2164 SP板切割机的电气控制系统设计
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XXXX 大学毕业设计说明书题 目: SP 板切割机的电气控制系统设计专 业: 机械设计制造及其自动化 学 号: 姓 名: 指导教师: 完成日期: 2012 5.25 湘 潭 大 学毕业论文(设计)任务书论文(设计)题目: SP 板切割机的电气控制系统设计 学号: 姓名: 专业: 机械设计制造及其自动化 指导教师: 系主任: 周友行 一、主要内容及基本要求1.该切割机的工艺路线要包括以下几步:横向切割,大车快速纵向行走,纵向切割,斜向切割,开槽切割,自动横向切割。 2.主要内容: 2.1 主切割电动机 M1 正反转运行,实现 SP 板横向、纵向及斜向切割功能。2.2 开槽电动机 M2 单向运行,实现 SP 板表面开槽功能。2.3 油泵电动机 M3 单向运行,给液压系统提供动力。2.4 回转电动机 M4 正反转运行,调整切割头角度。2.5 液压马达及电磁铁 YA 实现切割机装置的各种动作及速度调节。2.6 旋转编码器实现切割机切割深度的实时检测。2.7 数码管(带译码器)实现切割机切割规格切割深度的实时显示。2.8 直流开关电源为 PLC 输入信号提供电源,同时为 PLC 输出驱动提供电源。 3.基本要求 3.1 编制电气控制总体方案说明书 。 3.2 设计电气控制原理图: (1)主电路设计 (2)交流控制电路设计 (3)主要器件参数计算 (4)PLC 控制程序设计 湘潭大学兴湘学院3二、重点研究的问题针对建筑用 SP 板切割机的工艺,设计一套机、电、液一体化的多功能 SP 板 切割机,采用先进的 PLC 实现电气控制,使其具有较高自动化程度及较高的运行 安全可靠性,能提高 SP 板的切割效率。并能满足用户多方位的切割要求。三、进度安排序号 各阶段完成的内容 完成时间1 收集相关资料及有关文献 3 月 10 日3 月 25 日2 编制电气控制总体设计方案 3 月 26 日4 月 15 日3 PLC 控制电路设计 4 月 16 日4 月 28 日4 PLC 控制程序的编制 4 月 29 日5 月 10 日5 写出初稿 5 月 11 日5 月 15 日6 修改后写出第二稿 5 月 16 日5 月 20 日7 写出正式稿 5 月 21 日5 月 25 日8 答辩 5 月 26 日5 月 31 日四、应收集的资料及主要参考文献【1】王卫星,傅立思。可编程控制器原理及应用【M】 。中国水利出版社,2002 【2】徐德,孙同景。可编程控制器应用技术【M】 。山东科学技术出版社,2001 【3】何友华,可编程控制器及常用控制电器【M】 。冶金工业出版社,2003 【4】朱家建,单片机与可编程控制器【M】 。高等教育出版社, 2000 【5】徐世许,可编程控制器原理应用网络【M】 。中国科学技术大学出版社,湘潭大学兴湘学院42000 【6】田瑞庭,可编程控制器应用技术【M】 。机械工业出版社, 1994 【7】何衍庆,可编程控制器原理及应用技术【M】 。化学工业出版社,2003 【8】黄大雷,吴庚生。可编程控制器及其应用【M】 。人民交通出版社,1993 【9】焦振学,机床电气控制技术【M】 。北京理工大学出版社, 1998 【10】王永华,现代电气控制及 PLC 应用技术【M】 。北京航空航天大学出 版社,2008 湘 潭 大 学毕业论文(设计)评阅表学号 姓名 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文(设计)题目: SP 板切割机的电气控制系统设计 湘潭大学兴湘学院5湘 潭 大 学毕业论文(设计)鉴定意见学号: 姓名: 专业: 机械设计制造及其自动化 评价项目 评 价 内 容选题1.是否符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求,达到综合训练的目的;2.难度、份量是否适当;3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力;2.是否有综合运用知识的能力;3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力;4.是否具备一定的外文与计算机应用能力;5.工科是否有经济分析能力。论文(设计)质量1.立论是否正确,论述是否充分,结构是否严谨合理;实验是否正确,设计、计算、分析处理是否科学;技术用语是否准确,符号是否统一,图表图纸是否完备、整洁、正确,引文是否规范;2.文字是否通顺,有无观点提炼,综合概括能力如何;3.有无理论价值或实际应用价值,有无创新之处。综合评价同学在 SP 板切割机的电气控制系统设计中表现良好,工作刻苦,按时完成老师布置的任务。在毕业设计中遇到难题时积极查阅资料,同时积极向老师询问。该生具有很强的动手能力和好奇心,已经具备独立工作的能力。希望该生在以后的工作中继续保持不骄不躁的精神,把理论知识与社会实践很好的结合,为祖国做出更大的贡献。评阅人: 年 月 日湘潭大学兴湘学院6毕业论文(设计说明书) 页 图 表 张论文(设计)题目: SP 板切割机的电气控制系统设计 内容提要: 本设计的控制对象为多功能屋面 SP 板切割机,本装置共设有四台电动机。本装置的液压系统由电磁阀控制液压回路的通断,来实现台车及小车横移的水平移动。本装置共有 20 个电磁阀,电磁阀的额定电压为 220v,线圈启动容量为 100VA,吸持10.5VA,铸体为不锈钢。该切割机的工艺路线要包括以下几步:横向切割,大车快速纵向行走,纵向切割,斜向切割,开槽切割,自动横向切割。主切割电动机 M1 正反转运行,实现 SP 板横向、纵向及斜向切割功能。开槽电动机 M2 单向运行,实现 SP 板表面开槽功能。油泵电动机 M3 单向运行,给液压系统提供动力。回转电动机 M4 正反转运行,调整切割头角度液压马达及电磁铁 YA 实现切割机装置的各种动作及速度调节。旋转编码器实现切割机切割深度的实时检测。数码管(带译码器)实现切割机切割规格切割深度的实时显示还进行了主电路和交流控制电路及控制程序的设计,并对主要器件参数进行了计算。指导教师评语该生在设计任务过程中能及时地完成老师布置的各个阶段的任务,并且完成的很好。本次设计难度工作量适中,在设计期间该生能够非常自觉的投入大量的时间和精力,湘潭大学兴湘学院7积极询问各方面专业知识上的不足点,表现很好。该设计符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求;作者具有很好的查阅文献、综合归纳资料的能力。设计说明书的内容表述也基本正确。总之该生具备了独立工作和解决问题的能力。同意其参加答辩,建议成绩评定为: 指导教师: 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长: 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任: 年 月 日目 录第一章 前言 .9湘潭大学兴湘学院81.1 屋面 SP 板切割机的来源 .91.2 研究意义 .10第二章 切割机装置及其工艺要求 .112.1 SP 切割机总体结构 .112.2 SP 切割机主要工艺过程 .122.2.1 规格设定 .122.2.2 横向切割 .122.2.3 纵向切割 .122.2.4 斜向切割 .122.2.5 开槽切割 .132.2.6 快速行走 .13第三章 控制系统设计 .143.1 PLC 控制系统 .143.2 选择 PLC 控制的意义 .153.2.1 PLC 替代继电器系统的意义 .153.2.2 其它优点 .153.3 切割机装置电控设备要求及选型 .153.3.1 切割装置电控设备其要求 .153.4 主要电控设备选型 .163.5 电控系统原理图 .163.6 PLC 控制系统设计 .19第四章 PLC 控制程序设计 .214.1 PLC 控制程序梯形图 .214.2 语句表 .284.3 工作原理分析 .34第五章 操作说明书 .355.1 切割规格设定 .355.2 手动横向切割 .355.3 台车快速纵向行走 .365.4 手动纵向切割 .375.5 手动斜向切割 .385.6 手动开槽切割 .395.7 自动横向切割 .40总结 .41致谢 .42参考文献 .43附录:英文文献翻译 .44摘要:本课题研究的是屋面 SP 切割机的电气控制系统,满足了人们对切割机需求,方便人们控制,使用起来非常方便,而且能够实现许多功能,是切割机研发在技术上的一次重大突破。应证了“科学机是第一生产力”这句话。具体实现的功能是横向切割、大车纵向行走、纵向切割、斜向切割、开槽切割、自动横向切割。采用 PLC 自动控制系统简洁方便,经济实用。最终用 PLC 控制很好的完成了 SP 板的自动切割功能。