切割机传动系统的PLC控制设计毕业论文.docx
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切割机传动系统的PLC控制设计毕业论文
切割机传动系统的PLC控制
摘要
随着自动行业的发展,在生活生产中到处都出现了不同种类的自动化设备。
在当今的工业领域中,胚体的切割是加工过程中最为重要的步骤,也是保证成品质量的重要工序。
本文在基于PLC的切割机控制系统设计中,设计了PLC控制系统总体方案,给出了软、硬件设计与实现方案。
在硬件设计部分,阐述了电动机主电路及其电器控制电路的设计过程,给出了这两个电路的电器元件的选择结果。
在控制电路的设计部分,阐述了I/O接线图的设计过程,给出PLC及其输入/输出元件的选择结果。
在软件设计部份详细地阐述了PLC用户程序的设计过程,其中包括对公用程序、手动程序、自动程序与故障报警程序的设计过程的阐述,并给出了上述所有程序的梯形图和指令表。
关键词 切割机;PLC;控制系统
TheSystemDesignofTheAutomaticCuttingMachineBaseonPLC
Abstract
Withthedevelopmentofautomaticindustry,variouskindsofautomaticequipmentsappearallaroundofourlifeandproduction.Intoday'sindustrialfield,Incisingthematerialoftubeandplankstuffisnotonlythemostimportantstepduringtheprocedureofprocessingfinishedproductsbuttheimportantprocessofensuringtheproducts'quality.
DesignedthePLCcontrolsystematotalprojectinaccordingtothePLCstaticcuttingthemachinecontrolsystemdesign,givesoft,hardwaredesignandcarryoutaproject.Designpartinthehardware,elaboratethedesignprocessoftheelectricmotormainelectriccircuitanditselectricappliancescontrolelectriccircuit,gavethechoiceofthesetwoelectricappliancescomponentsofelectriccircuitstheresult.Becontrollingthedesignpartoftheelectriccircuit,elaborateI/Otoconnectthedesignprocessofthelinediagram,givethePLCandthechoiceofitsinput/outputcomponenttheresult.DesignthedesignprocessthatthepartelaboratedthePLCcustomerprocedureindetailinthesoftware,includeamongthemtothepublicprocedure,handtomovethedesignprocessthattheprocedure,automaticprocedureandgivealarmsignalproceduretoelaborate,andgaveabove-mentionedalltrapezoiddiagramsofproceduresandtherepertoire.
Keywords PLC;controlsystem.
摘要
Abstract
1前言
1.1切割机发展现状
随着自动行业发展,在生活生产中到处都出现了不同的种类的自动化设备。
在当今的工业领域中,胚体的切割是加工过程中最为重要的步骤。
也是保证成品质量的重要工序。
