機械制造專業(yè) 基于plc自動剝線機的控制系統(tǒng)設計

1、自動剝線機的控制系統(tǒng)設計開 題 報 告畢業(yè)設計（論文）題目自動剝線機的控制系統(tǒng)設計一、選題簡介、意義剝線機就是將電線等外包裹的塑料包皮與金屬芯剝離的機器，由于線徑大小及線的材料組成不一樣有不同的適宜機型：短細線型，大平方型，排線型等電腦剝線機。剝線機是機械行業(yè)現(xiàn)在使用最為廣泛的機械，人們現(xiàn)在很多地方都在依賴各種機械自動化，而剝線機就是現(xiàn)在最能幫助人們生產(chǎn)的機械。其中自動剝線機最為優(yōu)越，它由出、進線輪，剝線機進、出線輪壓力調(diào)節(jié)旋鈕，進、出線輪間隙調(diào)節(jié)旋鈕，進、出線輪抬起旋鈕和刀架總成這幾部分組成。自動剝線機現(xiàn)在多采用單片機+步進控制自動剝線機是現(xiàn)在用的最為廣泛的，其自動剝線過程，滿足用戶需要對線

2、材的剝皮、裁斷、扭線等過程，其精度高、速度快更加滿足企業(yè)要求。本課題就是利用自動剝線機采用PLC+伺服控制來進行線纜的剝線的系統(tǒng)設計。二、課題綜述（課題研究，主要研究的內(nèi)容，要解決的問題，預期目標，研究步驟、方法及措施等）（一）主要內(nèi)容：利用PLC+伺服控制自動剝線機來提高控制精度以達到精準的剝線。（二）擬解決的主要問題：1.按鍵設置各控制參數(shù)；2.機器的啟動控制；3.機器的連續(xù)剝線；4.機器的同步；5.機器的實時顯示；6.機器的故障報錯；7.其他（三）預期目標：PLC與伺服CAN總線，波特率為1M，該總線具有同步效應（四）研究步驟 本課題的工作步驟分為四個階段：第一階段：查閱文獻，市場調(diào)研、

3、收集資料、確定課題方案，完成開題報告；第二階段：完成系統(tǒng)構架，選擇合適的元器件，進行總體結構設計、硬件及軟件的設計；第三階段：進行系統(tǒng)檢測，排除故障，保證系統(tǒng)安全；第四階段：整理技術資料，完成畢業(yè)設計論文及答辯。（五）工作方法及措施：工作方法：本課題主要采用實驗法。措施：基于在校三年所獲得的實訓實踐經(jīng)驗，在教師指導下，以三年間的理論學習為基礎，設計開發(fā)基于PLC+系統(tǒng)設計。三、設計（論文）體系、結構（大綱）第1章 引言1.1課題來源及研究意義第2章PLC控制系統(tǒng)的一般方法 2.1、plc工作原理2.2 plc具體設計要求第3章 剝線機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)3.1 剝線機組成原理3.2 剝線機的設

4、計第4章程序設計調(diào)試4.1PLC程序 第5章總結結論 主要參考文獻致謝指導教師意見： 簽字： 年 月 日 院（系）審批意見： 同意開題。簽章： 年 月 日 56自動剝線機的控制系統(tǒng)設計摘要：隨著自動控制理論和PLC技術的發(fā)展，PLC控制技術具有使用方便，功能強大，可靠性高，擴展能力強，適用性廣，組成控制系統(tǒng)簡單等優(yōu)點。使用越廣泛。本論文基于PLC的剝離機控制系統(tǒng)項目和基于PLC的剝離機控制系統(tǒng)項目。目為背景,從 PLC 控制系統(tǒng)設計的角度,探討 PLC 控制技術的應用,完成了如下幾項工作:（1）綜述了PLC控制技術和其他控制技術的國內(nèi)外應用的生產(chǎn)，開發(fā)，應用現(xiàn)狀，介紹了剝線機控制系統(tǒng)和剝線機控

5、制系統(tǒng)兩個項目的來源、背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究意義。(2)探討了廣泛適用的基于 PLC 的控制系統(tǒng)設計的一般方法。從 PLC 控制系統(tǒng)的組設計和設計原理的分析從分析PLC控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計方法和步驟開始。（3）實現(xiàn)了基于PLC的剝線機控制系統(tǒng)的設計，包括系統(tǒng)的總體設計，硬件設計和控制軟件設計。在該系統(tǒng)的總體設計中，提出了一種用于多截面剝離的線徑加工方法，并分析了線徑檢測。計算原理;硬件設計包括PLC設備選擇，I / O分配，PLC接線圖，線徑檢測器，仿真量輸入模塊、伺服放大器等內(nèi)容;軟件的設計包括多個模塊的 PLC 程序的設計、多個畫面的人機界面的設計。(4)完成了基于 PLC 的

6、剝線機控制系統(tǒng)的設計,包括系統(tǒng)的總體設計、硬件設計和軟件設計。在系統(tǒng)的總體設計中，分析了步進電機脈沖計算的原理，并采用了步進速度。度曲線控制步進電機加減速運動的控制方法;硬件設計包括減少PLC輸入點的數(shù)量設計、PLC 設備選型、I/O 分配、PLC 接線圖、步進電機等內(nèi)容;軟件的設計主要是 PLC該程序的設計包括主程序，兩級剝離模塊，三級剝離模塊，功能按鈕模塊和數(shù)字按鈕輸入模塊?；?PLC 的剝線機控制系統(tǒng),經(jīng)過一年多的生產(chǎn)運作，結果表明系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠，加工金屬細線質(zhì)量好，根據(jù)廠家的鑒定，其性能指標已達到國外同類產(chǎn)品的技術水平。基于PLC的剝離機控制系統(tǒng)已進入后期調(diào)試和改進階段，系統(tǒng)有望實現(xiàn)

