發(fā)布時間：2022-07-20 11:22:12
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的淺談電氣控制系統(tǒng)設(shè)計樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
摘 要：真空吸板機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、不損傷工件、吸附、放開工件迅速等特點，在現(xiàn)代工業(yè)制造中有著廣泛的應(yīng)用。本文介紹了真空吸板機的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計方法，主要包括系統(tǒng)要求、電氣控制的工作流程以及程序設(shè)計方法等。
關(guān)鍵詞：PLC；真空吸板機；流程圖
真空吸板機是SMT生產(chǎn)線自動化設(shè)備的重要組合部分，主要是通過真空吸附裝置來吸附PCB板進行運輸起吊。在真空吸板機中，真空吸附裝置是整個機器的心臟。真空吸附裝置的工作原理是依靠真空源產(chǎn)生的真空力來對物品起吊、搬運及夾持的一種省力機械。與機械、電磁起吊裝置相比，具有以下特點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低；安裝方便、操作容易；維修費用少；不損傷工件；吸附、放開工件迅速等。本文主要介紹真空吸板機的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計方法。
一、系統(tǒng)要求
真空吸板機主要作用是通過氣缸調(diào)整氣壓吸附住PCB板，并將其傳送到流水線上輸送到需要的崗位。其主要工作順序是：在輸送單元在通電后，按下復位按鈕SB1，執(zhí)行復位操作，使吸盤回到原點位置。再按下啟動按鈕，氣缸工作，吸盤吸取PCB板，15秒后吸盤上升，到達上限位后，氣缸工作，吸盤松開PCB板，1秒后吸盤下降，達到下限位后，氣缸開始工作，吸盤吸取PCB板，然后依次循環(huán)。
二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
（一）控制器
PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，具有可靠性高，抗干擾能力強，硬件配套齊全，功能完善，適用性強，易學易用，系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造等特點。本控制系統(tǒng)選用豐煒PLC，豐煒PLC特點是貼近市場，創(chuàng)新而實用，功能齊全，性能穩(wěn)定。其使用方式與三菱PLC有較多類似，學習起來十分方便。豐煒PLC降低了配線工作，這樣的接線方式降低了錯誤率，也給維修帶來方便，拆、裝都只需拔一次。
（二）工作流程
首先按開始按鈕，再按復位鍵，看看吸盤是否向下移動，當?shù)竭_下限位后，開始手動選擇是上下運輸還是左右運輸。當上下運輸時，真空泵開始工作，吸盤吸附PCB板，延時2S后上升，達到上限位后再次選擇是左右運輸還是放下PCB板進行加工。如果是上下運輸，則吸盤松板，再向下運輸以此循環(huán)。當左右運輸時，先向右運輸，到右限位后，真空泵工作，吸盤吸板，再選擇上下運輸還是左右運輸，如果是左右運輸，則向左運輸，到達右限位后吸盤松板，以此循環(huán)（如圖1）。
（三）程序設(shè)計
該梯形圖程序（如圖2）主要是按照工作流程圖來編寫的，其中要注意程序的分支和聯(lián)系。比如說，在上下運輸后選擇左右運輸；或是先左右運輸再上下運輸；或是直上直下，直左直右運輸。
三、結(jié)束語
在現(xiàn)代工業(yè)制造中，真空吸板機得到越來越廣泛的應(yīng)用，在不同的應(yīng)用場合，有效的選擇、設(shè)計真空吸板機是現(xiàn)在化自動控制設(shè)備成功的關(guān)鍵。本文介紹了真空吸板機電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，真空吸板機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、穩(wěn)定好、適合大面積推廣使用。
【摘要】本文說明了電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和基本原則，說明了電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的注意事項以及多未來的發(fā)展趨勢。
【關(guān)鍵詞】電氣；控制；系統(tǒng)；設(shè)計
1.前言
電氣控制系統(tǒng)設(shè)計包括電氣原理圖設(shè)計和電氣工藝設(shè)計兩部分。電氣控制原理設(shè)計以滿足生產(chǎn)機械和工藝基本要求為目的，綜合考慮設(shè)備的自動化程度和技術(shù)先進性。
