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机械类 基于 fx 系列 冲床 控制系统 设计 cad

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南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名黄静学 号05010104指导教师曹春平选题情况课题名称基于FX系列冲床控制系统设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定： 优所在专业意见： 同意。 负责人： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名黄静学 号05010104指导教师曹春平选题情况课题名称基于FX系列冲床控制系统设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定： 优所在专业意见： 同意。 负责人： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：黄静学 号：05010104设计(论文)题目：基于FX系列PLC的冲床控制系统研究起 迄 日 期:2009 年3 月 09日 6 月 14 日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:曹春平 倪文彬专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009 年 2 月 26 日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过本课题，使学生加深理解机械制造领域中的相关知识点（机械产品设计、结构分析等），锻炼学生综合分析问题的能力以及软件应用能力、外文阅读能力与自己查阅资料的能力。针对该具体课题，希望学生能了解国内外当前该领域的研究现状，在此基础上做出一些成果，使大学学到的知识得到综合应用，为进一步深造或走向工作岗位打下良好的基础。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：（1）外文资料翻译，至少3000字；（2）阅读相关文献资料，了解国内外相关领域的研究现状，撰写文献综述（3）根据机床的运动规律和加工动作，完成冲床控制方案的确定主要动作：该冲床主要完成两个主要动作，一个冲压，一个是拉伸。在这两个动作过程中，要求该冲床能够实现单次脚踏 、单次双手、双手连续、 单手寸动4个操作规范以及一些过载保护、报警等功能。输入点：26输出点：18（4）绘制系统的电气原理图（5）编制具体的控制梯形图，完成用户程序的编制 （6）撰写毕业设计论文说明书毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：1、 总体控制方案确定2、 编制具体梯形图3、设计说明书一份4主要参考文献：1 林小峰.可编程控制器原理及应用M.北京：高等教育出版社，1991. 86100.2 杨长能、张兴毅.可编程控制器（PLC）基础及应用M.重庆：重庆大学出版社，1991. 2430.3 张广明等.机电系统PLC控制技术M.北京：国防工业出版社，2007. 56-77.4 夏燕兰.PLC在数控冲床中的应用J.装备.2007,05：4142.5 赵升吨等.PLC在冲床控制中几个关键技术的研究J.制造业自动化. 2000.22(8): 914.6 吴俊海、郑伯学.PLC的控制系统应用设计J.争鸣与探究.2007.12:8182. 7 张新华等.冲床自动送料机的PLC的控制和设计J.锻压技术.2000.2:4446. 8 赵升吨等.JH23-63型冲床的PLC控制J.制造业自动化.2001.04:5962.9 徐洪学、郭秀英.油压冲床的PLC控制J.辽宁师专学报.2001.3(2):7578.10 彭林、张小良.用PLC技术改造俄罗斯液压冲床J.电子工艺技术.毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年 3月 9日 3月 23 日 3 月 24日 3月31日 4 月 1 日 4 月10 日4 月11日 4月 30 日 5月 1日 5月 14日5月 15日 6 月 5日6月 6日 6 月14 日搜集熟悉资料，开题报告方案分析、确定总体方案设计系统软硬件选型设计用户程序编制撰写毕业论文及设计说明书论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日PAGE 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：黄静学 号：05010104设计(论文)题目：基于FX系列PLC的冲床控制系统研究起 迄 日 期:2009 年3 月 09日 6 月 14 日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:曹春平 倪文彬专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009 年 2 月 26 日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过本课题，使学生加深理解机械制造领域中的相关知识点（机械产品设计、结构分析等），锻炼学生综合分析问题的能力以及软件应用能力、外文阅读能力与自己查阅资料的能力。