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1、青岛市维修电工技师毕业设计前 言自动切石机是模拟人锯木头的动作而开发设计的，具有全自动切出石料板材的机械设备，它可以模仿人的动作把一块几十吨重的石料从头到尾自动切成所需要的板材。把人从机械、繁琐的劳动中解放出来，具有以往机械式的切石机无可比拟的优越性，效率提高了十几倍。以往一台锯需要一人手工操作，即费人工，设备又容易损坏，所有的动作要靠人工调节，调节尺寸时易出现视觉误差，还容易出现误操作，给设备造成不同程度的损坏，影响了产品质量。而使用全自动切石机，一人看守十几台锯绰绰有余，期间基本不需要人工操作。本论文中用PLC控制技术所设计的全自动切石机，除保持传统的中间继电器接触器自动切石机的功能外，还
2、具备动作可以细化，机动灵活，程序可以增减，外部接线简单，运行稳定可靠，故障率低，排故简单，占用面积小等优点。在同类设备中处于领先地位。本论文通过对可编程控制器PLC进行简介，根据PLC的功能特点，详细介绍了把其应用于切石机的自动控制过程，以期得到抛砖引玉的作用。目 录前 言11、毕业设计任务书41.1 改造前的状况41.2 该设备的基本构造及其工作原理41.3 设计要求41.4 设计要求分析51.4.1 工作初始阶段51.4.2 锯片循环切割阶段51.4.3 锯片切割后期51.4.4 锯片上升阶段51.4.5 定板料厚度51.4.6 安全复位设定62、PLC简介:72.1 PLC的性能分析72
3、.2 PLC的主要特点：72.3 PLC的选择82.3.1 PLC选择的一般原则82.3.2 OMRON公司CPM1A系列PLC的主要特点82.3.3 本设计中PLC的选择82.4 I/O分配9241主电路电气原理图9242 PLC外部接线图9243 I/O分配表9244自动程序顺序功能图9245梯形图9246语句表93、PLC的控制工作过程93.1 本设计中PLC工作过程综述93.2 公用程序103.3 手动工作方式103.4 单周期运行123.5 连续工作方式133.5.1 安全复位133.5.2 初始等待143.5.3 连续运行标志143.5.4 下行定时143.5.5 低速左行，低速右
4、行153.5.6 左行，右行163.5.7 主要工作步163.5.8 下限左行右行一次163.5.9 缓冲定时173.5.10 上行173.5.11 矿车前进或后退18结 束 语19参考文献20附 录21附录1 主电路电气原理图21附录2 PLC外部接线图22附录3 I/O分配表23附录3 I/O分配表23附录4 自动程序顺序功能图24附录5 梯形图25附录6语句表错误！未定义书签。1、毕业设计任务书1.1 改造前的状况我公司有8台自动切石机，其中4台单臂式，4台双臂式，专用来切割石料板材，全都是中间继电器-接触器控制，控制箱占用面积大，接线复杂，故障率高，查找故障较难，自动化程度低。我通过学
5、习PLC编程，打算通过PLC控制代替传统的继电器控制，可以克服上述缺点，提高使用性能，先对4台双臂式切割机进行技术改造。1.2 该设备的基本构造及其工作原理现对该类设备原理和控制要求叙述一下：首先，将需切割的荒料吊到矿车上，通过轨道将矿车固定在丝母上，电动机转轴与丝杠通过连轴器相连接，这样电动机的正反转控制矿车的进退。锯片安装在锯架上，锯架沿着滑道用相交轴齿轮副通过丝杠上带动着，通过电动机的正反转而升降。通过齿轮齿条传动而使锯架沿着桥臂滑道而左右移动，控制左右移动的电动机通过变频器调节转速。这样，前后上下左右6个方向都可以通过电动机的正反转而随机控制，左右速度由变频器调节，前后移动间距由前后时