本文在對生產(chǎn)機械電氣控制電路進行分析的基礎(chǔ)上，討論電氣控制的設(shè)計過程一些共性問題，為電氣控制系統(tǒng)的深入研究工作打下堅實的基礎(chǔ)。
2.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容
2.1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容
是根據(jù)電氣設(shè)計要求和編制出設(shè)備電氣控制系統(tǒng)制造和使用、維護中所有的圖紙和資料。
2.2 設(shè)計的的基本原則
2.2.1 最大限度滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求。
2.2.2 在滿足要求的前提下，使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、合理、便于操作、維修方便、安全可靠。
2.2.3 電氣元件選擇合理正確，使系統(tǒng)能正常工作。
2.2.4 為適應(yīng)設(shè)備的改進，設(shè)備應(yīng)留有預留量。
3.控制方案確定的原則
（1）控制方式以經(jīng)濟效益為標準。控制加工程序基本固定的機床，采用繼電接觸器控制方式較為合理。對于控制邏輯復雜的設(shè)備，利用可編程序控制器較為合理。
（2）控制方式應(yīng)最大限度滿足工藝要求。控制線路：自動循環(huán)、半自動循環(huán)、手動調(diào)整、緊急快退、保護性聯(lián)鎖、信號指示和故障診斷等功能。
（3）控制電路的電源應(yīng)可靠?？刂齐娐房芍苯佑秒娋W(wǎng)電源。對于元件較多、電路較復雜的控制裝置，可將電網(wǎng)電壓隔離降壓。自動化程度較高的生產(chǎn)設(shè)備，利用直流電源可以節(jié)省安裝空間，便于同無觸點元件連接，而且元件動作平穩(wěn)，操作維修也較安全。
4.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的注意問題
4.1 控制線路選擇要正確
正確連接電器元件的線圈，交流線圈不能串聯(lián)使用，而且兩個電器需要同時動作時其線圈應(yīng)該并聯(lián)連接。直流控制電路中，對于電感較大的線圈不能與相同電壓等級的繼電器的線圈并聯(lián)工作。
4.2 準確定位元件及觸點位置
由于觸點斷開產(chǎn)生電弧時就可能在兩觸點間形成飛弧而造成電源短路，在電器控制線路動作過程中，為了防止出現(xiàn)意外接通的電路，盡量避免許多電器依次動作才接通另一個電器，要盡量減少不必要的電器通電，以節(jié)約電能。同時在控制線路中通接觸器線圈時，要分析觸點容量的大小。
4.3 設(shè)置保護措施
設(shè)置過流、過壓、失壓、聯(lián)鎖和行程等保護和斷開、事故、安全等的指示信號。以此來保證操作人員、電器設(shè)備、生產(chǎn)機械的安全，并能有效地抑制事故的擴大
（1）正確選用電器。盡量縮減電器的數(shù)量，采用標淮件，選用相同型號，減少觸點以簡化線路。在控制線路圖設(shè)計完成后，需要將線路化成邏輯代數(shù)式計算，以便得到最簡化的線路。
（2）力求操作維護、檢修方便。電氣控制設(shè)備：操作簡單，回路數(shù)較多，應(yīng)注意檢修方便，設(shè)隔離電器可以避免帶電操作，加方便的轉(zhuǎn)換控制方式有利于調(diào)試方便，如從自動控制轉(zhuǎn)換到手動控制，通過設(shè)多點控制，方便了對生產(chǎn)機械的調(diào)試。對設(shè)計完的線路的審核要嚴格，需要滿足工藝要求，防止出現(xiàn)多余環(huán)節(jié)、多余電器、寄生電路，以及誤動作等。
4要進行綜合測試。以單片機為控制核心的系統(tǒng)是現(xiàn)代化儀器儀表的一個發(fā)展方向，計算機控制系統(tǒng)可以完成測試過程中的測量與控制，實時利用PC機與單片機的優(yōu)勢，實現(xiàn)綜合測量、操作及結(jié)果顯示等方面的要求，對測試數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理，利用控制系統(tǒng)的改進設(shè)計來實現(xiàn)測試網(wǎng)絡(luò)的切換，然后在軟件上對數(shù)據(jù)進行校準，最終打到高精度的測試結(jié)果。
5.電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
5.1 電氣自動化工程控制系統(tǒng)的統(tǒng)一化
統(tǒng)一電氣自動化工程系統(tǒng)對電氣自動化產(chǎn)品的設(shè)計、測試、開機、維護都有重要意義。能夠把開發(fā)系統(tǒng)從運行系統(tǒng)中獨立出來，這對電氣自動化工程控制系統(tǒng)來說，是跨越性的一步，能夠?qū)⑾到y(tǒng)通用化。
5.2 電氣自動化工程控制系統(tǒng)的市場化
