毕业设计（论文）MC275PV金属圆锯机PLC控制系统设计

专科毕业设计（论文）设计题目： MC275PV金属圆锯机PLC控制系统设计 系 部： 电气工程系 专 业： 工业企业电气自动化 班 级： 工企091301 姓 名： 学 号： 093905130104 指导教师： 职 称： 副教授 2012年6月 南京摘 要 金属圆锯机(以下简称为切管机)是管材加工及汽车管道行业中专用加工设备。适用于各类管材的切断及倒角的加工。由于需要提高工作效率，该设备除了送料为了调整方便采用手动外，我们设计其余工序采用可编程序控制器(PLC)作为核心控制组件的控制系统全部自动完成。PLC的应用可使系统的控制和调整简单，运行可靠，这不仅避免了传统继电器逻辑控制线路体积庞大、故障率高、维护困难的缺点，又克服了单片机控制系统开发成本高，接口处理及编程相对复杂等缺点。本文从自动控制元件的选型、硬件设计、参数设定、软件设计等几个方面介绍了切管机中PLC控制系统的设计，阐述了该技术的应用使设备运行更加平稳、可靠，系统的维护成本大大降低，实现了大批量的专业化生产。关键词 PLC 控制系统 切管机 AbstractMetal sawing machine (The following call cut pipe bender for short)is steel tubes processing and cars in the special-purpose industry special processing equipment .Apply to all kinds of pipes cut and chamfering processing. In order to improve work efficiency, this equipment in addition to easy to adjust the feeding manual outside, we design the rest of the process the programmable logic controller (PLC) as the key control components for the control system all done automatically. The application of PLC can make system control and adjust the simple, reliable operation, this not only avoid the traditional relay logic control line huge volume ,high failure, maintenance difficulties shortcomings, and overcome the single-chip microcomputer control system, high cost and interface treatment and programming relatively complicated shortcomings. This paper, from the automatic control of components of the selection, circuit design, parameter setting several introduced the cut in the pipe of PLC control system design, this paper expounds the application of the technology that equipment working more smoothly, reliable, and system maintenance cost reduced greatly, realize the large quantities of professional production.Keywords PLC the control system cut pipe bender 目 录1 绪论12 MC275PV切管机PLC控制方案的选择22.1 控制方式的比较22.1.1 机械控制22.1.2 PLC控制22.2 PLC的基本结构32.2.1 I/O电路32.3 PLC容量的估算52.4 I/O模块的选择62.5 PLC机型的选择72.6 触摸屏83 基于PLC的MC275PV切管机控制系统的硬件设计93.1 系统控制原理93.2 切管机机械装置93.2.1 主轴传动系统装置93.2.2 进刀传动装置103.2.3 夹钳装置113.2.4 液压装置113.2.5 润滑装置123.3 电气控制系统123.3.1 主要技术参数133.3.2 I/O分配表设计134 基于PLC的MC275PV切管机控制系统的软件设计144.1 PLC内部工作过程144.2 MC275PV控制系统的流程结构设计154.3 液压装置子程序流程设计164.4 切管机自动循环切管流程设计17结 论19致 谢20参 考 文 献21171 绪论在20世纪40年代前后，大多数工业生产过程均处于手工操作状态，当时人们主要凭经验由工人控制生产，生产过程中的关键参数靠人工观察，生产过程靠人工去执行，生产效率很低，随着技术的发展，我国许多企业存在着严重的设备老化问题，有极多设备面临着淘汰的局面。