基于PLC的静态切割机控制系统设计

基于PLC的静态切割机控制系统设计

摘 要：在基于PLC的静态切割机控制系统设计中，设计了PLC控制系统总体方案 ，给出了软、硬件设计与实现方案。在硬件设计部分，阐述了电动机主电路及其电器控制电路的设计过程，给出了这两个电路的电器元件的选择结果。在控制电路的设计部分，阐述了I/O接线图的设计过程，给出PLC及其输入／输出元件的选择结果。在软件设计部份详细地阐述了PLC用户程序的设计过程，其中包括对公用程序、手动程序、自动程序与故障报警程序的设计过程的阐述，并给出了上述所有程序的梯形图和指令表。

关键词：静态；硬件；软件；指令表。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 The system design of the static incise machine base on PLC

Abstract: Designed the PLC control system a total project in according to the PLC static state incise the machine control system design, give soft, hardware design and carry out a project. Design part in the hardware, elaborate the design process of the electric motor main electric circuit and its electric appliances control electric circuit, gave the choice of these two electric appliances components of electric circuits the result. Be controlling the design part of the electric circuit, elaborate I/O to connect the design process of the line diagram, give the PLC and the choice of its input/output component the result. Design the design process that the part elaborated the PLC customer procedure in detail in the software, include among them to the public procedure, hand to move the design process that the procedure, automatic procedure and give alarm signal procedure to elaborate, and gave above-mentioned all trapezoid diagrams of procedures and the repertoire.

Keywords: static state; hardware; software; repertoire

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第1章 概述

1.1 切割机发展现状

国外生产制造切割机或拥有切割机技术的有：西波列斯(SIPOREX)公司、求劳克斯(DUROX)公司、伊通(YTONG)公司、司梯玛(STEMA)公司、海波尔(HEBEL)公司、道斯腾(DORSTENER)公司、威汉(Vv3EHRHAHN)公司、乌尼泊尔(UNIPOL)公司、赫腾(HETEN)公司等。按坯体切割时的姿态可分为两类：1、保持浇注硬化时的水平状态进行切割。2、将坏体翻转90。侧立后进行切割。前者有西波列克(SLPOREX)技术、求劳克斯(DUROX)技术、海波尔(HEBEL)技术、乌尼泊尔(UNIPOL)技术、司梯玛(STEMA)技术、威汉(WEHRHAHN)第一代技术；后者有伊通(YTONG)技术、完全仿制YTONG的道斯腾(DORSTENER)技术以及对YTONG技术进行了简化并改动的赫腾(HETEN)技术。另外，还有将中国地面翻转技术与YTONG技术结合而成的威汉(WF．HRHAHN)第二代技术。

为了学习、借鉴国外发展加气混凝土的技术和经验，建立并发展我国加气混凝土工业，我国先后引进了如下外国技术和设备：(1)从瑞典引进了SIPOREX第一代技术建立了北京加气混凝土厂；(2)从日本引进了SIPOREX第二代技术建设了南京旭建新型建材有限公司加气混凝土生产线；(3)从德国引进了STEMA二手设备建成南通支云硅酸盐制品有限公司加气混凝土生产线；(4)从罗马尼亚引进HEBEL技术及设备建成了天津（军粮城）加气混凝土厂，上海(吴泾)硅酸盐制品厂加气混凝土生产线并用同一设备对哈尔滨工业加工厂加气混凝土生产线进行了更新改造；(5)从波兰引进UNLPOL技术与设备建设了齐齐哈尔建材厂、杭州加气混凝土厂、北京现代建筑材料公司加气混凝土生产线；(6)从德国引进了YTONG技术和设备建成了上海伊通有限公司加气混凝土生产线；(7)从德国引进了DORSTENER公司仿制YT0NG切割机更换了北京加气混凝土厂原生产线SIPOREX切割机组；(8)从德国引进了DORSTENER公司仿制的YTONG切割机及生产技术建设了天津建材制品有限公司加气混凝土生产线及爱舍(上海)新型建材有限公司；(9)从德国引进了HETEN技术及设备建设了常州加气混凝土有限公司；(10)从瑞典引进了设备和技术建设了沈阳华瑞建材有限公司；(11)从德国引进了WEHRHAHN第一代技术二手设备建设了南京建通加气混凝土生产线；(12)从韩国引进了德国Vv3EHRHAHN第二代技术二手设备建设了胜利油田营海建材有限责任公司加气混凝土生产线。

为了援助阿尔巴尼亚，二十世纪七十年代初由中国建筑东北设计院在北京加气混凝土厂测绘仿制SIPOREX技术，复制建设了北京矽酸盐制品厂年产10万m3加气混凝土生产线；常州加气混凝土中心测绘仿制STEMA技术，由常州天元工程机械有限公司制

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 造建设了约8条生产线；常州加气混凝土中心测绘6米HEBEL切割机组，仅制造了样机并提供上海硅酸制品厂使用；中国东北建筑设计院在测绘6米HEBEL切割机的基础上，改进设计成3.9m长杆式切割机，由陕西玻璃纤维厂制造约15—20套；常州加气混凝土中心在参观学习北京加气混凝土厂引进的DORSTENER公司仿Y11CING切割机基础上，进行了简化设计，制造了仿YTONG切割机，装备于山东焦家金矿加气混凝土生产线；北京市建都设计研究院测绘复制了北京加气厂引进的DORSTENER公司仿YTONG切割机建成烟台宏源新型建材有限公司；常州加气混凝土中心仿制了常州加气混凝土有限公司的HETEN切割机．设计了分步式切割机，由常州天元工程机械有限公司制造，装备于山东石横电厂、上海宇山红新型建材有限公司（二线）等。