7、。的研制成功將能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。關鍵詞:PLC,剝線機,控制系統(tǒng)Abstract:With the development of automatic control theory and PLC technology, it is easy to use, powerful in function, high in reliability and capable of expansion. PLC control technology, which has many advantages such as strong power, wide applicability and simpli

8、city in composing control systems, has gained more and more popularity. Widely used. In this paper, the author studied the wire stripping machine control system based on PLC and the wire stripping machine control system based on PLC. Aim at that background, from the angle of PLC control system desig

9、n, the application of PLC control technology is discussed, and the follow works are complete For: (1) Summarize the generation, development, application status at home and abroad of PLC control technology and its comparison with other control technologie This paper introduces the source, background,

10、 research status at home and abroad of the two projects of wire stripping machine control system and wire stripping machine control system Significance of research. (3) Discussed the general method of PLC-based control system design which is widely used. From PLC control system group Based on the an

11、alysis of the design principles, the methods and steps of hardware design and software design of PLC control system are emphatically analyzed. (3) The design of wire stripping machine control system based on PLC is realized, including the overall design, hardware design andSoftware design. In the ov

12、erall design of the system, the wire diameter processing method of multi-stage stripping is proposed, and the wire diameter detection is analyzed. Principle of calculation; The hardware design also includes PLC equipment selection, I/O distribution, PLC wiring diagram, wire diameter detector and sim

13、ulation. Quantity input module, servo amplifier, etc. The design of software includes the design of PLC program of multiple modules and multiple pictures.The design of man-machine interface based on. (4) Completed the design of wire stripping machine control system based on PLC, including the overal

14、l design, hardware design and Software design. In the overall design of the system, the pulse calculation principle of stepping motor is analyzed, and the stepped speed is adopted. Degree curve to control the stepping motor acceleration and deceleration movement control method; The hardware design a

15、lso includes reducing PLC input points Design, PLC equipment selection, I/O distribution, PLC wiring diagram, stepping motor, etc. The design of software is mainly PLCThe program design includes the main program, two-stage peeling module, three-stage peeling module, function key module and digital k

16、ey input.Modules, etc.The wire stripping machine control system based on PLC has been running for more than a year. The results show that the system runs stably.Reliable, processed fine metal wire has good quality. According to the manufacturer's confirmation, its performance index has reached t

17、he technical level of similar products abroad.The wire stripping machine control system based on PLC has entered the later stage of debugging and perfection. It is expected that the system The success of the research and development will bring about greater economic benefits.Key words: PLC, wire str

18、ipping machine, control system目錄一、緒論71.1研究背景目的與意義71.2PLC 控制技術的產(chǎn)生和發(fā)展81.3PLC 控制技術國內(nèi)外應用現(xiàn)狀9二、PLC 控制系統(tǒng)設計的一般方法92.1 PLC結構和工作原理102.1.1 PLC 的基本結構102.1.2 PLC 的工作原理112.1.3 PLC 的編程語言122.2 PLC 控制系統(tǒng)的組成142.3 PLC 控制系統(tǒng)的設計原則142.4 PLC 控制系統(tǒng)的設計步驟14三、剝線機的控制系統(tǒng)與實現(xiàn)163.1剝線機系統(tǒng)簡介及具體設計要求163.1.1剝線機系統(tǒng)組成163.1.2剝線機系統(tǒng)工作原理173.1.3剝線機具

19、體設計要求173.2剝線機控制系統(tǒng)總體設計183.2.1步進電機脈沖計算183.2.2步進電機加、減速控制193.2.3剝線機工作方式203.3剝線機控制系統(tǒng)硬件設計253.3.1 減少 PLC 輸入點數(shù)原理253.3.2 PLC 設備選型及 I/O 分配253.3.3PLC接線圖273.4剝線機控制系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)283.4.1設計思想和設計方案283.4.2兩段剝皮模塊293.4.3三段剝皮模式313.4.4功能按鍵模塊313.4.5數(shù)字按鍵輸入模塊323.5本章小結33總結33致謝34參考文獻35一、緒論1.1研究背景目的與意義在電子行業(yè)，線束有很高的需求，手工剝往往是費時又不能滿足需

20、求，而剝離機械化是必須的。目前，國內(nèi)廠商對這種產(chǎn)品都集中在沿海地區(qū)，廣東等地，主要基于兩個發(fā)展趨勢：它是與低的精度要求低終端用戶，具有單片微機作為控制核心，用機械切割機剝皮機。該系統(tǒng)的設計成本低，而一般精度不高，例如通過東莞榮富電子機械設備廠生產(chǎn)的RF-300全自動計算機切割線的剝皮機，ZDBX -3-通用計算機剝線浙江君權自動化設備廠生產(chǎn)的機器;另一種是表面對于高端用戶提供高精確度的要求，PLC或單片機通常用作控制核心，加上更先進的激光技術。它具有精確控制剝離長度，不損壞銅芯，剝離速度快，廢品率低的特點，但開發(fā)成本高，設備昂貴，如深圳光大激光生產(chǎn)的GD-CO3-B30 / 55型激光剝離機科

