定位剪PLC控制系统设计.docx
- 文档编号:12232592
- 上传时间:2023-04-17
- 格式:DOCX
- 页数:52
- 大小:470.18KB
定位剪PLC控制系统设计.docx
《定位剪PLC控制系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《定位剪PLC控制系统设计.docx(52页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
定位剪PLC控制系统设计
石家庄毕业设计
定位剪PLC控制系统设计
TheDesignofPositioningShearSystemControlwithPLC
届电气工程系
专业
学号
学生姓名
指导教师
完成日期2011年5月25日
毕业设计成绩单
学生姓名
学号
班级
专业
自动化
毕业设计题目
定位剪PLC控制系统设计
指导教师姓名
指导教师职称
副教授
评定成绩
指导教师
得分
评阅人
得分
答辩小组组长
得分
成绩:
院长(主任)签字:
年月日
毕业设计任务书
题 目
定位剪PLC控制系统设计
学生姓名
学号
班级
专业
自动化
承担指导任务单位
电气工程系
导师姓名
陈
导师职称
副教授
一、主要内容
以PLC为控制核心,结合继电接触器及位置传感器等设计定位剪PLC控制系统,实现定位剪生产线开卷电机、喂料电机、剪切电机、运料小车、轨道电机的顺序控制。
还设计板材剪切长度和剪切张数的检测。
二、基本要求
自动方式,按下启动按钮,开卷电机D1和喂料电机D2通电运转,把钢板送入剪切处,同时飞轮电机开始通电运转,当达到设定钢板长度150mm时,D1和D2停止,同时电磁离合器DT得电吸合,剪刀落下进行剪板。
当剪刀落下时,电磁离合器DT失电剪刀回到原位(即重新抬起),同时D1和D2通电旋转,再把钢板向前送入剪切处进行剪切。
当剪切的钢板数达到预定张数50张时,此时D1和D2停转,同时电磁离合器DT也失电,使剪刀回到原位(即重新抬起),运料小车运转使小车向右运行,当运行到位时压合运料小车右极限限位开关,小车停转,同时小车上轨道电机通电运转,把其上面的钢板向右传输到下一个工序的料道台上。
当钢板通过该平台时,使小车上轨道电机停止运转,同时运料小车电机得电运转,使小车向左运行。
返回到位后小车压合运料小车左极限限位开关,使小车断电停转。
此时D1和D2再次通电旋转,进行下一组剪切动作,如此循环自动运行。
手动方式则是对各个电机进行点动操作,以便调试时使用
三、主要技术指标(或研究方向)
1.设计并绘制自动剪板机控制系统硬件接线图。
2.设计并绘制电器控制外部接线图(PLC控制I/O接线图),列出I/O对照表。
3.设计I/O电路,选择电器元件。
4.绘制电气原理图及梯形图,编制PLC程序。
四、应收集的资料及主要参考文献
1.《可编程控制器原理及应用实例》张进秋机械工业出版社
五、进度安排
设计各阶段名称完成日期
准备、查找资料写开题报告第1-2周
分析、确定方案第3-4周
设计、绘图、编程第5-12周
编写设计说明书第13-14周
上交论文、准备答辩第15周
答辩第16周
教研室主任签字
时 间
年月日
毕业设计开题报告
题 目
定位剪PLC控制系统设计
学生姓名
马
学号
班级
专业
自动化
一、课题的研究背景:
在工业生产过程中,自动剪切生产线应用十分广泛。
它能将金属卷料加工成一定尺寸的板料,可实现自动开卷、定长送料和自动剪切,其生产效率高、适应性强,适合较大规模生产。
随着计算机技术、自动控制技术的高速发展,如何采用先进的控制技术设计性价比优异的剪切控制系统,是人们关注的焦点。
可编程逻辑控制器是一种综合了计算机技术、电气控制技术、自动控制技术的自动控制装置,具有高可靠性,控制功能极强,编程方便、易于使用等特点。
将可编程序控制器应用于定位剪生产线,这样可以把计算机功能完备、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,符合我国国情的自动化技术发展应用新途径。
二、国内外研究现状:
顺序控制是工业控制中不可缺少的环节,几乎任何一个过程控制和生产管理都是有步骤地进行的,因此都可以采用PLC。
根据国外资料统计,在工业控制中80%都采用PLC来完成。
目前国外PLC应用于自动控制这一领域占60%。
在我国使用PLC进行自动控制,至今还没有形成主流。
定位剪生产线要求板料的开卷、喂料、剪切和运料等过程必须按一定的节拍控制动作,以确保精确度。
对于这样的控制要求,传统的控制系统复杂,功能不完善、效率低、可靠性差;自动化程度不高,安全系数低。
为此,采用可编程控制器(PLC)实现对定位剪设备的控制,可获得了较好的控制效果。
三、主要工作:
以PLC为控制核心,结合继电接触器及位置传感器等设计定位剪PLC控制系统,实现定位剪生产线开卷电机、喂料电机、剪切电机、运料小车、轨道电机的顺序控制,设计板材剪切长度和张数的检测,具体如下:
1.设计并绘制自动剪板机控制系统硬件接线图。
2.设计并绘制电气控制外部接线图(PLC控制I/O接线图),列出I/O对照表。
3.设计I/O电路,选择电器元件。
4.绘制电气原理图及梯形图,编制PLC程序。
四、方法和手段:
1.准备、查找关于定位剪和可编程控制器的资料。
2.分析主要内容和基本要求。
3.确定设计方案:
①整体上采用PLC的步进指令实现对定位剪生产线的顺序控制;
②为了保证剪切精度,喂料电机采用双速电机,为了保证系统高效、平稳运行,采用变频器控制送料小车的运行,飞轮电机采用Y-△起动运行方式;
③由光电编码器确定板料剪切长度,计数器设定剪切张数;
④实现对整个定位剪生产线的自动/手动控制。
4.设计、绘图、PLC编程。
5.编写设计说明书,准备答辩。
五、预期结果:
实现对定位剪生产线整个生产线工艺流程的顺序控制,采用可编程控制器对定位剪设备进行控制,较好地解决传统控制中存在的控制系统复杂、可靠性和工作效率低等问题。
充分体现将PLC应用于该控制系统时,具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强和控制精度高的特点。
指导教师签字
时间
年月日
摘 要
为实现定位剪生产线的安全、可靠和高效的自动控制,通过对定位剪生产线的结构、工作原理及控制特点进行全面的分析,以PLC(可编程控制器)为控制核心,结合继电接触器及位置传感器等设计了以三菱FX2N型PLC作为系统主机的定位剪生产线自动控制系统。
本文对定位剪PLC控制系统的设计思路进行了详细的介绍,阐述了系统的硬件组成和软件设计。
由PLC组成的控制系统可对生产现场的设备状态实施监控,实现了定位剪生产线开卷电机、喂料电机、剪切电机、运料小车、轨道电机的顺序控制;并且设计了对板材剪切长度和剪切张数的检测,为了方便调试还实现手动操作,对各个电机进行手动控制,从而保证设备工作在最佳状态。
实践证明,PLC控制系统工作可靠,操作简单,能有效的对定位剪设备进行控制,达到较高的生产效率。
关键词:
可编程控制器 定位剪 控制系统
Abstract
Inordertoachievesafe,reliableandefficientautomaticcontrolofthepositioningshearline,anglicizingofcuttingproductionlineorientationstructure,workingprinciplesandcontrolcharacteristicscomprehensively.ThePLC(programmablelogiccontroller)isthecoreofthecontrolsystem,withrelycontacts,positionsensorandsoon.ThepaperdesignedtheMitsubishiFX2NPLCpositioningsystemhostascuttingproductionlineautomaticcontrolsystem.
Inthispaper,shearlocalizationPLCcontrolsystemdesignideasweredescribedindetail.Itdescribedthehardwareandsoftwaredesign.FormedbythePLCcontrolsystemcanmonitorthestatusofproductionequipmentonsite,implementedthepositioningshearproductionlineopen-coilmotor,feedmotor,cuttingmotor,haulcar,railmotorsequencecontrolanddesignedforthedetectionofthelengthofcuttingsheetmetalandthenumberofsheets.Italsoachievedfortheconvenienceofmanualdebugging,manualcontrolofeachmotortoensuretheequipmentinthebestcondition.PracticeprovedthatPLCisareliable,simpleoperationcontrolsystem,whichcaneffectivelycontrolthepositioningshearequipmenttoachievehigherproductionefficiency.
