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自动化生产线毕业设计

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  自动化生产线毕业设计_工学_高等教育_教育专区。毕 业 设 计(论文) (说 明 书) 题 姓 编 目: 名: 号: 自动化生产线 陈雪峰 平顶山工业职业技术学院 2011 年 5 月 20 日 平顶山工业职业技

  毕 业 设 计(论文) (说 明 书) 题 姓 编 目: 名: 号: 自动化生产线 陈雪峰 平顶山工业职业技术学院 2011 年 5 月 20 日 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 (论文) 任 务 书 姓名 专业 陈雪峰 电气自动化 2011 年 2011 2 月 年 2 5 21 月 月 28 20 日 日 日 任 务 下 达 日 期 设计(论文)开始日期 设计(论文)完成日期 设计(论文)题目: A·编制设计 2011 年 自动供料系统控制 B·设计专题(毕业论文) 指 导 教 师 系(部)主 任 马超 郭宗跃 2011 年 6 月 2 日 2 平顶山工业职业技术学院 毕业设计(论文)答辩委员会记录 自动化与信息工程 系电气自动化专业,学生 陈雪峰 于 2011 年 12 日进行了毕业设计(论文)答辩。 设计题目: 专题(论文)题目: 指导老师: 马超 自动化生产线系统控制 自动供料系统控制 6月 答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况, 经答辩委员会讨论评定,给予学生 绩为 答辩委员会 人 答辩委员会主任(签字) : 答辩委员会副主任(签字) : 辩委员会委 员: , , 。 。 人,出席 陈雪峰 毕业设计(论文)成 3 平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语 第 共 学生姓名: 陈雪峰 专业 自动化生产线 电气自动化 年级 页 页 08 级 毕业设计(论文)题目: 评 阅 人: 指导教师: 成 绩: 马超 (签字) 年 月 日 系(科)主任: (签字) 年 月 日 毕业设计(论文)及答辩评语: 目录 目录..............................................................................................................1 第 1 章 自动供料机构概述........................................................................7 1. 1 供 料 机 构 控 制 要 求 .......................................................................................7 1. 2 供 料 机 构 主 要 组 成 与 功 能 .........................................................................7 第 2 章 动力硬件的选择............................................................................9 2. 1 电 机 的 分 类 .....................................................................................................9 2. 2 电 机 的 选 择 ................................................................................................. 10 2. 4 电 机 的 结 构 ...................................................................................................11 2. 5 步 进 电 机 的 优 点 ......................................................................................... 11 2. 6 步 进 电 机 的 特 点 ......................................................................................... 12 2. 7 驱 动 控 制 系 统 .............................................................................................. 13 2. 8 电 磁 阀 的 选 择 .............................................................................................. 15 2. 