扩口机电控系统论文设计.doc

1 编号 淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目SKG-400 型扩口机电控系统设计 学生姓名苏楠 学 号42913224 院 系电气工程系 专 业机电一体化 班 级429132 指导教师陈玉华 顾问教师段培易 二一五年十月 摘要摘要 扩口机是 PVC 管生产过程中一个重要的组成部分，根据不同的要求既可单 机运行，又可和挤出机、切割机等联机组成一条生产线。本文探讨了 SKG-400 型扩口机电控系统采用可靠性高、抗干扰能力强的可编程控制器(PLC)作为主控 部件来实现的技术，阐述了其在扩口机电控系统设计中作用和优势。根据管材 对扩口机扩口的过程复杂要求及高可靠的特点，具体研究了硬件的配置、软件 程序的编制及整个模拟演示程序。在分析了扩口机工作流程的基础上，进行了 PLC 控制系统的硬件设计和软件设计。硬件部份重点介绍了温控部分设计的思 路和采取的设计方案；软件设计则重点介绍了自动工作程序编制的方法、以及 为提高机床工作的可靠性、经济性、以及提高其自动化程度、实现工步之间的 约束条件、联锁保护采取的措施。除了原理设计以外，还对控制系统进行了工 艺方面的设计。 关键词关键词 ： 控制系统 PVC 生产线 SKG-400 扩口机 PLC Abstract I AbstractAbstract Belling machine is a important part in the PVC tube production line. According t o different request, it since can singlely go, again can with extruder, cutting machine e tc. Online constitute a production line. This paper inquires into SKG- 400 belling machine electric - control system in adoption of programmable logical controller (PLC) with high credib ility and the strong anti- interference ability, which is the technique that the lord is controlled a parts to carry out, elaborating it the function and the advantage in belling machine electric- control system design.According to the characteristics of high reliability and bulgingc omplications requests in the process of the pipe material to bell.Concretely studying t he configuration of Hardware, the software programming and the whole simulation p rogram. In analyzing to bellingmachine workflow foundation, this paper gives the PL C control system of the hardware design and software design. Design method and desi gn planadopted of temperature control system is introduced respectivelyin hardware p art.Then, The software design gives emphasis to method of automatic work procedure to draw up and measures of adopting in the credibility of the tool machine work, econ omy,its stipulation condition ,carrying out of constraint condition between steps and i nterlock protection. In addition to the principle design,this paper also designs control s ystem in process technology. Keywords control system PVC product line SKG- 400 belling machine PLC II 目目 录录 摘要摘要I AbstractII 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 课题来源.1 1.1.1 为某橡塑机械厂新产品研制项目1 1.1.2 新产品定义2 1.2 