而同时，在国内企业中又普遍存在着资金不足，很难进行大规模的设备更新换代，因此，如何利用现有设备，并对其进行合理的改造，使其发挥最大作用，产生最大效益，是我们面临的一个急待解决的问题。20世纪末期，可编程序控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机：从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、转速、温度、位移等各种各样的控制场合；从产品的配套能力上说，产生了各种通信单元、人机界面单元，是应用可编程序控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程序控制器在石油化工、冶金钢铁、机械制造、轻工业，汽车等领域的应用都得到了长足的发展。PLC是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机。国际电工委员会对可编程序控制器的定义：可编程序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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。从上述定义可以看出，可编程序控制器是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还能实现与其他计算机通信联网的功能。从柔韧制造系统、工业机器到大型分散控制系统，PLC都承担着很重要的角色。目前在许多先进工业国家PLC已成为工业控制的标准设备，它的应用几乎覆盖了世界上所有的工业企业，当前国外PLC发展的明显特征是产品的集成度越来越高，工作速度越来越快，功能越来越强大，使用起来也越来越方便，工作也越来越可靠。PLC可进行位置控制、模拟量控制、并可采用多种功能的变成语言和先进指令系统，如BASIC等高级语言，能实现PLC之间和PLC与管理计算机之间的通信网络，形成多层分布控制系统，或整个工厂的自动化网络。我国可编程序控制器的引进、研制、应用、生产时伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量引用了可编程序控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国本身已经可以中小型可编程序控制器。可以预期，随着我国现代化进程的不断深入，PLC在我国将有更加广阔的发展与应用天地。因此，将PLC与切管机的有机结合，便有利的提高了工作效率。影响切管机工作效率的因素很多，其中控制系统的性能是一个很重要的因素，而目前PLC 控制切管机系统可实现接线方便、安全稳定、维护简单、低损耗等优势，使得控制越来越智能化。2 MC275PV切管机PLC控制方案的选择PLC控制系统与传统的继电器-接触器控制系统相比，系统的连线少，体积小，功耗小，系统的灵活性和可扩展性也比较好。PLC系统是通过半导体电路实现控制的，解决了继电控制系统大量机械触点，机械磨损、电弧烧伤等问题，所以其可靠性高，维护工作量小，寿命长。PLC采用软件编程代替继电控制系统的硬件接线，使得接线的工作量大为减少，缩短了工期，而且可根据系统的要求随时更改程序，适应性能好。下面以MC275切管机PLC控制系统为例，来介绍用PLC控制系统的优越性。2.1 控制方式的比较2.1.1 机械控制机械控制方案用来实现单一功能的循环，功能较弱。对工作环境的选择无特殊要求，但是保证其长期运行的难度大，并且损耗大，虽然其价格便宜，但是长期运行又会使亏损价格很高。需较多的硬件部分，这将会增大控制系统的安装接线工作量，且会增加控制系统的故障率。2.1.2 PLC控制可编程序控制器是以为处理器为基础的新型工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。近年其推广应用在我国得到了迅猛发展，其应用领域包括：开关量逻辑控制，运动控制，闭环过程控制，数据处理，通信联网。而且PLC具有如下几个优点：(1) 实现成本低 由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。 (2) 范围广 电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。 (3) 高速率 PLC能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而4.5M45Mbps之间。远远高于拨号上网和ISDN，比ADSL更快，足以支持现有网络上的各种应用 (4) 永远在线 PLC属于“即插即用”，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络。 (5) 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。(6) 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。 (7) 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。因切管机控制系统的操作程序步骤多，若采用机械控制这一方案，需要较多的硬件部分，从而直接增加控制系统的安装接线的工作量，同时增大控制系统的故障率，并且修改也不方便：如若采用单片机控制方案，则需要控制系统印制电路板和许多输入/输出接口电路、延长设计制作周期。更重要的是，采用单片机控制系统时，其对环境要求高，不太适合在工作环境相对较差的工业企业中使用。鉴于切管机对控制系统的各项要求，包括控制系统的特性和优缺点、使用环境等等，对三种控制方案综合考虑和比较，确定切管机的控制方案应排除采用机械控制和单片机控制此两种方案，采用PLC控制方案。 2.2 PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成，如图1所示。图1 PLC控制系统示意图2.2.1 I/O电路输入电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号，如图2所示。图2 输入电路输出电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。一般的小型PLC输出方式有继电器输出和晶体管输出两种，其电路如图3和图4所示。图3 继电器输出电路图4 晶体管输出电路2.3 PLC容量的估算PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数；二是用户存储器的容量。(1) I/O点数的估算。根据更能说明书，可统计出PLC系统的开关量I/O点数及模拟量I/O通道数。考虑到在前面的设计中I/O点数可能会有疏漏，并考虑到I/O端口的分组情况以及隔离与接地要求，应在统计后得出I/O总点数的基础上，增加10%15%的余量，盖估算值是PLC选型的主要技术依据。为了满足发展的需要，尽量避免PLC的I/O接近饱和，一般应留有20%30%左右的余量。(2) 存储器容量估算。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。根据经验，每个I/O点及有关功能器件占用内存大致如下：开关量输入所需存储器字数=输入点数10开关量输出所需存储器字数=输出点数8定时器/计数器所需存储器字数=定时器/计数器数量2模拟量所需存储器字数=模拟量通道数100通信接口所需存储器字数=接口个数300一般应用的经验公式是 所需存储器(KB)=k(DI10+DO8+AI/AO100+CP300)/1024其中，k为存储系数，一般取1.11.25；DI为数字量输入总点数；DO为数字量输出总点数；AI/AO为模拟量I/O通道总数；CP为通信接口总数。根据上述经验公式得到的存储器容量估算值只具有参考价值，在明确对PLC要求容量时，还应根据其他因素对其进行修正。工程实践中大多采用粗略估算，加大余量，实际选型时就应采用就高原则。2.4 I/O模块的选择(1) 开关量输入模块的选择PLC的输入模块用来检测来自现场（如按钮、行程开关、压力开关等）电平信号，并将其转换为PLC内部的低电平信号。选择输入模块主要应考虑以下两点。1) 根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电压高低。一般，24V以下属于低电平，其传输距离不宜太远。如12V电压模块一般不超过10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。2) 高密度的输入模块，如32点输入模块，允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度、一般。同时接通的点数不得超过输入点数的60%。以适应其总体的功耗水平。3) 注意输入电路与传感器的输出电路类型匹配，直流输入电路可与接近开关、编码器和光电开关等直接连接，交流输入方式适合于较恶劣的情况下使用，如粉尘、油污等。当使用编码器时，还应考虑高速计数器的功能和频率是否符合要求。(2) 开关量输出模块的选择输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号，驱动外部负载。输出模块有3种方式：继电器输出、双向可控硅输出和晶体管输出。1) 输出方式的选择继电器输出价格便宜、使用范围广、导通压降小。承受瞬间过电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。但继电器有触电、寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交/直流负载。