9 空 气 泵 的 型 号 和 技 术 参 数 .......................................................................16 第 3 章 PLC 的选型和地址分配.............................................................. 17 3. 1 PLC 的 应 用 特 点 :..................................................................................... 17 3. 2 工 作 环 境 ........................................................................................................17 3. 3 PLC 模 块 ....................................................................................................... 18 3. 4 端 子 接 线 ........................................................................................................19 3. 5 西 门 子 PLC 控 制 原 理 图 ..........................................................................20 3. 6 I/O 地 址 分 配 及 功 能 说 明 .......................................................................21 第 4 章 供料系统的程序设计..................................................................22 4. 1 程 序 的 要 求 和 工 作 流 程 ........................................................................... 22 致谢............................................................................................................26 参考文献....................................................................................................27 摘要 在现代科学技术的许多领域中,自动控制技术起着愈来愈重要的作用,并且,随 着生产和科学技术的发展, 自动化水平也越来越高。自动控制利用控制装置使被控对 象的某个参数自动的按照预定的规律运行。从上个世纪九十年代开始,集成自动化的 理念逐渐深入人心。 在一个集成自动化体系里面,系统中设备间能够最大程度上实现资源利用与共 享。然而,集成自动化离不开强大的开发平台的支持,当今工业发展中广泛应用的有 液压控制、组态控制还有编程控制我们采用的是 PLC 编程控制。 PLC 的编程概念和控制思想已为广大的自动化行业人员所熟悉, 这是一个目前任 PLC 系统硬件技术成 何其他工业控制器都无法与之相提并论的巨大知识资源; 其次, 熟,性能价格比较高,运行稳定可靠,开发过程也简单方便,运行维护成本很低。所 有这些特点造就了 PLC 的旺盛生命力。最初的工厂自动化控制主要是以继电器回路 控制占据主导地位,电气控制人员常常抱怨这种控制系统体积大、耗电多、寿命短、 可靠性差以及运行速度慢等缺点,急需要一种新的控制装置来取代,所以 PLC 的出 现是顺应时代、趋势的发展。它的出现,在技术角度大大方便了电控设计人员,软硬 件设计简便,维护方便,在体积、可靠性、耗电量有很大程度的提高,从而带动成本 的节约,而且可以通过计算机进行数据的传输和监控,一系列的优点使 PLC 很快被 接受并代替继电器控制回路广泛应用于工厂自动控制中。 伴随时代发展,进入 21 世纪崭新工业控制领域,PLC 仍然能够引导自动化行业 的发展, 主要是由于在最初其采用计算机的设计思想和适应各种现场应用,随着电子 事业的飞速发展,PLC 已经可以在各个领域去适应不同的客户要求。这就是 PLC 的 生命力,具有一个非常灵活的大脑,和可以随时变化和更新的身体部件。PLC 从问世 到现在,已经完全超越了最初的逻辑控制、顺序控制的范围,具备模数转换、数模转 换、高速计数、速度控制、位置控制、轴定位控制、温度控制、PID 控制、远程通讯、 高级语言编程等功能。 本设计的自动加料机控制系统就是采用可编程控制器自动控制技术来实现功能 的,这样就大大提高了工作的效率,整个过程又快又稳。多年来,可编程控制器从其 产生到现在,实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强,实现了逻辑控制 到数字控制的进步; 其应用领域从小到大, 实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、 过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的 PLC 在处理模拟量、数字运算、人 机接口和 网络的各方面能力都已大幅提高,成为工业控制领域的主流控制设备,在 各行各业发挥着越来越大的作用。 