设计要求2 1.2.1 生产工艺 2 1.2.2 控制要求 3 第二章第二章 控制要求分析与方案的确定控制要求分析与方案的确定.5 2.1 继电器接触器控制系统方案 .6 2.1.1 继电器接触器控制系统的优点 6 2.1.2 继电器接触器控制系统的缺点 7 2.2 工控机控制系统方案 .7 2.2.1 工控机控制系统的优点 7 2.2.2 工控机控制系统的缺点 7 2.3 PLC 控制系统方案 .7 2.3.1 PLC 控制系统的优点 7 2.3.2 PLC 控制系统的缺点.8 第三章第三章 PLC 选择及确定选择及确定9 3.1 确定输入/输出设备、统计 I/O 点数9 3.1.1 输入点 9 3.1.2 输出点10 3.1.3PLC 选择 11 3.2 PLC 类型选择 .11 第四章第四章 硬件设计硬件设计.13 4.1 智能温控表 13 4.2 接近开关 13 4.3 接触器 14 4.4PLC 隔离电源 .14 第五章第五章 软件设计软件设计 15 5.1 总体框图设计 .15 目录 III 5.2 手动调整程序设计 .15 5.2.1 手动程序设计 15 5.2.2 回原位程序设计 15 5.3 自动程序设计 .16 5.4 模拟程序设计 22 5.5 公共程序设计 .23 第六章第六章 结论与展望结论与展望 .24 致谢致谢.25 参考文献参考文献 .26 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 0 第一章第一章 绪论绪论 目前，我国建筑给排水的管道一般是钢管、水泥管道或铸铁管，现阶段我 国很多地方还在继续使用。钢管及铸铁管作为城市给水排水管材，长期使用后 就会产生锈蚀现象，出现“红水”、“黑水”、“蓝水”，铁腥味严重，各种 有害细菌超过国家生活饮用水水质标准，排污管道出现泄漏等现象，污染水源， 表现在：“红水”主要是镀锌水管被腐蚀造成的污染；“蓝水”主要 是水中的超标的铜离子引起的，它会导致人体肠道疾病、儿童肝脏损伤、老年 痴呆症等疾病。水泥管怕碰撞，接口易渗漏，污染地下水，造成环境污染。随 着我国城市化建设的不断发展，为保障人民的身体健康和环境保护，根据建设 部的规定，原城市自来水管使用铸铁管或水泥管，城市排污管道使用的水泥管， 供水卫生不能达到国家规定标准，排污管道污染地下水，今后供水一律禁用铸 铁管、水泥管，而采用 PVC 管、PE 管，排污采用螺纹管。新型塑料管与传统 管材相比具有重量轻、耐腐蚀、内壁光滑，水流阻力小、节约能源、安装简便 迅速、造价较低、较好的抗震能力、有一定的抗拉抗弯曲的弹性、易养护、寿 命长等优势，特别重要的是使用它们可以使饮用水达标，没有有害离子产生。 通过国家的政策支持，PVC 及 PE 塑管生产企业如火如荼地发展起来。扩口机 是 PVC 塑管加工自动线不可或缺的设备，其自动化程度的高低及工作的可靠性 对整条自动线举足轻重。可是，在现阶段在我国扩口机控制系统中主要还是以 往陈旧的传统继电器接触器控制系统为主，传统的继电器控制系统是针对一定 的生产机械、固定的生产工艺而设计，采用硬件接线方式安装而成，其连线多 而且复杂、体积大、功耗大，只能完成既定的逻辑(或顺序)控制、定时、计数 等功能，即开关量控制；一旦改变生产工艺过程，继电器控制系统必须重新配 线，因而适应性差，且体积庞大，安装维修都不方便；另外，继电器的触点数 量有限而且会磨损、腐蚀，寿命短，可靠性差，系统的灵活性和可扩展性受到 很大限制，所以为了更好的满足生产、节约、环保、高效等各方面的要求，就 要对扩口机的控制系统进行改进创新的设计。 1.1课题来源课题来源 1.1.11.1.1 为某橡塑机械厂新产品研制项目为某橡塑机械厂新产品研制项目 我国橡塑机械自主创新、新产品研发除极少数原始创新外，更多的是集成 创新和引进、消化、吸收后在创新。具体体现咋两个方面：一是通过研发提升 产品档次，进而提高产品附加值，增强企业竞争力；二是通过引进技术消化吸 收，研发代替进口的附加值产品，进而打开市场，提升企业竞争力，增强了企 业的盈利能力。 第一章 绪论 1 在市场不断快速变化、技术迅速更新的趋势之下，企业是否具备快速、高 质量、低成本的推出新产品的能力，已成为决定企业成败与否的关键。企业只 有不断的创新，以优质低耗、搞笑环保，发展新产品，改进老产品，采用新技 术、新工艺、新材料等研发思路，确保企业在激烈的市场竞争中获取最大的经 济效益。 1.1.21.1.2 新产品定义新产品定义 新产品可以定义为：指采用新技术原理、新设计构思研制、生产的全新产 品，或在结构、材质、工艺等某一方面比原有产品有明显改进，从而显著提高 产品性能或扩大了作用功能的产品。 1.2 设计要求设计要求 1.2.11.2.1 生产工艺生产工艺 1）PVC 塑管生产过程： 原料挤出机真空定径冷却槽牵引机切割机扩口 机成品管材 具体的就是：粒料（或粉料）进入挤出机，在挤出机的模具作用下挤出， 然后通过真空泵进行把管子的直径定到要求的大小，这时管子是比较软的，然 后通过冷却槽冷却一下，管子就变硬了，管子再通过牵引机牵出，这里牵引机 和挤出机是同步的，长长的管子进到下一道工序切割，切割成要求的长度， 为了把两个管子对接就进入最后一道工序扩口，在切割机上切割好的管子 送到扩口机上进行扩口，扩成要求的口径，完成后把管子卸下来。 