵.可编程序控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,1997史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京:化学工业出版社,2003.内蒙古自治区劳动保护研究所本书编写组.剪切机械安全技术[M].1989李清香,丁时峰,熊俭.PLC控制的液压剪板机设计[J].机械设计与制造,2007(11):156~157.原魁,刘伟强,邹伟等.变频器基础及应用(第2版)[M].北京：冶金工业出版社,2005.齐占庆,王振臣.电气控制技术[M].北京:机械工业出版社,2002.常斗南.可编程序控制器原理、应用、实验[M].北京:机械工业出版社,19