针对该具体课题，希望学生能了解国内外当前该领域的研究现状，在此基础上做出一些成果，使大学学到的知识得到综合应用，为进一步深造或走向工作岗位打下良好的基础。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：（1）外文资料翻译，至少3000字；（2）阅读相关文献资料，了解国内外相关领域的研究现状，撰写文献综述（3）根据机床的运动规律和加工动作，完成冲床控制方案的确定主要动作：该冲床主要完成两个主要动作，一个冲压，一个是拉伸。在这两个动作过程中，要求该冲床能够实现单次脚踏 、单次双手、双手连续、 单手寸动4个操作规范以及一些过载保护、报警等功能。输入点：26输出点：18（4）绘制系统的电气原理图（5）编制具体的控制梯形图，完成用户程序的编制 （6）撰写毕业设计论文说明书毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：总体控制方案确定编制具体梯形图3、设计说明书一份4主要参考文献：1 林小峰.可编程控制器原理及应用M.北京：高等教育出版社，1991. 86100.2 杨长能、张兴毅.可编程控制器（PLC）基础及应用M.重庆：重庆大学出版社，1991. 2430.3 张广明等.机电系统PLC控制技术M.北京：国防工业出版社，2007. 56-77.4 夏燕兰.PLC在数控冲床中的应用J.装备.2007,05：4142.5 赵升吨等.PLC在冲床控制中几个关键技术的研究J.制造业自动化. 2000.22(8): 914.6 吴俊海、郑伯学.PLC的控制系统应用设计J.争鸣与探究.2007.12:8182. 7 张新华等.冲床自动送料机的PLC的控制和设计J.锻压技术.2000.2:4446. 8 赵升吨等.JH23-63型冲床的PLC控制J.制造业自动化.2001.04:5962.9 徐洪学、郭秀英.油压冲床的PLC控制J.辽宁师专学报.2001.3(2):7578.10 彭林、张小良.用PLC技术改造俄罗斯液压冲床J.电子工艺技术.毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年 3月 9日 3月 23 日 3 月 24日 3月31日 4 月 1 日 4 月10 日4 月11日 4月 30 日 5月 1日 5月 14日5月 15日 6 月 5日6月 6日 6 月14 日搜集熟悉资料，开题报告方案分析、确定总体方案设计系统软硬件选型设计用户程序编制撰写毕业论文及设计说明书论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名曹春平专业技术职 务讲师课题名称基于FX系列PLC的冲床控制系统研究适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介根据冲床的动作和工作过程，设计和开发一个冲床控制系统。该控制系统采用PLC实现。要求学生能够根据该冲床的运动规律，设计该系统的总体控制方案，给出系统实现的软硬件方案，并对系统进行仿真模拟，验证系统方案的可行性。课题应完成的任务和对学生的要求任务：（1） 了解冲床工作原理和运动规律；（2） 进行系统总体结构设计与分析；（3） 绘制系统电路原理图（4）编制具体的冲床控制的梯形图； （5）撰写毕业论文要求：学生需具备机电系统的基本知识和技能所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日本课题由 黄 静 同学选定，学号： 05010104 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告；E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名曹春平专业技术职 务讲师课题名称基于FX系列PLC的冲床控制系统研究适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介根据冲床的动作和工作过程，设计和开发一个冲床控制系统。该控制系统采用PLC实现。要求学生能够根据该冲床的运动规律，设计该系统的总体控制方案，给出系统实现的软硬件方案，并对系统进行仿真模拟，验证系统方案的可行性。