电气控制与PLC课程设计-双面钻控制系统设计.doc

电气控制与plc课程设计前 言plc的编程方法简单易学。其中梯形图是使用的最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更加简单方便。而且plc可靠性高，抗干扰能力强其大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，加上plc充分考虑了工业生产环境电磁、粉尘、温度等各种干扰，在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施plc有极高的可靠性；plc的适应性很强，应用灵活，硬件配套齐全，用户使用方便；plc的相关产品均成系列化生产，品种齐全，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求。而且plc系统相对继电接触器控制系统，接线少，其主要功能是通过程序实现的，在需要改变设备的控制功能时，只要修改程序，修改接线的工作量是很小的。而且可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各硬件装置功用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。plc的功能非常强大，扩展能力强.plc中含有数据巨大的可用于开关量处理的继电器类软元件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器系统所不能实现的。plc或其功能单元能方便地实现d/a、a/d转换及pid运算，实现过程控制、数字控制等功能。plc具有通讯联网功能，它不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多个生产线。它不但可以进行现场控制，还可以用于远程监控。plc控制系统设计、安装、调试方便. plc中相当于继电器接触器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，又用程序代替硬接线，安装接线工作量少，设计人员只要具有plc就可以进行控制系统设计并可在实验室进行模拟调试。plc体积小，重量轻，易于实现机电一体化 。由于具有上述特点，使得plc的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂，有控制要求，就会有plc的应用。硬件配套齐全，用户使用方便。适应性强可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各硬件装置功用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。维修工作量少，维修方便。可编程序控制器的故障率低，并且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。由于其诸多的优点，plc已成为有控制要求的工业生产必不可少的辅助工具。第章 双面钻设计方案选择1.1 方案选择根据动作流程，可以用以下一些方案。方案一：单片机控制方案方案二：继电器接触器控制方案方案三：plc控制方案在传统的继电器-接触器控制系统和plc控制系统、微机控制系统这三种控制方式中，究竟选哪种更合适，这需要从技术上的实用性，经济性上的合理性进行各方面的比较论证。该系统动作过程，左右动力头前进后退加紧机构加紧和放松返回原位。放松和夹紧共用一个线圈，线圈得电时放松、失电时夹紧，所以夹紧不作为输出信号。右动力头进入危险区送料到位夹紧回原位夹紧左动力头到位右动力头原位孔余下部分他们分别用八个限位开关sq、sq1、sq2、sq3、sq11、sq12、sq21、sq22 ，1个光电开关控制。单片机控制方案：它是用程序实现各种复杂的控制，功能最强。工作方式采用中断处理，响应也较快，价格比plc要低。但它的程序修改难度较大，可靠性比plc要差，也需要设计专门的接口电路和抗干扰措施。在使用时要求有较好的工作环境，维护技术也较高，系统设计较复杂，调试技术难度大，需要有系统的计算机知识。它需要设计和制作输入接口电路、输出接口电路、放大电路和印刷电路板，设计制作工作量大，周期长，而且它的抗扰能力很弱，对环境的适应性差。继电器接触器控制方案：继电器控制设计出的线路比较复杂，电器控制装置的制造周期较长，造价相应较高，维修也不方便。控制系统完成后，若控制任务发生变化，如某些生产工艺流程的变动，则必须通过改变接线才能实现。另外接线程序控制系统中器件、接线较多，所以其平均无故障时间较短。所以采用继电器控制方案有如下缺点：继电器本身容易出现误动作，特别是触头氧化及铁芯与衔铁弄脏后的吸力不足，机械运动部件运动不灵活而出现被卡烧坏线圈等故障，给维护过程带来极大不便，甚至会影响正常营运工作，而且势必使硬件接线量大且复杂，进而容易诱发以下问题：由于接线复杂，需要工程技术人员有足够的耐心，稍有不慎就会出现错误。