產(chǎn)品想長久的發(fā)展，就要深化制造部門的體制改革，還要關(guān)注市場化的影響，以便保證產(chǎn)品能夠滿足市場的需要。同時，企業(yè)不僅要在技術(shù)的開發(fā)上投入，還要使零件的配套生產(chǎn)市場化、專業(yè)化。
5.3 電氣自動化工程控制系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)
在我國電氣自動化發(fā)展計劃的指導之下，隨著市場化的環(huán)境，不斷提升電氣自動化工程控制系統(tǒng)的創(chuàng)新能力。并且企業(yè)不斷吸收創(chuàng)新技術(shù)以提升自身的創(chuàng)新能力，而科研的投入，為電氣自動化的創(chuàng)新提供了更加廣闊的空間，加強政策上的扶持，健全、完善機制對創(chuàng)新都是非常有利的。企業(yè)應(yīng)該打開自主創(chuàng)新的新局面，轉(zhuǎn)換經(jīng)濟增長模式，逐漸提升創(chuàng)新能力。
6.結(jié)語
隨著經(jīng)濟全球化的不斷發(fā)展和深入，電氣自動化工程控制系統(tǒng)在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中占有越來越重要的地位。電氣自動化工程控制系統(tǒng)信息技術(shù)的集成化，使電氣自動化工程控制系統(tǒng)維護工作變得更加簡便，電氣自動化工程控制系統(tǒng)要想長遠發(fā)展下去就要不斷的創(chuàng)新，將電氣自動化系統(tǒng)進行統(tǒng)一化管理，并且要采用標準化接口，還要不斷進行電氣自動化系統(tǒng)的市場產(chǎn)業(yè)化分析，保證安全的進行電氣自動化工程生產(chǎn)，加強電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備操控人員的教育和培訓和知識在更新。
【摘要】目前，車床的電氣控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制方法仍然占有很大的比重。繼電器控制方式是利用布線來組成各種邏輯電路來實現(xiàn)對車床的控制，接線較為復雜，不僅容易出現(xiàn)故障而且發(fā)生故障后診斷也比較困難。另外，如果生產(chǎn)流程需要改變，就必須重新布線組織電路，不僅造成資金與勞動力的浪費，而且生產(chǎn)效率低下。在這種情況之下，為滿足現(xiàn)代工業(yè)對車床自動化水平的要求，可用可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)對車床的高效控制。相比于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，PLC具有適用范圍廣、靈活可靠、成本低廉等諸多優(yōu)勢。本文主要以C650型車床為例，介紹基于PLC的車床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】車床；PLC；控制系統(tǒng)
一、C650型車床的電氣控制要求
為了更好地對車床電氣控制系統(tǒng)進行設(shè)計，我們需要了解車床的電氣控制要求及特點，這里我們以C650型車床為例進行分析。經(jīng)研究分析，C650車床的電氣控制要求及特點如下：
1.采用籠型異步電機作為車床的主軸電機，主要功能為驅(qū)動主軸的運動和刀具的進給。電機的啟動方式為直接啟動，且可以反轉(zhuǎn)和點動。
2.車床停車或點動結(jié)束時都要進行反接制動。在電動和反接制動的主電路中接入了限流電阻，作用是防止頻繁點動產(chǎn)生的大電流引起電機損壞。
3.電機M3單獨驅(qū)動溜板箱快速移動，以提高車床生產(chǎn)效率。在實際操作中，可根據(jù)需要手動控制起停。
4.每臺車床配有一臺冷卻泵電機，其作用是在刀具或工件溫度過高時提供冷卻液，以防止刀具或工件損壞。
二、C650型車床的主電路
C650型車床的主電路如下圖。在該車床的主電路中有三臺電機，分別為：主電機M1，冷卻泵電機M2和快速移動電機M3。從圖中可以看出，MI的接線分為三個部分。第一部分為電機正反轉(zhuǎn)控制接線，由電鍵KM1和KM2的兩組主觸點組成。第二部分中在M1的動力回路上接電流表A，利用時間繼電器KT的延時動合觸點，在啟動的瞬間將電流表短接。第三部分主要是利用交流接觸器KM3實現(xiàn)對限流電阻R的通斷控制。電機M2和M3分別由交流接觸器KM4和KM5進行控制。（見圖1）
三、基于PLC的車床電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
（一）按功能將被控對象進行分解
在設(shè)計時，可將車床的電氣控制系統(tǒng)按其功能的不同進行分解，這樣更有利于對PLC的資源進行合理分配。對于C650型普通臥式車床，可以按其控制功能將控制系統(tǒng)分為主運動控制和輔助控制兩大部分。主動功能是指在x軸和z軸方向上的進給運動。輔助功能一般有車床的主軸起動和制動功能、速度調(diào)節(jié)功能、冷卻液的提供、刀具轉(zhuǎn)換功能等。