课题应完成的任务和对学生的要求任务：了解冲床工作原理和运动规律；进行系统总体结构设计与分析；绘制系统电路原理图（4）编制具体的冲床控制的梯形图； （5）撰写毕业论文要求：学生需具备机电系统的基本知识和技能所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日本课题由 黄 静 同学选定，学号： 05010104 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告；E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 本科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共 I 页目 录1 绪论11.1 属成形机及冲压机床简介11.2 金属成型机发展21.3 金属成形机控制系统31.4 论文主要研究内容41.5 论文组织结构42 可编程逻辑控制器62.1 PLC结构62.2 PLC原理72.3 PLC的分类72.4 PLC发展过程83 系统需求分析103.1 系统控制功能分析103.2 基于FX系列冲床控制系统结构设计133.3 系统功能需求描述154 总体设计方案164.1 总体控制系统方案选型164.2 PLC控制系统选型184.3 PLC型号的确定194.4 软件的选择205 详细设计215.1 冲床的电气控制电路原理图215.2 PLC的I/0地址分配245.3 控制流程图设计255.4 PLC控制软件编程实现29结束语35致谢36参考文献37 本科毕业设计说明书（论文） 第 39 页 共 37 页1 绪论在工业生产中，成形生产以模具为基本工具使制件获得所需的尺寸和形状已成为工业生产的重要基础和关键环节，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信产品中，有64%70%的零部件都要依靠模具成形。所以冲压机床及所属的金属成形压力机在上述各个领域得到广泛的应用。1.1 属成形机及冲压机床简介所谓金属成形，实际上有两种含义：一是成形，即毛胚（一般指固态金属）在外界压力的作用下，借助于模具通过材料的塑性变形来获得模具所给予的形状、尺寸和性能的制品；二是成型，它是指液态或半固态的原材料在外界的压力下，通过流动填充模型的型腔来获得与型腔的形状和尺寸相一致的制品。金属成形机是为各类成形工艺服务的，通过它为模具和被加工材料提供运动、能量、外力、控制等来完成成形生产。随着成形生产和成形技术的发展，各类成形机也得以取得相应的发展。同时，成形机的发展又为成形生产的发展和进步提供了有力的支持和保障。在各种成形生产中，成形机都是保证生产正常进行和技术不断进步的重要手段和主要组成部分，更是工业和国民经济发展所必需的装备基础之一。成形机的装备水平、工作能力、完善程度及其使用潜力的发挥对于提高产品质量、降低生产成本、改善劳动、实现新工艺等都具有重要的作用。由于成形生产所涉及的领域很宽，金属成形机种类也名目繁多，如曲柄压力机、液压机、压铸机等其他压力机。冲压机床是材料成形（塑性成形）中广泛应用的设备，通过曲柄连杆机构获得材料成形时所需的直线位移，可进行冲压、挤压、锻造等工艺，广泛应用于汽车工业、航天工业、电子仪器工业、五金轻工等领域。根据压力机各部分零件的功能，可分为如下几个组成部分：(1) 工作机构：设备的工作执行机构由曲柄、连杆、滑块组成，将旋转运动转换成往复直线运动，由于工作机构是一刚性曲柄连杆机构，故压力机工作时有固定的上下极限位置（上、下死点），可以精确控制成形件的尺寸；(2) 传动系统：由带传动和齿轮传动组成，将电动机能量传输到工作机构，在传输过程中，转速逐渐降低，转矩逐渐增加；(3) 操作机构：主要由离合器、制动器以及相应的电气系统组成，在电动机启动后，控制工作机构的运行状态，使其能间歇或连续工作；(4) 能源部分：由电动机和飞轮组成，机器运行的能源由电动机提供，开机后电动机对飞轮进行加速，压力机短时工作能量则由飞轮提供，飞轮起着储存和释放能量的作用；(5) 支承部分：由机身、工作台和紧固件等组成。它把压力机多有零部件连成一个整体；(6) 辅助系统：包括气路系统、润滑系统、过载保护装置、气垫、快换模、打料装置、监控装置等。它提高压力机的安全性和操作方便性。对新型压力机，此系统成本所占比例有提升趋势。1.2 金属成型机发展成形机作为生产成形制件的传统装备，从其问世到现在已有100多年的历程，业已形成类别齐全、结构完整的技术装备体系。在我国，由于历史的原因，与其他工业相类似，成形机的发展是在新中国成立以后才开始的。1949年以前，我国没有自己独立的工业体系，也根本没有成形设备制造业，甚至连很多门类的成形生产工业都没有，只能进行一些进口小型设备的修配工作，1949年以后，我国迅速建立了较为完善的工业体系，经过半个多世纪的发展和努力，我国的成形设备行业从无到有，从小到大，逐步发展成为国民经济建设的重要装备来源。今年来，为了满足汽车、国防工业、电子电信、电机电器等行业的需求，成形设备又取得了惊人的发展，其面貌正在发生根本的变化，总的来说，正朝着精密、高质、高效、节能、低噪音及可持续发展的方向迈进。