翻转切割机1974年由国家建筑材料工业总局组织中国建筑东北设计院，在北京加气混凝土厂进行坯体翻转试验的基础上，在原哈尔滨工业加工厂边设计，边制造，边安装，建设了并建成年产10万m3加气混凝土生产线，采用了现场边设计、边制造、边安装、边调试、边建厂方式自主研制成功了6m地面翻转切割机，并建成生产线，在试制投产成功的基础上，国家建材总局下达计划，一批制造了十三套6m地面翻转切割机，其中二套没有建线，后又陆续制造四台，总共建成十五条6m地面翻转切割机生产线，至今还有12台仍在使用，已有二十多年的使用实践，其中产量最高的己达30-35万m3／年。此类切割机能适应各种原料组合，同时生产砌块和板材。其中，原哈尔滨工业加工厂以水泥—石灰—砂配料，每年生产4-5万m3屋面板和墙板，前后生产过七、八年；鞍山加气混凝土厂及长春加气混凝土厂以水泥—矿渣—砂配料，生产过3—4年屋面板和墙板；其它大部分生产线为水泥—石灰—粉煤灰配料，新疆乌鲁木齐加气混凝土厂生产过几年墙板和屋面板用于乌鲁木齐的多个重要建设工程。在十几条生产线中都配置了钢筋网片加工及防腐、组装车间。为了适应不同企业的筹资能力和市场容量，中国建筑东北设计院根据企业要求，对6m地面翻转切割机进行了改进设计，将坯体长度由6m改为3.9m．并将技术图纸分别转让给陕西玻璃纤维机械厂、常州建材设备制造厂、西北农房公司、四川兴德机械制造公司等。使地面翻转切割机逐浙成为我国加气混凝土工业主要机型。翻转切割机的研发成功，对我国加气混凝土工业发展作出了巨大贡献。预铺卷切式切割机二十世纪八十年代初，上海杨浦煤砖厂自行研制成功预铺卷式切割机供自己使用。其后制造销售了5-10套。预铺钢丝提升卷切式3.9m切割机二十世纪八十年代，为了满足加气混凝土生产建设的需要．建材工业部组织北京市建材设计所与常州建材设备制造厂合作，研制了预铺钢丝提升卷切式3.9m切割机，由常州建材设备制造厂制造．并销售了10套左右。以上三种切割机在研发成功后的推广使用过程中，都进行不同程度的改进和提高

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1.2 切割机控制方法与控制系统的确定

机床控制系统在现代机床生产业中有很重要的的作用，机床的控制系统相当于机床的大脑和心脏。一台机床要想很好的运行其控制系统一定要做好，一个好的机床控制系统要能够很好的控制机床的运行，能使机床的每一步都能够准确运行到位，并且还要有好的安全保护系统，还要有好的调试系统等。机床控制系统有继电器控制、单片机控制、PLC控制等。现将几种控制系统作出分析比较选取最优的控制系统来实现其功能。

1. PLC控制与继电器控制比较

(1) 控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外继电器触点数目有限，每只一般只有4～8对触点，因此灵活性和扩展性都很差。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其连线少，体积小，加之PLC中每只软继电器的触点数理论上无限制，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由中大规模集成电路组成，功耗小。

(2) 工作方式：当电流接通时，继电控制线路中各继电器都处于受约状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。而PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。

(3) 控制速度：继电控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。

(4) 限时控制：继电控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。时间继电器一般分为空气阻尼式、电磁式、半导体式等，其定时精度不高，定时时间易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难。有些特殊的时间继电器结构复杂，不便维护。PLC使用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时范围一般从0.1s到若干分钟甚至更长，用户可根据需要在程序中设定定时值，然后由软件和硬件计数器来控制定时时间，定时精度小于10ms且定时时间不受环境的影响。

(5) 计数控制：PLC能实现计数功能，而继电控制逻辑一般不具备计数控制功能。 (6) 设计与施工：使用继电控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图和程序设计）

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。

(7) 可靠性和可维护性：继电控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配备有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

(8) 价格：继电控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器，价格比较便宜。而PLC使用中大规模集成电路，价格比较昂贵。

2. PLC控制与单片机控制比较

(1) PLC与单片机控制的相似性: 本质是一样的，都是基于微处理器技术。都可以实现对仪器设备的智能化控制。PLC内部就用了单片机。

(2) PLC与单片机优点: (1)PLC由专业大公司精心设计的硬件和软件系统，功能强大、可靠性好。编程方法简单易学，即使是不熟悉电脑的工程师也可以用它开发复杂的控制系统。抗干扰能力强，适用于环境恶劣的工业控制场合。有丰富的扩展模块和联网能力，可以做成大型复杂的工业控制系统。(2)单片机价格便宜功能强大。既可以用于价格低廉的民用产品也可用于昂贵复杂的特殊应用系统。自带完善的外围接口，可直接连接各种外设，有强大的模拟量和数据处理能力。体积小，功耗低可用于电池供电的便携式产品。 有高级语言支持，编程效率高，可移植性好。编程方法复杂，不容易上手。抗干扰能力差。应用范围广泛，既适合大批量重复生产的民用消费品。也可以用于小批量产品。特别是仪器仪表，家电以及小型控制系统。

(3) PLC与单片机的缺点:(1)PLC价格昂贵，体积大，功能扩展需要较多的模块，不适合大批量重复生产的产品。(2)单片机编程方法复杂，不容易上手。抗干扰能力差。

(4) PLC与单片机的应用范围(1)PLC适合于工作母机控制和工业过程控制。(2)单片机应用范围广泛，既适合大批量重复生产的民用消费品。也可以用于小批量产品。特别是仪器仪表，家电以及小型控制系统。

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

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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。 (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。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 第2章 硬件设计

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

切割机的主要功能是将泡沫塑料切成厚度一定的一片一片。其驱动部分由台面、刀架、转轮、刀片、滑套、以及左、右丝杆组成，如图所示。

图2.1 切割机驱动机构示意图

切片过程为:先将泡沫块放在台面上、台面后推到限定位置、刀架下移、定位移量并锁住、台面和泡沫块一起移动到新限定位置、刀架下移刀片旋转随之切割出一片一定厚度的海绵、台面后移至限定位置，同时刀架上移到初始位置。不断重复上述过程。