当驱动电感性负载时，最大开关频率不得超过1Hz。晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出，适应于通断频繁的感性负载、感性负载在断开瞬间会产生较高的反压，必须采取抑制措施。交流时并联阻容吸收装置；直流时反向并联续流二极管。2) 输出电流的选择模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能驱动，则应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，故要留有足够的余量。在选用输出模块时，不但要看一个输出点的驱动能力，还要看整个输出模块的满负荷能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流。(3) 模拟量及特殊功能模块的选择模拟量输入/输出模块的量程与变送器、执行机构的量程匹配，其位数和转换时间应符合控制精度和工作速度的要求。2.5 PLC机型的选择虽然PLC的控制系统有许多优势，但其是否既能安全的完成任务，又能节约生产成本，还是一个值得思考的问题，这就需要对PLC机型进行合理的选择。国内市场上的PLC的种类也比较多，主流像西门子、三菱、ABB、欧姆龙、莫迪康等等。各个品牌的PLC也是在应用上也是各有特点，例如西门子、ABB等欧美产品在大型机领域表现出众，而在中、小型机领域日本产品以其优越的性能占据了大半的市场。总的来说，PLC按其结构形式分类，可分为整体式和模块式两类。小型机一般是整体式，根据其型号可以带扩展单元，而大中型PLC由于I/O点数比较多，也为了用户的选择方便，一般为模块式。在PLC机型选择主要考虑下述几点： （1）合理的结构形式一般来说，整体式PLC的I/O点的平均价格比较便宜，但是只能运用于一些小型项目中；而模块式PLC的I/O点数可以根据需要自行配置（在允许的范围内），当然价格要贵一点。但是模块式的维修方便，扩展灵活方便，可以用于较复杂的系统。（2）安装方式的选择 PLC的安装方式主要有集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。（3）相应功能的要求 例如逻辑运算、定时、计数、PID运算、闭环控制、通信联网等，根据需要选用。（4）响应速度的要求（5）系统可靠性的要求一般情况下都能满足，对可靠性要求很高的系统，或是特殊的应用场合，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。（6）机型尽量统一 同一公司，应做到PLC的机型统一。（7）考虑性价比，具体应考虑一下两点。 性能与任务相适应。对于开关量控制的应用系统，当对控制速度要求不高时，如对小型设备的顺序控制、单台机械的自动控制等，可选用小型PLC(如西门子公司S7-200系列PLC或OMRON公司C系列CMP1A/CMP2A型PLC)就能满足要求。对于以开关量控制为主，带有部分控制模拟量控制的应用系统，如对工业生产中常遇到的液位、流量、压力、温度等连续量的控制，应选应带有A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的感应器、变送器(对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块)和驱动装置，并且选择运算功能较强的中小型PLC。对于比较复杂的中大型控制系统，如通信联网、闭环控制、PID调节等。可选用中大型PLC(如西门子S7-400系列PLC或OMRON公司的C200/C200H/C200HX、CV/CVM1等PLC)。当系统的各个控制对象分布在不同的地域时，应根据各部分的具体要求来选择，以组成一个分布式的控制系统。结构合理、机型系列统一。PLC的结构分为整体式和模块式两种，在使用时，应按实际情况进行选择。在一个单位或一个企业中，应尽量使用同一系列的PLC，这不仅是模块通用性好，减少备件量，而且给编程和维修带来极大的方便，还给系统的扩展升级带来方便。综合比较，并结合MC275PV切管机的实际要求，其要求的I/O点数较少，用一台PLC控制，没有特殊的控制要求，也不需要强大的运算，输入输出信号也都是以数字量为主，切管机系统对响应速度的要求不高，也不需要强大的运算，输入输出信号也都是数字量的，切管机系统对响应速度的要求不高，故选择西门子S7-200系列基本单元型号：CPU226 （24输入16输出）。根据需求的输入输出，模拟量扩展模块选用EM235（4输入1输出）。综合考虑我们选用西门子S7-200系列，它具有中型机的规模，大型机的功能，是一种极具推广价值的新机型。而且跟欧姆龙等PLC比起来，不但有较高的性价比，还因为其编程简单，对使用者的要求低，更加容易理解运用。2.6 触摸屏触摸屏作为一种最新的计算机输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。触摸屏虽然在中国市场上出现只有短短的几年的时间，却极富吸引力。