折板机plc控制系统及组态监控设计大学本科毕业论文Word下载.docx
- 文档编号:22259690
- 上传时间:2023-02-03
- 格式:DOCX
- 页数:46
- 大小:3.28MB
折板机plc控制系统及组态监控设计大学本科毕业论文Word下载.docx
《折板机plc控制系统及组态监控设计大学本科毕业论文Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《折板机plc控制系统及组态监控设计大学本科毕业论文Word下载.docx(46页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
configurationsoftware
1绪论
1.1工业控制的现状
随着计算机、通信、自动控制和微电子等技术的发展,大量智能传感器和智能控制芯片的不断出现,以及在传感器、通信和计算机领域所取得的巨大成就,使人们对系统的综合性能,特别是安全性能提出了越来越高的要求[1]。
在对系统设备的工作状况进行实时监测和控制的同时,也希望能够实现设备的智能维护。
对企业的生产自动化设备来说,对自动化设备的工作状况进行远程监测和控制,不仅能够有利于设备管理人员随时了解设备的工作状态,在设备出现异常动作时,能够自动报警,便于检修工作人员及时维修。
还可以增加设备使用的服务范围,提高自动化程度,提升设备的工作性能,延长设备的使用年限[2]。
U型折板机是型材加工厂常用的加工设备之一,组态设计是通过触摸屏控制U型折板机制作的仿真界面,因此研究折板机PLC控制系统及组态监控设计具有很好的市场价值。
1.2电气控制的发展趋势
随着社会的发展、科学技术的不断进步和生产工艺的不断改进,新兴的控制技术得到了前所未有的发展,尤其在计算机技术的应用领域,新型控制策略的出现,一直在潜移默化的改变着电气控制技术的面貌。
对控制方法来说,以前的控制方法是手动控制设备的运行,而现在的控制方法则发展到了简便的自动控制;
对控制功能来说,以前的控制功能相对简单,而现在的控制功能则发展到了智能化控制,以便于实现较为复杂的功能;
对操作系统来说,以前的操作系统非常笨重,而现在的操作系统则发展为微机的信息化处理;
对控制原理来说,以前的控制系统是单一的有触头硬接线继电器的逻辑控制系统,而现在则发展到以微处理器为中心的网络化自动控制系统[3]。
机床是将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是制造机器的机器。
机床电气控制的现状是由最原始的手动控制机床逐步发展为当今各企业生产厂家广泛使用的计算机集成制造系统,期间经历了漫长的发展过程。
20世纪20~30年代,继电器控制以其结构简单、价格低廉、易学易懂、可靠性高等优点取代了最原始的的手动控制。
在60年代,顺序控制器的诞生以其通用性强等优点成为当时工业控制的主要装置。
随后相继出现了PLC控制、数字控制和柔性制造系统FMS,使机床集高效性、高精度、高柔性于一身,成为当今机床自动化的理想形式[4]。
20世纪60年代可编程控制器PLC诞生,它以微处理器为核心,并用软件手段来实现各种控制功能,逐步发展起来并成为一种新型工业控制装置。
可编程控制器具有适用性强、可靠性高的特点,能够适应恶劣的工业环境。
其操作指令简单、编程方式简便易懂,同时还具有体积小、维修工作少、现场安装方便等优点,正逐步取代传统的继电器控制系统[5]。
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司研制的。
早期的PLC只能完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。
20世纪70年代初出现了微处理器,使PLC增加了运算、数据传送的处理功能。
