课题六：卷材剪切机械电气控制系统设计与调试.doc

课题六：
卷材剪切机械电气控制系统设计与调试
一、项目描述
  利用变频器对负载进行速度调节实现定长剪切。
 二、知识点：
1、 编码器的使用
2、 变频器的使用：多段速控制，电子制动
3、 Plc的使用：基本指令、高速计数、数据处理及运算及部分功能指令的运用
1、 课题简介  
   卷材剪切机械是机械制造行业最常用的设备之一。开卷切割机完成的最基本动作是把待裁切的材料送到指定位置，然后进行裁切。其控制的核心是一个单轴定位控制。开卷切割机其推进定位系统的实现是利用PIC控制的。控制过程是这样的，当接收编码器的脉冲信号达到设定值后，PIC系统输出信号，变频器输出改变，断开进给电机的输入电源，制动电阻投入，刹车起作用以消除推进系统的惯性，从而实现精确定位。我们结合自己设备的特点设计出了的制造方案，就是用PLC的高速计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制，并利用HMI（人机界面Human Machine Interface）进行裁切参数设定和完成一些手动动作。

2、设计的可行性分析

    现在的大多PLC都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百KHz的脉冲信号，而卷材剪切机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高。可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在PLC处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，让PLC对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，达到精确定位的目的。另外当今变频器技术取得了长足的发展，使电机在低速时的转矩大幅度提升，从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。

3、主要控制部件的选取

3.1 PLC的选取
设备需要的输入输出信号如下：
输入点
输出点
手动/自动转换
X10
卷取机正转
Y0
手动卷取轮正转
X11
卷取机反转
Y1
手动卷取轮反转
X12
高速运行
Y2
手动剪切下行
X13
中速运行
Y3
手动剪切上行
X14
低速运行
Y4
剪切到上限位
X15
剪切刀上限位
Y5
剪切刀下限位
X16
剪切刀下限位
Y6
原点位置
X17

自动启动
X18

自动停止
X19

急停
X20

　    针对这些必需的输入点数，选用了FX1s－30MR的PLC，由于输入点少，从而为选用低价位的FX1s系列PLC成为可能，因为FX1s系列PLC输入点最多只有16点。另外此系列PLC的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，足可以满足卷材剪切机对精度的要求。

3.2 编码器的选取

    编码器的选取要符合两个方面，一是PLC接收的最高脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500P/R（每转每相输出500个脉冲）的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数：电机最高转速是1500转/分（25转/秒）、进给丝杆的导程是10mm/转。验证如下：

    本系统脉冲最高频率＝25转/秒×500个/转×2（A/B两相）＝25KHz

    理论进给分辨率＝10mm/500=0.02mm

    同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在PLC程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的A/B相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此PLC可处理的最高脉冲频率为30千赫，因此满足了第一个条件；我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度完全满足此要求。

3.3 变频器和HMI的选取

    这两个部件我们都选用了三菱公司的产品，分别是FR-E540-7.5K-CH和F920GOT-BBD-K-C。

4、F920GOT-BBD-K-C的特点

    F920GOT是带按键型的HMI，它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点：1）可以方便的实现和PLC的数据交换；2）通过本身自带的6个功能按键开关，可以控制PLC内部的软继电器，从而可以减少PLC输入点的使用; 3）具有两个通讯口，一个RS232C（用于和个人电脑通讯）和一个RS422（用于和PLC通讯），利用电脑和F920GOT相连后不仅可以对HMI进行程序的读取和上传，还可以直接对PLC的程序进行上传下载、调整和监控。

5、PLC程序的编写

6、HMI界面设计