《机电控制与可编程控制器技术课程设计》说明书
题目：泡沫塑料自动切边机设计
专业：机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
班级：
指导教师：
设计地点：
设计时间：
泡沫塑料切片机控制原理
切片机的控制要求
(1)原理图
切片机控制系统原理，如图2-1所示，切割厚度由4位拨盘开关设定输入，范围为000.0～199.9mm 。在刀架电机的转轴上装有调速齿轮，沿圆周均匀开5个槽，使用二线制接近开关，电机转轴每转1圈，向PC 发出5个计数脉冲，转两圈刀架高度变化1mm ，接近开关发出10个脉冲，根据设定的切割厚度可以简单的计算出PC 应
计的脉冲个数。电机轴转速为10转/秒，PC 的计数频率应达到50HZ ，因此，采用CPM2A 的单相高速计数功能，它的计数频率可达5KHZ 。
调速齿轮
图2-1为切片机控制系统原理图
(2)工作原理示意图
泡沫塑料切片机把泡沫塑料切成一片片一定厚度的海绵，其工作原理如图2-2所示。泡沫块置于台面上，切割开始时，使台面后移到限位，接着刀架下降一定位移量并锁住，然后台面带动泡沫快一起前移至限位，旋转的刀片随之切割出一片一定厚度的海绵，台面再后移至限位，不断重复上述过程。台面的体积为长、宽、高分别为1米、0.5米0.005米的铁块。
CPM2A 输 输 入 操作指令 拨盘开关
行程接近开关
带
锯 交 磨 刀 流 台面向后 接 台面向前
触 落
滑套右丝杠
滑轮
刀架刀片
泡沫塑料
台面
滑套左丝杠
上下
后前
图2-2 切片机工作原理示意图
2.2 PLC 控制系统的功能如下：
（1）两种工作状态：手动或自动。工作方式由选择开关S1确定，输入点00011接通时为手动方式，断开时为自动方式。由手动进入自动时，先停止手动状态工作，按下自动启动按钮后，根据拨盘开关设定厚度值，进行自动切割。过程如图2-3所示。由自动进入手动时，先停止自动状态开关，然后操作人员操作手动按钮，控制切片机的动作。
（2） 面向前或向后移动时，带锯电动机先启动，一旦带锯电动机停转，台面前移或后移就立即停止。
（3） 须在带锯电动机启动时（即刀片旋转）时才能进行磨刀控制。
（4）无论在手动或自动方式下，当按下总停按钮后，除了带锯，磨刀外，刀架、台面的动作立即停止。
（5）电接通后，台面刹车交流接触器KM7立即接通。
在自动方式下使用高速计数器，用编程器设置DM6642的内容为0114，表示使用高速计数的加模式、软复位，在DM0000～DM0003中为高速计数器建立中断比较表：
DM0000 比较的次数（在程序中置为1）
DM0001 目标值1低4位（在程序中计算设置）
DM0002 目标值1高4位（在程序中置为0000）
DM0003 比较1中断子程序号（在程序中下置为000）
后到位到位
台面向后落刀台面向前
前到位
图2-3 自动方式下的工作流程
硬件电路设计
主电路图
切片机控制系统的主电路如图3-1所示。它共有5个电机，带锯电机驱动刀片旋转；两个磨刀电机带动砂轮对刀片研磨，使刀片锋利；台面电机为直流电机（直流电由晶闸管直流调速装置供给），驱动台面前移或后移；刀架电机通过蜗轮/蜗杆传动机构驱动左、右丝杆正转或反转，刀架随滑套上移或下移，刀架电机制动方式为电磁刹车，电磁刹车使用制动电磁铁；QF1控制五台电机的通断情况；FU1～FU3分别对四台电机起过载保护作用；当电路某台电机出现故障时，空气开关QF会自动跳匝，使故障电机与电路分离，便于维修人员的检修，又不影响系统的工作。KM1～KM7为交流接触器的常开主触头，通过程序对交流接触器线圈通断的控制从而达到对电机的控制。FR1～FR2对各台电机起（过流、断相、短路、过载）保护作用，保证电路的正常工作。晶闸管直流调速装置主要控制直流电机M5的控制。
图3-1 切片机主电路
PLC外部电路图
本设计选用日本欧姆龙CPM2A系列可编程控制器控制电机的切片，切片机的工作方式有两种；自动和手动。CPM2A是一台设有20点，30点，40点和60点I/O端子的PLC。它有两种输出方式分别为：继电器输出型和晶体管输出型，并有二种电源可用。为使PLC 的I/O容量提高到最大的120点I/O，与CPU单元连接的扩展单元可多达三个。有三个扩展单元可用：20点I/O单元有12点输入单元和8点输出单元。将3个20点I/O单元与60内装I/O缎子的CPU单元连接就得到120点I/O的最大I/O容量。本设计在两种方式下的输入点共有30个（输入端子有24个，输出端子有6个），超出PLC本身24个输入点，由于手动和自动只能以一种方式工作，故某些输入点可以分时复用，一点顶两点用，还考虑留有15%～20%余量，所以本系统选用60点I/O端子的PLC。