关键词:PLC 电气设备 控制系统 自动化Abstract :This topic research of the cutting machine is roofing SP electric control system, and satisfy the peoples needs cutting machine, convenient for people to control, use rise very convenient, but also to realize many functions, is cutting machine in technology research and development of a major breakthrough. Should card scientific machine is the first productive forces this sentence. The specific function of the realization of the transverse cutting, cart is longitudinal walk, the longitudinal cutting, inclined to cut, slot cutting, automatic horizontal cutting. Adopting PLC automatic control system is concise convenient, economical and practical. Finally using PLC control good completed the automatic cutting function SP board. Keywords: PLC Electrical equipment Control system automation第一章 前言1.1 屋面 SP 板切割机的来源随着经济快速的发展,人们生活水平的提高,人们对一些自动化设备的需求也越来越大,要求其自动化程度也越来越高。应运而生的 PLC 在现代工业控制领域中早已得到了广泛的应用。可 编 程 逻 辑 控 制 器 PLC 具 有 以 下 鲜 明 的 特点 : 一 、 系 统 构 成 灵 活 , 扩 展 容 易 , 以 开 关 量 控 制 为 其 特 长 ; 也 能 进 行 连 续过 程 的 PID 回 路 控 制 ; 并 能 与 上 位 机 构 成 复 杂 的 控 制 系 统 , 如 DDC 和 DCS 等 ,实 现 生 产 过 程 的 综 合 自 动 化 。 二 、 使 用 方 便 , 编 程 简 单 , 采 用 简 明 的 梯 形 图 、 逻 辑 图 或 语 句 表 等 编 程语 言 , 而 无 需 计 算 机 知 识 , 因 此 系 统 开 发 周 期 短 , 现 场 调 试 容 易 。 另 外 , 可在 线 修 改 程 序 , 改 变 控 制 方 案 而 不 拆 动 硬 件 。 三 、 能 适 应 各 种 恶 劣 的 运 行 环 境 , 抗 干 扰 能 力 强 , 可 靠 性 强 , 远 高 于 其他 各 种 机 型 。20 世 纪 70 年 代 初 出 现 了 微 处 理 器 。 人 们 很 快 将 其 引 入 可 编 程 逻 辑 控 制 器 , 使可 编 程 逻 辑 控 制 器 增 加 了 运 算 、 数 据 传 送 及 处 理 等 功 能 , 完 成 了 真 正 具 有 计算 机 特 征 的 工 业 控 制 装 置 。 此 时 的 可 编 程 逻 辑 控 制 器 为 微 机 技 术 和 继 电 器 常规 控 制 概 念 相 结 合 的 产 物 。 个 人 计 算 机 发 展 起 来 后 , 为 了 方 便 和 反 映 可 编 程控 制 器 的 功 能 特 点 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 定 名 为 Programmable Logic Controller( PLC) 。 20 世 纪 70 年 代 中 末 期 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 进 入 实 用 化 发 展 阶 段 , 计 算 机技 术 已 全 面 引 入 可 编 程 控 制 器 中 , 使 其 功 能 发 生 了 飞 跃 。 更 高 的 运 算 速 度 、超 小 型 体 积 、 更 可 靠 的 工 业 抗 干 扰 设 计 、 模 拟 量 运 算 、 PID 功 能 及 极 高 的 性价 比 奠 定 了 它 在 现 代 工 业 中 的 地 位 。 20 世 纪 80 年 代 初 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 在 先 进 工 业 国 家 中 已 获 得 广 泛 应 用 。世 界 上 生 产 可 编 程 控 制 器 的 国 家 日 益 增 多 , 产 量 日 益 上 升 。 这 标 志 着 可 编 程控 制 器 已 步 入 成 熟 阶 段 。 20 世 纪 80 年 代 至 90 年 代 中 期 , 是 可 编 程 逻 辑 控 制 器 发 展 最 快 的 时 期 ,年 增 长 率 一 直 保 持 为 30-40%。 在 这 时 期 , PLC 在 处 理 模 拟 量 能 力 、 数 字 运 算能 力 、 人 机 接 口 能 力 和 网 络 能 力 得 到 大 幅 度 提 高 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 逐 渐 进湘潭大学兴湘学院11入 过 程 控 制 领 域 , 在 某 些 应 用 上 取 代 了 在 过 程 控 制 领 域 处 于 统 治 地 位 的 DCS系 统 。 20 世 纪 末 期 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 的 发 展 特 点 是 更 加 适 应 于 现 代 工 业 的 需要 。 这 个 时 期 发 展 了 大 型 机 和 超 小 型 机 、 诞 生 了 各 种 各 样 的 特 殊 功 能 单 元 、生 产 了 各 种 人 机 界 面 单 元 、 通 信 单 元 , 使 应 用 可 编 程 逻 辑 控 制 器 的 工 业 控 制设 备 的 配 套 更 加 容 易 。本 次 基 于 PLC 电 气 控 制 系 统 的 屋 面 SP 板 的 切 割 机 设 计 , 要 求 其 实 现 的 功能 多 , 速 度 快 , 切 割 有 力 度 , 多 方 位 切 割 , 这 就 迫 使 人 们 一 步 步 的 去 实 现 它 ,屋 面 SP 板 切 割 机 机 也 就 这 样 被 研 发 出 来 了 。 具 体 SP 板 是 一 种 以 钢 绞 线 配 筋用 先 张 法 工 艺 生 产 的 预 应 力 空 心 板 。 SP 是 英 文 SPANCRTE 的 缩 写 , 也 是 美 国福 霖 公 司 对 SP 板 的 注 册 商 标 。 SP 板 可 用 作 工 业 与 民 用 建 筑 的 楼 板 , 屋 面 板和 墙 板 , 构 筑 物 的 盖 板 和 桥 梁 的 桥 面 板 。 SP 板 有 以 下 显 著 特 点 :a.多 种 尺 寸 的 板 高 和 合 理 的 孔 型 , SP 板 的 板 高 为100mm、 130mm、 180mm、 200mm、 25Omm、 300mm 和 380mm 板 高 180mm 以 上 的 孔型 均 采 用 鸭 蛋 型 , 此 种 孔 型 在 生 产 时 最 不 易 塌 孔 。b.重 载 大 跨 , 有 许 多 种 型 号 板 的 活 荷 载 大 于 14kN(荷 载 规 范 中 的 最 大 值 ),最 大 跨 度 达 到 18m。c 外 观 质 量 好 , 几 何 尺 寸 误 差 小 , SP 板 的 板 高 误 差 在 1.5mm 以 内 , 吊装 后 可 不 做 找 平 层 直 接 铺 地 毯 。d.采 用 合 适 的 节 美 构 造 , 有 较 好 的 抗 震 性 能 。美 国 从 五 十 年 代 就 开 始 应 用 SP 板 , 六 十 年 代 SP 板 开 始 进 入 日 本 , 以SP 板 建 成 的 建 筑 经 历 了 美 国 洛 杉 矶 和 日 本 神 户 大 地 震 。 我 国 从 九 十 年 代 开 始引 进 SP 板 生 产 技 术 。1.2 研究意义 研 究 意 义 在 于 它 满 足 了 人 们 对 切 割 机 的 需 求 , 方 便 人 们 的 控 制 , 使 用 其他 非 常 方 便 , 而 且 能 够 实 现 很 多 功 能 , 是 切 割 机 研 发 技 术 上 的 一 次 重 大 突 破 。