机电一体化综合实验-实验报告16H.doc

机电综合实验报告机电一体化专业综合实验基于PLC的控制系统设计学院： 重庆汽车学院 班级: 学号: 姓名： 指导老师: 张君（老师） 组别： 第二周 第1组 同组同学： 电话： 中 国 重 庆2012 年 2 月目录第1章 实验目的要求内容1.1实验目的1.2实验器材1.3实验要求1.4实验内容.3第2章 系统工艺设计2.1总体方案设计2.2画出零件图32.3加工工艺示意图以及动作循环图.42.3.1零件加工工艺过程及其位置控制.62.3.2动作循环图第3章系统液压油路设计3.1液压回路设计.73.2液压回路得电顺序表.9第4章 PLC控制系统设计4.1系统功能设计.94.2 PLC的选型设计4.3 I/O口的点数及地址分配.104.4画出电气原理回路设计.114.5流程图.124.6 PLC程序设计.13第5章 PLC系统程序调5.1理论上的PLC输出对应如上表所示. 225.2实际遇到的问题.23结论.25自我总结.26第1章 实验目的要求内容1.1实验目的1 能熟悉基于PLC控制的液压系统开发流程，并设计一个具体的液压系统。2 熟悉并掌握各种液压元件的技术参数和使用方法。3 熟练掌握相关PLC软件及编程方法。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、电路）连接，并完成软硬件的联调。1.2实验器材计算机、液压泵、各种液压阀、油管、液压接头、PLC实验板、导线1.3实验要求目前零件的批量生产加工多采用生产线加工，在本次实验中我们选取某零件生产线中的冷却槽铣削加工工序，本实验要求采用液压系统作为动力部件，设计动作循环及系统油路、PLC控制电路原理图、PLC编程，其中零件的进、出油口要求定形定位尺寸精度。本实验要求详细说明本实验设计思路、方案，画出动作循环、系统油路、电磁阀的得电顺序表、系统功能设计（手动自动控制模式操作）、PLC选型及控制电路原理图设计，并文字说明。1.4实验内容1熟悉实验目的、实验器材、实验要求；2系统设计：1）、设计产品的加工工艺过程，画出零件图、加工示意图以及动作循环图；2）、根据加工工艺过程设计液压回路；3）系统功能设计4）、I/O口的点数确定，根据点数进行PLC的选型设计，进行I/O口地址分配；5）、画出电气原理图；6）、程序设计。3.系统调试4.结论5.自我总结 第2章 系统工艺设计2.1总体方案设计设计产品的加工工艺过程，首先设计一个具体产品的加工，画出零件图，根据零件图及其加工工艺要求，编制加工工艺过程。首先我们，选择了铣平面、铣槽、加工冷却油槽、冲压弯管加工等方案，最终确定了加工冷却油槽。2.2画出零件图根据实际情况，加工一个如下图的冷却油槽，尺寸要求进油口、出油口位置；其中的弯曲部分不做尺寸要求，具体如下图1所示：工艺要求：1、进/出油口位置； 2、弯曲部分不做尺寸要求；图1 冷却油槽零件图2.3加工工艺示意图以及动作循环图2.3.1零件加工工艺过程及其位置控制1加工工艺流程设计在零件自动加工流水线中，流水线上（不稳定、承载力较小）不可以进行工件加工，需要加工时将工件推入加工平台，加工结束时推出工件，并介于油槽加工后并不处于加工原位，故还需将加工平台退回原位。此处设置推入液压缸D，推出液压缸E；加工工艺实现：本方案中，当工件到达工位ST0，传感器检测信号，液压缸D推动工件到达加工平台，此时需要检测是否到位，设置传感器1；加工刀具只做旋转运动，油槽加工通过平台移动实现；加工结束时，夹紧缸首先松开，然后液压缸E工作，将工件推出，设计倾斜的滚子输送带，将工件送回流水线，为保证零件不至于冲出，对应位置设置挡块2。