Keywords:
PLC Positioningshear Controlsystem
目 录
第1章 绪 论
1.1 课题研究的目的和意义
在工业生产过程中,自动剪切生产线应用十分广泛。
它能将金属卷料加工成一定尺寸的板料,可实现自动开卷、定长送料和自动剪切,其生产效率高、适应性强,适合较大规模生产。
但是传统的生产设备与系统多以机械为主,是电气液压或气动控制的机械设备,存在送料不够精确、生产效率低下等诸多不足,已不能满足所有的生产需要。
随着工业水平的不断发展,生产设备已逐步地由手动操作改为能够进行大规模生产的自动控制[1]。
本文设计的PLC控制系统,使用了双速电动机及变频装置,充分发挥其控制精度高、响应速度快和运行平稳等优点,有效地提高剪切的精度和效率,提升生产过程的自动化程度,具有十分广阔的应用前景。
随着计算机技术、自动控制技术的高速发展,如何采用先进的控制技术设计性价比优异的剪切控制系统,是人们关注的焦点。
可编程逻辑控制器是一种综合了计算机技术、电气控制技术、自动控制技术的自动控制装置,具有高可靠性,控制功能极强,编程方便、易于使用等特点。
将可编程序控制器应用于定位剪生产线,这样可以把计算机功能完备、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,符合我国国情的自动化技术发展应用新途径。
1.2 定位剪工业控制的研究及发展现状
在工业生产过程中,定位剪生产线应用十分广泛。
它能将金属卷料加工成一定尺寸的板料,可实现自动开卷、定长送料和自动剪切,其生产效率高、适应性强,适合较大规模生产。
由于定位剪生产线是一种可按加工要求将金属板材剪开、自动计数、并由送料车送到下一工序的顺序控制的设备。
它要求其控制设备具有很强的抗干扰能力,整个过程必须按一定的节拍控制精确度动作,而传统的控制系统复杂,功能不完善、效率低、可靠性差;自动化程度不高,安全系数低,已经不能满足生产需要[2]。
随着近几年的发展,PLC把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与控制系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点很好的结合起来.而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点,较好地解决了这些问题,充分发挥其控制精度高、响应速度快和运行平稳等优点,有效地提高剪切的精度和效率,提升生产过程的自动化程度,具有十分广阔的应用前景。
在工业过程控制中的应用越来越广泛。
1.3 论文研究内容及要求
设计题目:
定位剪PLC控制系统的设计
主要内容:
以PLC为控制核心,结合继电接触器及位置传感器等设计定位剪PLC控制系统。
设计并绘制自动剪板机控制系统硬件接线图;设计并绘制电气控制外部接线图(PLC控制I/O接线图),列出I/O对照表;设计I/O电路,选择电器元件;绘制电气原理图及梯形图,编制PLC程序。
设计目的:
(1)熟练掌握PLC的指令系统,学会一些特殊设备在生产实际中的应用。
(2)能使用PLC软件编程,本设计采用三菱的FX2N软件。
(3)通过设计牢固掌握设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧,学会顺序控制程序的设计和调试方法。
(4)能够绘制传动系统的电气图。
(5)学会PLC输入/输出点的分配、接线,对PLC有系统的了解。
设计要求:
实现定位剪生产线开卷电机、喂料电机、剪切电机、运料小车、轨道电机的自动控制,设计板材剪切长度和剪切张数的检测和手动方式对各个电机进行手动操作,以便调试时使用。
第2章定位剪的结构原理及控制要求
2.1 定位剪的结构原理
2.1.1 定位剪的结构
定位剪是一种精确控制金属板料加工尺寸,将大块卷筒板料进行自动循环剪切加工,并由运料小车运送到下一工序的自动加工设备,其结构及原理如图2-1所示。
设备由开卷、喂料、剪切、自动传送四个部分组成,分别由开卷电动机D1、喂料电动机D2、飞轮电动机D3、送料小车电动机D4、轨道电动机D5五台电动机拖动。
采用1个光电编码器和4个开关来检测各部分的工作状态。
其中,光电编码器PL用来确定板料剪切长度,限位开关1K和2K用来检测运料小车是否到达左、右极限位置,剪刀落下检测开关4K检测剪刀的状态,钢板通过开关3K控制轨道电机的运转。
设备未投入工作时,运料小车左极限限位开关1K闭合,运料小车右极限限位开关2K、钢板通过开关3K、剪刀落下检测开关4K均断开。
2.1.2 定位剪的工作原理
在自动方式下,按下自动起动按钮,开卷电机D1和喂料电机D2通电运转,把钢板送入剪切处,且同时飞轮电机D3也开始通电运转,给剪刀提供势能。
