毕业设计（论文）-基于PLC的U形折板机控制系统设计.doc

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1、独独 创创 性性 声声 明明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成 果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或 撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中 作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 年 月 日 授授 权权 声声 明明 本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权 保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文 （设计）被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、

2、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设 计） 。 本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无” ）： 签名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日 摘 要 本文主要介绍了 PLC 在工业生产中的具体应用，U 形折板机生产工艺流程以及基于 SIEMENS 的 S7200 系列 PLC 的折板方案，重点介绍了 PLC 的选用及其梯形图的设计 方案，在分析了控制要求的基础上，设计出相应的 PLC 控制程序和电气动模块、安全保 护模块。在现实生产中，用 PLC 控制生产具有运行效率高，工作的稳定性好，操作方便， 经济适用，能很好地满足中小规模型材厂批量加工需要，并且自动化控制

3、系统对减少现 场操作人员、提高安全性具有良好的效果。 关键词：折板机；自动化控制系统；可编程控制器；安全性 ABSTRACT This paper introduces the project of U board with PLC in the industry, which is SIEMENS S7200 series and introduces the method of the U board treatment. Emphases introduce the design of PLC hardware and ladder-shaped picture. on the prec

4、ondition of the demand control, design out the PLC control program, the module of electrical and security. In the real production, with the control of the PLC, the program is run faster in efficiency. besides, it having greater job stability, easier to operate. the PLC system appease the demand of s

5、mall or middle former factory. the automatic control system to the good result of improving production efficiency, reducing the on-the-spot attendant, improving security full play. Keyword：Folding machine; Automatic control system; Programmable logic Controller; Safety 目 录 1 绪论绪论1 1 U 形折板机的工艺流程与控制要求

6、形折板机的工艺流程与控制要求1 1.1 U 形折板机基本结构形折板机基本结构.1 1.2 对工艺流程的阐述对工艺流程的阐述.2 1.3 控制要求控制要求.2 1.3.1 折板机控制方式折板机控制方式2 1.3.2 折板机工作要求折板机工作要求2 2 电气动模块设计电气动模块设计.3 2.1 基本气动模块的组成基本气动模块的组成3 2.2 电气动模块工作原理电气动模块工作原理.4 2.3 电气动模块工作过程电气动模块工作过程5 3 PLC 控制模块设计控制模块设计.5 3.1 PLC 简介简介5 3.2 PLC 选择可行性分析选择可行性分析7 3.3 PLC I/O 端口分配端口分配.8 3.4

7、 控制程序设计控制程序设计9 3.4.1 复位操作复位操作10 3.4.2 单步加工控制单步加工控制 .10 3.4.3 单周期操作单周期操作 .10 3.4.4 误操作环节误操作环节 .11 3.5 PLC 控制程序控制程序11 4 安全保护模块设计安全保护模块设计.14 4.1 光栅安全保护构成光栅安全保护构成.15 4.1.1 对射式红外传感器对射式红外传感器 TX05C.15 4.1.2 CC4068 集成电路集成电路 .16 4.1.3 TLP521 光电耦合器光电耦合器 .17 4.2 安全保护模块工作原理安全保护模块工作原理.18 5 总结总结.19 参考文献参考文献.20 附附

8、 录录.21 致致 谢谢.23 1 1 绪论 U 形折板机是型材加工厂常用的加工设备，U 形折板机由模板、左右折板、限位开 关、气压机构（气缸和活动铰链）、安全光栅和操作盘组成。模板装在模板座上，模板 两端的形状不同，加工出来的 U 形板料的开角形状就不同，折角的大小由左右限位开关 的位置决定。根据不同要求，模板可以随时更换。在气压的推动下，模板与模板座一起 下移或上移。被加工的金属板料放在平台上，当模板下移压紧板料后，工作平台上的左、 右折板在气压机构的推动下，可以向上折、也可以折回，把板料加工成 U 型。操作盘面 上设置有接通或断开 PLC 电源的开关、工作方式选择开关和单周期位和单步位、