在利用PLC對車床進行控制時，需要首先將車床的各種控制和檢測信號輸入到PLC中。然后通過預先編制的PLC程序?qū)斎氲男盘栠M行運算，再將運算結(jié)果輸出至各種控制設(shè)備。每個輸入控制信號都可以通過輸入元件來送出（如按鈕、開關(guān)、多檔旋鈕等），每個輸入元件又有一個或多個執(zhí)行設(shè)備與其對應(yīng)，負責對完成輸入指令所控制的動作。下圖為按功能分解后的PLC車床控制系統(tǒng)圖2：
（二）確定輸入輸出點數(shù)
在進行PLC硬件設(shè)計之前，要根據(jù)所需要控制的功能來確定PLC的輸入輸出點（即I/O點）。根據(jù)2.1節(jié)中對車床控制功能的分解原則，確定PLC的I/O點結(jié)果如表1所示：
根據(jù)上表顯示的內(nèi)容，可以看出C650普通車床的PLC控制系統(tǒng)共需要輸入點21個，輸出點14個。但在實際工作時，PLC的輸入輸出點一般要比理論值多出百分之三十左右，因此為了便于操作，可設(shè)置30個輸入點和20個輸出點。
（三）選擇合適型號的PLC
一般車床電氣控制需要的輸入輸出點數(shù)小于256點，可采用小型PLC來進行控制。小型PLC一般只需要進行一些簡單的邏輯運算，主要是進行開合、起停、先后順序等操作的控制?？紤]到實用性和經(jīng)濟性，可采用SIEMENS公司的$7-200系列的PLC，該系列PLC具有價格低廉、體積小等優(yōu)勢。根據(jù)2.2節(jié)中輸入輸出點數(shù)的分析結(jié)果，可采用該系列CPU224型14點輸入、10點輸出的PLC。
由于輸入輸出點都少于所需要的數(shù)量，因此要對輸入輸出點進行擴展。一般采用EM221數(shù)字量8點直流輸入模塊兩個，EM222數(shù)字量8點繼電器輸入模塊兩個。擴展后的PLC具有30個輸入點和26個輸出點，可以滿足要求。
（四）設(shè)計配線圖
PLC控制系統(tǒng)的線路設(shè)計是準確實現(xiàn)機床電氣控制的關(guān)鍵步驟。線路設(shè)計就是通過電路連接將輸入元件和輸出元件通過PLC連接起來，以實現(xiàn)對機床的控制。相比與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的布線，PLC控制系統(tǒng)的線路連接就簡單很多。
PLC控制系統(tǒng)的本質(zhì)和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)是相同的，只不過前者采用了更為先進的控制技術(shù)，簡化了控制的機構(gòu)。PLC在系統(tǒng)中是輸入和輸出元件之間的橋梁，它代替了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中復雜的邏輯電路。因此，在設(shè)計配線圖時，只需要根據(jù)PLC的功能特點和控制對象將輸入和輸出元件通過PLC搭接起來即可。下圖為PLC控制系統(tǒng)的配線圖3：
在配線圖中，每一個輸入點都對應(yīng)一個輸出點，在工作時輸入元件通過PLC來控制輸出元件的動作。上圖中每個符號都對應(yīng)特定的輸入輸出元件，對應(yīng)關(guān)系及各元件如表2所述：
四、基于PLC的車床電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計
（一）設(shè)計要求
前文已經(jīng)指出，PLC控制系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，簡化了復雜繁瑣的布線結(jié)構(gòu)。其實PLC最重要的優(yōu)勢在于其靈活性，在執(zhí)行新的生產(chǎn)流程時，只需對內(nèi)部程序進行重新編寫或調(diào)整即可，避免了反復布線造成的人力和物力的浪費。對于像C650這樣的普通車床，只需簡單的條件和順序指令即可對其實施控制。因此在編寫PLC程序時，只需要在控制按鈕發(fā)出信號后內(nèi)部程序的運算結(jié)果能對執(zhí)行設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的指令即可。
（二）程序編寫
在編寫PLC程序時，可以通過梯形圖、語句表、程序塊等形式進行表示。一般采用梯形圖表示較為直觀，本文就以梯形圖的形式來對PLC程序進行編寫?？稍赟TEP7-Micro/WIN32中進行程序的編寫與調(diào)試，編寫完成之后通過PC/PPI電纜將程序發(fā)送到PLC中。C650車床控制系統(tǒng)PLC程序梯形圖4如下：
結(jié)合圖3和圖4分析PLC控制的機制：1.接通SB2，Q0.0動作，電機起動，車床運行。接通SB1，QO.1、Q0.2釋放；斷開SB1，QO.1動作，電機停止，車床停車。2.旋動z2旋鈕，Qo.4動作，控制刀架快速移動。3.接通SB4，Q0.0動作；斷開SB4，Q0.0釋放，實現(xiàn)點動功能。4.需要進行冷卻時，接通SB7，Qo.3動作，電機輸送冷卻液；接通SB8，即可停止。
