全自動裁斷機(jī)—導(dǎo)開儲布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、全自動裁斷機(jī)——導(dǎo)開儲布系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 本課題主要是設(shè)計(jì)全自動裁斷機(jī)的導(dǎo)開與儲布控制系統(tǒng)，導(dǎo)開與儲布裝置是全自動裁斷機(jī)的龍頭部分，它的控制質(zhì)量的好壞直接影響到裁斷的精度。裁斷機(jī)的原料是簾布卷，它由簾布墊上布卷取而成，導(dǎo)開裝置將簾布分開，墊布重新成卷，簾布送入儲布裝置以便供料裝置使用。導(dǎo)開裝置為雙工位導(dǎo)開機(jī)，兩工位可以交錯(cuò)使用，提高工作效率。導(dǎo)開電機(jī)是三相異步電機(jī)，受儲布裝置控制，使簾布平穩(wěn)導(dǎo)開， 保持簾布張力基本恒定在正常狀態(tài)下，導(dǎo)開電機(jī)始終運(yùn)轉(zhuǎn)保證裁斷前的簾布保持一定張力。 張力汽缸上的磁性開關(guān)組合調(diào)節(jié)變頻器控制電機(jī)的速度, 使簾布張力導(dǎo)開與儲布料位開關(guān)組合

2、調(diào)節(jié)導(dǎo)開電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 簾布張力穩(wěn)定地、無打滑地輸送到主傳送帶上。儲布裝置供布速度自動適應(yīng)主機(jī)送布速度, 通過檢測浮動輥的上下位置, 控制簾布導(dǎo)開的速度及張力。簾布及墊布軸承座帶有電磁閥控制的氣動摩擦盤，用于保持簾布和墊布的張力。導(dǎo)開電機(jī)速度由張力輥位置控制，以保證墊布在卷取時(shí)的張力。 關(guān)鍵詞：導(dǎo)開裝置，儲布裝置，PLC，裁斷機(jī)，自動控制 II Abstract The paper addresses the unwinding and storing control system on automatic cutting machine, the unwin

3、ding and storing control system is the completely automatic cutting machines main item part, it controls precision that influences the equipment and the quality immediately. Cutting machines material is the cord fabric, it fills up the cord fabric and fiber fabric, the unwinding device separates the

4、 cord fabric and coils the fiber fabric again, the fiber fabric sends to supply the material equipment by storing device. The unwinding device is the double position machine, two position can work by turns, raises the work efficiency. The unwinding motor is the three-phase asynchronous motor, it is

5、thrall to storing device, then it makes the cord fabric to unwind steadily, keeps the cord fabric under the normal state, the unwinding motor revolves to make sure that the cord fabric maintain tension before cutting. The magnetic switch on the tension pneumatic cylinder adjusts the speed of the va

6、riable-frequency motor, then the combination adjusts the rotational speed of the storing motors, the cord fabric tension transmits to the main conveyer stably and no sleekly. The speed of offering cord fabric for storing device self-driven accommodates the transmission speed of mainframe, controls t

7、he speed and the tension of the cord fabric unwinding through the examination of the position about floating action rollers. Key words：the unwinding device， the storing device， PLC，cutter machine， automatic 全自動裁斷機(jī)——導(dǎo)開與儲布系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 IV 第一章 前言 1 1.1 概述 1 1.2 課題研究內(nèi)容 2 第二章 本論 4 2.1 裁

8、斷機(jī)PLC自動控制系統(tǒng)構(gòu)成 4 2.2 方案選擇 6 2.2.1 控制器選擇 6 2.2.2 電機(jī)選擇 9 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分 13 2.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 13 2.3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 13 2.3.3 PLC控制變頻器 16 2.3.4 張力檢測傳感器 18 2.3.5 摩擦電磁閥裝置 19 2.4 主要元器件選取 20 2.4.1 可編程控制器 20 2.4.2 交流變頻調(diào)速器 20 2.4.3 電機(jī) 20 2.4.4 傳感器及接近開關(guān) 20 2.4.5 電磁閥 21 2.4.6 接觸器及熱繼電器 21 2.5 控制電路設(shè)計(jì)

9、21 2.6 程序編寫 23 第三章 結(jié)論與展望 25 3.1 結(jié)論 25 3.2 展望 25 參考文獻(xiàn) 27 致謝 28 聲明 32 第一章 前 言 1.1 概述 近幾年,市場對子午線輪胎的需求越來越大,我國已有許多大、中型輪胎企業(yè)上馬了全鋼及半鋼子午線輪胎生產(chǎn)線。半鋼子午線輪胎生產(chǎn)線中纖維胎體簾布裁斷是一個(gè)很重要的工藝環(huán)節(jié),對其控制的自動化水平的要求越來越高。裁斷機(jī)的英文名稱為Cutter Machine，意思是切割機(jī)。是一種在工業(yè)生產(chǎn)中用來沖裁各種柔性物料的加工機(jī)器。 裁斷機(jī)是一些輕工行業(yè)不可缺少的設(shè)備，用途非常廣泛。其功能主要是利用成型刀模，通過沖裁動

10、作而獲得人們所需的片材或半成品。適用于加工各類皮革、布料、紡織物、塑膠、橡膠、紙板、毛氈、石棉、玻璃纖維、軟木、其它合成材料等柔性片狀物料。廣泛應(yīng)用于皮革及制鞋、手袋及箱包、手套及帽子、工藝及絲花、繡花、拼圖及制卡、吸塑與包裝、印刷與紙品、文具、塑膠化工、汽車和電子等及其它輕工產(chǎn)業(yè)。 傳統(tǒng)觀念，裁斷機(jī)是借助于機(jī)器運(yùn)動的作用力加壓于刀模，對材料進(jìn)行切割加工的機(jī)器。近代的裁斷機(jī)發(fā)生了一些變化，開始將高壓水束、超聲波等先進(jìn)技術(shù)是用于皮革沖切技術(shù)中，但人們?nèi)匀粚⑦@些設(shè)備歸納在裁斷機(jī)類的設(shè)備中。 機(jī)械傳動裁斷機(jī)： 一般機(jī)械傳動的裁斷機(jī)速度較快，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定（調(diào)整好后， 沖程下限不會發(fā)生變化），沖切力較大