9、启动/停 止开关、复位按钮和操作按钮。在现代化的工业生产中，选择用 PLC 来控制 U 形板的生 产，可以提高生产效率，安全性、工作的稳定性好，操作方便，经济适用，能很好地满 足中小规模型材加工厂批量加工的需要。 1 1 U U 形折板机的工艺流程与控制要求形折板机的工艺流程与控制要求 1.11.1 U U 形折板机基本结构形折板机基本结构 U 形折板机基本结构由模板，左、右折板，左、右限位开关，下限位开关，气压机 构，安全光栅及工作平台组成，结构如图 1-1 所示 图 1-1 折板机基本结构 2 U 形折板机加工型材的样板如图 1-2 所示 图 1-2 加工样板 1.21.2 对工艺流程的阐

10、述对工艺流程的阐述 U 形折板机的生产工艺流程分为以下六个步骤 (1) 上移到位，左、右折板返回原位时，将裁好的金属板料放在工作平台上。 (2) 启动设备，模板开始下移，下移到位时压紧板料。 (3) 压紧板料后，左、右折板上折，上折到位触动左、右限位开关时，停止上折并保压 2S。 (4) 左、右折板返回，折板返回原位时自停。 (5) 模板上移，上移到原位后自停。 (6) 取下 U 形板，一块板料的加工过程结束。 1.31.3 控制要求控制要求 1.3.11.3.1 折板机控制方式折板机控制方式 在工业化生产中，折板机应有手动和自动方式，以便达到更合理的控制要求，手动 方式即单步方式，按步来进行

11、，当要进行下一步操作时，再按下相应的按钮来执行。单 步工作方式时，按一次操作按钮执行一个工作步；单周期方式时，按一次操作按钮连续 完成上述加工过程后自停，加工过程中不重复循环。 1.3.21.3.2 折板机工作要求折板机工作要求 在单步方式和单周期方式下，完成一个 U 形板加工过程后自停，加工过程不循环。 首先模板下移和上移是用双线圈的三位五通电磁阀控制的。三位五通电磁阀安装时电磁 阀应垂直向上安装应注意阀体上箭头应与介质流向一致，不可装在有直接滴水或溅水的 地方；电磁阀应保证在电源电压为额定电压的 10%15%波动范围内正常工作，电磁阀安 3 装后，管道中不得有反向压差，电磁阀安装前应彻底清

12、洗管道，通入的介质应无杂质； 电磁阀前装过滤器并需通电数次，使之适温后方可正式投入使用。当电磁阀发生故障或 清洗时，为保证系统继续运行，应安装旁路装置。 三位五通电磁阀如图 1-3 所示（1,2,E1,E2,IN 为气压通道，I,II 为电磁开关） 图 1-3 三位五通电磁阀 在折板过程中，模板下移并压紧模板后，两个折板必须都上折到位才能开始保压。 折板机运行过程中可以停机，完成一个加工过程自动停机时，模板应在上方原位，左、 右折板应返回到水平原位。停机再开机时，如果模板和左、右折板都在原位，则可以开 始进行板料加工。如果不在原位，要将它们复位到原位才可以开始加工。手动复位时， 用复位按钮来控

13、制模板和两个折板的复位，但模板上移和折板的折回动作不能同时启动， 以免两者发生摩擦而损坏模板和折板。自动运行和手动操作过程中，若误按操作按钮时 不应出现误动作。 2 电气动模块设计 2.12.1 基本气动模块的组成基本气动模块的组成 电气动模块的组成一般由压缩机，电动机，压力开关，单向阀，储气罐，压力表， 自动排水器，安全阀，冷冻式空气干燥器，主管道过滤器等组成。总体来说由压缩空气 的产生和输送系统及压缩空气消耗系统二个主要部分组成。 一、压缩空气产生系统各组件及其主要功能 （1）压缩机：将大气压力的空气压缩并以较高的压力输给气动系统，把机械能转变为气 压能。 （2）电动机：电能转变成机械能，