说明： 液压缸A控制工件夹紧； 液压缸B控制X方向运动； 液压缸C控制Y方向运动； 液压缸D将工件从ST0位置推入加工平台； 液压缸E将工件从结束位置推到ST1；图2 加工工艺示意图2冷却槽加工工艺过程设计图3 冷却槽加工工艺过程说明：加工位置的实现1、工件到位，液压缸D将工件推到加工平台（挡块1起限位作用）传感器1得到信号液压缸A动作加紧工件2延时2S液压缸B（-X），快进到距离工件较近位置,传感器2得电工进到达位置，传感器4得电液压缸B停止，液压缸C（-Y），延时5S（到达位置）； 3、液压缸C停止，液压缸B（+X），延时20S（到达位置）液压缸B停止，液压缸C（-Y）到达位置IV，传感器3得电液压缸C停止，液压缸B（-X）传感器5得电，液压缸B、C停止（到达图示的加工完成位置），延时5S；4、液压缸A动作松开工件，液压缸E将工件推到倾斜的滚子传送带，到达ST1；5、液压缸B启动（+X）传感器5得电液压缸B停止，液压缸C(+Y)传感器6得电，液压缸B、C停止，等待下一次循环。2.3.2动作循环图根据加工工艺过程设计，画出动作循环图如下：图4 动作循环示意图第3章 系统液压油路设计3.1液压回路设计为了完成设计的冷却油槽零件加工需要控制5个液压缸。在设计油路时由于没有考虑到后面程序的编制复杂程度，5个缸的前进和后退控制都采用了三位四通阀来实现，这也是我们设计的一个失误，同时导致了后面程序编制的困难。液压缸A为加紧缸，在整个加工过程中都是加紧状态，所以必须保持该缸的压力稳定。在YA5断开的时候仍然保持，加上了一个液控单向阀保证其压力，同时在夹紧缸松开的时候可以利用压力打开液控单向阀，为了缩短工时提高效率所以设计了A缸的加紧有两种速度即工进快进。液压缸B、C分被控制X、Y方向移动，所以需要快进速度、工进速度，故需要使用一个两位三通阀来控制液路进行速度控制。液压缸D、E分别为推入、出缸为了防止推进缸D的推入速度过快造成零件损伤，所以加入单向调速阀来降低速度。图5 液压回路说明：根据加工工艺以及动作循环图，1、 液压缸D推入工件，YA7得电，接通快进油路（推入速度可以通过液控调速阀调节）到位（挡块1），传感器1接收信号，液压缸D退回，YA8得电，快退；2、 工件到位，夹紧缸A动作，快进(差动连接)，YA5得电；触碰工件，工进夹紧，YA13得电；3、 液压缸B（-X）快进，YA1得电；传感器2检测信号后，快进完成；工进YA11得电；4、 到达位置I，液压缸B停止，YA1失电；液压缸C（-Y），工进，YA3、YA12得电；延时后到位置II（传感器4接收信号），液压缸B工进（+X），YA2、YA11得电；延时到位置III；5、 液压缸B停止，YA2（中位），液压缸C（-Y）工进，YA3、YA12得电；到达位置IV（传感器3检测信号）；6、 液压缸C停止，YA3、YA12失电；液压缸B（-X），工进YA1、YA11得电；7、 加工到出油口，传感器5接收信号，加工结束，液压缸A松开工件，YA5 失电、YA6得电；同时液压缸E推出工件，（YA10）得电；8、 延时后，工作台快速退回，液压缸B（+X），YA1得电；X方向退回，传感器6检测，液压缸C（+Y）退回，YA4得电；传感器7接收信号。液压缸均停止；3.2液压回路得电顺序表图6 得电顺序表第4章 PLC控制系统设计4.1系统功能设计根据要加工冷却槽零件图及其加工工艺过程分析，系统功能有：1、泵启动；2、停止；3、急停；4自动启动；5、手/自动模式（选择不按手自动模式按键时自动工作）6、液压缸的选择：液压缸A、液压缸B、液压缸C、液压缸D、液压缸E的选择按键（5个）；7、前进 后退；8、钻头电机停止4.2 PLC的选型设计本方案根据实验室条件，选用艾默森E10或E20系列，又因点数较多（20）故选用E10系列。