先进的现代切削技术的使用,不仅可以保证产品质量,提高劳动生产率,也使得企业的制造成本大幅下降,缩短产品的生产周期。
随着现代机械加工业的发展,对切割质量、精度要求的不断提高,对提高生产效率、降低生产成本、具有高智能化自动切割功能的要求也在提升。
1.2切割机的分类
数控切割机的发展必须适应现代要求加工机械。
切割机分为火焰、等离子、激光、水切割等等。
激光切割机的效率是最快的、最高的精密切割,切割的厚度通常是小的。
等离子切割机切割速度很快,切割面有一定斜度。
火焰切割机针对于厚度较大的碳钢材质。
我国机械工业钢材使用量已经达到3亿吨以上,钢材的切割量非常的大。
与此同时的对于现代工业来说,我们对于要求工业金属板材的切割效率和产品质量也在提高。
因而数控切割机的市场潜力还是非常的大,市场前景比较乐观。
经过几十年的快速发展,数控切割机在切割能量和控制系统取得了很大的进步。
从一开始的单一火焰切割发展为很多种能源切割的方式。
数控切割机控制系统从原来的简单的功能发展到复杂的程序和输入方法。
一个自动化程度高的发展是有一个全功能、智能、图形、网络控制,驱动系统也适用于步进驱动器,伺服驱动器进行今天的全数字伺服驱动器。
由雕刻机的发展而来的台式切割机,外型与在工作台上加装了一台微型龙门切割机很是相像 ,这种设备的又是就是在于薄板切割,主要应用于广告需求中的宣传和汽车钣金等等的行业。
悬臂龙门式数控切割机也类似于一个传统的机械结构,单相的基础和梁端。
对于实现3D切割的切割机来说它是利用了多轴联动。
但它的缺点是比较贵,而且这类产品基本都是依靠于进口,这样使得它的价格更贵。
而对于数控相贯线切割机,这是非常特殊的一类的切割机,因为这类切割机应用于一些特殊的专用的切割机,对于少量要求的切割使得国内的厂商较少,而对于它的需求也不高。
便携式切割机是从半自动小车式切割机发展来的,在小车式切割机上装载了数控系统以及传动装置, 基本上的外型是与小车式半自动切割机很相似,此类机型的成本相对低廉,结构很是轻巧,特别适合中小型板材加工。
其他类型的也有一些激光切割机比如激光的切割机,金属激光的切割机,激光金属的切割机,不锈钢激光的切割机。
1.3数控切割机的特点及其应用情况
在日常企业当中,一些需要机械加工的过程中利用到切割机的时候,常用的就是激光切割机,一般对于板材切割来说一般采用人力的手工操作,一般人工一半机器的半自动,还有就是高科技一点的数控切割
手工切割的优点:
第一点就是比较方便,但是缺点也是显而易见的,首先它的质量比较粗糙,第二手工操作误差很大,这样会对原材料的浪费比较大。
第三对于操作人员来说噪音大,环境差,对身体损伤也大。
最后也是对于数量来说实在是比较低下的,影响产出率。
而对于半自动的切割机来说它的优点也比较明显,它的操作比较方便,可以提升材料的利用价值,也可以不浪费材料,同时对于数量的要求也可以达到我们的要求,尤其是对于操作者来说在相当大一部分上改善了工作的环境以及对他们的身体损伤。
尤其是对于我国的一些中小型企业当中,精准度以及质量的好坏并不是要求十分的苛刻,使得手工操作以及半自动操作有了很大的优势。
而对于技术含量较高的数控激光切割机来说主要品种就是包括以下的几种:
数控高压水射流切割机、数控火焰切割机、数控等离子切割机、还有其他的用于专用的特殊切割设备。
数控火焰切割机,可以切割比较厚的板材但由于温度的高使得材料的走形也使得它的精准度不是很高,而且它比较慢,这样会降低生产速度。
对于追求全自动化的一些工厂来说这样的切割机并不是他们的首选。
这个时候凸显优点的等离子切割机成为首选,它的优点就是切割的种类特别多,可以涵盖了金属的所有类别并且它切割快这样提升了效率的同时也提高了产量,对于厂商来说这样的切割机确实是为选用为自己所用切割机的首选。
等离子由于是在水下进行切割所以它在切割过程中产生的一些污染物就可以大大的被吸收,由于这些东西的吸收可以大大改善切割时的环境。
采取精细等离子切割已经使得切割的质量可以接近激光的切割水平,伴随着大功率等离子切割成熟的技术,切削厚度超过毫米,而且扩大了数控等离子切割机系列。
数控激光切割机,它具有切割速度快的优点,精度高等特点,缺点是价格昂贵的激光切割机它的切割成本高,只适用于金属板材切割,高精度的几次切割。