11、；其最大的缺點(diǎn)是噪音較大。所以自 60 年代以來逐步為液壓傳動的裁斷機(jī)所代替。機(jī)械傳動的裁斷機(jī)，雖然還有廠家在繼續(xù)生產(chǎn)，一些小型、個(gè)體廠商仍在使用，但這種形式的裁斷機(jī)勢必將被淘汰。 液壓傳動裁斷機(jī)： 判斷液壓裁斷機(jī)功能的主要依據(jù)是，沖切力大小和沖切速度。沖切力很大，但沖切速度很低，或者沖切速度很高，但沖切力很小的機(jī)器，都不能順利地完成沖切任務(wù)。 對于機(jī)械傳動的裁斷機(jī)一般沖切速度都較高，約為 250 次/分；其沖切速度是變值，平均沖切速度為：200 毫米/秒。液壓裁斷機(jī)的沖切速度一般為：大于 75 毫米/秒。 機(jī)械傳動的裁斷機(jī)和液壓傳動的裁斷機(jī)不同點(diǎn)，主要由兩種傳動的不同的特性所決定的：機(jī)

12、械傳動是剛性傳動，而液壓傳動確有一定的柔性。 27 液壓裁斷機(jī)的特點(diǎn)是：當(dāng)沖切頭通過刀模作用于被加工物的瞬時(shí)，作用油缸內(nèi)的壓力并未達(dá)到額定壓力，壓力將隨著接觸（切入工作物）的時(shí)間增加而增加，直到電磁換向閥接收到信號，換向閥換向，沖切頭開始復(fù)位；這時(shí)油缸內(nèi)的壓力由于受到進(jìn)入油缸的壓力油時(shí)間的限制，可能并未達(dá)到設(shè)定的額定壓力值；也就是說， 系統(tǒng)壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)值，沖切就已經(jīng)完成。 液壓傳動的裁斷機(jī)，現(xiàn)在仍然處于主流地位。在液壓裁斷機(jī)中，大量被采用的是噸位在 14-18 噸的搖臂式裁斷機(jī)。平板式和龍門裁斷機(jī)多數(shù)用于比較大型的生產(chǎn)廠家，更適合于對人造材料的沖切。 全自動裁斷機(jī)采用微電

13、腦程式控制裝置，穩(wěn)定性高，自動送料之設(shè)定的控制， 均集中電腦控制， 操作最方便，適用于各種卷筒式或片狀材料之一層或多層連續(xù)成型裁斷，效率高，最適合大量生產(chǎn)的裁斷作業(yè)廠家。全自動裁斷機(jī)在我國已經(jīng)開始使用，由于制造業(yè)工業(yè)現(xiàn)代化程度的提高，在不久的將來可能會有一定的市場。但在近期，它將不可能替代液壓裁斷機(jī)。 裁斷機(jī)的功能是將寬約1500mm的簾布按一定的角度、一定的定長裁斷，然后以裁斷定長為寬，沿簾布邊線方向?qū)庸┏尚凸に囉谩５嵌嗄陙?，我國各廠家所使用的裁斷機(jī)五花八門，制造該設(shè)備的各廠家也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，都是根據(jù)一、兩個(gè)廠家的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的，不能滿足其他廠的要求。[1]有實(shí)力的廠家都是自己進(jìn)行裁

14、斷機(jī)改造。 因?yàn)椴脭鄼C(jī)對最后簾布的一次定長和簾布接頭起著重要作用，裁斷的質(zhì)量對于最終產(chǎn)品也有很大影響。特別是在一次定長方面起著重要作用。 1.2 課題研究內(nèi)容 本課題主要是設(shè)計(jì)全自動裁斷機(jī)的導(dǎo)開儲布系統(tǒng)，導(dǎo)開與儲布是全自動裁斷機(jī)的龍頭部分，它的控制質(zhì)量的好壞直接影響到裁斷的精度。 全自動裁斷機(jī)由前后兩工位導(dǎo)開、儲布、主機(jī)傳送帶、邊緣檢測、吸取、對接等裝置構(gòu)成。全套裝置的控制系統(tǒng)采用日本三菱公司的FX系列可編程序控制器及其伺服系統(tǒng)。 由導(dǎo)開裝置將纖維簾布張力導(dǎo)開, 經(jīng)儲布架給主傳送帶供應(yīng)簾布。兩工位導(dǎo)開裝置一工一備, 交替工作。導(dǎo)開裝置由變頻電機(jī)驅(qū)動。張力輥汽缸上的磁性開關(guān)組合調(diào)節(jié)

15、變頻電機(jī)的速度, 使簾布張力導(dǎo)開儲布料位開關(guān)組合調(diào)節(jié)儲布架送布電機(jī) 的轉(zhuǎn)速, 簾布張力穩(wěn)定地、無打滑地輸送到主傳送帶上。簾布經(jīng)儲布裝置輸送到主機(jī)送布輥, 送布輥電機(jī)采用三相異步電機(jī)驅(qū)動, 與主機(jī)傳送帶配合, 將簾布向前定長輸送, 由伺服電機(jī)驅(qū)動的裁刀進(jìn)行裁斷。 儲布裝置是協(xié)調(diào)導(dǎo)開與供料裝置之間的速度差，以免簾布被拉伸變形。儲布器為單循環(huán)儲布系統(tǒng)，除了上中下位置裝限位器輸出浮動輥位置之外，還有控制電機(jī)速度的 PLC 控制器，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)開電機(jī)的轉(zhuǎn)速。儲布量大時(shí)，導(dǎo)開速度降低，儲布量小時(shí)，導(dǎo)開速度加大。在正常狀態(tài)下，導(dǎo)開電機(jī)始終運(yùn)轉(zhuǎn)保證裁斷前的簾布保持一定張力。 簾布卷最初是由墊布及簾

16、布共同卷取而成，導(dǎo)開裝置通過導(dǎo)開電機(jī)和墊布卷取電機(jī)將簾布分開，前后工位的導(dǎo)開裝置作用相同。簾布通過導(dǎo)開后經(jīng)儲布架送入裁斷端，儲布架的作用就是確定一定距離，控制簾布保持簾布張力和長度。 在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)際為PLC對于兩個(gè)導(dǎo)開電機(jī)和儲布架上的限位開關(guān)來對簾布導(dǎo)開速度進(jìn)行控制，目的即為達(dá)到簾布的平穩(wěn)導(dǎo)開，能同時(shí)保持簾布張力，控制長度的作用。 PLC對于變頻器的控制主要是由限位開關(guān)的位置輸出信號，作為邏輯控制依據(jù)。變頻器接繼電器，連線時(shí)使繼電器與變頻器固定輸出端連接，使變頻器輸出高、中、低三種不同的固定速度。當(dāng)限位開關(guān)高位輸出信號，即為浮動輥位于高位，需要加快導(dǎo)開速度，使簾布量加大，讓浮動輥降