在图示的切割机示意图中可知道刀架的运动所需的要求是刀架的平稳性，而刀架的上下运动是由左右的滑套和左右丝杆组合构成。根据运动的平稳性，要求左右滑套和左右丝杆要配套而且参数一直。而且刀片不能切割的过甚，并且台面是由金属构成的，刀片切割的位置要求准确。台面的运动也是要求精确，其精确对材料的切割质量有很大的影响。刀片的锋利度是由磨刀转盘磨石确保的，而磨刀的转速不能太快，那样对刀片的磨损太快。

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2.1.2 切割机技术参数

切割机技术参数如下：

表2.1 切割机技术参数 切割机性能： 切割机切割速度 切割最大厚度 切割最小厚度 切割循环次数 整机质量 数值 50 199.9 0.1 5-50 2 表2.2 切割机电气系统参数 单位 mm/s mm mm 次 T 电气系统参数： 动力系统工作电压 控制系统工作电压 台面电机功率 带锯电机功率 刀架电机功率 磨刀电机功率 总装机功率 数值 380 220 1.5 4.0 1.1 0.25×2 7.1 单位 V V kW kW kW kW kW 2.2 切割机主电路设计

2.2.1 主电路设计

根据控制要求，设计出切割机的主电路图如图所示。

图中共有5台电机。带锯电机驱动刀片旋转，切割泡沫塑料，由交流接触器KM1控制；两个磨刀电机带动砂轮对刀片研磨，使刀片保持锋利，由于功率比较小，可以用一个交流接触器KM2控制；台面电机为直流电机，驱动台面前移和后移；刀架电机通过蜗轮/蜗杆传动机构减速，驱动左、右丝杆正转或反转，刀架随滑套上移或下移，由于刀架停车必须准确，所以其制动采用电磁刹车。

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图2.2 切割机主电路图

2.2.2 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

电力拖动系统中拖动生产机械运行的原动机即驱动电机，包括直流电动机和交流电动机两大种，交流电动机又有异步电动机和同步电动机两种。电动机主要种类如下表所示。

表2.3 电动机的种类

交流电动机 异步电动机 三相异步电动机 单相异步电动机 同步电动机（三相、单相） 凸极式 隐极式 他励直流电动机 直流电机 并励直流电动机 串励直流电动机 复励直流电动机 各种电动机具有的特点包括性能方面、所需电源、维修方便与否、价格高低等各项，

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这是选择电动机种类的基本知识。当然生产机械工艺特点是选择电动机的先决条件。这两方面都了解了，便可以为特定的生产机械选择到合适的电动机。电机主要特性如下表所示。

表2.4 电机的特性 电机种类 直流 电动机 三相 异步 他励、并励 串 励 复 励 普通鼠笼 绕 线 式 最主要的性能特点 机械特性硬，起动转矩大，调速性能好 机械特性软，起动转矩大，调速方便 机械特性软硬适中，起动转矩大，调速方便 机械特性硬，起初转矩不太大，可以调速 机械特性硬，起动转矩大，调速方法多，调速性能 转速不随负载变化，功率因数可调 功率小，机械特性硬 功率小、转速恒定 三相同步电动机 单相异步电动机 单相同步电动机 由于电机分直流电机和交流电机，两种不同的电机工作的电压也不同，同步电机容量在3-320KW所工作电压是380V，在250-1000KW所工作电压是600V。鼠笼式异步电机容量在0.73-320KW所工作电压是380V，在250-5000KW所工作电压是6000V，绕线式异步电动机0.6-200KW所工作电压是380V，在250-5000KW所工作电压是6000V。而直流电机的工作电压分为110V、220V、440V、600-870V，其工作电压越大，容量越高。

电动机额定功率的选择是一个很重要的问题。选择电动机功率的原则，是在电动机能够满足生产机械负载要求的前提下，最经济最合理地确定电动机的功率大小。如果功率选的过大，使设备投资费用增加，而且因电机经常轻载运行，其运行功率因素降低；反之，功率选的过小，电机经常过载运行，使电机温升高，绝缘易老化，缩短电机寿命；同时还可能出现启动困难、经受不住冲击性负载等情况。

电动机额定功率的选择一般分成三步：首先计算负载功率PL；再者根据负载功率，预选电动机的额定功率及其它；最后校核预选电动机。一般先校核发热温升，再校核过载能力，必要时校核起动能力。都通过了，预选的电动机便选定了；通不过，从第二步开始重新进行，直到通过为止。在满足生产机械要求的前提下，额定功率越小越经济。

对电动机本身而言，额定功率相同的电动机额定转速较高，体积越小，造价越低，一般说电动机转子越细长，转动惯量越小，起、制动时间短。当生产机械所需额定转速一定的前提下，一般来讲若还需要传动机构减速，则电动机额定转速越高，传动结构速比越大，机构越复杂，而且传动损耗也越大。通常电动机额定转速不低于500r/min。因

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 此正确选择电动机的额定转速需要根据具体生产机械的要求，综合考虑上面诸因素后才能决定。

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。带锯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，两个磨刀电机的功率是不能太大，所以用小功率电机。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2.5 带锯电机型号参数 型号 额定电压 V 额定 功率 额定电流 转速 效率 功率因素 最大转矩 额定转矩 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 kW 4 A 8.1 r/min 2890 % 85.0 cosΦ 0.88 倍 2.3 Y2-112M-2 380 表2.6 刀架电机型号参数

型号 额定电压 额定 功率 额定电流 转速 效率 功率因素 最大转矩 额定转矩 最小转矩 额定转矩 倍 1.2 堵转转矩 额定转矩 倍 1.8 堵转电流 额定电流 倍 5.0 V Y2-100L2-8 380 kW 1.1 A 3.4 r/min 700 % 73.0 cosΦ 0.69 倍 2.0

