1、PAGE PAGE 34陜西科技技師學院課 程 設 計課程名稱： 可編程控制原理 題目： 秸稈的自動切割系統 專業班次： 機電A91 姓 名： 于朝 指導教師： 王一光 全自動切割機的PLC控制系統設計 摘要：文章對我國發展低成本自動化的重要性等方面進行了研究。以秸稈的自動切割為對象，探討了PLC控制的秸稈自動切割系統的實現方案。根據實際需要和市場的需求，在常規的可編程控制器（PLC）和單片機控制中，選擇了以可編程控制器為主的控制方案。由于秸稈的自動切割系統是一種可按切割要求，將秸稈自動切割、并由送料車送到下一工序的順序控制的設備。它要求其控制設備具有很強的抗干擾能力，而PLC是近幾年發展起來

2、的一種新型工業控制器。由于它把計算機的編程靈活、功能齊全、應用面廣泛等優點與控制器系統的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強、價格便宜等優點結合起來，而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點，在工業過程控制中的應用越來越廣泛。加之PLC以其在硬件設計中采用了屏蔽、濾波、光電隔離等技術，在軟件設計中采用了故障檢測、信息保護與恢復等措施，進一步提高了PLC的可靠性。文章中采用了以工業順序控制過程中廣泛使用的可編程控制器（PLC）對秸稈自動切割系統進行控制。通過對秸稈自動切割系統工作原理的分析，提出總體設想，初步設計了電氣傳動部分的設計方案和PLC控制的程序流程圖。關鍵詞：可編程控制器；秸稈的切割；自

3、動控制；順序控制可編程控制器是一種為工業機械控制所設計的專用計算機，在各種自動控制系統中有著廣泛的應用，他是在繼電器控制和計算機控制基礎上開發的產品，逐漸發展 成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術，通信技術融為一體的新型工業自動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進行邏輯控制，因而稱為可編程程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC。隨著技術的發展，其控制功能不斷增強，可編程程序控制器還可以進行算術運算，模擬量控制、順序控制、定時、計數等，并通過數字，模擬的輸入、輸出控制各種類型的機械生產過程。目前,我國機械制造業存在大量的通用設備,在

4、發展現代機械自動化技術時,可以應用微電子技術改造這些已有通用設備,比如用數顯、數控裝置改造通用設備,提高單機自動化程度;用可編程序控制器改造通用機床、專用機床、組合機床及自動設備與半自動設備組成的生產線,這樣可以把計算機功能完備、編程靈活、適應性強的優點和繼電器控制簡單、抗干擾能力強、價格便宜等優點結合起來，這是一條低成本、高效益，符合我國國情的機械自動化術發展應用新途徑。隨著可編程控制器技術的發展,傳統機械設備的控制柜逐漸被新一代的智能化儀表所代替,對于日益復雜的控制功能,傳統控制柜顯得無能為力,而可編程控制器具有可編程序的特點,運行時可以根據要求,自動選擇控制算法、適應性強、可編程控制器采

5、用軟件代替硬件的方法,可以簡化線路,使控制設備的性能價格比不斷提高,本設計的研究目的,在于探索在秸稈的自動切割中,應用可編程控制技術,實現秸稈切割的自動控制。全自動秸稈切割系統廣泛的應用于農業中,秸稈長度的檢測，秸稈進料、壓緊、走刀、落料、長度調整等過程必須按一定的節拍控制精確度動作，而且不同長度、不同厚度、不同材料的秸稈,各動作行程、先后順序、刀具位置等要求都不一樣，對于這樣的控制要求,傳統控制柜很難實現,綜合考慮設備的性能/價格比，顯示直觀性、外表美觀性、靈活性等諸方面因素,本設計采用可編程控制器，根據秸稈自動切割機對控制系統的要求進行方案設計。 1 秸稈自動切割機工藝秸稈自動切割機應用于

6、許多農業中對各種秸稈進行切割的操作，在設計秸稈自動切割機之前必須對幾個因素進行考慮，包括秸稈切割機的切割能力、產率增強選件和安全性。秸稈切割機類型由許多因素決定，諸如切割機可處理材料的長度、厚度和種類。 切割機可以按剪切形式及其驅動系統進行分類，有兩種結構形式常用于電動龍門剪床：閘式（也叫滑塊式）和擺式。 閘式切割機利用驅動系統操縱動刀片向下移動到一定的位置，使動刀片在整個行程內幾乎與定刀片保持平行。為了使刀架片橫梁在相互移動的過程保持合適的狀態，閘式切割機需要一個滑塊導向系統。擺式切割機驅動系統中有一個用來操縱動刀片，使動刀片依附于 滾柱軸承向下回轉。這種結構不再需要利用凹字形導向條或滑道使