针 对 建 筑 用 SP 板 切 割 机 的 工 艺 , 验 证 生 产 了 一 套 机 、 电 、 液 一 体 化 的 多 功 能SP 板 切 割 机 , 采 用 先 进 的 PLC 实 现 电 气 控 制 , 自 动 化 程 度 高 , 运 行 安 全 可 靠 ,能 提 高 SP 板 的 切 割 效 率 , 且 能 满 足 用 户 多 方 位 的 切 割 要 求 、 本 课 题 研 究 的 屋面 SP 板 切 割 机 实 现 了 许 多 以 前 用 继 电 器 控 制 系 统 实 现 不 了 的 功 能 , 具 有 很 高的 应 用 价 值 。湘潭大学兴湘学院12第二章 切割机装置及其工艺要求我国引进建成的十几条 SP 板生产线,其生产特点是根据用户对屋面板厚度的要求,一次性将搅拌好的混凝土浇注在预先拉好的几百米长的钢丝上,通过模具直接成型几百米长的 SP 屋面板,一般可浇注 5 层。当所有层 SP 板达到强度要求后,用切割机将其切割成用户所需不同长度以及形状等的屋面 SP 板,因此与 SP 板生产线相配套的 SP 板切割机也是成型不同规格 SP 板的关键设备。但现有的 SP 板切割机只能人为在 SP 板上按长度预先画好切割线,将切割机移至切割位置纵向一层层切割,切割的厚度是通过固定安装的行程开关来控制的,改变切割厚度则需要重新安装行程开关的位置,而且切割的功能单一,只能横向切断 SP 板。而随着现代建筑技术水平的不断提高,要求 SP 板能够成型为不同的断面形状,而且为增强屋面 SP 板的叠合,又要求在 SP 板上切割出一排浅槽,这样,现有切割机已远远不能满足建筑的要求。针对这种情况,开发研制出了一种多功能屋面 SP 板切割机,采用先进的可编程控制器(PLC)对其进行控制,构成一套完整的机电一体化切割装置,实现对屋面 SP 板的多功能切割,满足不同的建筑要求。2.1 SP 切割机总体结构所研制开发的多功能 SP 板切割机装置如图 1 所示。切割工艺包括对 SP 板的横向切割、纵向切割、各种形状的斜向切割、对 SP 板表面的开槽切割以及不切割时切割机的快速纵向行走,对切割的规格进行分级设定,而且在切割过程中实时监视切割深度。图 2.1 多功能 SP 板切割机装置示意图2.2 SP 切割机主要工艺过程2.2.1 规格设定将主切割锯升至上极限位置,点动设定 6 种切割规格,另外当主切割锯片磨损时,为对切割深度进行补偿,点动微调按钮对设定规格进行微调,设定结湘潭大学兴湘学院13果在数码管上显示。2.2.2 横向切割夹紧油缸呈最大夹紧,将主切割锯上升至上极限位置。先将锁定油缸松开,启动回转电机将切割锯转至锯片与 SP 板垂直位置,回转电机停止。然后将锁定油缸锁紧,将小车制动油缸松开,小车横移至左极限起始切割位置,启动主切割电机,并将冷却水打开,主切割锯下降开始切割,切割深度在数码管实时显示。到达所设切割深度时,小车右移开始横向切割,至右极限位置,主切割锯上升至上极限位置,完成一次横向切割工艺。2.2.3 纵向切割夹紧油缸呈最小夹紧,主切割锯上升至上极限位置。先将锁定油缸松开,启动回转电机将切割锯转至锯片与 SP 板平行位置,回转电机停止。然后将锁定油缸锁紧,将小车制动油缸松开,小车横移至起始切割位置,将小车制动油缸锁紧,启动主切割电机,并将冷却水打开,主切割锯下降开始切割,切割深度在数码管实时显示。到达所设切割深度时,大车前进或后退开始纵向切割,至纵向切割终点位置,主切割锯上升至上极限位置,完成一次纵向切割工艺。2.2.4 斜向切割夹紧油缸呈最小夹紧,主切割锯上升至上极限位置。先将锁定油缸松开,启动回转电机将切割锯转至锯片与 sP 板成所需角度位工,回转电机停止。然后将锁定油缸锁紧,将小车制动油缸松开,小车横移至所要求切割位置,将小车制动油缸锁紧,启动主切割电机,并将冷却水打开,主切割锯下降开始切割,切割深度在数码管实时显示。到达所设切割深度时,主切割锯上升至上极限位置,完成一次斜向切割。重复上述斜切工艺,保证下次切割起始位置与上次切割切口衔接,直至完成所有斜向切割工艺。2.2.5 开槽切割夹紧油缸呈最小夹紧,主切割锯上升至上极限位置。升降油缸锁定,开槽锯上升至最高位置,启动开槽切割电机,并将冷却水打开,开槽切割锯下降开始切割。至最低位置,开槽升降油缸锁定,大车后退开始开槽切割,至切割终点位置,开槽切割锯上升至上极限位置,完成一次开槽切割工艺。湘潭大学兴湘学院142.2.6 快速行走为提高切割效率,在切割机不切割时,可以高速在 SP 板上行走,夹紧油缸呈最小夹紧,主切割锯上升至上极限位置,开槽锯上升至最高位置,大车可以高速前进。第三章 控制系统设计3.1 PLC 控制系统可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的工业通用控制装置,体积小、功能强、可靠性高、使用灵活、维护方便、抗干扰能力强,特别适用于逻辑控制、顺序控制、运动控制、过程控制、数据处理与通讯等各种控制领域,是高性能机电一体化主要电气控制设备。根据上述工艺要求,SP 板切割机的控制范围主湘潭大学兴湘学院15要包括主切割电机、开槽电机、回转电机、液压系统油循环泵电机以及电磁阀等电气设备,行走速度的快慢以及夹紧油缸的夹紧力的大小也是通过切换电磁阀实现对液压电机的调速,切割深度用旋转编码器进行实时检测并通过数码管显示,因此整个电气系统是一个全数字全的控制系统。选用三菱 FX2N-128MR 型 PLC 实现对 SP 板切割机的多功能切割电气控制。三菱 FX2N-128MR PLC 是一种紧凑的中小型组装 PLC,安装在 DIN 导轨上,体积小,配置灵活,运行速度快,性能可靠,完全能够满足 SP 板切割机对电气控制的要求。PLC 控制系统配置如图 2.2 所示。图 2.2 PLC 控制系统配置图控制系统采集各种输入信号,执行根据工艺要求编制的梯形图控制程序,程序执行结果通过输出装置控制各种执行机构。梯形图程序的形式与常规继电接触器控制系统的电气控制图相类似,便于用户理解系统执行过程。另外,针对切割过程中经常执行的横向切割工艺,还编制了相应的控制程序,实现横向自动顺序切割控制。当横向切割的初始条件满足时,只需根据自动横向切割的指令,控制程序就能按照横切工艺,一步步顺序执行横切工艺,提高装置横切时的切割效率。3.2 选择 PLC 控制的意义3.2.1 PLC 替代继电器系统的意义1.PLC 可以很容易地实现比较复杂的控制逻辑,传统的继电器系统实现同样的功能则需要大量的控制继电器;2.PLC 以弱电控制强电,省去大量控制继电器,节省电能,运行成本低;湘潭大学兴湘学院163.对于复杂工艺控制系统,采用 PLC 可以简化控制设备(箱柜) ,节省设备投资;4.PLC 改变工艺控制简便易行,传统继电器系统难以改变工艺;5.PLC 检修维护比较方便,需要配备的元件少,维护成本低,节约大量有色金属。6.PLC 控制设备占地面积小,运行噪音低、发热少、损坏元件垃圾少,利于环境;7.PLC 运行维护需要比较高的专业技术。经济意义:随着技术的进步,继电器控制系统已经显示出越来越多的弊端。近年来,PLC 控制系统在工业自动控制领域应用愈来愈广,它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势,是其它工控产品难以比拟的。如果用 PLC 控制技术对系统实施改造,系统配置灵活,编程功能强,性能价格比高,具有普遍的技术和经济意义。3.2.2 其它优点除了以上优点外 PLC 控制系统还具有实时性、高可靠性、安装简单,维修方便等优点。3.3 切割机装置电控设备要求及选型3.3.1 切割装置电控设备其要求主切割电机 M1:正反转运行,实现 SP 板横向、纵向及斜向切割功能。开槽电动机 M2:单向运行,实现 SP 板表面开槽油泵电动机 M3:单向运行,给液压系统提供动力。回转电动机 M4:正反转运行,调整切割头角度。液压马达及电磁铁 YA 实现切割机装置的各种动作及速度调节。旋转编码器 实现切割机切割深度的实时检测。数码管(带译码器) :实现切割机切割规格、切割深度的实时显示。直流开关电源:为 PLC 输入信号提供电源,同时为 PLC 输出驱动提供电源。3.4 主要电控设备选型主切割电机主要实现对 SP 板的切割功能,根据切削力的计算理论得在切削湘潭大学兴湘学院17过程中主切削刀具的受力公式:(3-1)312419.8bcpeFvfa式中 vc 为切削速度、 ap 为轴向切深、fz 为进给量、ae 为径向切深。其他为切削参数为常数查切削工艺参数表得 b1、b2、b3、b4 分别为0.4726,0.6225,0.6678 和 0.2912。由前面工艺条件参考建筑材料性能选主切割电机的转速为 2800r/mm ,切削最大切深为 120mm。最大进给量为 600mm/min。将各个参数代入式(3-1)得主切削刀具所受的切削力为 4.030KN 将其代入下式得主切割电机的负载力矩。