21、技有限公司，廣東三工激光應用技術有限公司生產(chǎn)的SCB系列激光剝皮機在國外，亞洲地區(qū)的制造商主要生產(chǎn)低端產(chǎn)品，如Machine maker r。 s.公司生由馬來西亞Kawa公司生產(chǎn)的CTSS 33型剝線機，由馬來西亞Kawa公司生產(chǎn)的KM-703N型數(shù)字剝線機。歐洲和美國的制造商已經(jīng)開發(fā)出用于剝離機的高端產(chǎn)品，并且對剝離機的性能和精度有更高的要求。該設備更加智能化，例如美國Thomas Net生產(chǎn)的UniStrip 3600智能剝線機，以及德國Kodera公司生產(chǎn)的C373高性能剝線機。基于以上現(xiàn)狀,提出了以高性能、穩(wěn)定、可靠及高性價比的 PLC 設備作為剝線機系統(tǒng)核心控制部分通過定位精確的步

22、進電機來控制切割機的運動。它結合了上述兩個系統(tǒng)的優(yōu)點，不僅降低了系統(tǒng)成本，而且確保了準確性，適用于各種用戶。預計該系統(tǒng)的成功開發(fā)將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益，并可廣泛用于各種電子行業(yè)的線束加工。1.2PLC 控制技術的產(chǎn)生和發(fā)展在早期的工業(yè)控制中，使用了繼電器控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)體積龐大，耗電量大，改變了生產(chǎn)。該計劃非常困難。為了改變這種狀況，在20世紀60年代末，通用汽車（GM）提出尋求公開招標。隨后，Digital Equipment Corporation（DEC）開發(fā)出世界上第一臺可編程控制器，并成功應用于汽車生產(chǎn)線。隨后，日本，德國等陸續(xù)推出PLC技術，并加入了眾多知名公司，使PLC技術快速發(fā)展

23、，如：日本的三菱，松下，歐姆龍;德國的西門子，BBC等公司。目前，全世界界約有300多家公司從事 PLC 的研究與制造,生產(chǎn)著400多個系列的產(chǎn)品。早期的可編程控制器指令系統(tǒng)很簡單，只能執(zhí)行順序控制。一般來說，它只有邏輯運算，時間，計數(shù)和其他功能。隨著微電子技術，控制技術和信息技術的不斷發(fā)展，PLC也在不斷發(fā)展。二十世紀80年代后期,由16位和33位微處理器組成的微電腦PLC得到了很大的發(fā)展在概念，設計和性價比方面，取得了很大的突破。可編程控制器具有浮點計算，功能計算，高速計數(shù)，中斷計數(shù)，PID控制和網(wǎng)絡等功能,這些都使得 PLC 技術的應用范圍和領域不斷擴大。1.3PLC 控制技術國內(nèi)外應用

24、現(xiàn)狀目前，不僅在傳統(tǒng)制造領域，PLC控制技術已廣泛應用于其他領域。在中國，楊健等人介紹了PLC控制技術并設計了一個水凈化過程控制系統(tǒng),PLC 在該系統(tǒng)在水凈化過程中，控制添加和添加氯的作用，實現(xiàn)水處理系統(tǒng)的自動化，減少工人的勞動強度。取得了良好的效果;在太陽能開發(fā)領域，嚴黎明等人成功設計了一個基于PLC的太陽能熱水器控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，PLC通過控制液位，電源開關，采集溫度和風壓來實現(xiàn)自動控制功能;在裂縫檢測領域，王建國等。設計了一個基于PLC的裂縫檢測站，很好實現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能化的優(yōu)點，并且已經(jīng)實現(xiàn)了對諸如汽車輪轂的軸部件的檢測效果好;在煤炭生產(chǎn)領域，陸樹勇利用PLC控制技

25、術的優(yōu)勢設計了一個基于PLC的煉焦煤控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了金馬焦化廠的選煤工藝，滿足了生產(chǎn)需要，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率;在垃圾處理領域，郭瑞國設計了基于PLC的垃圾焚燒爐控制系統(tǒng)，在PLC控制系統(tǒng)中發(fā)揮了穩(wěn)定的作用。固定，可靠，易操作，易于控制的優(yōu)點，確保垃圾焚燒爐安全經(jīng)濟運行，爐溫穩(wěn)定，尾溫穩(wěn)定氣體污染控制達標;在船舶領域，董夢采用PLC控制技術具有很強的抗干擾能力，而且控制系統(tǒng)組成比較困難。電路結構簡單，實現(xiàn)了船舶主遙控系統(tǒng)的主要功能。設計了基于PLC的艦載遙控系統(tǒng)，特別適用于中小型船舶，也可應用于船載主機遙控系統(tǒng)的改造設計。在國外，D。W. Russell正在設計一個工廠信息系統(tǒng)中,將 PLC

26、應用于采集、預處理并傳送實時數(shù)據(jù)給計算機,節(jié)約了成本,保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,收到了很好的效果;在生物研在研究領域，F(xiàn)rederico等人。研究了不同濃度氧氣中微生物的生長和產(chǎn)生。在具有氧化功能的生物反應器中，PLC用于自動控制氧氣濃度，并已成功應用; Atef A. Ata等中也成功引入了 PLC 技術。在線（本文指金屬細線和線束等）加工領域，PLC控制技術也已應用于一些應用，如：丁士奇PLC在銅線加工中的應用;榮竑將 PLC 應用在環(huán)錠捻線機上等等,但總的來PLC控制技術在在線處理領域的應用并不算太多。因此，本文的研究對PLC控制技術在線材加工領域的應用具有一定的參考意義。二、PLC 控制系統(tǒng)

27、設計的一般方法將 PLC 控制技術應用于工程的過程即是設計基于 PLC 的控制系統(tǒng)的過程?；?PLC的控制系統(tǒng)的設計在不同的應用中會有不同,如簡單的應用可能只需設計 PLC 的輸入/輸模塊的功能和復雜的應用可能需要設計復雜的功能，如PID控制和PLC網(wǎng)絡。本章旨在探索一種廣泛適用的PLC控制系統(tǒng)設計方法。在完成本章的過程中，測試了國內(nèi)外PLC控制系統(tǒng)設計的大量應用實例，并結合實際項目中的一些設計項目。本章對于在工程應用中設計基于PLC的控制系統(tǒng)具有一定的指導意義。2.1 PLC結構和工作原理PLC是基于PLC的控制系統(tǒng)的核心部分，基于設計PLC 的控制系統(tǒng)先要理解 PLC 的結構和工作原理。