7、刀片在切割過程保持合適的姿勢。 在評價切割機時需要考慮的一個因素是指定的工作需要多大的切割能力。切割機的規格數據幾乎都以玉米秸稈，小麥秸稈大豆秸稈為對象。為了把秸稈切割對切割機的要求同這些數據進行對照，必須根據切割機的能力核對農作物的切割種類。 有些切割能力是針對玉米秸稈規定的，而另一些切割能力則適用于小麥秸稈。切割角（動刀片通過定刀片時的角度）是決定切割質量的重要因素。一般而言，剪切角越小，秸稈切割之后體積越小。如果落在切割機后面的零件比較短（小于4(1.22m)），可能出現切割長度不均勻問題。切割角較小的切割機需要較大的動力。 切割機依靠重要的標準部件和能夠增加生產率的選購件來增強產率，提

8、高生產率可以表現為許多形式：節約人力，改進物料流動，提高精度，改善切割均勻長度并避免輔助操作，但最重要的是增強安全性。1.1 系統的控制要求據切割機的工作特點,對控制系統提出控制要求如下:1 上電后,檢測各工作機構的狀態,控制各工作機構處于初始位置。2 進料,由控制系統控制進料機構將秸稈自動輸送到位。3 定切割尺寸,采用伺服電機控制擋料器位置保證精確的剪切尺寸,其尺寸可是定值也可以設置為循環變動值。4 壓緊和切割,待秸稈長度達到設定值后由主電動機帶動壓料器和切割刀具,先壓緊秸稈,然后剪斷秸稈。5 送料車的運行,包括卸載后自動返回。6 秸稈的尺寸設定、自動計數及每車秸稈數的預設定。7 具備斷電保

9、護和來電恢復功能。8 能實現加工過程自動控制,加工參數顯示,系統檢測。9 保證秸稈加工均勻、加工效率和安全可靠性。10 具有良好的人機操作界面。1.2 切割機結構原理自動切割機是一種精確控制秸稈切割尺寸,將比較長的的秸稈進行自動循環切割,并由送料車運送到下一工序的自動化加工設備，其結構及原理如圖1所示。 圖1 自動切割機原理圖1.2.1 控制系統的結構系統設置了7個限位開關，分別用于檢測各部分的工作狀態。其中，SQ1 檢測待切割秸稈是否被輸送到位。SQ2、SQ3 分別檢測壓塊B 的狀態，檢測壓塊是否壓緊已到位的秸稈；SQ4 檢測剪切刀A 的狀態；SQ7 為光電接近開關, 檢測秸稈是否被剪斷落入

10、小車；SQ5 用于檢測小車是否到位；SQ6 用于判斷小車是否空載。送料機構E、壓塊B、切割刀A和送料小車分別由四臺電動機拖動。系統未動做時, 壓塊及切割刀的限位開關SQ2、SQ3 和SQ4 均斷開, SQ1、SQ7也是斷開的。1.2.2 工作原理當系統啟動時,輸入秸稈加工尺寸、加工長度等參數，按下自動開關，系統自動運行。1 首先檢查限位開關SQ6 的狀態,若小車空載, 系統開始工作, 起動送料小車。小車運行到位, 限位開關SQ5 閉合,小車停車。2 起動送料機構E 帶動秸稈C 向右移動。當秸稈碰到行程開關SQ1 時, 送料停止同時制動器松開、電磁離合器結合，主電動機通過傳動機構工作。3 壓塊電