20世纪70年代中末期,可编程控制器进入了实用化发展阶段,其功能发生了飞跃。
20世纪末期,可编程控制器的发展特点更加适应于现代工业控制的需要[6]。
随着可编程控制器技术的飞速发展,各生产厂家也相继推出了许多功能强大的新型PLC,在产品生产的过程中发挥了重要作用。
以PLC为控制核心的折板机就是一个很好的例子,具有以下四个特点[7]:
(1)可靠性高,抗干扰能力强,能够适用于复杂的工业环境;
(2)易学易用,操作简单,用户程序编制形象、直观、方便;
(3)以PLC为控制核心的U型折板机能够持续高效生产,并具有保护功能;
(4)控制回路简单,经济适用,能适应单件和大批量生产。
1.3U型折板机设计的主要工作
论文分析了U型折板机的工作原理和控制要求,统计了U型折板机的输入输出点,选择三菱FX2N-16MR继电器型PLC作为U型折板机的控制器,通过对其它电器元件的选择,设计PLC的外部接线图,并利用SFC图法设计了U型折板机的程序梯形图。
通过仿真验证,设计满足控制要求,完成了毕业设计任务。
论文各章节的内容安排如下:
第1章绪论,主要写了当今社会工业控制的现状,对电气控制和机床电气控制的发展趋势也都做了简单的说明。
第2章U型折板机控制系统的硬件设计,主要写了U型折板机的工作原理、工艺流程和检测与驱动元件的选型;
还写了I/O点的统计、PLC的选型和PLC的外部接线图设计。
第3章U型折板机控制系统的软件设计,主要写了编程语言的选择、U型折板机的控制要求、程序控制流程图的设计、程序的设计和程序的仿真与调试。
第4章U型折板机控制系统的组态设计,主要写了MCGS组态软件的简介和U型折板机组态仿真的设计。
通过使用三菱仿真软件GXDeveloper对其控制程序进行仿真与调试,并使用MCGS组态仿真软件再次对程序进行了组态仿真,仿真结果验证了程序的正确性,证明设计满足系统的控制要求和设计思路。
2U型折板机控制系统的硬件设计
2.1U型折板机简介
折板机是型材加工厂常用的加工设备,U型折板机工作原理如图1所示,由模板、左右折板、限位开关、气压机构(气缸和活动铰链)、安全光栅和操作盘组成。
模板装在模板座上,模板两端的形状不同,加工出来的U型板料的开角形状就不同,折角的大小由左右限位开关的位置决定。
根据不同要求,模板可以随时更换。
在气压的推动下,模板与模板座分别下移或上移。
被加工的金属板料放在平台上,当模板下移压紧板料后,工作平台上的左、右折板在气压机构的推动下,可以向上折、也可以折回,把板料加工成型。
图1U型折板机工作原理图
U型折板机的生产工艺流程:
(1)当模板、左右折板都在原位时,将金属板料放到工作台上。
(2)启动运行后,模板开始下移,模板下移到位后自动停止。
(3)模板到位后,左、右折板开始上折,当左、右折板上移到相应的限位开关时,停止上折并保压2S。
(4)保压过程完成后,左、右折板开始下移,折板下移到原位时自动停止。
(5)折板下移到位后,模板开始上移,模板上移到原位后自动停止。
(6)U型板材加工过程结束,取下U型板即可。
2.2控制方式的选择
U型折板机的控制方式可以用继电器控制和PLC控制来实现,两者相比,PLC控制拥有很多优点[8],而且实现的过程简单,总体操作简单,PLC控制的优点主要是:
(1)硬件接线简单,电器元件数量少,节约空间;
(2)精度和反应时间短,动作可靠,可实现机械高效反复操作,工作效率高;
(3)PLC对于突发事件和误操作有很好的保护作用,如果此保护用继电器实现是比较麻烦的,而且多重保护很难实现;
(4)配套齐全,功能完善,易于扩充其他功能;
(5)PLC控制系统操作简单,如遇到故障报警,能自动停止运行,检修方便。
综上所述,论文中设计的控制方式采用PLC控制最为合理。
2.3检测与驱动元件选型