6 第 1 章 自动供料机构概述 1.1 供 料 机 构 控 制 要 求 1.供料机构 当光电传感器 A 检测到井式工件库中有工件时,按动“启动”按钮 SB5,延时 0.5 秒单杆气缸 A 动作将工件推出,磁性传感器输出到位信号后,单杆气缸退回;若光电 传感器 A 检测工件库中没有工件时,报警装置发出告警声音,放入工件后告警声音自 动停止。 2.输送机构 输送机构由直线移动装置和气动机械手组成,当工件被推到输送带上,单杆气缸 A 退回,磁性传感器输出到位信号后,步进电机驱动器接收 PLC 的脉冲控制信号,驱 动三相步进电机运行,带动输送带,传输工件至收料装置,光电传感器 B 检测工件到 位后,延时 0.5 秒输送带停止传动。 当工件到位后,双导杆气缸前伸,磁性传感器 2-1 检测到位后,前臂单杆气缸 B 下降, 磁性传感器检测到位后, 延时 0.5 秒气动手指 A 抓取工件, 磁性传感器检测到夹 紧信号后;前臂单杆气缸 B 上升,磁性传感器检测到位后,双导杆气缸缩回,磁性传 感器检测到位后;气动机械手摆台向右摆动,行程开关 A 检测摆台到位后,双导杆气 缸前伸,磁性传感器 2-1 检测到位后,前臂单杆气缸 B 下降,磁性传感器检测到位后, 气动手指 A 将工件放入待料位,前臂单杆气缸 B 上升,磁性传感器检测到位后,双导 杆气缸缩回,磁性传感器检测到位后,气动机械手摆台向左摆动,行程开关 B 检测摆 台到位后,等待下一个工件到位,重复上面的动作。 3.启动、暂停、复位、警示 1) 按“启动”按钮 SB5 后系统自动复位, 警示绿灯亮、 放入工件后自动线开始运行, 得人为干预执行机构,以免影响设备正常运行。 2)按“暂停”按钮 SB6,所有部件均暂停运行,同时暂停红灯亮。 自动线在运行过程中,若出现异常情况,点动“复位”按钮 SB4,这时系统全部回 到初始位置,同时要把自动线上各工位的工件取出后,再重新启动 4.突然断电的处理 突然断电,设备停止工作。电源恢复后,将自动线上的工件取出后,再重新启动 1.2 供 料 机 构 主 要 组 成 与 功 能 1.主要组成及功能 7 图 2-1 供料机构组成图所示 井式工件库、单杆气缸、光电传感器、工作定位装置、工件、工件锁紧装置、工 件推出装置、磁性传感器、调压过滤器、电控阀、安装支架等组成。主要完成将工件 依次送至直线移动装置上,没有工件时,报警装置发出告警声音,放入工件后告警声 音自动停止。 1)光电传感器 A:物料检测为光电漫反射型传感器,工件库中有物料时为 PLC 提供一个输入信号。 2)磁性传感器:用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给 PLC 发出 一个到位信号。 磁性传感器接线时注意蓝色接“-”,棕色接“PLC 输入端”) 。 3)单杆气缸 A:由单向气动电控阀控制。当气动电控阀得电,气缸伸出,同时将 物料送至直线)调压过滤器:对输入系统的气源进行过滤,将调节旋钮提起后,通过旋转可以 调节系统气压大小,顺时针旋转,气压增大。 5)安装支架:用于安装送料气缸及井式工件库。 2.指标: 1)控制电源:直流 24V/6A 8 2)PLC 控制器(西门子) 3)电磁阀:4V110-06-DC24V 4)调速阀:出气节流式 5) 磁性传感器:24V、D-C73 6)单杆气缸 A:CDJ2B10-45-B 7)光电传感器 A:SB03-1K 8)调压过滤器:AFR-2000M(配有压力表 0~1MPa) 3.供料机构的选择 由输送带、步进电机及驱动模块(三相、5A) 、光电传感器 B、气动机械手、气动 手指 A、双导杆气缸、摆台、行程开关、单杆气缸、磁性传感器、缓冲器、多种类型 电磁阀组成。主要完成将工件输送到收料位置;气动机械手通过手臂前伸,前臂下降, 气动手指夹紧工件,前臂上升,手臂缩回,手臂摆台右摆,手臂前伸,前臂下降,手 爪松开将工件放到待料工位,机械手返回原位,等待下一个工件到位,重复上面的动 作。 三相步进电机:用于驱动输送带转动,将物料输送到收料装置。 第 2 章 动力硬件的选择 2.1 电 机 的 分 类 1.根据电动机工作电源的不同 可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动 机还分为单相电动机和三相电动机。 2.按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机,异步电 动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。 感应电动机又分为三相异步 电动机、 单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电 动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。 有刷直 9 流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。 电磁直流电动机又分为串励直流 电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分 为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 3.电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相 异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 4.