11、機啟動,使壓塊B 壓下, 壓塊上限開關SQ2 閉合。當壓塊到位, 秸稈壓緊時, 壓塊下限開關SQ3閉合。4 切割刀電動機起動, 控制剪刀下落。此時,SQ4 閉合, 直到把秸稈剪斷, 秸稈落入小車。5 當小車上的秸稈夠數時, 起動小車控制電動機, 帶動小車右行,將切好的秸稈送至下一工序。6 卸下后, 再起動小車左行, 重新返回切割機下, 開始下一車的工作循環。秸稈的長度L 可根據需要進行調整, 每一車秸稈的數量可預先設定。2 總體設計方案傳統的控制方法是采用繼電器-接觸器控制，但控制系統較復雜,大量的接線使系統可靠性降低,也間接地降低了設備的工作效率。采用可編程控硬件制器較好地解決了這一問題。它

12、是一種將計算機技，自動控制技術和通信技術結合在一起的新型工業自動控制設備,不僅能實現對開關量信號的邏輯控制,還能實現與上位計算機等智能設備之間的通信。因此,將PLC應用于該控制,完全能滿足技術要求，且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數修改方便、自動化程度高等優點。在此對PLC進行簡單介紹，在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品，應用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業。以下對PLC的發展、基本結構、配置、應用等基本知識做一簡介。1 PLC的發展歷程在

13、工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。個人計算機（簡稱PC）發展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現在，仍常常

14、將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量的能力、數字運算的能力、人機接口能力和網絡能力得度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某

15、些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。2 PLC的構成從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。 CPU的構成CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用

16、戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序以及工作數據。PLC常用的存儲類型有RAM 、ROM、 EPROM、 EEPROM。內部處理通信操作輸入處理程序執行輸出

17、處理運 行停止停止圖2 PLC的工作原理PLC采用循環掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執行程序，直至遇到結束符后，又返回第一條，如此周而復始的不斷循環。PLC的掃描過程如圖2。這個工作過程分為內部處理、通信操作、輸入處理、程序執行、輸出處理幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。內部處理階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監視定時器等。同信操作服務階段，PLC與一些智能模塊通信，響應程序器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。當PLC處于停止狀態時，只進行內部處理和通信操作服務等內容。在PLC處于運行狀態時，從內部處理、通信操作、到程序輸入

18、、程序執行、程序輸出，一直循環掃描工作。輸入處理又叫輸入采樣。在此階段，順序輸入所有端子的通斷狀態，并將讀入的信息存入內存所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進入程序執行階段。在程序執行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發生變化，其映象寄存器的內容也不會發生變化，只有在下一次掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。程序執行階段根據PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執行程序。循環掃描的工作方式是PLC的一大特點，也可以說PLC是串行工作的，這和傳統的繼電器控制系統并行工作有質的區別。PLC的串行工作方式避免了繼電器控制系統中觸點競爭和時序失配的問

19、題。由于PLC采用掃描工作過程，所以在程序的執行階段即使發生了變化，輸入狀態映象寄存器的內容也不會變化，要等到下一個周期的輸入采樣階段才能改變。掃描周期是一個很重要的指標，小型PLC的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。PLC的掃描時間取決于I/O掃描速度和用戶程序的長短，以及程序使用的指令類型。毫秒級的掃描時間對于一般工業設備通常是可以接受的，PLC的影響滯后是允許的，但是對某些I/O快速響應的設備，則采取相應的處理措施。如選用高速CPU，提高掃描速度，采用快速響應模塊、高速記數模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時間。影響I/O滯后的主要原因：輸入濾波器的慣性，輸出繼電器接點的慣性，程序執行

20、的時間，程序設計不當的附加影響等。我們在此不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。4 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模

21、塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關量是指，只有開和關（或1和0）兩種狀態的信號，模擬量是指，連續變化的量。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（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，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數確

22、定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或機架槽數限制。5 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。6 底板或機架 大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。7 PLC系統的其它設備1） 編程設備：編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些

23、設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。2） 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人機界面非常普及。3） 輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。8 PLC的通信聯網依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網絡就是控制器的觀點說法。

24、 PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。PLC的通信，還未實現互操作性，IEC規定了多種現場總線標準，PLC各廠家均有采用。 全自動切割機控制系統機械部分電氣部分送料機構壓料機構卸料機構小車機構PLC電機電路工作電路工作電源軟件部分圖3 總體設計方案簡圖對于一個自動化工程(特別是中大規模控制系統)來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統規模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，