PLC外部接线图如图3-2所示。其中，高速计数的输入点是00000；QF2是控制PLC 的电源通断，FU4对PLC以及其外部电路起过载保护作用；S1选择开关对工作方式进行选择（手动或自动），接通是为手动方式，断开时为自动方式；SB0为落刀按钮，控制落刀程序；SB1为抬刀按钮，控制抬刀程序；SB2台面向前按钮；SB3为台面向后按钮；SB4为刀架停止按钮；SB5为台面停止按钮；SB6为带锯启动按钮；SB7为带锯停止按钮；S2为磨刀
开关，控制磨刀程序；SB8为总停按钮；SB9自动启动按钮；ST1为落刀限位开关；ST2为抬刀限位开关；ST3台面前到位开关；ST4台面后到位开关；拨盘开关用来输入一位十进制数的0～9，或一位十六进制数的0～F；四个拨盘开关分别用来设定百、十、个小数位数，利用每个拨盘开关的拨码盘调整各拨码开关的值；二极管对PC输入点进行扩展避免形成寄生电路，导致自动和手动输入相互干扰，造成混乱；FR1～FR2热继电器起到过载保护作用；KM1～KM7交流接触器线圈，用来控制交流接器的闭合与断开；KM5、KM6分别为KM5、KM6接触器辅助触头控制线圈KM5、KM6、KM7的先后工作的顺序；KM3、KM4分别为KM3、KM4接触器的辅助触头控制线圈KM3、KM4的先后工作顺序。在自动方式下，SB0～SB5按钮失去作用；在手动方式下，拨盘开关输入无效。
I/O分配表
(1) 输入单元
拨盘开关4个分别为小数位、个位、十位、百位
接近开关SW 1个选择开关S1 1个
磨刀开关S2 2个按钮SB0～SB9 10个
限位开关ST1～ST4 4个
(2) 输出单元
交流接触器线圈KM1～KM7 7个
输入点23个，输出点7个，为考虑到以后对系统的扩展，在PLC选型号时须留有15%～20%的备用点，所以选用60点I/O端子的PLC。(I/O分配表见表3-3)
制程序设计
控制程序分三部分来设计的分别：公用程序、手动程序、自动程序。其中公用程序完成对带锯电机、磨刀电机、台面刹车的控制。手动或自动的工作状态由20002表示，当20002为“0”时表示手动状态，为“1”时表示自动状态。
1公用程序设计
程序图5-1所示为公用程序,主要完成对带锯电机、磨刀电机、台面刹车的控制。按下外部硬件电路图中的按钮SB6，00001常开触点得电闭合，带锯电机01000
00001 00002 01000
00003 01000 01001
01003 01004 01002
00011
JMP（04）00
图5-1 公用程序
线圈得电电机运行工作并自锁，01000辅助常开触点
闭合，同时台面刹车01002继电器得电运行；按下外
部硬件电路图中的S2磨刀开关，00003常开触点得
电闭合磨刀线圈01001得电电机运行工作；按下外部
硬件电路图中的选择开关S1，00011常开触点得电闭
合，JMP（04）00跳转指令执行，执行手动控制程序。
2手动程序的设计
@ANDW 指令
@ANDW（34）为字逻辑与运算指令，I1是输入数据1，其范围是：IR、SR、HR、AR、LR、TC、DM、*DM、#。I2是输入数据2其范围是：IR、SR、HR、AR、LR、TC、DM、*DM、#。R是结果通道，其范围是：IR、SR、HR、AR、LR、DM、*DM。当执行条件为ON时，将输入数据1和输入数据2按位进行逻辑与运算，并把结果存入通道R中。对标
志位的影响：当间接寻址DM不存在25503为ON；当结果为0000时25506为ON。
