气动半自动落料机床程序控制系统

燕山大学课程设计说明书（机电控制工程课程设计）项目名称气控半自动落料机床程序控制系统燕山大学课程设计（论文）任务书项目名称气控半自动落料机床程序控制系统项目考察知识点通过气动回路设计及调试，可以提高学生对气动元件的运用能力；通过基础气动元件扩展到与电气控制及传感器相结合的电气综合回路的训练，提高学生对电气技术的运用能力；PLC气动基本胡流的设计及实现；复杂多缸无障碍信号电气动回路的设计及实现；PLC气动回路故障诊断及分析。项目设计参数执行元件工况要求金属棒料先放在有滚轮的导轨上，然后进行机械手抓紧送料夹紧进刀退刀等动作。（1）。要求每分钟落料7个工件（857S/工件）对各气缸要求如下。名称抓料缸送料缸夹紧缸进刀缸输出力DAN4040150行程（MM）40702060（2）工作环境为室内加工无特殊要求。（3）要求切割时进刀动作平稳。（4）其他要求系统工作可靠，造价低，易于操作项目实施内容设计气动控制回路（包括纯气动控制，电气控制及PLC）选择气动元件和设计气源；绘制气压系统原理图1张（A2）气压传动系统设计计算说明书一本（含电气任务书，不少于15页）绘制气缸装配图1张（A1）,活塞零件图（A2）,编写PLC控制程序项目试验内容完成纯气动控制系统的模拟实现完成电气控制气动回路的模拟实现完成PLC控制程序和PLC控制气动系统的模拟实现项目结题须提交材料气压控制系统原理图一张（A1）气压传动系统设计计算说明书一本（含电气任务书，不少于15页）气缸装配图1张（A1）活塞零件图（A2）PLC控制程序实验报告心得体会项目实施时间节点要求第一周末设计计算，系统草图，元件选择第二周末绘图，编写PLC程序第三周末完成说明书，实验，和全部技术文件第四周末准备PPT,答辩。摘要对半自动落料机床多缸多往复程序控制系统分别设计采用了纯气动控制系统，电气控制系统，及PLC程序控制系统，并各自完成了模拟实验。对纯气动控制系统的设计，执行元件的选择，系统的设计计算，控制元件和辅助元件的选择，并进行了模拟实现。对电气控制系统的设计，控制电路的设计，并进行了模拟实现。对PLC控制系统的设计，PLC控制程序的编写，PLC控制电路的设计。关键词纯气动控制电气控制PLC控制系统设计电路设计程序编写模拟实现目录小组分工及贡献2摘要3第1章绪论511课题背景5第2章落料机床气控回路设计521工作程序及控制要求522选择系统压力确定执行元件623系统耗气量计算724拟定系统原理图825元件选择1126确定管道直径、验算压力损失12第3章电气电磁阀控制系统设计1431电控气动原理图1432电路设计15第4章电气PLC控制系统设计1741PLC使用说明1742PLC气动原理图2443PLC程序设计24第5章气缸的设计2851气缸（送料缸）的设计图2852气缸（送料缸）的零件设计图29结论2心得13参考文献7第1章绪论11课题背景在一些生成过程中，需要将金属棒料按要求切成一定长度再进行加工或获得成品，这一过程即为落料。落料的自动化过程可通过多种方式实现，气动技术即为其中一种。而气动的自动化控制又可以通过多种方式实现，如气控，电控，PLC程序控制。其中，每一种控制方式都有各自的特点及优缺点。第2章落料机床气控回路设计21工作程序及控制要求（一）工作程序工作时首先由人工将金属棒材放在带有滚轮的导轨上，再由机械手抓料，送料，夹紧，松料，送料退回，进刀，退刀，松夹等完成一次工作循环。机床连续作业，要求进刀平稳，系统工作效率高，工作可靠，造价低廉，易于操作。为提高工作效率，在保证加工顺序的前提下对前面讲述的工序作如下调整。夹具松开和机械手抓料同时在第一拍内完成。夹具夹紧棒料和机械手松料同时在第三拍内完成，而在第四拍内完成切断棒料和机械手退回两个动作。经调整后的工序见图1图1工序图（二）控制要求（1）要求每分钟落料7个工件（857S/工件）对各气缸要求如下名称抓料缸送料缸夹紧缸进刀缸输出力DAN4040150行程（MM）40702060（2）工作环境为室内加工无特殊要求。（3）要求切割时进刀动作平稳。