25、選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統成本、設備兼容性、現場環境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。為實現自動化必須根據板材自動精確切割加工的工作特點及動作要求進行設計,因此本方案采用了可編程控制器來實現對自動切割機的控制，設計思想如圖3所示。 3 自動切割機的PLC控制系統設計3.1 系統主電路設計 1 設計進料機構E用交流電機帶動送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個方向運動，只要求電機向一個方向旋轉即可，輕負載小工率電動機可直接起動，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。使待切割秸稈自動快速穩定地輸送到剪切位置。2 設計壓料機構B壓塊

26、B的作用是壓緊秸稈，以利于切割刀切斷秸稈，壓塊B又上升和下降兩種運動，要求帶動壓塊的電動機具有正反轉運動，控制電路有聯鎖保護、用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。圖4 電機正反轉主電路所謂聯鎖控制是指，凡是生產線上某些環節或一臺設備的某些部件之間具有相互制約或相互配合的控制均稱為聯鎖控制，聯鎖控制包括：自鎖控制、互鎖控制、正常工作與點動的聯鎖控制、實現按順序工作時的控制。電機正反轉就需要互鎖控制。3 切割刀 剪切刀有兩種運動，下行切斷板料，然后上升復位，帶動剪切刀機構的電動機也應具有正反轉，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護。根據電機控制要求，其電機正反轉主電路圖如圖4所示，程序流程框圖如圖5

27、所示。圖5 電機正反轉程序流程框圖電機正反轉控制PLC設計討論：1）電力拖動是指對電動機的控制，采用繼電器-接觸器控制，都有自己的基本控制電路。采用PLC控制也應該有自己的基本控制環節，為此而提出電機正反轉控制PLC設計討論，尋找其較好的控制方案。2）繼電器-接觸器電氣控制原理： 繼電器-接觸器電氣控制原理如圖6所示。上、下兩圖比較，不管是電器元件、觸點數量、連接導線的數量都是一樣的，分別是5只、9個、13條。按鈕連線也是6根，但上圖的按鈕和接觸器連線較集中，從維修的角度看要比下圖優越。3）元件的代號意義SB0帶磨姑頭急停按鈕。5SB1、5SB2正反轉啟/停按鈕。5KM1正轉接觸器。5KM2反

28、轉接觸器。其中的5KM1和5KM2要求選用帶機械聯鎖的交流接觸器。圖6 繼電器-接觸器電氣控制原理電器元件的工作情況正轉啟動撳5SB1，5KM1得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM2的線圈回路。 反轉啟動撳5SB2，首先是5KM1失電，其互鎖觸點恢復閉合，才是5KM2得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM1的線圈回路。 再次正轉啟動撳5SB1，首先是5KM2失電，其互鎖觸點恢復閉合，才是5KM1得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開5KM2的線圈回路。設計小車送料裝置為實現秸稈自動輸送到下一工位并返回,可采用交流電通過帶傳動帶

29、動驅動軸,驅動行走輪來完成小車往返各機構的運動動力來自電機,根據控制的特點和經濟性要求,用交流電機來實現進料、小車送料、托架下料，采用伺服電機控制擋料器精確定長。伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發展日新月異。而且永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優點有：1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養要求低。2）定子繞組散熱比較方便。3）慣量小，易于提高系統的快速性

30、。4）適應于高速大力矩工作狀態。伺服的額定速度比一般異步電機高的多，并且可以控制轉速和位移，而一般的變頻器只側重于轉速控制，適用于開環調速，而伺服可以做到精確定位，速度環控制響應比變頻器加外圍速度控制更直接，動態響應好。為了實現對交流電機的控制，采用圖7所示主電路,控制對象為4臺電機和一個蜂鳴器。KM1KM7為接觸器，KM1是緊急停止接觸器,KM2控制蜂鳴器,KM3KM7分別控制送料、壓塊、剪切和小車電機。FR1FR5都采用熱敏電阻作為測量元件的熱繼電器,FR1、FR3的設定值取送料和剪切電機上限溫度的95%,當到達此溫度時進行閃光報警。該控制系統需要完成對工作機構的控制情況如下：1）進料控制

