毕业设计（论文）基于西门子PLC全制动剪切机设计.doc

《毕业设计（论文）基于西门子PLC全制动剪切机设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）基于西门子PLC全制动剪切机设计.doc（31页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 开封大学 毕业设计 （2012届）题 目 PLC在剪切机控制系统中的应用 院 别 机电工程学院 专 业 电气自动化 班 级 09电气（1）班 姓 名 指 导 教 师 2011 年 12 月12日摘 要自动剪板机是一种可按加工要求，将金属板材剪开、自动计数、并由送料车送到下一工序的顺序控制的设备,它要求其控制设备具有很强的抗干扰能力。PLC是近几年发展起来的一种新型工业控制器,由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与控制器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业程控中的应用越来越广泛。加之PLC以其在硬件设

2、计中采用了屏蔽、滤波、光电隔离等技术，在软件设计中采用了故障检测、信息保护与恢复等措施，进一步提高了PLC的可靠性。故本文采用了以工业顺序控制过程中广泛使用的可编程控制器（PLC）对自动剪板机进行控制。通过对自动剪板机的工作原理的分析，提出总体设想，初步设计了电气传动部分的设计方案和PLC控制的程序流程图。过去的控制方法是采用继电器-接触器控制，但控制系统较复杂,大量的接线使系统可靠性降低,也间接地降低了设备的工作效率。为实现自动化必须根据板材自动精确剪切加工的工作特点及动作要求进行设计,因此本方案采用了可编程控制器来实现对自动剪板机的控制。采用可编程控硬件制器较好地解决了这一问题。它是一种将

3、计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备,不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此,将PLC应用于该控制,完全能满足技术要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。目 录1 绪 论31.1概述论文现状及意义 41.2 论文的系统控制要求51.3剪板机结构及工作原理 520 电气总的设计方案 102.1 PLC简介 112.2 总体设计方案 1430 自动剪板机的PLC控制系统设计 153.1 系统主电路设计 153.1.1 设计进料机构E 153.1.2 设计压料机构B 163.1.3 剪切刀 183.

4、1.4 设计小车送料装置 184 PLC控制器的选择 204.1 PLC控制器的选择 .204.2 I/O端子分配 .234.3 系统的软件 .244.4 系统的流程图 244.5 系统的梯形图及其仿真图25结束语28参考文献291 绪论1.1 概述目前,我国机械制造业存在大量的通用设备,在发展现代机械自动化技术时,可以应用微电子技术改造这些已有通用设备,比如用数显、数控装置改造通用设备,提高单机自动化程度;用可编程控器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线,这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，这

5、是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。在我国,国家政策对发展低成本自动化的重要性等方面进行了大力的支持,以工业用剪板机为对象，探讨了全自动剪板机智能控制系统的实现方案。根据实际需要和市场的需求，在常规的可编程控制器（PLC）和单片机控制中，选择了以可编程控制器为主的控制方案。自动剪板机是一种可按加工要求，将金属板材剪开、自动计数、并由送料车送到下一工序的顺序控制的设备,它要求其控制设备具有很强的抗干扰能力。PLC是近几年发展起来的一种新型工业控制器,由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与控制器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合

6、起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业程控中的应用越来越广泛。加之PLC以其在硬件设计中采用了屏蔽、滤波、光电隔离等技术，在软件设计中采用了故障检测、信息保护与恢复等措施，进一步提高了PLC的可靠性。故本文采用了以工业顺序控制过程中广泛使用的可编程控制器（PLC）对自动剪板机进行控制。通过对自动剪板机的工作原理的分析，提出总体设想，初步设计了电气传动部分的设计方案和PLC控制的程序流程图。 可编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，他是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术

7、，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程控器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。随着可编程控制器技术的发展,传统机械设备的控制柜逐渐被新一代的智慧化仪表所代替,对于日益复杂的控制功能,传统控制柜显得无能为力,而可编程控制器具有可编程序的特点,运行时可以根据要求,自动选择控制算法、适应性强、可编程控制器采用软件代替硬件的方法,可以简

8、化线路,使控制设备的性能价格比不断提高,本设计的研究目的,在于探索在板材加工中,应用可编程控制技术,实现板材加工的自动控制。全自动剪板机广泛的应用于在板材加工系统中,板料长度检测，板料进料、压紧、走刀、落料、长度调整等过程必须按一定的节拍控制精确度动作，而且不同长度、不同厚度、不同材料的板材,各动作行程、先后顺序、刀具位置等要求都不一样，对于这样的控制要求,传统控制柜很难实现,综合考虑设备的性能/价格比，显示直观性、外表美观性、灵活性等诸方面因素,本设计采用可编程控制器，根据自动剪板机对控制系统的要求进行方案设计。 1.2 系统的控制要求：据剪板机的工作特点,对控制系统提出控制要求如下:1 上