表2.7 磨刀电机型号参数 型号 额定电压 额定功率 额定电流 转速 效率 功率因素 最大转矩 额定转矩 堵转转矩 额定转矩 倍 3 堵转电流 额定电流 倍 6.5 V JY09B-2

220 kW 0.25 A 2.15 r/min 2800 % 77.0 cosΦ 0.64 倍 1.8

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表2.8 台面电机型号参数 型号 额定 电压 额定 功率 额定 电流 转速 效率 削弱磁场时最大转速 飞轮 力矩 V Z2-42 220 kW 1.5 A 9.16 r/min 750 % 74.5 r/min 1500 kg·m2 0.18 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。

参考主电路图可以确定所用到的元器件，其中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2.9 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

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 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，动态稳定电流峰值15KA。

(2) 熔断器的选择

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 熔断器是低压配电网中的保护元件之一，主要做短路保护用，当通过熔断器的电流大于规定值时，以及自产生的热量使熔体熔化而自动分断电路。通过熔断器的熔化特性和熔化特性的配合以及熔断器与其他电器的配合，在一定的短路范围内可达到选择性保护。而在本系统中是在电动机回路中用作短路保护，应考虑到电动机的起动条件，按电动机时间长短选择熔体的额定电流，对起动时间不长的场合可按下式决定熔体额定电流Ie：

Ie=Id/(2.5~3) (2.1) 对起动时间长或较频繁起动，按下式决定电流Ie

Ie=Id/(1.6~2.0) (2.2) 式中，Id-电动机的起动电流。

FU1选用RT16-00C型，其主要技术参数： 额定电流32A，额定电压500V，额定功率3.32W。 FU2选用RT16-00C型，其主要技术参数： 额定电流6A，额定电压500V，额定功率0.67W。 FU3选用RT16-00C型，其主要技术参数： 额定电流10A，额定电压500V，额定功率1.14W。 (3) 接触器的选择

交流接触器是一种适用于远距离频繁地接通和分断交流电路的电器，其主要控制对象是电动机，也可用于控制如电焊机、电容器组、电热装置、照明设备等其他负载。接触器具有操作频率高、使用寿命长、工作可靠、性能稳定、维修简便等优点，是用途广泛的控制电路之一。

随使用场合及控制对象不同，接触器的操作条件与工作繁重程度也不同。为了尽可能经济地、正确地选用接触器，必须对控制对象的工作情况以及接触器性能有一较全面的了解，不能仅看产品的铭牌数据，因接触器铭牌上所规定的电压、电流、控制功率等参数为某一使用条件下的额定值，选用时应根据具体使用条件正确选用。

通常，先根据接触器的实际使用类别选用相应的接触器类型。然后，根据接触器控制对象的工作参量（如工作电压、工作电流、控制功率、操作频率、工作制等）确定接触器的容量等级。再按控制电路要求决定接触器的线圈参数。用于特殊环境条件的接触器应选用派生型产品（如湿热带型―TH或符合防爆、防尘、防滴等使用要求的产品）。

交流接触器的负载主要可分为电动机负载与非电动机负载（如电热设备、照明装置、电容器、电焊机等）两大类。

本设计中交流接触器使用属于电动机负载，且其负载的轻重程度为一般任务型，其

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操作频率不高。选用接触器时只要使被选用接触器的额定电压和额定电流等于或稍大于电动机的额定电压和额定电流即可。

KM1、KM3～KM7选用NC6-09 10型，KM2选用NC6-09 08型，其主要技术参数： 额定电压AC 380V，额定工作电流9A，约定发热电流20A，可控三相鼠笼电动机的功率4kW。

(4) 热继电器的选择

热继电器是依靠电流通过发热元时产生的热，使双金属片受热，弯曲而推动机构动作的一种电器，主要用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运行的保护及其他电气设备设备发热状态的控制。因此选用时，必须了解被保护对象的工作环境，起动情况，负载性质，工作制以及电动机允许的过载能力，保护要遵循的原则：应使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之中，并尽量可能地接近，甚至重合，以充分发挥电动机的过载能力，同时使电动机在短时过载和起动瞬间（5～6Ie）时不受影响。

在热继电器的选择方面还要注意以下的几点：

1.原则上，热继电器的额定电流应按电机的额定电流选择。

2.再不频繁启动的场合，要保证热继电器不会应电机的启动而起误动作。 3.当电机为重复短时工作时，首先注意确定热继电器的允许操作频率。 FR1、FR2选用NR2(JR28)-11.5型，其主要技术参数：

电流等级13，额定绝缘电压690V，具有断相保护、温度补偿、手动与自动复位、脱扣指示、测试按钮、停止按钮，额定电压AC 380V，额定电流1.58A。

2.2.3 晶闸管直流调速装置设计

晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又称静止的Ward-Leonard系统），图中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制。

控制的快速性，晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。V-M系统在20世纪60~70年代得到广泛应用，目前主要用于大容量系统。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计

图2.3 晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）原理图

参考主电路图中的台面电机所用的是直流电机，作用是控制材料的进给，所采用的调速装置就必须另行设计。直流电机的调速可以用改变电流实现调速，所以调速装置可以根据整流原理设计，在此用三相全控整流电路设计成直流电机的驱动，电路图如下：

图2.4 直流电机主电路

采用整流变压器主要是给晶闸管整流装置提供所需的电源电压，并使晶闸管主电路与交流电网隔离，减少整流电路对其它用电设备的干扰，且有利于人身安全。整流变压器的接线采用D－Y联结，它可有效地抑制晶闸管整流时产生的奇次谐波（主要是三次

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谐波）对电网的不利影响，避免在变压器每相绕组中产生尖顶波电动势，这个电动势有时将超过正常值的50％，对变压器绝缘不利。