水射流切割机它最大也是人们选取它最主要的原因就是它的环保优点由于是在有水环境,切割的飞屑也很好的在水中,大大的提升了切割作业中环境的清洁度。
但于它与火焰切割机类似的缺点就是切割的不快影响到了产量,并且这种切割的形式费用比较高。
数控切割机的发展就是必须要适应现代机械加工业发展的要求才可以实现发展。
从几种常见的数控切割机视图的应用,数控火焰切割机的功能和性能都达到了一个相当完整的程度。
但是它的缺点当中材料切割的局限性(只能切割碳钢板),切割速度的慢,生产效率比较低,其适用范围正在逐渐在缩小,所以市场不可能有大的增加。
等等离子切割机切割范围广(可切割所有金属材料),切割速度快, 具有较高的工作效率。
对于未来的发展方向,如提高重点离子动力技术、解决问题和应用数控等离子切割系统、提升电源功率就是为了可以切割厚一些的材料、提高精细等离子技术就可以提升产量以及质量,越高级的精细等离子技术就可以越大程度的提高材料的精准度,并且大幅度的提高产量;为适应数控系统的完善和提高,等离子切割的质量,它可以有效地提供高效率和切割。
激光切割机的优点是具有切割速度快,精度和切割的质量好等等特点。
现在世界上切割机的厂家比较多,国外生产制造切割机或拥有切割机技术的有:
威汉公司、乌尼泊尔公司、赫腾公司、伊通公司、司梯玛公司、海波尔公司、道斯腾公司、西波列斯公司、求劳克斯公司等。
对于国内的企业们来说为了学习、借鉴国外发展加气混凝土的技术和经验,并且建立和发展我国加气混凝土工业,我国在近年来先后引进了外国技术和设备。
1.4切割机控制方法与控制系统的确定
对于切割机控制的系统有以下集中控制方式:
继电器控制、单片机控制、PLC控制等。
现将几种控制系统作出分析比较选取最优的控制系统来实现其功能。
(1)PLC与继电器控制的比较
功能强,性能价格比高
硬件配套比较齐全,用户使用也相对方便,适应性比较强
可靠性高,抗干扰能力强
系统的设计、安装、调试工作量少
编程方法简单
维修工作量少,维修方便
体积小,能耗低
(2)PLC与单片机的比较
对单项工程或者是重复数极少的项目,采用PLC方案是比较明智、快捷的途径,成功率相对比较高,可靠性好,但缺点就是成本较高。
支持大项目,利用单片机系统是一个很小的成本低,效率高的特点,而且具有较强的实力和经验,能够使系统稳定可靠运行。
最好的方法就是单片机系统嵌入PLC的功能,这样就可以大大的简化单片机系统的研制的时间,可以使得性能得到保障,同时效益也就有保证。
1.5传送带的发展
传送带的设备在将来的不断发展汇总将向着大型化发展、使用范围的扩大、物料自动的分拣、对于损耗能量的减少、对于环境的不破坏。
大型化包括多方面,其中包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。
有一些水力输送装置的长度已经达到了单独的带式输送机长度超过几公里,有近百公里,并已通过大量的接触和由两套“带式输送机的轨道”。
在这些过程中很多科学家致力于探索长距离、大运量连续输送物料更完善的输送机结构。
传送带一般按有无牵引件来进行分类。
带具有牵引构件,一般包括以下几个部分:
牵引件用来提供以及传递牵引力,轴承件,驱动装置用来给输送机动力,张紧装置用来使得拉片能使得皮带正常运行,支撑件用来成方物料。
结构特点是以下几个方面:
材料在运输和安装件连接在一起的内部部件进行牵引,或直接安装在拖拉机零件(如输送机)以上,牵引件绕过各个滚筒或链轮首尾相连,构成一个完整的回路来传送这类的传送带设备种类繁多,主要的是有带式输送机、小车式输送机、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、斗式提升机、悬挂输送机和架空索道等等。
每个牵引件的不同也会来带不同的牵引力效果。
其他的一些特点是以下几点:
利用工作构件的旋转运动或者是往复运动,或者是利用介质在管道中的流动使物料向前输送。
例如,工作辊式输送机部件的一系列滚筒,滚筒转动的材料运输;螺旋输送机的工作构件是为螺旋,螺旋在就是类似于搅拌的动作将物料进行传送,振动输送机是类似于上下的运动来进行物料传送。