28、2.1.1 PLC 的基本結構PLC的組成非常類似于計算機的組成。它主要由中央處理單元（CPU），存儲器，輸入/輸出（I / O）接口，電源等組成,如圖2-1所示。（1）中央處理單元（CPU）：CPU是PLC的核心，控制從程序員輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲;用掃描的方式通過 I/O 部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù);診斷 PLC 內(nèi)部電路的編程中的工作失敗和語法錯誤等;執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳遞和存儲等功能夠;根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結果，刷新相關標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，實現(xiàn)輸出控制系統(tǒng)打印，制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能?，F(xiàn)代PLC中常用的CPU是通用微處理器，單片微處理器和位芯片微處理

29、器。（3）內(nèi)存：根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的作用，PLC存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用于存儲系統(tǒng)程序，并在ROM中加固，不能由用戶直接更改。用戶保存存儲器包括用戶程序存儲器（程序區(qū)域）和功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)域）。用戶程序存儲器要存儲根據(jù)特定控制任務編寫的PLC程序，需要經(jīng)常調(diào)試和修改。通常是內(nèi)存類型RAM（帶掉電保護），EPROM或EEPROM。用戶功能存儲器通常用于存儲用戶程序中使用的狀態(tài)變量，數(shù)字數(shù)據(jù)等。(3)輸入/輸出(I/O)接口:PLC 通過 I/O 接口與外界連接,輸入接口接收和采集開輸入信號或模擬輸入信號，如按鈕，行程開關，電位器，傳感器等;輸出接口連接到受控對象中的各種執(zhí)

30、行器，如電磁閥，指示燈，電機等。（4）電源：小型PLC內(nèi)部有開關穩(wěn)壓電源，一般可為輸入電路和外部電子傳感器提供34V電壓。直流電源。2.1.2 PLC 的工作原理PLC在硬件結構方面與計算機的組成相似。它還有一個中央處理單元（CPU），內(nèi)存，輸入/輸出（I / O）接口，電源等PLC具有兩種操作模式：RUN模式和STOP模式。在RUN模式下，控制功能通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn);在STOP模式下，CPU不執(zhí)行用戶程序，可以使用編程軟件創(chuàng)建和編輯用戶程序，并且可以將用戶程序下載PLC，工作過程可歸納為五個階段：上電初始化，CPU自診斷過程，網(wǎng)絡通信處理，用戶程序掃描和輸入/輸出信息處理。圖2-2為 P

31、LC 的工作過程示意圖。1）上電初始化：PLC上電后，系統(tǒng)初始化，內(nèi)部繼電器區(qū)域清零，定時器復位等，電源，PLC內(nèi)部電路和用戶程序的語法為檢查。3）CPU自診斷：PLC必須在每個掃描周期進入CPU自診斷階段，以確保系統(tǒng)可靠，進行自診斷程序定期檢查用戶程序存儲器，I / O單元連接，I / O總線是否正常，并定期復位看門狗定時器。（3）網(wǎng)絡通信處理：此過程僅適用于配備網(wǎng)絡的PLC系統(tǒng)。在此階段，執(zhí)行PLC之間以及PLC與計算機或其他終端設備之間的信息交換。（4）用戶程序掃描階段：PLC通過執(zhí)行用戶程序?qū)崿F(xiàn)控制要求。 PLC CPU使用率操作原理，它的工作方式是順序順序掃描過程，掃描從第一個用戶程

32、序開始，在沒有中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按照增加存儲地址編號的順序逐個掃描用戶程序，即順序執(zhí)行程序,直到程序結束,即完成一個掃描周期,然后又從頭開始執(zhí)行用戶程序,并周而復始地重復。（5）輸入/輸出信息處理：在正常操作條件下，PLC必須輸入每個掃描周期。輸出信息處理。 PLC在存儲器中設置了兩個圖像區(qū)域：一個用于輸入圖像區(qū)域，一個用于輸出圖像區(qū)域。該過程將外部輸入信號的狀態(tài)掃描到輸入圖像區(qū)域中;操作的結果存儲在輸出圖像區(qū)域中，直到它被傳送到外部受控設備。2.1.3 PLC 的編程語言PLC的邏輯控制功能由編程語言實現(xiàn)。一般來說，有五種PLC編程語言：順序功能圖，功能塊圖，梯形圖，指令表和結構化文本

33、，最常用的是順序功能圖編程語言和梯形圖編程語言。下面詳細描述兩種編程語言。(1)順序功能圖(SFC)順序功能圖(Sequential Function Chart,SFC)是為了滿足順序邏輯控制而設計的編程語言。編程時，順序動作流程分為步驟和轉(zhuǎn)換條件，如圖2-3所示。根據(jù)轉(zhuǎn)換條件，這些步驟之后是執(zhí)行控制過程的順序操作。圖中的每個步驟代表一個控制功能任務，每個控制任務都可以采取一個或多個行動。每個步驟由一個框表示，其中包含用于完成相應控制功能的任務的梯形圖邏輯。順序功能圖使程序的結構清晰,易于閱讀和維護,減輕了編程、調(diào)試的工作量,主要應用于系統(tǒng)的規(guī)模較大、程序關系較復雜的場合。(3)梯形圖(LD