五、總結(jié)
在進行控制系統(tǒng)的設(shè)計時，要根據(jù)實際車床的控制要求和特點逐步進行分析，設(shè)計步驟總結(jié)如下：1.要根據(jù)功能將被控對象分成主運動控制和輔助控制兩部分；2.根據(jù)被控對象的實際要求來確定輸入和輸出的點數(shù)；3.根據(jù)輸入輸出點數(shù)來選擇合適型號的PLC，選擇標準是I/O點數(shù)能滿足所需點數(shù)；4.根據(jù)控制要求設(shè)計配線圖；（5）進行PLC程序的編寫與調(diào)試。
筆者只是總結(jié)了PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計流程，由于不同型號的車床的電氣控制要求和特點也不盡相同，因此在設(shè)計之前要首先對車床的電路和工作機制進行研究分析，然后再按照上述流程逐步進行分析設(shè)計。基于PLC的車床電氣控制系統(tǒng)相比與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、靈活性高、價格低廉等諸多優(yōu)勢。相信在將來的車床電氣控制系統(tǒng)中，基于PLC控制系統(tǒng)將會不斷發(fā)展創(chuàng)新，不斷拓寬其適用范圍，不斷簡化控制流程，不斷提高自動化水平，為提高車床的生產(chǎn)效率做出更多的貢獻。
摘要：切割機隨著科學技術(shù)的進步，在功能上也有著很大的提升，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。本文主要對PLC靜態(tài)切割機電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了分析，希望能為大家提供借鑒。
關(guān)鍵詞：切割機；PLC；控制系統(tǒng)；設(shè)計
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)水平的提高，切割機在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中也有著很大的發(fā)展，目前切割機有著火焰切割機、等離子切割機、激光切割機、水切割等，其有著不同的功能和用途。
一、PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計原則
PLC最適合的控制對象是：工業(yè)環(huán)境較差、對安全性和可靠性要求較高、系統(tǒng)工藝復雜，輸入/輸出以開關(guān)量為主的工業(yè)自動控制系統(tǒng)或裝置。PLC可取代工業(yè)控制計算機，作為主控制器來完成復雜的工業(yè)自動控制任務(wù)。
PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計時，要遵循以下的原則：
（一）應(yīng)滿足控制對象的工藝要求，保證能夠按照工藝流程準確并可靠的工作。
（二）系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)力求簡單、實用，系統(tǒng)易操作、調(diào)整、檢修方便。
（三）設(shè)計合理、經(jīng)濟，能有充分發(fā)揮PLC控制的優(yōu)點。
二、設(shè)計前的準備工作
（一）工藝分析。必須要對生產(chǎn)的工藝特點、工藝流程、主要功能等進行分析總結(jié)，提出對PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的工藝要求。
（二）機型選擇。機型的選型必須要滿足工藝的要求，要基于簡單、實用、易操作的原則。
（三）外部電路及電路元件的選擇。根據(jù)工藝要求設(shè)計出外部電路，并要選取電路元件，例如電機、刀開關(guān)、熔斷器、接觸器、熱繼電器等。
三、控制電路的設(shè)計
（一）PLC控制系統(tǒng)的控制要求
1、系統(tǒng)設(shè)有手動、單周期、單步、連續(xù)、回原點、五種工作方式，臺面在最前面，刀架在最上面，為系統(tǒng)的原點狀態(tài)。
2、臺面機構(gòu)前/后運動時，電機必須已啟動，而電機停止時，臺面機構(gòu)前/后運動應(yīng)立即停止。
3、磨刀必須在刀片旋轉(zhuǎn)時才能工作。
4、五種工作狀態(tài)下，按下總停止按鈕后，除帶鋸、磨刀裝置外，刀架、臺面的動作應(yīng)立即停止。
5、電源接通后控制臺面剎車的接觸器KM7立即通電。
（二）電氣元件的配置
1、刀開關(guān)QS1：刀開關(guān)QS1串接控制主電路的單相電源，選用規(guī)格HD11-100/28型單投雙極刀開關(guān)1只。主要技術(shù)參數(shù)： 額定交流電壓220V，額定交流電流100A。通斷能力100A，1S短時耐受電流6kA，動態(tài)穩(wěn)定電流峰值15kA。