2传动系统设计
2.1PLC概述
在PLC的发展历程上,美国数字设备公司可以说是开山鼻祖,他们研制出了世界上第一台PLC。
而对于国内的发展,我们是在1974年才开始进行PLC的研制。
首先,PLC和计算机技术可以为发展其他技术提供支持,比如半导体集成技术、数字、控制技术等等,这些都可以依靠PLC和计算机技术来实现。
而高新技术的发展同样也是促进了可编程序控制器的发展,但是对于可编程序控制器的发展又对于这些高新技术提出了更高更新要求。
到了上世纪80年代至90年代中期,这个时代就是是PLC发展最迅猛的时期,可以达到年增长率一直保持30~40%。
在这个时期,可编程序控制器在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的能力都得到很大幅度的提高,这样的结果正是说明科技时代已经逐渐进入过程控制领域,以至于以后可能取代了在过程控制领域、在一些应用中占主导地位的分布式集中控制系统。
发展经验更为可贵的是,世纪年代以来,提出了一种新的观点的开放式控制系统,使的通信功能,得到更大的发展空间, 标准化的通信协议,可以使各种PLC可以利用通讯的方法来通讯数据。
依靠着先进的工业网络技术可以迅速有效地收集和传送生产以及管理数据。
那么,这样的结果就是网络的重要性就在自动化系统集成工程中体现出来了,在PLC在通信联网上有了突破后,这种连接关系使得PLC彼此之间的连接,PLC与上位计算机之间的联系都可以达到很好的效果就是可以沟通的更为方便,这样的各种联系以及沟通就构成了一个大的整体,这个大的整体之中每一个小部分又都可以分别的被控制出来。
在PLC的设计当中,它由一个接口称为RS—232,当然在PLC中也包括一些内置的具有支持各通信协议的接口。
对于一个很大的工程来说。
控制网络的能力就是控制器能力的体现,控制器能力越强,那么实现的功能越多也越好。
2.2PLC的工作原理
对于一般的情况下来说,PLC在进行重复执行工作循环来完成任务。
一个工作的循环流程包括以下的五个步骤:
执行自诊断,然后是写输出,接着是读输入,接着是执行程序,最后是处理通讯要求。
自诊断功能是由PLC内置的时问监视器来完成的,执行结果可以用来存储在特定的变量存储器内,编程人员可以对此数据进行进一步的加工处理。
(将数据写入输出影像寄存器。
用于从输入映像寄存器中读取数据。
执行用户程序。
用于执行数据通讯操作。
是如此不断重复的周期,这将实现连续控制外围设备,一直循环,直到它接收到的停止命令,或断电,故障等特殊情况下,将停止工作。
2.3PLC的选型
根据这次毕业设计课题的选择,在当今社会之中PLC的功能日益强大,一般来说的PLC都是具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等一些基本功能的。
对于一些PLC来说,它们还可以增加一些其他的模块,这是一些比较特殊功能的模块,比如说写通信的模块。
对于一些PLC来说还可以扩展位置控制模块等等。
那么在选择PLC的型号的时候就要考虑到一些因素,考虑了这些因素才可以选择出适合自己的PLC型号。
首先,选取的PLC的功能要与设计内容的任务相互合适,PLC它控制以及处理事件的能力与速度要满足设计内容的要求,其次PLC要结构合理,并且选取的PLC要保证机型统一,这样可以有利于彼此之间的联系,最后要考虑到在线编程和离线编程,因为对于PLC的程序部分的设计不可能是一成不变的,需要有改动的时候就可以更改,更为方便。
那么对于本设计来说,对于切割机系统控制的PLC就是定时器/计数器:
2B/个模拟量:
100~150B/个通信接口:
一个接口一般需要300B以上那么根据上面算出的总字节数增加25%左右的备用量,就是可以估算出用户程序所需的内存容量,从这样的角度出发选择合适的PLC内存。
这个系统中就拥有14个数字输入点10个数字输出点,需内存280B,需要有定时器6个,需要有内存16B,考虑到余量后需要有内存370B。
综上所述,选择三菱PLC的FX1N-24MR,既经济有能满足本设计的要求。
那么如何确定西门子plc输入/输出的设备呢?
