机械设计及其自动化专业实验实验报告书.docx

机械设计及其自动化专业实验实验报告书实验课堂表现实验报告成绩实验总成绩A( )B( )C( ) 实验名称： PLC实训（工艺系统设计）目 录第1章 实验目的要求内容 1.1 实验目的 .4 1.2 实验器材 .4 1.3 实验要求 .4 1.4 实验内容 .4第2章 系统方案设计 2.1 设计思路 .5 2.2 工作流程示意图 .5 2.3 动作循环图 .6第3章 系统气压回路设计 3.1 气压回路设计 .7 3.2 气压元件表 .7 3.3 气压回路得电顺序表 .8 3.4 气压缸主要参数的确定 .8第4章 PLC控制系统设计 4.1 系统功能设计 .10 4.2 PLC选型设计 .10 4.3 I/O口的点数及地址分配 .12 4.4 电器原理回路设计 .13 4.5 流程图 .14 4.6 PLC程序设计 .16第5章 PLC系统程序调试 5.1 PLC输出对应表 .19 5.2 实际遇到的问题 .19自我总结 .20 29第一章 实验目的要求内容1.1 实验目的（1） 能熟悉基于PLC控制的液压/气动系统开发流程，并设计一个 具体的气动/液压控制系统。（2） 熟悉并掌握各种液压/气动元件的技术参数和使用方法。（3） 熟练掌握PLC的控制系统设计方法。（4） 能熟练使用梯形图编写液压系统的控制软件。（5） 搭建具体硬件（含油/气，电路）连接，并完成软硬件的联调1.2 实验器材计算机、BZSK-1数控实验台（变频器、PLC实验板、按钮、空开、导线等）。（以实验中使用的器件为准）1.3 实验要求 自己设计某类产品流水线（传送带）生产加工的控制系统设计，要求采用PLC进行控制，设计系统的工作节拍（可调）、手动自动控制、正反转控制、保护控制、系统功能设计、控制电路原理图、 PLC编程及系统调试。1.4 实验内容 本次试验我们小组准备设计控制饮料灌装及旋转上盖的控制系统，通过讨论后决定用气动系统和电机实现对饮料灌装线的控制。第二章 系统方案设计2.1 设计思路 本次实验我们小组准备设计饮料灌装机上盖的控制系统，其具体控制过程如下： 饮料瓶的传送我们采用传送带。当传送带上的饮料瓶到达第一个传感器时，传送带停止传送此时灌装气缸快速下降，下降到位时，进行为饮料瓶加液工作，视流量设定延时，加满后，气缸快速上升，同时传送带启动将饮料瓶传送到下一传送带上进行上盖。 饮料瓶在第二个传送带上到达第二个传感器时，传送带停止运动，此时进行上盖。上盖气缸快速下降，下降到位时气马达旋转进行上盖。完成上盖后，气缸上升，然后传送带继续运动。 饮料瓶到达指定位置时采用机械手装箱。2.2 工作流程示意图 说明：对应ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6、ST7均为对应的传感器，ST1、ST2、ST3为位置传感器，ST1是控制瓶子瓶子灌装是否到位，ST2是饮料瓶上盖是否到位，ST3是瓶子灌装完毕，并且已经上盖后由机械手装箱。传送带启动后，当瓶子到达ST1时，开始灌装，当喷嘴到达ST4时，启动延时五秒，然后气压缸快退，到达ST7时快退停止。当瓶子到达ST2时，机械手为气缸装盖，然后气压缸快进，当气缸到达ST5时，快进停止，气马达启动一秒，然后气缸快退，到达ST6停止。然后传送带把饮料瓶送到ST3，机械手将瓶子移走装箱。2.3 动作循环图第3章 系统气压回路设计3.1 气压回路设计序号气压元件数量1分水滤气器12减压阀13油零器14压力表15三位五通换向阀26调速阀47双作用气缸28二位五通换向阀（常断）19单向定量马达13.2 气压元件表3.3 气压回路得电顺序表灌装气压缸YA1YA2快进+快退-+上盖气压缸YA3YA4快进+-快退-+气压马达YA5旋转+停止-3.4 气压缸主要参数的确定1.工作负载的计算：（1）气压缸工作压力的确定 工作负载的计算机械总负载F: 空载启动加速阶段:()mgFaFf/FF-+= 快进：F=mgFf/F- 忽略惯性力Fa,和摩擦力Ff)制动减速：F=（fF-gF-aF)mh 重力负载：Fg=mg=100N比较以上各种情况，最大总负载在快进阶段，故最大总压力为： Fmax=(Fw-Fg)/m=100N（2）气压缸工作压力的确定按工作负载选定工作压力（表3-1）表3-1按工作负载选定工作压力液压缸工作负载（N）50000液压缸工作压力（MPa）0.811.522.53344557 由液压传动课程设计指导书结构设计参考资料表3-1可以初定系统工作压力为0.81MPa，为使液压缸体积紧凑,可以取系统压力为初选1P=1Mpa（2）气压缸几何参数的确定根据已知条件，工作最大负载F=100N，工作压力P=1MPa可得液压缸内径D和活塞杆直径d的确定：已知: F=100N, =1MPa，=15.28mm d=0.75D=11.46mm查表得：D=16，d=12mm 第4章 PLC控制系统设计4.1系统功能设计系统通过开关设定为自动操作模式。灌装时，传送带1的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。当瓶子定位在灌装设备下时，灌装设备开始工作，灌装过程为5s。