2）扩口机生产过程： 管材（自切割机来）管材输送（输送计时，输送架下降、输送电机运 转）1 号架抬起移送架前进1 号架落下加热炉前进转管架 下降，压下并旋转（正、反转计时）加热计时转管架向上、加热炉后 退2 号架抬起移送架前进2 号架落下夹具夹紧扩口车前进 滑块涨开真空成型（计时）冷却计时滑块缩回扩口车后 退、推板前进推板后退夹具松开 具体的过程：自动线开动以后，切割机过来的管材由输送电机 M3 拖动送 到工位上，并由液压泵电机 M1 驱动各油缸带动各传动装置实现各工位的转移， 1#托架抬起把管材托起移送架带动托架向前把管材送到加热炉工位，经过加热 炉均匀加热后，2#托架抬起把管材托起移送架向前把加热好的管材送到扩口工 位，夹具夹紧后，扩口车上前扩口加热好的管材，完成后由下面来的管材把成 品挤下运走。在加热时，由 KM4、KM5 控制转管电机 M4 实现正反转，以确 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 保管材均匀受热。扩口管材时，由真空泵电机 M2 实现扩口成型。 1.2.21.2.2 控制要求控制要求 要满足扩口机的加工工艺，有自动连续加工和手动调整，控制装置要求安 全可靠、简单经济、使用维修方便，控制面板上要有一些运行状态的显示，计 时控制的时间可由操作者在控制面板上根据管材及环境温度预先设置。管材加 热时，控温精度要高点，温度的波动要小点。 第二章 控制要求分析与方案的确定 3 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 第二章第二章 控制要求分析与方案的确定控制要求分析与方案的确定 控制要求的分析可以分为两部分：一部分是硬件方面的控制要求的分析； 另一部分是软件程序方面的控制要求的分析。 首先进行硬件方面控制要求的分析： 1）电机控制 输送电机：0.75KW，单向运转。 转管电机：0.50KW，正、反向运转。 真空泵电机：2.2KW，单向运转。 液压泵电机：2.2KW，单向运转。 2）计时控制 输送计时：检测到由切割机来的管材信号后，延时输送。 转管计时：管材加热时需转动，正反转交替进行，周期可调。 加热计时：管材在烘筒内加热时间。 成型计时：真空定型时间。 冷却计时：管材定型后冷却时间。 上述计时时间，均由操作者在控制面板上根据管材及环境温度预先设置。 3）液压控制 加热炉：前进、后退；由 DC24V 三位四通阀控制；双头电磁铁。 移送架：前进、后退；由 DC24V 三位四通阀控制；双头电磁铁。 扩口车： 前进、后退；由 DC24V 三位四通阀控制；双头电磁铁。 推 板：前进、后退；由 DC24V 三位四通阀控制；双头电磁铁。 夹 具：夹紧、松开；由 DC24V 三位四通阀控制；双头电磁铁。 4）气压控制 滑 块：涨开、缩回；由 DC24V 二位四通阀控制；单头电磁铁。 转管架：向上、向下；由 DC24V 二位四通阀控制；单头电磁铁。 输送架：向上、向下；由 DC24V 二位四通阀控制；单头电磁铁。 1 号托架：抬起、落下；由 DC24V 二位四通阀控制；单头电磁铁。 2 号托架：抬起、落下；由 DC24V 二位四通阀控制；单头电磁铁。 在本课题中只用到四台电机，而且这四台电机的功率都没超过 3KW 而且 是单向启动（除了 0.5KW 的转管电机），所以不需要降压而直接启动。由于计 时控制的时间均由操作者在控制面板上根据管材及环境温度预先设置的，为了 操作者方便操作计时器选用数字式计时器。液压方面，考虑到加热炉、移送架、 扩口车、推板、夹具在工作时要求移动平稳、定位准确、夹紧牢靠选用双头电 磁铁的三位四通阀，主要是利用其中位机能，使得工作起来更加可靠。气压控 制方面，考虑到输送架、转管架、1#托架、2#托架、滑块选用单头电磁铁的二 第二章 控制要求分析与方案的确定 5 位四通阀再通过对他们置位、复位，就可以可靠地达到要求。要想在管材加热 时，尽量提高其控温精度及减小温度的波动，那么就要对管材进行内外加热， 内加热的调节控制采用固态调压器进行较简单的调节，而外加热就要采用智能 温控仪表来控制。安全方面就要做好联锁保护，在本课题中 0.5KW 的转管电机 要正、反转，这里就需要加上正、反转的触头联锁，在主电路中用低压断路器 进行保护。 其次进行软件方面控制要求的分析。 1） 工作方式选择： 自动、回原位、卸管、调整、模拟演示 2） 当工作方式选择在自动、卸管、模拟演示挡时，机床必须在原位，方 可进行工作，否则需用调整或回原位方式将其复原位。 3） 加热、扩口工位可同时工作，也可以只是其中一工序工作；但移送架 一定要在两工序都在原位时才能工作； 4） 输管：该工序只要平移台工位无管、切割机来管已到达设定位置、 移送架没有工作时，即开始输管； 5）必要的联锁、保护、显示； 6）控制装置要求可靠性高、简单经济、使用维修方便。 对于加热、扩口工位可同时工作，也可以只是其中一工序工作，这里加热、 扩口同时工作就要用并行序列，然而又要各自可以工作，那就要在并行序列的 基础上加上跳转指令，跳过不工作的那个工序。由于输管是一个随机的工序， 那它的程序应该独立开来，把托架、移送架、加热炉、扩口车放在一起作为一 个整的工序。