电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具(包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工 具)用电动机、家电(包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟 机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等)用电动机及其它通用小型机械设备(包 括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机。 控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5.电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和 绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线 电 机 的 选 择 本实验控制的是皮带,当物料由料仓下来后,推料缸把工件推出到物料台上,在 输送单元的控制程序中, 在驱动机械手装置来抓取此物料,由于本实验对物料到位的 位置有比较严格的要求, 所以对于电机的精确度要求比较高,步进电机的步距角比较 小, 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移 量, 从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和 加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没 有积累误差(精度为 100%)的特点,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动 步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”) ,所以本实验采用步 进电机。 2.3 步 进 电 机 的 工 作 原 理 这种工作方式,因三相绕组中每次只有一相通电,而且,一个循环周期共包括 三个脉冲,所以称三相单三拍。 1.三相单三拍的特点: 1)每来一个电脉冲,转子转过 b 表示。?。此角称为步距角,用?30 10 2)转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序,改变通电顺序即可改变转向。 2.1.1 三相反应式步进电动机工作原理图 2.步进电动机按工作方式分类:可分为功率式和伺服式两种。 1)功率式:输出转矩较大,能直接带动较大负载(一般使用反应式、混合式步 进电动机) 。 2)伺服式:输出转矩较小,只能带动较小负载(一般使用永磁式、混合式步进 电动机) 。 2.4 电 机 的 结 构 1.电机固有步距角: 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了 一个步距角的值,如 86BYG250A 型电机给出的值为 0.9°/1.8°(表示半步工作时为 0.9°、整步工作时为 1.8°) ,这个步距角可以称之为“电机固有步距角”,它不一 定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。 2.步进电机的相数: 是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电 机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距角为 0.9°/1.8°、三相的为 0.75°/1.5°、五相的为 0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不 同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则‘相数’将变 得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角 2.5 步 进 电 机 的 优 点 1.电机旋转的角度正比于脉冲数; 11 2.电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时) ; 3. 由于每步的精度在 3%-5% ,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较 好的位置精度和运动的重复性; 4.优秀的起停和反转响应; 5.由于没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命; 6.电机的响应仅由数字输入脉冲确定,因而可以采用开环控制,这使得电机的结 构可以比较简单而且控制成本 ; 7.仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转; 8.步进电机最有意义的一个优点就是在开环系统里可以实现精确的控制。开环控 制意味着不需要关于(转子) 位置方面的反馈信息。 这种控制避免了使用昂贵的传感器以及象光学编码器这样 的反馈设备,因为只需要 跟踪输入的步进脉冲就可以知道你(转子)的位置。度正比于脉冲频率,因而有 比较宽的转速范围。 