在电枢回路中串联平波电抗器Lr，可使输出电流连续，限制电流脉动，抑制电流上升率，以改善晶闸管与电动机的利用率和系统调节特性。

2.3 控制电路设计

2.3.1 控制系统电路图

下图为切割机控制系统原理图，切割厚度由4位拨盘开关输入，设定范围为000.0-199.9。在刀架电机的传动轴上装有测速齿轮，沿圆周均匀开5个槽。传动轴每转一圈，接近开关向PLC发出5个计数脉冲（测速齿轮5次感应接近开关），转两圈刀架的高度变化1mm，接近开关发出10个脉冲，根据设定的切割厚度可以计算出PLC应计的脉冲个数。传动轴转动速度为10转/s，PLC的计数频率应达到60kHz，因此，采用FX2N的高速计数功能。

图2.5 切割机控制系统原理图

2.3.2 PLC硬件接线图及I/O端口分配

1. PLC控制系统的控制要求 PLC控制系统的控制要求如下：

(1) 系统设有手动、单周期、单步、连续、回原点、五种工作方式，台面在最前面，刀架在最上面，为系统的原点状态。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 (2) 台面机构前/后运动时，带锯电机必须已启动，而带锯电机停止时，台面机构前/后运动应立即停止。

(3) 磨刀必须在刀片旋转时才能工作。

(4) 五种工作状态下，按下总停止按钮后，除带锯、磨刀装置外，刀架、台面的动作应立即停止。

(5) 电源接通后控制台面刹车的接触器KM7立即通电。 根据以上的要求，设计出PLC的外部接线图如下图所示：

图2.6 PLC的外部接线图

根据上图所示切割机的5种工作方式有选择开关控制：当输入点X1接通时为手动方式，X2接通时为回原点方式，X3接通时为单步工作方式，X4接通时为单周期工作

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方式，X5接通时为连续工作方式。台面在最前面且刀架在抬刀限位称为系统处于原点状态。在公用程序中台面前到位开关X15、抬刀限位开关X20的常开触点的串联电路接通时，“原点条件”辅助继电器M5变为ON。

在选择单周期、连续和单工步工作方式之前，系统应处于原点状态；如果不满足这一条件，可选择回原点工作方式，然后按回原点启动按钮X6，使系统自动返回原点状态。在原点状态，顺序功能图中的初始步M0为ON，为进入单周期、连续和单工步工作方式作好了准备。

高速计数器只有在自动方式下才工作。主要的功能是对在自动方式下的键盘设定值进行比较，判断材料的厚度，控制台面的向前或向后运动。对于不同的设定值要有不同的计数值相符合。计数器的计数源就是测速齿轮所送的脉冲个数。

2. I/O端口分配

从上面的控制电路图所示，可以得出下面的分配表：

表2.10 输入端口表 输入元件 接近开关 手动 回原点 单步 单周期 连续 回原点启动 带锯启动 带锯停止 磨刀 总停 落刀限位 抬刀限位 台面前限位 台面后限位 落刀 抬刀 台面向前 输入点 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 输入元件 台面向后 刀架停止 台面停止 总停 预停 小数位1 小数位2 小数位4 小数位8 个位1 个位2 个位4 个位8 十位1 十位2 十位4 十位8 百位1 输入点 X22 X23 X24 X25 X26 X27 X30 X31 X32 X33 X34 X35 X36 X37 X40 X41 X42 X43 17

基于PLC的静态切割机控制系统设计 输出的端口表如下：

表2.11 输出端口表 输出元件 KM1 KM2 KM7 KM5 输出点 Y0 Y1 Y2 Y3 输出元件 KM6 KM3 KM4 L1 输出点 Y4 Y5 Y6 Y7 2.3.3 电气元件的配置

1. 刀开关QS1：刀开关QS1串接控制主电路的单相电源，选用规格HD11-100/28型单投双极刀开关1只。主要技术参数：

额定交流电压220V，额定交流电流100A。通断能力100A，1S短时耐受电流6kA，动态稳定电流峰值15kA。

2. 熔断器FU4：选用RT18K-25型，主要技术参数：

壳架等级额定电流25A，额定电流2A，额定电压AC 220V，额定断路分断能力：220V/50kA。

3. 按钮SB1、SB2、SB5、SB15：选用NP4-20BN/2型，颜色为绿色，按钮SB3、SB10、SB11、SB12、SB13、SB14：选用NP4-20BN/4型，颜色为红色，按钮SB4、SB6、SB7、SB8、SB9：选用NP4-20BN/6型，颜色为蓝色。NP4系列按钮其主要技术参数如下：

额定绝缘电压380V，额定交流工作电压AC 220V，约定发热电流10A，额定交流工作电流4.5A。额定直流工作电压24V,额定直流工作电流2.5A。

4. 行程开关SQ1～SQ4：选用YBLX-K3/20HS/Z型，其主要技术参数：

额定交流电压AC 380V，额定直流电压DC 220V，额定控制容量交流200VA直流50W,含1对常开和1对常闭触点，动作最大行程3mm，最大差程1.2mm，最大操动力30N，最小回复力5N,最大全行程6.0mm。

5. 信号指示灯：选用ND16-22B/4型，其主要技术参数： 额定交流电压220V，额定电流≤20mA，指示灯选红色。 6. 接触器：选用NCH 8-20型，其主要计数参数：

额定绝缘电压500V，额定工作电压AC 230V，约定发热电流20A，额定工作电流20A，控制功率4Kw

7. 接近开关：选用E2E-X20DM8，其主要技术参数：

检测距离20mm±10%，设定距离*1：0～16mm，应差距离：检测距离的10%以下，

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标准检测物体：铁54×54×1mm，应答频率*2：0.1kHz，电源电压（使用电压范围）：DC12～24V 脉动(p-p)10％以下 （DC10～30V）。