14、给压缩机提供机械动力。 （3）压力开关：将储气罐内的压力转变为电信号，用来控制电动机。它被调节到一个最 高压力，达到这个压力就使电动机停止；也被调节另一个最低压力，储气罐内压力跌到 4 这个压力就重新激活电动机。 （4）单向阀：让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流 动。 （5）储气罐：贮存压缩空气。它的尺寸大小由压缩机的容量来决定，储气罐的容积愈大， 压缩机运行时间间隔就愈长。 （6）压力表：显示储气罐内的压力。 （7）自动排水器：无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。 （8）安全阀：当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气溢出。 （9）冷冻式空气干燥器：将压

15、缩空气冷却到零上若干度，使大部分空气中的湿气凝结， 以减少系统中的水分。 （10）主管道过滤器：它清除主要管道内灰尘、水分和油。主管道过滤器必须具有最小 的压力降和油雾分离能力。 二、压缩空气消耗系统 （1）压缩空气的分支输出管路：压缩空气要从主管道顶部输出到分支管路，以便偶尔出 现的凝结水仍留在主管道里，当压缩空气达到低处时，水传到管子的下部，流入自动排 水器内，将凝结水去除。 （2）自动排水器：每一根下接管的末端都应有一个排水器，最有效的方法是用一个自动 排水器，将留在管道里的水自动排掉。 （3）空气处理组件：使压缩空气保持清洁和合适压力，以及加润滑油到需要润滑的零件 中以延长这些气动组件

16、的寿命。 （4）方向控制阀：通过对气缸两个接口交替地加压和排气，来控制运动的方向。 （5）执行元件：把压缩空气的压力能转变为机械能，执行元件是一个直线气缸，它也可 以是回转执行组件或气动马达等。 （6）速度控制阀：能简便实现执行组件的无级调速。 2.22.2 电电气动模块工作原理气动模块工作原理 电气动模块主要采用三位五通电气阀来控制，电磁阀是用来控制流体的自动化基础 元件，属于执行器，并不限于液压，气压。电磁阀用于控制气压流动方向，工厂的机械 装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。电磁阀的工作原理为电磁阀里有密闭 的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的气压管，腔中间是阀，两面是两

17、块电 磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来挡住或露出 5 不同的排气孔，而进气孔是常开的，气压就会进入不同的排气管，然后通过气的压力来 推动气缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的 电流就可以控制气缸的机械运动。 2.32.3 电气动模块工作过程电气动模块工作过程 U 形折板机的气动驱动模块是折板驱动执行机构运动的动力装置，主要实现 U 形折 板机模板上下移动和折板的上折和返回动作。其电气动工作模块如图 2-1 所示。 图 2-1 电气动模块原理图 工作过程为：压缩空气经气源后分三路，一路到模板控制气缸 8，另两路分别到左右 折板控

18、制气缸 7、9，电磁阀 2 的电磁线圈 CY2-0 通电时，压缩空气经电磁阀 2 和节流 阀 5 进入模板气缸 8 上缸体，模板下降至压紧板材并碰到 ST1 行程开关后停止，电磁阀 2 的电磁线圈 CY2-1 通电时，压缩空气进入气缸 8 下缸体，则模板上升回到原位；电磁 阀 1、3 的电磁线圈 CY1-0 和 CY3-1 通电时，左右折板气缸 7、9 推动折板，缓慢折板， 至左右限位行程开关，折板停止，板料折成 U 型；电磁阀 1、3 的电磁线圈 CY1-1 和 CY3-0 通电时，左右折板气缸 7、9 推动折板，折板回复至水平原位，折板机折板停止。 3 PLC 控制模块设计 6 3.13.