2.6 步 进 电 机 的 特 点 1.一般步进电机的精度为步进角的 3-5%,且不累积。 2.步进电机外表允许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失 步,因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来讲, 磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上,有的甚至高达摄氏 200 度以上,所以步进电 机外表温度在摄氏 80-90 度完全正常。 3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反 向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导 致力矩下降。 4.步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声 步进电机有一个技术参数: 空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启 12 动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。 在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有 加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速 升到高速) 。 步进电动机以其显著的特点, 在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同 的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高, 步进电机将会在更多的领域得到 应用。 2.7 驱 动 控 制 系 统 2.7.1 驱 动 控 制 系 统 的 组 成 1.脉冲信号的产生 脉冲信号一般由单片机或 CPU 产生,一般脉冲信号的占空比为 0.3-0.4 左右,电 机转速越高,占空比则越大。 2.信号分配 二相四拍为 ,步距角为 1.8 度;二相八拍为 ,步距角为 0.9 度。四相电机工作方 式 也 有 二 种 , 四 相 四 拍 为 AB-BC-CD-DA-AB, 步 距 角 为 1.8 度 ; 四 相 八 拍 为 AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为 0.9 度) 。 3.功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。 步进电机在一定转速下的转矩取决于它的 动态平均电流而非静态电流(而样本上的电流均为静态电流) 。平均电流越大电机力 矩越大, 要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场 合采取不同的的驱动方式,到目前为止,驱动方式一般有以下几种:恒压、恒压串电 阻、高低压驱动、恒流、细分数等。 2.7.2 细 分 驱 动 系 统 的 工 作 原 理 1.概念 将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法,称为细分驱动,细 分是通过驱动器精确控制步进电动机的相电流实现的,与电机本身无关。 2.原理 让定子通电相电流并不一次升到位,而断电相电流并不一次降为 0(绕组 电流波形不再是近似方波,而是 N 级近似阶梯波) ,则定子绕组电流所产生的磁场合 力,会使转子有 N 个新的平衡位置(形成 N 个步距角)。 13 2.7.3 步 进 电 动 机 驱 动 器 的 特 点 1.构成步进电动机驱动器系统的专用集成电路: 1) 2) PMM8723 脉冲分配器集成电路: 如三洋公司的 PMM8713 (三/四相) 、 包含脉冲分配器和电流斩波的控制器集成电路:如 SGS 公司的 L297 (四相) 、PMM8714(五相)等。 (四相) 、L6506(四相)等。 3) 只含功率驱动(或包含电流控制、保护电路)的驱动器集成电路:如日 本新电元工业公司的 MTD1110(四相斩波驱动)和 MTD2001(两相、H 桥、斩波驱 动) 。 4) 将脉冲分配器、功率驱动、电流控制和保护电路都包括在内的驱动控 制 器 集 成电路 ,如 MOTOROLA 公司 的 SAA1042 (四 相)和 ALLEGRO 公司的 UCN5804(四相)等。 2.7.4 步 进 电 动 机 驱 动 器 电 气 参 数 2.1.2 电气参数 2.7.5 PLC 与 驱 动 系 统 的 接 线 连接在步进电机驱动器的 PLUS 上,Q1 连接在步进电机驱动器的 SIGN 上。 然后你找到定位指令模块。Q0 发高速脉冲。Q1 输出 ON 或者 OFF 来控制电机旋转 方向。 有的步进电机驱动器能接受正反向脉冲的(不是 PLUS 和 SIGN,而是 PLUS1 和 PLUS2),那么你把 Q1 的电流方向反过来接。然后 QO 发脉冲时候,电机正转 的线 发出的脉冲就是控制反转的了。 14 2.1.3 PLC 与驱动器的接线 步 进 电 机 与 驱 动 器 的 接 线 注意:当控制信号不是 TTL 电平时,应根据电压大小在各信号输入端口(非公 共端)外串限流电阻,如 12V 时加 1K 电阻,24V 时加 2K 电阻,每路信号都要使用 单独的限流电阻,不要共用,驱动器上电后 3 秒时间内为驱动器内部初始化过程,不 接收任何控制信号,同时也不输出电流。 