职业学院毕业论文-倒角机的plc控制系统设计.doc

江苏工程职业技术学院毕业设计 倒角机的PLC控制系统设计 毕 业 设 计（论 文）设计题目：倒角机的PLC控制系统 设计专 业：班 级：学 号：姓 名：指导老师：起讫日期目 录1 概述4 1.1倒角机的简介4 1.2倒角机的分类42设计描述5 2.1倒角机的结构5 2.2倒角机的工作方式分析5 2.3倒角机的控制要求6 2.4 主电路设计7 2.5气动回路设计73 控制系统组成10 3.1 PLC的简介10 3.2 MCGS组态软件的简介104 控制系统设计11 4.1 I/O分析11 4.2 PLC的选型13 4.3 PLC的I/O分配13 4.4 PLC的外部接线图14 4.5程序分析15 4.6 MCGS监控画面18 4.6.1MCGS实时数据库18 4.6.2 MCGS监控系统PLC连接通道19 4.6.3监控画面图样21总结23致谢24参考文献25摘要本文讲述了自动控制倒角机的结构，本次的设计选用PLC为控制器，来实施对倒角机的自动控制。重介绍了可编程控制器PLC的控制过程，I/O口的分配，同时也介绍了倒角机自动控制系统的触摸控制屏。将倒角机和PLC、触摸屏等智能化设备融于一体，设计了相关的程序。关键字：可编程控制系统，倒角机，磨削加工1 概述1.1倒角机的简介倒角机是用于磨具的加工与制造、机床的加工与制造、纺织机械产品的倒角及铣、刨等加工方式产品的专业小型精密机床。采用了自动化快速倒角的方式。各服了现有的机械产品与手工倒角加工的缺点，具有高效率，高准确性，节省人力资源的优点。是目前社会上主流的加工工件倒角的最佳选择。1.2倒角机的分类（1）从通俗意义上讲，我们可以将倒角机分为两种，平板倒角机和钢板倒角机。平板倒角机：这是一台专为板材而设计的倒角机，是一台手工推进式的倒角机。其特点是：震动小、重量轻、操作简易。 钢板倒角机：钢板倒角机尺寸精确，一次就能成型，不用清理毛刺，操作方便，工作效率较高。其特点：使用安全、适用于钢材、铸铁等金属材料。（2）从机器的使用性质上讲，又可以将倒角机分为三种。手提式倒角机、便捷式自动行走倒角机和台式倒角机。手提式倒角机 ：质量轻，便于携带且操作简单，能提高工作效率，降低成本。便捷式自动行走倒角机：便携式自动行走倒角机用于工件焊接前边缘的倒角，使用于焊接前金属板材的去毛刺和倒角加工，对钢板边缘按所需角度进行洗切，以得到焊接所需的倒角角度。台式倒角机：台式复合高速倒角机无论加工产品是直线还是曲线圆、不规则形状都可轻松倒角，可加工普通机床设备无法加工的零件倒角。直线倒角、圆弧倒角或不规则形状倒角都可以在一台机器上完成，具有一机多用的功能。2设计描述2.1倒角机的结构 倒角机是由储料机构、传输机构、抓料机构、加工机构四项主要的机构组成。（1）储料机构是由一个储料槽，一个顶料的气缸、一个推料的气缸。由顶料气缸顶住储料槽上部的工件，推料气缸将最下方的工件推出，推出至传送带。（2）传输机构由电动机带动传送带，主要负责运输工料，将工料运输到规定的位置。（3）抓料机构由一个上下气缸与一个气爪两部分组成，上下气缸向下运作至规定位置，由气爪抓取工件，待工件抓紧后上下气缸向上运作。（4）加工机构负责加工工件，由两个向前气缸与电动机带动的刀盘组成，向前气缸向前至加工位置，电动机启动带动刀盘快速旋转，对工件进行加工。2.2倒角机的工作方式分析如图1-5所示。左边与右边的两个加工机构分别由三相异步电动机、直线气缸、刀盘、刀具共同组成。由直线气缸将刀盘推至要加工的工件处，三相异步电动机启动带动刀盘快速旋转，完成加工。传送带负责将工件由盛料槽运送至加工处，由三相异步电动机带动运输。其途中用行程开关控制其位置,确保倒角机的准确性。待工件被传送带送至规定位置（即行程开关SQ1处）时，传送带停止运行，此时，上方的机械手开始运作。机械手先是向下移动，抓取工件，待工件抓紧后，上升至规定位置。此时左右两边的加工机构开始工作。 图1-5倒角机结构图2.3倒角机的控制要求按下启动按钮。缺料检测开关检测未加工的工件储料槽是否有料,待检测到有料后,启动顶料气缸顶住除了第一个工件以上的圆棒工件。随后推料气缸推出第一个工件，将其推至传送带上。随后，传送带开始运行。待传送带将工件运载至行程开关SQ1处时，传送带停止。位于检测开关上部的机械手开始工作。机械手先是向下至圆形工件处，再抓紧工件，待机械手检测到工件以加紧后，向上移动至原位置。机械手停止工作。等待加工机构进行加工。接受到信号后，加工机构开始工作。由直线气缸将刀盘与刀具推至圆形棒状工件处后。三相异步电动机开始启动，快速转动5秒后停止。然后退刀。退刀完成后。机械手将工件送至传送带，传送带继续运行。将工件送至加工完成的成品储料槽。按下停止按钮需要倒角机运行完一周期后停止，而不是立即停止。