这样只要平移台工位无管、切割机来管已到达设定位置、移送 架没有工作时，即开始输管，而加热炉、扩口机可以同时工作，也可以独自工 作，提高了效率。另一方面，联锁不紧要在硬件方面注意，在软件程序中也要 进行联锁。由于正、反转之间停留的时间很短的话会使电机烧掉的，因此在设 计正、反转程序时要注意在程序中设置正、反转之间的停留时间 。在设计回原 位的程序中，为了使得转换条件能很可靠的得到响应，要利用好时间继电器。 本课题总体方案有三个方案：继电器接触器控制系统方案、工控机控制系 统方案和可编程控制器控制方案。对于本课题这四个方案都有它们各自的优点 和缺点。 2.1 继电器接触器控制系统方案继电器接触器控制系统方案 2.1.12.1.1 继电器接触器控制系统的优点继电器接触器控制系统的优点 继电器接触控制系统的最大优点，相对而言，比较便宜了，在简单要求不 高的场合，环境不是太恶劣的情况下才会选用它。继电器的电路具有直观性， 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 方便易学。 2.1.22.1.2 继电器接触器控制系统的缺点继电器接触器控制系统的缺点 随着时代的进步，科技的发展，生产的需要，继电器接触器控制系统的很 多缺点已经暴露出来。传统的继电器控制系统是针对一定的生产机械、固定的 生产工艺而设计，采用硬件接线方式安装而成，其连线多而且复杂、体积大、 功耗大，只能完成既定的逻辑(或顺序)控制、定时、计数等功能，即开关量控 制；一旦改变生产工艺过程，继电器控制系统必须重新配线，因而适应性差， 且体积庞大，安装维修都不方便；另外，继电器的触点数量有限而且会磨损、 腐蚀，寿命短，可靠性差，系统的灵活性和可扩展性受到很大限制，导致继电 器接触器控制系统的结构复杂，高故障率。 2.2 工控机控制系统方案工控机控制系统方案 2.2.12.2.1 工控机控制系统的优点工控机控制系统的优点 工业控制计算机能够和传感器、执行机构直接接口，能够在恶劣的环境下 可靠运行，其总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，有实时操作系统 的支持。 2.2.22.2.2 工控机控制系统的缺点工控机控制系统的缺点 使用工业控制机的人员技术水平要求较高，一般应具有一定的计算机专业 知识。工业控制机在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境。接口电路要自行 设计。 2.3 PLC控制系统方案控制系统方案 2.3.12.3.1 PLCPLC 控制系统的优点控制系统的优点 可编程控制器（PLC）是一种数字运输操作的电子系统，专为在工业环境 下应用而设计，它采用一类可编程的贮存器，用于起内部存贮程序，执行逻辑 运算、顺序控制定时计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟 式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备， 都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。从上述 定义可以看出，PLC 是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能 完成各种控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。可编程控制器的主 要特点有：1、编程方法简单易学；2、功能强，性能价格比高；3、硬件配套齐 全，用户使用方便，适应性强；4、可靠性高，抗干扰能力强；5、系统的设计、 安装、调试工作量少；6、维修工作量小，维修方便；7、体积小，能耗低。这 样 PLC 就带来了很多的好处。首先，可编程控制器除了外部接点外，内部提供 了无穷多的各类触点、辅助继电器（尤其是许多特殊辅助继电器），其功能大 大的扩展了。因是计算机产品，其程序的易修改性、可靠性、通用性、易扩展 第二章 控制要求分析与方案的确定 7 性、易维护性都大大提高了，加上其体积小巧，安装、调试方便，使设计加工 周期大大缩短。从我国国情来看，进行技术改造的一次性投资虽大一些，但使 用可编程控制器后，控制盘自身的耗电仅为原来的几十分之一，一年节省的电 费就可以将投资收回。由于开发、调试周期大大缩短，因此很容易做到高产量、 短交货期，对加速资金周转大有帮助。又由于是采用标准件，对于售后服务和 日常维护备品、备件也大为方便，并且，可编程控制器可重复利用。 对于系统设计，采用可编程控制器后，只要初步确定 I/O 点总数，即定下 机型及模块。这就使制定采购计划大为方便。至于最终细节的设计，由软件即 可完成。 近几年来，随着计算机的发展及普及，PLC 联网、通信能力很强，不断有 新的联网结构推出。PLC 可与个人计算机相连接进行通信，可用计算机参与编 程及对 PLC 进行控制和管理，使 PLC 用起来更方便。一台计算机可控和管理 多台 PLC。PLC 与 PLC 之间也可通信，可有一对一，一对多通信。PLC 还可与 因特网连接进行远程控制。 相对于继电器接触器控制系统，PLC 采用计算机技术，其控制逻辑是以程 序的方式存放在存储器中，只需改变程序，就能容易改变或增加系统功能。