34、)梯形圖（LD）是PLC編程中最常用的編程語言之一。梯形圖采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和結果。在 PLC 梯形圖中使用的內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器等都是由軟件實現(xiàn)的，因此它們易于使用且易于修改。梯形圖和繼電器控制系統(tǒng)路線圖非常相似。在工業(yè)過程控制領域，電氣技術人員熟悉繼電器邏輯控制技術。易于掌握和學習梯形圖,梯形圖已被廣泛使用。圖2-4顯示了一個簡單的Mitsubishi FX3N系列PLC梯形圖的示例。2.2 PLC 控制系統(tǒng)的組成PLC控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成。(1)硬件部分PLC控制系統(tǒng)的硬件部分不僅包括PLC型號，存儲容量，滿足系統(tǒng)控制要求的輸入/輸出模塊，電源模塊，通信模塊，

35、模擬輸入/輸出模塊和其他特殊功能模塊等。合適的外圍設備，例如輸入設備（按鈕，開關，傳感器等），輸出設備（接觸器，繼電器等）和由致動器控制的現(xiàn)場設備（電動機，泵，閥等）。(3)軟件部分PLC控制系統(tǒng)軟件部分包括I / O地址，內(nèi)部繼電器，定時器，計數(shù)器，PLC控制程序和根據(jù)要求設計的人機界面的使用和分配。2.3 PLC 控制系統(tǒng)的設計原則PLC控制系統(tǒng)用于現(xiàn)場過程控制，其設計一般應遵循以下原則:（1）根據(jù)工藝流程設計，確保滿足控制對象的工藝要求，并可根據(jù)工藝流程準確可靠地工作。（2）在滿足控制要求的前提下，設計合理，經(jīng)濟，有必要發(fā)揮PLC控制技術的優(yōu)勢還要盡量降低PLC系統(tǒng)硬件的成本。（3）考慮

36、PLC控制系統(tǒng)的未來可擴展性。(4)控制系統(tǒng)的構成應力求簡單、實用,操作、維護、檢修方便,安全可靠。2.4 PLC 控制系統(tǒng)的設計步驟 圖2-5顯示了PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟。具體分析如下：計 PLC 控制系統(tǒng)之前,要理解和分析受控對象的過程要求和控制要求，設計出令人滿意的控制系統(tǒng)。（1）確定輸入/輸出設備：根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設備（控制按鈕，開關，通過傳感器等）和輸出設備（接觸器，繼電器等）并確定PLC所需的I / O點數(shù)。（2）選擇合適的PLC：根據(jù)所需的I / O點和特定PLC控制系統(tǒng)的功能要求進行選擇。（3）對于合適類型的PLC，您需要考慮PLC型號，存儲容量，電源模塊和其他

37、功能模塊。（4）I / O分配：指定PLC的I / O端子與輸入/輸出設備之間的對應關系，并繪制I / O端子的連接圖。(5)PLC 程序設計:根據(jù)控制對象和控制要求對 PLC 進行編程。在 PLC 程序設計階段一般先畫出程序流程圖,再編寫程序。（6）模擬調(diào)試：您可以使用按鈕和開關來模擬數(shù)字量，使用電壓源和電流源代替模擬量，并反復調(diào)試和修改程序，直到滿足控制要求。(7)現(xiàn)場安裝與配線:將輸入/輸出設備與 PLC 之間的連線接好。（8）在線調(diào)試：與現(xiàn)場輸入/輸出設備一起調(diào)試PLC程序。解決發(fā)現(xiàn)的問題,使系統(tǒng)滿足控制要求。（9）完成技術文件：要組織的技術文件包括設計規(guī)范，I / O接線示意圖，程序

38、列表，組件列表和說明手冊。三、剝線機的控制系統(tǒng)與實現(xiàn)目前，機械化剝離的發(fā)展主要有兩個趨勢，一個是低精度要求的低端用戶，芯片機是帶有機械切割機剝離機的控制核心。該系統(tǒng)設計成本低，精度低;另一個不高;它是一個高精度要求的高端用戶。它通常使用PLC或MCU作為控制核心，再加上更先進的光技術,生產(chǎn)效率高,可精確控制剝線長度,但開發(fā)成本高,設備貴。本章旨在討論剝線鉗控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，并提出高性能，穩(wěn)定性，可靠性和高性價比。作為剝離機系統(tǒng)的核心控制部分，PLC設備通過定位精確的步進電機來控制刀具的運動，這結合了上述兩種控制系統(tǒng)的優(yōu)點。3.1剝線機系統(tǒng)簡介及具體設計要求3.1.1剝線機系統(tǒng)組成圖3-1是

39、剝離機系統(tǒng)的結構示意圖。從圖中可以看出，剝離機系統(tǒng)主要由三部分組成，它們分別是液體水晶顯示部分，PLC控制部分，步進電機部分。其中，液晶顯示部分包括同時將信息輸入單件機和PLC鍵盤，單片機和液晶顯示器進行顯示控制; PLC通過編程控制步進電機尋求動作，完成系統(tǒng)功能，部分錯誤信息通過PLC代碼發(fā)送給MCU，并在解碼后顯示在顯示屏上。步進電機部分包括四個步進電機及其驅(qū)動,步進電機的驅(qū)動接收由 PLC 發(fā)送的脈沖，方向和其他信號驅(qū)動相應的電機控制左輥，刀具，右輥和扭轉(zhuǎn)輪的運動。圖3-13.1.2剝線機系統(tǒng)工作原理剝離機系統(tǒng)的工作原理如圖3-3所示。在圖中，右輥步進電機驅(qū)動上下輥子旋轉(zhuǎn)。從而驅(qū)動夾緊的