整个过程需由MCGS监控画面监视与控制。2.4 主电路设计本图为倒角机的主电路，分别由KM继电器控制电动机的启动和停止。根据本次的倒角机系统，共有3个电动机M1、M2、M3，主电路电气原理简图，如图1-6所示。图1-6主电路电气原理简图2.5气动回路设计（1）抓料机构气动控制回路当气动装置处于初始状态时直线气缸处于缩回状态，当电磁阀YV1得电时，气体从单向节流阀流入左端SQ21，推出活塞杆，气缸处于伸出状态。当电磁阀YV1失电时，气体从单向节流阀流入右端SQ22，气缸缩回，回到初始位置。而夹紧气缸初始位置是机械抓张开，电磁阀YV2得电时，气体由单向节流阀流入左端SQ23，气抓夹紧。失电后，气体由单向节流阀流入右端SQ24，气抓松开，回到初始位置。图3-3抓料机构气动控制回路 (2)刀盘前进气动控制回路在倒角机的工作中，刀盘加工负责倒角功能，其工作原理如图3-4所示，当电磁阀YV3得电时，气体从单向节流阀流入左端SQ31，推出活塞杆，气缸处于伸出状态。当电磁阀YV3失电时，气体从单向节流阀流入右端SQ32，气缸缩回，回到初始位置。电磁阀YV4的工作原理与电磁阀YV3的工作原理相同。图3-4刀盘前进气动控制回路(3)顶料与推料气动控制回路在倒角机的工作中，顶料气缸负责顶住上方工件，推料气缸负责推出下方工件，其工作原理如图3-5所示，当电磁阀YV5得电时，气体从单向节流阀流入左端SQ41，推出活塞杆，气缸处于伸出状态。当电磁阀YV5失电时，气体从单向节流阀流入右端SQ42，气缸缩回，回到初始位置。电磁阀YV6的工作原理与电磁阀YV5的工作原理相同。图3-5顶料与推料气动控制回路3 控制系统组成系统由PLC控制,整个控制系统由MCGS组态软件实施监控。3.1 PLC的简介根据本次实验的控制要求，选择三菱公司的FX2N的小型PLC。至于为什么选三菱公司产的FX2N小型PLC，原因有以下几条：（1）我们在校学习的是三菱公司所产的FX2N小型PLC，并且在多次实践当中我们所用到的也是该款PLC。故选择FX2N这款小型PLC。（2）该款PLC小巧方便，便于应用在倒角机这类中小型加工机构当中。（3）该款PLC的安装简单，维修方便。3.2 MCGS组态软件的简介MCGS：监视与控制通用系统（Monitor and control Generated System）简称MCGS。用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要用于现场数据的采集与监控，前端数据的处理与控制。在本次设计中，用于工作室的监控。4 控制系统设计4.1I/O分析本次设计需2个检测开关SQ2、SQ3检测是否缺料与工料加工完成信号， SQ1检测工件是否到达加工位置，SQ21SQ24检测抓料机构气缸是否抓紧与推出是否到位，SQ31SQ34检测加工机构的向前气缸向前伸出是否到位，SQ41SQ44检测顶料气缸的顶料是否到位推料气缸推料是否到位，3个开关SB1SB3分别控制系统的启动、停止、急停，故需要18个输入端子。3个继电器控制电动机的启动，6个电磁分别控制气缸的夹紧推出各项功能，故需要9个输出端子。I/O分析如表4-1(a)和表4-1(b)所示。 输入输入序号设备名称/符号功能序号设备名称/符号功能1行程检测开关SQ1控制工料的停止位置 11检测开关SQ33刀盘后退复位2检测开关SQ2缺料12检测开关SQ41顶料到位3检测开关SQ3加工完成13检测开关SQ42顶料复位4检测开关SQ21机械手下降到位14检测开关SQ43推料到位5检测开关SQ22机械手上升复位15检测开关SQ44推料复位6检测开关SQ23机械手夹紧16SB1开始7检测开关SQ24机械手放松17SB2停止8检测开关SQ32刀盘前进到位18SB3急停9检测开关SQ31刀盘后退复位10检测开关SQ34刀盘前进到位表4-1(a)输入信号 输出输出序号设备名称/符号功能序号设备名称/符号功能1KM1 传送带运转6电磁阀YV3刀盘1向前2KM2左刀盘电动机运转7电磁阀YV4刀盘2向前3KM3 右刀盘电动机运转8电磁阀YV5顶料4电磁阀YV1机械手下降9电磁阀YV6推料5电磁阀YV2机械手抓紧表4-1(b)输出信号4.2 PLC的选型本次设计中选择了日本三菱公司的FX2N系列PLC可编程序控制器。表4-2给出了三菱FX2N系列的分配图。根据输入和输出点数的分析情况，和节约成本考虑，此次设计选择FX2N-48MR系列PLC。