1、 1 1 课题的背景和意义课题的背景和意义 自动剪切机是一种精确控制板材加工尺寸，将大型板块进行自动剪切的设备。传统 自动剪切机采用继电器作为控制器件，其控制系统较复杂，参数改变不灵活，大量接线 使系统可靠性降低，维修率高，降低了生产效率。PLC 以其灵活性、快速性、可靠性和 性价比高等特点越来越受到企业或者团体设计者们的欢迎， 在各行各业的应用越来越广 泛。用 PLC 替代继电器设计自动控制系统，具有操作简单，运行可靠，抗干扰能力强， 编程方便，控制精度高的明显优势。基于以上 PLC 特点，本课题主要研究如何应用 S7-200PLC 设计一个薄钢板自动剪切控制系统，设计的关键是如何提高控制的
2、精度。 2 2 系统总体设计系统总体设计 2.12.1 系统控制要求系统控制要求 本设计的薄钢板自动剪切控制系统要达到以下控制要求： （1）控制系统分手动档自动档。手动档时，用点动的方式，人工完成钢板穿带， 零位校准。自动档时，系统自动完成薄钢板剪切工作。 （2）通过拨码盘设置薄钢板剪切尺寸参数，可根据不同需求改变其参数。 （3）有配套的故障分析判断和电气保护装置，若运行不正常，系统自动停车并发 出警告信号。 （4）钢板剪切的精度要在一定范围之内，剪切尺寸2m，误差不超过1mm。 2.22.2系统结构和工作原理系统结构和工作原理 本设计薄钢板自动剪切控制系统设备组成如图2.1所示。 1-开卷机
3、；2-矫正机；3-光电开关；4、5-限位光电开关；6 光电编码器； 7-测量辊；8-动力辊；9-电机；10-冲头；11-传送带； 12-行程开关；13-光电开关；14-小车；15-套坑 图2.1 钢板剪切结构组成图 在图2.1中，PLC 完成开卷机和矫正机同步传送，钢板位置检测采样，冲头控制， 传送带运转控制，小车位置检测，小车装载钢板量检测等工作。系统的基本工作原理是 这样的：一开始是手动控制，人工将钢带依次穿过矫正机、活套、测量辊和夹送辊一直 到冲头，钢带运动是通过点动矫正机和夹送辊（由动力辊和测量辊组成）进行的。用拨 码盘设定剪切尺寸参数，钢带头对好冲头，光电编码器处于零位，然后启动自动
4、控制按 键，如果检测到装料小车到位，系统进入自动控制状态，将钢板剪切，传送到装料小车 上。钢板经历加速，匀速，降速和爬行四个阶段后停车。如果钢板尺寸和设定一致，则 启动冲压系统进行剪切，如果超出或者不够，则电机反转或正转补充直到与设定值一致 再剪切，接着剪切下一块钢板，不断循环。套坑起着缓冲的作用，标号3光电开关检测 套坑前是否有钢带，若没有系统停车；标号4和5为一对限位光电检测开关，检测套坑钢 板量是否合适，若过少加快矫正机速度一段时间，或过多减慢矫正机速度一段时间；标 号12为行程开关，若检测到小车没有到位，系统停车；标号13为光电开关，若检测到小 车钢板已经满载， 系统自动停车并发出指示
5、信息， 等待小车把钢板运到下一道工序回来， 系统继续开车。 本设计的薄钢板自动剪切控制系统简单分为控制部分，输入模块和输出模块，其结 构组成和工作原理可以用图2.2所示的框图表示。 图 2.2 系统方框图 3 系统硬件设计系统硬件设计 3.1 光电编码器光电编码器 3.1.1 光电编码器原理光电编码器原理 光电编码器， 是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字 量的传感器。 这是目前应用最多的传感器， 光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。 光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同 轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等
6、电子元件组成的检测装 置检测输出若干脉冲信号； 通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动 机的转速。 脉冲序列能正确地反映转速的高低， 但不能鉴别转向。 为了获得转速的方向， 可增加一对发光与接收装置使两对发光与接收装置错开光栅节距的1/4， 两组脉冲序列A 和 B 的相位相差90度，如图3.1所示2。正转时 A 相超前 B 相；反转时 B 相超前 A 相。 (a)正转 （b）反转 图 3.1 区分旋转方向的 A、B 两组脉冲序列 3.1.2 光电编码器的选择和安装光电编码器的选择和安装 选择合适的光电编码器，对提高系统整体性能到头重要。本设计选择欧姆龙的编码 器产品，型号 E6B2-CWZ6C 2000P/R（中空型，电源电压 DC524V，消费电力 80mA 以下，输出形式 NPN 开路输出，最高响应频率 100KHZ，相位差 A 相、B 相差 90 度）， A 相、B 相信号经过脉冲处理电路后，编码器每旋转一周可得到 4000 个脉冲。 中空型光电编码器的机械安装主要注意以下问题： 要避免与编码器刚性连接，应采用板弹簧