（4）其他要求系统工作可靠，造价低，易于操作。22选择系统压力确定执行元件（1）系统压力和执行元件本系统为一般的气动系统，故选择系统压力为04MPA,根据工作要求抓料选择单作用缸，靠弹簧力返回。送料缸和夹紧缸选用双作用缸。落料要求进刀平稳，进刀缸采用气液阻尼缸。（2）执行元件主要规格确定内径DD取F07（2/4PF1）送料缸DB00426MM（270143/062）夹紧缸DC00426MM（2/463）进刀缸DD00826MM（270143/15064）查气动元件样本，各执行元件选择如下抓料缸QCJZ系列单作用微型气缸，单作用弹簧压回（S）双耳坐型（D）内径16MM，行程40MM；送料缸LCZ系列双作用气缸，内径50MM，活塞杆直径20MM，行程70MM；夹紧缸QGHJ系列双作用夹紧缸，内径50MM，活塞杆直径36MM，行程20MM；进刀缸QGHZ系列气液阻尼缸，内径100MM，活塞杆直径44MM，行程60MM。23系统耗气量计算由Q1D2S/4T1V（25）Q2D2D2S/4T2V（26）取V09其中Q1、Q2气缸伸出和退回时的耗气量，T1、T2分别为气缸伸出和退回所花的时间。根据动作要求初定各缸伸出和退回所花时间如图2图2工序图计算各缸的耗气量如下抓料缸（A缸）QA1DA2SA/4TA1V31400162004/40209268103M3/MIN（27）送料缸（B缸）QB1DB2SB/4TB1V31400502007/4109916103M/MIN（28）QB2DB2DB2S/4TB2V3140050200202007/40509961103M3/MIN（29）夹紧缸（C缸）QC1DC2SC/4TC1V3140052002/403709707103M3/MIN（210）QC2DC2DC2S/4TC2V3140050200362002/401509840103M3/MIN（211）进刀缸（D缸）QD1DD2SD/4TD1V314012006/44509698103M3/MIN（212）QD2DD2DD2S/4TD2V31401200442006/425091013103M3/MIN（213）整个系统在一个工作周期内的平均自由空气耗气量为QVQA1TA1QB1TB1QB2TB2QC1TC1QC2TC2QD1TD1QD2TD2P01013/01013T26802916196105707037840015698451013250401013/85701013M3/MIN062M3/MIN（214）24拟定系统原理图根据装置所在的工作环境和系统的动作要求，考虑用气控行程顺序控制方式，为此（1）列出气动执行元件的动作程序及程序循环图（图1）；（2）画XD状态线图，程序的X/D线图如图3；（3）逻辑原理图如图4；（4）画气动系统原理图如图5；根据工作要求抓料选择单作用缸，靠弹簧力返回。送料缸和夹紧缸选用双作用缸。落料要求进刀平稳，进刀缸采用气液阻尼缸，并用可通过的行程阀（短信号阀）做D缸回到终端的信号阀，以消除I型障碍。在工作中应工件的变化，常要调整机床的刀具和夹具，因此系统中要有手动调整。在工作循环结束时，可通过式行程阀处在释放状态，为了再次启动的需要，要把启动信号和C0相“与”控制第一节拍动作A1。可得到变动后的各执行元件动作的逻辑表达式为A1C0QC0D0B1A1A0B1C1B1SKC1B0C1B1D1C1B1D0D1SKD0根据上述各执行元件动作的逻辑表达式画出落料气控回路图图5图3X/D线图图4逻辑原理图图5气控原理图在系统接通气源并给出启动信号Q后，C缸首先退回使得夹紧装置松开做好夹料准备与此同时单作用缸A也伸出带机械手的手指抓紧棒料并由行程阀发出信号A1。在第二节拍里B缸推动机械手把棒料送入夹紧装置。在第三节拍内控制信B1指挥C缸伸出夹紧棒料得也同时也命令A缸退回使得机械手松开，这样就完成了上料工作。上料完成后气液阻尼缸带动刀具前进切断棒料，在行程终端发出D1控制信号。与该动作并行的事B缸活塞杆收缩带动机械手复位。最后是D1信号控制D缸带动刀具复位。