程序如图5-2所示，20002为“0”时进入手动工作状态，RESET 20002置手动工作标志。按下外部硬件电路图中的按钮SB6，00001常开触点得电闭合，带锯电机01000线圈得电电机运行工作并自锁，01000辅助常开触点闭合，01000辅助常闭触点断开：按下外部硬件电路图中的按钮SB0，00106常开触点得电闭合，SET 01005落刀置位。按下外部硬件电路图中的按钮SB1，00107常开触点得电闭合，SET 01006 抬刀置位。当外部限位开关ST1闭合时，常开触点00006得电闭合；RESET 01005落刀复位；当外部限位开关ST2闭合时，常开触点00007的电闭合，RESET 01006抬刀复位；当按下外部硬件电路图中的按钮SB4，常开触点00110得电闭合，RESET 01005落刀以及RESET 01006台刀同时复位。按下外部硬件电路图中的按钮SB2，00108常开触点得电闭合，SET 01003台面向前置位。按下外部硬件电路图中的按钮SB3，00109常开触点得电闭合，SET 01004台面向后置位。按下外部硬件电路图中的按钮SB5，00111常开触点得电闭合，RESET 01003台面向前以及RESET 01004台面向后复位。当外部限位开关ST3闭合时，常开触点00008得电闭合，RESET 010003台面向前复位。当外部限位开关ST4闭合时，常开触点00009得电闭合，RESET 01004台面向后复位。当按下外部硬件电路图中的按钮SB8时，常开触点00004得电闭合，RESET 01005落刀、RESET 01006抬刀、RESET 01003台面向前、RESET 01004台面向后都复位。JME（05）00为跳转结束指令，说明了手动程序执行已完成。
3自动程序设计
当20002为“1”时，切片机进入自动控制状态，在自动程序里，选用23000～23005这6个内部辅助继电器作为工作的步标志，控制循环动作，其功能表如图5-3所示。
普通计数器对外部事件的计数频率受到扫描周期（一般数十ms）及输入滤波器时间常数（1～80ms）限制，而高速计数器的计数频率不受这两者的影响，从而可以获得较高的计数频率（CPM2A高速计数器的最大响应频率为20kHz）。
CTBL指令
比较表登记指令CTBL（63），用来登记一个高速计数器的比较表。
（1）格式：
P是定义符，取000。
C是控制数据，取值范围是：000、001、002、003。
TB是比较表开始通道，其范围是：IR、SR、HR、AR、LR、DM、* DM。
（2）功能：当执行条件为ON时，根据控制数据C的值，完成表9所示的4种功能之一。当C=000或002时，TB的内容是比较次数（BCD），TB+1的内容是目标值1的低4位（BCD），TB+2的内容是目标值1的高4位（BCD），TB+3的内容是比较1的中断子程序号；TB+4的内容是目标值2的低4位（BCD），TB+5的内容是目标值2的高4位（BCD），TB+6的内容是比较2的中断子程序号；…，依次类推。当C=001或003时，TB的内容是下限值1的低4位（BCD），TB+1的内容是下限值1的高4位（BCD），TB+2的内容是上限值1的低4位（BCD），TB+3的内容是上限值1的高4位（BCD），TB+4的内容是比较1的中断子程序号；TB+5的内容是下限值2的低4位（BCD），TB+6的内容是下限值2的高4位（BCD），TB+7的内容是上限值2的低4位（BCD），TB+8的内容是上限值2的高4位（BCD），TB+9的内容是比较2的中断子程序号；…，依次类推。
表5-1 CTBL指令控制数据的定义
C 功能
000 登记一个目标值比较表，并启动比较
001 登记一个区域比较表，并启动比较
002 登记一个目标值比较表，用INI指令启动比较
003 登记一个区域比较表，用INI指令启动比较程序如图5-4所示，初始步的产生及中间步的转换不是采用通常的启保停电路的结构形式，而是用SET/RESET（置位/复位）指令来实现启保停电路功能的。按下外部硬件电路图中的按钮SB6，00001常开触点得电闭合，带锯电机01000线圈得电电机运行工作并自锁，01000辅助常开触点闭合，01000辅助常闭触点断开：选择开关S1打到自动时，JMP（04）00跳转指令执行，执行自动控制程序。DIFU（13）20001为上升沿微分指令，当20001的条件由OFF变为ON（即上升沿）时，继电器20001维持一个扫描周期的ON状态；20001常开触点闭合：@ANDW(34)清输出；MOV（21）#000 IR230所有步清零；MOV（21）#0001 DM000为DM000置1；MOV（21）#000 DM002为DM002清0；