具体来说，大体有以下几点：(1) 数控技术正在成为设备改造和提高成形设备自动化程度和控制精度的主要方面和手段，正在全面改造成形设备和成形生产过程。实际上，现在已经可以感受到，成形设备的主要部分最终要改造成为高度自动化的、人工智能的机器，并且必然要和各种辅助机有机地结合成为柔性制造单元（FMC）或柔性制造系统（FMS）；(2) 成形设备的加工精度正在逐步提高，高精设备的比重逐步增长。比如：日本的HIR-1250数控回转头压力机，采用了液压主传动、Y轴双丝杆、对每套磨具独立数控设定滑块行程的上、下止点和各段行程速度、滑块行程能以0.01mm的增量进行控制，可在下止点上达到完全停止，以确保完成高质量得人成形加工；(3) 高速度、高效率、多功能也是成形机追求的目标之一。在高速方面，数控压力机的行程速度已由过去的300400次/min提高到600900次/min，最高已达到1000次/min（芬兰的4025F3型），高速压力机的形成次数基本都提高到1000次/min以上，且五级调速；但更多的注意力还是放在通过提高设备的效率，增加功能来提高生产效率；(4) 随着可持续发展、绿色生产地呼声越来越高，在成形机中注重安全生产与环境保护，强调可持续发展的倾向也表现得更加明显。节能、降噪、减少振动、提高安全性等，都在设备的设计中有所体现1-2。1.3 金属成形机控制系统总的来说，金属成型机的控制系统分为几下几个方面：1.3.1 继电器接触器控制系统继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制，继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制。1.3.2 PLC控制系统PLC控制方式是采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，其控制逻辑是靠由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。1.3.3 CNC控制系统CNC系统最重要的功能是高精、高速加工，由于有了这个功能，使制造技术(MT)大大地向前发展了。采用反馈控制，以补偿由于伺服滞后所产生的误差，提高加工精度。CNC具有现场通信网络功能，就可以在CNC与伺服装置之间，CNC与IO控制之间传递控制、监控和诊断数据。目前主要采用以太网以及现场总线。随着技术的发展，应用无线技术也已经出现。1.3.4 基于开放PC的控制系统控制技术的发展是制造自动化前进的旋律,是推动新的产业革命的关键技术。运动控制器已经从以单片机或微处理器为核心的运动控制器和以专业芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器，发展到了基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。当今，随着计算机技术的高速发展，运动控制技术正在发生根本性的变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。开放式体系结构使运动控制系统有更好的通用性、柔性、适用性、扩展性3-4。1.4 论文主要研究内容本课题是基于FX系列PLC的冲床控制系统研究。其主要内容是根据机床的运动规律和加工动作完成冲床控制方案的确定。(1) 查阅相关书籍资料，了解关于PLC工作的基本原理,了解PLC技术在数控技术中的应用，及PLC在冲压机床控制应用中的优势；(2) 根据机床的运动规律，和加工动作要求，掌握冲压机床的基本工作过程，绘制系统的电气原理图，给出基于PLC控制的系统硬件方案和软件方案；(3) 编制具体的控制梯形图，完成用户程序的编制，实现其运动。根据课题的主要研究内容，本文欲采用的研究手段为：针对课题中出现的以上几个问题，将在接下来的时间里通过以下途径来解决；(1) 绘制冲床的电气原理图，掌握原有的继电器接触器式控制方案的控制原理；(2) 对冲床动作规律和功能进行分析，绘制功能模块图，确定需要进行PLC控制的输入输出；(3) 根据以上内容和各类型PLC的特点，选择合适的PLC，并进行I/O端口的地址分配；(4) 综合分析以上动作规律和功能，绘制各个功能控制的流程图，然后选用合适的编程软件和方法进行编程；(5) 最后将程序下载到PLC里运行调试，确定程序的正确性。1.5 论文组织结构本论文共5章节，第一章介绍了可编程逻辑控制器，第二章介绍了基于FX系列冲床控制系统结构设计，第三章介绍了冲床控制系统需求分析，第四章介绍了系统的总体设计方案，及其最后一章介绍了其详细设计。第一章为绪论，介绍了金属成型机及其冲压机床的简介、金属成型机的发展、及其控制系统，最后给出了课题研究内容及解决手段。第二章介绍了可编程逻辑控制器控制，描述了可编程控制器的结构、原理、发展过程。第三章介绍了该设计的系统需求分析，分别说明了系统的功能、分析了基于FX系列冲床控制系统结构、及控制系统各功能要求。