17、低；同理即浮當(dāng)浮動輥位于中位時(shí)，到開速度正常，變頻器處于中速輸出；當(dāng)浮動輥位于下位時(shí)，導(dǎo)開減速，變頻器低速輸出。 第二章 本 論 2.1 裁斷機(jī)PLC 自動控制系統(tǒng)構(gòu)成 裁斷系統(tǒng)由前、后輔機(jī)和主機(jī)3部分組成。前輔機(jī)有固定式雙工位導(dǎo)開、儲布裝置；主機(jī)有裁斷裝置、真空吸盤、簾布對接傳遞裝置；后輔機(jī)有雙工位簾布貼膠、卷取裝置。 裁斷機(jī)控制可分為兩類，一類是導(dǎo)開，儲布，卷取，調(diào)偏得控制，一般由光電檢測元件，形成開關(guān)，繼電路，閉環(huán)拖動系統(tǒng)等組成自動控制系統(tǒng)。另一類是供料， 裁斷，接頭，出料得順序控制，控制系統(tǒng)以三菱FX系列可編程控制器為核心。 裁斷機(jī)的原料是簾布卷，它由簾布

18、墊上布卷取而成，導(dǎo)開裝置將簾布分開，墊布重新成卷，簾布送入儲布裝置以便供料裝置使用。導(dǎo)開裝置為平面回轉(zhuǎn)雙工位導(dǎo)開機(jī)，兩工位可以交錯(cuò)使用，提高工作效率。導(dǎo)開電機(jī)是三相異步電機(jī)，受儲布裝置控制，使簾布平穩(wěn)導(dǎo)開，保持簾布張力基本恒定。[1] 儲布得作用是協(xié)調(diào)導(dǎo)開與供料裝置之間的速度差，以免簾布被拉伸變形。儲布器為單循環(huán)儲布系統(tǒng)，除了上下極限位置裝限位器控制電機(jī)停開之外，還裝有電機(jī)速度控制器，調(diào)節(jié)導(dǎo)開電機(jī)的轉(zhuǎn)速。儲布量大時(shí)，導(dǎo)開速度降低，儲布量小時(shí)，導(dǎo)開速度加大。在正常狀態(tài)下，導(dǎo)開電機(jī)始終運(yùn)轉(zhuǎn)保證裁斷前的簾布保持一定張力。由導(dǎo)開裝置將纖維簾布張力導(dǎo)開, 經(jīng)儲布架給主傳送帶供應(yīng)簾布。雙工位導(dǎo)開裝置一工

19、一備, 交替工作。 導(dǎo)開和儲布裝置均由變頻電機(jī)驅(qū)動。張力輥汽缸上的磁性開關(guān)組合調(diào)節(jié)變頻電機(jī)的速度, 使簾布張力導(dǎo)開儲布料位開關(guān)組合調(diào)節(jié)儲布架送布電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 簾布張力穩(wěn)定地、無打滑地輸送到主傳送帶上。簾布經(jīng)儲布裝置輸送到主機(jī)送布輥, 送布輥電機(jī)采用伺服電機(jī)驅(qū)動, 與主機(jī)傳送帶配合, 將簾布向前定長輸送, 由伺服電機(jī)驅(qū)動的裁刀進(jìn)行裁斷。 為適應(yīng)近年來壓延機(jī)壓延簾布大卷化的要求,采用固定式前后雙工位導(dǎo)開設(shè)計(jì), 導(dǎo)開簾布卷徑最大可達(dá)到 1500mm 墊布卷與簾布卷等高放置,方便人員裝卷、卸卷、引布操作。墊布收卷采用了變頻電機(jī)牽引, 以氣推缸的方式建立張力, 通過調(diào)節(jié)氣推缸的壓力, 控制墊布收卷張

20、力而開卷采用了儲布電機(jī)牽引簾布, 簾布卷以氣控剎車的方式保持張力, 使墊布恒張力收卷,簾布恒張力開卷。當(dāng)簾布卷徑發(fā)生變化 時(shí), 調(diào)整壓力, 控制制動扭矩, 維持開卷張力。 圖 2.1 導(dǎo)開與儲布系統(tǒng)示意圖 導(dǎo)開裝置的每個(gè)工位都裝有一臺直聯(lián)式變頻調(diào)速交流電機(jī),氣動離合器分別完成對墊布、簾布卷的動力傳遞。獨(dú)特設(shè)計(jì)的方杠鎖緊裝置, 確保方杠在旋轉(zhuǎn)過程中不會自行脫落。導(dǎo)開前、后兩工位的換卷、接頭由人工進(jìn)行,但有料尾自動檢測, 停機(jī)待料控制。儲布裝置供布速度自適應(yīng)主機(jī)送布速度, 通過檢測浮動輥的上下位置, 控制簾布導(dǎo)開的速度及張力。 儲布裝置裝有1個(gè)導(dǎo)布輥，1個(gè)浮動輥和

21、4個(gè)接近開關(guān)。通過接近開關(guān)檢測浮動輥的上下位置控制儲布牽引電機(jī)速度、并跟蹤主機(jī)、保證平穩(wěn)供布，同時(shí)也控制墊補(bǔ)導(dǎo)開電機(jī)的跟蹤速度。導(dǎo)開裝置分前、后2工位，換工位時(shí)簾布由人工接頭，導(dǎo)開時(shí)簾布由儲布牽引電機(jī)牽引，墊布由墊布導(dǎo)開電機(jī)卷取。簾布及墊布軸承座帶有電磁閥控制的氣動摩擦盤，用于保持簾布和墊布的張力。導(dǎo)開電機(jī)速度由張力輥位置控制，以保證墊布在卷取時(shí)的張力。[2] 導(dǎo)開裝置導(dǎo)開布卷采用交流變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動變頻器，選用日本三菱電機(jī)公司的FR-A500。該控制器的特點(diǎn)有：多段速度可選，加減速時(shí)間可選，頻率分辨率高直流制動的動作時(shí)間和動作頻率可調(diào)自我保護(hù)功能完善等。 儲布器上裝配數(shù)個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)，靠浮