它 还能进行模拟量控制，联成网络，实现分级控制。而且 PLC 所谓“软继电器” 实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，触点不 会磨损，寿命长，可靠性高，PLC 系统的灵活性和可扩展性好。PLC 体积小， 功耗低，安装维护方便；相对于工控机控制系统，PLC 是专门为工厂现场应用 环境而设计，结构上采用整体密封或插件组合型，有一系列抗干扰措施，在工 业现场使用可靠性很高；用于连接现场设备的硬件接口是 PLC 的组成部分，无 须重新设计。PLC 采用梯形图语言编程，技术人员易学易懂。 2.3.22.3.2 PLCPLC 控制系统的缺点控制系统的缺点 PLC 控制系统的最大缺点就是懂 PLC 这方面的人才较少，所以现在各高校 纷纷开了这方面的课程，培养这方面的人才。 综上所述，结合本课题的具体情况，选用可编程控制器控制方案是很合适 的。既然控制系统选用 PLC 控制系统方案，那么下面就进行 PLC 的选择。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 第三章第三章 PLCPLC 选择及确定选择及确定 3.1 确定输入确定输入/输出设备、统计输出设备、统计I/O点数点数 3.1.13.1.1 输入点输入点 输入点(共 37 点)如表 3-1 所示： 表 3-1 输入点 序列符 号定义号功能备 注 1SQ1X000 输送检管 2SQ2X001 1#工位检管 3SQ3X002 2#工位检管 4SQ4X003 加热炉后限原位 5SQ5X004 转管架上限原位 6SQ6X005 扩口车后限原位 7SQX006 扩口车前限 8SQ8X007 滑块缩回原位 9SQ9X010 夹具松开原位 10SQ10X011 1#托架上限 11SQ11X012 1#托架下限原位 12SQ12X013 2#托架上限 13SQ13X014 2#托架下限原位 14SQ14X015 移送架前限 15SQ15X016 移送架后限原位 16SQ16X017 推板前限 17SQ17X020 推板后限原位 18KT1X01 输送计时 19KT2X022 转管计时 20KT3X023 加热计时 21KT4X024 成型计时 22KT5X025 冷却计时 23SB1X026 启动按钮 24SB2X027 停止按钮 25SQ18X030 加热炉前限 26SA1-1X031 工作方式选择：自动 27-2X032 回原位 第三章 PLC 选择及确定 9 28-3X033 卸管 29-4X034 调整 30-5X035 模拟演示 31SA2X036 调整设备选择：输管、加热/扩口 32SA3-1X037 调整项目选择：输管/扩口车 33-2X040 1#托架/夹具 34-3X041 2#托架/滑块 35-4X042 转管/成型 36-5X043 加热炉/推板 37SQ19X044 输送架上限原位 3.1.23.1.2输出点输出点 输出点(共 28 点)如表 3-2 所示： 表 3-2 输出点 1KM2Y000 真空泵电机 AC220V 2KM3Y001 输送电机 AC220V 3KM4Y002 转管架电机正转 AC220V 4KM5Y003 转管架电机反转 AC220V 5HL1Y004 PLC 运行指示灯 DC24V 6HL2Y005 原位指示灯 DC24V 7YV3Y006 移送架后退 DC24V 8YV4Y007 移送架前进 DC24V 9YV5Y010 加热炉前进 DC24V 10YV6Y011 加热炉后退 DC24V 11YV7Y012 夹具夹紧 DC24V 12YV8Y013 夹具松开 DC24V 13YV9Y014 推板前进 DC24V 14YV10Y015 推板后退 DC24V 15YV12Y016 扩口车前进 DC24V 16YV13Y017 扩口车后退 DC24V 17YV14Y020 滑块涨开 DC24V 18YV15Y021 转管架向下 DC24V 19YV16Y022 输送架向下 DC24V 20YV17Y023 1#托架抬起 DC24V 21YV18Y024 2#托架抬起 DC24V 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 22YV19Y025 冷却水阀开 DC24V 23KT1Y026 输送计时 DC24V 24KT2Y027转管计时(正反转)DC24V 25KT3Y030加热计时DC24V 26KT4Y031成型计时DC24V 27KT5Y032冷却计时DC24V 3.1.3PLC3.1.3PLC 选择选择 基本单元：FX2N-64MR 一只； 扩展模块：FX2N-8EX 一只 合计 I/O 点总数：72 点（40/32） 3.2 PLC类型选择类型选择 PLC 类型很多，按功能分为抵挡机、中挡机、高挡机；按结构分为整体式、 模块式、叠装式；按 I/O 点数分为超小型、小型、中型、大型、超大型。根据 以上的 I/O 点数的统计来看，PLC 选择小型的，再根据用户的要求及为以后扩 展，从功能上选高挡机，从结构上选叠装式的。 目前市场上的 PLC 的种类繁多，价格、功能也各不相同。