图 2.1.4 电机与 驱动器的接线 电 磁 阀 的选择 电磁阀里有密闭的腔,在的不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔中 间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通过控制 阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔,而进油孔是常开的,液压油就会进入不同 的排油管,然后通过油的压力来推动油刚的活塞,活塞又带动活塞杆,活塞竿带动机 械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。 实际上,根据流过介质的温度,压力等情况,比如管道有压力和自流状态无压力。 1.根据压力参数选择电磁阀的原理和结构品种 1) 公称压力: 这个参数与其它通用阀门的含义是一样的, 是根据管道公称压力来定。 15 2)工作压力:如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理;最低工作压 差在 0.04Mpa 以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。 2.电气选择:电压规格应尽量优先选用 AC220V、DC24 较为方便。 3.根据持续工作时间长短来选择:常闭、常开、或可持续通电 1)当电磁阀 需要长时间开启,并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。 2)要是开启的时间短或开和关的时间不多时,则选常闭型。 3)但是有些用于安全保护的工况,如炉、窑火焰监测,则不能选常开的,应选 可长期通电型。 2.9 空 气 泵 的 型 号 和 技 术 参 数 1.型号:ZB-0.101S 图 2. 1 . 5 为 空 气 压 缩 机 实 物 图 16 2.技术参数: 1)公称容积流量 0.10m3/min 2)额定排出压力 0.8mpa 3)质量 25kg 4)转速 2850 r/min 5)外形尺寸 ,长×宽×高 560×280×590 mm 3.作用:吸收经过滤的外界空气在压缩机内形成高压气体,然后进入储气罐,再经过减压 净化、稳压、干燥等处理 第 3 章 PLC 的选型和地址分配 3.1 PLC 的 应 用 特 点 : 1.可靠性高,抗干扰能力强 2.配套齐全,功能完善,适用性强 3.学易用,深受工程技术人员欢迎 PLC 是面向工矿企业的工控设备。 4.统的设计,工作量小,维护方便,容易改造 3.2 工 作 环 境 1.温度 :PLC 要求环境温度在 0~55oC,安装时不能放在发热量大的元件下面, 四周通风散热的空间应足够大。 2.湿度 :为了保证 PLC 的绝缘性能,空气的相对湿度应小于 85%。 3.震动:应使 PLC 远离强烈的震动源,防止振动频率为 10~55Hz 的频繁或连续振 动。当使用环境不可避免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。 4.气体 :避免有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较 多 粉 尘 或 腐 蚀 性 气 体 的 环 境 , 可 将 PLC 安 装 在 封 闭 性 较 好 的 控 制 室 或 控 制 柜 中。 5.电源:PLC 对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或 电源干扰特别严重的环境中, 可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器,以减少设备与地 之间的干扰。 一般 PLC 都有直流 24V 输出提供给输入端,当输入端使用外接直流电源 时,应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源,由于纹波的影响,容易使 PLC 接收到错误信息。 17 3.3 PLC 模 块 图 3.1.1 PLC 模块 3.3.1 电源模块: 三相四线V 交流电源经三相电源总开关后给系统供电,设有保险丝,具有漏 电和短路保护功能,提供单相双联暗插座,可以给外部设备、模块供电,并提供单、 三相交流电源,同时配有安全连接导线 按钮模块: 提供红、黄、绿三种指示灯(DC24V) ,复位、自锁按钮,急停开关,转换开关、 蜂鸣器。提供 24V/6A、12V/5A 直流电源,为外部设备提供直流电源。 1.变频器模块:采用西门子 MM420 变频器,三相 380V 供电,输出功率 0.75KW。 集成 RS-485 通讯接口,提供 BOP 操作面板;具有线性 V/F 控制、平方 V/F 控制、可 编程多点设定 V/F 控制,磁通电流控制、直流转矩控制;集成 3 路数字量输入/1 路 继电器输出,1 路模拟量输入/1 路模拟量输出;具备过电压、欠电压保护;变频器、 电机过热保护;短路保护等。提供调速电位器,所有接口均采用安全插连接。 2.PLC 模块: 一站采用西门子 CPU226 DC/DC/DC 晶体管主机, 集成数字量 I/O (24 路数字量输入/16 路数字量输出) 、两个 RS-485 通信口、2 相高速脉冲发生器,最大 脉冲频率 10KHZ,+EM222(8 路数字量输出) 。