2、熔斷器FU4：選用RT18K-25型，主要技術(shù)參數(shù)：殼架等級額定電流25A，額定電流2A，額定電壓AC 220V，額定斷路分斷能力：220V/50kA。
3、按鈕SB1、SB2、SB5、SB15：選用NP4-20BN/2型，顏色為綠色，按鈕SB3、SB10、SB11、SB12、SB13、SB14：選用NP4-20BN/4型，顏色為紅色，按鈕SB4、SB6、SB7、SB8、SB9：選用NP4-20BN/6型，顏色為藍色。NP4系列按鈕其主要技術(shù)參數(shù)如下：額定絕緣電380V，額定交流工作電壓AC 220V，約定發(fā)熱電流10A，額定交流工作電流4.5A。額定直流工作電壓24V,額定直流工作電流2.5A。
4、行程開關(guān)SQ1～SQ4：選用YBLX-K3/20HS/Z型，其主要技術(shù)參數(shù)：額定交流電壓AC 380V，額定直流電壓DC 220V，額定控制容量交流200VA直流50W,含1對常開和1對常閉觸點，動作最大行程3mm，最大差程1.2mm，最大操動力30N，最小回復力5N,最大全行6.0mm。
5、信號指示燈：選用ND16-22B/4型，其主要技術(shù)參數(shù)： 額定交流電壓220V，額定電流≤20mA，指示燈選紅色。
6、接觸器：選用NCH 8-20型，其主要計數(shù)參數(shù)：額定絕緣電壓500V，額定工作電壓AC 230V，約定發(fā)熱電流20A，額定工作電流20A，控制功率4Kw。
7、接近開關(guān)：選用E2E-X20DM8，其主要技術(shù)參數(shù)：檢測距離20mm±10%，設(shè)定距離*1：0～16mm，應(yīng)差距離：檢測距離的10%以下，標準檢測物體：鐵54×54×1mm，應(yīng)答頻率*2：0.1kHz，電源電壓（使用電壓范圍）：DC12～24V 脈動(p-p)10％以下 （DC10～30V）。
8、撥盤開關(guān)：選用A7CN型，其主要技術(shù)參數(shù)：開關(guān)負載容量（阻性負載）：1mA～0.1A、DC5～30V，連續(xù)通電電流：1A，接觸電阻，200mΩ以下，操作力：4.41N以下。
9、轉(zhuǎn)換開關(guān)：選用LW5D16F/5型，其主要技術(shù)參數(shù)：絕緣電壓500V，發(fā)熱電流16A。
三、PLC的選擇
（一）可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)的選擇
根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式，整體式每一I／O點的平均價格比模塊式的便宜，控制系統(tǒng)般使用整體式可編程序控制器。
（二）可編程序控制器指令功能的選擇
現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強，內(nèi)部編程元件(如輔助繼電器、定時器和計數(shù)器)的個數(shù)越來越多，任何一種可編程序控制器都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)控制、運動控制等工作，可編程序控制器應(yīng)有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時甚至要求有開平方、對數(shù)運算和浮點數(shù)運算等功能。
（三）可編程序控制器I／0點數(shù)的確定
確定I／O點數(shù)時，應(yīng)準確地統(tǒng)計出被控設(shè)備對可編程序控制器輸入／輸出點數(shù)的總需求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)留有10％～20％的裕量，以備今后對系統(tǒng)改進和擴充時使用。整體式可編程序控制器的基本單元、擴展單元的輸入點數(shù)和輸出點數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入／輸出點數(shù)的比例相差較大，可以選用只有輸入點或只有輸山點的擴展單元或擴展模塊。
（四）存儲器容量的選擇
在初步估算時，對于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng)，將I／O點數(shù)乘以8，就是所需存儲器的字數(shù)，這一要求一般都能滿足。
在選擇可編程序控制器的型號時不應(yīng)盲目追求過高的性能指標，在I／O點數(shù)和存儲器容量方面應(yīng)留有定的裕量。
四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計
