安庆西门子S7-300代理商

1  引言

　　当前我国机械制造业大量的通用设备在发展现代机械自动化技术时，可以有多种技术路线选择。应用微电子技术改造这些已有通用设备，比如用数显、数控装置改造通用设备，提高单机自动化程度；用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线，这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，这是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。 

2  自动剪板机工艺介绍

　　剪板机应用于许多金属加工和薄板开料操作，在设计剪板机之前必须对几个因素进行考虑，包括剪板机的剪切能力、产率增强选件和安全性。

　　剪板机类型由许多因素决定，诸如剪板机可处理材料的长度、厚度和种类。 剪板机可以按剪切形式及其驱动系统进行分类，有两种结构形式常用于电动龙门剪床：闸式（也叫滑块式）和摆式。 

　　闸式剪板机利用驱动系统操纵动刀片向下移动到一定的位置，使动刀片在整个行程内几乎与定刀片保持平行。为了使刀架片横梁在相互移动的过程保持合适的状态，闸式剪板机需要一个滑块导向系统。摆式剪板机驱动系统中有一个用来操纵动刀片，使动刀片依附于滚柱轴承向下回转。这种结构不再需要利用凹字形导向条或滑道使刀片在剪切过程保持合适的姿势。  

3  系统分析

3.1 控制要求

　　上电后，检测各工作机构的状态，控制各工作机构处于初始位置；进料，由控制系统控制进料机构将待剪板料自动输送到位；定剪切尺寸，采用伺服电机控制挡料器位置保证jingque的剪切尺寸，其尺寸可是定值也可以设置为循环变动值；压紧和剪切，待剪板料长度达到设定值后由主电动机带动压料器和剪切刀具，先压紧板料，然后剪断板料；送料车的运行，包括卸载后自动返回；剪切板料的尺寸设定、自动计数及每车板料数的预设定；具备断电保护和来电恢复功能；能实现加工过程自动控制，加工参数显示，系统检测。9.保证板料加工精度、加工效率和安全可靠性。10.具有良好的人机操作界面。

3.2 剪板机结构原理

　　自动剪板机是一种jingque控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其结构及原理如图1所示。

图1  自动剪板机原理图

3.3 控制系统的结构

　　系统设置了7个限位开关，分别用于检测各部分的工作状态。其中，sq1检测待剪板料是否被输送到位。sq2、sq3分别检测压块b的状态，检测压块是否压紧已到位的板料；sq4检测剪切刀a的状态；sq7为光电接近开关，检测板料是否被剪断落入小车；sq5用于检测小车是否到位；sq6用于判断小车是否空载。送料机构e、压块b、剪切刀a和送料小车分别由四台电动机拖动。系统未动做时，压块及剪切刀的限位开关sq2、sq3和sq4均断开，sq1、sq7也是断开的。

3.4 自动剪板机工作原理

　　当系统启动时，输入板料加工尺寸、加工数量等参数，按下自动开关，系统自动运行。

　　首先检查限位开关sq6的状态，若小车空载， 系统开始工作， 起动送料小车。小车运行到位，限位开关sq5闭合，小车停车；起动送料机构e 带动板料c向右移动。当板料碰到行程开关sq1时， 送料停止同时制动器松开、电磁离合器结合，主电动机通过传动机构工作；压块电机启动，使压块b压下，压块上限开关sq2闭合。当压块到位， 板料压紧时， 压块下限开关sq3闭合；剪切刀电动机起动， 控制剪刀下落。此时，sq4闭合， 直到把板料剪断， 板料落入小车；当小车上的板料够数时，起动小车控制电动机， 带动小车右行，将切好的板料送至下一工序；卸下后， 再起动小车左行， 重新返回剪板机下， 开始下一车的工作循环。板料的长度l可根据需要进行调整，每一车板料的数量可预先设定。

4  plc控制系统设计

4.1 自动剪板机系统设计

　　为实现自动化必须根据板材自动jingque剪切加工的工作特点及动作要求进行设计，因此本方案采用了可编程控制器来实现对自动剪板机的控制，设计方案如图2所示。

图2  总体设计方案简图 

4.2 系统主电路设计 

（1） 设计进料机构e：用交流电机带动送料皮带，传送皮带送料只向一个方向运动，只要求电机向一个方向旋转即可，轻负载小工率电动机可直接起动，用熔断器和热继电器作短路、过载保护。使待剪板料自动快速稳定地输送到剪切位置。

（2） 设计压料机构b：压块b的作用是压紧板料，以利于剪切刀切断板料，压块b又上升和下降两种运动，要求带动压块的电动机具有正反转运动，控制电路有联锁保护、熔断器和热继电器短路及过载保护。