6、间继电器调节，向下移动距离由下降时间继电器调节，上下左右限位由行程开关控制，越位由安全行程双重控制，电机过载由热继电器控制。由于前后方向主要控制矿车运动，切割石料过程中不工作，只在调板材厚度时由前后时间继电器控制，使用时间短和调节频率低，且工作环境恶劣，故省去限位保护，只设置过载热继电器保护。1.3 设计要求 自动切石机的任务是将大块荒料切成板材。切割前锯片位于左上角或要求的位置，切石机在正常状态下才能工作，否则自动停机。在自动工作方式下，打开冷却水，启动主电机后，按一下启动按钮，锯片开始下行3s(手动转自动下跨过该步)，然后向左慢行，到左限后又下降3s，后缓慢左行，至右限后下降3s，此后左右
7、行速度恢复正常，锯片不断重复左行至左限，下降3s，后右行至右限，又下降3s，锯片不断重复这个过程，直到下限位后，再次重复一个左右循环，若在左限至下限位，锯片向右行至右限后上升；若在右限至下限位，锯片左行至左限，过3s后，又向右行至右限位后上升，直到上限位后停止，接着矿车前行或后行10s，至此一个完整的工作周期完成。根据需要设定一个工作周期或连续循环。又根据需要设置为手动工作方式，在手动工作下需增加按住前行或后行按钮不计时的功能。1.4 设计要求分析1.4.1 工作初始阶段 开始将料石需切割的起始点与锯片对齐，打开冷却水，启动主电机带动锯片旋转，运行正常后，按下启动按钮，切石机开始工作。在工作起
8、始，由于锯片切进料石内尺寸较小，为防止锯片受压变形，故开始一个左右行走速度减半。速度减半还有另一个目的，就是由手动变自动时，有可能出现下行两倍位移的积累，为了减轻锯片压力，也需要减速。为了实现速度减半的目的，需在变频器调速电位器的高电位端串接一个几千欧的电阻。1.4.2 锯片循环切割阶段走完第一个左右行程后短接该电阻速度恢复正常，由于锯片进入石材内部，锯片不易变形，故速度恢复正常。每当到达左限位或右限位，位于锯座左右的行程开关就碰到挡铁，于是通过下行定时器控制锯片下行3s而后向相反方向行走，如此周而复始不断左右下行直到位于锯架的下限行程开关碰到挡铁。1.4.3 锯片切割后期当锯片至下限位时，由
9、于最后一个下行位移还没切割完毕，故还需要一个左右行走并在由左行至左限时停止，缓冲3s后再向右行至右限。1.4.4 锯片上升阶段当锯片为右下角后，第一块板材切割完毕，锯片开始上行直到上行限位开关碰到挡铁。1.4.5 定板料厚度前后时间继电器控制矿车向前或向后移动规定的距离，定出切割的板材厚度，一个完整的循环周期完成，又开始下一个周期的工作。1.4.6 安全复位设定由于工作环境恶劣，工人技能参差不齐故需要设置各种保护，包括手动自动超限位安全保护，自动超限位安全保护，顺序控制安全保护，软件与硬件相结合安全保护，以提高安全系数。2、PLC简介:2.1 PLC的性能分析可编程序控制器（PLC）是以微处理
10、器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。经过30多年的发展PLC在工业生产中获得了极其广泛应用。目前，PLC已成为工业自动化领域中最重要应用最广泛的控制装置之一，居工业生产自动化三大支柱（PLC 机器人 CAD）之首。2.2 PLC的主要特点：1、 高可靠性：微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机器振动、温度和湿度的变化，都可以使一般的通用微机不能正常工作。而PLC是专为工业环境应用而设计的，故对于可能受到的电源干扰、高低温及电源波动等影响，已在PLC硬件及软件的设计上采取了措施。2、 结构简单、使用灵活：PLC在硬