用户在使用触摸屏时，只需要用手指轻轻触碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作，极大的简化计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人，也照样能自如的运用。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户的触摸位置，然后送往触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接受触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏工作时，用户必须首先用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单的位置来定位选择信息输入。触摸屏与PLC之间采用RS-232C通信协议。3 基于PLC的MC275PV切管机控制系统的硬件设计3.1 系统控制原理切管机顾名思义就是切管的机器，本设计切管机为全自动型，主要由主轴、轴套、夹钳、轴承、旋转编码器、谐波减速器以及齿轮机构等组成。PLC通过控制电机带动刀盘进行切管，刀盘速度：64-660转/分(直流电机无极调速)；进刀电机控制刀盘径向运动，从而达到控制刀具快进、慢进、快退等的目的，刀具快速向前推进速度：1380mm/分；刀具快速回退速度：1244mm/分；刀头切削管速：0.05-0.5mm/分；当切管机工作时，主轴带动刀盘旋转，卡盘与管子不转，所以避免了管子在切断过程中的擦伤和变形，生产效率高。PLC与数控系统，实现对切割机运动轨迹的控制及各种参数输入、切割形式选择、计算和切割程序生成。3.2 切管机机械装置切管机由主轴箱，进刀切削工具和钳管组成。如图5所示.图5 切管机的组成3.2.1 主轴传动系统装置该系统主要由一套可控硅装置控制直流电机运行，速度为无极调速，转速260-2700转/分，并带动刀盘旋转，刀盘转速为64/660转/分。主机传动装置采用的是6RA27-V57型直流调速装置，该装置是三相、全数字化的直流驱动装置，所有开环和闭环控制功能从斜坡函数发生器到触发装置都是由一个十六位的微处理器来实现，装置的操作只需在三个按键和数字显示器的帮助下完成，不需其他的编程设备，其速度给定与转速实际值仍然以模拟信号形式输入，且专装置本身故障都能直接显示，并可直接通过接点连接到可编程序控制器上，以便控制装置便于维护和处理，主传动装置的速度控制是由电位器根据切管工艺要求来调节速度的，以便于控制刀盘转速。主轴箱是焊接结构，内装有紧固的空心轴，空心轴上装有用来安放切削工具的刀盘，空心轴在锥形滚珠轴承内旋转，空心轴通过直流电机用高性能传动装置加以传动，其速度为无极调速。所有的传动均装于主轴箱内，由防摩轴承传动，并再用循环润滑油装置进行喷雾润滑。主传动控制系统工作流程如下图6所示。控制电压接通图6 主传动控制系统工作流程图3.2.2 进刀传动装置进刀和快速推进均通过一台无极调速直流电机进行，并通过同步传动齿轮箱传给刀盘内循环球形丝杆。刀盘旋转时，刀具在调整的移动范围内快速移向管子，刀具将和管子接触时，“快速推进”即自动转到所选工作进刀速度切管，切管操作完成后，刀具即自动快退至“快速推进”的原始位置。该系统同样由一套可控硅整流调速装置(6RA27-V57，30A)带动一台3KW直流电机运行，其速度为无极调速，但其进刀控制却比主传动装置(刀盘运行)复杂和不同。1、 刀具快速向前推进速度：1380转/分2、 刀具快速回退速度：1244转/分3、 工作进刀速度：0.05至0.5mm/分这三种速度控制是经过旋转编码器通过皮带与谐波传动装置相连同步旋转并通过编码器与可编程凸轮控制器相连使用，测定刀具所在实际位置，从而控制电机速度，使刀具按工艺要求运行。如图7为进刀传动系统流程图。图7 进刀传动系统工作流程图旋转编码器及可编程序控制器采用的是增量式光电编码器和高性能电子微控制器，该编码器输出脉冲数为1200个/转，而可编程凸轮开关在0至1200脉冲之间。由于刀盘直径所限，刀具最大运行行程为0至60mm，刀具快进及快退速度较快，由此刀具切管的有效行程限定在5至55mm之内运行，两头各5mm距离为保护循环球形丝杆不被挤坏。所取点数范围：0进刀传动装置向前55mm0进刀传动装置快进距管外径3mm5mm进刀传动装置快退60mm0进刀传动装置紧急向前限位55mm0进刀传动装置紧急回退限位60mm3.2.3 夹钳装置夹钳装置置于手旋臂上，并可沿着轨道方向水平移动，夹钳内装有三对液压缸。六只液压缸上装有可更换的夹爪，其用途为在切管机操作时，夹住管头。液压缸和液压油循环系统相接，用来加紧和松开管子，夹爪用来把带毛刺的管头夹出中心位置，切管操作完成后，夹钳通过液压缸水平移出安全盖。3.2.4 液压装置液压装置是在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、放大、传递，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化的装置。