基于PLC控制的单轴直线送料机设计【8张CAD图纸+毕业论文】
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无锡职业技术学院毕业设计(论文)说明书毕业设计 题 目基于PLC控制的单轴直线送料机设计学生姓名学 号学 院专 业班 级指导教师二一七年X月摘 要控制系统的核心是PLC,它具有强大的功能、性能和很好的稳定性。它广泛的应用于当代工业自动化生产并取得了理想的控制效果。单轴直线送料机是通过单一方向上机构的运动带动工作台移动,被加工工件放置在其上,通过回零基准定位、板料夹持,使板料自动进行运行,送到滑块模具下,实现自动冲压,达到产品生产线上的工艺目标。 在了解被控对象特征的基础上,本课题针对单轴直线送料机机械结构进行设计,同时进行了基于PLC的控制系统设计。本文以交流伺服电机为驱动部分。程序设计之前,首先进行了方案的论证与设计;本次毕业设计采用了三菱公司生产的FX3U系列PLC实现单轴直线送料机控制,然后利用GX WORKS2软件对其整个过程进行程序的编写、调试和修改。最后利用GT Designer3对控制系统的控制画面进行设计。关键词:PLC;单轴直线送料机;控制系统AbstractIs the core of PLC control system, it has powerful function, performance, and good stability.It is widely used in modern industrial automation production and achieve the ideal control effect.Single shaft by a single machine, the direction of movement driven workbench mobile, workpiece is placed on them, by back to zero reference positioning clamping, sheet, sheet, automatically running, to the slider mould, automatic stamping, product in the production line process goals are met.Based on understanding of characteristics of controlled object, this topic for uniaxial machine, the mechanical structure design, based on PLC control system design was carried out at the same time.Based on ac servo motor drive part.Before the program design, first has carried on the plan and design of argument;The graduation design USES mitsubishi FX3U series PLC to achieve single axis machine, control, and then use GX WORKS2 software for the whole process of the preparation of the program, debugging and modification.Finally using GT Designer3 to design control system of the picture.Key words: PLC;Uniaxial machine;Control system目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题目的及意义11.2 自动送料机国内外的发展及趋势11.2.1国内发展状况11.2.2 国外发展状况21.2.3 国外自动送料机工业的发展趋势21.3 PLC技术的发展及趋势31.4 本文的设计任务32单轴直线送料机的总体设计42.1 拟定设计参数42.2 驱动方案的确认42.2.1 液压驱动42.2.2 气压驱动42.2.3 电动机驱动52.2.4 方案的确认52.3 传动方案的确认52.4 总体方案拟定52.3.1 执行机构的总体设计52.4.2 驱动机构的设计62.4.3 夹紧机构的设计82.5 