19、1 PLCPLC 简介简介 作为通用工业控制计算机，30 年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域 接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其 应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制 等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世 界各地发挥着越来越大的作用。 1.可编程控制器的定义 可编程控制器，简称 PLC（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基 础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electr

20、ical Committee） 颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而 设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执 行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟 式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程”。PLC 及其有关的外围设备都应该 按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 2.PLC 的特点 (1) 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采 用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的

21、抗干扰技术，具有很高的可靠性。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电 气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有 硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可 以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊 断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 (2) 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规 模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完

22、善的数据运算能力， 可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、 温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展， 使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 (3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎 7 PLC 是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂 计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 (4) 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控

23、制设备外部的接线，使控制系统设计 及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程 序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 (5) 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅 数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 3. PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽 车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。所以，用 PLC 来控制 U 形板的生产， 有着广阔的空间，前景明朗。 3.23.2

24、 PLCPLC 选择可行性分析选择可行性分析 根据设计要求，分析折板过程中要用到的端口数量，其要求如下：用于接通或断开 PLC 电源的开关（不占输入端子）；工作方式选择开关（占 1 个输入端子）分单周期位 和单步位；启动/停止开关（占 1 个 输入端子）；1 个复位按钮，若停机时模板和左、右 折板不在原位，再开机时要进行复位；1 个操作按钮，手动和自动操作时，均要按操作按 钮。折板机控制的操作盘如 3-1 所示 8 图 3-1 控制操作盘 除了以上介绍的输入元件外，左、右折板的上折限位各用一个限位开关，模板下移 的控制需要一个下限位开关，安全设计中传感器触发输入需要一个开关，因此需要 8 个

25、输入端子。模板的上移和下移及折板的上折和折回所需的电磁阀（均为双线圈） 都是输 出执行元件，所以需要 6 个输出端子。根据控制要求及端子数，此处选用交直流电继电 器型 S7-200 CPU222AC/DC/继电器 PLC，它共有 8 个输入端子，6 个输出端子, 满足控 制所需端子数，工作电压为 20.4 至 28.8 VDC，在线程序编辑时 4096 bytes, 非在线程序 编辑时 4096 bytes, 数据存储器 2048 bytes。这个处理器带有 24V 直流电源，也可以根据 实际情况外加电源，最好是 UPS 供电电源，因为模块输出电源的功率是有限的，并且输 入输出点的延伸到现场操

26、作柜。这段线路又电压消耗，容易使产生信号失真，所以应时 刻保证 CPU 有电，避免因停电引起生产事故。 3.33.3 PLCPLC I/OI/O 端口分配端口分配 根据可行性分析的要求，把 S7-200 CPU222 AC/DC/继电器 PLC 的端口分配如下： （1）输入方面：操作按钮为 I0.0，方式选择开关为 I0.1，复位按钮为 I0.2，启动/停止 按钮为 I0.3，左折板限位开关为 I0.4，右折板限位开关为 I0.5，模板下移限位开关为 I0.6，安全光栅保护开关为 I0.7。 （2）输出方面：模板下移为 Q0.0，左折板上折为 Q0.1，右折板上折为 Q0.2，左折板 返回为

27、Q0.3，右折板返回为 Q0.4,模板上移为 Q0.5，所以 PLC 控制模块 I/O 分配如图 3-2 所示。 9 图3-2 PLC控制模块I/O分配图 PLC的端口I/O端口接线图如3-3所示。 图3-3 PLC 端口I/O端口接线图 3.43.4 控制程序设计控制程序设计 程序设计是 U 形板折板机设计的核心，程序设计的好坏关系到机器使用性能和操作 方便性， 同时须考虑程序的工作效率。因此，折板机控制程序设计为：复位操作、单周 期、单步加工控制和误动作的禁止等组成环节。折板机的工作流程如图 3-4 所示 上上 上上上上上上 上上 上上上上 上上 上上上上 上上上上上上 上上上上 上上上上

28、上 上上上上上 上上上上上上 上上上上 上上上上上上 上上上上 上上2s 上上3s 上上3s I0.3 I0.6 I 0. 4 I 0. 5 上上 上上 I 0. 2 10 图 3-4 折板机工作流程图 3.4.13.4.1 复位操作复位操作 为了确保机器从正确的初始位置开始工作，开机时首先要进行复位操作，否则机器 不能被启动。将方式选择开关拨在单步位，I0.1 为 OFF，自动运行被禁止。按住复位按钮 I0.2 不放，其复位过程是：首先，寄存器 M1.0M1.4 被复位。接着 M0.4 被置位，T39 开始计时 0.5s 后将 M0.0 置位，为板料加工作好准备。Q0.3 和 Q0.4 均