(3-2)1403*.1248.36TFRNm 由以上数据可知主切削电机的功率应大于 12KW,选择型号为 Y160M2-2 电机,转速为 2890r/min,功率为 15kw.开槽电机主要实现开槽功能,开槽电机的最大切削深度为主切割电机的一半 。同理可选开槽电机的功率为 5KW,转速 2800r/Min.电机型号为 y132s1-2.功率为 5.5kw,转速为 2900r/min.油泵电机根据液压系统的流量与压力要求选定,根据工艺过程所需的该液压系统功能要求与负载选择油泵的电机。回转电机根据机器的总重量选定。3.5 电控系统原理图根据切割机装置设备的要求,设计电控系统原理图包括:切割机装置电气控制主电路原理图 4.1 以及相应要求的交流控制电路原理图 4.2。QF1QF23QF4QF56QF7kM12kM34kM56FR1 LNPC20v=4L21NMM23M4 23FR0v湘潭大学兴湘学院184.1 切割机装置电气控制主电路原理图湘潭大学兴湘学院19主 切 割 开 槽 液 压 泵 回 转 开 槽 升 降液 压 缸 小 车 制 动液 压 缸 回 转 锁 定液 压 缸 小 车 横 移液 压 缸主 切 割 锯升 降 液 压缸 台 车 移 动液 压 缸 台 车 夹 紧液 压 缸 泵 站 卸 荷图 4.2 交流控制电路原理图湘潭大学兴湘学院203.6 PLC 控制系统设计选用三菱 FX2N-128MR 型,由此得到的 PLC 输入、输出接口功能表如表 3.1及 3.2 所示。表 3.1 输入接口功能表序号输入口说明 序号输入口说明1 X000 输入点备用 33 X040 小车右限位 KL82 X001 主切割电机正转信号 KM1 34 X041 切割头慢降装换开关 SA2-13 X002 主切割电机反转信号 KM2 35 X042 切割头快升装换开关 SA2-24 X003 主切割电机过载信号FR1(常闭)36 X043 切割头下限位 KL95 X004 主切割电机正转按钮 SB1 37 X044 切割头上限位 KL106 X005 主切割电机停止按钮SB2(常闭)38 X045 回转制动油缸开启转换开关SA3-17 X006 主切割电机反转按钮 SB3 39 X046 回转制动油缸制动转换开关SA3-28 X007 输入点备用 40 X047 输入点备用9 X010 开槽电机运行信号 KM3 41 X050 台车最大夹紧转换开关 SA4-110 X011 开槽电机过载信号 FR2 42 X051 台车最小夹紧转换开关 SA4-211 X012 开槽电机启动按钮 SB4 43 X052 台车夹紧松开转换开关 SA4-312 X013 开槽电机停止按钮SB5(常闭)44 X053 小车制动油缸开启转换开关SA5-113 X014 输入点备用 45 X054 小车制动油缸制动转换开关SA5-214 X015 液压泵电机运行信号 KM4 46 X055 开槽机构下降转换开关小车制动油缸开启转换开关 SA6-115 X016 液压泵电机过载信号FR3(常闭)47 X056 开槽机构下降转换开关小车制动油缸开启转换开关 SA6-216 X017 液压系统过滤器 1 堵 KP1 48 X057 输入点备用17 X020 液压系统液位低 KL1(常闭)49 X060 台车前进转换开关 SA7-118 X021 液压系统液位高 KL2(常闭)50 X061 台车慢速转换开关 SA7-219 X022 液压系统过滤器 2 堵 KP2 51 X062 台车中速转换开关 SA7-320 X023 回转电机反转限位开关KL352 X063 台车快速转换开关 SA7-421 X024 输入点备用 53 X064 台车后退转换开关 SA7-5湘潭大学兴湘学院2122 X025 回转电机正转信号 KM5 54 X065 输入点备用23 X026 回转电机反转信号 KM6 55 X066 切割头位置检测旋转编码器KL1124 X027 回转电机正转限位开关KL456 X067 切割头规格设定点动按钮 SF125 X030 回转电机正转按钮 SB6 57 X070 切割头规格设定微调(加)按钮SF226 X031 回转电机停止按钮SB7(常闭)58 X071 切割头规格设定微调(减)按钮SF327 X032 回转电机反转按钮 SB6 59 X072 自动横向切割转换开关 SA828 X033 小车快速左移转换开关SA1-160 X073 液压泵电机启动按钮 SB929 X034 小车慢速右移转换开关SA1-261 X074 液压泵电机停止按钮 SB930 X035 小车左终点限位 KL5 62 X075 输入点备用31 X036 小车左限位 KL6 63 X076 输入点备用32 X037 小车右终点限位 KL7 64 X077 输入点备用表 3.2 PLC 输出口功能表序号输出口说明 序号输出口 说明1 Y000 主切割电机正转中间继电器 K125 Y030 主切割电机运行指示 H162 Y001 主切割电机反转中间继电器 K226 Y031 开槽电机运行指示 H173 Y002 开槽电机运行中间继电器K327 Y032 液压泵电机运行指示 H184 Y003 液压泵电机运行中间继电器 K428 Y033 液压系统液位报警 H195 Y004 回转电机正转中间继电器K529 Y034 台车高速后退控制 K176 Y005 回转电机反转中间继电器K630 Y035 液压系统过滤器堵指示 H207 Y006 开槽油缸上升控制及指示K7、H131 Y036 回转电机运行指示 H218 Y007 开槽油缸下降控制及指示K8、H232 Y037 自动横向切割指示 H229 Y010 小车制动控制及指示K9、H333 Y04010 Y011 小车制动开启控制及指示K10、H434 Y041 切割规格及切割深度指示 H百位湘潭大学兴湘学院2211 Y012 回转锁定控制及指示K11、H535 Y04212 Y013 回转锁定开启控制及指示K12、H636 Y04313 Y014 小车左移控制及指示K13、H737 Y04414 Y015 小车右移控制及指示K14、H838 Y04515 Y016 切割头上升控制及指示K15、H939 Y04616 Y017 切割头下降控制及指示K16、H1040 Y047切割规格及切割深度指示 H十位17 Y020 台车后退控制及指示K19、H1141 Y05018 Y021 台车高速前进控制 K20 42 Y05119 Y022 台车中速前进控制 K21 43 Y05220 Y023 台车最大夹紧控制 K22 44 Y053切割规格及切割深度指示 H个21 Y024 台车夹紧松开控制及指示K23、H1245 Y054Y05722 Y025 台车夹紧控制及指示K24、H134623 Y026 泵站卸荷控制及指示K25、H144724 Y027 台车前进控制及指示K18、H1548Y060Y077输入点备用 20 点第四章 PLC 控制程序设计根据切割机装置操作控制要求得电磁铁标准动作表如表 4-1 所示,结合 PLC控制电路以及电磁铁标准动作表编制 PLC 控制程序。4.1 PLC 控制程序梯形图湘潭大学兴湘学院23图 4-1 切割机 PLC 控制总程序(一)湘潭大学兴湘学院24表 4.1 电磁铁标准动作表电磁铁标准动作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA11YA12YA13YA14YA15YA16YA17YA18YA19YA20UA开槽液压缸上升 + +开槽液压缸下降 + +小车制动液压缸制动 + +小车制动液压缸开启 + +锁定液压缸锁定 + +锁定液压缸开启 + +小车快速左移 + + +小车慢速右移 + +升降液压缸上升 + +升降液压缸下降 +大车高速前进 + + + +大车中速前进 + + +大车慢速前进 + +大车慢速后退 + +大车快速后退 + + +大车最大夹紧 + + +大车最小夹紧 + +大车夹紧松开 + +泵站卸荷湘潭大学兴湘学院25图 4-2 切割机 PLC 控制总程序(二)湘潭大学兴湘学院26图 4-3 切割机 PLC 控制总程序(三)湘潭大学兴湘学院27图 4-4 切割机 PLC 控制总程序(四)湘潭大学兴湘学院28图 4-5 切割机 PLC 控制总程序(五)湘潭大学兴湘学院294.2 语句表湘潭大学兴湘学院31湘潭大学兴湘学院32湘潭大学兴湘学院33湘潭大学兴湘学院344.3 工作原理分析按下 SB1 主切割机正转按下 SB2 主切割机停止按下 SB3 主切割机反转按下 SB4 开槽电机启动按下 SB5 开槽电机停止按下 SB6 回转电机正转按下 SB7 回转电机停转按下 SB8 回转电机反转按下 SB9 液压机点动启动和停止按下 SF1 切割机点动规格设置按下 SF2 切割机规格设定微调(加)按下 SF3 切割机规格设定微调(减)湘潭大学兴湘学院36第五章 操作说明书根据切割机装XXXX 大学毕业设计说明书题 目: SP 板切割机的电气控制系统设计专 业: 机械设计制造及其自动化 学 号: 姓 名: 指导教师: 完成日期: 2012 5.25 湘 潭 大 学毕业论文(设计)任务书论文(设计)题目: SP 板切割机的电气控制系统设计 学号: 姓名: 专业: 机械设计制造及其自动化 指导教师: 系主任: 周友行 一、主要内容及基本要求1.