在全球 PLC 制造 商中,根据美国 Automation Research Corp(ARC)调查,世界 PLC 领导厂家的 五霸分别为 Siemens(西门子)、Allen-Bradley(A-B)公司、Schneider(施耐德) 公司、 Mitsubishi(三菱)公司、Omrom(欧姆龙)公司。国内 PLC 形成产品化的生产 企业约 30 多家,国内产品市场占有率不超过 10%。但是，从功能、经济、应用 方便等方面的考虑，我选用日本三菱的 FX2N 系列 PLC 来做 SGK-400 型扩口机的 电控系统设计。选用三菱 FX2N 系列 PLC 有如下几个原因： 1）三菱 PLC 在我国运用的比较普遍，一些编程的方法元件号与日本的华光 系列 PLC 很相似，对本人而言，很多东西都比较熟，这样三菱的学起来、用起 来都很方便。 2）FX 系列的特点：1、体积极小的微型 PLC，大小就相当于一张卡片大小； 2、先进美观的外部机构，属于叠装式吸收了整体式和模块式 PLC 的优点； 3、灵活多变的系统配置。用户可以选用多种基本单元、扩展单元、和扩展模块 组成不同的 I/O 点，不同功能的控制系统。FX 系列还有很多特殊模块，如模拟 量输入输出模块、热电阻/热电偶温度传感器用模拟量输入模块、温度调节模块、 高速计数器模块、脉冲输出模块、定位控制器、还有些通信模块等等很多模块。 4、功能强，使用方便。 3）FX2N 是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型 PLC。它的基本指令执行 第三章 PLC 选择及确定 11 时间高达 0.08S，相当于大型的 PLC 的扫描速度，内置的用户存储器为 8K 步， 可以扩展到 16K 步，最大可以扩展到 256 个 I/O 点，有多种特殊功能模块或功 能扩展板，可以实现多轴定位控制。机内有实时钟，PID 指令用于模拟量闭环 控制。有功能很强的数学指令集，例如浮点数运算、开平方和三角函数等。每 个 FX2N 基本单元可以扩展 8 个特殊单元。通过通信扩展板或特殊适配器可以实 现多种通信和数据连接，例如：CC-Link、AS-I、Pro-fibus、DeveiceNet 等开 放式网络通信，RS-232C、RS-422 和 RS-485 通信，N：N 链接、并行链接、计算 机链接和 I/O 链接。FX2N 有强大的编程指令，其基本编程指令就 128 条，基本 顺控指令 27 条，步进指令 2 条。就这两条步进指令就给编程带来很大的方便， 而且联锁非常的可靠。将来会作为国际电工委员会（TCL）规定的功能，也就是 说，将来的 PLC 都要具有步进指令。结合本课题扩口机生产过程是一种顺序控 制，用 STL/RET 步进指令去编程不仅很方便简洁，而且步进指令编出来的程序 的连锁保护很可靠安全，因为在每步里只有一个活动步。目前具有步进指令的 PLC 主要有西门子 S7 系列、三菱的 F、FX 系列、松下和飞利浦等几家。西门子 PLC 虽然功能很强可靠性很高，但价格比较高，主要用于可靠性要求特别高的 地方。而三菱 FX2N 系列同样具有很强的功能，但价格却是很适中的，现在市场 上的价格每点大概而且它的寿命是很满足要求的，三菱公司以前就说过它的 PLC 可以无故障运行 30 万小时，事实上，如果某种控制装置可以连续运行 20 年以上不出现问题，在当前技术更新瞬息万变的世界上，则可以认为是永远不 会坏的装置了。三菱公司已宣布，它生产的 PLC 不再标可靠性指标，因为对于 PLC 这一指标已毫无意义。因此可靠性已不成问题。FX2N 还有大量的功能多的 元气件，如辅助继电器通用的就 500 点，锁存的就 2572 点，特殊的就 256 点； 状态器，定时器，计数器，数据寄存器，跳步指针等都是很丰富的，为我们以 后进一步升级留了很大的余地。 综上所述，PLC 基本单元选用 PX2N-64MR，扩展单元选用 FX2N-8EX。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 第四章第四章 硬件设计硬件设计 4.1 智能温控表智能温控表 管材外部加热要求较高，本着操作方便、简单，而且更加智能化、可靠化 的目的我们引进另一种控制方法：利用日本导电公司的 SR92 温控表控制。该 系统由 SR92 温控表、单向调压器 PAC15P、加热器、PT100 热电阻组成。该系 统组成当今比较先进的模糊控制系统，同时具有极高的人工智能化，温度控制 精度较高可达到2 度，它是过零触发对外界电网无污染。而且通过实践证明， 完全满足该扩口机的温度控制，同时操作工人极易掌握操纵方法，不会发生操 作失误等问题。管材内部加热是作为辅助的，因此从经济、可靠角度出发，采 用固态调压器。固态调压器它也是一个无触点调节器，寿命长又可靠。其主电 路图的设计，注意为了避免一根线的负载过重，把内加热器和温控表、外加热 器放在不同的火线上，因为温控表和外加热器要求同步，所以他们接在同一根 火线上。并用单极的低压断路器作为保护。如图 4-2： 图 4-2 内、外加热控制原理图 4.2 接近开关接近开关 由于机器工作的环境比较恶劣，有很多的塑料粉尘，为了避免开关在频繁 的通断情况下发生触头老化，同时也为了增加可靠性、精确性，因此所有的开 第四章 硬件设计 13 关都使用无触点开关。