31、,執行器件為進料電機,通過對進料電機的起停控制,實現進給機構輸送秸稈，停止輸送秸稈的控制。2）刀具切割控制,執行器件為電磁離合器和電磁制動器。通過控制主電機傳動路線中的電磁離合器,控制傳動機構帶動刀具完成向下剪切秸稈,撤回利用彈簧完成。為了防止慣性造成連續剪切需要控制制動器切割一次制動一次。3） 小車往返運動及停止控制,執行器件為小車電機,通過控制小車電機的起、停、正反轉,控制送料小車在切割機與下一工位往返送料。 圖7 控制系統的主電路圖其中,1）執行機構都可采用光電、開關量控制。由于可編程控制器是低壓直流輸出,所以,我們使用中間繼電器作為控制器輸出的第1級執行機構,通過繼電器的觸電控制大功率

32、接觸器的通斷,從而控制交流電機的起、停。執行機構中的電磁離合器、制動器需要采用專用輸出驅動控制電路。 系統原來采用繼電器接觸器控制,但控制系統較復雜,大量的硬件接線使系統可靠性降低, 也間接降低了設備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題, 它不僅減少了系統的硬件接線, 提高了工作可靠性, 而且在切割精度改變時, 只需修改程序, 就可適應新的加工要求, 大大提高了工作效率。3.1.1 PLC控制器的選擇在此設計中，采用日本松下公司生產的FP1C24系列PLC系統作為主機。 日本松下電工公司的FP系列PLC是可編程控制器市場上的后起之秀，它具有豐富的指令系統，即使是小型機也有近200條

33、指令。CPU處理速度快，運行速度1.6s/步。程序容量高達2700步/500步，小型機一般都達到3千步左右，最高可達5千步，而大型機最大也只有60千步。編輯工具的功能強大，無論是手持編程器還是編程工具軟件，其編程可監控能力都很強。強大、統一的編程工具,是設計人員的最佳選擇。網絡通信功能強大，此系列的各種機型都提供了通信功能，松下電工提供了多達6種的PLC網絡產品，在同一子網中集成了幾種通信方式，我們可根據需要選擇。FP1屬于小型機。產品型號以C字母開頭代表主控單元或稱主機，以E字母開頭代表擴展單元或稱擴展機，后面跟的數字代表I/O點數。該產品包括C14C72六款主控單元和E8E40四款擴展單元

34、，主機有0.56.72點六種,還有0點四種擴展單元。主機上配有RS232C通訊口及機內時鐘，形成系列化產品。 圖8 松下電工FP1C24系列主機面板圖 圖9 FP1可編程序控制器輸入/輸出電路的基本結構FP1的指令系統十分強大，共有190多條指令，除基本的邏輯運算，數據運算、數據處理 數制轉換指令之外，還有中斷、子程序調用、步進控制、電子凸輪控制、速度及位置控制等特殊功能指令。另外，FP1還有功能完備的編程工具，利用這些工具，我們可以方便的進行編程和實現監控。即使是使用手持編程器,也可以實現多種監控功能。由于FP1具有結構緊湊、硬件配置全、軟件功能強等特點

35、，而且，它的某些功能甚至能與大型機媲美，所以性能價格比高，較適合在中小企業中推廣使用。FP1雖屬于小型PLC，但卻包含了大中型 PLC的許多功能，可以說它是“麻雀雖小五臟具全”他的特殊功能主要 有以下幾方面：1 高速計數功能 FP1內置高速計數器，最高計數頻率可達10000 Hz。2 脈沖輸出功能 FP1型PLC中晶體管輸出型可輸出頻率可調脈沖，最高脈沖頻率大5000 Hz。3 可調輸入延時濾波 為提高可靠性，在FP1的輸入端采用了可調輸入延時濾波 ，它可以減少應機械開關抖動帶來得不可靠性。4 脈沖捕捉功能 在FP1的輸入端增加了脈沖捕捉功能，可以根據需要選擇。該功能可以使PLC捕捉到瞬間的窄

36、脈沖，這在故障檢測中十分有用。 中斷功能 手動可調數值輸入功能 只要在小旋具或螺絲刀調節面板上的螺桿的旋轉角，即可從外部方便的改變其內部寄存器中所存的數值，數值范圍可在0256之間改變，在FP1中還有其他一些特殊功能，如時鐘日歷、掃描時間設置、口令保護、看門狗等。FP1C24型可編程控制器的主控單元外型圖如圖8所示，主控單元的輸入/輸出點數為16/8，其工作電壓24V DC。主控單元和擴展單元的I/O點數加起來最多可達152個點。在主控單元內含有高速計數器，可輸入的脈沖頻率高達5000Hz，并能同時輸入兩路脈沖，晶體管輸出型PLC可輸出頻率可調的脈沖信號。主控單元還具有8個中斷源的中斷優先權管