第四章是介绍了该控制系统的总体控制方案设计，包括了控制系统方案的选型、PLC控制系统的选型，PLC型号的确定，以及所需编程软件的选择。第五章进行了详细设计，设计了冲床电气控制原理图、确定了PLC的I/O地址分配、还介绍了控制流程图的设计和PLC控制软件编程的实现。2 可编程逻辑控制器可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，早期的可编程控制器称作为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）。它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的混淆，所以将可编程控制器简称PLC。它具有编程简单,通用性强,抗锻压车间温度、湿度、振动、电源波动及电磁干扰能力强,可靠性高,体小, 维护方便, 设计、施工投产调试周期短等众多优点,广泛应用于自动化控制的各个领域。2.1 PLC结构PLC主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等部分组成如图2.1 PLC组成图所示，其中CPU是PLC的核心，I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机连接。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。不同厂商生产的不同系列产品在每个机架上可插放的模块数是不同的，一般为3-10块。可扩展的机架数也不同，一般为2-8个机架。基本机架与扩展机架之间的距离不宜太长，一般不超过10M。图 2.1 PLC组成图2.2 PLC原理PLC有微型计算机（简称微机）的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。而PLC则采用不断循环的顺序扫描的工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户的程序进行运算处理，然后顺序向输出点法发出相应的控制信号。PLC的扫描工作过程可概括如下：(1) 每次扫描首先执行自诊断程序。自诊断内容为检查I/O口部分、存储器、CPU等，发现异常时，应停机并显示出错；(2) PLC检测是否有与编程器、计算机等的通信请求，若有，则进行相应处理，如接收编程器的程序、命令和各种数据，并把状态、数据出错信息等送给编程器或计算机显示。如果有计算机等通信请求，也在这段时间内完成相应的数据接收、发送和显示等；(3) PLC的中央处理器对各输入端进行扫描，并将输入端的状态送到输入状态寄存器，即输入采样阶段；(4) 中央处理器将指令逐条调出并执行，并对输入和原输出状态（或数据）进行“处理”，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将结果送到输出状态寄存器，即程序执行阶段；(5) 当所有指令执行完成之后，集中把输出状态寄存器的状态通过输出寄存器送到输出端，即输出刷新阶段。PLC经过以上5个阶段的工作过程，称作一个扫描周期。完成一个周期后，又重新执行上述过称，周而复始的进行扫描。2.3 PLC的分类按I/O点数分为小型、中型和大型三类。小型PLC的I/O点数在256以下，其中小于64点的为超小型或微型PLC。中型PLC的I/O点数在2562048点之间。大型的PLC点数在2048以上，其中超过8192点的为超大型。按结构形式分为整体式和模块式。整体式PLC是将电源、CPU、I/O部件都集中在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC常用这种结构，适用于工业生产中的单机控制或者联网群控。小型PLC的主要型号有三菱F1、F2、FX0N、FX1N等系列。模块式PLC是将PLC个部分分成若干个单独模块，如中央处理器模块、电源模块、输入模块、输出模块等分开配置。使用时可将这些模块分别插入机架底板的插座上。配置灵活、方便，便于扩展。可根据生产实际的控制要求配置各种不同的模块，构成不同的控制系统，一般大、中型PLC采用这种结构。按功能分为低档机、中档机、高档机3类。按输出形式分为继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出5。2.4 PLC发展过程从第一台PLC问世以来，经过30多年的发展，现已发展到第四代，各代PLC的不同特点如表1 各代PLC的特点及应用范围表所示。现代PLC的发展有两个主要趋势：其一是向体积小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。