作为机床及自动生产线的定位控制或信号检测的接近开 关都引进德国技术，适应性强而且精度高。 4.3 接触器接触器 在电气控制线路中，接触器的使用十分广泛，用于远距离频繁起动和控制 电动机及接通与分断电路。依据主触头的额定电压、电流要求，辅助触头的种 类、数量及其额定电流，控制线圈电源种类频率与额定电压，操作频繁程度负 载类型等因素，我选择 CJX3 系列的交流接触器，它引进德国西门子技术，机 械寿命达到几百万次。为了防止继电器主触头由于用的时间太长而熔焊在一起 造成电路的短路，在主电路和软件程序中都要加上联锁保护。 4.4PLC 隔离电源隔离电源 由于外界电网的电源会有污染，为了保证 PLC 的正常运行，PLC 的电源单 独选用，因为 PLC 的电源电压的范围是在 AC 100-240V 之间，PLC 隔离电源 电压用 AC 150V，高一点、低一点都不会有太大的影响。隔离电源要进行屏蔽。 为了，使 PLC 可靠运行，指示灯的电源也用独立的 24V 电源。如图 4-3 所示 图 4-3 PLC 用隔离变压器 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 第五章第五章 软件设计软件设计 软件设计包括：1、总体框图设计；2、手动调整程序设计；3、自动程序设 计；4、公共程序设计。 5.1 总体框图设计总体框图设计 设备的操作方式大致分为手动方式、自动方式和公共程序。根据控制要求 分析，本课题的工作方式选择有五个：自动、回原位、卸管、调整、模拟演示。 自动方式：包括单步、单周、连续。在本课题里，自动方式就仅仅用连续。因 为经过手动调整把各个接近开关、定时时间、加热炉、扩口车等等位置调整好 以后，下次在连续运行之前只要回一下原位，就可以不用单步或单周去进行调 试运行了。这样不仅节约了 I/O 点，也使得工作方式更加的简洁。在这里还添 加了，自动卸管的工作方式，这样是考虑到有些管子过来后不需要加热或扩口 而直接卸下来的设计。同时，为了在投入生产之前进行调试方便，减少调试控 制部分的工作和缩小以后维修检测可能出现问题的地方范围，这里设计了一个 模拟演示方式。手动方式包括：手动调整和回原点。手动调整可以完成一个工 步的动作，但不能完成整个的连续动作。因为在手动程序和自动程序中会出现 双线圈的情况，而这又是编程所不允许的，所以要用一些公共程序来连接它们， 还有一些报警程序也是放在公共程序中的。 5.2 手动调整程序设计手动调整程序设计 手动调整程序设计要求在能达到工步要求的前提下尽量简单，同时在手动 调整程序中也要注意联锁保护。 5.2.15.2.1 手动程序设计手动程序设计 手动程序的功能是完成输送管材、移送架移送、加热炉前进、扩口车前进、 夹具加紧、转管及成型等功能。考虑到如果按常规的手动程序设计，那么 I/O 点数肯定会很多，而且按钮也会很乱，所以在这里要设计一个既能减少 I/O 点 数有能简化按钮站的方法。观察到手动程序要完成的功能，把以上的功能进行 分类，通过选择不同的调整项目和不同的调整设备，配合启动和停止按钮完成 所需的动作。当选择需要的各种动作时，通过万能转换开关选择到相应的档位， 按下启动或停止按钮动作，实现其功能。利用万能转换开关大大减少了控制面 板的按钮，减少了误操作的可能性同时美化了控制面板；由于万能转换开关各 个档位的联锁作用，因此更具可靠性。 5.2.25.2.2 回原位程序设计回原位程序设计 回原位程序设计是为连续运行服务的，其中有多个原位。等各个器件达到 原位后指示灯亮，然后自动程序才能启动。当开关打到回原点位置，按下启动 第五章 软件设计 15 按钮，输送架、1#托架、2#托架、移送架、转管架、加热炉、夹具、扩口车都 要回到原位。注意的是：为了防止某一个到达但没信号不动作的情况发生，在 转换条件中都加了一个时间很短的时间继电器作辅助的信号。如图 5-1： 图5-1 自动回原位状态转移图 5.3 自动程序设计自动程序设计 其包括三个程序：（1）输管程序；（2）托架、移送架、加热炉和扩口车 程序；（3） 卸管程序。 在整条自动线上，通过注塑机挤出成型生成塑料管，然后通过切割设备将 管材切断，接下来进行扩口。由于输管部分是一个随机的，所以作为一个程序 块，在满足条件下可以随时输送管材。通过输送电机向托架输送管材，再通过 移送架将管材送到加热工位，启动加热炉程序进行管材加热，接着移送架将管 材送到扩口车工位，启动扩口车程序进行扩口，最后成品移出。为了提高加工 的效率，适应出现各种不同的情况，在其中，1#、2#托架可以单独的动作，而 加热炉和扩口车也可以单独动作，同时他们 也可以一起动作。三个程序相辅相 成，当前部分完成以后才能进行下部分的工作，不能发生混乱。为了能够准确 的判断出一工位、二工位是否有管，在这里各加上一个光电检测开关，提高了 机床加工的可靠性，减少了因逻辑上判断与实际情况不符而出现失误的情况。 状态转移图的结构有几种，在本设计中，输管程序的状态转移图是一个单 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 序列的结构，而托架、移送架、加热炉和扩口车程序由于他们既可以单独工作， 也可以同时工作，所以他们的状态转移图用并行序列加跳转结构。