MOV（21）#000 DM003为DM003置000；RESET 20000自动运行标志清零；SET 20002 置自动工作标志；SET 23000步0置位,23000常开触点得电闭合；25315为初始化脉冲。按下外部硬件电路图中的按钮SB9，00005常开触点得电闭合，SET 20000自动运行标志置1，20000常开触点得电闭合；SET 23001步1置位，23001常开触点的电闭合、RESET 23000步0复位；01004线圈得电台面后移；当外部限位开关ST4得电闭合时，00009常开触点得电闭合，常闭触点断开，SET 23002步2置位，23002常开触点得电闭合；RESET 23001步1复位；MOV（21）IR001 DM0001、MOVB（82）IR000 #1210 DM0001读拨盘开关设定值，将脉冲数送至DM001（DM002已置0）；25200高速计数器复位；CTBL（63）登录比较表目标值比较开始；SET23003 步3置位；RESET 23002步2复位；23003常开触点得电闭合，01005线圈得电落刀；限位开关ST1得电闭合：00006常开触点得电闭合，常闭触点断开SET 23005步5置位；RESET 23003步3复位。23005常开触点得电闭合，01006线圈的电抬刀至上限位：ST2限位开关得电闭合，00007常开触点闭合，常闭触点断开，SET 23000步0置位；RESET 20000 自动运行标志清零；RESET 23005
步5复位；JME（05）01自动完成，SBN（92）000中断子程序，25313常ON开关，使SET 23004步值置位，RESET 23003步3复位。RET（93）子程序返回。
表3-3 I/O分配表
输入
符号地址
输
出
符号地址SW 00000 KM1 01000 SB6 00001 KM2 01001 SB7 00002 KM7 01002 S2 00003 KM5 01003 SB8 00004 KM6 01004 SB9 00005 KM3 01005 ST1 00006 KM4 01006 ST2 00007
ST3 00008
ST4 00009
百位
D0
00010
S1 00011
小数
位D0
00100
小数
位D1
00101
小数
位D2
00102
小数
位D3
00103
个位
D0
00104
个位
D1
00105
SB0 00106
SB1 00107
SB2 00108
SB3 00109
SB4 00110
SB5 00111
图5-2 手动程序
到前限位（ST3）
到上限位（ST2） 到下限位（ST1） 25315+20001+20001 23004
台面前移 （切割）
23005
抬 刀
停 止
23001 台面后移
23002
计算脉冲数
23003
落 刀
自动方式
自动运行初始化
23000
20000
到后限位（ST4）
完成计算
完成落刀量
图5-3 自动程序的功能表图
00011
A 00005 23000 20000 00004
20001
20002 23001 01000 00009 01004
25315 00009
23002
JMP （04）
DIFU （13）20001 ANDW （34）
#0007 IR010
IR010
SET 20000
SET 23001
RESET 23000 SET 23002 RESET 23001
MOV(21) IR 001 MOV(21)
#0000
IR230
25200
A B
B 23003 00006 01005
00006
23004 01000 00008 01003 00008
RESET 20000
MOVB(82) IR 000 #12100 DM 0001
CTBL(63) 000 000 DM 0000 SET 23003
RESET 23002
SET 23005
SET 23000
RESET 23004 RESET 23003
23005 00007 01006 00007
25313
图10
图5-4 自动程序
SET 23000
RESET 20000 SET 23004
RESET 23003
RET(93) END(01)
RESET 23005 JME （05） 01
SBN （92）000