本章小结83工作原理和控制方案的分析93.1单轴直线送料机的控制原理93.1.2 系统流程图93.2 控制方案比较与选择93.2.1 继电器控制93.2.2 单片机控制8103.2.3 PLC控制1113.2.4 PLC与其它控制装置的比较113.2.5 系统方案的确立133.3 本章小结134控制系统的硬件设计134.1 PLC控制系统结构组成144.2 PLC和I/O扩展模块的选型144.3 排线只够限位光电开关选择144.4 伺服电机控制模式的选择144.5 PLC I/0的分配144.4 系统电气控制接线图设计154.5 本章小结165 系统软件设计175.1 三菱GX WORKS2 编程软件简介185.2 单轴直线送料机PLC程序的设计185.2.1 手自动选择程序185.2.2 手动执行程序设计195.2.3 伺服手动运行程序195.2.4 上电回原点程序205.2.5 极限位置保护程序215.2.6 报警程序215.3 本章小结226 程序的仿真与画面的制作236.1 仿真的步骤236.2 执行自动程序条件236.3 触摸屏画面的制作246.4 本章小节257 总结与展望257.1 总结267.2 展望26参考文献26结 论28致 谢29III1 绪论 1.1 课题目的及意义控制系统的核心是PLC,它具有强大的功能、性能和很好的稳定性。它广泛的应用于当代工业自动化生产并取得了理想的控制效果。单轴直线送料机是通过单一方向上机构的运动带动工作台移动,被加工工件放置在其上,通过回零基准定位、板料夹持,使板料自动进行运行,送到滑块模具下,实现自动冲压,达到产品生产线上的工艺目标。本次设计的意义,在课题设计的过程中我们能学到较多课堂上学不到的东西,在设计进行阶段指导老师提供了很多PLC控制系统设计的基本要求和设计思路,整个设计过程中使受益匪浅。是我在即将离开学校踏入社会一次重要的设计体验。也是为以后的工作生活打下了基础,在此过程中我学到电气控制系统的设计方法和步骤。这次设计是我在指导老师的指导下一点点亲自完成,无论是在实地考察还是设计资料的查阅,都使得我们学到了很多东西。1.2 自动送料机国内外的发展及趋势自第三次工业革命以来,社会各方面加速发展,商品的生产与流通日益社会化、机械化、智能化,自动送料机正以崭新的面貌崛起,引起人们普遍重视。自动送料机已广泛应用于各个行业。在将来,如果没有自动送料机就没有商品的生产和销售,如果没有先进的工业与科学技术的综合发展,也不可能出现高水平的现代化生产。迄今,一些科学技术发达的国家,在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、仪表和兵器等工业部门,已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程,有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装产品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。实现生产的机械化和自动化,尤其是实现具有高度灵活性的自动生产线,不仅体现了现代生产的发展方向,同时也可以获得巨大的经济效益。由此可见,实现生产机械化和建立现代生产工业,乃是关系到国家长远规划的一件大事,也是搞好社会主义四个现代化的一项重要内容。1.2.1国内发展状况我国自动送料机工业历史短,总体技术水平和生产能力较低,但近年来在国内巨大包装市场的促进下,并受国外先进技术的影响,发展速度很快,局部技术水平有了明显提高。该工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业。根据我国国情,自动送料机工业发展的趋势是:(1)引进、消化、吸收国外先进技术,建立一批自动送料机骨干企业,包括个别中外合资企业,从而可满足大型包装生产线以及高精度、高自动化程度的单机或机组生产的需要,进而可加快自动送料机国产化的速度;(2)大多数企业要重点发展中、小型自动送料机。我国大多数企业技术水平不高,生产能力较低,生产以单机为主的中、小型自动送料机比较适宜,但要在此基础上不断提高制造精度、自动化程度和配套能力;(3)在自动送料机生产中,大量引入高新技术,研制组合式、模块式等先进结构,使自动送料机产品设计先进、使用可靠,使其性能指标、工艺水平、“三化”水平高,向机电结合、主辅机结合、成套联线方向发展;(4)以满足重点商品的包装为出发点,发展自动送料机新品种。重点开发的自动送料机设备及其研究方向为:灌装设备、贴标设备、袋成型充填封口机、折叠式裹包设备、真空换气包装设备、热缩包装机和拉伸包装设备、无菌包装设备。