一旦接线出现问题，要查找故障也是一项艰巨的工作，这样我们的工作效率必然受到影响。在单机调试时，难免要对其中的线路进行改进，这也给工程技术人员带来很大的麻烦。由于中间继电器教多，这必然会增大控制柜的体积，增加产品的生产成本。总之，继电器控制系统的灵活性和通用性较低，故障率较高。plc控制方案：它的编程方法简单易学，梯形图语言形象直观，易学易懂；功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量少，维修方便；体积小，能耗低。综上所述，plc在这些方面功能比前两种方案强，我们决定采用plc控制方案。1.2 plc的选择：机型选择： 该系统以开关量为主，可选用f1、f2、fx、ge1、c20、s5101、ti100、ex40等产品。容量估算： 由经验计算公式，即总存储器字节=i/o点数和10模拟量点数150 然后按计算总存储器字节的25%考虑裕量。该控制系统内存容量大约在150b。i/o模块： 该系统现场与输入模块距离不太远（不超过10m），因此采用低电平即可。采用继电器输出模块，其优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜。在设计时用到了20个输入点，7个输出点，考虑25%的裕量，该系统的plc采用fx2n-48mr-001（24点输入，24点输出，继电器输出）即可满足要求。第章 控制系统硬件设计与元件清单2.1 plc i/o接线图设计2.2 plc控制系统电器元件清单序号名 称符号型号数量01行程开关sq，sq1，sq2，sq3，sq11，sq12，sq21，sq22jlxk1-111802按钮sb0sb8la10-1903熔断器furl1-60104热继电器frjr0-20/305压力继电器kpjyl-2006转换开关sa1hj10107接触器km，km0km2cj0-20408可编程控制器plcfx2n -48mr001109油泵电机mjq2-z1-4110冷却电机m0jq2-z1-4111主轴电机m1、m2jq2-z1-422.3 i/o点编号分配表输入设备 输入点编号输出设备输出点编号起动按钮x0报警控制器yv0y0停止按钮x1送料yv1y1送料限位开关sq1x2夹紧限位开关sq3x3夹紧电磁阀yv2y2压力继电器开关kpx4左动力头进给电机yv3y3左、右动力头危区限位开关sqx5左动力头返回电机yv4y4左孔钻一半sq12x6右动力头进给电机yv5y5左回原位sq11x7右动力头返回电机yv6y6右余下部分sq22x10右原位sq21x11夹紧原位sq2x12自动/单机点动切换开关x13单周期x14连续x15接触器km的辅助常开触点x16夹紧限位按钮x20左动力头进给限位按钮x21左动力头返回限位按钮x22右动力头进给限位按钮x23右动力头返回限位按钮x24紧急停止按钮x252.4操作面板3.2 单机点动 单周期 自 动x20夹紧 x21左进 x22左退 x0启动 负载电源x23右进 x24右退 x1停止 紧急停车2.5主电路继电器接线图注：m为油泵电机，m0为冷却电机，m1、m2为主轴电机m1、m2在上电工作时一直在运转，直到按下停止按钮时，主轴电机才停止第3章 控制系统的软件设计3.1公共程序根据要求，该控制系统有自动程序和手动程序。用公用程序来实现其自动和点动的切换。1.自动/点动程序结构图如下：其中x13是自动/点动切换开关，当x13为on时将跳过自动程序，执行单机点动程序，当x13为off时，去执行自动程序。公用程序用于自动程序和点动程序相互切换的处理。开始执行时，要求系统处于自动方式运行。当需要点动操作时，使x13为on时，系统进入初始状态后再切换到单机点动方式运行。2.公共程序梯形图如下：其主要功能是起超节拍报警，夹紧机构一开始夹紧工件，辅助继电器m20自保启动定时器t0工作（设加工一个零件的时间为65秒）。一旦某一步发生故障，超过了预定的定时时间，t0常开触点接通，接通y0继电器，开始报警，直到按下紧急按钮x25才停止报警，要求检修故障并排除。公共程序指令表如下：m2m3y1m1m6m5m1m4m7setm1y2m1y3y5m1m8y3y73m7y4m7y5m7y6m7rstsetm1y2m1x2x3x4x5x6x7x10x11m0x0x16 m8002x0(c0+x14)x12c0x12x15c0k21.双面钻控制系统自动程序的顺序功能图3.2 自动程序2.自动程序梯形图如下：双面钻控制系统自动程序的顺序梯形图是用启保停电路设计来实现的。其具有全自动多次循环和单周工作功能。由顺序功能图分析，全自动双面钻的工作过程如下：当液压泵电机m启动完毕时，开关x16为on，按下启动按钮x0，辅助继电器m1通电自保，y1线圈通电，送料机构开始送料。送料到位时，碰sq1，行程开关x2为on，由辅助继电器互锁作用，辅助继电器m1为off，y1线圈断电，送料机构自动返回。同时，辅助继电器m2通电自保，y2线圈通电，夹紧机构对工件夹紧。