2.3.1开关选择
检测模板或左、右折板的位置的装置可以用限位开关也可以用磁性开关,因为限位开关体积大,不方便安装,而且磁性开关和气缸配套,安装方便,体积小,精度灵敏度都比接近开关高。
所以在模板上下限位和左右折板原位的位置安装磁性开关,在左右折板到位的位置安装限位开关[9]。
由于气缸运动内部结构中有磁块,可以根据磁块位置得出气缸处于收缩还是伸长,在气缸凹槽处放入磁性开关就可以通过开关的接通或断开状态得知气缸位置。
所以选用的磁性开关的型号为:
SMCD-F79。
其具体的参数如下所示。
(1)安装形式:
轨道安装
(2)适合负载:
继电器、程序控制器、IC电路
(3)线制:
为三线制即NPN型
(4)电源参数:
一般为DC5V、12V、24V
(5)电流参数:
消耗电流10mA以下,负载电流40mA以下
(6)内部电压降:
1.5V以下
限位开关是限制工作机械位置的主令电器,一般于工作机械到达终点时发生作用。
限位开关有接触式的和非接触式的,接触式的比较直观,而非接触式的形式有很多,常见的有干簧管、光电式、感应式等。
论文选用接触式即可满足设计要求,选用的限位开关型号为:
欧姆龙D4C-1002-DKIEJ1型,此型号的限位额定电压值为DC30V,额定电流为1A,满足设计所提供的电压DC24V。
(1)电压额定值:
AC125V,1A;
DC30V,1A
(2)传动的种类:
滚珠柱塞型
(3)配线规格:
预制线型(3芯:
DC规格)
2.3.2驱动电磁阀选择
由于折板机动作简单,用气缸便可以实现,气缸的驱动要用电磁阀。
电磁阀的选择一般分为两种:
一种是单向电磁阀,一种是双向电磁阀[10]。
由于单向电磁阀在断电后阀芯会返回原来位置,在此次设计中,如果断电后电磁阀还有动作是非常不安全的,所以选择双向电磁阀。
在突然断电的情况下,电磁阀两个线圈都没有电,所以电磁阀没有动作,即气缸不会因为突然断电而收缩或伸长。
通过对电磁阀参数的了解,根据应用需求我们要选择线圈电压为DC24V,型号为SY3320-5LZD-M5三位五通电磁阀作为设计的驱动电磁阀。
具体的参数如下所示。
(1)一般技术参数:
流体为空气;
环境及流体温度,最高为50摄氏度;
手动操作类型为螺丝刀锁定型;
搞冲击/震动能力为150G/30m/s2(8.3-2000Hz);
接电方式有直接出线式(G),L型插座式(L),DIN插座式(D)。
(2)电源技术参数:
标准电压一般为交流:
110V、220V;
直流:
12V、24V
(3)容许电压变动范围:
一般为额定电压的±
10%
(4)功率消耗参数:
交流为0.5W/0.55W(带指示灯);
直流为24V、1.1VA
(5)额定电流参数:
1A
其次,我们根据电磁阀驱动要求选择驱动元件。
电磁阀的线圈电压值为DC24V,电流很小,可以直接接到PLC的输出端,但PLC的触点可能因电磁阀线圈的损坏而受到影响,所以选择继电器驱动。
继电器的线圈由PLC控制,所以线圈应为DC24V型,继电器的常开触点控制电磁阀的线圈。
继电器可以选择欧姆龙MY2N-JDC24V。
MY系列通用继电器,不使用铅,符合环保要求;
通过改变交直流线圈带的颜色,提高交直流规格的识别性;
线圈机械寿命8000万次,电气寿命40万次以上。
额定电压为DC24V
(3)触点形式:
两开两闭
(4)直流电阻值:
一般为50Ω
(5)防护特性:
一般为密封式
2.4I/O点的统计
U型折板机设计所需的输入点分别为:
启动开关,占用1个输入点;
限位开关包括左限位开关、右限位开关和模板限位开关,占用3个输入点;
行程开关包括模板原位行程开关、左折板原位行程开关和右折板原位行程开关,占用3个输入点;
另外还有1个安全光栅开关的输入点。
经统计共有8个输入点。
具体输入点统计如表1所示。
表1输入点统计表