该切割机的工艺路线要包括以下几步:横向切割,大车快速纵向行走,纵向切割,斜向切割,开槽切割,自动横向切割。 2.主要内容: 2.1 主切割电动机 M1 正反转运行,实现 SP 板横向、纵向及斜向切割功能。2.2 开槽电动机 M2 单向运行,实现 SP 板表面开槽功能。2.3 油泵电动机 M3 单向运行,给液压系统提供动力。2.4 回转电动机 M4 正反转运行,调整切割头角度。2.5 液压马达及电磁铁 YA 实现切割机装置的各种动作及速度调节。2.6 旋转编码器实现切割机切割深度的实时检测。2.7 数码管(带译码器)实现切割机切割规格切割深度的实时显示。2.8 直流开关电源为 PLC 输入信号提供电源,同时为 PLC 输出驱动提供电源。 3.基本要求 3.1 编制电气控制总体方案说明书 。 3.2 设计电气控制原理图: (1)主电路设计 (2)交流控制电路设计 (3)主要器件参数计算 (4)PLC 控制程序设计 湘潭大学兴湘学院3二、重点研究的问题针对建筑用 SP 板切割机的工艺,设计一套机、电、液一体化的多功能 SP 板 切割机,采用先进的 PLC 实现电气控制,使其具有较高自动化程度及较高的运行 安全可靠性,能提高 SP 板的切割效率。并能满足用户多方位的切割要求。三、进度安排序号 各阶段完成的内容 完成时间1 收集相关资料及有关文献 3 月 10 日3 月 25 日2 编制电气控制总体设计方案 3 月 26 日4 月 15 日3 PLC 控制电路设计 4 月 16 日4 月 28 日4 PLC 控制程序的编制 4 月 29 日5 月 10 日5 写出初稿 5 月 11 日5 月 15 日6 修改后写出第二稿 5 月 16 日5 月 20 日7 写出正式稿 5 月 21 日5 月 25 日8 答辩 5 月 26 日5 月 31 日四、应收集的资料及主要参考文献【1】王卫星,傅立思。可编程控制器原理及应用【M】 。中国水利出版社,2002 【2】徐德,孙同景。可编程控制器应用技术【M】 。山东科学技术出版社,2001 【3】何友华,可编程控制器及常用控制电器【M】 。冶金工业出版社,2003 【4】朱家建,单片机与可编程控制器【M】 。高等教育出版社, 2000 【5】徐世许,可编程控制器原理应用网络【M】 。中国科学技术大学出版社,湘潭大学兴湘学院42000 【6】田瑞庭,可编程控制器应用技术【M】 。机械工业出版社, 1994 【7】何衍庆,可编程控制器原理及应用技术【M】 。化学工业出版社,2003 【8】黄大雷,吴庚生。可编程控制器及其应用【M】 。人民交通出版社,1993 【9】焦振学,机床电气控制技术【M】 。北京理工大学出版社, 1998 【10】王永华,现代电气控制及 PLC 应用技术【M】 。北京航空航天大学出 版社,2008 湘 潭 大 学毕业论文(设计)评阅表学号 姓名 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文(设计)题目: SP 板切割机的电气控制系统设计 湘潭大学兴湘学院5湘 潭 大 学毕业论文(设计)鉴定意见学号: 姓名: 专业: 机械设计制造及其自动化 评价项目 评 价 内 容选题1.是否符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求,达到综合训练的目的;2.难度、份量是否适当;3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力;2.是否有综合运用知识的能力;3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力;4.是否具备一定的外文与计算机应用能力;5.工科是否有经济分析能力。论文(设计)质量1.立论是否正确,论述是否充分,结构是否严谨合理;实验是否正确,设计、计算、分析处理是否科学;技术用语是否准确,符号是否统一,图表图纸是否完备、整洁、正确,引文是否规范;2.文字是否通顺,有无观点提炼,综合概括能力如何;3.有无理论价值或实际应用价值,有无创新之处。综合评价同学在 SP 板切割机的电气控制系统设计中表现良好,工作刻苦,按时完成老师布置的任务。在毕业设计中遇到难题时积极查阅资料,同时积极向老师询问。该生具有很强的动手能力和好奇心,已经具备独立工作的能力。希望该生在以后的工作中继续保持不骄不躁的精神,把理论知识与社会实践很好的结合,为祖国做出更大的贡献。评阅人: 年 月 日湘潭大学兴湘学院6毕业论文(设计说明书) 页 图 表 张论文(设计)题目: SP 板切割机的电气控制系统设计 内容提要: 本设计的控制对象为多功能屋面 SP 板切割机,本装置共设有四台电动机。本装置的液压系统由电磁阀控制液压回路的通断,来实现台车及小车横移的水平移动。本装置共有 20 个电磁阀,电磁阀的额定电压为 220v,线圈启动容量为 100VA,吸持10.5VA,铸体为不锈钢。该切割机的工艺路线要包括以下几步:横向切割,大车快速纵向行走,纵向切割,斜向切割,开槽切割,自动横向切割。主切割电动机 M1 正反转运行,实现 SP 板横向、纵向及斜向切割功能。开槽电动机 M2 单向运行,实现 SP 板表面开槽功能。油泵电动机 M3 单向运行,给液压系统提供动力。回转电动机 M4 正反转运行,调整切割头角度液压马达及电磁铁 YA 实现切割机装置的各种动作及速度调节。旋转编码器实现切割机切割深度的实时检测。数码管(带译码器)实现切割机切割规格切割深度的实时显示还进行了主电路和交流控制电路及控制程序的设计,并对主要器件参数进行了计算。指导教师评语该生在设计任务过程中能及时地完成老师布置的各个阶段的任务,并且完成的很好。本次设计难度工作量适中,在设计期间该生能够非常自觉的投入大量的时间和精力,湘潭大学兴湘学院7积极询问各方面专业知识上的不足点,表现很好。该设计符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求;作者具有很好的查阅文献、综合归纳资料的能力。设计说明书的内容表述也基本正确。总之该生具备了独立工作和解决问题的能力。同意其参加答辩,建议成绩评定为: 指导教师: 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组组长: 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任: 年 月 日目 录第一章 前言 .9湘潭大学兴湘学院81.1 屋面 SP 板切割机的来源 .91.2 研究意义 .10第二章 切割机装置及其工艺要求 .112.1 SP 切割机总体结构 .112.2 SP 切割机主要工艺过程 .122.2.1 规格设定 .122.2.2 横向切割 .122.2.3 纵向切割 .122.2.4 斜向切割 .122.2.5 开槽切割 .132.2.6 快速行走 .13第三章 控制系统设计 .143.1 PLC 控制系统 .143.2 选择 PLC 控制的意义 .153.2.1 PLC 替代继电器系统的意义 .153.2.2 其它优点 .153.3 切割机装置电控设备要求及选型 .153.3.1 切割装置电控设备其要求 .153.4 主要电控设备选型 .163.5 电控系统原理图 .163.6 PLC 控制系统设计 .19第四章 PLC 控制程序设计 .214.1 PLC 控制程序梯形图 .214.2 语句表 .284.3 工作原理分析 .34第五章 操作说明书 .355.1 切割规格设定 .355.2 手动横向切割 .355.3 台车快速纵向行走 .365.4 手动纵向切割 .375.5 手动斜向切割 .385.6 手动开槽切割 .395.7 自动横向切割 .40总结 .41致谢 .42参考文献 .43附录:英文文献翻译 .44摘要:本课题研究的是屋面 SP 切割机的电气控制系统,满足了人们对切割机需求,方便人们控制,使用起来非常方便,而且能够实现许多功能,是切割机研发在技术上的一次重大突破。应证了“科学机是第一生产力”这句话。具体实现的功能是横向切割、大车纵向行走、纵向切割、斜向切割、开槽切割、自动横向切割。采用 PLC 自动控制系统简洁方便,经济实用。最终用 PLC 控制很好的完成了 SP 板的自动切割功能。