37、理等功能。同時通過PC機可對PLC進行梯形圖程序的編輯、狀態監控等。除主控單元和擴展單元外，還有A/D、D/A單元，最多可控制152點加4通道A/D,4通道D/A，還有C-NET鏈接單元等高級模塊，可進行模擬量處理，通過C-NET網絡模塊可方便地將最多32臺PLC聯成網絡,距離達1.2km，可方便的工業現場PLC控制網絡。3.1.2 I/O端子分配1 輸入設備限位開關: SQ1, SQ2, SQ3,SQ4,SQ5, SQ6, SQ7系統的停止啟動按鈕: SB1, SB22 輸出設備 一批秸稈切割完成并落入小車時, 光電檢測開關SQ7合一次,計數器作減1計 數。本設計中假設小車可最多載40根秸稈

38、。KM1控制送料機構電機的接觸器；KM2、KM2控制壓塊電機的接觸器，驅動電機的正反轉，控制壓塊壓緊和放松秸稈；KM3、KM3分別控制剪切電機的接觸器，驅動電機的正反轉，控制切割刀上下運行；KM4和KM4控制送料小車電機的接觸器，驅動電機的正反轉,從而控制小車的左行和右行。HL1為小車空載指示,根據需要, 還可增設其它信號指示。其輸入輸出端子分配如圖10所示。 圖10 自動切割機PLC控制系統I/O端子分配圖把現場開關輸入設備按編號接在PLC的輸入端子上，相應的輸出設備接在輸出端子上。其端子的對應輸入輸出為：輸入：SB1X0 SB2X1 SQ1X2 SQ2X3 SQ3X4 SQ4X5SQ5X6

39、 SQ6X7 SQ7X8輸出：KM1Y0 KM2Y1 KM2Y2 KM3Y3 KM3Y3KM4Y5 KM4Y6 HL1Y73.2 系統的軟件分析可知，本系統是一個多工步的順序控制系統，運用模塊化程序結構,實現系統，有結構簡單、編程方便等優點。利用PLC移位寄存器的移位功能，可實現步進順序控制，使每一步嚴格按順序動作。計數器對每車秸稈進行計數，其值由用戶根據需要設定。系統的流程圖控制系統的流程順序如圖11所示：3.2.2 系統的梯形圖及其程序語句表1 系統的梯形圖 圖12 系統的梯形圖圖11 控制系統的流程圖2 程序語句表0 ST X 31 AN/ X 12 AN X 53 OT R 04 ST

40、 R 05 AN X 06 OT R 17 ST R 18 PUSH9 AN/ X 710 OT Y 711 RDS12 AN/ X 713 AN/ Y 614 OT Y 515 POPS16 AN X 617 OT R 218 ST R 219 OT Y 020 ST R 221 AN X 222 OT R 323 ST R 324 AN/ Y 225 OT Y 126 ST R 327 AN X 428 OT R 429 ST R 430 AN/ Y 431 OT Y 332 ST R 433 AN X 834 OT R 535 ST R 536 AN/ Y 137 OT Y 238 ST

41、 R 539 AN/ Y 340 OT Y 441 ST R 542 AN/ C 10043 OT R 644 ST R 545 AN/ C 10046 OT R 247 ST R 648 ST R 549 CT 10050 K 4051 ST R 652 AN/ Y 553 OT Y 654 ST R 655 AN X 356 AN X 557 OT R 058 ED4 結束語自動切割機是一種精確控制秸稈切割尺寸,將長的秸稈進行自動循環切割加工,并由送料車運送到下一工序的自動化加工設備，其整個工藝過程很符合順序控制的要求，所以，在控制過程中，采用可編程控制器對自動切割機進行控制。可編程控制器

42、是一種將計算機技，自動控制技術和通信技術結合在一起的新型工業自動控制設備,不僅能實現對開關量信號的邏輯控制,還能實現與上位計算機等智能設備之間的通信。它較好地解決了采用繼電器-接觸器控制，控制系統較復雜,大量的接線使系統可靠性降低,也間接地降低了設備的工作效率這一問題。因此,將PLC應用于該控制, 具有操作簡單、運行可靠、抗干擾能力強、編程簡單，控制精度高的特點。在控制的過程中，剪板機剪板的個數可根據工藝參數方便的修改 ，而且利用光電接近開關檢測板料狀態非常準確。在王一光老師的親自指導下，我終于完成了這一份畢業設計，雖然中間經歷了許多考驗，但是結果是可喜的。我對課本上的知識有了跟進一步的了解，