1.2.2 国外发展状况经过50多年的发展,国外自动送料机工业已经形成了独立完整的体系,成为机械制造的一个重要分支。首先,国外自动送料机产量稳定增长。由于消费结构和销售形式的变化,加之国际贸易的发展,对自动送料机的需求日益增加,因此国外自动送料机的产量逐年增长;其次自动送料机产品门类齐全,品种繁多。自动送料机的品种不断增加,据统计国外自动送料机品种已达140余种,并已形成系列产品,近年还出现了一大批高度技术密集型的包装生产线;最后,自动送料机生产自成体系,并向专业化生产方向发展。1.2.3 国外自动送料机工业的发展趋势(1)重点发展食品自动送料机;(2)在系统优化设计的基础上,包装单机向高速化方向发展;(3)在包装机上广泛应用电子计算机;(4)一方面为满足现代商品包装多样化的需求,发展适应多品种、小批量的通用包装技术及设备;同时又紧跟当代高新技术的发展步伐,不断研究和开发现代的先进包装技术,发展应用高新技术的现代化专用型自动送料机;(5)包装生产线向柔性自动化和“无人化”过渡;(6)自动送料机企业向专业化和大型化发展,形成若干垄断性生产基地,以低廉的投入换取高额的利润,实现企业快速发展。1.3 PLC技术的发展及趋势世界范围内PLC应用领域很广,并逐年扩大,它的技术不断升级,结构也在改进和作相应的调整,通过这些变化,现在的控制产品功能越来越强,性价比也慢慢得到人们肯定。(1)产品规模呈现出朝着两极发展的趋势。一方面小型和超小型PLC得到了重要发展,追求速度更快、性价比更高的产品。另一方面,另一方面,朝着高速,大容量,大型PLC的方向迈进。随着复杂系统的开发,控制微处理器和计算机技术改进,所要求的信息处理速度越来越快,同时也需要较大的存储容量。(2)向通信网络化发展PLC该领域发展的一个趋势网络控制系统。多台PLC之间、与上位计算机的联网通信的应用变得很普遍。PLC生产商现在都在研究自家特有的通信模块和通信软件,目得是加强PLC的联网的能力。当然相关厂家之间也在商定某些互通的通信标准,这对网络系统的构建变得更大成为了可能。(3)向模块化、智能化发展适应各种工业自动控制系统产生的种种需求,最近几年,PLC生产企业先后开发了很多新的器件和模块,例如智能I/O模块、控制模块和用于检测本体外部故障的专用模块等,它们的开发和应用不但增强了基本功能,同时还增强了系统的可靠性。 (4)编程所需工具和语言多样化与标准化生产商制造的硬件和编程工具更换频繁,丰富多彩,同时改善功能,这使得它的基本部件,如I/O模块、编程语言和编程工具、通信协议等的技术更为规范化和标准化。1.4 本文的设计任务(1)阐述单轴直线送料机的PLC控制系统设计目前研究的意义,同时简单介绍可编程控制器国内外的发展,确定其在单轴直线送料机控制系统中的可行性。(2)多种动作控制的研究。熟悉它的工作过程和条件。最后确定其控制方案。(3)PLC程序的设计,其中包含几种方案的选择、I/0接口的确定、模块的选取,功能程序的编写与设计。第 28 页 共 29 页,2单轴直线送料机的总体设计2.1 拟定设计参数驱动有效行程:3000mm 2.2 驱动方案的确认设备的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方式进行分析比较。2.2.1 液压驱动设备的驱动系统采用液压驱动,有以下几个优点:(1)液压容易达到较高的压力(常用液压为2.56.3MPa),体积较小,可以获得较大的推力或转矩;(2)液压系统介质的可压缩性小,工作平稳可靠,并可得到较高的位置精度;(3)液压传动中,力、速度和方向比较容易实现自动控制;(4)液压系统采用油液作介质,具有防锈性和自润滑性能,可以提高机械效率,使用寿命长。液压传动系统的不足之处是:(1)油液的粘度随温度变化而变化,影响工作性能,高温容易引起燃爆炸等危险;(2)液体的泄漏难于克服,要求液压元件有较高的精度和质量,故造价较高;(3)需要相应的供油系统,尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置,否则引起故障。液压驱动方式的输出力和功率更大,能构成伺服机构,常用于大型设备的驱动。2.2.2 气压驱动与液压驱动相比,气压驱动的特点是:(1)压缩空气粘度小,容易达到高速;(2)利用工厂集中的空气压缩站供气,不必添加动力设备;(3)空气介质对环境无污染,使用安全,可直接应用于高温作业;(4)气动元件工作压力低,故制造要求也比液压元件低。