9、电后,检测各工作机构的状态,控制各工作机构处于初始位置。2 进料,由控制系统控制进料机构将待剪板料自动输送到位。3 定剪切尺寸,采用伺服电机控制挡料器位置保证精确的剪切尺寸,其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值。4 压紧和剪切,待剪板料长度达到设定值后由主电动机带动压料器和剪切刀具,先压紧板料,然后剪断板料。5 送料车的运行,包括卸载后自动返回。6 剪切板料的尺寸设定、自动计数及每车板料数的预设定。7 具备断电保护和来电恢复功能。8 能实现加工过程自动控制,加工参数显示,系统检测。9 保证板料加工精度、加工效率和安全可靠性。10 具有良好的人机操作接口。1.3 剪板机结构及工作原理1.3.1

10、剪板机的结构自动剪板机是一种精确控制板材加工尺寸,将大块金属板材进行自动循环剪切加工,并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其结构及原理如图1-1所示。 图1 -1 自动剪板机原理图系统设置了7个限位开关，分别用于检测各部分的工作状态。其中，SQ1 检测待剪板料是否被输送到位。SQ2、SQ3 分别检测压块B 的状态，检测压块是否压紧已到位的板料；SQ4 检测剪切刀A 的状态；SQ7 为光电接近开关, 检测板料是否被剪断落入小车；SQ5 用于检测小车是否到位；SQ6 用于判断小车是否空载。送料机构E、压块B、剪切刀A和送料小车分别由四台电动机拖动。系统未动做时, 压块及剪切刀的限位开关SQ2

11、、SQ3 和SQ4 均断开, SQ1、SQ7也是断开的。1.3.2 剪板机工作原理当系统启动时,输入板料加工尺寸、加工数量等参数，按下自动开关，系统自动运行。1 首先检查限位开关SQ6 的状态,若小车空载, 系统开始工作, 起动送料小车。小车运行到位, 限位开关SQ5 闭合,小车停车。2 起动送料机构E 带动板料C 向右移动。当板料碰到行程开关SQ1 时, 送料停止同时制动器松开、电磁离合器结合，主电动机通过传动机构工作。3 压块电机启动,使压块B 压下, 压块上限开关SQ2 闭合。当压块到位, 板料压紧时, 压块下限开关SQ3闭合。4 剪切刀电动机起动, 控制剪刀下落。此时,SQ4 闭合,

12、直到把板料剪断, 板料落入小车。5 当小车上的板料够数时, 起动小车控制电动机, 带动小车右行,将切好的板料送至下一工序。6 卸下后, 再起动小车左行, 重新返回剪板机下, 开始下一车的工作循环。板料的长度L 可根据需要进行调整, 每一车板料的数量可预先设定。2 总体设计方案传统的控制方法是采用继电器-接触器控制，但控制系统较复杂,大量的接线使系统可靠性降低,也间接地降低了设备的工作效率。采用可编程控硬件制器较好地解决了这一问题。它是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备,不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此,将PL

13、C应用于该控制,完全能满足技术要求，且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。2.1 PLC简介在此对PLC进行简单介绍，在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。以下对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识做一简介。内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理运 行停止停止图2-1 PLC的工作原理PLC采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始

14、执行程序，直至遇到结束符后，又返回第一条，如此周而复始的不断循环。PLC的扫描过程如图2。这个工作过程分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。同信操作服务阶段，PLC与一些智能模块通信，响应程序器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、到程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。输入处理又叫输入采样。在此阶段，顺序输入所有端子的通断状态，并将读入的信息存入内存所对

15、应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一次扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是串行工作的，这和传统的继电器控制系统并行工作有质的区别。PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。由于PLC采用扫描工作过程，所以在程序的执行阶段即使发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一个周期的输入

16、采样阶段才能改变。扫描周期是一个很重要的指针，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描时间取决于I/O扫描速度和用户程序的长短，以及程序使用的指令类型。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的，PLC的影响滞后是允许的，但是对某些I/O快速响应的设备，则采取相应的处理措施。如选用高速CPU，提高扫描速度，采用快速响应模块、高速记数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间。影响I/O滞后的主要原因：输入滤波器的惯性，输出继电器接点的惯性，程序执行的时间，程序设计不当的附加影响等。我们在此不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制

17、器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入缓存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO

18、）等模块。开关量是指，只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指，连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或机架槽数限制。PLC电源用于为PLC各模

19、块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。编程设备，编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。人机接口，最简单的人机接口是指示灯和按钮，

20、目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机接口非常普及。 输入输出设备，用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条形码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。PLC的通信联网，依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理资料。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其它智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的

21、接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。2.2 总体设计方案为实现自动化必须根据板材自动精确剪切加工的工作特点及动作要求进行设计,因此本方案采用了可编程控制器来实现对自动剪板机的控制，设计思想如图3所示。 全自动