40、加工線左右移動;切割器步進電機驅(qū)動上下切割器向相反方向移動。通過控實現(xiàn)了上下刀具之間的位移，實現(xiàn)了剝皮和切割的功能;左輥步進電機驅(qū)動左上輥和左下輥旋轉(zhuǎn)移動，從而驅(qū)動夾緊的加工線左右移動;扭轉(zhuǎn)輪步進電機驅(qū)動左上輥和左下輥（扭轉(zhuǎn)輪和左輥在物理上指同一輥）在相反方向上來回移動以實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)功能。 。圖3-1圖3-33.1.3剝線機具體設計要求（1） 按鈕設置每個控制參數(shù)：根據(jù)初始設定值，剝線機有9種不同的工作方式可加工9種不同要求的線束;它可以增加或減少已經(jīng)加工成裸線的線束的扭曲功能，包括4種加捻方法。（2）啟動和停止控制：如果沒有故障檢測錯誤，按啟動按鈕啟動剝線機自動工作;按當按鈕停止時，剝離器將無法

41、完成工作，直到當前線束被剝離為止;當按下緊急停止按鈕時，剝離器立即停止所有工作。（3）連續(xù)剝離：剝線機需要連續(xù)剝線，直到設定的工作次數(shù)。（4）自動計數(shù)：每次剝線，剝線機可按1或3按設定增加;數(shù)又分本次加工計數(shù)和累計總計數(shù)。（5）實時顯示：LCD屏幕需要實時顯示每個設置的數(shù)據(jù)，故障報告，工作計數(shù)等。（6）故障報告：故障報告包括設置數(shù)據(jù)時超過剝離器參數(shù)的參數(shù)范圍，扭轉(zhuǎn)輪，刀具不返回，線路缺失。（7）其他：適用的線徑為AWG16AWG33;剝離精度為0.1mm;系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠。3.2剝線機控制系統(tǒng)總體設計3.2.1步進電機脈沖計算步進電機在控制系統(tǒng)中是執(zhí)行元件如圖所示，步進電機運行的可靠性與剝離機

42、控制系統(tǒng)有關線束的加工精度。在剝線鉗控制系統(tǒng)中，PLC通過向步進電機發(fā)送脈沖來精確控制步進電機旋轉(zhuǎn)的距離。步進電機的步進角是脈沖計算中的重要參數(shù)。步進角是指輸入電脈沖時電動機轉(zhuǎn)子應轉(zhuǎn)動的角度的理論值，,其計算公式如下: （3-1） 其中：N是旋轉(zhuǎn)一個螺距的轉(zhuǎn)子的運行次數(shù); Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。然后，步進電機旋轉(zhuǎn)一步所需的脈沖數(shù)是0360。在剝線器控制系統(tǒng)中，步進電機和輥子由皮帶驅(qū)動。以下主要分析左側(cè)滾子步進電機的機械傳動（其他執(zhí)行器輪的機械傳動類似）圖3-3在圖 3-3 中，步進電機齒輪與左滾輪齒輪之間的傳動比為p 1K： ，即左滾輪轉(zhuǎn)動一圈，步進電機需要轉(zhuǎn)動pK 圈。 這樣，在知道左滾輪周長 L

43、 的情況下，可得出單位長度左滾輪步進電機需要的脈沖數(shù)lN的計算公式為：（3.3）由式（3-3）可知，當左滾輪送線 S 長時 PLC 需要發(fā)送給步進電機的脈沖數(shù)pN 的計算公式為： 3-33.2.2步進電機加、減速控制 步進電機的轉(zhuǎn)速 V（r/min）計算公式如下(3-4)其中：F是輸入脈沖的頻率（Hz）; N是轉(zhuǎn)子通過節(jié)距的運行節(jié)拍數(shù); Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，可以看出，步進電機的速度取決于輸入脈沖頻率。因此，步進電機的運動控制問題基本上是控制輸入到步進電機的脈沖頻率，加工和減速步進電機的過程實際上是加速和減速操作與時間之間的辯證關系。包括電機每一步的速度差，以及加速和減速過程的長度。步進電機在每一步

44、運行的速度差異如果它太大，電機的輸出扭矩將不足，它將無法正常運行，或者步驟將失去步驟。如果加速和減速過程太短，需要更長的運行時間才能使其穩(wěn)定運行。步進電機涉及加速，恒速和減速的各個階段，速度與輸入脈沖頻率，步進電機的負載轉(zhuǎn)矩和慣性轉(zhuǎn)矩有關。為了防止失步，提高步進電機運行的平穩(wěn)性和可靠性，在剝線機控制系統(tǒng)中中間，階梯形狀的速度曲線用于控制步進電機的加速和減速運動。圖3-4是系統(tǒng)的步進電機加速和減速曲線示意圖。加速和減速過程分為30個步驟。圖3-43.2.3剝線機工作方式根據(jù)設計要求，剝線機控制系統(tǒng)應能完成 9 種不同的剝線，這 9 種工作方式又可分為兩大類：三段剝皮工作方式和兩段剝皮工作方式，其

45、中第 9 種工作方式（不剝皮，僅裁線）可歸入兩段剝皮工作方式中，如表 3-1 所示。 表3-1下面詳細分析這 9 種不同的剝線情況： 1. 三段剝皮（前、后端均無半剝）模式 如圖 4-5 所示，在此種剝皮方式中，因前、后端均無半剝，所以被加工線束前、后端的線皮被完全剝落；圖中特別之處在于“前端剝皮”長的線皮處會有一處切痕，這是由于“前端半剝”為零。 圖3-52. 三段剝皮（前端半剝，后端無半剝）模式 圖3-6此種剝皮方式與三段剝皮（前、后端均無半剝）方式的區(qū)別在于“前端半剝”長度不為零，因此視覺上最能體現(xiàn)剝成“三段”的效果如圖 2-6 所示。3. 三段剝皮（前端無半剝，后端半剝）模式 此種剝皮

