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1、 課 程 設 計 報 告 課題名稱 工作臺自動往返控制 姓 名 孫斌 學 號 201103120087 所在系 電子電氣工程學院專業(yè)年級 電氣自動化技術 指導教師 李賢溫 職 稱 教授 2013年10月 10 日 目錄 摘 要........................................................................

2、..........................1 Abstract..................................................................................................2 一、 緒論...................................................3 二、 總體要求...........................................4 三、 操作要求..........................................

3、.5 四、 整體方案...........................................6 五、 設計內(nèi)容...........................................7 一) 機械部分各參數(shù)選..................................7 二) 確定步進電機的型號................................7 三) 電氣部分..................................................9 六、 調(diào)試......................

4、.........................15 七、 結論...................................................................................16 參考文獻.....................................................................................17 致謝..................................................................................

5、..........18 摘要 中型企業(yè)普遍采用了先進的自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制但絕大部分小型企業(yè)尚未應用自動化系統(tǒng)和產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進行控制。因此PLC在我國的應用潛力遠沒有得到充分發(fā)揮。我國工業(yè)企業(yè)的自動化程度普遍較低PLC產(chǎn)品有很大的應用空間如機械行業(yè)80以上的設備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進行控制。隨著競爭的日益加劇越來越多的小型企業(yè)將采用經(jīng)濟、實用的自動化產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進行控制以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭實力。 在自動化生產(chǎn)線上有些生產(chǎn)機械的工作臺需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動往返運動并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留以滿足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程

6、序?qū)崿F(xiàn)運料工作臺自動往返順序控制不僅具有程序設計簡易、方便、可靠性高等特點而且程序設計方法多樣便于不同層次設計人員的理解和掌握。 關鍵詞： PLC、自動化、順序控制、工作臺、 控制電路 1 Abstract Chinese large and medium-sized businesses generally dopted advanced automated system for production process control but most small enterprises were not yet available

7、 automation system and products to the production process control. Therefore PLC application in our country is far from potential into full play. Our industrial enterprise automation degree is generally low and the application of PLC products have very big space such as mechanical industry more than

8、 80 of the device is still using traditional relays and contactor controlling. As more and more fierce market competition more and more small businesses will adopt economic and practical automation products on production process control in order to improve the economic benefit of enterprise and comp

9、etitiveness. according to certain order the realization of automatic round-trip sport and some still requirements in some places have certain time stays to meet the production process requirements. With PLC program realization shipped materials workbench automatic round-trip sequence control not onl

10、y has the program design of simple and easy convenient the reliability high characteristic and the program design methods are various facilitate different levels design personnel understanding and mastering. Keywords ：Programmable Logic Controller，automation，sequence control，table, control circui

11、t 1 2 一、緒論 1.1課題背景 在自動化生產(chǎn)線上有些生產(chǎn)機械的工作臺需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)往返運動并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留以滿足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)工作臺自動往返順序控制不僅具有程序設計簡易、方便、可靠性高等特點而且程序設計方法多樣便于不同層次設計人員的理解和掌握。本文以西門子S7-200 PLC為例提出基于工作臺自動往返順序控制的PLC程序設計方法。 1.2課題意義 對于現(xiàn)在的電氣行業(yè)發(fā)展來說是具有非常深遠的代表意義的，并且電氣行業(yè)能夠發(fā)展到現(xiàn)在的成果具有非常大的坎坷和困難，所以說如今的電氣行業(yè)已經(jīng)成為了時代的先鋒，成為社會

12、上很多行業(yè)發(fā)展的必備條件，貫穿著社會的生產(chǎn)和發(fā)展，并且給科學發(fā)展技術帶來了巨大的影響，是典型的代表產(chǎn)業(yè)。 自動化機器體系和機器人雖然在一定程度上可以代替人的體力勞動和腦力勞動，但它畢竟只是由各種機械、精密儀表、電子計算機、人工智能、傳動裝置等組裝起來的機器，是生產(chǎn)資料。在生產(chǎn)過程中，這些生產(chǎn)資料作為生產(chǎn)的物的因素，只是轉移自身的價值，即在生產(chǎn)商品的使用價值的同時，把自身的價值轉移到新產(chǎn)品中去。它只是資本家獲取剩余價值不可缺少的物質(zhì)條件，是作為雇傭工人的勞動的“吸收器”發(fā)揮作用的，是生產(chǎn)剩余價值的手段。 3 二、總體要求 2.1 使用PLC實現(xiàn)工作臺往返