（3） 剪切刀：剪切刀有两种运动，下行切断板料，然后上升复位，带动剪切刀机构的电动机也应具有正反转，用熔断器和热继电器作短路及过载保护。

　　根据电机控制要求，其电机正反转程序流程框图如图3所示。

图3  电机正反转程序流程框图

4.3 电机正反转控制plc设计讨论

（1） 电力拖动是指对电动机的控制，采用继电器-接触器控制，都有自己的基本控制电路。采用plc控制也应该有自己的基本控制环节，为此而提出电机正反转控制plc设计讨论，寻找其较好的控制方案。

（2） 继电器-接触器电气控制原理：继电器-接触器电气控制原理如图4所示。上、下两图比较，不管是电器元件、触点数量、连接导线的数量都是一样的，分别是5只、9个、13条。按钮连线也是6根，但上图的按钮和接触器连线较集中，从维修的角度看要比下图优越。

（3） 元件的代号意义：sb0-带磨姑头急停按钮。5sb1、5sb2-正反转启/停按钮。5km1-正转接触器。5km2-反转接触器。其中的5km1和5km2要求选用带机械联锁的交流接触器。

（4） 工作原理：正转启动—揿5sb1，5km1得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5km2的线圈回路。反转启动—揿5sb2，首先是5km1失电，其互锁触点恢复闭合，才是5km2得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5km1的线圈回路。 再次正转启动——揿5sb1，首先是5km2失电，其互锁触点恢复闭合，才是5km1得电动作，其中一个触点自锁，另一个触点则用于互锁，即断开5km2的线圈回路。

5  plc控制系统设计

5.1 松下fp1—c24系列plc

图4  继电器-接触器电气控制原理

　　设计采用日本松下公司生产的fp1-c24系列plc系统作为主机。日本松下电工公司的fp系列plc是可编程控制器市场上的后起之秀，它具有丰富的指令系统，即使是小型机也有近200条指令。cpu处理速度快，运行速度1.6μs/步。程序容量高达2700步/500步，小型机一般都达到3千步左右，高可达5千步，而大型机大也只有60千步。编辑工具的功能强大，无论是手持编程器还是编程工具软件，其编程可监控能力都很强。强大、统一的编程工具，是设计人员的佳选择。网络通信功能强大，此系列的各种机型都提供了通信功能，松下电工提供了多达6种的plc网络产品，在同一子网中集成了几种通信方式，我们可根据需要选择。

5.2 i/o端子分配

（1） 输入设备：限位开关: sq1， sq2，sq3，sq4，sq5，sq6， sq7；系统的停止启动按钮: sb1， sb2。

（2） 输出设备：一块板料剪切完成并落入小车时， 光电检测开关sq7合一次，计数器作减1计数。本设计中假设小车可多载40块板料。km1控制送料机构电机的接触器；km2、km2ˊ控制压块电机的接触器，驱动电机的正反转，控制压块压紧和放松板料；km3、km3ˊ分别控制剪切电机的接触器，驱动电机的正反转，控制剪切刀上下运行；km4和km4ˊ控制送料小车电机的接触器，驱动电机的正反转，从而控制小车的左行和右行。hl1为小车空载指示，根据需要， 还可增设其它信号指示。其输入输出端子分配如图5所示。

图5  i/o端子分配图

5.3 系统的软件

　　分析可知，本系统是一个多工步的顺序控制系统，运用模块化程序结构，实现系统，有结构简单、编程方便等优点。利用plc移位寄存器的移位功能，可实现步进顺序控制，使每一步严格按顺序动作。计数器对每车板料进行计数，其值由用户根据需要设定。

      控制系统的流程顺序如图6所示。系统的梯形图如图7所示。

图6  控制系统流程图

6  结束语

　　自动剪板机是一种jingque控制板材加工尺寸，将大块金属板材进行自动循环剪切加工，并由送料车运送到下一工序的自动化加工设备，其整个工艺过程很符合顺序控制的要求，所以，在控制过程中，采用可编程控制器对自动剪板机进行控制，它较好地解决了采用继电器-接触器控制，控制系统较复杂，大量的接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率这一问题。因此，将plc应用于该控制， 具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、编程简单，控制精度高的特点。在控制的过程中，剪板机剪板的个数可根据工艺参数方便的修改，而且利用光电接近开关检测板料状态非常准确。

1．引言

　　　PLC的输出类型有继电器和晶体管两种类型，两者的工作参数差别较大，使用前需加以区别，以免误用而导致产品损坏。本文简要介绍了继电器和晶体管输出的特点及使用中的注意事项。

2． 继电器和晶体管输出工作原理

　　　继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的（如图1所示）。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。从继电器的工作原理可以看出，它是一种机电元件，通过机械动作来实现触点的通断，是有触点元件。