它的不足之处是:(1)压缩空气常用压力为0.40.6MPa,若要获得较大的力,其结构就要相对增大;(2)空气压缩性大,工作平稳性差,速度控制困难,要达到准确的位置控制很困难;(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题,处理不当会使钢类零件生锈,导致设备失灵。此外,排气还会造成噪声污染。气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的设备。2.2.3 电动机驱动电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动,交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。普通交、直流电动机驱动需加减速装置,输出力矩大,但控制性能差,惯性大,适用于中型或重型设备。伺服电动机和步进输出力矩相对小,控制性能好,可实现速度和位置的精确控制,适用于中小型设备。交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统,而步进电动机则主要用于开环控制系统,一般用于速度和位置精度要求不高的场合。2.2.4 方案的确认本次设计要为单轴直线送料机,因此对位置精度要求较高,所以采用伺服电机作为本次设计的驱动部分。2.3 传动方案的确认目前常用的传动方式有:丝杠传动;同步带传动;齿轮齿条传动。齿轮齿条传动速度快,精度相对较低低;丝杆传动速度慢,精度高;同步带传动速度快,精度底同时负载能力较小。本次设计的单轴直线送料机由于的行程较长,结合上诉三种传动方式,优先考虑齿轮齿条传动。2.4 总体方案拟定2.3.1 执行机构的总体设计 图2-1执行机构如图所示:单轴直线送料机一共由六大部分组成,分别为:操作箱、驱动机构、机架单元、工作台面、夹紧机构和导向牛眼轴承组成。2.4.2 驱动机构的设计图2-2 驱动机构 驱动机构如图2-2所示,采用伺服电机配套行星减速机的驱动结构,传动采用齿轮齿条。(1)选择伺服电机齿轮齿条工作时,需要克服摩擦阻力矩、工件负载阻力矩和启动时的惯性力矩。根据转矩的计算公式15: (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) (2.5) (2.6) (2.7) (2.8)式中: 偏转所需力矩(Nm);摩擦阻力矩(Nm);负载阻力矩(Nm);启动时惯性阻力矩(Nm);工件负载对回转轴线的转动惯量(kgm2);对回转轴线的转动惯量(kgm2);偏转角速度(rad/s);质量(kg);负载质量(kg);启动时间(s);部分材料密度(kg/m3);末端的线速度(m/s)。将数据代入计算得: 因为传动是通过齿轮齿条实现的,所以查取手册15得:弹性联轴器传动效率;滚动轴承传动效率(一对);齿轮齿条传动效率;计算得传动的装置的总效率。电机在工作中实际要求转矩 Nm (2.9)最终选择两套1.5KW伺服电机2.4.3 夹紧机构的设计图2-3 夹紧机构夹紧机构如图2-3所示,采用亚德客旋转夹紧气缸实现板材的夹紧,夹紧气缸安装板配有定位槽,使得每次装夹的位置保持一致。2.5 本章小结 本章主要介绍了单轴直线送料机总体结构设计,对各个功能模块进行了详细的介绍。3工作原理和控制方案的分析3.1单轴直线送料机的控制原理3.1.2 系统流程图根据上述控制要求,得到的流程图如下图2-1所示。图3-1设计流程图3.2 控制方案比较与选择 通常控制系统中采用得比较多的方法有以下三种:继电器、单片机、PLC。而它们各有特点,并且自各适用范围也不一样。3.2.1 继电器控制继电气狭义上的说就是我们通常指的开关,它在满足条件的情形下实现开启和关闭。采用继电器的控制系统具有几大优点,如设计电路较为直观明了、结构比较简单而且价格偏低。在实际工业中,只依靠它的触点通断来实现控制在实际应用中难免存在某些方面缺点与不足:如在触点转换时影响响应的速度,进而使得控制精度降低;开与闭的切换频率在时,容易使触点产生电火花甚至产生电弧,这样耗电量增加,并且使用寿命降低;继电器是不具有通用性的,在设计复杂逻辑关系时,要求难以实现;该系统必须手工接线和安装6。当需要改动时,哪怕很简单,调整这些过程会花费大量时间去完成。3.2.2 单片机控制8一单片机控制系统的概述及其特点单片机的别名叫微控制器,它均含有一个中央外理器(CPU),RAM,ROM,I/O接口电路,定时器/流量监测传感器等,系统时钟和系统总线,构成一个完整的微型计算机系统并能实现计算控制。单片机系统的使用是成本减低,但效率并没有减低。 