22、動輥的升降來控制導(dǎo)開的速度使簾布導(dǎo)開的速度在一定范圍內(nèi)變化。即儲布量大時(shí)，導(dǎo)開速度減低，儲布量少時(shí)，導(dǎo)開速度加快。在正常情況下，導(dǎo)開電機(jī)始終運(yùn)轉(zhuǎn)簾布平穩(wěn)導(dǎo)開。 避免簾布因突然起動或突然停止而時(shí)緊時(shí)松，從而使裁斷簾布的張力保持恒 定，以確保裁斷精度。若裁斷前張力波動，則當(dāng)簾布與輸送帶間的摩擦力小于貯布裝置導(dǎo)出的簾布波動的張力時(shí)，就會在簾布與皮帶之間產(chǎn)生不規(guī)則的滑動使裁斷精度下降。 全自動裁斷機(jī)由導(dǎo)開裝置將纖維簾布張力導(dǎo)開, 經(jīng)儲布架給主傳送帶供應(yīng)簾布。兩工位導(dǎo)開裝置一工一備, 交替工作。導(dǎo)開和儲布裝置均由變頻電機(jī)驅(qū)動。張力輥汽缸上的磁性開關(guān)組合調(diào)節(jié)變頻電機(jī)的速度, 使簾布張力導(dǎo)開儲

23、布料位開關(guān)組合調(diào)節(jié)儲布架送布電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 簾布張力穩(wěn)定地、無打滑地輸送到主傳送帶上。 前、后導(dǎo)布及儲布的操作箱上的按鈕及旋鈕開關(guān)和張力、料位檢測進(jìn)入PLC的擴(kuò)展輸入模塊A1SX42；運(yùn)行狀態(tài)指示、1個(gè)變頻器、4個(gè)電磁閥由輸出擴(kuò)展模塊A1SY41控制。PLC輸出均經(jīng)過繼電器控制板。輸出單元外接變頻調(diào)速器和三相異步電動機(jī)用來控制導(dǎo)開電機(jī)和儲布裝置的三相異步電動機(jī)電機(jī)的高速和低速，啟動及停止。[3] 2.2 方案選擇 2.2.1 控制器選擇 本設(shè)計(jì)中需要對于裁斷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制，所以選取單片機(jī)和PLC做以方案比較。從構(gòu)成上來說，單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而

24、是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。PLC則是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品， 是一個(gè)完整的電路系統(tǒng)。PLC主要用于邏輯控制，與不太復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理；單片機(jī)則主要用于信息的處理和復(fù)雜快速的計(jì)算。從工程的角度，單項(xiàng)工程采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，且PLC就是由單片機(jī)或者其他智能芯片構(gòu)建的專門用于工業(yè)控制的智能控制系統(tǒng)；而單片機(jī)主要是用于開發(fā)、設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)系統(tǒng)時(shí)所使用。所以選取相對本設(shè)計(jì)比較方便的PLC作為控制器。 可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算與操作的控制裝置。PLC 作為傳統(tǒng)繼電器的替代產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。由于 PLC 可以用軟件來改變控制過程，并有體積小

25、，組裝靈活，編程簡單，抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等特點(diǎn)，特別適用于惡劣環(huán)境下運(yùn)行。可編程控制器技術(shù)最主要是應(yīng)用于自動化控制工程中，如何綜合地運(yùn)用前面學(xué)過知識點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 組成可編程控制器控制系統(tǒng)。 PLC是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化(FA)和計(jì) 算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。今天的PLC功能，遠(yuǎn)不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成：多種控制功能、數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、輸入/輸出接口調(diào)理功能、人機(jī)界面功能、編程、調(diào)試功能。[4] 控制功能邏輯控制：PLC 具有與、或、非、異或和

26、觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。定時(shí)控制：它為用戶提供了若干個(gè)電子定時(shí)器，用戶可自行設(shè)定：接通延時(shí)、關(guān)斷延時(shí)和定 時(shí)脈沖等方式。計(jì)數(shù)控制：用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計(jì)數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測。順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺 PLC 可作為多部步進(jìn)控制器使用。數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能數(shù)學(xué)運(yùn)算功能： 基本算術(shù)：加、減、乘、除。擴(kuò)展算術(shù)：平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算。比較： 大于、小于和等于。數(shù)據(jù)處理：選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出。模擬數(shù)據(jù)處理：PID、積分和濾波。 輸入/輸出接口調(diào)理功能具有 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換功能，通過 I/O 模塊完成

27、對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。 通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代 PLC 大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有 RS232 或 RS485 接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程 I/O 控制，多臺 PLC 可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。 在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺計(jì)算機(jī)與多臺 PLC 構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的 SCADA 系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠(yuǎn)

28、程端也可以采用 PLC 作現(xiàn)場機(jī)。人機(jī)界面功能提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息。允許操作者和 PC 系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。可靠性高：PLC 的可靠性指標(biāo)一般在 40000～50000 小時(shí)以上，西門子、ABB、 松下等微小型 PLC 可達(dá) 10 萬小時(shí)以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護(hù)。 模塊化組合靈活：可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊結(jié)構(gòu)來完成不同的任務(wù)組合。I/O 從 8～8192 點(diǎn)，有多種機(jī)型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形 式也是多樣的。 功能強(qiáng)：PLC 應(yīng)用微電子技術(shù)和微計(jì)算機(jī)，簡單型式都具有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等

29、順序控制功能。基本 型式再加上模擬 I/O、基本算術(shù)運(yùn)算、通信能力等。復(fù)雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴(kuò)展的計(jì)算能力、多級終端機(jī)制、智能I/O、PID 調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信能力、遠(yuǎn)程 I/O、多處理器和高速數(shù)據(jù)處理能力。 編程方便：PLC 適用針對工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)編程，不需要太多 的計(jì)算機(jī)編程知識。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個(gè)人計(jì)算機(jī)上編程。 圖 2.2 控制原理圖 適應(yīng)工業(yè)環(huán)境：PLC 的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境 下可靠工作。這是 PLC

30、產(chǎn)品的市場生存價(jià)值。 安裝、維修簡單：與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，PLC 安裝不需要特殊機(jī)房和嚴(yán)格的屏蔽。使用時(shí)只要各種器件連接無誤，系統(tǒng)便可工作，各個(gè)模件上設(shè)有運(yùn)行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的 時(shí)間內(nèi)查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機(jī)時(shí)間，使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。然后再對故障模件進(jìn)行修復(fù)，這對大規(guī)模生產(chǎn)場合尤為適宜。一些 PLC 外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的合金組成，結(jié)構(gòu)簡單，上面帶有散熱槽，在高溫 下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(RF 高頻)電磁干擾、防火等。 運(yùn)行速度快：隨著微處理器的應(yīng)用，使 PLC 的運(yùn)行速

31、度增快，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計(jì)算機(jī)之間的差別不是很明顯。 總價(jià)格低：PLC 的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價(jià)格。另外，采用 PLC 還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。 在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)際為PLC對于兩個(gè)導(dǎo)開電機(jī)和儲布架上的限位開關(guān)來對簾布導(dǎo)開速度進(jìn)行邏輯控制。目的即為達(dá)到簾布的平穩(wěn)導(dǎo)開，能同時(shí)保持簾布張力， 控制長度的作用。PLC對于變頻器的控制主要是由限位開關(guān)的位置輸出信號，作為邏輯控制依據(jù)。 2.2.2 電機(jī)選擇 本系統(tǒng)中電機(jī)選擇相當(dāng)重要，對于變頻器控制，伺服電