关键词:PLC 电气设备 控制系统 自动化Abstract :This topic research of the cutting machine is roofing SP electric control system, and satisfy the peoples needs cutting machine, convenient for people to control, use rise very convenient, but also to realize many functions, is cutting machine in technology research and development of a major breakthrough. Should card scientific machine is the first productive forces this sentence. The specific function of the realization of the transverse cutting, cart is longitudinal walk, the longitudinal cutting, inclined to cut, slot cutting, automatic horizontal cutting. Adopting PLC automatic control system is concise convenient, economical and practical. Finally using PLC control good completed the automatic cutting function SP board. Keywords: PLC Electrical equipment Control system automation第一章 前言1.1 屋面 SP 板切割机的来源随着经济快速的发展,人们生活水平的提高,人们对一些自动化设备的需求也越来越大,要求其自动化程度也越来越高。应运而生的 PLC 在现代工业控制领域中早已得到了广泛的应用。可 编 程 逻 辑 控 制 器 PLC 具 有 以 下 鲜 明 的 特点 : 一 、 系 统 构 成 灵 活 , 扩 展 容 易 , 以 开 关 量 控 制 为 其 特 长 ; 也 能 进 行 连 续过 程 的 PID 回 路 控 制 ; 并 能 与 上 位 机 构 成 复 杂 的 控 制 系 统 , 如 DDC 和 DCS 等 ,实 现 生 产 过 程 的 综 合 自 动 化 。 二 、 使 用 方 便 , 编 程 简 单 , 采 用 简 明 的 梯 形 图 、 逻 辑 图 或 语 句 表 等 编 程语 言 , 而 无 需 计 算 机 知 识 , 因 此 系 统 开 发 周 期 短 , 现 场 调 试 容 易 。 另 外 , 可在 线 修 改 程 序 , 改 变 控 制 方 案 而 不 拆 动 硬 件 。 三 、 能 适 应 各 种 恶 劣 的 运 行 环 境 , 抗 干 扰 能 力 强 , 可 靠 性 强 , 远 高 于 其他 各 种 机 型 。20 世 纪 70 年 代 初 出 现 了 微 处 理 器 。 人 们 很 快 将 其 引 入 可 编 程 逻 辑 控 制 器 , 使可 编 程 逻 辑 控 制 器 增 加 了 运 算 、 数 据 传 送 及 处 理 等 功 能 , 完 成 了 真 正 具 有 计算 机 特 征 的 工 业 控 制 装 置 。 此 时 的 可 编 程 逻 辑 控 制 器 为 微 机 技 术 和 继 电 器 常规 控 制 概 念 相 结 合 的 产 物 。 个 人 计 算 机 发 展 起 来 后 , 为 了 方 便 和 反 映 可 编 程控 制 器 的 功 能 特 点 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 定 名 为 Programmable Logic Controller( PLC) 。 20 世 纪 70 年 代 中 末 期 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 进 入 实 用 化 发 展 阶 段 , 计 算 机技 术 已 全 面 引 入 可 编 程 控 制 器 中 , 使 其 功 能 发 生 了 飞 跃 。 更 高 的 运 算 速 度 、超 小 型 体 积 、 更 可 靠 的 工 业 抗 干 扰 设 计 、 模 拟 量 运 算 、 PID 功 能 及 极 高 的 性价 比 奠 定 了 它 在 现 代 工 业 中 的 地 位 。 20 世 纪 80 年 代 初 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 在 先 进 工 业 国 家 中 已 获 得 广 泛 应 用 。世 界 上 生 产 可 编 程 控 制 器 的 国 家 日 益 增 多 , 产 量 日 益 上 升 。 这 标 志 着 可 编 程控 制 器 已 步 入 成 熟 阶 段 。 20 世 纪 80 年 代 至 90 年 代 中 期 , 是 可 编 程 逻 辑 控 制 器 发 展 最 快 的 时 期 ,年 增 长 率 一 直 保 持 为 30-40%。 在 这 时 期 , PLC 在 处 理 模 拟 量 能 力 、 数 字 运 算能 力 、 人 机 接 口 能 力 和 网 络 能 力 得 到 大 幅 度 提 高 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 逐 渐 进湘潭大学兴湘学院11入 过 程 控 制 领 域 , 在 某 些 应 用 上 取 代 了 在 过 程 控 制 领 域 处 于 统 治 地 位 的 DCS系 统 。 20 世 纪 末 期 , 可 编 程 逻 辑 控 制 器 的 发 展 特 点 是 更 加 适 应 于 现 代 工 业 的 需要 。 这 个 时 期 发 展 了 大 型 机 和 超 小 型 机 、 诞 生 了 各 种 各 样 的 特 殊 功 能 单 元 、生 产 了 各 种 人 机 界 面 单 元 、 通 信 单 元 , 使 应 用 可 编 程 逻 辑 控 制 器 的 工 业 控 制设 备 的 配 套 更 加 容 易 。本 次 基 于 PLC 电 气 控 制 系 统 的 屋 面 SP 板 的 切 割 机 设 计 , 要 求 其 实 现 的 功能 多 , 速 度 快 , 切 割 有 力 度 , 多 方 位 切 割 , 这 就 迫 使 人 们 一 步 步 的 去 实 现 它 ,屋 面 SP 板 切 割 机 机 也 就 这 样 被 研 发 出 来 了 。 具 体 SP 板 是 一 种 以 钢 绞 线 配 筋用 先 张 法 工 艺 生 产 的 预 应 力 空 心 板 。 SP 是 英 文 SPANCRTE 的 缩 写 , 也 是 美 国福 霖 公 司 对 SP 板 的 注 册 商 标 。 SP 板 可 用 作 工 业 与 民 用 建 筑 的 楼 板 , 屋 面 板和 墙 板 , 构 筑 物 的 盖 板 和 桥 梁 的 桥 面 板 。 SP 板 有 以 下 显 著 特 点 :a.多 种 尺 寸 的 板 高 和 合 理 的 孔 型 , SP 板 的 板 高 为100mm、 130mm、 180mm、 200mm、 25Omm、 300mm 和 380mm 板 高 180mm 以 上 的 孔型 均 采 用 鸭 蛋 型 , 此 种 孔 型 在 生 产 时 最 不 易 塌 孔 。b.重 载 大 跨 , 有 许 多 种 型 号 板 的 活 荷 载 大 于 14kN(荷 载 规 范 中 的 最 大 值 ),最 大 跨 度 达 到 18m。c 外 观 质 量 好 , 几 何 尺 寸 误 差 小 , SP 板 的 板 高 误 差 在 1.5mm 以 内 , 吊装 后 可 不 做 找 平 层 直 接 铺 地 毯 。d.采 用 合 适 的 节 美 构 造 , 有 较 好 的 抗 震 性 能 。美 国 从 五 十 年 代 就 开 始 应 用 SP 板 , 六 十 年 代 SP 板 开 始 进 入 日 本 , 以SP 板 建 成 的 建 筑 经 历 了 美 国 洛 杉 矶 和 日 本 神 户 大 地 震 。 我 国 从 九 十 年 代 开 始引 进 SP 板 生 产 技 术 。1.2 研究意义 研 究 意 义 在 于 它 满 足 了 人 们 对 切 割 机 的 需 求 , 方 便 人 们 的 控 制 , 使 用 其他 非 常 方 便 , 而 且 能 够 实 现 很 多 功 能 , 是 切 割 机 研 发 技 术 上 的 一 次 重 大 突 破 。