此时通过光电编码器PL测量钢板长度,即mm发射一个脉冲。
为了保证钢板剪切的长度达到设计要求,在钢板达到145mm前保持高速旋转,使钢板快速接近剪切处;达到145mm后,其变为低速运转,当钢板长度达到设定值150mm时,开卷电机D1和喂料电机D2停止,同时电磁离合器DT得电吸合,剪刀落下进行剪板。
当剪刀落下时,4K行程开关压合,电磁离合器DT失电剪刀回到原位(即重新抬起),同时开卷电机D1和喂料电机D2通电旋转,再把钢板向前送入剪切处进行剪切。
当剪切的钢板数达到预定张数50张时,此时开卷电机D1和喂料电机D2停转,同时电磁离合器DT也失电,使剪刀回到原位(即重新抬起),运料小车D4运转使小车向右运行,当运行到位时压合行程开关2K,小车电机D4停止运转,同时小车上轨道电机D5通电运转,把其上面的钢板向右传输到下一个工序的料道台上。
当钢板通过该平台时压合行程开关3K,使小车上轨道电机D5停止运转,同时运料小车电机D4得电运转,使小车向左运行。
返回到位后小车压合行程开关1K,使小车电机D4断电停转,小车停止。
此时开卷电机D1和喂料电机D2再次通电旋转,进行下一组剪切动作,如此循环自动运行。
手动方式则是分别对送料、剪切、送料小车左行、送料小车右行、轨道电机运行设置起动按钮对各个电机进行点动操作以便调试时使用[3]。
2.2 系统的主要控制要求
(1)上电后,检测各部分的工作状态,控制各部分处于初始位置。
(2)送料,由控制电机控制送料机构,将待剪板料自动传送到位。
(3)剪切,当剪板料长度达到设定值后由飞轮电动机带动剪刀进行剪切。
(4)运料小车的运行,包括卸载后自动返回。
(5)轨道电机将钢板传送到下一个工序的料道台上。
(6)剪切板料的尺寸确定,自动计数。
第3章 系统硬件设计
3.1 PLC的选型
工艺流程的特点和应用要求是PLC选型的主要依据。
控制系统中需要12个输入端口,13个输出端口。
其中输出端中有2个输出给变频器用以控制电动机的运行,为了保证输出端的COM端不会交叉连接,所以选择了32点的I/O点数的PLC,其输出不仅要驱动变频器,而且要驱动电磁离合器,属于是既有交流负载,又有直流负载,所以应选择继电器输出方式。
经综合考虑,选择日本三菱公司的PLC进行控制,FX2N系列PLC的基本单元见表3-1。
本设计选用的PLC型号为FX2N-32MR。
FX2N-32MR速度块功能强,它的基本指令执行时间高达0.08us,内置的用户存储器为8K步。
I/O点最多可扩展到32个,并提供多种特殊功能模块或功能扩展板,可实现多轴定位控制,机内有实时钟。
每个FX2N的基本单元可扩展8个特殊单元。
通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接,如CC-Link,AS-IPROFIBUS,Devieenet等开放式网络通信,RS-232C,RS-422C和RS-485通信,并行链接,计算机链接和I/O链接[4]。
表3-1 FX2N系列PLC的基本单元
型号
输入点数输出点数 扩展模块可
(DC24V,点) (R、T,点)用点数(点)
继电器输出 晶体管输出晶闸管输出
FX2N-16MRFX2N-16MTFX2N-16MS8824~32
FX2N-32MRFX2N-32MTFX2N-32MS161624~32
FX2N-48MRFX2N-48MTFX2N-48MS242448~120
FX2N-64MRFX2N-64MTFX2N-64MS323248~120
FX2N-80MRFX2N-80MTFX2N-80MS404048~120
FX2N-128MRFX2N-128MT646448~120
本设计中输入点设置为12个,输出点设置为13个,为了满足设计的控制要求选用了FX2N-32MR型,其硬件电路如图3-1所示。
图3-1 定位剪PLC控制系统硬件接线图
3.2 传感器的设计
传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节[5]。
新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中,首先要解决的就是如何获取准确可靠的信息,比如,在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。
可见,传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
如果没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展往往是一些边缘学科开发的先驱。