32、機(jī)控制及步進(jìn)電機(jī)控制做以比較。 （1）伺服電機(jī) 在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī).是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī),可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)確。將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電動機(jī)有直流和交流之分；最早的伺服電動機(jī)是一般的直流電動機(jī)， 在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機(jī)做伺服電動機(jī)。目前的直流伺服電動機(jī)從結(jié)構(gòu)上講,就是小功率的直流電動機(jī),其勵磁多采用電樞控制和磁場控制, 但通常采用電樞控制。 直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大， 調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它

33、可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。直流伺服電動機(jī)在機(jī)械特性上能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求，但是由于換向器的存在，存在許多的不足：換向器與電刷之間易產(chǎn)生火花，干擾驅(qū)動器工作，不能應(yīng)用在有可燃?xì)怏w的場合；電刷和換向器存在摩擦，會產(chǎn)生較大的死區(qū)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)比較困難。 無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力 矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍

34、大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。伺服電動機(jī)廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的機(jī)械輸出量，拖動被控制元件，從而達(dá)到控制目的。 交流伺服電動機(jī)本質(zhì)上是一種兩相異步電動機(jī)，其控制方法主要有三種：幅值控制、相位控制和幅相控制。 一般地，伺服電動機(jī)要求電動機(jī)的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號的控制；轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續(xù)變化；電動機(jī)的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電動機(jī)主要應(yīng)用在各種運(yùn)動控制系統(tǒng)中，尤其是隨動系統(tǒng)。 （2）步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。當(dāng)

35、步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個(gè)數(shù)來控制電機(jī)的角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的；同時(shí)還可以通過控制脈沖頻率來控制電動機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。目前，比較常用的步進(jìn)電動機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電動機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電動機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電動機(jī)等。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)

36、來控制變的非常的簡單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。 步進(jìn)電動機(jī)和普通電動機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個(gè)特 點(diǎn)，步進(jìn)電動機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。但步進(jìn)電動機(jī)在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)閉環(huán)控制的直流伺服電動機(jī)；所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場合。由于步進(jìn)電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)，所以步進(jìn)電動機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。尤其是在數(shù)控機(jī)床制造 領(lǐng)域，由于步進(jìn)電動機(jī)不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖

37、信號轉(zhuǎn)化成為角位移， 所以一直被認(rèn)為是最理想的數(shù)控機(jī)床執(zhí)行元件。 除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也可以用在其他的機(jī)械上，比如作為自動送料機(jī)中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機(jī)和繪圖儀中。 此外，步進(jìn)電動機(jī)也存在許多缺陷，由于步進(jìn)電機(jī)存在空載啟動頻率，所以步進(jìn)電機(jī)可以低速正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度時(shí)就無法啟動，并伴有尖銳的嘯叫聲。并且，步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動時(shí)有較大的振動和噪聲。 （3）變頻器控制異步電機(jī) 變頻器控制異步電機(jī)一般均采用控制三相異步電動機(jī)，三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運(yùn)動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁

38、轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量變換。異步電動機(jī)是基于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的一種交流電機(jī)。與單相異步電動機(jī)相比，三相異步電動機(jī)運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機(jī)可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點(diǎn)是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機(jī)的起動性能和調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小， 成本較低等優(yōu)點(diǎn)。并且，異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率

39、和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行，能滿足大多數(shù)機(jī)械的傳動要求。 變頻電動機(jī)的特點(diǎn)：電磁設(shè)計(jì)對普通異步電動機(jī)來說，再設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、啟動性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動機(jī)，由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率，可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近 1 時(shí)直接啟動。[5]因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機(jī)對非正弦波電源的適應(yīng)能力。 （4）變頻器控制、電機(jī)步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較 控制精度不同：兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 3.6、 1.8，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 0.72 、0.36。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。交

40、流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交 流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn) 2500 線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為 360/10000=0.036。對于帶 17 位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動器每接收 217=131072 個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360/131072=9.89 秒。是步距角為 1.8的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的 1/655。 低頻特性不同：步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)

41、非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器， 或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。 轉(zhuǎn)矩頻率特性不同：步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在 300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為 2000RPM 或 3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 過載能力不同：步進(jìn)

42、電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 運(yùn)行性能不同：步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度， 應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過

43、沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 速度響應(yīng)性能不同：步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)） 需要 200～400 毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM 僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 而異步電動機(jī)的動子有三種形式：磁性動子是由導(dǎo)磁材料制成，既起磁路作用， 又作為籠型動子起導(dǎo)電作用。 非磁性動子 ，動子是由非磁性材料制成，主要起導(dǎo) 電作用，這種形式電動機(jī)的氣隙較大，勵磁電流及損耗大。動子導(dǎo)磁材料表面覆蓋一層導(dǎo)電材料，導(dǎo)磁材料只作為磁路導(dǎo)磁作用；覆蓋導(dǎo)電材料作籠型繞組。 因磁性動子的異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，動子不僅作為導(dǎo)磁、導(dǎo)電體，甚

44、至可以作為結(jié)構(gòu)部件。 異步電動機(jī)的工作原理和旋轉(zhuǎn)式異步電動機(jī)一樣，定子繞組與交流電源相連接，通以多相交流電流后，則在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)平穩(wěn)的行波磁場（當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場半徑很大時(shí)，就成了直線運(yùn)動的行波磁場）。該磁場沿氣隙作直線運(yùn)動，同時(shí)，在動子導(dǎo)體中感應(yīng)出電動勢，并產(chǎn)生電流，這個(gè)電流與行波磁場相互作用產(chǎn)生異步推動力， 使動子沿行波方向作直線運(yùn)動。若把直線異步電動機(jī)定子繞組中電源相序改變一下，則行波磁場移動方向也會反過來，根據(jù)這一原理，可使異步電動機(jī)作往復(fù)直線運(yùn)動。 異步電動機(jī)主要用于功率較大場合的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，由于牽引力或推動力可直接產(chǎn)生，不需要中間連動部分，沒有摩擦，無噪聲，無轉(zhuǎn)子發(fā)熱，不受離心力影