序号
输入点
数量
1
启动开关
2
左限位开关
3
右限位开关
4
模板原位行程开关
5
模板限位开关
6
左折板原位行程开关
7
右折板原位行程开关
8
安全光栅开关
合计
—
U型折板机设计所需的输出点分别为:
模板的上移、下移电磁阀线圈,占用2个输出点;
左折板的上移、下移电磁阀线圈,占用2个输出点;
右折板的上移、下移电磁阀线圈,占用2个输出点;
另外还有1个报警指示端。
经统计共有7个输出点。
具体输出点统计如表2所示。
表2输出点统计表
输出点
模板上移
模板下移
左折板上移
右折板上移
左折板下移
右折板下移
报警指示
2.5PLC的选型
2.5.1PLC的选择
为了满足工艺原理和生产控制的要求,在PLC的选型阶段,论文着重考虑了PLC的性价比,一般可以从以下两个方面选择[11]:
(1)I/O点数估计:
作为PLC的一项重要指标,选择合理的I/O点数不仅可以使系统满足控制要求,还可以使系统的总投资降到最低。
一般情况下,一个输入输出元件要占用一个输入输出点。
随着社会的发展和工艺的提高,考虑到以后的扩充问题,一般估计的I/O总点数应在原有的基础上增加15%~20%的备用量。
(2)用户存储容量估算:
用户所选择的程序在整个PLC的存储容量中占据多少内存与I/O点数、控制要求、运算处理量等有关。
因此在程序设计之前,我们只能粗略的估算所需要的存储容量,从而选择合适的PLC。
综上所述,根据设计所使用的I/O点数统计可知,U型折板机的设计共需要输入点8个,输出点7个。
所以选用三菱FX2N-16MR继电器型PLC作为U型折板机的控制器。
2.5.2PLC的参数简介
FX2N-16MR继电器型PLC的输入和输出点数都是8个,其技术指标包括一般技术指标、电源技术指标、输入和输出技术指标,及功能技术指标,具体的参数如下所示[12]。
(1)一般技术指标:
环境温度,使用时为0~55摄氏度;
环境湿度,一般以不结露时为准,使用时在35%~89%;
抗噪声干扰,用噪声仿真器产生电压为1000Vp-p、周期为30~100Hz的噪声,在此噪声干扰下PLC能够正常工作;
PLC一般在无腐蚀性气体和无尘埃的环境下使用。
(2)电源技术指标:
电源电压一般为AC100~240V和50/60Hz。
(3)输入技术指标:
输入电压为DC24V,输入电流为7mA。
(4)功能技术指标:
输入输出方式为批处理方式,但有输入输出刷新指令;
程序语言为继电器符号加步进梯形图方式。
2.6PLC接线原理图设计
2.6.1I/O点分配
通过PLC选型可知,论文采用三菱FX2N-16MR继电器型PLC作为U型折板机的控制核心,根据I/O点数的统计可知,U型折板机的设计需要一个启动开关、三个限位开关、三个行程开关,以及一个安全光栅开关,共计8个输入点。
且还需要六个电磁阀线圈和一个报警指示端,共计7个输出点。
综上所述,PLC的I/O分配表如表3所示。
2.6.2PLC的接线原理图
PLC控制系统接线原理图中,SB1为开关按钮;
YA1-YA3均为各部分电磁阀线圈,Y0-Y5均与各部分电磁阀线圈连接。
为防止PLC因负载过高而烧坏,在线路中接入直流稳压电源,单独给电磁阀供电。
启动运行后,输入端输入信号,输出端反应相应的动作。
具体的PLC接线原理图如图2所示。
表3I/O分配表
器件名称
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
9
模板上移电磁阀
Y0
10
模板下移电磁阀
Y1
11
左折板上移电磁阀
Y2
12
右折板上移电磁阀
Y3
13
左折板下移电磁阀
Y4
14
右折板下移电磁阀
Y5
15
报警指示灯
Y6
图2PLC接线原理图
3U型折板机控制系统的软件设计
3.1编程语言的选择
应用程序的编制需使用可编程控制器生产厂方提供的编程语言。