4.3 I/O口的点数及地址分配输入输出按钮名称PLC对应输入端口按钮说明输出端口中间继电器PLC对应输出端SB0X0泵启动Y0KA0KMSB1X1自动工作启动Y1KA1泵启动SB2X2急停Y2KA2YA1SB3X3手、自动工作Y3KA3YA2SB4X4电机启动Y4KA4YA3SB5X5前进Y5KA5YA4SB6X6后退Y6KA6YA5SB7X7A缸选择Y10KA7YA6SB8X10B缸选择Y11KA8YA7SB9X11C缸选择Y12KA9YA8SB10X12D缸选择Y13KA10YA9SB11X13E缸选择Y14KA11YA10SB12X22钻头电机停止Y15KA12YA11ST0X14传感器1-7Y16KA13YA12ST1X15Y17KA14YA13ST2X16 ST3X17ST4X20ST5X21ST6X23 图7 I/O口地址分配图（即：PLC程序全局变量表）4.4画出电气原理回路设计根据实验中PLC输入输出、I/O口的点数及地址分配等绘制电气连接图，如下：4.5流程图4.6 PLC程序设计4.6.1 PLC梯形图及其编写说明说明：加工开始，启动泵X0接通自动加工时【不按下手自动按键（接通X3，信号0接通）】进行自动加工；泵启动，接通X0（触碰X0后离开）；钻头电机启动（X4触碰后离开）按下自动工作启动，X4（1）；M10得电，液压缸D推入工件到位，传感器1【X14（1）】检测信号，延时3s，程序段5中T0接通（YA8得电）液压缸退回说明：上面的程序段为工件夹紧的控制程序，采用传感器1触发并和M11中间继电器形成逻辑上的联动。即只有当液压缸D将工件推到位后退回时【YA8得电】，传感器1信号才能启动夹紧缸A，与M5形成自锁，夹紧缸的工进，通过时间继电器T1延时来完成动作说明：上面的这个程序是我们研究了讨论很久才编写出来的，其主要的问题是夹紧缸A是需要一直工作在加紧状态，【M16是一直导通】，而T2又是TON继电器所以这会导致传感器4加工（进油口位置I）过程或者传感器5无法在加工（或IV出油口位置）过程中一直接通，YA1继电器所以设计出中间继电器M21同时控制YA1和YA11，达到缸工进的目的，通过M21的常闭触点隔离T2时间继电器的触点防止M1的接通。图中的M23、x17常闭触点这里是起到了防止在Y轴运动的时候X轴发生移动（YA1接通）和YA1、YA2同时接通。图中的常开触点M26的作用是屏蔽X17防止在最后到出油口这段加工过程中触发X17导致YA1关断。说明：上面的程序为到到的加工程序T4时间继电器负责到的工作时间，T3继电器负责到工进的工作开始时间，T6时间继电器负责到工进的开始时间，系统通过M20中间继电器来间接控制YA2、YA11缸的动作说明：到工进的结束是由传感器3来控制，同时传感器3也是保证出油口定位准确的一个重要的传感器，而出油口油路的加工控制就可以由加工结束传感器5来控制。说明：加工将结束后，液压缸A（延时4s退回）松开工件， 液压缸E推出工件（延时5s，E退回原位）说明：工件退出后，工作台退回原位，（+X方向，然后（+Y方向）退回原位，等待下一次加工；说明：按下手动按键，进入手动加工状态，手动程序的编制是根据分支结构来编写的既当选择A缸按钮时A缸才能动，也可以同时分别选择A,B,C等不同的缸按钮，让A,B,C缸同时运动，运动则可以按手动前进，手动后退来实现，同时前进按钮和后退按钮形成互锁防止误操作。说明：手自动的选择是通过MC0 MCR0，来实现的，这相当于一个选择程序这样就可以用一个常开X3和一个常闭的X3开控制手自动。如果MC0 MCR0没接通在当中的程序就不会执行，这样就完全避免了在手动操作模式中传感器对动作的影响 说明：以上为输出控制程序段，在此不作过多说明；PLC梯形图及其编写说明4.6.2 PLC全局变量表序号变量名变量地址注释序号变量名变量地址注释1SB0X0泵启动2SB1X1自动工作启动43M26到出油口 工进 YA13SB2X2急停44M27到出油口 工进 YA114SB3X3手自动选择45M80控制到出油口工进结束5SB4X4电机启动46M50手动A缸夹紧6SB5X5手动前进47M51手动A缸松开7SB6X6手动后退48M52手动B缸前进8SB7X7A（夹紧缸）选择49M53手动B缸后退9SB8X10B（X）缸选择50M54手动C缸前进10SB9X11C（Y）缸选择51M55手动C缸后退11SB10X12D（推入）缸选择52M56手动D缸推入12SB11X13E（推出）缸选择53M57手动D缸推出13SB12X22钻头电机停止54M58手动E缸推出14ST0X14工件到位加紧缸A动作，传感器1检测55M59手动E缸退回15ST1X15X方向工进，传感器2检测5616ST2X16出油口定位传感器3检测57Y0泵启动17ST3X17位置到位 