11、件结构上采用了模块化积木式结构，各种输入/输出信号模块，通信模块及一些特殊功能，模块品种齐全，针对不同的控制对象，可以方便灵活的组合成不同要求的控制设备，硬件接线简单，一般不需要很多配套的外围设备。3、 编程方便，易于使用：PLC采用了与继电器控制器电路有许多相似之处的梯形图作为主要的编程语言，程序形象直观，指令简单易学，编程步骤和方法容易理解和掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内学会。4、 功能完善 PLC具有对数字量和模拟量很强的处理功能；PLC具有常用的控制功能；PLC可以扩大特殊功能；PLC可以组成多种工业网络，实现数据传递，上位监控等功
12、能。由于PLC具有以上功能和特点，因此PLC现已发展成为 一种首选的工业控制设备。利用PLC的上述功能和特点，通过对传统继电器控制设备的改造，在保证设备原有功能的前提下，通过不断完善和提高设备的功能。2.3 PLC的选择2.3.1 PLC选择的一般原则PLC机型的选择一般从以下几个方面考虑。（1）性能与任务相适应 要看PLC的控制规模，即最大I/0点数。工作速度，内存容量，电源要求，输出方式，有时还要考虑PLC的安装尺寸等.是否满足工艺要求. I/0的选择，应在满足控制要求和留有一定余量的前提下力争少使用I/0点数。一方面PLC有自身电源,另一方面PLC的输入输出电路需要驱动电源,PLC向外提
13、供一个DC24V电源,使用时注意不要超出其额定容量。 (2 ) PLC要结构合理,机型统一 PLC结构分为整体式和模块式两种,整体式每一I/0点的平均价格比模块式的便宜,适应于工艺过程比较稳定控制要求比较简单的系统。模块式PLC的功能扩展，I/0点数的增减，输入与输出点数的比例都比整体式的方便灵活。在一个企业里，应尽量使用机型一致，以方便编程和维修等（3 ）可靠性 生产PLC的厂家很多，应尽可能选择使用广泛，口碑好的大公司产品，或者有较长生产历史，有一定知名度的厂家产品。另外，还要考虑PLC厂家售后服务，技术支持等方面的问题。2.3.2 OMRON公司CPM1A系列PLC的主要特点 CPM1A
14、系列PLC是OMRON公司生产的小型整体式可变程序控制器，它的性能价格比很高，在小规模控制中已获广泛应用。 CPM1A有CPU（主机），I/0扩展单元，特殊功能单元和通信单元。 CPM1A的CPU单元有16种规格，按I/0点数分为10点，20点。30点，40点四种，按使用电源分为AC型和DC型两种，按输出形式分为继电器型和晶体管型两种。 2.3.3 本设计中PLC的选择根据本设计要求，在输入端接有三个转换开关（共6个触点），12个按钮，8个行程开关，1个压力开关，2个热继电器触点，共有29个输入点。输出端接有7个交流接触器3个继电器，共10个输出点。而CPM1A-40CDR-D共40点，其中输
15、入24点输出16点。输出形式为继电器输出，电源电压输入DC24V，输出最大开关能力AC250V/2A(4A/公共端)，因此输入点缺5个，为满足设计要求，并留有一定的安全和备用量，需配置I/0扩展单元，而CPM1A-20EDR为20点输入12点，故选用OMRON的CPM1A-40CDR-A和扩展配置CPM1A20EDR单元。2.4 I/O分配241主电路电气原理图见附录1242 PLC外部接线图见附录2243 I/O分配表见附录3244自动程序顺序功能图见附录4245梯形图见附录5246语句表见附录6 3、PLC的控制工作过程3.1 本设计中PLC工作过程综述根据前述要求，该设计用顺序控制法进行PLC控制，现对PLC的工作分析如下； 该系统设有三种工作方式：手动，单周期，连续，后两种属于自动工作方式，其工作方式由选择开关确定。 整个程序分为三段：公用程序，手动程序和自动程序，公用程序在手动和自动方式下共用，手