至今为止还没有一种能适合于各种可编程控制器的通用编程语言,但由于各国可编程控制器的发展过程类似,可编程控制器的编程语言及工具大致相同。
一般常见的为以下几种编程语言[13]。
(1)梯形图:
梯形图语言具有形象、直观、实用的优点,它是在继电器-接触器逻辑控制的基础上演变而来,易学易懂,是PLC的第一编程语言。
(2)指令表:
指令表也叫语句表,是编写程序的另一种语言,也是类似组合语言的低阶语言,它由语句指令以一定的顺序排列而成。
(3)顺序功能图:
顺序功能图是一种新的编程方法,常用来编写开关量顺序控制类程序。
它包括阔步、路径、转换三个要素,也提供了一种组织程序的图形方法。
(4)功能模块图:
功能模块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言,它将显示出工程所要实现的各种功能。
(5)结构文本:
结构文本具有结构简单、直观灵活的特点。
它能实现较为复杂的数学运算,编写的程序也更加简洁易懂,是一种专用高级语言。
综上所述,通过对比比较可知,毕业设计采用梯形图作为U型折板机程序设计的语言,具有可读性、易懂性。
能够比较直观的展现程序的功能和设计的思路。
3.2控制要求
U型折板机的控制方式为单步控制,即按一次操作按钮执行一个工作步。
具体控制要求如下。
(1)具有能检测是否为安全状态的功能;
(2)折板机运行过程中再次按下启动按钮或故障报警时,能够自动停机;
(3)模板的上下移动和左右折板的上下移动不能同时进行;
(4)完成整个加工过程后,模板和左、右折板应返回原位。
3.3程序控制流程图
根据控制系统的设计以及工艺原理的要求,在启动运行的状态下,运用单步控制方式的U型折板机的程序控制流程图如图3所示。
当按下启动按钮SB1时,系统会自动检测是否在安全状态,即模板、左右折板都在原位。
如果不是安全状态,则需手动解除故障后方可重新启动运行。
如果检测结果显示系统在安全状态,则模板开始下移,当模板下移到位后,左、右折板开始上移,当左右折板到位后,系统停止运行2S,以稳定成型。
然后左、右折板开始下移,当左、右折板到位后,模板开始上移,当模板到位后,系统再次停止运行2S,以便工作人员取出U型板。
图3程序控制流程图
3.4程序设计
U型折板机的设计选用SFC图法作为程序的编程方法[14],它的设计思想是将一个复杂的控制过程分解为很多个工作状态,弄清各工作状态的细节后,依据总的控制顺序的要求,将这些工作状态联系起来,就构成了SFC图。
根据U型折板机的工作原理和程序控制流程图,作U型折板机PLC控制SFC图如图4所示。
图4U型折板机PLC控制SFC图
按照外部接线要求把各个元件接好,当接入电源时,按下启动按钮SB1,如果模板没有在原位以及左右折板没有在原位,系统将不会进行下一步动作。
如果模板以及左、右折板都在原位时,系统将延时一秒。
具体程序如图5所示。
图5启动自检程序图
当启动延时时间到或处于原位时间到时,T0接通,模板下移辅助继电器M11置1,模板开始下移。
具体程序如图6所示。
图6模板下移程序图
当模板下移到位后,到位行程开关接通,左右折板相对应的辅助继电器M12、M13置1,并控制相应的左右折板电磁阀动作,左右折板开始上移。
具体如图7所示。
当左右折板上移到行程开关接通,从而左右折板到位。
系统将停留2S以用来进行稳定成型,当延时结束后,左右折板开始进行复位下移,当下移到原始状态时,模板开始进行复位上移。
具体程序如图8所示。
当模板和左、右折板都在原位时,按下SB1通过一定的延时使系统只进行模板下移。
- 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:
- 板机 plc 控制系统 组态 监控 设计 大学本科 毕业论文