上盖时，传送带2的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或上盖设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子上盖后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。当瓶子定位在上盖设备下时，上盖设备开始工作。4.2 PLC选型设计机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的；其它情况则最好选用模块式结构的。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带转换、转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。目前，各个厂家生产的PLC其品种、规格及功能都各不相同。根据本次需求，选择艾默生公司的EC10系列PLC。EC10系列PLC是艾默生公司推出的一款微型PLC，结构小巧，功能强大，具有极高的性价比，可广泛应用于机床、线缆、食品饮料、塑钢、空调、电梯、印刷等机器制造行业。其有以下特点：（1） 丰富的主模块：16/24/30/30+2AD+1DA/40/60；（2）高速运算：基本指令速度高达0.5S；（3）大程序容量设计：不需增加扩展卡，标配16K步；（4）丰富的元件资源：辅助继电器：2048，数据寄存器：8000，定时器：256，计数器：256；（5）强劲的通讯功能：标配2个通讯端口，支持RS232和RS485电平，通讯协议支持Modbus、自由口、Emrbus（N:N网络）；（6）可靠的程序安全性：密码保护增加了重试次数的限制，有效保护用户知识产权；（7）丰富的中断功能：除了EC20具有的外部输入中断、高速计数中断、定时中断外，新增通讯中断、高速脉冲输出中断、失电中断；（8）丰富的指令系统：新增ASCII码与16进制转换指令；新增的定位指令：ABS（伺服当前值读取）、ZRN（原点回归）、PLSV（可变速脉冲输出）、DRVI（相对位置控制）、DRVA（绝对位置控制）。根据PLC的I/O节点使用原则,应留出一定的I/O点以做扩展时使用。系统中实际需要输入点18点,输出点11点,因此我们选用艾默生公司的EC10-2416BTA。4.3 I/O口的点数及地址分配 饮料罐装生产流水线控制系统的PLC输入接口功能表序号工位名称文字符号输入口1起动按钮SB1X02停止按钮SB2X13手动启动传送带1SB3X24手动启动传送带2SB4X35手动灌装快进SB5X46手动上盖快进SB6X57到位停止传感器开关信号1ST1X68到位停止传感器开关信号2ST2X79到位装箱传感器开关信号ST3X1010到位灌装传感器开关信号ST4X1111到位上盖传感器开关信号ST5X1212上盖气缸快退停止传感器开关信号ST6X1313灌装气缸快退停止传感器开关信号ST7X1414自动、手动切换按钮SB7X1515手动灌装快退SB8X1616手动上盖快退SB9X1717手动灌装SB10X2018手动上盖SB11X21饮料罐装生产流水线控制系统的PLC输出接口功能表序号工位名称文字符号输入口1灌装气缸快进YA1Y02灌装气缸快退YA2Y13上盖气缸快进YA3Y24上盖气缸快退YA4Y35气马达启动YA5Y46启动传送带1M1Y57启动传送带2M2Y68流量开关开Y79机械手上盖Y1010机械手装箱Y114.4 电器原理回路设计4.5 流程图（1）系统控制流程总图（2）循环触发子程序控制流程图4.6 PLC程序设计第5章 PLC系统程序调试5.1 PLC输出对应表理论上的PLC输出对应表如下表所示序号输入输出1X6和Y5/X4Y02Y0后延时5S/X16Y13Y10后延时2S/X5Y24Y4后延时1S/X17Y35X12和Y2/X21Y46X0/X2Y57X0/X3Y68X11和Y0/X20Y79X7和Y6Y1010X10和Y6Y115.2 实际遇到的问题调试时发现计数器无法正常计数，导致后续的动作无法完成。经检查程序，发现是因为在程序编写过程中，使用了“双线圈”，经修改后程序课正常完成功能动作。编写程序时，因注意后一状态控制前一状态。因编写时有时忽略这个问题，导致程序出现问题；有时因自己故作聪明的采用中间变量，而使得程序变得复杂。同时在编写程序的过程中，有许多因为前期逻辑关系没有思考清楚而出现的问题，这对以后工作学习有着很大的好处。自我总结经历一周的方案设计、比较、论证、探讨等步骤，经过不懈的努力和反复的验证，积聚了同组同学的一致讨论并通过，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。但是，由于学识浅薄和资历肤浅，对待解决问题还不成熟，望老师不吝纠正，深感谢意！和学别的学科一样，在学完理论课程后我们做了课程设计，此次课设使我们受益良多。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但课通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。 通过这次设计实践。我复习了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。 在设计的过程中我们得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得