3.2.1 光电编码器的设计
3.2.1.1 光电编码器的原理
光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器,光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号[6],其原理示意图如图3-2所示;通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
图3-2 光电编码器的原理图
3.2.1.2 光电编码器的选型
在光电编码器的使用过程中,对于其技术规格通常会提出不同的要求,其中最关键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、响应频率、信号输出形式。
(1)分辨率,光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期数来表示的,即脉冲数/转(PPR)。
根据不同的应用对象,可选择分辨率通常在500~6000PPR的增量式光电编码器,
(2)精度,精度是一种度量在所选定的分辨率范围内,确定任一脉冲相对另一脉冲位置的能力。
(3)输出信号的稳定性,编码器输出信号的稳定性是指在实际运行条件下,保持规定精度的能力。
影响编码器输出信号稳定性的主要因素是温度对电子器件造成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源特性的变化。
(4)响应频率,编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线路的响应速度。
(5)信号输出形式,推挽式输出方式由上下两个NPN型的三极管组成,当其中一个三极管导通时,另外一个三极管则关断。
电流通过输出侧的两个晶体管向两个方向
流入,并始终输出电流。
因此它阻抗低,而且不太受噪声和变形波的影响,主要应用领域有自动化设备、切割机械、印刷机械、包装机械和针织机械等。
下表3-2是EPC-755A型光电编码器的主要参数。
表3-2 EPC-755A型光电编码器的主要参数
主要参数
参数说明
输入电压
0~70℃和0~85℃时为4.75~28.0VDC
0~100℃时为4.75~24.0VDC
输入电流
最大无负载电流为100mA
输入波动
在0~100KHz时,峰—峰之间为100mV
输出波形
增量式,正交输出,当转轴顺时针旋转时,A通道的方波领先B通道
输出电路
推挽输出每通道最大驱动电流20mA,
基准脉冲
每转一周输出一个脉冲。
频率响应
标准10KHz,可选高达1MHz。
抗干扰性
经IEC801-3测试,符合欧洲标准。
分辨率
1-10000PPR
精度
200~1999PPR:
0.017º(1.0弧度分)之内(机械角度)
2000~3000PPR:
0.01º(0.6弧度分)之内(机械角度)
3000PPR以上另附加插值误差0.005º(机械角度)
3.2.2位置传感器的设计
位置传感器也叫位移传感器,直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。
为了达到这一效果,通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位,通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。
传感器滑轨连接稳态直流电压,允许流过微安培的小电流,滑片和始端之间的电压,与滑片移动的长度成正比。
将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求,因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。
位置传感器的选型原则主要应从以下几个方面来考虑:
(1)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型;
(2)灵敏度的选择;
(3)频率响应特性;
(4)线性范围;
(5)稳定性;
(6)测量精度;
根据具体的测量工作,至少应从以上六个方面综合考虑,以选择最合适的位置传感器。
本设计所选位置传感器为LT系列直线位移传感器,其主要参数如表3-3所示。
表3-3 LT系列直线位移传感器主要参数
主要参数
参数说明
有效电气行程(C.E.U)
50/100/130/150/175/200/225/275/300/
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 定位 PLC 控制系统 设计