二单片机控制系统的设计方法8 单片机的硬件是由处理器、存储器、输入/输出接口和外部物理设备的有效结合,软件则是对应监控程序的总合。设计系统时必须考虑硬软件要相适应,不能光开发其中一方面,这样才可以开发出性能好的控制系统。它的开发分为几个步骤,过程不能独立进行,要求交叉配合。下面分别简要予以讨论。1.总体设计开始进行设计之初,必须综合考虑系统的功能要求和其使用条件来确认出合理的各项指标,做到与标准相符合。接下来依照市面上不同产品情况和对应主机的性能和所需开发设计工具等条件来选择合理的具体设计型号。再次还要选择能使系统精度、可靠性满足要求为前提下的传感器、模拟输入/输出接口、存储器、打印机以及显示器等设备。 2.硬件设计 根据系统提出的总体要求来确定硬件部分的设计,该部分总体思路上设计出系统的电路原理图,做一些不可缺少的部件测试和结构的加工。总线的负载能力大小、它的扩展的片选方式是不可忽略的。3.软件设计监控程序的设计虽然是最基础的,但是其工作量依然不少。与我们通常熟悉的在计算机上的软件设计不一样的是它的软件设计部分是在没有操作系统的情况下完成的,在不同应用系统中软件设计通常要注意以下三个问题。(1)合理的软件结构(2)程序结构设计(3)程序设计顺序 上一步结束以后,运用对应汇编软件进行的汇编,得到所需要的机器码。3.2.3 PLC控制1一PLC控制系统概述及其特点PLC控制的特点是通用性强,使用便捷,应用面大,具有强大的抗干扰能力和程序易学易编等优点。只要计划的输入和输出信号,然后根据控制要求,PLC指令调度的PLC控制程序。它不仅可以轻松实现唯一的时序逻辑,运动控制,定时控制,计数控制,数字计算,数据处理等常用功能,还能建立数字和模拟接触I/0接口,控制各位机械,使自动控制过程达到生产目的。 (1)顺序控制。通常顺序控制过程中,由控制信号发出的指令,让各个驱动器在生产过程中,根据动作自动运行。因为这样的程序的设计具有灵活性,它的响应速度也很快,高度可靠,生和和使用成本低廉,同时管理修理方便,可以说它完全可以取代单一控制。 (2)闭环过程控制。当前功能的全部是采用PLC,因为软件能实现模拟量模块的选取,所以它更为可靠,较为复杂的系统也能容易地达到要求,它所使用的方法也非常成熟和科学。 (3)控制运动位置。PLC与数控系统相互集成后,可以精确控制CNC的位置和运动状态,当信息输入装置接受处理和计算后,发出一系列的脉冲,来控制步进电机工作,这样数控设备就能实现多轴步进电机控制的目的。(4)监控和管理。通信接口,可以显示终端。显示器较为智能,它可以通过人机界面更好的实现互动与信息的传递。操作所需要的功能都能够在显示器上显示并简单触摸就能完成。(5)独有的网络性。它能够和多台电脑之间现建立信息互联。成为具有分布式特性的控制系统,形成一个企业自动化网络。它能实现远程监控,让企业技术工人依靠专有线路去实现远程监控系统的控制1。3.2.4 PLC与其它控制装置的比较 1. 强大的抗干扰能力,可靠性好企业生产需求对PLC的性能提升要求日益迫切,其使用了以下措施:(1)滤波器与光电耦合隔离的加入,使得了不同类别的干扰信号不能进入。(2)器件里面含有电磁屏蔽。(3)为了不让电源线产生不良干扰,它使用质量非常好的开关电源。(4)自诊断能对内部检测。(5)如果电源断电或运行被迫中断,为了防止重要信息丢失,它能够用电池供电使数据及时备份。(6)冗余技术提高了PLC的使用可靠性。一般PLC可以几万小时不会出现故障,可见它的可靠性很高。无数实践表明,如果PLC系统在生产使用时出现了故障,多数原因是控制核心之外的开关、执行元件等造成的,并非PLC核心的问题。2. 通用能力强,使用简便如今PLC设备批量化生产,产品均已实现了标准化,用户可以选取各种输入/输出模块和配套部件,能便捷搭建成所需的控制系统,使用者只需简单的程序设计。3. 简便与易理解的编程过程PLC是企业控制的重要核心,它所面向的对相是企业中的专业人才。技术人员一般不用使用计算机编程语言,而且PLC编程和继电器梯形图语言有着很强的相通性,使得容易上手,所编出来的程序简单和容易理解。4. 科学成熟的结构模块化,系统组合方便灵活可编程控制器它的每个组成部分是采用模块化设计的,通过机架和电缆把各模块连接起来。系统的功能和尺寸可以根据自己的实际需要相结合的,让用户可以在一个合理的成本条件下满足性能要求。5设计所花时间短它急速缩短了整个设计所用时间,推进了设计的步伐。6安装、调试便捷PLC通常是不用配制专用的房间,它可以直接运行在各种企业生产条件中。实际使用过程中,把PLC的I/0端口与实际设备对应连接,系统就能够启用,同时接线的任务量反而比以前采用的系统少许多。