45、響等問題。 且本設(shè)計(jì)中選用了三菱變頻器對電機(jī)進(jìn)行變速控制，三相恒轉(zhuǎn)矩電機(jī)適合變頻器的運(yùn)行，使變頻器可以直接常數(shù)輸出。所以本設(shè)計(jì)選取三相異步電動機(jī)為驅(qū)動電機(jī)，從而使變頻器對三相異步電動機(jī)進(jìn)行控制。 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分 2.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （ 1 ）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式來確定， 它是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)； （ 2 ）選擇電氣傳動形式和電動機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)； （ 3 ）選定 PLC 的型號； （ 4 ）編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖； （ 5 ）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫軟件規(guī)格說明書

46、，然后再用相應(yīng)的編程語言（常 用梯形圖）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)； 2.3.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟，如圖 2.3 所示。 （ 1 ）深入了解和分析裁斷機(jī)導(dǎo)開與儲布系統(tǒng)的工藝條件和控制要求 圖 2.3 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟 被控對象就是裁斷機(jī)導(dǎo)開與儲布過程。 控制要求主要指裁斷機(jī)導(dǎo)開系統(tǒng)經(jīng)由 簾布卷導(dǎo)開成為簾布過程，其中需要 PLC 對導(dǎo)開時(shí)速度進(jìn)行控制，即對于變頻器的控制。 （ 2 ）確定裁斷機(jī)使用 I/O 設(shè)備 根據(jù)裁斷機(jī)導(dǎo)開與儲布系統(tǒng)裝置對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系

47、統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等， 常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、電磁閥等。 （ 3 ）選擇合適的 PLC 類型 根據(jù)已確定的 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號和輸出信號的點(diǎn)數(shù)共 24 點(diǎn)，， 選用三菱 FX2N-24MR PLC，輸出點(diǎn) 12 個(gè)，X000～X011；輸出點(diǎn) 12 個(gè) Y000～Y011； 輔助繼電器 M0～M499，500 點(diǎn)；狀態(tài)點(diǎn) S0～S499,500 點(diǎn)，初始化用 S0～S9；原點(diǎn)回歸用 S10～S19；定時(shí)器 T0～T199；數(shù)據(jù)寄存器 D0～D199，200 點(diǎn)一般用。 （ 4 ）分配 I/O 點(diǎn) 分配 P

48、LC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入 / 輸出分配表，畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。 （ 5 ）設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表和狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)梯形圖進(jìn)行編程。這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作，設(shè)計(jì)好梯形圖，需要熟悉控制要求，做好前步準(zhǔn)備工作。 （ 6 ）將程序輸入 PLC 當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時(shí)，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符， 以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。 （ 7 ）進(jìn)行軟件測試 程序輸入 PLC 后，先進(jìn)行測試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過程中，會有疏漏的地方。因此在將 PLC

49、 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯(cuò)誤，為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)。 （ 8 ）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試 在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試； 如果控制程序的步序較多，則可先進(jìn)行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。[6] 2.3.3 PLC 控制變頻器 當(dāng)利用變頻器構(gòu)成自動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，很多情況下是采用 PLC 和變頻器相配合使用。PLC 可提供控制信號和指令的通斷信號。一個(gè) PLC 系統(tǒng)由三部分組成， 即中央處理單元、

50、輸入輸出模塊和編程單元。 變頻器的輸入信號中包括對運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、微動等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作的開關(guān)型指令信號。變頻器通常利用繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)開關(guān)特性的元器件（如晶體管）與 PLC 相連，得到運(yùn)行狀態(tài)指令。 在使用繼電器接點(diǎn)時(shí)，常常因?yàn)榻佑|不良而帶來誤動作；使用晶體管進(jìn)行連接時(shí)，則需考慮晶體管本身的電壓、電流容量等因素，保證系統(tǒng)的可靠性。 在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號電路時(shí)還應(yīng)該注意，當(dāng)輸入信號電路連接不當(dāng)時(shí)有時(shí)也會造成變頻器的誤動作。例如，當(dāng)輸入信號電路采用繼電器等感性負(fù)載時(shí)，繼電器開閉產(chǎn)生的浪涌電流帶來的噪音有可能引起變頻器的誤動作，應(yīng)盡量避免。 圖 2.4 運(yùn)行信號

51、的連接方式 當(dāng)輸入開關(guān)信號進(jìn)入變頻器時(shí)，有時(shí)會發(fā)生外部電源和變頻器控制電源 （DC24V）之間的串?dāng)_。正確的連接是利用 PLC 電源，將外部晶體管的集電極經(jīng)過二極管接到 PLC。 變頻器中也存在一些數(shù)值型（如頻率、電壓等）指令信號的輸入，可分為數(shù)字輸入和模擬輸入兩種。[7]數(shù)字輸入多采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來給定；模擬輸入則通過接線端子由外部給定，通常通過 0～10V/5V的電壓信號或 0/4～ 20mA的電流信號輸入。由于接口電路因輸入信號而異，因此必須根據(jù)變頻器的輸入阻抗選擇PLC的輸出模塊。 當(dāng)變頻器和 PLC 的電壓信號范圍不同時(shí)，如變頻器的輸入信號為 0～

52、10V，而 PLC 的輸出電壓信號范圍為 0～5V 時(shí)；或 PLC 的一側(cè)的輸出信號電壓范圍為 0～10V 而變頻器的輸入電壓信號范圍為 0～5V 時(shí)，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限制，需用串聯(lián)的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進(jìn)行開閉時(shí)不超過 PLC 和變頻器相應(yīng)的容量。此外，在連線時(shí)還應(yīng)注意將布線分開，保證主電路一側(cè)的噪音不傳到控制電路。 通常變頻器也通過接線端子向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測模擬信號。電信號的范圍通常為 0～10V/5V 及 0/4～20ｍＡ電流信號。無論哪種情況，都應(yīng)注意：PLC 一側(cè)的輸入阻抗的大小要保證電路中電壓和電流不超過電路的允許值，以保證系統(tǒng)

53、的可靠性和減少誤差。 在使用 PLC 進(jìn)行順序控制時(shí)，由于 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理需要時(shí)間，存在一定的時(shí)間延遲，故在較精確的控制時(shí)應(yīng)予以考慮。 因?yàn)樽冾l器在運(yùn)行中會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，為保證 PLC 不因?yàn)樽冾l器主電路斷路器及開關(guān)器件等產(chǎn)生的噪音而出現(xiàn)故障，將變頻器與 PLC 相連接時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： （1） 對 PLC 本身應(yīng)按規(guī)定的接線標(biāo)準(zhǔn)和接地條件進(jìn)行接地，而且應(yīng)注意避免和變頻器使用共同的接地線，且在接地時(shí)使二者盡可能分開。 （2） 當(dāng)電源條件不太好時(shí)，應(yīng)在 PLC 的電源模塊及輸入/輸出模塊的電源線上接入噪音濾波器和降低噪音用的變壓器等，另外，若有必要，在變頻器一側(cè)也應(yīng)采取相應(yīng)