43、親自作出的這一份論文讓我更加能體會到成功的喜悅。寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。謝謝老師對我的幫助，也感謝各位老師能在百忙之中抽出時間對我這份論文進行指導，指正！ 此致 附錄資料:不需要的可以自行刪除測量平差程序設計角度（度分秒）到弧度AngleToRadian#define PI 3.14159265double AngleToRadian（double angle）int D，M；double S,radian,degree, angle,MS；D=int（angle+0.3）；MS=angle-D；M=int（MS）*100+0.3）；S=（MS*100-M）*100;degree=D+

44、M/60.0+S/3600.0;radian=degree*PI/180.0;return radian;注意:防止數據溢出,要加個微小量,例如0.3.弧度換角度(度分秒) RadianToAngle#define PI 3.14159265double RadianToAngle(double radian)int D,M;double S,radian,degree,MS,angle;degree=radian*180/PI;D=int(degree);MS=degree-D;M=int(MS*60);S=(MS*60-M)*60;angle=D+M/100.0+S/10000.0;ret

45、urn angle;已知兩點求坐標方位角Azimuth#include double Azimuth(double xi,double yi,double xj,double yj)double Dx,Dy,S,T;Dx=xj-xi;Dy=yj-yi;S=sqrt(Dx*Dx+Dy*Dy);if(S1e-10) return 0;T=asin(Dy/S);if(Dx0&(Dy0)|T0) T=2*PI+T;return T;4.開辟二維數組的動態空間的宏#include #define NewArray2D(type,A,i,n,m)A=(type*)malloc(n*sizeof(type*

46、); for(i=0;im;i+) Ai=(type*)malloc(m*sizeof(type); 5.釋放開辟的二維數組的空間#define FreeSpace(A,i,m)for(i=0;im;i+) free(Ai); free(A); 注意:釋放空間與開辟空間相反,釋放空間是先釋放列,后釋放行.6.矩陣求轉置transformmatrixvoid transformmatrix（double *A，double *B，int i,int j）int m,n;for(m=0;m=i;m+)for(n=0;n=j;n+)Bnm=Amn:7.矩陣相乘(mulmatrix)void mulm

47、atrix(double *A,double *B,double *C,int i,int j,int k)int m,n,p;for(m=0;mi;m+)for(n=0;nj;n+)Cmn=0;for(p=0;pk;p+)Cmn+=Amp*Bpn:8.矩陣求逆(countermatrix)#include void countermatrix(double *T, double *s, double *r, double *Q,double *N, double *rt,int n)for(i=0;in;i+)s=Nii;for(k=0;ki;k+)s-=Tki*Tki;Tii=sqrt(s

48、)for(j=i+1;jn;j+)s=Nij;for(k=0;ki;k+)s-=Tki*Tkj;Tij=s/Tii;for(i=0;in;i+)for(j=0;j=0;i+)rii=1/Tii;for(j=i+1;jn;j+)s=0;for(k=i;kj-1;k+)s-=rik*Tkj;rij=s/Tii;for(i=0;in;i+)for(j=0;jn;j+)rij=0;transformmatrix(r,rt,n,n)mulmatrix(r,rt,Q,n,n)9.平差主程序之讀入數據typedef struct POINTchar name8;double x,y;int type;POI

49、NT;typedef struct READVALUEPOINT *begin;POINT *end;double value;READVALUE;POINT *GETPOINT(char *name,POINT *pPoint,int nPoint)int i;for(i=0;inPoint;i+)if (strcmp(pP,name)=0)return (pPoint+i) for(i=0;i0)pPoint=(POINT*)malloc(nDirect*sizeof(POINT);if(nDirect0)pDirect=(READVALUE*)malloc(nDire