29、ON，两个折板 开始返回。为了避免模板和折板相互摩擦，要自折板开始返回 1s 后，再让模板开始上移， 因此设置 T41 定时 1s。T41 定时 1s 到，模板开始上移。当模板和折板都返回原位（目 测） 时，松开复位按钮，复位过程结束。 3.4.23.4.2 单步加工控制单步加工控制 将方式开关拨在单步位，常开触点 I0.1 断开，自动方式被禁止，单步方式被允许。 按一下操作按钮 I0.0 ON 一次，输入一个移位脉冲，M1.0 和 Q0.0 均为 ON。其一，模 板开始下移；其二，M0.2 将 M0.0 复位，使下一次移位时输入的是“0”。当模板下移到位 压限位开关 I0.6 时，模板下移停

30、止并压紧板料，再等一下操作按钮 I0.0，又输入一个移 位脉冲，M1.0 为 OFF，M1.1 为 ON。使 Q0.1 和 Q0.2 均为 ON，两折板开始上折。折 板上折到位压限位开关 I0.4 和 I0.5，则 Q0.1 和 Q0.2 均为 OFF，使折板上折停止，同时 T40 开始计时进行 2S 保压。2S 后再按一下操作按钮 I0.0，又输入一个移位脉冲，M1.1 为 OFF，M1.2 为 ON。于是折板开始返回，T37 进行折板返回计时。T37 计时到，Q0.3 和 Q0.4 均为 OFF，折板返回停止。再按一下操作按钮 I0.0，又输入一个移位脉冲，M1.2 为 OFF， M1.3

31、 为 ON。于是模板开始上移，T38 开始模板上移计时。T38 计时到，其一， 输入一个移位脉冲，使 M1.3 为 OFF，M1.4 为 ON，则 Q0.5 为 OFF，模板上移停止； 其二，M1.4 为 ON 使移位寄存器复位；其三，T38 为 ON 将 M0.0 置位，为下一次加工 作好准备。 3.4.33.4.3 单周期操作单周期操作 模板和折板都返回原位时，将裁好的板料放在平台上。将方式开关拨在单周期位， 常开触点 I0.1 闭合，使 SHRB 的移位脉冲输入端接通，而单步运行方式被禁止。按一下 操作按钮 I0.0,第一次执行移位，M1.0 和 Q0.0 均为 ON，则模板开始下移;M

32、0.2 为 ON 并将 M0.0 复位，使下一次移位时移位输入是“0”。模板下移到位压下限位开关 I0.6。其 11 一，使 Q0.0 为 OFF、模板下移停止并压紧板料；其二，输入一个移位脉冲，使 M1.0 为 OFF、M1.1 为 ON，于是 Q0.1 和 Q0.2 为 ON,两折板开始上折。当两折板上折到位，压 动限位开关 I0.4 和 I0.5，其一，使 Q0.1 和 Q0.2 均为 OFF,折板上折停止；其二，当 I0.4 和 I0.5 均为 ON 时 T40 开始计时，进行 2s 保压。T40 计时到，输入一个移位脉冲，使 M1.1 为 OFF，M1.2 为 ON，则 Q0.3 和

33、 Q0.4 均 ON，折板开始返回，T37 进行折板返回 计时。T37 定时时间到，输入一个移位脉冲，使 M1.2 为 OFF、M1.3 为 ON，Q0.3 和 Q0.4 为 OFF，折板返回停止；Q0.5 为 ON 使模板开始上移，T38 开始模板上移计时。 T38 计时到，输入一个移位脉冲，使 M1.3 为 OFF，M1.4 为 ON。其一，Q0.5 为 OFF， 模板上移停止；其二，T38 为 ON，将 M0.0 置位，为下一次加工作好准备；其三，M1.4 为 ON 使移位寄存器复位。到此为止，加工一块板料的过程结束，下一块板料的加工与 上述过程相同。 3.4.43.4.4 误操作环节误