8. 拨盘开关：选用A7CN型，其主要技术参数：

开关负载容量（阻性负载）：1mA～0.1A、DC5～30V，连续通电电流：1A，接触电阻，200mΩ以下，操作力：4.41N以下。

9. 转换开关：选用LW5D16F/5型，其主要技术参数： 绝缘电压500V，发热电流16A。

2.3.4 PLC的选择

1. 可编程序控制器物理结构的选择

根据物理结构，可以将可编程序控制器分为整体式和模块式，整体式每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，控制系统一般使用整体式可编程序控制器。

2. 可编程序控制器指令功能的选择

现代的可编程序控制器的指令功能越来越强，内部编程元件（如辅助继电器、定时器和计数器）的个数越来越多，任何一种可编程序控制器都可以满足开关量控制系统的要求。

如果系统要求完成模拟量与数字量的转换、PID闭环控制、运动控制等工作，可编程序控制器应有算术运算、数据传送等功能，有时甚至要求有开平方、对数运算和浮点数运算等功能。

3. 可编程序控制器I/O点数的确定

确定I/O点数时，应准确地统计出被控设备对可编程序控制器输入/输出点数的总需求，在此基础上，应留有10%～20%的裕量，以备今后对系统改进和扩充时使用。整体式可编程序控制器的基本单元、扩展单元的输入点数和输出点数的比例是固定的，如与系统要求的输入/输出点数的比例相差较大，可以选用只有输入点或只有输出点的扩展单元或扩展模块。

4. 存储器容量的选择

在初步估算时，对于仅需开关量控制的系统，将I/O点数乘以8，就是所需存储器的字数，这一要求一般都能满足。

在选择可编程序控制器的型号时不应盲目追求过高的性能指标，在I/O点数和存储器容量方面应留有一定的裕量。

综上所述，结合本设计的特点，考虑到设计裕量切割机控制系统选用FX2N-80MS可编程序控制器，因为切割机的工作频率较高且PLC所带的是交流负载，所以选择可控硅输出这种方式。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 第3章 软件设计

3.1 系统的软件设计概述

为了满足生产需要，很多工业设备要求设置多种工作方式，如手动和自动（包括连续、单周期、单步等、自动返回初始状态）工作方式。手动程序比较简单，一般采用经验法设计，复杂的自动程序一般根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计。

具有多种工作方式的控制系统的梯形图总体结构如图3.1所示。选择手动工作方式时手动开关X1为ON，将跳过自动程序，执行公用程序和手动程序。选择自动工作方式时X1为OFF，将跳过手动程序，执行公用程序和自动程序。

图3.1 自动／手动程序

3.2 公用程序设计

公用程序（见图3.2）用于自动程序和手动程序互相切换处理，当系统处于手动工作方式时，必须将除初始步以外的各步对应的辅助继电器（M20~M24）复位，同时将表示连续工作状态的M7复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误动作。

公用程序的作用是控制带锯的启动，磨刀的启动和台面的刹车，控制的要求是台面机构前/后运动时，带锯电机必须已启动，而带锯电机停止时，台面机构前/后运动应立即停止，磨刀必须在刀片旋转时才能工作。

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当切割机处于原点状态（M5 ON），开始执行用户程序（M8002为ON）、系统处于手动状态或回原点状态（X1或X2为ON）时，初始步对应的M0将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式做好准备、如果此时M5为OFF状态，M0将被复位，初始步为不活动步，系统不能在单步、单周期、和连续工作方式工作。

图3.2 公用程序

3.3 手动程序设计

图3.3手动操作时用X17～X24对应的6个按钮控制切割机的抬刀、落刀、台面向前、台面向后、刀架停止、台面停止。为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁，例如抬刀与落刀之间，台面向前与台面向后之间的互锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时为ON。根据控制要求，台面机构前/后运动时，带锯电机必须已起动，而带锯电机停止时，台面机构前/后运动应立即停止。所以控制带锯的Y0线

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 圈与控制台面向前/后的Y3和Y4线圈串联。当按下总停按钮，X25的常闭触点断开，不执行MC到MCR的指令，刀架、台面的动作立即停止。磨刀必须在刀片旋转时才能工作，所以在控制磨刀的Y1线圈串联Y0的常开触点。

图3.3 手动程序

3.4 自动程序设计

在自动程序的过程中是切割机自动的对泡沫材料进行切割，自动判断切片的厚度，切割刀片的切割深度，切片的深度是由测速齿轮和计数器共同完成，在刀架下移的过程中测速齿轮也在跟随转动，每转动一圈向计数器发送5个脉冲并判断切割的厚度。在自动程序中首先是要对切割厚度进行设置，厚度是由拨盘开关设定的，在落刀时，当材料的完成的落刀量达到设定值刀架停止移动，继而台面前移，对材料进行切割。

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3.4.1 自动控制程序

图3.4是切割机控制系统自动程序的顺序功能图。

图3.4 切割机自动控制顺序功能图

图3.5是用转换为中心的编程方式设计的自动控制程序（不包括自动返回原点程序），M0和M20~M24用转换为中心编程控制，系统工作在连续、单周期（非单步）工资方式时，X3的常闭触点接通，使M6（转换允许）为ON，允许步与步之间的转换。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计

图3.5 自动控制程序梯形图

假设选择的是单周期工作方式，此时X4为ON，X2和X3的常闭触点闭合，M6的线圈“通电”，允许转换。在初始步时按下起动按钮X12，在M20起动的电路中，M0，X12的常开触点和X2的常闭触点均接通，使M20的线圈“通电”，转换到台面后移步，台面碰到台面后到位限位开关X16时，M21的线圈“通电”，转换到计算脉冲数步。开始计数T0线圈“通电”，定时时间到后，T0的常开触点接通，计算脉冲数完成使系统进入落刀步。C235的常开触点闭合时，M23的线圈“通电”，系统完成落刀量进入台面前移步。以后系统将这样一步一步地工作下去，当切割机台面在步M23返回最前到位时，X15为ON，因为此时不是连续工作方式，M7处于OFF状态，转换条件M7·X15满足，系统返回并停留在初始步。