54、的措施。 （3） 當(dāng)把變頻器和 PLC 安裝于同一操作柜中時(shí)，應(yīng)盡可能使與變頻器有關(guān)的電線和與 PLC 有關(guān)的電線分開。 （4）通過使用屏蔽線和雙絞線達(dá)到提高噪音干擾的水平。 兩者之間通過網(wǎng)線連接（網(wǎng)線的 RJ45 插頭和變頻器的 PU 插座接），使用兩對導(dǎo)線連接，即將變頻器的 SDA 與 PLC 通訊板（FX2N-485-BD）的 RDA 接，變頻器的SDB 與 PLC 通訊板（FX2N-485-BD）的 RDB 接，變頻器的 RDA 與 PLC 通訊板 （FX2N-485-BD）的 SDA 接，變頻器的 RDB 與 PLC 通訊板（FX2N-485-BD）的 SDB 接， 變頻器的

55、 SG 與 PLC 通訊板（FX2N-485-BD）的 SG 接。 變頻器在與PLC連接中使用繼電器作為實(shí)現(xiàn)控制的方式連接，采用共源極接法， 公共端SD。速度采用多段速度，RH為高速、RM 為中速、RL為低速，3個(gè)速度進(jìn)一步組合可得7個(gè)不同速度。但由于本設(shè)計(jì)中只采用3個(gè)限位開關(guān)，所以輸出浮動輥位置 信號只有3個(gè)，并不需要多速度控制。即RH高速(繼電器A閉合，B、C分開)、RM中速 (繼電器B閉合，A、C分開)、RL低速(繼電器C閉合，A、B分開)。STF為正轉(zhuǎn)控制端， Y000、Y001、Y002是輸出模塊的輸出端，分別控制電機(jī)的低、中、高速的輸出。 2.3.4 張力檢測傳感器

56、 為了保證產(chǎn)品的高質(zhì)量, 必須保證簾布的張力恒定, 采用張力傳感器控制是一項(xiàng)重要的技術(shù)保證措施。安裝于裁斷機(jī)簾布張力浮動輥下的ABB 枕式張力傳感器示意圖見圖1。由于ABB 枕式張力傳感器的整體設(shè)計(jì)比較獨(dú)特, 壓頭測量控制結(jié)構(gòu)也十分可靠, 又不受任何環(huán)境因素的干擾。所以, 使用效果和工作性能都十分理想。 ABB 枕式張力傳感器的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固, 帶低阻抗信號輸出, 適應(yīng)性強(qiáng), 而且又具有抗振動、抗干擾、耐高溫的特性, 由于是壓磁式的, 所以不會有因疲勞現(xiàn)象所產(chǎn)生的物理漂移, 在測量中始終保證高精度。 枕式張力傳感器的測量原理, 如圖2.5所示。 圖 2.5 枕式張力傳感器的測量原理

57、 枕式張力傳感器的壓頭測量的是平行于壓頭表面的水平分力FR , 其設(shè)計(jì)原理使得垂直于壓頭表面的垂直分力FV對壓頭不產(chǎn)生影響, FT是導(dǎo)向輥和軸承的自重, 對壓頭也沒影響, 水平分力是通過測量輥測量的。FR的計(jì)算公式為： FR = T( cos B- cos A) 式中: T為紙幅面的張力; A, B為包角。 用水平分力測量幅面的張力效果最佳, 可以按紙幅面的張力值大小選擇合適的壓頭尺寸, 在設(shè)計(jì)安裝中, 注意要自然去除導(dǎo)棍的自重量, 因?yàn)閷?dǎo)輥的重量要比紙幅面張力值大很多, 這樣才能做到張力測量的準(zhǔn)確, 使得對紙幅張力值測量獲得最優(yōu)化, 高精度。 枕式傳感器的控

58、制原理如圖2.6所示。 圖 2.6 枕式傳感器控制原理圖 圖2.6中的控制信號由1個(gè)或2個(gè)壓頭提供穩(wěn)定的勵磁電流, 勵磁單元由一個(gè)帶有功率放大器的330Hz振蕩器組成, 由它給壓頭提供勵磁電流, 交流勵磁的主要優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)測量速度快, 抗干擾。壓頭信號由信號處理單元進(jìn)行放大、整流和濾波后輸入2個(gè)等同通道。每個(gè)通道有2 路輸出,即濾波后的儀表輸出和具有極佳動態(tài)特性的過程輸出。儀表輸出中的低頻濾波器用于濾除信號中由于機(jī)械振動而產(chǎn)生的低頻振蕩信號, 當(dāng)用2個(gè)壓頭, 則可獲得4個(gè)輸出信號, 即每個(gè)通道的輸出信號(A和B), 以及它的和信號與差信號。[8] 壓力信號把測量到的

59、信號送到張力控制器上, 控制器的輸出信號分別接于儀表顯示(供生產(chǎn)操作工實(shí)際觀察) 和ABB傳動控制, 從而使簾布生產(chǎn)得到有效控制。 2.3.5 摩擦電磁閥裝置 簾布及墊布軸承座帶有電磁閥控制的氣動摩擦盤，用于保持簾布和墊布的張力。導(dǎo)開電機(jī)速度由張力輥位置控制，以保證墊布在卷取時(shí)的張力。 同時(shí)，導(dǎo)開后的簾布經(jīng)儲布架送出時(shí)需要一個(gè)停頓時(shí)間，這是電磁閥增加阻尼， 使軸承減速直至停止，達(dá)到一定的張力供裁斷端用，到達(dá)一裁一送的運(yùn)動狀態(tài)。摩擦電磁閥共四個(gè)，分別位于前后導(dǎo)開位置的電機(jī)及簾布卷的底座上，電磁閥 連接的氣動摩擦盤分別可以噴出高壓和低壓兩種壓力氣體。由張力傳感器輸入信號進(jìn)入PLC

60、當(dāng)，張力過大時(shí)則電磁閥開啟噴出低壓；反之，則電磁閥關(guān)閉噴出高壓， 使導(dǎo)開減速至停止。 2.4 主要元器件選取 2.4.1 可編程控制器 選擇可編程控制器應(yīng)考慮PLC的類型、輸入輸出開關(guān)量、CPU處理速度及輸出接口電路的輸出形式。該系統(tǒng)PLC輸入量包括手動/自動開關(guān)，手動導(dǎo)開開關(guān)，手動調(diào)速開關(guān)，接近開關(guān)，儲布電機(jī)開關(guān)，共 9 個(gè)。輸出量包括導(dǎo)開電機(jī)調(diào)速輸出，手動 導(dǎo)開雙工位輸出，共 5 個(gè)?？紤]到PLC輸出需接電磁閥和接觸器線圈，要求大電流輸出，宜選擇繼電器輸出型。[4]且三菱公司PLC中的FX2N系列功能俱全，全集成自動化系統(tǒng)中控制核心體現(xiàn)相當(dāng)重要，其功能強(qiáng)，速度快，通用性高，及全