二站采用 CPU226 AC/DC/RELAY 继电器 (24 路数字量输入/16 路数字量输出) 、两个 RS-485 通信口、+EM222(8 路数字量输 出) ,在每个 PLC 的输入端均有开关,PLC 主机的输入/输出接口均连到面板上,方便 用户。 18 3.4 端 子 接 线 供料机构、输送机构、加工与检测机构端子接线 端子接线.光电传感器引出线:棕色表示“+”接“+24V”,蓝色表示“-”接“0V”,黑色表示“输出”接“PLC输入端”。 2.磁性传感器引出线V”,棕色表示“+”接“PLC输入端”。 3.电磁阀引出线 西 门 子 PLC 控 制 原 理 图 一号西门子 PLC S7-200 CPU226 (晶体管输出) 机械手下限位传感器 机械手上限位传感器 机械手夹紧传感器 到位检测传感器 供料检测传感器 供料推出限位传感器 供料回位限位传感器 图 3.1.3 西门子 S7-200 接线 I/O 地 址 分 配 及 功 能 说 明 西门子PLC:CPU226(晶体管输出)+EM222 序 PLC 名称 功能说明 号 地址 1 I0.0 磁性传感器 供料回位限 位 2 I0.1 磁性传感器 供料推出限 位 3 I0.2 光电传感器A 供料检测 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 光电传感器B 磁性传感器 磁性传感器 磁性传感器 磁性传感器 磁性传感器 行程开关B 行程开关A 磁性传感器 磁性传感器 磁性传感器 磁性传感器 磁性传感器 磁性传感器 电感传感器A 颜色传感器 SB5 SB6 SB4 收2号 Q2.7 到位检测 机械手夹紧 机械手上限 位 机械手下限 位 机械手后限 位 机械手前限 位 机械手左限 位 机械手右限 位 夹紧后限位 夹紧前限位 加工上限位 加工下限位 检测上限位 检测下限位 转动到位 颜色检测 启动按钮 暂停按钮 复位按钮 2号完成信号 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PLC 地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 送2号 I2.6 送2号 I2.7 颜色信号输出 1号完成信号 名称 步进电机驱 动PUL+ 步进电机驱 动DIR+ 单杆气缸A 摆台气缸A1 摆台气缸A2 功能说明 步进 电机脉冲 PUL+ 步进 电机方向 DIR+ 供料气缸 机械手左摆 机械手右摆 双导杆气缸 机械手后退 A1 双导杆气缸 机械手前伸 A2 气动手指A1 机械手松开 气动手指A2 单杆气缸B 双导杆气缸 单杆气缸C 单杆气缸D M2 M1 警示灯A1 警示灯A2 警示灯A3 机械手夹紧 机械手下降 加工下降 工件夹紧 检测下降 搬运装置电机 主轴电机 暂停红灯 运行绿灯 报警声 21 第 4 章 供料系统的程序设计 4.1 程 序 的 要 求 和 工 作 流 程 按照两站的I/O地址分配表、PLC控制原理图和端子接线图用安全导线完成按钮 模块、PLC模块、变频器模块输入/输出端与实训系统端子排之间连接。接线时请按照 如下规则进行操作: 序 号 1 2 3 4 5 6 器件名称 磁性传感器 颜色传感器 光电传感器 按钮开关 电磁阀 步进电机驱 动器 步进电机驱 动器电源 警示灯 主轴电机 搬运装置电 机 接线规则 负端与PLC的输入端相连,正端连接至24V直流 电源的正端 信号输出端与PLC的输入端相连,正端连接至 24V直流电源的正端,负端全部连接至24V直流电源 的负端。 常开端与PLC的输入端相连, 公共端连接至直流 电源的“0V”端 负端与PLC的输出端相连,正端连接至24V直流 电源的正端 步进电机驱动器“GND”接至直流电源的“0V” 端, 步进电机驱动器“VDC”接至24V直流电源的正 端 信号端接PLC的输出端,公共端接24V直流电源 的正端 负端与PLC的输出端相连,正端连接至24V直流 电源的正端 7 8 9 10 变频器的电源输入端L1、L2、L3分别接到电源模块中三相交流电源U、V、W端; 变频器输出端U、V、W分别接到接线。 将系统左侧的三相四芯电源插头插入三相电源插座中, 开启电源控制模块中三相 电源总开关,U、V、W端输出三相380V交流电源,单相双连暗插座输出220V交流电 源。 用三芯电源线分别从单相双连暗插座引出交流220V电源到PLC 模块和按钮模块 的电源插座上。 22 在三菱编程软件中打开两站的样例程序(样例1)或由用户编写控制程序,进行 编译,当程序有错误时根据提示信息进行相应的修改,直至编译无误为止,编译完成 后,用通信编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口,打开PLC模块电源开关,将两个 程序分别下载到一、 二号PLC中, 下载完毕后将PLC的 “RUN/PROG” 开关拨至 “RUN” 状态,运行PLC。 按下第二站按钮模块中的SB5“启动”按钮,第二站进入运行状态,所有部件复位 至原位(摆台机械手移动至左侧,摇臂导杆气缸缩回) ,等待第一站信号。 按下第一站按钮模块中的SB5“启动”按钮,第一站进入运行状态。 在运行过程中,按下SB6“暂停”按钮后,系统进入暂停状态,所有动作全部暂停 执行。此时按下SB5“启动”按钮后,重新进入运行状态,并继续执行暂停时的动作。 按下SB4“复位”按钮后,系统复位,所有参数清零。将各工位上未加工的工件拿 出重新放入料仓后,再按下SB5“启动”按钮,重新进入运行状态。 4.1.1 系统使用要求 安全须知 1.