传感器458Y1钻头电机启动18ST4X20加工结束（出油口），传感器559Y2YA1中间继电器19ST5X21加工起点，传感器660Y3YA2中间继电器20ST6X23工作台回原位（X）传感器761Y4YA3中间继电器21M1YA1 X方向快进62Y5YA4中间继电器22M2YA2 X方向退回63Y6YA5中间继电器23M3YA3 到 工进64Y7YA5中间继电器24M4YA4 Y方向退回65Y10YA6中间继电器25M5YA5 A缸快进 工件夹紧66Y11YA7中间继电器26M7YA6 A缸松开67Y12YA8中间继电器27M10YA7 工件推入 D缸68Y13YA9中间继电器28M11YA8推杆退回 D缸68Y14YA10中间继电器29M12E缸推出 YA969Y15YA11中间继电器30M13E缸退回YA1070Y16YA12中间继电器31M14YA11中间继电器71Y17YA13中间继电器32M15到 工进 YA127233M16YA13 A缸工进 工件夹紧73T1A缸快进N秒后工进34M17手动启动中间继电器74T2N秒后X方向快进35M18自动启动中间继电器75T3到 工进延时36M19YA1中间继电器(1)76T4到 工进准备延时37M20到 工进77T5到 工进时间38M21X方向工进 YA11(1)78T6到 工进准备延时39M22到 工进 YA1179T7A缸松开延时40M23到 工进 YA280T8N秒后推41M24到 工进 YA381T9N秒后退回42M25到 工进 YA1282T10退回时间第5章 PLC系统程序调5.1理论上的PLC输出对应如下表所示。 操作输出功能电磁阀得电灯亮X0(触碰式)0泵站启动液压缸的动力来源Y0X4（触碰式）0电机启动钻头电机的动力Y1、Y0X3（自动运行）自动运行选择进入自动运行状态Y1、Y0X1(触碰式)0自动运行D缸推入实现工件，自动推入到位YA7Y0、Y1、Y11X14(传感器1 ）1夹紧缸快进工件到位后夹紧缸快速移动YA5、Y0、Y1、Y6夹紧缸A工进加紧缸A 快接触工件的时候慢速动作YA5、YA13Y0、Y1、Y6、Y17D缸退回D缸推入工件后 快回退到原来位置YA8 Y0、Y1、Y12、Y6、Y17YA5、YA13B缸快进 X轴正向走在夹紧后B缸快速运动 到工件的附近YA1 YO、Y1、Y2、Y6、Y17YA5、YA13X15（传感器）0B缸工进 X轴正向走B缸工进加工冷却槽YA5、YA13、Y0、Y1、Y6、Y17、Y2、Y15YA1、YA11X17（传感器）1C缸工进 Y轴正向走C缸工进速度加工冷却槽YA5、YA13、Y0、Y1、Y6、Y17、Y4、Y16YA3、YA12B缸工进 X轴负向走B缸工进速度加工冷却槽YA5、YA13、Y0、Y1、Y6、Y17、Y3、Y15YA2、YA11C缸工进 Y轴正向走C缸工进速度加工冷却槽YA5、YA13、Y0、Y1、Y6、Y17、Y4、Y16YA3、YA12先断开X17（传感器）X16（传感器）1B缸工进 X轴正向走B缸工进速度加工冷却槽YA5、YA13、Y0、Y1、Y6、Y17、Y2、Y15YA1、YA11先X14断开X20（传感器）1夹紧缸A 松开、E缸推出A缸松开工件E缸推出产品YA6、YA9Y0、Y1、Y10、Y13E缸退回E缸退回原位YA10Y0、Y1、Y14B缸快进 X轴负向走B缸 退回原来位置YA2Y0、Y1 、Y3X23(传感器)1 B缸停止 C缸负向走C缸 退回原来位置YA4Y0、Y1 、Y5X21(传感器)1 X23断开工作停止工作停止 Y0、Y15.2实际遇到的问题程序的初步编制看似非常简单，只需要按照运动流程一步一步往下走就能很快的编制出来，但是后面的修改和调试就非常的难了，要考虑到程序间的联动、互锁、误操作引发的安全问题考虑、程序运行及延时条件等，以至于到最后我们也没有调整出一个非常完善的程序。