表4-2 FX2N系列 PLC型号型号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT882432FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT16162432FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT24244864FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT32324864FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048644.3 PLC的I/O分配在进行输出地址分配时，将左刀盘电动机KM2和右刀盘电动机KM3的运行设计成由同一个PLC输出端子进行控制。和根据PLC的I/O分析制作出I/O分配表，如表4-3所示。表4-3I/O分配序号 输入输出设备名称/符号PLC输入MCGS输入设备名称/符号PLC输出1行程检测开关SQ1X0M0传送带电动机KM1Y02缺料检测开关SQ2X1M1左/右刀盘电动机KM2/KM3Y13加工完成检测开关SQ3X2M2机械手下降电磁阀YV1Y44机械手下降到位检测SQ21X3M3机械手抓紧电磁阀YV2Y55机械手上升复位检测SQ22X4M4刀盘向前电磁阀YV3Y66机械手夹紧检测SQ23X5M5刀盘向前电磁阀YV4Y77机械手放松检测SQ24X21M17顶料电磁阀YV5Y138刀盘前进到位检测SQ31X6M6推料电磁阀YV6Y149刀盘后退复位检测SQ32X7M710刀盘前进到位检测SQ33X10M811刀盘后退复位检测SQ34X11M912顶料到位检测SQ41X12M1013顶料复位检测SQ42X13M1114推料到位检测SQ43X14M1215推料复位检测SQ44X15M1316开始SB1X16M1417停止SB2X17M1518急停SB3X20M164.4 PLC的外部接线图PLC外部接线图如图4-1所示图4-1PLC外部接线图4.5程序分析根据I/O 分配与控制要求，做出流程图，与编写PLC程序。流程图如图4-2所示：4-2流程图 程序： 4.6 MCGS监控画面4.6.1MCGS实时数据库实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的内容包括：(1)指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范。(2)确认与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。MCGS实时数据库图如4-3所示。图4-3MCGS实时数据库4.6.2 MCGS监控系统PLC连接通道首先在MCGS软件中添加设备窗口，选择通用串口父设备，在父设备下添加“三菱_FX系列编程口”将其添加到选定设备列表中。双击“三菱_FX系列编程口”，弹出设备编辑窗口对话框。按照I/O分配表，添加所需要的PLC通道。单机右上角“增加设备通道，加入M0M14,同理添加Y0、Y1、Y4、Y5、Y6、Y7、Y13、Y14。添加完成后点击确认按钮，添加到设备通道中。选择PLC类型：点击“设备编辑窗口”对话框中的“CPU类型”，从右边的下拉列表中选择“4-FX2NCPU”。通道连接：“设备编辑窗口”对话框的右边为PLC通道与MCGS数据对象进行连接的列表，双击右边的“连接变量”列对应的表格，弹出数据库，从数据库中选择所要连接的数据对象，实现各通道与对应的数据变量之间的连接。完成所有的通道连接后，单击“确认”按钮，返回设备组态窗口。如图4-4所示。图4-4MCGS设备连接通道图4.6.3监控画面图样根据设计要求，以及实时数据库，制作监控画面。根据要求分别在MCGS组态监控画面中添加元件，根据I/O分配与设计要求知道共要添加18个指示灯，并配上文字说明，三个开关。分别建18个指示灯与数据对象连接。三个开关分别设置为按一松零的状态，并在其后方连接数据对象。如图4-5所示。图4-5监控画面运行模式调试：保存所做好的窗口，单击上方工具条中按钮，弹出“下载配置”对话框，如图4-6所示。图4-6运行模式画面选择“运行模式”，单击“工程下载”开始下载，数秒钟后下载结束。单击“启动运行”，系统会运行所建立的窗口。运行时检测是否有与控制要求不符的地方，若发现不对加以修改。重复以上操作。 总结倒角机的PLC控制的设计，一定程度上的解放了工人的劳动力，用PLC控制倒角机完成顶料，送料，机械手伸出夹取，电动机运行，送料加工等一系列的动作，随着生产自动化的普及，自动生产线和智能化生产机器也越来越多的出现在大众的视野里，这些智能化的设备的高度的可靠性能让人们得到放心。在研究和分析的过程中，对倒角机的了解也是越来越深入，在学习的过程中，也将自己在学校说学得的知识得到进一步的巩固与加深，对气动液压，PLC可编程控制器和MCGS触摸屏也有了更深层次的