基于PLC的切割机系统设计 丽水学院2011届学生毕业论文
发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。
1.3 PLC的特点
1.高可靠性：所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms.各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2.丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4.编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5.安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
6. PLC的功能： (1) 逻辑控制。 (2) 定时控制。 (3) 计数控制。 (4) 步进(顺序)控制。 (5) PID控制。
(6) 数据控制：PLC具有数据处理能力。
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(7) 通信和联网。
(8) 其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。
1.4 本文主要设计内容
大学期间我到鸿利锁业公司实习，该公司现在正在自主研发自动化设备仪器来代替人工操作来提高产量和利润。其中也与我所学专业有很大的关联。我有幸参与了其中一台设备的制造线路的连接以及调试工作。
为了使物料精确度更高、操作更方便、安全系数更高，该厂自行设计了这台由PLC为控制核心的切割机，虽然市场上有很多自动的或者更加先进的切割机，但是由于厂里产品形状等特殊原因，所以自行设计了一台自动的切割机。
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第二章 系统的设计
2.1 切割机主要构造及技术参数 2.1.1 切割机主要构造及动作过程
该设计主要由电气控制箱、刀架、台面、刀片组成，如图2.1所示。台面是由两排滑轮组成的，用来夹紧锁管和推进锁管。
图2.1 切割机结构示意图
切割过程：启动机器，先将刀架回原点，将锁管放置在台面上锁紧台面；设定好要切割的厚度和长度；然后启动连续切割，机械就会自动切割管材，直到切完为止。
2.1.2 切割机技术参数
切割机技术参如下：
表2.1 切割机技术参数
切割机性能： 切割显示分辨率 切割尺寸精度 刀架有效行程 切割循环次数 整机质量 数值 0.01 ±1 50~70 5-50 ≤1 表2.2 切割机电气系统参数 单位 mm mm mm 次 T 4
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电气系统参数： 动力系统工作电压 控制系统工作电压 推料电机功率 刀片电机功率 刀架电机功率 总装机功率 数值 380 220 1.5 4.0 1.1 7.1 单位 V V kW kW kW kW 2.2 电气元件的选择
1.主电路的电机选择
电动机是主要的动力机械，它的应用是非常广泛的，所以就其全国电动机的总耗电量来说，它是极为可观的。因此，合理选择电动机是相当重要的，它直接关系到生产机械的运行安全和投资效益。电动机的选择内容包括电动机种类、外壳型式、额定电压、额定转速、额定功率、各项性能等
根据主电路的要求和控制方式结合以上对电机的各项标准和参数的介绍可确定主电路所用的元件的型号和参数。刀片电机的是用来带动电锯并切割材料，所选的电机功率要大，转速要高。刀架电机用来控制刀片的上下移动，而刀片的移动并不能很快，所以所选的电机转速要稍微低，虽有蜗轮减速，带在经济角度考虑下，可以用转速小、功率低的电机以节约成本。台面电机控制材料的进给，定位须准确，采用直流电机。所以可以列出电机的型号参数如下。
表2.3 刀片电机型号参数
最大额定型号 电压 额定 功率 额定电流 转速 效率 功率因素 转矩 额定转矩 V Y2-112M-2 380 kW 4 A 8.1 r/min 2890
表2.4 刀架电机型号参数
额定电压 V
最小转矩 额定转矩 倍 1.4 堵转转矩 额定转矩 倍 2.2 堵转电流 额定电流 倍 7.5 % 85.0 cosΦ 0.88 倍 2.3 型号 额定功率 kW 额定电流 A 转速 r/min 最大转最小转堵转转堵转电矩 矩 矩 流 效率 功率因素 额定转额定转额定转额定电矩 矩 矩 流 % cosΦ 倍 倍 倍 倍 5
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Y2-100L2-8
380 1.1 3.4 700 73.0 0.69 2.0 1.2 1.8 5.0 表2.5 台面电机型号参数
额定 功率 kW 1.5 削弱磁场额定电流 转速 效率 时最大转速 A 9.16 r/min 750 % 74.5 r/min 1500 kg·m2 0.18 飞轮力矩 额定电压 型号 V Z2-42 220 2.主电路的其他元件选择
主电路的其他元件的选型就为断路器的选择、交流接触的选择、熔断器的选择、中间继电器的选择表等各种元件的选择。元件的选择对整个设备的性能起到很大的作用。
刀开关是用来控制设备的总电源，三组熔断器是防止电流过大而设计的，热继电器也有同样的效果，但是工作原理不同，由于电机的功率不同，在功率稍小的电机中就未使用交流接触器KM1是控制带锯电机M1的，KM2控制两台磨刀电机，KM3、KM4分别是控制刀架电机M4的正反转的，电磁刹车时给刀架电机其精确定位的，KM5和KM6构成的两组是用来控制台面电机的正反转的，KM7是直流电机回馈制动的。
表2.6 电气主电路其他元件
元件名称 刀开关 接触器 电动机 (1) 刀开关的选择
刀开关主要用于成套配电设备中隔离电源，刀开关的技术规格有：a、额定电压，b、额定电流，c、短时耐受电流，通常用刀开关在1S内所能承受的短路电流峰值表示，d、接通于分断能力，视刀开关的结构不同，可接通与分断250%～600%额定电流，e、机械寿命，用操作次数表示。 我们所用的刀开关是塑壳刀开关,塑壳刀开关是一种结构最简单、应用最广泛的手动电器，由操作手柄、熔丝、触刀、触头底座组成，刀开关的安装时要注意手柄向上，不要倒装或平装，否则会因自动下滑而引起误合闸。接线时，应将电源接线接在上端，负载接在熔丝下端，这样在拉闸后可以安全的更换熔丝。
QS0选选用规格HD11-100/38型单投三极刀开关1只。主要技术参数：
额定交流电压380V，额定交流电流100A。通断能力100A，1S短时耐受电流6KA，动态稳
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元件数量 1个 7个 5台 元件名称 熔断器 热继电器 电磁刹车 元件数量 3组 4组 1个