22、剪板机控制系统机械部分电气部分送料机构压料机构卸料机构小车机构PLC电机电路工作电路工作电源软件部分图2-2 总体设计方案简图3 自动剪板机的PLC控制系统设计3.1 系统主电路设计 3.1.1 设计进料机构E用交流电机带动送料皮带，传送皮带送料只向一个方向运动，只要求电机向一个方向旋转即可，轻负载小工率电动机可直接起动，用熔断器和热继电器作短路、超载保护。使待剪板料自动快速稳定地输送到剪切位置。3.1.2 设计压料机构B压块B的作用是压紧板料，以利于剪切刀切断板料，压块B又上升和下降两种运动，要求带动压块的电动机具有正反转运动，控制电路有联锁保护、用熔断器和热继电器作短路、超载保护。3M图3

23、-1 电机正反转主电路所谓联锁控制是指，凡是生产在线某些环节或一台设备的某些部件之间具有相互制约或相互配合的控制均称为联锁控制，联锁控制包括：自锁控制、互锁控制、正常工作与点动的联锁控制、实现按顺序工作时的控制。电机正反转就需要互锁控制。3.1.3 剪切刀 剪切刀有两种运动，下行切断板料，然后上升复位，带动剪切刀机构的电动机也应具有正反转，用熔断器和热继电器作短路、超载保护。根据电机控制要求，其电机正反转主电路图如图3-1所示，程序流程框图如图3-2所示。图3-2 电机正反转程序流程框图电机正反转控制PLC设计讨论：1）电力拖动是指对电动机的控制，采用继电器-接触器控制，都有自己的基本控制电路

24、。采用PLC控制也应该有自己的基本控制环节，为此而提出电机正反转控制PLC设计讨论，寻找其较好的控制方案。2）继电器-接触器电气控制原理： 继电器-接触器电气控制原理如图3-3所示。上、下两图比较，不管是电器组件、触点数量、连接导线的数量都是一样的，分别是5只、9个、13条。按钮联机也是6根，但上图的按钮和接触器联机较集中，从维修的角度看要比下图优越。3）组件的代号意义SB0磨姑头急停按钮。5SB1、5SB2正反转启/停按钮。5KM1正转接触器。5KM2反转接触器。其中的5KM1和5KM2要求选用带机械联锁的交流接触器。图3-3 继电器-接触器电气控制原理4） 电器组件的工作情况正转启动揿5S

25、B1，5KM1得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5KM2的线圈回路。 反转启动揿5SB2，首先是5KM1失电，其互锁触点恢复闭合，才是5KM2得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5KM1的线圈回路。 再次正转启动揿5SB1，首先是5KM2失电，其互锁触点恢复闭合，才是5KM1得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5KM2的线圈回路。3.1.4 设计小车送料装置为实现板料自动输送到下一工位并返回,可采用交流电通过带传动带动驱动轴,驱动行走轮来完成小车往返各机构的运动动力来自电机,根据控制的特点和经济性要求,用交流电机来实现进料、小车送料

26、、托架下料，采用伺服电机控制挡料器精确定长。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器回馈信号给驱动器，驱动器根据回馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。而且永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：1）无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。2）定子绕组散热比较方便。3）惯量小，易于提高系统的快速性。4）适应于高速大力矩工作状态。伺服的额定速度比一般异步电机高的多，并且可以控制转速和位移，而一般的变频器只侧重于转速

27、控制，适用于开环调速，而伺服可以做到精确定位，速度环控制响应比变频器加外围速度控制更直接，动态响应好。为了实现对交流电机的控制，采用图3-4所示主电路,控制对象为4台电机和一个蜂鸣器。KM1KM7为接触器，KM1是紧急停止接触器,KM2控制蜂鸣器,KM3KM7分别控制送料、压块、剪切和小车电机。FR1FR5都采用热敏电阻作为测量组件的热继电器,FR1、FR3的设定值取送料和剪切电机上限温度的95%,当到达此温度时进行闪光报警。该控制系统需要完成对工作机构的控制情况如下：1）进料控制,执行器件为进料电机,通过对进料电机的起停控制,实现进给机构输送板料，停止输送板料的控制。2）刀具剪切控制,执行器

28、件为电磁离合器和电磁制动器。通过控制主电机传动路线中的电磁离合器,控制传动机构带动刀具完成向下剪切板料,撤回利用弹簧完成。为了防止惯性造成连续剪切需要控制制动器剪切一次制动一次。3） 小车往返运动及停止控制,执行器件为小车电机,通过控制小车电机的起、停、正反转,控制送料小车在剪板机与下一工位往返送料。 图3-4 控制系统的主电路图其中,1）执行机构都可采用光电、开关量控制。由于可编程控制器是低压直流输出,所以,我们使用中间继电器作为控制器输出的第1级执行机构,通过继电器的触电控制大功率接触器的通断,从而控制交流电机的起、停。执行机构中的电磁离合器、制动器需要采用专用输出驱动控制电路。 系统原来