这种时候根据系统的控制要求,可以进行确定系统所需的全部输入设备以及输出设备,这样就可以确定与三菱PLC有关的输入/输出设备,可以用来确定PLC的I/O点数。
西门子plc分配I/O点并设计三菱PLC外围硬件线路
(1)分配输入输出点
首先要画出PLC的输入输出点与输入/输出设备的连接图和对应的关系表。
(2)设计PLC外围硬件线路 其次就要画出系统其它部分电气线路图,其中就包括主电路图以及除去连接PLC的控制电路等等。
那么可以根据系统的控制要求,来相应的采用合适的设计方法用来设计西门子PLC程序。
(1)首先对于系统设计来说,我们所设计的程序必须要满足我们在设计当中的要求,在这个基础之上再开始考虑其他的设计。
在选定了程序之后再进一步对它进行编写以及实现各个功能,其中还包括了子任务程序,都依次设计完就可以逐步完善系统的制定功能。
在给PLC第一次上电,这时一般情况下都是初始化的操作。
这次的初始化操作就是包括一下的几个内容以及操作来完成对某些数据区被清除和计数器等等。
有些数据区域的恢复所需的数据,一些中继设置或重置为初始状态显示等。
在设计完程序以后就需要考虑到对西门子PLC的检测以及故障的诊断,还需要设计一个显示出来的程序等等。
但是这几个程序彼此之间相互独立,没有影响,所以对于它们的设计可以分别设计,等大的程序设计结束后再添加进去就可以。
三菱PLC保护以及连锁程序。
保护以及连锁是在程序中绝对必须有的一项重要环节,对于这项环节必须认真进行思考。
因为它的好坏可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱这样的错误。
(2)西门子PLC程序模拟调试
在一切程序设计好了以后就要进行模拟调试,模拟调试就是模拟出设计的产品在工作环境当中的一些反映,这样可以看出设计是否合理,是否可以进行大批量的生产,这是至关重要的,若是模拟调试失败那么意味着设计的失败。
对于如何模拟出设计的产品所处的工作环境的方法一般有两种,因为不同的设计对应的环境不尽相同,首先的一种方法就是硬件模拟法,利用一些硬件来产生我们所需要的信号,这些产生的信号用来连接到我们所设计的PLC的输入端,这样的方法有一个优点就是它的时效性比较强,那么另外一种就是软件模拟法,这种模拟法需要利用软件也就是一套模拟程序,这套模拟程序可以人为的设计出来模拟提供我们设计的产品在工厂中提供的信号,这种软件模拟的方法相对于硬件模拟比较简单,但是它的弊端就是硬件模拟的优点了,它的时效性不可以保证。
在模拟调试的时候,我们可以根据情况以及测试内容的不同共同使用两种模拟方法,它们可以相互弥补,而且在这个模拟的过程中我们还需要加一个监控的设计。
(3)西门子plc硬件实施
那么对于硬件实施方面主要就是进行控制柜(台)等硬件设计及现场施工。
硬件实施的主要内容就有以下几个方面:
设计系统各部分之间的电气互连图。
设计控制柜以及操作台等等部分的电器布置图和安装接线图。
)根据施工图纸进行现场接线接线后进行详细的检查。
因为设计的程序与硬件实施可以同时来进行,所以三菱PLC控制系统的设计用时就会缩减许多。
西门子plc联机调试 当在线调试,通过调试仿真程序进一步在线传输系统。
联机调试过程应该循序渐进,不能跳跃甚至是遗漏某些过程,首先要将我们设计出来的PLC连接到我们需要连接的输入设备,连接完输入设备就该连上输出设备。
当线路连接通常后即可以调试了,如果结果符合,那么设计成功可以进行生产,如果结果不符合那么只能进行调整,调整的对象就是硬件以及程序,首先检查硬件设施,然后是软件,全部调试完毕后,交付试运行。