十分遗憾。在最初的程序编制中，我们只设计了自动工作启动这一个按钮，但是这样就造成一个问题：即不管工作台是否回原位只要按下自动工作启动按钮系统都会立即启动。所以我们就加上了传感器6和传感器7这两个限制，保证只有工作台回到位置上了程序才能启动。在接下来的程序调试中，最先出现的问题是竟然前面接通，后面继电器不会得电动作，我们当时觉得不可能这样，不是通了么，就去问老师，一开始还理直气壮，结果老师一看就问我们，为什么编写并行程序。因为同一个继电器在两个不同动作电路中，导致继电器同时接受两个不同信号，所以继电器不会动作。我们这才恍然大悟。重复使用了中间继电器，造成了前后程序冲突从而造成继电器不能输出，所以如果有两个以上的中间继电器都要要控制同一个Y继电器，那就必须采用不同的名称，且采用并联的方式来连接。如下图：本方案零件加工是涉及液压缸B、C分别动作，在加工I-II（III-IV）时，使用延时控制，此时液压缸C动作5s，液压缸B要停止5s。最初我们选用了TON、TOF并联进行延时控制，在调试时发现，液压缸C计时结束时并没有停下来，下一个加工进行时出现了B、C同时动作。通过张老师指导才发现是程序中延时设计时，对TON、TOF指令的功能没理解透彻，当时我们只考虑了TON是得电延时、TOF失电延，使用时并没去注意前一个动作状态，以及传感器，在这一延时加工过程中是一直有信号还是接触式，导致指令在执行时，计时结束相应继电器并没动作或本该停止程序段的一直接通，从而导致液压缸加工无法进行或无法停止。在该程序最初的编制中时间继电器T3是使用的TOF继电器而且程序也能正常的运行但是我们忽略了传感器是什么状态一点，也就是说传感器有可能是只有一个瞬间的信号，也有可能是之歌持续的信号，最后根据工艺图得知传感器4是一个持续的信号，所以如果T3用TOF传感器则不能正常工作所以换为TON传感器结论通过本次实验，完成了系统方案确定、零件图绘制、加工工艺编制、动作循环图绘制、液压回路设计、PLC系统设计选型、IO点数确定以及地址分配、程序调试等一系列的工作。编制的程序基本完成了我们所设计的工艺流程，但还有一些问题，比如说该程序只能顺序执行，在某些外界因素的干扰下程序可能失效。通过实验掌握了PLC控制的液压系统开发流程。熟悉并掌握各种液压元件的技术参数和使用方法。掌握相关PLC软件及编程方法，能熟练使用梯形图编写液压系统的控制软件，搭建具体硬件（含油、电路）连接，并完成软硬件的联调。自我总结最初老师安排任务后，我们觉得鉴于上学期刚刚做的机电一体化的课程设计，应该会比较顺利。因此就在铣平面、铣槽、加工冷却油槽、冲压弯管加工等方案几个最初方案中，确定了冷却油槽的加工设计。刚开始我在设计加工流水线，包括工件到位，自动加工，自动送出的PLC控制回路。为避免工件与刀具发生碰撞，我们设定了一个液压升降装置，在加工结束时将工件降低。将方案拿给老师看时，才发现没有考虑到因为流水线不稳定，加工还需要借助加工平台来完成，这样就必须有工件推入、推出两个各液压缸。 最终在老师的指导下，总体方案基本确定，包括五个液压缸，在尺寸要求的地方，设计传感器检测信号。接下来的四天较为紧张，我在参与了逻辑设计、加工动作循环设计、液压油路设计、电磁阀得电顺序表、确定IO接口点数及其地址分配、PLC接线图绘制等这些工作后，对PLC控制逻辑实现过程有了更深入的了解，前序工作进行得还算顺利。程序编制开始时，我们认为程序的编制非常的简单，在按逻辑顺序初步编制完成后，各种麻烦就接踵而至了。比如对时间继电器 TON、TOF的理解，最开始我们只是理解TON是延时开通，TOF是延时关断，并没有考虑继电器是在什么状态下工作，所以导致很多程序不能运行，到后面通过老师的讲解才了解到TON继