针 对 建 筑 用 SP 板 切 割 机 的 工 艺 , 验 证 生 产 了 一 套 机 、 电 、 液 一 体 化 的 多 功 能SP 板 切 割 机 , 采 用 先 进 的 PLC 实 现 电 气 控 制 , 自 动 化 程 度 高 , 运 行 安 全 可 靠 ,能 提 高 SP 板 的 切 割 效 率 , 且 能 满 足 用 户 多 方 位 的 切 割 要 求 、 本 课 题 研 究 的 屋面 SP 板 切 割 机 实 现 了 许 多 以 前 用 继 电 器 控 制 系 统 实 现 不 了 的 功 能 , 具 有 很 高的 应 用 价 值 。湘潭大学兴湘学院12第二章 切割机装置及其工艺要求我国引进建成的十几条 SP 板生产线,其生产特点是根据用户对屋面板厚度的要求,一次性将搅拌好的混凝土浇注在预先拉好的几百米长的钢丝上,通过模具直接成型几百米长的 SP 屋面板,一般可浇注 5 层。当所有层 SP 板达到强度要求后,用切割机将其切割成用户所需不同长度以及形状等的屋面 SP 板,因此与 SP 板生产线相配套的 SP 板切割机也是成型不同规格 SP 板的关键设备。但现有的 SP 板切割机只能人为在 SP 板上按长度预先画好切割线,将切割机移至切割位置纵向一层层切割,切割的厚度是通过固定安装的行程开关来控制的,改变切割厚度则需要重新安装行程开关的位置,而且切割的功能单一,只能横向切断 SP 板。而随着现代建筑技术水平的不断提高,要求 SP 板能够成型为不同的断面形状,而且为增强屋面 SP 板的叠合,又要求在 SP 板上切割出一排浅槽,这样,现有切割机已远远不能满足建筑的要求。针对这种情况,开发研制出了一种多功能屋面 SP 板切割机,采用先进的可编程控制器(PLC)对其进行控制,构成一套完整的机电一体化切割装置,实现对屋面 SP 板的多功能切割,满足不同的建筑要求。2.1 SP 切割机总体结构所研制开发的多功能 SP 板切割机装置如图 1 所示。切割工艺包括对 SP 板的横向切割、纵向切割、各种形状的斜向切割、对 SP 板表面的开槽切割以及不切割时切割机的快速纵向行走,对切割的规格进行分级设定,而且在切割过程中实时监视切割深度。图 2.1 多功能 SP 板切割机装置示意图2.2 SP 切割机主要工艺过程2.2.1 规格设定将主切割锯升至上极限位置,点动设定 6 种切割规格,另外当主切割锯片磨损时,为对切割深度进行补偿,点动微调按钮对设定规格进行微调,设定结湘潭大学兴湘学院13果在数码管上显示。2.2.2 横向切割夹紧油缸呈最大夹紧,将主切割锯上升至上极限位置。先将锁定油缸松开,启动回转电机将切割锯转至锯片与 SP 板垂直位置,回转电机停止。然后将锁定油缸锁紧,将小车制动油缸松开,小车横移至左极限起始切割位置,启动主切割电机,并将冷却水打开,主切割锯下降开始切割,切割深度在数码管实时显示。到达所设切割深度时,小车右移开始横向切割,至右极限位置,主切割锯上升至上极限位置,完成一次横向切割工艺。2.2.3 纵向切割夹紧油缸呈最小夹紧,主切割锯上升至上极限位置。先将锁定油缸松开,启动回转电机将切割锯转至锯片与 SP 板平行位置,回转电机停止。然后将锁定油缸锁紧,将小车制动油缸松开,小车横移至起始切割位置,将小车制动油缸锁紧,启动主切割电机,并将冷却水打开,主切割锯下降开始切割,切割深度在数码管实时显示。到达所设切割深度时,大车前进或后退开始纵向切割,至纵向切割终点位置,主切割锯上升至上极限位置,完成一次纵向切割工艺。2.2.4 斜向切割夹紧油缸呈最小夹紧,主切割锯上升至上极限位置。先将锁定油缸松开,启动回转电机将切割锯转至锯片与 sP 板成所需角度位工,回转电机停止。然后将锁定油缸锁紧,将小车制动油缸松开,小车横移至所要求切割位置,将小车制动油缸锁紧,启动主切割电机,并将冷却水打开,主切割锯下降开始切割,切割深度在数码管实时显示。到达所设切割深度时,主切割锯上升至上极限位置,完成一次斜向切割。重复上述斜切工艺,保证下次切割起始位置与上次切割切口衔接,直至完成所有斜向切割工艺。2.2.5 开槽切割夹紧油缸呈最小夹紧,主切割锯上升至上极限位置。升降油缸锁定,开槽锯上升至最高位置,启动开槽切割电机,并将冷却水打开,开槽切割锯下降开始切割。至最低位置,开槽升降油缸锁定,大车后退开始开槽切割,至切割终点位置,开槽切割锯上升至上极限位置,完成一次开槽切割工艺。湘潭大学兴湘学院142.2.6 快速行走为提高切割效率,在切割机不切割时,可以高速在 SP 板上行走,夹紧油缸呈最小夹紧,主切割锯上升至上极限位置,开槽锯上升至最高位置,大车可以高速前进。第三章 控制系统设计3.1 PLC 控制系统可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的工业通用控制装置,体积小、功能强、可靠性高、使用灵活、维护方便、抗干扰能力强,特别适用于逻辑控制、顺序控制、运动控制、过程控制、数据处理与通讯等各种控制领域,是高性能机电一体化主要电气控制设备。根据上述工艺要求,SP 板切割机的控制范围主湘潭大学兴湘学院15要包括主切割电机、开槽电机、回转电机、液压系统油循环泵电机以及电磁阀等电气设备,行走速度的快慢以及夹紧油缸的夹紧力的大小也是通过切换电磁阀实现对液压电机的调速,切割深度用旋转编码器进行实时检测并通过数码管显示,因此整个电气系统是一个全数字全的控制系统。选用三菱 FX2N-128MR 型 PLC 实现对 SP 板切割机的多功能切割电气控制。三菱 FX2N-128MR PLC 是一种紧凑的中小型组装 PLC,安装在 DIN 导轨上,体积小,配置灵活,运行速度快,性能可靠,完全能够满足 SP 板切割机对电气控制的要求。PLC 控制系统配置如图 2.2 所示。图 2.2 PLC 控制系统配置图控制系统采集各种输入信号,执行根据工艺要求编制的梯形图控制程序,程序执行结果通过输出装置控制各种执行机构。梯形图程序的形式与常规继电接触器控制系统的电气控制图相类似,便于用户理解系统执行过程。另外,针对切割过程中经常执行的横向切割工艺,还编制了相应的控制程序,实现横向自动顺序切割控制。当横向切割的初始条件满足时,只需根据自动横向切割的指令,控制程序就能按照横切工艺,一步步顺序执行横切工艺,提高装置横切时的切割效率。3.2 选择 PLC 控制的意义3.2.1 PLC 替代继电器系统的意义1.PLC 可以很容易地实现比较复杂的控制逻辑,传统的继电器系统实现同样的功能则需要大量的控制继电器;2.PLC 以弱电控制强电,省去大量控制继电器,节省电能,运行成本低;湘潭大学兴湘学院163.对于复杂工艺控制系统,采用 PLC 可以简化控制设备(箱柜) ,节省设备投资;4.PLC 改变工艺控制简便易行,传统继电器系统难以改变工艺;5.PLC 检修维护比较方便,需要配备的元件少,维护成本低,节约大量有色金属。6.PLC 控制设备占地面积小,运行噪音低、发热少、损坏元件垃圾少,利于环境;7.PLC 运行维护需要比较高的专业技术。经济意义:随着技术的进步,继电器控制系统已经显示出越来越多的弊端。近年来,PLC 控制系统在工业自动控制领域应用愈来愈广,它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势,是其它工控产品难以比拟的。如果用 PLC 控制技术对系统实施改造,系统配置灵活,编程功能强,性能价格比高,具有普遍的技术和经济意义。3.2.2 其它优点除了以上优点外 PLC 控制系统还具有实时性、高可靠性、安装简单,维修方便等优点。3.3 切割机装置电控设备要求及选型3.3.1 切割装置电控设备其要求主切割电机 M1:正反转运行,实现 SP 板横向、纵向及斜向切割功能。开槽电动机 M2:单向运行,实现 SP 板表面开槽油泵电动机 M3:单向运行,给液压系统提供动力。回转电动机 M4:正反转运行,调整切割头角度。液压马达及电磁铁 YA 实现切割机装置的各种动作及速度调节。旋转编码器 实现切割机切割深度的实时检测。数码管(带译码器) :实现切割机切割规格、切割深度的实时显示。直流开关电源:为 PLC 输入信号提供电源,同时为 PLC 输出驱动提供电源。3.4 主要电控设备选型主切割电机主要实现对 SP 板的切割功能,根据切削力的计算理论得在切削湘潭大学兴湘学院17过程中主切削刀具的受力公式:(3-1)312419.8bcpeFvfa式中 vc 为切削速度、 ap 为轴向切深、fz 为进给量、ae 为径向切深。其他为切削参数为常数查切削工艺参数表得 b1、b2、b3、b4 分别为0.4726,0.6225,0.6678 和 0.2912。由前面工艺条件参考建筑材料性能选主切割电机的转速为 2800r/mm ,切削最大切深为 120mm。最大进给量为 600mm/min。将各个参数代入式(3-1)得主切削刀具所受的切削力为 4.030KN 将其代入下式得主切割电机的负载力矩。(3-2)1403*.1248.36TFRNm 由以上数据可知主切削电机的功率应大于 12KW,选择型号为 Y160M2-2 电机,转速为 2890r/min,功率为 15kw.