图1 电磁式继电器结构图

    晶体管是一种电子元件，它是通过基极电流来控制集电极与发射极的导通。它是无触点元件。

3． 继电器与晶体管输出的主要差别

      由于继电器与晶体管工作原理的不同，导致了两者的工作参数存在了较大的差异，下面以艾默生EC系列PLC相关数据为例进行比较说明（输出口主要规格参见表1）

      （1）驱动负载不同

      继电器型可接交流220V或直流24V负载，没有极性要求；晶体管型只能接直流24V负载，有极性要求。

      继电器的负载电流比较大可以达到2A，晶体管负载电流为0.2-0.3A。同时与负载类型有关，具体参见表1。

表1 输出端口规格

（2）响应时间不同

       继电器响应时间比较慢（约10ms-20ms），晶体管响应时间比较快，约0.2ms-0.5ms，Y0、Y1甚至可以达到10 us。

（3）使用寿命不同

         继电器由于是机械元件受到动作次数的寿命限制，且与负载容量有关，详见表2，从表中可以看出，随着负载容量的增加，触点寿命几乎按级数减少。晶体管是电子原件只有老化，没有使用寿命限制。

表2  继电器使用寿命

4．继电器与晶体管输出选型原则

继电器型输出驱动电流大，响应慢，有机械寿命，适用于驱动中间继电器、接触器的线圈、指示灯等动作频率不高的场合。晶体管输出驱动电流小，频率高，寿命长，适用于控制伺服控制器、固态继电器等要求频率高、寿命长的应用场合。在高频应用场合，如果同时需要驱动大负载，可以加其他设备（如中间继电器，固态继电器等）方式驱动。

5． 驱动感性负载的影响

图2  驱动感性负载时产生的瞬间高压

    继电器控制接触器等感性负载的开合瞬间，由于电感具有电流具有不可突变的特点，因此根据U=L*(dI/dt)，将产生一个瞬间的尖峰电压在继电器的两个触点之间，该电压幅值超过继电器的触点耐压的降额；继电器采用的电磁式继电器，触点间的耐受电压是1000V（1min），若触点间的电压长期的工作在1000V左右的话，容易造成触点金属迁移和氧化，出现接触电阻变大、接触不良和触点粘接的现象。而且动作频率越快现象越严重。瞬间高压如下图2所示，持续的时间在1ms以内，幅值为1KV以上。晶体管输出为感性负载时也同样存在这个问题，该瞬时高压可能导致晶体管的损坏。

    因此当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。当驱动直流回路的感性负载（如继电器线圈）时，用户电路需并联续流二极管（需注意二极管极性）；若驱动交流回路的感性负载时，用户电路需并联RC浪涌吸收电路，以保护PLC的输出触点。PLC输出触点的保护电路如图3所示。

图3 PLC输出触点的保护电路

6． 使用中应注意的事项

    目前市场上经常出现继电器问题的客户现场有一个共同的特点就是：出现故障的输出点动作频率比较快，驱动的负载都是继电器、电磁阀或接触器等感性负载而且没有吸收保护电路。因此建议在PLC输出类型选择和使用时应注意以下几点：

（1）  一定要关注负载容量。输出端口须遵守允许大电流限制（如表1所示），以保证输出端口的发热限制在允许范围。继电器的使用寿命与负载容量有关，当负载容量增加时，触点寿命将大大降低（如表2所示），因此要特别关注。

（2）   一定要关注负载性质。根据第4节的分析，感性负载在开合瞬间会产生瞬间高压，因此表面上看负载容量可能并不大，但是实际上负载容量很大，继电器的寿命将大大缩短，因此当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。尤其在工作频率比较高时务必增加保护电路。从客户的使用情况来看，增加吸收保护电路后的改善效果十分明显。

    根据电容的特性，如果直接驱动电容负载，在导通瞬间将产生冲击浪涌电流，因此原则上输出端口不宜接入容性负载，若有必要，需保证其冲击浪涌电流小于规格（见表1）说明中的大电流。

（3）  一定要关注动作频率。当动作频率较高时，建议选择晶体管输出类型，如果同时还要驱动大电流则可以使用晶体管输出驱动中间继电器的模式。当控制步进电机/伺服系统，或者用到高速输出/PWM波，或者用于动作频率高的节点等场合，只能选用晶体管型。PLC对扩展模块与主模块的输出类型并不要求一致，因此当系统点数较多而功能各异时，可以考虑继电器输出的主模块扩展晶体管输出或晶体管输出主模块扩展继电器输出以达到佳配合。

    事实证明，根据负载性质和容量以及工作频率进行正确选型和系统设计，输出口的故障率明显下降，客户十分满