46、方式前、后端均有半剝存在，如圖 3-8 所示，“前端半剝”體現(xiàn)在第二段金屬線芯部分，“后端半剝”體現(xiàn)在線皮不脫落。 圖3-85. 兩段剝皮（前、后端均無半剝）模式 此種剝皮方式在實際加工中應用最多，前、后端均無半剝，剝線機只需將“前端剝皮”長和“后端剝皮”長的線皮剝落即可，如圖 3-9 所示。 圖3-96. 兩段剝皮（前端半剝，后端無半剝）模式 如圖 3-10 所示，與兩段剝皮（前、后端均無半剝）的不同之處在在于有“前端半剝”存在，因此前端線皮將不會完全脫落。 圖3-107. 兩段剝皮（前端無半剝，后端半剝）模式 圖3-11如圖 3-11 所示，與兩段剝皮（前、后端均無半剝）的不同之處在在于有

47、“后端半剝”存在，因此后端線皮將不會完全脫落。 8. 兩段剝皮（前、后端均有半剝）模式 在前、后端均有半剝的剝皮方式中，前、后端線皮在使用線束時才完全脫落，這樣便于保護前、后端金屬線芯不出現(xiàn)松散、有毛刺的情況。 圖3-12 9. 不剝皮（裁線）模式 此種工作方式如圖 3-13 所示，剝線機只需要裁刀與左、右滾輪配合將“全長”長度的線束切斷即可。 圖3-133.3剝線機控制系統(tǒng)硬件設計3.3.1 減少 PLC 輸入點數(shù)原理 圖3-14剝線機系統(tǒng)按鍵編碼原理圖根據(jù)設計要求，剝線鉗控制系統(tǒng)共有36個輸入按鈕和3個傳感器（刀架相互轉(zhuǎn)移）。感器、扭線輪歸位傳感器和線材檢測傳感器),即共有39路輸入。按常

48、規(guī) PLC 輸入接入將需要39點 PLC 輸入,小型 PLC 一般只有16點輸入,擴展輸入模塊將大大增加成本。為了節(jié)省輸入點數(shù),經(jīng)過多次方案對比,采用了如圖4-14所示的按鍵編碼方案。將36路輸入按6×6矩陣排列,經(jīng)單片機編碼后成6路輸出,再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后變成 PLC 能識別的6路輸入。系統(tǒng)中36路按鍵中任意一個按鍵按下,都將有6路信號分別傳送到 PLC的 X1至 X6口,然后再通過 PLC 編程解碼來識別特定按鍵。3.3.2 PLC 設備選型及 I/O 分配由上節(jié)可知,剝線機控制系統(tǒng)共有9路輸入,即 PLC 需9點輸入;PLC 輸出部分主要控制四臺步進電機及錯誤信息編碼等,經(jīng)計算需1

49、6點輸出。經(jīng)過對比、分析,選擇了松下公司生產(chǎn)的 FP0-T32型 PLC。松下 FP0-T32型 PLC 除了具有一般的輸入輸出功能外,還具有非常豐富的擴展單元,如多種選擇的 I/O 點數(shù)擴展，可方便實現(xiàn)功能的擴展;其他智能擴展模塊,可實現(xiàn)各種不同的用途，松下 FP0-T32型 PLC 主要具有如下特點:超小型尺寸,長60mm,寬25mm,高90mm I/O 點數(shù)為16點輸入、16點輸出,最大可以擴展到128點的選擇空間價格相對便宜安裝面積是同類產(chǎn)品中最小的程序容量可達到10K 步剝線機控制系統(tǒng) PLC 輸入、輸出模塊對應具體應用的規(guī)劃,如表3-2和表3-3所示。表3-2表3-33.3.3PL

50、C接線圖圖3-15在圖3-15中,PLC 輸出部分只畫出了左滾輪步進電機和右滾輪步進電機接線示意圖,裁刀步進電機和扭線輪步進電機的接線情況類似。YB 片選信號控制選通裁刀步進電機或扭線輪步進電機,例如:當 YB=0時,Y 1輸出的脈沖將驅(qū)動裁刀步進電機;當 YB=1時,Y1輸出的脈沖將驅(qū)動扭線輪步進電機。Y6和 Y8分別為裁刀步進電機和扭線輪步進電機的方向控制。3.4剝線機控制系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)3.4.1設計思想和設計方案剝線機控制系統(tǒng)軟件設計主要是 PLC 的程序設計,采用分模塊設計的思想,即將整個控制系統(tǒng)分成多個功能模塊,每一個功能模塊單獨設計成一個子程序,而每個子程序之間又存在著聯(lián)系。將

51、一個將復雜系統(tǒng)劃分成多個模塊進行設計的思想使程序結構更加清晰、合理,同時也有利于每個模塊單獨調(diào)試和各程序模塊的整合。剝線機控制系統(tǒng) PLC 程序設計主要分成主程序模塊設計和多個子程序模塊設計,具體設計方案如下:(1)主程序:實現(xiàn)步進動作之前的數(shù)據(jù)初始化工作、三段剝皮動作流程和兩段剝皮動作流程。(2)功能按鍵子程序:從 X1至 X6接收的輸入信息中解碼功能按鍵信息,根據(jù)不同的按鍵組合實現(xiàn)不同的功能。(3)數(shù)字接收并保存子程序:將輸入的正確數(shù)字信息保存到相應的掉電保存寄存器中。(4)四個步進電機控制子程序:通過高速計數(shù)器指令分別驅(qū)動四個步進電機按要求動作。（5）故障報警子程序：系統(tǒng)預置28種錯誤信