在实验室里面就可以设计与调试大部分程序,输入信号可以用模拟开关替换,通过观看二极管的显示情况就可以知道PLC的输出状态。如果突然出现故障可以参照PLC上发光二极管以及编程器反映出来的信息,立马找到出现故障的设备。假如是自身发生了问题,这种情况下可以更换模块的方法去解决故障。它的这些优点不仅使维护效率大为提升,而且又使对生产的不良影响减少到非常小的水平,同时又保障了生产。3.2.5 系统方案的确立总结前面所诉多种方面的因素与实际意义,本次设计的方案最终选取PLC来作为控制系统的核心,如2.4.4小节所阐述的PLC具有其他多种控制方案都不具有的一些优点和特点,它更符合本次设计所要达到的要求和目的。3.3 本章小结 本章主要介绍了单轴直线送料机所要达到的功能控制效果、原理、控制核心的选取和三种方案的论证与对比。4控制系统的硬件设计4.1 PLC控制系统结构组成本次设计中的单轴直线送料机控制系统硬件是主要由三菱PLC、继电器、伺服驱动器、断路器等组成。4.2 PLC和I/O扩展模块的选型 选择合适的PLC是本次设计能达到所需控制目的的关键。选用的原则从下面几个因素考虑:机型类别、容量大小、输入/输出模块数量。 本单轴直线送料机输入分配:8个点,输出分配:5个点。本次设计所选用的是由三菱公司制造的小型整体式PLC,具体型号为FX3U-32MT-001,此型号输入/输出端子数量都是16点,基本满足了本次设计的控制需求。FX3U-32MT-001的CPU单元规格是:I/O数量均为16点,输入、输出形式为晶体管型,电源采用AC220V。4.3 排线只够限位光电开关选择本次排线机构为了防止过行程,需要两个极限限位,通过采用光电开关实现。在此采用红外光电开关,本设计选用个光电开关为,上海坤式 GBL41X系列,NPN型,作用距离5M,直流24V,2线输出 电流1000MA。4.4 伺服电机控制模式的选择1、 转矩控制:转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小。2、 位置控制:位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。3、 速度模式:通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。根据控制要求为位置控制,本文选用三菱MR-JE伺服驱动器,采用位置控制模式。4.5 PLC I/0的分配FX3U的I/O通道号一般采用自由配置、固定信道模式。可以任意选取输入和输出继电器,输入点对应输入继电器,同样输出点对应输出继电器,由上述控制要求可得到单轴直线送料机控制系统I/O分配表如图4-1所示。图4-1 I/O接口分配4.4 系统电气控制接线图设计单相线制是本系统所采用的供电方式。它的电源等级为AC220V5,50Hz,系统PLC接线图,伺服电路和主电路图如图3-2到3-4所示。图4-2 PLC接线图如图4-2所示,PLC的供电为220V交流电,输入端开关量信号一端接开关电源的0V端,输出段COM接开关电源0V段,辅助继电器一端接开关电源24V+段,一端接PLC输出端。图4-3 伺服电路图4-4主电路如图4-4所示,继电器输出电路的作用是,保护PLC由于电气元件损坏而烧毁PLC,一般PLC的输出端都是接小型继电器,在小型继电器的触点接到外部输出设备上。本电路为小型继电器触点输出到外部设备的电路。4.5 本章小结 本章是本设计的重点,主要介绍了控制系统的硬件设计部分,包含PLC点的分配、具体型号的的选取、硬件的接线等。 5 系统软件设计5.1 三菱GX WORKS2 编程软件简介进入软件初始化界面以后,在【文件】下拉菜单当中,单击“新建”,这样就创建了新文件。然后在【设备名称】中输入具体名称,如“单轴直线送料机控制电路设计”,选取自己所需实际PLC,下一步再单击设定按钮选取CPU,确定后,就能进入编程界面,如图5-1所示界面。图5-1 编程界面编写好梯形图后,紧接着便能编译、链接和调试等操作。编译过程中没有出现问题,在线运行便可以进行。当出发现问题而需要调整,不仅能在梯形图模式下调整,还能在助记符方式下完成修正。编译结束后,如果没有出现语法上的问题,可以把程序上传到PLC中,在线运行。5.2 单轴直线送料机PLC程序的设计5.2.1 手自动选择程序当整个系统上电后,需要选择执行手动程序还是自动程序,手自动选择程序梯形图如图4-2所示:图5-2 选择选择程序由电气原理图可知,急停和停止按钮是以常闭点接入PLC中,在程序中需要注意此时的点是常开信号。当系统需要执行自动程序时,需要满足两个条件:一是将X6的旋钮拨到自动档,二是板料有无信号X7必须导通。