系统具有自动计数功能，每一次有效剪切都将做一数值上的累加，显示在数码管上；数码管显示记满9999次，报警灯亮，同时数码管显示为0。
按下停止按钮剪切机停止工作。
木板自动剪切机的PLC外围端子接线图如图3-3所示：
图3-3 PLC端子接线图
3.4 木板自动剪切机PLC的I/O分配表
该设计木板自动剪切机控制系统，根据PLC的端子接线图输入有8个输入端子，38个输出端子。
根据本设计控制系统PLC外围接线图，输入端子中SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，SQ1为木料到位的限位开关，SQ2为压块下降到位的限位开关，SQ3为剪刀下降到位的限位开关，SQ4为剪刀上升到位的限位开关，SQ5为压块上升到位的限位开关，SQ为光电开关。输出端子中有4位七段数码管，有木板右移、压块下降、压
16
块上升、剪刀下降、剪刀上升和报警灯的表示。
K2Y0表示Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7，七段显示千位。
K2Y10表示Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17，七段显示百位。 K2Y20表示Y20、Y21、Y22、Y23、Y24、Y25、Y26、Y27，七段显示十位。 K2Y30表示Y30、Y31、Y32、Y33、Y34、Y35、Y36、Y37，七段显示个位。 控制系统中I/O点分配表如表3-1所示。
表3-1 I/O分配表
输入分配
输入地址 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007
名称 启动按钮 木料右移到位 压块下降到位 剪刀下降到位 剪刀上升到位 压块上升到位 光电开关被遮 停止按钮
代号 SB1 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ SB2
输出地址 Y000~Y007 Y010~Y017 Y020~Y027 Y030~Y037 Y040 Y041 Y042 Y043 Y044 Y046
输出分配
名称
七段数码管显示千位 七段数码管显示百位 七段数码管显示十位 七段数码管显示个位
木料右移 压块下降 剪刀下降 剪刀上升 压块上升 报警器报警
代号 KM0 KM1 KM2 KM3 KM4 L1
3.5 PLC的选型
(1)选择PLC机型的基本原则
在满足控制要求的前提下，保证工作可靠，使用维护方便，以获得最佳的性能价格比。
PLC的型号种类很多，对于开关量控制的应用系统，当选用小型PLC就能满足要求。这里选用FX2N系列。
(2)PLC容量的估算
I/O的点数和用户存储器的容量。
①I/O点数是衡量PLC规模大小的重要指标，根据控制任务估算出所需I/O的点数是硬件设计的重要内容。
一般来说，输入点与输入信号、输出点与输出控制是一一对应的。输入信号有多少输入点选多少，输出信号有多少输出点也应与之对应。
②PLC用户程序所需内存容量一般与开关量输入、输出点数，模拟量输入、输出点数及用户程序的编写质量等有关。
对控制较复杂、数据处理较大的系统，要求的存储容量就要大些。对于同样的系
17
统，不同的用户编写的程序也可能会使程序长度和执行时间差别很大。
本设计根据实际情况要求和PLC选型的原则，选出PLC的型号为FX2N-128MR可以满足控制要求。
它表示的含义包括如下几部分：基本单元，内部包括CPU、存储器、输入输出口及电源；其输入输出总点数为128点，其中输入点数为64点，输出点数为64点；输出类型为继电器型[7]。
3.6 硬件配置 3.6.1 光电开关
光电开关也称光电传感器，是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
(1)传感器的介绍
传感器有四种开关，分别是：接近开关、光电开关、电容开关、模拟量开关。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器按工作原理分为物理传感器和化学传感器。
物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应，被测信号量的微小变化都将转换成电信号；化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号[8]。
(2)光电开关的选型
光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。
接收器有光电二极管或光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
光电开关分NPN，PNP两种。
三菱的PLC一般用NPN型，棕色接+24V，蓝色接0V，黑色是常开，白色是常闭。NPN型是低电平输出，PNP型是高电平输出，PNP输出的是+24V信号，而NPN
18
输出的是0V信号，所以COM接0V。
本设计选型为E3F-5DN1 5L光电开关：电源电压：5-10（V），输出方式：电压；使用环境温度：常温。
(3)A/D与D/A的选型
A/D转换器和D/A转换器是模拟量输入和模拟量输出通路中的核心部件。在实际控制系统中，各种非电物理量需要由各种传感器把它们转换成模拟电流或电压信号后，才能加到A/D转换器转换成数字量。
三菱FX2N系列模拟量输入输出模块：
模拟量输入模块（A/D模块）是把现场连续变化的模拟信号转换成适合PLC内部处理的数字信号。输入的模拟信号经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电藕合器为PLC提供一定位数的数字信号。
模拟量输出模块（D/A模块）是将PLC处理后的数字信号转换成相应的模拟信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟信号输出接口一般由光电隔离、D/A转换、信号驱动等环节组成。
模数转换（A/D）转换：A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。
模数转换（A/D）模块：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号0-10mA、4-20mA、1-5VDC等转化为计算机可以处理的数字信号。
模数转换（A/D）器：即A/D转换器，或简称ADC，通常是指将一个模拟信号转变为数字信号的电子元件。
A/D转换器的型号：AD7367是一款双极性、14-bit、高速、低功耗、逐次逼近型模数转换器，采样速率高达1MSPS。它包括两个ADC，每个ADC的前面都有一个双通道多路复用器，以及1个低噪声、宽带、跟踪与保持放大器，可以处理超过10MHZ的输入频率。AD7367内置2.5V基准电压源，但是可使用外部基准电压。AD7367是14位的串行模拟转换器，模拟输入电压范围-10V到10V。
数模转换（D/A）器：即D/A转换器，或简称DAC，通常是指将一个数字信号转变为模拟信号的电子元件。数模转换（D/A）转换：D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路。数字量输入的位数有8位、12位和16位等，输出的模拟量有电流和电压两种。
D/A转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘
19
法运算等进行分类。
①电压输出型（如TLC5620）电压输出型D/A转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的，但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常作为高速D/A转换器使用。
②电流输出型（如THS5661A）电流输出型D/A转换器很少直接利用电流输出，大多外接电流—电压转换电路得到电压输出，后者有两种方法：一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流—电压转换，二是外接运算放大器。用负载电阻进行电流—电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压，但必须在规定的输出电压范围内使用，而且由于输出阻抗高，所以一般外接运算放大器使用。
③乘算型（如AD7533）D/A转换器中有使用恒定基准电压的，也有在基准电压输入上加交流信号的，后者由于能得到数字输入和基准电压输入相乘的结果而输出，因而称为乘算型D/A转换器。
④一位D/A转换器与前述转换方式全然不同，它将数字值转换为脉冲宽度调制或频率调制的输出，然后用数字滤波器作平均化而得到一般的电压输出（又称位流方式），用于音频等场合。
3.6.2 电机选型
根据电源电压和控制电动机的容量，参照Z3040型摇臂钻床电气控制系统低压电器元件选取的方法，本设计系统控制中电动机选用三相异步电动机带动，电机表示如图3-4所示[9]。
图3-4 异步电机表示
本设计中，送料电动机M1选取Y100L2-4型，其额定功率为3kW，额定电流为6.8A，转速为1420r/min；压块电动机M2和剪刀电动机M3都选取Y90L-4型电动机，其额定功率为1.5kW，额定电流为3.7A，转速为1400r/min。
3.6.3 其他设备选型
(1)低压断路器的选型
20