為了滿足生產(chǎn)需要，很多工業(yè)設(shè)備要求設(shè)置多種工作方式，如手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步等、自動返回初始狀態(tài)）工作方式。手動程序比較簡單，一般采用經(jīng)驗法設(shè)計，復雜的自動程序一般根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖用順序控制法設(shè)計。具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的梯形圖總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。選擇手動工作方式時手動開關(guān)X1為ON，將跳過自動程序，執(zhí)行公用程序和手動程序。選擇自動工作方式時X1為OFF，將跳過手動程序，執(zhí)行公用程序和自動程序。
圖2
（一）公用程序。用于自動程序和手動程序互相切換處理，當系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應(yīng)的輔助繼電器復位，同時將表示連續(xù)工作狀態(tài)的繼電器復位，否則當系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤動作。
（二）手動程序。手動操作時用對應(yīng)的6個按鈕控制切割機的抬刀、落刀、臺面向前、臺面向后、刀架停止、臺面停止。為了保證系統(tǒng)的安全運行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖，例如抬刀與落刀之間，臺面向前與臺面向后之間的互鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器同時為ON。根據(jù)控制要求，臺面機構(gòu)前/后運動時，電機必須已起動，而電機停止時，臺面機構(gòu)前/后運動應(yīng)立即停止。所以Y0線圈與控制臺面向前/后的Y3和Y4線圈串聯(lián)。當按下總停按鈕，常閉觸點斷開，不執(zhí)行指令，刀架、臺面的動作立即停止。磨刀必須在刀片旋轉(zhuǎn)時才能工作，所以在控制磨刀的Y1線圈串聯(lián)Y0的常開觸點。
（三）自動程序。在自動程序的過程中是切割機自動的對泡沫材料進行切割，自動判斷切片的厚度，切割刀片的切割深度，切片的深度是由測速齒輪和計數(shù)器共同完成，在刀架下移的過程中測速齒輪也在跟隨轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一圈向計數(shù)器發(fā)送5個脈沖并判斷切割的厚度。在自動程序中首先是要對切割厚度進行設(shè)置，厚度是由撥盤開關(guān)設(shè)定的，在落刀時，當材料的完成的落刀量達到設(shè)定值刀架停止移動，繼而臺面前移，對材料進行切割。
五、結(jié)語
PLC控制系統(tǒng)切割機，在設(shè)計時必須要滿足工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)工藝等要求，盡量做到實用、經(jīng)濟合理、易操作、方便維修等特點，我們還需要不斷的改進和創(chuàng)新，來滿足越來越復雜的需求，力求為工業(yè)的生產(chǎn)提供有力的保障。
摘 要：依據(jù)自動焊接設(shè)備機械結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，對設(shè)備功能和動作進行分析，根據(jù)其特點對電氣自動化控制進行設(shè)計。選擇合適的硬件模塊和電子元器件，編寫可靠的軟件程序；設(shè)計自動焊接設(shè)備和激光發(fā)生器的通訊接口連接方式，確保自動焊接設(shè)備能安全、穩(wěn)定、可靠控制激光發(fā)生器進行金屬零件的焊接。最終實現(xiàn)自動將兩個“L型”金屬材料焊接成一個“口型”零件的功能，并應(yīng)用于實際工業(yè)生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：可編程控制器；伺服控制系統(tǒng)；激光器；焊接
引言
金屬零件激光焊接工藝是將工控技術(shù)和激光焊接技術(shù)相結(jié)合，完成對不同材質(zhì)、厚度、形狀的金屬進行焊接。由于應(yīng)用廣泛，使得焊接設(shè)備通用性大大降低，應(yīng)用于液晶顯示領(lǐng)域中的焊接設(shè)備更是少之又少。目前只有臺灣、日本和國內(nèi)少數(shù)自動化廠家研制并開發(fā)出自動激光焊接專用設(shè)備。臺灣立意公司采用三菱伺服控制系統(tǒng)，臺灣孟晉公司采用德國庫卡機器人，都掌握設(shè)計開發(fā)自動焊接設(shè)備，與激光器結(jié)合完成金屬零件批量焊接的技術(shù)。只是高額的設(shè)備采購費用和低利潤產(chǎn)品，不得不讓有一定研發(fā)能力的廠家進行激光焊接設(shè)備的開發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)制造。