当两个条件同时满足后,按下启动按钮X3可执自动程序。5.2.2 手动执行程序设计在系统工作时,需要手动调试,梯形图如下图4-3所示:图5-3 手动程序上述程序可以看出,本程序段运用ALTP指令,该指令为脉冲执行,当执行条件第一次满足时,ALTP执行的操作位元件被置ON,当执行条件第二次满足时,ALTP执行的操作位元件被置0。5.2.3 伺服手动运行程序单轴直线送料机上电后,需要手动检修和手动定位执行,因此需要手动控制两轴进给伺服电机,其程序如下图5-4所示:图5-4 进给轴手动程序由上诉程序可以看出,手动伺服运行是通过上位机发出的手动正反转运行信号。如程序可以看出,M6接通执行伺服1/2正转信号,M7接通执行伺服1/2反转信号。DDRVI K999999999 D100 Y000 Y002这条指令的含义是:DDRVI是相对定位指令 K999999999是脉冲数和脉冲反向,此时为正方向,脉冲数是无穷个。D100是每秒发出的脉冲格式。Y000为X轴脉冲输出,Y002为脉冲方向。5.2.4 上电回原点程序系统每次上电需要执行上电回原点操作,其部分梯形图如下图5-5所示图5-5 上电会原点操作M8002和上电回原点操作的发出信号,当PLC上电后,M20置位,ZRN 为PLC内置的回原点指令。5.2.5 极限位置保护程序在系统执行过程中,如果系统原因到达极限位置,需要使得主轴停止,其程序如下图5-6所示:图5-6 极限位置保护上诉程序的辅助继电器M8343和M8344针对的是Y000脉冲口,当M8343和M8344接通后,Y000停止速出脉冲信号,从而起到保护作用。5.2.6 报警程序如下图5-7所示:图5-7 报警程序当系统板料没有的情况下,将发出报警信号。5.3 本章小结 本章节主要介绍了利用PLC来实现控制系统设计的具体流程,介绍了编程软件的简单使用、阐述了程序流程图的设计等,并对主要程序段所表达的控制功能进行详细的说明,使之能够便于更加迅速的理解程序。6 程序的仿真与画面的制作仿真软件的功能就是将编写好的程序在电脑中虚拟运行,如果没有编好的程序,是无法进行仿真的。首先必须先安装编程软件GX WORKS2。6.1 仿真的步骤(1)启动编程软件GX WORKS2 (2)通过“快捷图标”启动仿真如图6-1所示。图6-1 仿真启动画面启动仿真后,程序开始在电脑上模拟PLC写入过程 并且可以通过“在线”中的“软元件测试”来强制一些输入条件ON或者OFF。监控程序的运行状态。6.2 执行自动程序条件要想能够正常运行自动程序,首先原点X7必须为ON,其次手动/自动旋转必须旋转自动执行,这里我们强制X4/X5/X6/X7为ON,结果如下图6-2所示:-图6-2 软元件强制ON如图6-2所示:此时M0得电,下面我们将自动启动X3信号强制ON,看看程序有何变化,如下图6-3所示:图6-3 自动启动此时,可以看出M1已经为0N,说明自动程序已经执行:6.3 触摸屏画面的制作本次设计运用三菱GT Designer3软件进行人机界面的绘制,本次设计制作了操作画面,如下图6-4所示:图6-4 人机界面如图所示,本次人机界面主要分为四大区域,分别为数据监视,数据调整,手动操作和报警窗口组成。6.4 本章小节本章主要对PLC程序进行仿真测试,通过仿真软件的测试,最终确认编写的程序无误。7 总结与展望7.1 总结本文主要是针对“单轴直线送料机控制系统的设计”的研究。运用功能模块完成了开关量、脉冲量的转换,从而达到了对上述伺服的控制、报警等功能的目的。本文所做的主要工作:(1)通过查阅设计资料,了解单轴直线送料机的控制原理及控制流程。(2)学习PLC过程控制知识方法实现单轴直线送料机自动控制。(3)电气原理图的绘制。由于本人所学相关知识较少,实践能力不足,客观上时间和实验条件上的制约,使得本次单轴直线送料机系统的部分功能设计存在着某些缺陷,我会在今后的学习和工作中不断加强理论与实践。7.2 展望PLC有着许多优点,经过几十年的发展,在实际工业中已经得到了广泛的运用。不可否认,开发方法还存在不足,系统化、集成化有待加强。相应技术进一步的稳步提升,模拟量的控制采用PLC来实现应用也越来越多,因此增添D/A,A/D转换及运算功能的仿真很必要。开发工具功能的进一步更新补充,控制系统前景也越来越明晰,对整个社会的经济和工业现代化程度提升都有着积极的意义。通讯技术网络化和软硬件的高速发展,这对自动化领域技术产生深远影响和进步。PLC是自动化控制的最基础设备,其技术的不断成熟,它的优势越来明显。参考文献1 汪晓平等. 可编程控制器系统开发实例导航. 北京:人民邮电出版社,2004 2 钟肇新.