液体装置主要由液压泵、电机、液压控制阀及其他辅件构成。液压回路的基本功能在于以液体压力能的形式进行容易控制的能量传递，液压技术大致处于机械式能量传递和电气式能量传递的中间位置。电气传动装置和液压传动装置相同，具有无级变速装置的特性，除了恒功率外，还容易实现恒转矩和恒速等特性。液压传动装置容易进行无极变速，变速范围广，能在很宽的范围内很容易的调节力与转矩；控制性能好，即力、速度位置等能以很高的相应速度正确的进行控制。另外，对于电气，机械等其它的控制方式具有很好的适应性，特别是和电气信号处理相结合，可得到优良的响应特性。液压技术的特性适合各种机械和设备的自动化、高性能、体积小、容量大、重量轻等方面的要求、所以虽然它是一门比较新的技术分支，但是在主动力的传递机构、辅机的操作机构或自动化控制机构等方面的应用极为广泛。3.2.5 润滑装置从工程上讲，摩擦的存在时物体表面磨损，使零件之间的实际配合公差发生变化不能满足正常的工作需要，从而导致机构，乃至机器不能正常工作；从能量方面讲，摩擦力会使部分输入的能量转化为热量而白白损失掉，造成浪费从而使得机械效率低下。摩擦力大了，甚至会使机器很难运行起来，所以要用润滑油来减少摩擦力。摩擦在全膜润滑状态下运行，这是一种理想的状况。本系统采用强制送油润滑装置(循环润滑)对系统进行润滑。强制送油润滑装置分为不循环润滑，循环润滑，集中润滑。强制送油润滑是用泵将油压送到润滑部位，润滑效果和冷却效果好。易控制供油量大小，使用可靠。广泛适用于大型、重载、高速，精密、自动化的各种机械设备中。循环给油润滑，油泵从油池把油压送到各运动部位进行润滑，经过润滑后的油回流进入机身油池循环使用。如图8所示为其工作流程图。图8 润滑装置工作流程图3.3 电气控制系统电气控制系统主要由PLC来控制可以分为四个分系统：主传动系统、进刀传动系统、润滑系统和液压系统。由于切管机结构复杂，连锁性强，且动作频繁，监测点（液压和电气接点）较多，如采用一般的继电器控制则无法完成工作要求，且故障率会大大提高，所以本系统采用PLC控制。切管机整体控制图如图9所示。图9 切管机整体控制图3.3.1 主要技术参数参数是每个机械设置或维修上都会用到的一个技术指标。定指定应用而言，它可以是赋予的常数值；在泛指时，它也可以是一个变量，用来控制随其变化而变化的量，给予我们参考，如下表一所示就是我们切管机的主要技术参数。技术参数表一序号名称参数备注1主电机YD100-2/4 1.8/1.3KW2电压380V 50HZ3冷却泵电机AB-25 380V 90W4夹钳最大开度100mm装标准夹钳时5适应锯片高速钢锯片外径为275或250肖孔211636机械外形尺寸10008001700mm7机器重量190KG3.3.2 I/O分配表设计本系统设计用到11个输入点，10个输出点，如表二所示。表二 I/O输入输出分配表PLC的I/O分配输入描述通道号输出描述通道号润滑油温度小于最大极限温度I0.0主传动继电器接通Q0.0进刀传动装置接通I0.1进刀装置启动Q0.1润滑压力保护接通I0.2进刀装置快进电磁阀接通Q0.2刀盘启动按钮I0.3进刀装置慢进电磁阀接通Q0.3手动切割按钮I0.4进刀装置快速回退电磁阀接通Q0.4循环切割按钮I0.5内夹紧装置夹紧电磁阀接通Q0.5手动夹紧按钮I0.6外夹紧装置夹紧电磁阀接通Q0.6手动松开按钮I0.7润滑装置启动Q0.7外夹A位置开关I1.0液压装置启动Q1.0外夹B位置开关I1.1润滑油加热Q1.1润滑油超温检测AIW04 基于PLC的MC275PV切管机控制系统的软件设计4.1 PLC内部工作过程当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户执行程序和输入刷新三个阶段，完成上述三个阶段称作一个扫描周期，在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。PLC的工作过程可用图10表示。电源接通内部处理输入处理(输入处理、远程I/O)通信服务(外设、CPU、总线服务)更新时钟、特殊寄存器CPU运行方式执行程序输出处理执行自诊断PLC正常否CPU强占为STOP存放自诊断错误结果NYRUNSTOP图10 PLC内部工作流程图4.2 MC275PV控制系统的流程结构设计PLC对MC275PV系统控制的主程序流程图的设计，如图11所示。开始控制电压接通主机通风机接通温度是否小于最大极限温度夹紧子程序液压泵启动装置动作润滑装置动作进刀切割子程序自动循环按钮YN夹紧松开子程序结束是否需要紧急停止是否自动循环YNYN图11 PLC控制的主程序流程图4.3 液压装置子程序流程设计在本系统中，液压传动系统控制外夹钳前进、后退、夹紧、松开，内夹钳装置夹紧、松开。采用液压传动装置的原因在于：液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置，其重量轻、体积小、运动惯性小反应速度快，操作控制方便，可实现大范围的无极调速，很容易实现直线运动，实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，可实现更高程度的自动控制过程，并可实现过载保护。