13、循環(huán)工作的控制。工作臺前進及后退由步進電動機通過絲杠拖動。 2.2點動控制能分別實現(xiàn)工作臺前進和后退的點動控制。 2.3自動循環(huán)控制單循環(huán)運行即工作臺前進及后退一次循環(huán)后停止在原位碰到換向行程開光時不掩飾6次循環(huán)計數(shù)控制即工作臺前進及后退1次1個循環(huán)每碰到換向行程開關時 停止3秒后再運行循環(huán)6次后停止在原位原位在SQ2處， 采用光柵尺實現(xiàn)工作臺位置檢測。 2.4 自動循環(huán)控制線路為了使步進電動機的正反轉控制與工作臺的左右運動相配合在控制線路中設置了四個位置開關SQ1、SQ2、SQ3和SQ4并把它們安裝在工作臺需限位的地方。其中SQ1、SQ2被用來自動換接電動機正反轉控制電路實現(xiàn)工作臺

14、2 的自動往返行程控制SQ3、SQ4被用來作終端保護以防止SQ1、SQ2失靈工作臺越過限定位置而造成事故。在工作臺的T形槽 中裝有兩塊擋鐵擋鐵1只能和SQ1、SQ3相碰撞擋鐵2只能和SQ2、SQ4相碰撞。當工作臺運動到所限位置時擋鐵碰撞位置 開關使其觸頭動作自動換接電動機正反轉控制電路通過機械傳動機構使工作臺自動往返運動。工作臺行程可通過移動擋鐵位置來調(diào)節(jié)拉開兩塊擋鐵間的距離行程就短反之則短。自動循環(huán)控制線路如工作示意圖所示。工作示意圖 4 三、操作要求 3.1點動控制的時候按下SB4 按鈕工作臺前進松開 SB4按鈕工作臺停止前進按下 SB5 按鈕工作臺后退松開SB5 按鈕工作臺停止后退

15、。 3.2單循環(huán)運行當按下SB1時是正轉啟動當工作臺壓下 SQ1 時將 I0.5常閉斷開I0.5常開閉合延時3秒鐘執(zhí)行單循環(huán)操作按下SB2效果一樣只是開始的方向不同。 3.3 6次循環(huán)計數(shù)控制同時按下 SQ2、SB2執(zhí)行 6 次自動循環(huán)過程。 5 四、整體方案 4.1機械部分由步進電動機經(jīng)過傳動鏈將動力源傳遞至絲桿絲桿與固定在工作臺上的螺母配合完成工作臺的直線運動當工作臺運動至極限位置時觸動限位開關限制工作臺在一定的行程內(nèi)工作起到保護工作臺的作用。 4.2電氣部分PLC初始值將初始值傳遞至步進電動機驅(qū)動控制器從而

16、對步進電動機進行速度和方向的控制工作臺在運動后主副光柵傳感器的相對位移經(jīng)過光電轉換器產(chǎn)生微弱的模擬信量 4 再經(jīng)過放大整形電路將其變成數(shù)字信號量便于PLC高速計數(shù) 模塊的處理經(jīng)高速計數(shù)模塊處理后的信號PLC相匹配從而便于進行比較處理。 工作方框圖 6 五、設計內(nèi)容 5.1機械部分各參數(shù)選擇 工作臺和運載物的重量：w2000N 工作臺與絲桿的摩擦系數(shù)：=0.06 工作臺速度：v=500mm/min 絲桿導程 ：L=6㎜ 絲桿直徑：d=30㎜ 絲桿總長度：L1=1000㎜ 5 定位精度：0.02㎜ 5.2確定步進電機的型號 1、

17、脈沖當量的選擇 A脈沖當量：一個指令脈沖使步進電動機驅(qū)動拖動的移動距離0.01mm/p 初選之相步進電動機的步距角0.75/1.5，當三相六拍運行時，步距角0.75，其每轉的脈沖數(shù)S=360/0.75=480p/r 步進電動機與絲桿間的傳動比i=1.25 在步進電動機與絲桿之間加Z1=20,Z2=25模數(shù)m=2.5的一對齒輪。 2、等效負載轉矩的計算 7 3、等效轉動慣量計算 3.1絲桿轉動慣量 3.2 工作臺的運動慣量 3.3 大齒輪的轉動慣量Jg2（大齒輪節(jié)圓直徑62.5㎜寬12㎜） 3.4 小齒輪的轉動慣量Jg1（小齒輪節(jié)圓直徑50㎜ 寬12

18、㎜） 換算系列電機軸上的總轉動慣Jl 換算到電動機軸上的總轉動慣量JL 8 3.5 初選步進電動機型號 根據(jù)負載轉矩TL=1.58NM和電動機總轉動慣量JL=7.33*104選電動機型號為110BF003步進電動機，T max=8.1NM轉子轉動慣量Jm=4.7*104kgm 5.3電氣部分 1、光柵的參數(shù)選擇 熱膨脹系數(shù) 精度等級 參考點1個在測量長度的中點位置處 增量信號TTL 柵距8m 插補5倍 信號周期0.8m 掃描頻率250KHz 邊緣間距a:0.175s 最高運動速度60m/s 位置檢測零件和限位信