开槽电机主要实现开槽功能,开槽电机的最大切削深度为主切割电机的一半 。同理可选开槽电机的功率为 5KW,转速 2800r/Min.电机型号为 y132s1-2.功率为 5.5kw,转速为 2900r/min.油泵电机根据液压系统的流量与压力要求选定,根据工艺过程所需的该液压系统功能要求与负载选择油泵的电机。回转电机根据机器的总重量选定。3.5 电控系统原理图根据切割机装置设备的要求,设计电控系统原理图包括:切割机装置电气控制主电路原理图 4.1 以及相应要求的交流控制电路原理图 4.2。QF1QF23QF4QF56QF7kM12kM34kM56FR1 LNPC20v=4L21NMM23M4 23FR0v湘潭大学兴湘学院184.1 切割机装置电气控制主电路原理图湘潭大学兴湘学院19主 切 割 开 槽 液 压 泵 回 转 开 槽 升 降液 压 缸 小 车 制 动液 压 缸 回 转 锁 定液 压 缸 小 车 横 移液 压 缸主 切 割 锯升 降 液 压缸 台 车 移 动液 压 缸 台 车 夹 紧液 压 缸 泵 站 卸 荷图 4.2 交流控制电路原理图湘潭大学兴湘学院203.6 PLC 控制系统设计选用三菱 FX2N-128MR 型,由此得到的 PLC 输入、输出接口功能表如表 3.1及 3.2 所示。表 3.1 输入接口功能表序号输入口说明 序号输入口说明1 X000 输入点备用 33 X040 小车右限位 KL82 X001 主切割电机正转信号 KM1 34 X041 切割头慢降装换开关 SA2-13 X002 主切割电机反转信号 KM2 35 X042 切割头快升装换开关 SA2-24 X003 主切割电机过载信号FR1(常闭)36 X043 切割头下限位 KL95 X004 主切割电机正转按钮 SB1 37 X044 切割头上限位 KL106 X005 主切割电机停止按钮SB2(常闭)38 X045 回转制动油缸开启转换开关SA3-17 X006 主切割电机反转按钮 SB3 39 X046 回转制动油缸制动转换开关SA3-28 X007 输入点备用 40 X047 输入点备用9 X010 开槽电机运行信号 KM3 41 X050 台车最大夹紧转换开关 SA4-110 X011 开槽电机过载信号 FR2 42 X051 台车最小夹紧转换开关 SA4-211 X012 开槽电机启动按钮 SB4 43 X052 台车夹紧松开转换开关 SA4-312 X013 开槽电机停止按钮SB5(常闭)44 X053 小车制动油缸开启转换开关SA5-113 X014 输入点备用 45 X054 小车制动油缸制动转换开关SA5-214 X015 液压泵电机运行信号 KM4 46 X055 开槽机构下降转换开关小车制动油缸开启转换开关 SA6-115 X016 液压泵电机过载信号FR3(常闭)47 X056 开槽机构下降转换开关小车制动油缸开启转换开关 SA6-216 X017 液压系统过滤器 1 堵 KP1 48 X057 输入点备用17 X020 液压系统液位低 KL1(常闭)49 X060 台车前进转换开关 SA7-118 X021 液压系统液位高 KL2(常闭)50 X061 台车慢速转换开关 SA7-219 X022 液压系统过滤器 2 堵 KP2 51 X062 台车中速转换开关 SA7-320 X023 回转电机反转限位开关KL352 X063 台车快速转换开关 SA7-421 X024 输入点备用 53 X064 台车后退转换开关 SA7-5湘潭大学兴湘学院2122 X025 回转电机正转信号 KM5 54 X065 输入点备用23 X026 回转电机反转信号 KM6 55 X066 切割头位置检测旋转编码器KL1124 X027 回转电机正转限位开关KL456 X067 切割头规格设定点动按钮 SF125 X030 回转电机正转按钮 SB6 57 X070 切割头规格设定微调(加)按钮SF226 X031 回转电机停止按钮SB7(常闭)58 X071 切割头规格设定微调(减)按钮SF327 X032 回转电机反转按钮 SB6 59 X072 自动横向切割转换开关 SA828 X033 小车快速左移转换开关SA1-160 X073 液压泵电机启动按钮 SB929 X034 小车慢速右移转换开关SA1-261 X074 液压泵电机停止按钮 SB930 X035 小车左终点限位 KL5 62 X075 输入点备用31 X036 小车左限位 KL6 63 X076 输入点备用32 X037 小车右终点限位 KL7 64 X077 输入点备用表 3.2 PLC 输出口功能表序号输出口说明 序号输出口 说明1 Y000 主切割电机正转中间继电器 K125 Y030 主切割电机运行指示 H162 Y001 主切割电机反转中间继电器 K226 Y031 开槽电机运行指示 H173 Y002 开槽电机运行中间继电器K327 Y032 液压泵电机运行指示 H184 Y003 液压泵电机运行中间继电器 K428 Y033 液压系统液位报警 H195 Y004 回转电机正转中间继电器K529 Y034 台车高速后退控制 K176 Y005 回转电机反转中间继电器K630 Y035 液压系统过滤器堵指示 H207 Y006 开槽油缸上升控制及指示K7、H131 Y036 回转电机运行指示 H218 Y007 开槽油缸下降控制及指示K8、H232 Y037 自动横向切割指示 H229 Y010 小车制动控制及指示K9、H333 Y04010 Y011 小车制动开启控制及指示K10、H434 Y041 切割规格及切割深度指示 H百位湘潭大学兴湘学院2211 Y012 回转锁定控制及指示K11、H535 Y04212 Y013 回转锁定开启控制及指示K12、H636 Y04313 Y014 小车左移控制及指示K13、H737 Y04414 Y015 小车右移控制及指示K14、H838 Y04515 Y016 切割头上升控制及指示K15、H939 Y04616 Y017 切割头下降控制及指示K16、H1040 Y047切割规格及切割深度指示 H十位17 Y020 台车后退控制及指示K19、H1141 Y05018 Y021 台车高速前进控制 K20 42 Y05119 Y022 台车中速前进控制 K21 43 Y05220 Y023 台车最大夹紧控制 K22 44 Y053切割规格及切割深度指示 H个21 Y024 台车夹紧松开控制及指示K23、H1245 Y054Y05722 Y025 台车夹紧控制及指示K24、H134623 Y026 泵站卸荷控制及指示K25、H144724 Y027 台车前进控制及指示K18、H1548Y060Y077输入点备用 20 点第四章 PLC 控制程序设计根据切割机装置操作控制要求得电磁铁标准动作表如表 4-1 所示,结合 PLC控制电路以及电磁铁标准动作表编制 PLC 控制程序。4.1 PLC 控制程序梯形图湘潭大学兴湘学院23图 4-1 切割机 PLC 控制总程序(一)湘潭大学兴湘学院24表 4.1 电磁铁标准动作表电磁铁标准动作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA11YA12YA13YA14YA15YA16YA17YA18YA19YA20UA开槽液压缸上升 + +开槽液压缸下降 + +小车制动液压缸制动 + +小车制动液压缸开启 + +锁定液压缸锁定 + +锁定液压缸开启 + +小车快速左移 + + +小车慢速右移 + +升降液压缸上升 + +升降液压缸下降 +大车高速前进 + + + +大车中速前进 + + +大车慢速前进 + +大车慢速后退 + +大车快速后退 + + +大车最大夹紧 + + +大车最小夹紧 + +大车夹紧松开 + +泵站卸荷湘潭大学兴湘学院25图 4-2 切割机 PLC 控制总程序(二)湘潭大学兴湘学院26图 4-3 切割机 PLC 控制总程序(三)湘潭大学兴湘学院27图 4-4 切割机 PLC 控制总程序(四)湘潭大学兴湘学院28图 4-5 切割机 PLC 控制总程序(五)湘潭大学兴湘学院294.2 语句表湘潭大学兴湘学院31湘潭大学兴湘学院32湘潭大学兴湘学院33湘潭大学兴湘学院344.3 工作原理分析按下 SB1 主切割机正转按下 SB2 主切割机停止按下 SB3 主切割机反转按下 SB4 开槽电机启动按下 SB5 开槽电机停止按下 SB6 回转电机正转按下 SB7 回转电机停转按下 SB8 回转电机反转按下 SB9 液压机点动启动和停止按下 SF1 切割机点动规格设置按下 SF2 切割机规格设定微调(加)按下 SF3 切割机规格设定微调(减)湘潭大学兴湘学院36第五章 操作说明书根据切割机装
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