29、采用继电器接触器控制,但控制系统较复杂,大量的硬件接线使系统可靠性降低, 也间接降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地解决了这一问题, 它不仅减少了系统的硬件接线, 提高了工作可靠性, 而且在加工工艺改变时, 只需修改程序, 就可适应新的加工要求, 大大提高了工作效率。4.1 PLC控制器的选择4.2 PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基

30、于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和

31、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，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量的能力、数字运算的能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，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。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。4.1.1 PLC的分类 PLC的构成从结构上分，PLC

32、分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 4.1.2 CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控

33、制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。存储器主要用于存放系统程序、用户程序以及工作数据。PLC常用的存储类型有RAM 、ROM、 EPROM、 EEPROM在此设计中，采用德国西门子公司生产的S7-200系列PLC系统作为主机。 德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，德国西门子公司S7系列PLC是可编程控制器市场上的领军者，它具有丰富的指令系统。在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。

34、西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。1SIMATIC S7-200 PLCS7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200PLC可提供4个

35、不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。2SIMATIC S7-300 PLCS7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-30

36、0操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处

37、理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。3 SIMATIC S7-400 PLCS7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。4 工业通讯网络通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到

38、现场级的一致性通讯，“SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。5 人机界面（HMI）硬件 HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。6 SIMATIC S7工业

39、软件西门子的工业软件分为三个不同的种类：（1）编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。（2）基于PC的控制软件 基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了Windows NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任

40、何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。（3）人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准PC

41、都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成组态。ProTool/lite用于文本显示的组态，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于组态标准PC和所有西门子HMI产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于Windows平台的监控系统。 图4-1 可编程控器输入/输出电路的基本结构。4.2 I/O端子分配1 输入设备限位开关: SQ1, SQ2, SQ3,SQ4,SQ5, SQ6, SQ7系统的停止启动按钮: SB1, SB22 输出设备 一块板料剪切完成并落入小车时, 光电检测开关SQ7合一次,计数器作减1计 数。本设计中假设小车可最多载

42、40块板料。KM1控制送料机构电机的接触器；KM2、KM2控制压块电机的接触器，驱动电机的正反转，控制压块压紧和放松板料；KM3、KM3分别控制剪切电机的接触器，驱动电机的正反转，控制剪切刀上下运行；KM4和KM4控制送料小车电机的接触器，驱动电机的正反转,从而控制小车的左行和右行。HL1为小车空载指示,根据需要, 还可增设其它信号指示。其输入输出端子分配如图4-2所示。 图4-2 自动剪板机PLC控制系统I/O端子分配图把现场开关输入设备按编号接在PLC的输入端子上，相应的输出设备接在输出端子上(SB1,SB2是按钮，其他是开关)（输入输出端应是M与L而非com）。其端子的对应输入输出输入为

43、：表1 I/O地址分配表 输入 输出 系统停止SB1I0.0送料电机KM3Q0.0系统启动SB2I0.1压块上移KM4Q0.1板料到位SQ1I0.2压块下移KM4Q0.2压块上限SQ2I0.3剪切刀上移KM5Q0.3压块下限SQ3I0.4剪切刀下移KM5Q0.4剪切刀状态SQ4I0.5小车左行KM6Q0.5小车到位SQ5I0.6小车右行KM7Q0.6小车状态SQ6I0.7空载指示灯HLQ0.7板料计数SQ7I1.0卸货按钮SQ1.0I1.14.2.3系统的软件PLC有可控硅、二极管、继电器三种输出方式，此为继电器输出。SB1I0.0 SB2I0.1 SQ1I0.2 SQ2I0.3 SQ3I0.

44、4 SQ4I0.5SQ5I0.6 SQ6I0.7 SQ7I1.0 SQ1.0I1.1输出：KM1Q0.0 KM2Q0.1 KM2Q0.2 KM3Q0.3 KM3Q0.4KM4Q0.5 KM4Q0.6 HL1Q0.74.3系统的软件分析可知，本系统是一个多任务步的顺序控制系统，运用模块化程序结构,实现系统，有结构简单、编程方便等优点。利用PLC移位寄存器的移位功能，可实现步进顺序控制，使每一步严格按顺序动作。计数器对每车板料进行计数，其值由用户根据需要设定。4.4 系统的流程图控制系统的流程顺序如图4-3所示：图4-3 控制系统的流程图4.5系统的梯形图（采用s7-200编程）1 系统的梯形图 图4-1 系统的梯形图 图4-2 程序仿真图4 结束语自动剪板机是