至此完成一个工作循环。系统中设置手动控制阀SKC1和SKD0以便于夹具和刀具调整。该机床可实现自动工作循环。25元件选择（1）空压机的选择由以上算得的一台设备四汽缸的自由空气耗气量QV062M3/MIN如无现成气源系统借用，则单独设置的气源中空压机可按供气压力PG05MPA，流量062M3/MIN查有关产品样本。今选用W09/7A型压缩机，该空压机的额定排气压力为07MPA，设定排气量为062M3/MIN。（2）阀类元件和辅助元件的选择阀类元件根据系统的工作压力（04MPA）和通过阀的实际流量，初选各控制阀如下主控换向阀选用JQ250831手动换向阀Q选用Q23R1SCL8M56H手动换向阀SKD0与SKC1选用Q23R1CL3行程发讯器D0选用可通过式行程阀23JC4L3；行程发讯器A1、B1、C1、D1均选用杠杆滚轮式行程阀23JC3L3；梭阀选用QSL3减压阀和其他辅件选用QTY8减压阀（通径8MM）和QSL8型分水滤气器、QIU8型油雾器。在两只主控阀和气缸排气口，分别配以KXY8和KXY8型消声器。如孔口螺纹尺寸和消声器不相配，应考虑制造过度接头。26确定管道直径、验算压力损失（1）确定管道直径按管道直径与气动元件通径相一致的原则，确定主回路8MM，控制回路3MM（2）验算压力损失初步估算，并取KP13PBPDPGPJ2P（215）式中，PB、PD为流经分水滤气器、油雾器的压力损失；PG、PJ为流经截止式换向阀和减压阀的压力损失。为使系统气压（减压阀输出压力）稳定，减压阀输入、输出压力应有一定的差值，若此处取PJ01MPA，其余元件的损失按表53取为PB002MPA，PD0015MPA，PG0015MPA，则0100200150015015MPA（22P16）KP13015MPA0195MPA（2217）因此，供气压力P0401950595MPA，取P06MPA，此值由贮气罐处的压力继电器调定（也可由点接点压力表调定）。若不算减压阀上压降，则KP130050065P01（22P18）由此可见，系统压力损失可以为压缩机接受，一般也为规定值所允许。如要精确知道管路系统压力损失，则可在确定管道布局的基础上，计算管系的沿程损失、局部损失，从而计算出包括元、辅件在内的系统压力损失。第3章电气电磁阀控制系统设计电气控制线路设计的一般要求电气控制线路的设计是在传动形式及控制方案选择的基础上进行的，是传动形式与控制方案的具体化。图6搭建气控回路实验台此次任务主要是实现实验室中的电控模拟，针对工作要求，有如下几点工作。31电控气动原理图系统原理图如图7图7电气控制系统原理图32电路设计控制电路图如图8图8控制电路图电磁控制工作过程如下设置初始状态为抓料松开，送料退回，夹紧缸松夹，进刀缸退回1总开关SA闭合，线圈KA1得电，KA1动合触点闭合，电磁阀YA1得电（抓料），同时KA1动断触点断开，使线圈KA6不能在线圈KA3得电之前得电；2抓料完成，SQ1动合触点闭合，线圈KA2得电并自锁，KA2动合触点闭合，电磁阀YA2得电（送料）；3送料完成，SQ2动合触点闭合，线圈KA3得电并自锁，KA3动合触点闭合，电磁阀YA3得电夹紧，同时，KA3动断触点断开，线圈KA1失电，电磁阀YA1断电（抓料缸退回）；4夹紧完成，SQ3动合触点闭合，线圈KA4得电并自锁，KA4动合触点闭合，电磁阀YA4得电（进刀），同时，KA4动断触点断开，线圈KA2失电，电磁阀YA2断电（送料缸退回）；5进刀终点，SQ5动合触点闭合，线圈KA5得电并自锁，同时KA5动断触点断开，线圈KA4失电（退刀），同时KA5动合触点闭合；6退刀终点，SQ4动合触点闭合，线圈KA6得电并自锁，KA6动断触点断开，线圈KA3失电，KA3各触点复位，电磁阀YA3断电（夹紧缸退回），线圈KA5失电，同时，执行第1步，依次循环动作。注1工作过程中，转动总开关SA，控制线路完成当前循环后结束；2若要进行刀具调整，按下刀具调整按钮SKD0，线圈KA4失电，电磁阀YA4失电，刀具一直处于退刀状态；3若要进行夹具调整，先按下刀具调整按钮SKD0，使刀具不能进刀，在按下夹具调整按钮SKC1，使线圈KA3一直处于得电状态，即电磁阀YA3得电，夹具一直夹紧。