表1 各代PLC的特点及应用范围表年代功能特点应用范围第一代19691972年逻辑运算定时计数中小规模集成电路CPU，磁芯存储器取代继电器控制第二代19731975年增加算术运算数据处理功能初步形成系列，可靠性进一步增加能同时完成逻辑控制，模拟量控制第三代19761983年增加复杂数值运算和数据处理，远程I/O通信功能，采用大规模集成电路，微处理器，加强自诊断容错技术适应大型复杂控制系统控制需要并用于联网通信监控等场合第四代1983年至现在高速大容量多功能，采用32位微处理器，编程语言多样化，通信能力进一步完善，智能化功能模块齐全构成分级网络控制系统，实现图像动态过程监控，模拟网络资源共享(1) 大型网络化：主要是朝DCS方向发展，使其具有DCS系统的一些功能。网络化和强大的通信能力是PLC发展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O框架相连；向上可与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统；(2) 多功能：随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，PLC控制领域更加宽广。如研制出了多回路闭环控制模块、步进电机控制模块、仿真模块和通信处理模块等。并为用户提供了方便的人机界面、用户程序多级口令保护、极强的计算性能、完善的指令集、通过工业现场总线PROFIBUS以及以太联网的网络能力，强劲的内部集成、全面的故障诊断功能；模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进机和直流电机；快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本；(3) 高可靠性：由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断计数、冗余计数、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。PLC即使在恶劣、不稳定的工作环境下，坚固、全密封的模版依然可以正常工作，在操作运行过程中模块依然可以正常工作，在操作运行过程中模块还支持热插拔5-6。3 系统需求分析3.1 系统控制功能分析JH-21系列冲压设备主要是完成空调翅片的冲压工作。该冲床主要完成两个主要动作，一个冲压，一个是拉伸。在这两个动作过程中，要求该冲床能够实现单次脚踏 、单次双手、双手连续、 单手寸动4个操作规范以及一些过载保护、报警等功能 。所谓寸动操作规范是指压下寸动接钮，滑块产生运动，松开按钮，滑块停止运动；所谓连续是指压下连续开动按钮，滑块就连续运动，松开连续开动按钮，滑块照样运动，只有当按一下连续停止按钮，滑块在上死点才停止； 所谓单次是指按下单次按钮，滑块从上死点运动到下死点再回到上死点后必定停止，即滑块完成一次锻冲工作后即自动停止，与是否仍压着或松开单次开动按钮无关。为了人身安全，该J H型冲床要求滑块从上死点向下运动在曲柄转角为0150区域内，脚或手必须一直压住单次控制开关或按钮不放（防止手脚进入冲床工作区），一旦松开，滑块立即停止运动。待曲轴从上死点向下转过150时，脚或手才能松开，此时滑块仍继续运动，不管脚或手是否仍按压着开关或按钮，滑块运动到上死点时必然停止运动。具体功能模型图如图3.1具体功能模型图所示7-8。 图3.1 具体功能模型图 下面对冲床的运动控制系统功能进行详细描述：(1) 寸动将工作规范选择开关转向“寸动”位置，双手同时按下“双手开动”按钮，滑块运行，运行的距离由操作者控制。注意：寸动操作仅用于安装、调整模具时使用，切勿当正常冲压操作；(2) 单次滑块停在上死点且上死点灯亮时，将工作规范选择开关转向“单次”位置 ，双手同时按下“双手开动”按钮，直到曲轴超过150o后松开双手 ，滑块运转一个行程停止在上死点位置，上死点灯亮，才能再进行单次行程。如滑块运行在0-150o之间松开双手，滑块立即停止，并不能再次开动，必须用寸动的方式将滑块调整到上死点，才能再次进行单次行程；(3) 连续滑块停在上死点且上死点灯亮时，将工作规范选择开关转向“连续”位置，首先按“连续予置”按钮，“连续予置”指示灯亮，双手同时按下“双手开动”按钮，直到“连续予置”指示灯熄灭后松开，滑块连续运行。在“连续予置”灯灭之前，双手松开，滑块会立即停止，并不能再次起动，必须用寸动的方式将滑块调整到上死点，才能再次进行正常操作。若按“行程停止”按钮，滑块停在上死点且上死点灯亮；按“紧急停止”按钮，滑块立即停止。如果滑块不停在上死点，利用寸动的方式将滑块调整到上死点，才能再次进行正常操作。一般只有在紧急情况下才按此“紧急停止”按钮；(4) 定点停止选择定点停止，分为上死点停止和任意设定角度停止；(5) 资料保存开关当开关打开时，可以保存相关加工工艺参数和系统设定参数；(6) 双手开动（左、右）用以启动滑块的动作，两个按钮同步时间差一般不超过0.3秒；(7) 行程停止当机床连续运行时，按下“行程停止”按钮，滑块自动停在上死点；(8) 紧急停止（急停）当机床运行时，按下“急停”按钮，滑块立即停止。主要用于机床出现故障或在调试机床时，用于安全保护；(9) 连续预置 当机床准备连续工作时，按下“连续预置”按钮，“连续预置”指示灯亮，按下“双手开动”按钮，滑块开始运行。