卸管程序的 状态转移图也是一个单序列的结构。 单序列，是由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每 一个转换的后面只有一个步（如图 5-2）： 图 5-2 单序列状态转移图 并行序列的开始称为分支，当转换的实现导致几个序列同时激活时，这些 序列称为并行序列。并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作 情况。并行序列的结束称为合并，在表示同步的水平双线之下，只允许有一个 转换符号。如图 5-3 所示： 图 5-3 并行序列状态转移图 带跳转处理的状态转移图是由于某种要求，程序在达到转换条件后，不经 过下面几个状态而直接跳到后面去执行，就如本设计中，加热炉和扩口车他们 有时是其中一个工作，那样在满足其中一个不工作的条件下，这部分不工作的 第五章 软件设计 17 状态就要跳过去，到下一个状态。然后和扩口车一起到达下一个状态。带跳转 功时的状态转移图如图 5-4： 图 5-4 具有跳转功能的状态转移图 自动程序设计中关键的程序设计是：a、启动程序设计；b、转管正反转程 序；c、程序中必要的联锁。 启动程序设计：首先启动以后 PLC 指示灯亮，几个初始状态器激活，而别 的状态器复位。转管电机正反转的辅助继电器要复位。在按启动按钮时，只有 处在原位时自动程序才可以运行。为了防止工作过程中，操作者违反操作规程 误拔工作方式选择开关，而导致死机，在初始化程序中要加上防死机程序。其 程序如图 5-5 所示： 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 图 5-5 初始化程序 转管正反转程序设计：首先，考虑到在此程序中会出现双线圈的情况，所 以把电机正反转用辅助继电器来先代替。其次，考虑的就是联锁保护的问题。 再次，考虑到正反转的是循环交替进行，所以要考虑在正转（或反转）结束后， 如何再次回到正转（或反转）。最后，也是主要关键的问题是，因为正反转的 交替时间很短，当电机正转（或反转）结束后，如果电机的反转触头在很短时 间内就闭合，这样电机就很容易短路而烧毁。这样给安全问题就带来了很大的 麻烦，给调试也带来了很大的不安全性。为了解决这个问题，就要在正转（或 反转）结束后，给电机反转（或正转）的触头一个缓冲的时间，同时还要注意 转管的整个时间。给调试是电机启动后可以正反转的一个最短的时间。正反转 程序设计如图 5-6： 第五章 软件设计 19 图 5-6 转管电机程序 程序中必要的联锁设计：程序中的联锁分别体现在手动程序中的联锁、转 管电机正反转程序中的联锁和自动程序中的联锁。第一，手动程序中的联锁里 应该注意：a、启动按钮和停止按钮的联锁；b、移送架前进与后退的联锁；c、 加热炉前进与后退的联锁；d、扩口车前进与后退的联锁；e、推板前进与后退 的联锁。第二，转管电机正反转联锁里应该注意：正反转触头的联锁，里面用 到辅助继电器的联锁（如图十六图二十）。第三，自动程序中的联锁，主要 是用 STL/RET 的步进指令来编的，步进指令是通过 STL 触点驱动状态 S，在该 S 前面的那个状态就自动复位。状态转移图和步进顺控图表达的都是同一个程 序，它的优点是可以让编程者每次只考虑一个状态，而不用考虑其它的状态， 使编程更容易。另外，状态的顺序可自由选择，不一定非按 S 编号的顺序选用。 但是在一系列的 STL 指令最后，必须要写 RET 指令。从这里可以看出，用 STL/RET 编的程序一般只有一个活动步，到下一工步时，上一工步就自动关闭。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 所以自动程序中使用 STL/RET 指令具有可靠的联锁保护。其实，这也是我 选择三菱 FX2N 系列 PLC 的主要原因之一。如图 5-7、5-8、5-9、5-10、5-11 所示： 图 5-7 调整程序中启动和停止之间的联锁 图 5-8 调整程序中加热炉前进、后退之间的联锁 图 5-9 调整程序中扩口车前进、后退之间的联锁 第五章 软件设计 21 图 5-10 推板前进、后退的联锁 图 5-11 转管电机正、反转的联锁 5.4 模拟程序设计模拟程序设计 模拟程序只需在自动程序前加入一个振荡电路、然后在自动程序中个转换 条件下并联相应的元件即可。模拟工作时只需经过一定时间，转换条件得到满 足后，程序就会自动运行下去直到运行完毕。使用模拟程序可以设计者设计的 程序直接在 PLC 上模拟运行，从而为程序调试、查错提供方便。如图 5-12、5- 13： 图 5-12 振荡电路图 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 图 5-13 转换条件交替 5.5 公共程序设计公共程序设计 公共程序是用于自动程序和手动程序相互切换的处理，当系统处于手动工 作方式时，必须将除初始步以外的各步对应的辅助继电器复位，同时将表示连 续工作状态的辅助继电器的复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作 方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况