在进行安装、接线等操作时,请务必在切断电源后进行,以避免发生事故。 2.在进行配线时,请勿将配线屑或导电物落入可编程控制器或变频器内。 3.请勿将异常电压接入PLC或变频器电源输入端,以避免损坏PLC或变频器 请勿将AC电源接于PLC或变频器输入/输出端子上,以避免烧坏PLC或变频器, 请仔细检查接线.在变频器输出端子(U、V、W)处不要连接交流电源,以避免受伤及火灾, 请仔细检查接线.当变频器通电或正在运行时,请勿打开变频器前盖板,否则危险。 在插拔通信电缆时,请务必确认PLC输入电源处于断开状态 4.1.2 控制流程图 图 4.1.1 控制流程图 23 4.1.3 程 序 中 主 要 指 令 的 作 用 和 部 分 程 序 编 程 1. SHRB 指 令 4.1.2 SHRB 指令图 移位寄存器位(SHRB)指令将 DATA 数值移入移位寄存器。S_BIT 指定移位寄存 器的最低位。 N 指定移位寄存器的长度和移位方向 (移位加 = N, 移位减 = -N) 。 SHRB 指令移出的每个位被放置在溢出内存位(SM1.1)中。该指令由最低位(S_BIT)和 由长度(N)指定的位数定义。设置 ENO = 0 的错误条件: 0006 0091 0092 SM1.1 间接地址 操作数超出范围 计数域错误 为移出的位值设置溢出位 Mob’s = [(S_BIT 字节) + ([N] - 1 + (S_BIT 位)) / 8] . [被 8 除的余数] 例如:如果 S_BIT 是 V33.4 和 N is 14,以下计算显示 Mob’s 是 V35.1。 Mobs = V33 + ([14] - 1 +4)/8 = V33 + 17/8 = V33 + 2 ,余数为 1 = V35.1 在移位减(用长度(N)的负值表示)中,输入数据移入移位寄存器的最高位 中,并移出最低位(S_BIT) 。移出的数据被放置在溢出内存位(SM1.1)中。 在移位加(用长度(N)的正值表示)中,输入数据(DATA)移入移位寄存 器的最高位中(由 S_BIT 指定) ,并移出移位寄存器的最高位。移出的数据被放置在 24 特殊内存位: 使用以下等式计算移位寄存器最高位地址(Mob’s) : 溢出内存位(SM1.1)中。 移位寄存器的最大长度为 64 位(无论正负) 。下图显示 N 的负值和正值位移状况。 4.1.3 N 的负值和正值位移 2. 定时器 图 4.1.4 定时器指令 通电延时定时器(TON)指令工作原理。当I0.0接通时即使能端(IN)输入有效时, 驱动T37开始计时,当前值从0开始递增计时到设定值PT时,T37状态位置1,其常开 25 触点T37接通驱动下个程序输出,其后当前值仍增加,但不影响状态位。当前值最大 值为32767.当I0.0分段时使能端无效时。T37复位,当前值清0,状态为也清零,即回 复原始状态。当I0.0接通时间未到设定值就断开,T37则立即复位。 记忆性通电延时定时器(TONR)指令工作原理。使能端(IN)有效时定时器开 始计时,当前值递增,当前值大于等于预置值(PF)时输出状态位置1.使能端输入无 效(断开)时,当前值保持记忆使能端(IN)再次接通有效时,在原记忆值的基础上 递增计时。 注意:TONR记忆性通电延时型定时器采用线圈复位指令R进行复位操做,当复 位线圈有效时,定时器当前位清零,输出状态位置0。 致谢 本次设计的主要内容是供料系统过程控制,它对于保证机器自动化运作的可靠 性、电机的软启动等方面都具有重要的意义。 在本次设计,积极的查找资料,广泛阅读有关参考文献,培养了我们运用现代科 学理论和技术方法来分析、解决工程实际问题的能力;拓宽了自己的知识面,加深了 对供料系统过程控制的了解, 掌握了一定的编程能力,对控制程序的编写形成了系统 的认识。 在这个过程中所学到的东西是我们的宝贵财富,无疑将会对我们将来的工作 学习产生重大影响。 匆匆三年就过去了,在离开学校的时候,还真有的舍不得。回想三年里,真的感 慨万千。感谢老师们,感谢所有我认识的人给我的帮助,在这里更要感谢帮助我,辅 导我做毕业设计的马老师。 通过查阅科技文献资料, 全面系统的了解了供料系统过程控制与当今电气时代相 结合的重要意义、研究现状及其发展方向,PLC系统的应用领域还有着广阔的发展前 景。随着它在理论研究和实践中的不断完善和发展,将在现代电气控制的舞台上扮演 更重要角色。因此,用PLC编程系统来控制机器工作过程是很值得我们去进一步的深 入学习和钻研的。 在本论文即将完稿之际, 首先要向我们的导师马超老师表示崇高的敬意和衷心的 感谢。在毕业设计期间,马老师给予了我们许多无微不至的关怀和帮助,为我们创造 了良好的学习条件,使我们在学业上有了很大的提高;同时,马老师严谨治学的态度 和高屋建瓴的学术造诣、 渊博的知识、 高度的责任感、 敏锐的洞察力更使我受益匪浅, 26 为我们将来的工作和学习奠定了良好的基础。在他的悉心指导下,使我们顺利的完成 了毕业设计。 参考文献 [1] 汤晓华 可编程控制器应用技术. 湖北:湖北科技出版社 2008 [2] 杜玉红 生产线组装单元气动搬运机械手的设计. 液压与气动 2006(5) [3] 于洋等 [3] 于洋等 基于 PLC 的小型模拟自动生产线] 王寿斌 基于 PLC 回转自动化控制生产线仿真示教设备的设计与实现. 现代制造技术与设备 2007 (5) [5] 高然生 进口生产线的安装与调试. 设备管理与维修 2008 (8) 27


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