第4章电气PLC控制系统设计41PLC使用说明这次编写程序我们主要用到了PLC的梯形图，所以在此我对梯形图的使用做详细说明。411什么是INDRALOGICINDRALOGIC是可编程逻辑控制PLC的完整开发环境（INDRALOGIC是图9搭建的电控回路试验台CONTROLLEDDEVELOPEMENTSYSTEM的缩写），在PLC程序员编程时,INDRALOGIC为强大的IEC语言提供了一个简单的方法，系统的编辑器和调试器的功能是建立在高级编程语言的基础上（如VISUALC）。412L40的硬件及配置图10L40的配置图11功能描述PLC主体有8个输入、8个输出接口和4个扩展输入、4个扩展输出接口。24V电源用于向L40提供电源,主电路可以从其它电路段分离出来,互相独立如果这样的话,主电路为所有这些段提供主电压413程序的编写过程编写程序之前，首先要确定被控系统的运行过程。确定系统的逻辑关系，如气动半自动落料机床的功能图如下图12气动落料机床功能图IX00退刀行程开关QX01电磁阀1IX01抓料行程开关QX02电磁阀2IX02送料行程开关QX03电磁阀3IX03夹紧行程开关S1抓料，夹具松IX04进刀行程开关S2送料IX05夹具调整开关S3夹紧，抓料松IX06刀具调整开关S4进刀IX07总开关开关S5退刀接下来是正式的编程过程1首先打开应用程序（如图13）；2选择文件新建工程；3将L20的模块拖到新建的工程中（图14）；4出现如图15的对话框，依次继续图13程序图标图14将L20的模块拖到新建的工程中图15设置过程5点击新建，选择图示设备（如图16）；6将图示IP地址改为192168110（如图17）7点击结束，完成8打开L20DP,打开LOGIC图16设备选择图17修改IP图18设置结束图19打开LOGIC9选择LD梯形图10定义步的名称，进行编程（绿色文字为注释）图20选择LD梯形图图21步的定义图22编程过程42PLC气动原理图图23PLC气动原理图43PLC程序设计输入设备对应输入点号输出设备对应输出点号行程开关SQ4常开IX00电磁阀YA1（夹，抓）QX01行程开关SQ1常开IX01电磁阀YA2（送）QX02行程开关SQ2常开IX02电磁阀YA3（刀）QX03行程开关SQ3常开IX03行程开关SQ5常开IX04夹具调整SKC1常开IX05刀具调整SKD0常开IX06总开关常开IX07道具调整后继续工作触点SKD00IX10表1I/O地址分配表气动半自动落料机床控制PLC外部接线图（图9）图24气动半自动落料机床控制PLC外部接线图运行程序，进行程序调试注调试程序时，先不要使系统与气源相通，用手推（拉）气缸，观察各电磁阀的得失电的顺序正确与否，若不正确，进行修改，最终得到正确的运行程序。最终编写的程序PROGRAMPLC_PRGVARSTEP_0BOOLTRUE空操作STEP_A1C0BOOL抓料松夹STEP_B1BOOL送料STEP_C1A0BOOL夹紧抓料松STEP_D1BOOL进刀STEP_B0BOOL送料退STEP_D0BOOL退刀00,SQ401,SQ102,SQ203,SQ304,SQ505,夹具调整06,刀具调整07,总开关10,退刀调整后进入循环QX01，抓料夹紧控制阀QX02,送料控制阀QX03，刀具控制阀END_VAR图25程序图第5章气缸的设计51气缸（送料缸）的设计图抓料缸装配图如图261前端盖2钢筒3活塞杆4密封圈5活塞6后端盖7螺母8弹簧垫圈9密封圈10弹簧垫圈11双头螺柱12螺母图26气缸设计图52气缸（送料缸）的零件设计图图27气缸活塞零件图结论1气动回路速度很快，要实现气缸速度的控制需在排气侧安装单向节流阀，按设计要求对气缸进行调速；2气控回路搭接方便，用机控行程开关容易实现对回路的顺序控制，但容易产生有干涉的控制信号，为了消除障碍信号，我们使用的方法是选择别的控制信号作为制约信号，如B0C1B1，若要使抓料