34、操作环节 生产过程中误操作时，误动作应禁止。单步操作时误动作的禁止：当按过一次操作 按钮，且正在执行某步加工的过程中又误按了一下操作按钮时，不会产生误动作。因为 在每一步启动时按一次按钮 I0.0 后，对应各个步，分别使 Q0.0、Q0.1、Q0.3、Q0.5 为 ON，都能使 M0.2 为 ON，其常闭触点断开。所以在某一步运行过程中误按操作按钮 I0.0 时，不会再输入移位脉冲，也就避免了误动作。单周期操作时误动作的禁止：当第一次 按过操作按钮 I0.0、设备启动后，Q0.0 为 ON， M0.2 为 ON，将 M0.0 复位。由于 I0.0 与 M0.0 的常开触点串联后连接在移位寄存器

35、的移位脉冲输入端，在整个加工过程中，由 于 M0.0 的常开触点总是断开，也不会产生错误的移位脉冲输入，所以由误按操作按钮而 产生的误动作不会出现。 3.53.5 PLCPLC 控制程序控制程序 PLC 的控制梯形图如下：（指令语句见附录） 12 13 14 4 安全保护模块设计 在 U 形板型材的生产过程中，由于手动放料，操作人员在操作过程中可能疏忽大意， 没有处理好身体与机器之间的距离，而导致发生生产事故。为了解决存在的安全隐患， 提高生产的安全系数，在折板机上安装安全光栅，安全光栅安装在折板机靠近操作人员 一侧，介于人与模板之间,且安全光栅安装在左、右折板之间。光栅保护一直处于工作状 态

36、，当折板模板下移，左、右折板上折时，只要人体的任何部分碰到光栅发出的光线， 15 折板机模板和左、右折板都会停止动作，所以没有危险。安全光栅安装位置如图 4-1 所示 操作人员 图 4-1 安全光栅安装位置图 4.14.1 光栅安全保护构成光栅安全保护构成 安全光栅保护模块中，由红外传感器TX05C，光栅旋转支架，CMOS集成电路 CC4068和TLP521光电耦合器等组成。 光栅采用5块TX05C对射式设计，方便更换损坏或老化的红外传感器。5块TX05C设 计保护高度大约为50cm左右，因为TX05C光栅宽度保护距离为3米到7米，完全满足折板 机使用场合，能对折板机执行机构工作可靠性监控，保

37、障系统安全。 为确保光栅安装后把影响降到最低，光栅全部采用摇臂支架式，支架材料为经过处 理的不锈钢，强度高、可靠性强。支架结构设计合理，调整灵活轻便，在生产过程中工 作可靠，耐振性强，支架不易松动，摇臂长度可根据折板机工作台尺寸而定，以适用于 所有模具生产要求，不影响操作人员上下料，且调节灵活。 4.1.14.1.1 对射式红外传感器对射式红外传感器 TX05CTX05C TX05C 是一种对射式红外检测电路, 它是利用人眼观察不到的红外线光束, 组成无 线区域检测系统, 当人或物体遮住红外光束时, 接收模块会自动输出高电平信号, 驱动其 他机构动作, 达到预期效果。由于TX05C 模块内部含

38、有专用密码调制电路, 故其不受外 界光线或其他电路的干扰，具有很高的可靠性和抗干扰能力，可广泛用于电子计数、自 动控制、安全防范等产品中。 16 TX05C 分发射、接收两个模块，发射模块TX05C-T 的正前方有一小孔，孔内装有一 片光学玻璃，红外光束通过光学玻璃向外发射，模块组件的后部是发射指示灯和电源线。 当模块通电工作时，该指示灯点亮。电源线采用屏蔽线连接，芯线接电源正极，屏蔽层 (铜网) 接电源负极。接收模块TX05C-R 的正前方有一红外接收窗，其内部两侧各设置有 状态指示灯, 当模块未收到有效信号时，红色指示灯亮，收到信号时，绿色指示灯亮。电 源线、输出引线采用双芯屏蔽线，其中红