其工作流程子程序如下图12表示。夹紧子程序开始电磁阀复位外夹紧前进电磁阀动作延时100msYNY 是否达到前进限位A外夹紧夹紧电磁阀动作内夹紧夹紧电磁阀动作 延时100ms夹紧子程序结束松开子程序开始电磁阀复位外夹紧前进电磁阀动作外夹紧松开电磁阀动作外夹紧后退电磁阀动作 是否达到后退限位B松开子程序结束N图12 液压装置子程序4.4 切管机自动循环切管流程设计PLC在进行自动切管前必须具备以下条件：1.控制电压接通；2.接通润滑装置以及液压装置；3.主机启动，调试至要求转速；4.装好刀具，进刀装置接通，速度及进刀量预先按要求选好，同时用可编程凸轮控制器调好进刀限定装置(进刀原始位置、快速移动值、进刀量、切削量的限定位置)；5.操作台原始位置信号灯亮(即夹钳回退到位、外夹钳松开、内抓松开)。以上条件具备后，即可按照下图13顺序执行自动循环切管。切管机初始位置内夹钳夹紧外夹钳加紧进刀快速向前进刀慢速向前进刀快速后退内夹钳松开外夹钳向前外夹钳松开外夹钳向后钢管退出准备下一周期图13 切管机循环工作图整个切管过程中，只要执行切管机初始位置程序和第一周期程序，则上述框图的其他程序将自动执行。20江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计结 论基于PLC控制的切管机控制系统 ，不仅解决了继电器控制系统中存在的问题，而且它在控制方法上用软件编程取代硬件接线，从而为切管机的制造提供了方便，软件编程的使用让整个系统更加的灵活，可以根据现场的需求进行更改，适应性强，其可靠性也很好，平均无故障达到几十万个小时，从而使后期的维护成本大大降低，故障的排查也变得更加的容易，再加上其抗干扰性能好，适应了在工厂使用的大环境。当然PLC控制在实际的运用中也存在一定的问题，例如虽然PLC自身采用光电耦合隔离等保护措施，但是其输入输出还是会出现烧毁或者是没有动作的现象，当采用备用的输入输出点代替时，若是小型的PLC找出其对应的输入输出地址是很容易的，而且更改也方便。但是，若是较为大型的PLC，首先找出对应的地址就是比较困难的，其次若是更改，当对所编程序较为熟悉，修改相对要方便些，但是很难保证不出现遗漏，所以实际检修时总是整个I/O模块全部换掉，这样就造成很大的损失与浪费，因此就需要在PLC的软硬件两个方面找出解决的方法。PLC控制并不一定是切管机切割控制系统的最终方式，在此基础上还会有进一步的发展，这也是需要进一步关注的。 致 谢这次毕业设计得到了很多老师、同学和同事的帮助，其中周主任对我的关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我最先做的就是向周主任寻求帮助，而周主任每次不管忙或闲，总会为我抽出时间，然后一起商量解决的办法。正如师说中所说“师者，所以传道受业解惑也”。学生在此深表感谢，一日为师，终生为师。也感谢大学三年里授我知识，伴我成长，关心我的老师们，是你们的付出使我度过了充实而精彩的三年大学生活，顺利的找到工作。另外，感谢我的母校给予我这样一次设计与答辩的机会，使我能够基本独立地完成了这样一个课题，同时在这个过程当中，给予了我们各种各样的方便，使我们在即将离开母校的这段时间里，更多地学习了一些能够应用到实践方面的知识，增强了我们动手应用能力和实践操作能力，短时间内提高了我们的独立思考的能力。同时还要感谢在毕业设计期间和我密切合作的舍友，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次证明了团结合作的力量，把这个庞大的，几乎从来都没有上手的课题圆满地完成了。正是有了你们的帮助，让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到知识以外更多的东西，这，就是团结的力量！总之，我衷心的感谢我的老师，父母，同学，学校，以及实习单位的师傅们，正是你们的指导和帮助才有了今天的我，也才有了现在的这篇论文。参 考 文 献1 岳庆来.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术，北京：机械工业出版社，2006.42 高安生.基于工业PC机的通用化数控系统研究J. 制造技术与机床，1997.73 陈勇奇.PLC在钢管切断机床数控系统中的应用J.机床与液压，2003.34 石秋洁.变频器应用基础，北京：机械工业出版社，2002.125 秦长海，董昭.可编程序控制器原理与应用技术，北京：北京邮电大学出版社，20096 陈晓琴.可编程序控制器及应用，哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2009.17 周占怀.PLC技术及应用项目化教程，青岛：中国海洋大学出版社，2010.98 李乃夫.可编程控制器原理、应用、实验.北京：中国轻工业出版社，20039 10 http:/www.schneider-