52、息報警。子程序?qū)崟r檢測錯誤信息，并通過Y3，YC，YD和YE四個信號輸出到LCD顯示器。剝線機控制系統(tǒng)PLC程序編程以梯形圖模式實現(xiàn)。主程序部分使用步進指令連接特定執(zhí)行順序中的各個動作以進行控制。在步進電機的子程序控制中，PLC高速計數(shù)器命令用于精確控制步進電機的旋轉(zhuǎn)位移。為了使剝離精度高，程序中的所有操作都以微米為單位。該程序完成所有剝離器設計該計劃共有9,000多步。以下主要介紹主程序設計流程和一些子程序設計流程。3.4.2主程序圖3-17圖 3-17 為剝線機控制系統(tǒng) PLC 主程序流程圖，通過鍵盤輸入的各初始參數(shù)值信息將保存在對應寄存器中，在程序后續(xù)執(zhí)行過程中都將用到這些初始值信息。主

53、程序中根據(jù)“三段剝皮”參數(shù)值來判斷是進入兩段剝皮程序流程還是執(zhí)行三段剝皮程序流程：當“三段剝皮”參數(shù)為零時，執(zhí)行兩段剝皮程序；當“三段剝皮”參數(shù)不為零時，執(zhí)行三段剝皮程序。 兩段剝皮流程和三段剝皮流程是剝線機控制系統(tǒng)主程序中的兩大核心模塊，下面分別介紹這兩個模塊。 3.4.2兩段剝皮模塊 根據(jù)前文的描述，可知兩段剝皮又可分為 5 種剝皮方式（具體可參見“剝線機工作方式”一節(jié)）。在圖 4-18 所示的剝線機兩段剝皮流程中，實現(xiàn)了所有這 5 種剝皮方式。另外，剝線機的扭線功能也在此流程中實現(xiàn)，兩段剝皮模塊是剝線機控制系統(tǒng)程序中最重要的部分。 圖3-183.4.3三段剝皮模式圖3-19根據(jù)控制要求，

54、在剝線機控制系統(tǒng)的三段剝皮流程中沒有扭線的功能，如圖 3-19 所示。三段剝皮又包括 4 種不同的剝皮方式（具體可參見“剝線機工作方式”一節(jié)），同樣，在三段剝皮程序中，實現(xiàn)了所有這 4 種不同的剝皮方式。 3.4.4功能按鍵模塊 圖3-20剝線機控制系統(tǒng)共有 26 個功能按鍵，各功能按鍵之間或與數(shù)字按鍵之間有一定的邏輯關系。功能按鍵信息經(jīng)過 PLC 程序解碼后，以設置標志位的形式保存下來，根據(jù)多個按鍵標志的組合實現(xiàn)不同的功能。 3.4.5數(shù)字按鍵輸入模塊 圖3-21剝線機控制系統(tǒng)共有10個數(shù)字輸入按鈕。根據(jù)要求，一次最多可輸入6位數(shù)字，即PLC?？赏ㄟ^鍵盤接收的最大程序數(shù)為999999.此模塊

55、的數(shù)字按鈕輸入在剝線機啟動前使用。參數(shù)設置階段,在表示某參數(shù)的功能按鍵按下后,按數(shù)字鍵，PLC主程序?qū)⒄{(diào)用該子程序。圖4-21是剝線機控制系統(tǒng)的數(shù)字鍵輸入模塊的流程圖。3.5本章小結本章從PLC控制系統(tǒng)設計的角度討論了剝線機控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。首先簡單剝離機系統(tǒng)介紹;接下來是控制系統(tǒng)的總體設計描述，包括步進電機脈沖計算，步進電機加減速控制和剝線機的工作方式;在剝線機的硬件設計部分，主要分析了PLC輸入編碼原理（保存PLC輸入端子），PLC設備選擇和I / O分配，繪制PLC接線圖;最后，詳細分析了剝線機控制系統(tǒng)的軟件設計與實現(xiàn)，PLC編程思想以及剝線機的程序設計和實現(xiàn)流程?？偨Y本文以剝離機控

56、制系統(tǒng)項目為背景，以PLC為基礎的控制系統(tǒng)。從角度的角度，探討PLC控制技術的應用。全文總結如下：首先，總結了PLC控制技術的產(chǎn)生和發(fā)展，國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀，以及與其他控制技術的配對比率，介紹了線材軋機控制系統(tǒng)和剝線機控制系統(tǒng)兩個項目的來源，背景和背景。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究意義等情況。然后,探討了廣泛適用的基于 PLC 的控制系統(tǒng)設計的一般方法。從 PLC 控制系統(tǒng)的組設計和設計原理的分析從分析PLC控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計方法和步驟開始。最后，完成了基于PLC的剝線機控制系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)需要滿足9種不同的處理方式線束設計的難點在于通過PLC發(fā)送的高速脈沖精確控制四個步進電機。為了節(jié)省成本，使用矩陣編碼將36個輸入按鈕轉(zhuǎn)換為6個PLC輸入。為了防步進電機平穩(wěn)性和可靠性的提高采用逐步加減速曲線控制方法，通過子模塊設計的PLC程序?qū)崿F(xiàn)對步進電機的精確控制。本文的研究為PLC控制系統(tǒng)的設計提供了一種普遍適用的通用方法，對PLC控制技術在在線處理領域的應用具有一定的參考意義致謝在此我要感謝所有老師，你們無私的奉獻精神和愛崗敬業(yè)的治學態(tài)度，不僅僅使我對管理理論有了更進一步的理解，將理論和自己的工作互相印證，受益匪淺。而且使我能夠?qū)⑺鶎W理論應用于