在连续工作方式X5为ON，在初始状态下按下启动起动按钮X12，与单周期工作方式相同，M20变为ON，台面后移，与此同时，控制连续工作的M7的线圈“通电”

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并自保持，以后的工作过程与单周期工作方式相同，当切割机台面在步M23返回最前到位时，X15为ON，因为M7为ON，转换条件M7·X15满足，系统将返回步M20，反复连续地工作下去，按下预停按钮X26后，M7变为OFF，但是系统不会立即停止工作，在完成当时工作周期的全部操作后，切割机台面在步M23返回最前面，台面前到位开关X15为ON，转换条件M7·X15满足，系统才返回并停留在初始步。

如果系统处于单步工作方式，X3为OFF，它的常闭触点断开，“转换允许”辅助继电器M6在一般情况下为OFF，不允许步与步之间的转换。设系统处于初始状态，M0为ON，按下起动按钮X12，M6变为OFF，使M20的起动电路接通，系统进入台面后移步。放开起动按钮后，M6马上变为OFF。在台面后移步，Y4的线圈“通电”，台面后移到台面后到位开关X16处时，与Y4的线圈串联的X16的常闭触点断开（见图3.6），使Y4的线圈“断电”，台面停止后移。X16的常开触点闭合后，如果没有按起动按钮，X12和M6处于OFF状态，一直要等到按下起动按钮，M12和M6变为ON，M6的常开触点接通，转换条件X16才能使M21的起动电路接通，系统才能由台面后移步进入计算脉冲数步。在完成某一步的操作后，都必须按一次起动按钮，系统才能进入下一步。

当切割机的刀架下移到落刀限位，这时表明材料已经全部切割完毕，为了方便下次的装料，刀架必须上移到抬刀限位，这时就可以停机了，系统将会自动停机。这时算是自动程序执行完毕，系统只有在重新上料后才能开始工作。

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3.4.2 自动输出程序

图3.6 自动控制程序输出电路

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 图3.6是自动控制程序的输出电路，图3.6中X13~X16的常闭触点是为单步工作方式设置的，以台面后移为例，当切割机的台面碰到限位开关X16后，与台面后退步对应的辅助继电器M20不会马上变为OFF，如果Y4的线圈不与X16的常闭触点串联，台面不会停在台面后到位开关X16处，还会继续后退，在这种情况下可能造成事故。

为了避免出现双线圈现象，在图3.6中，将自动控制的顺序功能图（图3.4）与自动返回原点的顺序功能图（图3.7中）对Y3和Y6线圈的控制合在一起。

3.4.3 自动回原点程序

图3.7 自动返回原点的顺序功能图

图3.8 自动返回原点的梯形图

图3.7，3.8是自动回原点程序的顺序功能图和用转换为中心编程设计的梯形图。在回原点工作方式（X2为ON），按下回原点起动按钮X6，M10变为ON，切割机台面前

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移前移，前移碰到台面前到位开关X15时，X15变为ON，刀架抬刀，到抬刀限位开关时，X14为ON，将M11步复位。这时原点条件满足，在公用程序（图3.2）中的M5为ON，初始步M0被置位，为进入单周期、连续和单步工作方式作好了准备，因此可以认为步M0是步M11的后续步。

3.4.4 计算脉冲数和计算落刀量程序

计算脉冲数和计算落刀量的梯形图如下：

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基于PLC的静态切割机控制系统设计

图3.9 计算脉冲数和计算落刀量的梯形图

当在初始状态下，M0为ON，用于计算落刀量的高速计数器C235和计算脉冲数的寄存器D0被复位，特殊辅助继电器M8235变为OFF，高速计数器C235的计数方式设定为加计数，同时表示厚度设定的辅助继电器（M31~M39）被复位。在自动控制程序（图3.5）进入计算脉冲数步M21变为ON，使M30的线圈“通电”，允许计算脉冲， 定时器T0开始定时，整定时间为2秒。定时器定时2s时间到后，PLC已经完成对脉冲的

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 5.1.2 逻辑错误故障检测程序

在被控设备工作正常的情况下，控制系统的各个输入、输出信号和内部继电器（编程元件）的信号相互之间存在确定的逻辑关系。一旦出现异常逻辑关系，必定是控制系统出了故障。因此，可以事先编制好一些常见故障的异常逻辑程序加进用户程序中，当这种逻辑关系实现状态为“1”，就必然出现了相应的设备故障，即可将异常逻辑关系的状态输出作为故障信号，用来实现报警、停机等控制,如图2所示。

图5.2为常见逻辑错误的故障检测程序，图中的第1逻辑行为检测滑台的原位开关和终点开关失灵时造成的逻辑错误。在正常工作情况下，机床滑台无论是快进、工进还是快退，其原位开关和终点开关的常开触点都不可能同时闭合。只有二者之一失灵（不能复位）后才会出现同时闭合的情况。所以，一旦M1得电并驱动Y0显示或报警，必然是出现了开关失灵故障。图中的第2逻辑行为检测控制系统的过多输出故障状态。按控制要求，只允许Y1、Y3同时输出，而不允许Y1、Y2、Y3同时输出。如果Y1、Y2、Y3同时得电，则辅助继电器M2得电并驱动Y0显示或报警。图中第3~5行的并联逻辑阶梯用来检测控制系统的欠输出故障状态。按要求，在某工步Y1和Y2应同时输出，一旦出故障时，可能有三种情况：Y1和Y2都不得电；Y1不得电而Y2得电；Y1得电而Y2不得电。若出现其中之一的逻辑关系，M3便得电并驱动Y0显示或报警。

图5.2 逻辑错误的故障检测程序

5.1.3 超时限检测程序

机械装置在自动工作循环中，各个工步的动作都要求在一定的时间内完成，超过了规定的时限而未完成动作，则认为设备运行出现故障。因此，可以在被检测工步动作开

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始时，同时起动一个定时器，定时器的设定时间比规定动作时间长30%~40%，如果定时器有输出信号，则说明已发生故障。该信号可用作故障显示、报警和故障停机信号。图5.3为检测一个工步超时限的故障检测程序梯形图。