61、部集成模塊化。這里選擇三菱FX2-24MR編程控制器。 輸入繼電器 x：x000～x013，分別為 x000～x007，x010～x013； 輸出繼電器 y：y000～y013，分別為 y000～y007，y010～y013，共 24 點(diǎn)。 2.4.2 交流變頻調(diào)速器 變頻調(diào)速器的選擇考慮它的控制方式、輸入輸出信號接線方式及變頻器的輸入輸出電壓。本設(shè)計(jì)中選擇三菱 A500 變頻器。 2.4.3 電機(jī) 該系統(tǒng)中共有3臺三相異步電機(jī)。 1.5KW2臺，4KWl臺(速比10:1)。1.5KW電機(jī)分別用于前后工位的導(dǎo)開電機(jī)，4KW電機(jī)用于儲布電機(jī)。 2.4.4 傳感器及接近開關(guān) A

62、BB 枕式張力傳感器 2 個(gè)，分別位于前后導(dǎo)開工位的張力浮動輥上。接近開關(guān)3 個(gè)，分別排列在儲布架上的上中下三個(gè)位置，來輸出浮動輥的位置信號。 2.4.5 電磁閥 本控制系統(tǒng)有 4 個(gè)電磁閥，電磁閥的作用是簾布長度達(dá)到預(yù)設(shè)值且切刀運(yùn)輸帶停下后，使壓胎面裝置下落壓住胎面以便切刀切割。選用 DF1-1AC220V。 2.4.6 接觸器及熱繼電器 該系統(tǒng)中斷路器選用西門子 3VU1640、380V 系列；KM1～KM5 接觸器和繼電器分別選擇西門子 3TF3110，線圈電壓為 220V 系列；該設(shè)計(jì)中的 FR1～FR3共3 個(gè)熱繼電器采用西門子 3UA5200 系列。 2.5 控制

63、電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)主要是由 PLC 對導(dǎo)開電機(jī)的變頻控制，其中對變頻器的控制環(huán)節(jié)是主要部分。 圖 2.7 主電路圖 上圖為主電路及控制電路，包括兩個(gè)導(dǎo)開電機(jī)及一個(gè)儲布電機(jī)，其中兩個(gè)導(dǎo)開 電機(jī)需要變頻控制。 圖 2.8 PLC 控制變頻器 圖 2.9 控制電路圖 PLC 信號經(jīng)由輸出模塊輸出信號，進(jìn)入繼電器，對變頻器進(jìn)行控制。其中 PLC 和繼電器控制板需要電壓 24V，變頻器及電機(jī)需要 380V 三相交流電壓。 2.6 程序編寫 首先進(jìn)行 I/O 配置說明，輸入點(diǎn)共 11 個(gè)，分別為 X000~X0

64、07，X010~X011；輸出點(diǎn)共 5 個(gè)分別為 Y000~Y004。 表 2.1 I/O 配置說明 名稱\ 配置 代碼 地址 手動\自動開關(guān) SA X000 前導(dǎo)電機(jī)開 SB1 X001 前導(dǎo)電機(jī)關(guān) SB2 X002 后導(dǎo)電機(jī)開 SB3 X003 后導(dǎo)電機(jī)關(guān) SB4 X004 總開關(guān)（開） SB5 X005 總開關(guān)（關(guān)） SB6 X006 接近開關(guān)（高位） ST1 X007 接近開關(guān)（中位） ST2 X010 接近開關(guān)（低位） ST3 X011 低速輸出 KM4 Y000 中速輸出 KM5 Y001

65、高速輸出 KM6 Y002 前導(dǎo)電機(jī)輸出 KM1 Y003 后導(dǎo)電機(jī)輸出 KM2 Y004 通過 I/O 配置后，可對照 I/O 配置進(jìn)行 PLC 的連接。其中，由于本設(shè)計(jì)中裁斷機(jī)需要靠浮動輥的升降來控制導(dǎo)開的速度使簾布導(dǎo)開的速度在一定范圍內(nèi)變化。即儲布量大時(shí)，導(dǎo)開速度減低，儲布量少時(shí)，導(dǎo)開速度加快。在正常情況下，導(dǎo)開電機(jī)始終運(yùn)轉(zhuǎn)簾布平穩(wěn)導(dǎo)開。通過接近開關(guān)的輸出信號進(jìn)行邏輯控制。 下圖為 I/O 配置圖： 圖 2.10 I/O 配置圖 表 2.2 變頻器開關(guān)與輸出速度關(guān)系 電機(jī)轉(zhuǎn)速\變頻器 RL（KM4） RM(KM5) RH

66、(KM6) 低速 1 0 0 中速 0 1 0 高速 0 0 1 即浮動輥于高位時(shí)，導(dǎo)開速度加快，變頻器處于高速輸出；當(dāng)浮動輥位于中位時(shí)，到開速度正常，變頻器處于中速輸出；當(dāng)浮動輥位于下位時(shí)，導(dǎo)開減速，變頻器低速輸出。（程序見附錄 1） 第三章 結(jié)論與展望 3.1 結(jié)論 本文對全自動裁斷機(jī)的導(dǎo)開與儲布系統(tǒng)部分的控制結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，針對設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了裁斷機(jī)的導(dǎo)開與儲布裝置的控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)的分析和研究得出結(jié)論及創(chuàng)新如下: (l) 采用多種功能為一體的控制器——PLC 作為控制核心，很大的提高了裁斷機(jī)自動化程度，使設(shè)備維護(hù)更方便，可靠性更高。 (2) 采用 PLC 與變頻調(diào)速器的方式對三相異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。通過對變頻器和 PLC 的控制設(shè)置，提高了系統(tǒng)安全性和抗干擾能力。在較惡劣的切割環(huán)境中，系統(tǒng)能夠安全可靠運(yùn)行。 (3) 切割機(jī)控制系統(tǒng)具備手動和自動兩種工作方式，不僅提高了產(chǎn)品的自動化程度，而且為用戶提供了更大的自由發(fā)揮空間。 (4) 選用了比較有發(fā)展的控制器。近年來隨著微電子技術(shù)