39、色芯线接电源正极，白色芯线为信号输出OUT 端，屏蔽层(铜网) 接电源负极，信号输出方式为集电极开路输出。图4-2为TX05C 模块 的外形图。 图4-2 TX05C 4.1.24.1.2 CC4068CC4068 集成电路集成电路 CMOS集成电路以其良好的性能，低微的功耗，工作电压范围宽，质量可靠等诸多特 点而显示出强大的生命力，本模块设计是采用CC4068 CMOS集成电路，CC4068外引脚排 列如图4-3-1，其是8输入端与非门/与门电路，必须注意13脚是与非门输出端，1脚(与13脚 串接一个反相门)是与门输出端。本模块设计中只需用到5个输入端，只有A，B，C，D和 E全为高电平时，

40、则Y为低电平，W为高电平。当A，B，C，D和E只要有任何一个或一个 以上为低电平时，则Y为高电平，W为低电平。 逻辑表达式为Y= EDCBA 摧荐工作条件：电源电压为318V,工作温度为-4085，完全满足长时间、恶劣 的生产环境的生产要求。 17 CC4068的外引脚排列如图4-3-1，逻辑符号如图4-3-2所示 图4-3-1 CC4068外引脚排列图 图4-3-2 CC4068逻辑符号 4.1.34.1.3 TLP521TLP521 光电耦合器光电耦合器 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电 光电转换器件。它由发光源和 受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用

41、透明绝缘 体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极 管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二 极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。 论文中采用 TLP521 光电耦合器的主要作用是实现安全模块与 PLC 主机的电器隔离， 提高抗干扰性。更重要的一点是实现电平交换，现场传感器电平信号较低，光电耦合把 它们变换成 PLC 主机要求的标准逻辑电平。TLP521 的结构如图 4-4-1 和内部电路如图 4- 4-2 所示 4-4-1 TLP521 4-4-2 TLP521 内部电路图 CC406

42、8 W A B C D NC Vss H Y F G E 8 Vdd 10 11 13 12 9 141 2 3 4 5 6 7 & 13 2 3 4 5 9 10 11 12 1 18 论文中 CMOS CC4068 电路输出高电平约为 8V，而输出低电平约为 1V，按入一个 300 的电阻 R6，经 TLP521 光电耦合器后输出的电压约为 22V，在 PLC 中能识别为高 电平。而当 CC4068 输出是低电平时，经 TLP521 后接入到 PLC，还是识别为低电平。这 样，就把 CC4068 的高低电平转换成 PLC 能识别的高低电平。 4.24.2 安全保护模块工作原理安全保护模块工

43、作原理 红外对射式机床安全保护模块接线如图4-5所示 R1R5 1kx5 红外光屏 +9V Vdd OUT Vss TX05C-R TX05C-RTX05C-RTX05C-RTX05C-R IC1-2 IC2-2IC3-2IC4-2IC5-2 IC1-1IC2-1IC3-1IC4-1IC5-1 TX05C-TTX05C-TTX05C-TTX05C-TTX05C-T A B C D E Vdd IC4 CC4068 Y Vss - PLC端口 I0.7 R6 300 TLP 521 图4-5 安全保护模块接线图 电路主要由红外发射模块、接收模块和 CC4068、TLP521 光电耦合器、电阻等组

44、成。 为达到安全要求，本模块用 5 对红外发射、接收模块, 形成红外保护光幕。IC1-1 IC5- 1( TX05C-T) 为红外发射模块，内部电路由电源管理器件、密码电路、红外线调制电路和 中功率红外发射二极管组成。经密码电路调制的红外光信号，通过光学玻璃及模块正前 方的小孔，由红外发射二极管向外发射。IC1-2 IC5-2 ( TX05C-R)为配套的红外线接收 模块，内部电路由红外接收电路、放大电路、解调处理电路及晶体三极管组成，信号输 出采用集电极开路方式。当操作者未进入危险区域时，接收模块 IC1-2 IC5-2 ( TX05C- R) 接收到红外发射模块 IC1-1IC5-1 (