运行一段时间,如果它工作正常,然后程序不需要修改,下一步就是程序固化,为了防止损失的计划。
2.4西门子PLC的设计方法
首先我们来分析一下控制系统的控制的要求:
第一要熟悉被控对象的工艺要求,第二就是要确定必须完成的动作及动作完成的顺序,最后就可以归纳出顺序功能图。
选择适应系统设计涉及的类型的PLC。
根据生产工艺要求,确定类型(数字,模拟,等)的点和点要求列出点列表。
同时要进行内存容量的估计,适当留出一部分余量。
那么根据经验而言,对于一般的开关量控制系统来说,用户程序所需存储器的容量就是可以等于I/O总数乘以8;那么其他的对于只有模拟量输入的控制系统来说,每路模拟量就是需要100个存储器字;同时有两个模拟输入模拟输出控制系统的要求,每个模拟内存需要个字。
当系统被设计来确定模型,而且还必须结合市场情况,并对产品的情况下,其合并的销售服务,技术支持和网络通信,等制造商争取资金的价值比一些可以选择选择更好的。
根据我们所选用的PLC产品,我们要了解其使用的性能。
我们要按随机提供的资料结合实际的需求,并且同时也要考虑软件编程的情况以及进行外电路的设计,绘制电气控制系统原理接线图。
首先,根据控制的系统的要求将顺序功能图转换为梯形图是软件设计的主要任务,在程序设计的时候首先也是最好将使用的软元件(比如内部继电器、定时器、计数器等)列表,标明用途,这样就可以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。
其次,模拟调试。
我们将设计好的程序下载到PLC主单元中。
与此同时由外接信号源加入测试信号,这是我们可以用按钮或小开关模拟输入信号,同时用指示灯模拟负载,通过各种情况下暗亮灯的运行情况的了解,而在状态和逻辑之间的关系的变化是观察之间的设计输入输出符合要求的最重要的,并且与此同时的要及时修改和调整程序,修改和调整直到满足设计要求为止。
现场调试:
在模拟调试合格的前提下,我们要将PLC与现场设备连接。
在进行现场调试前要全面检查整个PLC控制系统,检查的内容就包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等等。
在保证整个硬件连接正确无误的情况下我们才可以给系统送电。
并且将将PLC的工作方式置为“RUN”。
反复调试,消除可能出现的问题。
当试运一定时间并且系统运行保持正常后,我们就可以将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中,这样就做好了备份。
2.5西门子PLC的保养
(1)保养的规程、设备的定期测试、调整的规定
每半年或者是季度检查PLC柜中接线端子的连接的情况,如要是发现松动的地方就一定要及时重新坚固连接;
对于柜中给主机供电的电源来说必须要每月重新测量工作电压;
(2)设备定期清扫的规定
保证到每六个月或季度对PLC进行清扫,清扫之前一定要切断给PLC供电的电源把电源机架、CPU主板及输入/输出板依次拆下, 拆下之后要进行吹扫、清扫后一定要再依次原位安装好,确保将全部连接恢复后再送电并启动PLC主机。
认真清扫PLC箱内卫生;
每三个月更换电源机架下方过滤网。
检修前准备好工具; 为了保护模板的功能元素不损坏保护装置必须同时使用防静电和认真的准备;
在检修之前与调度和操作工联系沟通好,必须在检修之前要悬挂检修牌处挂好检修牌。
(3)设备拆
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