50、ct*sizeof(READVALUE);if(nDistance0)pDistance=(READVALUE*)malloc(nDistance*sizeof(RAADVALUE);fscanf(fp,”%lf,%lf,%lfn”,&mo,&mf,&ms);for(i=0;inKnownPoint;i+)fscanf(fp,”%s,%lf,%lfn”,pP,&pPointi.x,&pPointi.y);type=1;for( ;inPoint;i+)pP=NULL; pPointi.x=0;pPointi.y=0;pPointi.type=0; for

51、(i=0;inDirect;i+)fscanf(fp,”%s,%s,%lfn”,begin,end,&pDirecti.value);pDirecti.begin=GetPoint(begin,pPoint,nPoint);pDirecti.end=GetPoint(end,pPoint,nPoint);for(i=0;inDistance;i+)fscanf(fp,”%s,%s,%lfn”,begin,end,&pDistancei.value);pDistancei.begin=GetPoint(begin,pPoint,nPoint);pDistancei.end=GetPoint(en

52、d,pPoint,nPoint);fclose(fp);10.角度檢驗（checkangle）#include int checkangle(double angle)int M,S;double MS;if(angle=0&angle360)MS=angle-(int)(angle);if(M6)S=(int)(MS*1000);if(S%106)return 1;return 0;11.前方交會#define PI=3014159265/*此處調用程序角度換弧度AngleToRadian*/Qianfang(double XE, double YE, double XF, double Y

53、F, doubleDEG, double DEF, double DFG, double DFE, double *DFE, double *DFG)double C,A,B;C=DGE-DGF;A=DEF-DEG;B=DFG-DFE;if(C-2*PI)|(C0&C-PI&CPI&C2*PI)XG=(XE/tan(B)+XF/tan(A)+YE-YF)/(1/tan(A)+ 1/tan(B);YG=(YE/tan(B)+YF/tan(A)-XE+XF)/ (1/tan(A)+ 1/tan(B);12.坐標概算全方向法子函數取出觀測方向GetAllDirectint GetAllDirect(

54、char *name,int nDirect,READVALUE *pDirect, READVALUE *pStation)int i,nCount=0;for(i=0;iname,name)=0)pStationnCount.begin=p(pDirectnCount.begin;pStationnCount.end=p(pDirectnCount.end;pStationnCount.value=p(pDirectnCount.value; nCount+;return nCount;坐標概算全方向法子程序實現流程(coordinate)coordinate (入口參數設置)READVA

55、LUE pStation50,pObject50;int nCount,i,j,k,m,n,p,nobject;for(i=0;i1)|( nCount=1)for(j=0;jtype=1)for(k=0;ktype=0) nobject=GetAllDirect(pStationj.end-name,nDirect,pDirect,pobject)m=-1;n=-1;for(p=0;pname,pP)=0)m=p; if(strcmp(pobjectp.end-name,pStationk.end-name)=0)n=p;if(m=0&n=0)pPointi=pStati

56、onk.end-pStationj.end;pStationj.end=pObjectm.value-pObjectn.value; Xe=pPointi.x; Ye=pPointi.y; Xf=pStationj.end-x; Yf=pStationj.end-y; Lef=pStationj.value; Leg=pStationk.value; Lfe=pObjectm.value; Lfg=pObjectn.value; Qianfang(Xe,Xf,Ye,Yf,Lef,Leg,Lfe,Lfg,*Xg,*Yg;) pStationk.end-x=*xg; pStationk.end-y

57、=*yg; pStationk.end.type=2; 13.坐標增量法(calcoordinate)子函數由端點名稱得邊長值的函數GetDistancedouble GetDistance(char *begin,char *end,int nDistance,READVALUE *pDistance)int i;for(i=0;iname,begin)=0&strcmp(pDistancei.end-name,end=0)|(strcmp(pDistancei.begin-name,end)=0&strcmp(pDistancei.end,begin)=0)return pDistance

58、i.value;return -1;/*函數取出觀測方向GetAllDirect*/void calcoordinate(int nDirect,READVALUE *pDirect,int nDistace,READVALUE *pDistance,int nPoint,POINT *pPoint) int nPoint,nCount,nDirect,nDistance; int m=-1,i,j,k; double x1,y1,x2,y2,A0,A,S,dx,dy; READVALUE*pDirect=NULL; READVALUE pStation50; for(i=0;i0) nCount=GetAllDirect(pP,nDirect,pDirect,pStation50); for(j=0;jtype0)m=j; if(m!=-1) for(k=0;k