19、號TTL輸出信號無線路驅(qū)動器 電源 9 電氣連接0.5m電纜帶D-sub接頭接口電子設備內(nèi)置在接頭中。 最大電纜長度增量信號30m;零位限位10m 振動55-2000Hz:2002/sm IES 60068-2-6 沖擊11ms5002/sm IES 60068-2-6 工作溫度0-50攝氏度 掃描頭9g無連接電纜 接口電子設備140g 光柵尺0.8g0.08g/mm測量長度 編碼器電纜37g/m 2.PLC 2、 PLC控制部分 1）PLC的選擇 PLC按結構分為整體型和模塊型兩類按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類按CPU字長分為1位、4位

20、、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定因此用戶選擇的余地較小用于小型控制系統(tǒng)模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)功能擴展方便靈活一般用于大中型控制系統(tǒng)。Siemens在推出新一代小型PLC產(chǎn)品S7200后其價格與日本產(chǎn)品相差不大最近幾年其小型PLC的市場增長迅速已經(jīng)與日本主要產(chǎn)品Mitsubishi和Omron在小型PLC領域取得了類似的市場地位。近年來由于具有明顯的價格優(yōu)勢中國臺灣的部分PLC廠商在小型PLC領域發(fā)展勢頭十分強勁搶占了原來日本產(chǎn)品的一部分低端市場。本課程設

21、計選用S7—200 PLC型可編程控制器。 S7—200 PLC型可編程控制器是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小 型PLC是整體式結構。它有以下幾個特征 1、定義掉電保護區(qū) 2、立即讀寫I/Q 3、設置停止模式下的輸出值 4、對輸入信號增加濾波器 5、捕捉窄脈沖 9 6、模擬點位器 7、高速I/Q 2）PLC及步進電機接線圖 10 PLC及步進電機接線圖 用S7-200 PLC控制步進電機正轉與反轉。把步進電機驅(qū)動器的D2設置為OFF即PU為步進脈沖信號DR為方向控制信號。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進電機驅(qū)動器的PU端Q0.1控制步進電機反轉。 3) I/O地址分

22、配表 11 4）自動往返工作臺梯形圖 12 13 14 六、調(diào)試 6.1、硬件調(diào)試 接通電源檢查可編程控制器是否可以正常工作接頭是否接觸良好然后把其與電腦的通信口連接。 6.2軟件調(diào)試 按要求輸入梯形圖轉換成指令表并進行語法的檢查正確后設置正確的通信口將指令讀入到指定的可編程控制器ROM進行下一步的調(diào)試。 6．3運行調(diào)試 在硬件與軟件調(diào)試正確的基礎上打開可編程控制器的“RUN”開關進行調(diào)試觀察運行的情況是否正確以確定PLC的控制系統(tǒng)設計符合要求。

23、 15 七、結論 本系統(tǒng)主要以PLC為核心利用PLC的強大的控制功能實現(xiàn)了利用可編程控制器控制變頻調(diào)速恒壓供水的功能具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當系統(tǒng)的功能增加時硬件接線上只需增加行程開關輸入信號。原來的接線不需改變軟件上只需增加相應程序以及輸出的功能要改動的地方也較少。調(diào)試結果表明在適應性、精確性和可靠性方面到達到了設計的要求表明該設計方案是可行的。 通過本設計我學習到了很多東西在工作的細心上也得到了提高。并且更了解了有關可編程控制器的功能。我選擇這個設計也是為了彌補以前學習上的不足。這次設計使我了解到老師的用心良苦并且從老師那學到了很多寶貴的東西。

24、 16 參考文獻 1 余江李偉洪沈小云. 基于PLC的X-Y數(shù)控工作臺控制系統(tǒng)設計.廣東廣東海洋大學工程學院2010. 2 戴明宏主編. 電器控制與PLC應用.M.北京:北京航空航天大學出版社2007. 3 宮淑貞. 可編程序控制器原理與應用M. 人民郵電出版社 2004. 4 李樹雄.可編程序控制器原理及應用.北京:北京航空航天大學出版社2003. 5 魯遠棟. PLC 機電控制系統(tǒng)應用設計技術M . 北京: 電子工業(yè)出版社.2002. 6張進秋.可編程控制器原理及應用實例.北京機械工業(yè)出版社2004. 7欽和.可編程控制器應用技術與設計實例.北京人民郵電出版社2004. 8戴仙金等.西門子S7-200系列PLC應用與開發(fā).北京中國水利水電出版社2007. 17 致謝 本課題在選題及進行過程中得到李賢溫老師的悉心指導設計過程中李老師多次幫助我分析思路開拓視角在我遇到困難想放棄的時候給予我最大的支持和鼓勵。李老師嚴謹求實的治學態(tài)度踏實堅韌的工作精神將使我終生受益。在此謹向李老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 18