可编程控制器原理及应用.广州:华南理工大学出版社,20033 郭宗仁,吴亦峰,郭永.可编程控制器应用系统设计及通信网络技术.北京:人民邮电出版社,20004 付家才.工业控制工程实践技术. 北京:化学工业出版社,20035 张桂香.电气控制与PLC应用.北京:化学工业出版社,20036 于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京:清华大学出版社,20047 范永胜,王岷电气控制与PLC应用2版北京市:中国电力出版社,2007 8 白林峰,李国厚单片机原理与应用设计1版北京市:化学工业出版社,2009.29 秦春斌,张继伟PLC基础及应用教程:三菱FX-2N系列1版北京市:机械工业出版社,2010.1010 刘艳梅,张震等三菱PLC基础与系统设计1版北京市:机械工业出版社,2009.7 11 王益全电动机原理与实用技术北京市:科学出版社,200512 王文义可编程控制器北京市:科学出版社,200913 王时军轻轻松松学三菱PLC北京市:机械工业出版社,2011.514 邓海龙传感器与检测技术北京市:中国纺织出版社,2008.1015 韩雪涛,韩广兴,吴瑛PLC技术速成全国解北京:化学工业出版社,2011.1216 赵嵬,汤嘉立,郎文林.西门子S7-200/300系列入门M.北京:电子工业出版社,2011.结 论通过这次基于PLC控制的单轴直线送料机设计,我认识到了单纯的理论知识学习和 实际设计之间的差距。 通过这次毕业设计既锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,解决实际应用问题的能力,同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计 规范以及电脑制图等其他专业能力的水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且使我的毅力,意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。这些都是我希望得到的 也是毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多,过程繁琐,但我的收获也是非常的多。各种设计方案的适用条件,各种零部件的选用标准,我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。从毕业设计中学来的这些宝贵的知识和经验,必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力,更强的沟通力和理解力。本次设计参考了许多资料,吸取了其优点,并在考虑我国实际的基础上完成了基于PLC控制的单轴直线送料机设计,表达了自己的设计思想,完成了设计任务。但是由于缺乏生产和设计经验,问题一定很多,这些都需要老师改正,使之更合乎生产实际。致 谢这次毕业设计可以圆满的完成,离不开导师XXX的悉心指导。从课题的提出和论证到论文完成,X导师渊博的学识、先进的学术思想、对待研究的严谨态度和无私的奉献精神都是学生的楷模,使我受益匪浅,在论文完成之际,谨向尊敬的X导师致以崇高的敬意和由衷的感谢。经过这段时间的毕业设计,我感觉到掌握扎实的基础知识和学会使用必要工具的重要性,深刻体会到网络资源的巨大作用,在遇到难以解决的问题时,可以在网络中寻找所需的资料,到相关的论坛上去求得帮助;学会灵活运用电脑网络这个现代工具是我们必备的素质。同时毕业设计对我的英语水平也提出了较高的要求,通过阅读英文资料、翻译英文材料切实提高了我使用英语的水平,使我在今后的学习中不至落后现代技术发展的潮流。在进行毕业设计的过程中 ,我的感激之情无以言表,仅以此文献给他们,感谢我的朋友们,大家这四年来无论深处何地,距离多远,我始终感受的到与你们大家在一起;感谢我的老师,四年来对我的关心帮助让我在学校的生活和学习中都能有亲人般的感觉;感谢我的同学们,大家虽然来自不同的地方,但是大家始终相亲相爱,团结一致。我很庆幸能有了你们大家陪我一路走过艰难的历程。回首大学四年,往事历历在目,心绪难以平复,如此多的关心和帮助让我感到莫大的幸运,感觉充满力量,无论是身边的同学老师还是远方的亲人朋友们,他们的支持是我可以努力和坚持的最大动力,有了他们才真正让我感受到这个世界是无与伦比的美丽,这些都将支持我走向新的岗位,为社会为他人贡献我的绵薄之力。
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