45、TX05C-T)发射的红外线，OUT 端内部的晶体管截 止，OUT 端为高电平，8 输入端与非门/与门 IC4 (CC4068) 的 A，B，C，D 和 E 输入端 为高电平，其 Y 端输出为低电平，经 TLP521 光电耦合器后接入到 PLC 端口 I0.7 为低电 平，机床设备正常工作。一旦有人的身体或其中的一部分进入危险区域，势必会遮断红 19 外光束，只要 IC1-2 IC5-2 ( TX05C-R)有一个或是一个以上没有收到红外指令，OUT 端内部的晶体管导通，OUT 端翻转为低电平，IC4 的 A，B，C，D 和 E 输入端有一个或 一个以上为低电平，Y 端输出为高电平，经 TLP

46、521 光电耦合器后接入到 PLC 的常闭继 电器 I0.7 电平反转为高电平，使 PLC 常闭端口 I0.7 断开，机床设备立即制动停机，从而 起到了安全保护作用。 5 总结 U 形折板机是型材加工的专用设备，采用 PLC 控制，具有以下优点： （1）机器性能稳定，调整方便。在 U 形板的加工产品中，只要隔一定时间抽样检测 一批产品，检查产品尺寸是否符合要求，U 形板弯曲处是否有裂纹，如果产品质量达标， 说明机器工作性能稳定，能连续高效生产；调整模板和限位开关可以加工不同大小的 U 形板，同时控制程序设有单步、单周期和复位方式，加工调整方便。 （2）操作方便，稳定可靠。U 形折板机采用 PL

47、C 控制，大大提高了系统工作可靠性、 柔性，运行更加稳定；操作面板简洁，且用互锁开关，同时控制程序设有误操作时误动 作的禁止环节，操作使用方便可靠。 （3）控制回路简单，经济适用。气动驱动回路简单，驱动控制系统成本相对较低， 能适应单件和大批量生产，能很好地满足中小规模型材厂加工需要。 （4）系统安全模块实现对人员和机器的双重保护，同时对模板也起到了有效的保护， 有效减少了折板作业的安全事故。从技术角度减轻了安全管理的难度，提高了公司安全 管理水平，同时为员工改善了工作环境，有效保障了员工安全，在行业有着广阔的推广 前景。 本系统设计中在某些方面还存在一些不足：在电气模块设计方面采用的是电气动

48、系统， 虽然气动系统相对液压系统便宜，而且在后期的维护费用也比液压系统维护费少，但是由 于气体的压缩性非常大，所以精确定位比较麻烦，而噪音也相对比较大，虽然有消音器 但是效果并不是太理想，且气压系统设备体积大，占地面积较大，相对于液压系统来说 气压系统耗能也比较大。 20 参考文献 1 张万忠.刘明芹.电器与 PLC 控制技术.化学工业出版社，2003.8 2 李芳园.PLC 行业应用实践.中国电力出版社，2007 3 吴作明.PLC 开发与应用实用实例详解.北京航空航天大学出版社，2007.11 4 宫淑贞，王冬青，徐世许.可编程控制器原理级应用.人民邮电出版社，2002.7 5 周美兰，周

49、封，王岳宇. PLC 电气控制与组态设计(第 2 版). 科学出版社，2009.10 6 柴瑞娟，陈海霞. 西门子 PLC 编程技术及工程应用.机械工业出版社，2006 7 卢时平，杨振宇.折板机技术. 上海科学技术文献出版社.1990.8 8 西门子（中国）公司 S7-200 可编程控制器选型手册Z 9 杨公源.可编程控制器（PLC）原理与应用M.电子工业出版社，2004.10 10 张运波. PLC 梯形图设计中的关键技术J长春工程学院学报(自然科学版) , 2000, (01) 11 台方.可编程序控制器应用教程M中国水利水电出版社，2001 12 王洪猛.基于 PLC 的过程控制系统设计与实现J .自动化技术与应用, 2004 13 陈在平.可编程控制器技术与应用系统设计M. 机械工业出版社，2003 14 孙惠芹，刘南平，张材中.传感器入门.科学出版社，2006 15 杨帮文.新编 CMOS4000 系列集成电路实用手册.机械工业出版社，2006.