图5.3 工步超时限的故障检测程序

图5.3中工步的正常动作时间为6s，定时器T20的定时时间为8s。当工步起动时，T20开始计时，如果工步按时完成，其完成信号切断T20的输入，T20无输出而无故障信号。若工步超时限，T20输出故障信号，该信号驱动输出继电器Y1，使之显示和报警，图中的工作循环起动信号常闭触点用于撤消故障显示报警信号。

若控制系统中要求监视的工步较多而定时器不够时，可采用阶段超时检测设计法，即用几个相邻步共同设置一个总的时间限值，用一个定时器监视，或几个时间限值相同的步共用一个定时器的办法。

5.2 PLC的硬件保护措施

5.2.1 输入端的保护

PLC输入端最有效的保护方法是外加一级光电耦合器，一旦有高电压等侵入回路时，使其击穿保护级光耦，然后像更换熔断器一样方便地更换损坏了的光耦，及时排除故障。

增加的保护级光耦可选用4N25型，对于开关频率高的场合，可选用TIL110型，4N25型的导通延迟时间ton为2.8us,关断延迟时间toff为4.5us,而PLC（如FX2系列）输入电路的一次电路与二次电路用光耦隔离时，内部约有10ms的响应滞后，因此，添加一级保护光耦对于PLC的反应速度，几乎没有影响。添加的保护级光耦插在IC插座上，再焊在电路板上，一旦出现故障，更换非常方便。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计

图5.4 PLC输入端保护电路图

图5.4为4N25型光耦PLC输入端保护电路图，SQ为开关输入信号，光耦输入的DC24V电源采用AC220V降压，整流后得到的直流电源，而不用PLC本身的直流电源，这样既可以不增大PLC电源的负载，又可以使输入输出自成系统，不共地，避免了输出端对输入端可能产生的干扰。

本电路中光耦输入端的电流选取15mA，由于4N25型光耦的电流传输比大于25%，输出端可流过大于3mA,的电流，而PLC输入灵敏度一般最小为2.5mA，可满足PLC灵敏度的要求。采取这些措施，可很好地保护PLC的输入点，使控制系统不受干扰，而且这些保护措施的成本非常低（约几百元），因此这种方法非常经济实用。

5.2.2 输出端的保护

通常情况下，PLC的输出驱动负载有两类：交流负载和直流负载。对交流负载的保护措施是并联阻容吸收电路，以防止浪涌电流对PLC输出电路的冲击，对直流负载是并联续流二极管，以防止关断时反电势电压对PLC输入电路的冲击，但是，当控制系统的交流用电设备较多时，如变频器，变压器，PLC共处于某一控制系统，系统的电磁干扰较强，此时，这些措施已无法有效抑制干扰对PLC及输出电路的影响，严重时甚至扰乱系统的正常工作程序，为此，当PLC的驱动元件主要是电磁阀和交流接触器线圈，为了提高系统的可靠性，我们在PLC输出端与驱动元件之间增加光电隔离的过零型固态继电器AC－SSR如图5.5所示。

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图5.5 电磁阀及交流接触器的驱动电路

从图5.5可以看出，从PLC输出的控制信号经晶体管放大，去驱动AC-SSR，AC-SSR的输出经驱动元件连接AC220V电压，图中MOV为金属氧化物压敏电阻，用于保护AC-SSR，其中电压在标称值电压以下时，MOV阻值很大，当超过标称值时，阻值很小，在电压断开的瞬间，正好可以吸收线圈存储的能量，实践证明，这种抗干扰措施是非常有效的。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 第6章 PLC控制系统的维护与诊断

6.1 PLC控制系统的维护

为了保障系统的正常运行，定期对PLC系统进行检查和维护是必不可少的，而且还必须熟悉一般故障诊断和排除方法。

6.1.1 起动前的检查

在PLC控制系统设计完成以后，系统加电之前，建议对硬件元件和连接进行最后的检查。起动前的检查应遵循以下步骤：

(1) 检查所有处理器和I/O模块，以确保它们均安装在正确的槽中，且安装牢固。 (2) 检查输入电源，以确保其正确连接到供电（和变压器）线路上，且系统电源布线合理，并连到每个I/O机架上。

(3) 确保连接处理器和每个I/O机架的每根I/O通信电缆是正确的，检查I/O机架地址分配情况。

(4) 确保控制器模块的所有I/O导线连接正确，且安全连在端子上，此过程包括使用I/O地址分配表证实每根导线按该表的指定连至每个端子。

(5) 确保输出导线存在，且正确连接在现场末端的端子上。

(6) 为了尽可能安全，应当清除系统内存中以前存储的任何控制程序。如果控制程序存于EEPROM中，应暂时移走该芯片。

6.1.2 定期检查

尽管在设计PLC控制系统时，已考虑到最大可能地减少维修工作量，但系统安装完毕投入运行后，也应考虑一些维护方面的问题。良好的维护措施，如果定期实行的话，可大大减少系统的故障率。

PLC的构成元器件以半导体器件为主体，考虑到环境的影响，随着使用时间的增长，元器件总是要老化的，因此定期检修与做好日常维护是非常必要的。预防性维护主要包括以下内容：

(1) 定期清洗或更换安装于机罩内的空气过滤器。这样可确保为机罩内提供洁净的空气环流。对过滤器的维护不应推迟到定期机器维护的时候，而应该根据所在地区灰尘量定期进行。

(2) 不应让灰尘和污物积在PLC元件上。为了散热，生产厂家一般不将CPU和I/O系统设计成可防尘的。若灰尘积在散热器和电子电路上，易使散热受阻，引起电路故障，而且，若有导电尘埃落在电路板上，则会引起短路，使电路板永久损坏。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/koz7.html