当夹紧机构已对工件夹紧时，碰sq3，行程开关x3为on；当对工件有一定的夹紧力时，压力继电器kp动作，继电器开关x4为on。此时，辅助继电器m2断电，辅助继电器m3通电自保，线圈y3和y5通电，左右动力头同时向前进给，它们的主轴电机m1和m2同时启动，开始对工件进行钻削加工。当左、右动力头将要进入危险区时，右动力头碰sq，行程开关x5为on，辅助继电器m4通电自保，辅助继电器m3断电，使y5断电，右动力头停止进给，而左动力头继续进给。当左动力头钻至整个孔深的一半时，碰sq12，行程开关x6为on，辅助继电器m5通电自保，辅助继电器m4断电，使y3断电，y4通电，左动力头停止进给并快速返回。当左动力头返回原位时，碰sq11，行程开关x7为on，辅助继电器m6通电自保，辅助继电器m5断电，于是y4断电，左动力头停在原位，同时y5重新通电，使右动力头又继续进给。右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰sq22，行程x10为on，辅助继电器m7通电自保，辅助继电器m6电，使y5线圈断电，y6线圈通电，右动力头停止进给并快速返回。当右动力头返回原位时，碰sq21，行程开关x11为on，辅助继电器m8通电自保，辅助继电器m7断电，使y6断电，右动力头停止。同时 y2断电，夹紧机构松开，c0计数值加1。当夹紧机构返回原位时，碰sq2，行程开关x12为on，发出夹紧机构已返回原位的信号。至此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。若需要加工多个工件，则可通过设置计数器c0来实现。（为方便调试，设c0初值为2）。开关x15闭合时，可实现自动加工c0个设定的工件个数，加工完后返回初始位置。开关x15断开，x14为on时，可实现单周期工作。3.自动程序指令表：3.3点动程序1.点动程序梯形图如下：2. 点动程序指令表：注：点动程序段的作用主要是用于对主轴电动机、滑台和夹紧机构进行点动操作，以便能对钻孔深度进行调整。他的设计比较复杂，能对主轴电机，左右动力头的进给和返回具有点动控制。为了保证系统的安全运行，在点动程序中设置了一些必要的联锁，而且要避免双线圈的问题出现。第4章 控制系统总调试程序调试过程也是一个复杂的过程，任何一个环节出错都会导致程序不能顺利完成。完成了前面的准备工作，紧接下来工作，也是最重要、最关键的就是调试。首先，对各个部分已编好的程序进行逻辑分析无误后，将编好的梯形图程序或指令表程序输入到计算机plc软件上。按照程序要求，连接好外部开关、按钮及输出的模拟指示信号，验证程序对错。然后，将plc 的启动开关扳到stop端，单击软件主菜单上的plc下拉菜单，单击“写入”命令，在弹出的菜单选择合适的程序步长度，单击“确定”，将程序写入plc内。完成写入后，再单击下拉菜单“监控/测试”单击“开始监控”，这时可以观察到，辅助继电器m0为on，依照程序，接通x16，按下启动按钮x0，观察到辅助继电器m1通电自保，辅助继电器m0由于互锁作用断电，输出继电器y1通电置位，呈绿色状态，以区别断开状态。依次按下各个模拟行程开关，观察对应的输出y是否接通，当前步的辅助继电器m是否接通，即当前步是否为活动步。同时，其前级步必为不活动步。如果为“是”则说明程序是正确的，反之，是错误的，必须进行修改。最后，值得注意的是，在程序有返回或跳转时，按下相应的按钮或开关后，应能返回或跳转到指定的地方。程序中使用到计数器时，必须在外循环对计数器进行复位操作，否则，再次执行程序时，容易出错。在此次程序的调试过程中，我们也遇到了很多的问题。一个是双线圈输出的处理不妥，没有采用“m3 or m4”的方法，而是直接顺序连接，造成了前级线圈y3无效。经过研究讨论，问题解决了。还有一个是程序返回或跳转时，跳不到指定的地方。在连续程序的执行过程中，计数c0为满，发现程序执行完后，能返回到m1步。但是，计数c0计满后，还是返回到m1步，与要求不符。经过多次的观察、分析，我们发现，计数c0，其常开触点的闭合比其常闭触点慢，故，程序并不返回初始m0步，还是会返回到m1步。解决的方法很简单，就是在程序返回前加上1s的延时，保证c0的常开触点闭合，常闭触点断开。除了这两个问题，还遇到了其他的，都被我们一一解决了。最后，后来在张老师的耐心指导下及我们的通力合作下，一步一步把程序不完善的地方加以改正，把一些没用的语句删除，得到了一个简洁而完善的程序和图形。经过调试终于成功了，真是激动人心。第5章 设计心得体会这两周的课程设计，我受益匪浅，熟悉并掌握了fx2n系列可编程序存储器的结构、外部接线方法和指令的运用，以及写入和编辑程序的方法，以及简易编程器对可编程序控制器的运行进行监视的方法，掌握了用经验设计法编制简单梯形图程序，进一步掌握了编程器的使用方法和调试程序的方法。 刚拿到任务书时，我没有一个清楚的思路，因为学习这门课的时候没有学扎实还有很多东西都不是很懂。接下来的几天就是找参考书并自己试着把过程功能图画下