相對一百多萬元人民幣的進口專用設(shè)備，自制自動激光焊接設(shè)備材料成本只有二十萬元，采用雙伺服控制系統(tǒng)完成對激光器焊接加工頭的固定、調(diào)整和焊接功能，采用步進電機控制移送機械手運送金屬零件。為方便焊接工藝調(diào)整，還加入壓料，電磁鐵吸料、手動調(diào)整等功能，使自行設(shè)計的設(shè)備自動完成金屬零件焊接成為可能，并且焊接質(zhì)量和焊接效率都可以達到工業(yè)生產(chǎn)要求。
自動激光焊接設(shè)備的功能是自動將兩個“L型”金屬料片焊接成“口”料片，為下一沖壓工序做準備，其目的在于提高原材料的利用率。原有沖壓工藝過程中會產(chǎn)生中間廢料，材料利用率只有30%左右；增加自動焊接設(shè)備和焊接工藝后，沒有中間廢料產(chǎn)生，材料利用率提高到75%以上。
一、機械結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計
自動激光焊接設(shè)備機械結(jié)構(gòu)主要由積料架、移送機械手、治具板、激光焊接頭移送機構(gòu)以及機架五個部分組成，如圖1所示。積料架是將兩組“L”型金屬料堆疊起來，實現(xiàn)將料片逐步向上移送的功能；移送機械手主要由兩組帶有真空吸盤的手臂組成，通過一個步進電機和一個氣缸完成將料片依次移送到焊接治具板上，并將焊接好的零件從治具板移出的功能；治具板主要功能是完成兩個“L”型料片的精確定位；治具板上方的激光焊接頭移送機構(gòu)在兩組伺服電機的驅(qū)動下帶動依次發(fā)出激光的焊接頭勻速運動，完成金屬零件的焊接功能。
二、電氣控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計
電氣控制系統(tǒng)設(shè)計必須考慮到機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點和一些特定功能，如激光焊接頭移送區(qū)必須采用精度較高的伺服電機進行傳動，而移送機械手采用步進電機和氣缸傳動即可，同時還要考慮設(shè)備成本、維修難易程度、工作效率等多方面因素。根據(jù)該設(shè)備特點，設(shè)計出電氣控制系統(tǒng)方案如圖2所示。
可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是電氣控制系統(tǒng)的核心。它的主要功能是獲得輸入端口開關(guān)、按鈕等信號，經(jīng)過軟件處理，將輸出信號傳輸給外部中間繼電器，從而驅(qū)動氣缸電磁閥、電磁鐵、真空發(fā)生器、步進電機等外部負載，實現(xiàn)焊接金屬零件的功能。PLC還和兩個脈沖發(fā)生器通訊，再加上兩臺伺服驅(qū)動器、伺服電機以及外部傳感器組成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保伺服電機按照程序精確定位，使激光焊接頭勻速運動，達到最佳焊接效果。
為了和激光發(fā)生器進行控制通訊，PLC還通過一個小型PLC和激光器的并行輸入輸出接口通訊。其主要目的是，發(fā)出焊接指令的同時，得到激光器發(fā)出的反饋信號，確保激光器可以按照自動激光焊接設(shè)備的要求發(fā)出激光，最終來實現(xiàn)對金屬原材料的焊接功能。
（一）電源設(shè)計。由于選用三菱伺服電機，輸出電源需要三相交流220V電源，因此配備一個功率為1kW三相380V變220V變壓器專供伺服控制系統(tǒng)使用。為了防止人身觸電，控制回路均采用低壓直流24V電源，同時控制電源還采用雙直流24V電源供電系統(tǒng)。中間繼電器、PLC外部傳感器、觸摸屏都由直流開關(guān)電源供電；外部負載，如電磁閥、真空發(fā)生器、電吸鐵等，其驅(qū)動電流稍大，且容易出現(xiàn)外部短路故障，因此采用全橋整流電源?？梢婋p直流24V電源供給使得精密元器件穩(wěn)定工作的同時，還可以防止外部負載對其干擾的影響。
（二）伺服控制系統(tǒng)設(shè)計。伺服控制系統(tǒng)由PLC、脈沖發(fā)生器（FX2n-1PG）、伺服驅(qū)動器（MR-J2S-40A）和伺服電機（HC-KFS43）組成。脈沖發(fā)生器就是根據(jù)PLC的指令將正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)脈沖發(fā)送給伺服驅(qū)動器，同時接收伺服驅(qū)動器收到伺服電機編碼器的反饋信號，從而確定伺服電機是否按照PLC發(fā)出的指令正常工作。
硬件配置完成后，還要根據(jù)需求對伺服驅(qū)動器參數(shù)進行必要的設(shè)置。首先確定脈沖指令單位，該系統(tǒng)選用滾珠絲杠給進量為5mm。在程序中對脈沖發(fā)生器定義：伺服電機轉(zhuǎn)一圈激光加工頭移動的距離是5000um；伺服電機轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)量為4096（2的n次方，且最接近5000），因此脈沖指令單位就是5000/4096（即伺服驅(qū)動器每發(fā)出一個脈沖，激光焊接頭前進5000/4096um）。