当“连续预置”指示灯熄灭后，松开“双手开动”按钮，机床连续运行；(10) 滑块调整主要用于装模高度调整，首先把“滑块调整”开关置于“开”状态，按下“滑块向上”按钮，滑块调整电机正转，带动滑块提升；按下“滑块向下”按钮，滑块调整电机反转，带动滑块下降。在调整过程中，机床不允许运行，当调整完毕后，把“滑块调整”开关置于“关”状态；(11) 复位按钮当机床出现保护和故障，并解决后，按“复位按钮”后，机床才可以恢复到正常状态；(12) 气压检测主要用于机床工作所需气压的压力，只有气压压力够时，机床才可以运行；(13) 润滑检测用于机床润滑油路的工作状态，当润滑出现故障时，机床要停止工作并产生报警指示；(14) 过载保护检测用于保护机床的冲载吨位检测，当出现过载时，过载电磁阀工作，保护装置进行油压卸荷，机床立即停止工作。同时，故障指示灯亮。此时，需要用“寸动”方式使滑块运行到上死点，按下“复位按钮”过载电磁阀停止工作，保护装置补充油压，当完全恢复后，故障指示灯熄灭；(15) 主控制电机主电机驱动器的上电接触器；(16) 滑块调整电机控制滑块调整电机的正反转；(17) 润滑电机间歇带动润滑泵工作，对整个机床润滑；(18) 过载保护阀当机床出现过载时，电磁阀动作，保护机床；(19) 吹气阀打开吹气开关后，在下死点左右，吹气阀动作，用于模具上材料的吹气；(20) 电源指示灯当机床通上电时，电源指示灯亮；(21) 运转准备指示灯当机床准备就绪，可以运行时运转准备指示灯亮；(22) 主电机运行指示主电机处于工作状态时，主电机运行指示灯亮；(23) 上死点指示灯当滑块停止在上死点时，上死点指示灯亮；(24) 故障指示灯当机床出现故障时，故障指示灯亮。 3.2 基于FX系列冲床控制系统结构设计根据目前冲床控制系统的发展趋势及工厂管理的走向，典型的分散型控制系统（DCS）采用了三层功能层次结构，第一层为分散过程控制级；第二层为集中操作监控级；第三层为综合信息管理级。第一层作为上一层的基础，接受上一层的控制指令，同时又将控制结果和各控制层参数送上一层，各级之间由通信网络连接。DCS具有以下特点：(1) 高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高；(2) 开放性DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作；(3) 灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统；(4) 易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障；(5) 协调性各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理；(6) 控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成9-10。所以由此三级控制结构理论，本文设计了一个基于工控机的分布式三级控制系统结构，该具体结构如图3.2控制系统结构图所示。图3.2 控制系统结构图其中以操作台、PLC和强电控制柜组成第一级控制系统，完成开关信号的处理和控制；工业控制主计算机和智能控制模板组成第二级控制系统，与反馈元件构成位置、速度、压力闭环控制系统；第三级计算机用于将机床接入工厂级管理网络中。本文主要研究此系统体系结构中的最低层，即采用PLC来完成冲床动作控制过程。3.3 系统功能需求描述根据上述控制功能分析，由于本人知识能力和设计时间有限，设定本机床的控制系统主要完成以下几个功能：（1）冲床的动作控制；（2）冲床的滑块的位置控制；（3）冲床的继电器-接触器开关量控制；（4）越位报警控制；（5）过载保护控制；（6）润滑检测控制；（7）吹料控制；（8）气压检测功能等。具体功能结构如图3.3系统功能结构图所示。启动编程控制器主电机控制编程控制器停止编程控制器滑块调整开关编程控制器紧急停止编程控制器输入开关控制量滑块上升开关编程控制器寸动滑块下降开关编程控制器工 规范作选择故障复位编程控制器单次双手开动（左）编程控制器滑块电机编程控制器双手开动（右）编程控制器连续紧急停止编程控制器润滑检测开关编程控制器可编程控制器连续预置编程控制器过载检测开关编程控制器行程停止编程控制器上升线圈编程控制器主电机线圈编程控制器输出开关控制量下降线圈编程控制器过载保护阀编程控制器滑块电机编程控制器电源指示编程控制器吹料阀编程控制器主电机指示编程控制器气动泵电磁阀编程控制器连续预置指示编程控制器过载指示编程控制器指示灯编程控制器下降线圈编程控制器图3.3 系统功能结构图4 总体设计方案4.1 总体控制系统方案选型在一个运动控制系统中控制系统方案主要有四种：单片机系统， PLC，继电器，专用控制系统。下面就这四个方面的内容进行阐述，最后给出本课题的选型方案11。4.1.1 单片机控制单片机控制优点在于成本较低，但由于一般单片机I/O口产生脉冲频率不高，对于分辨率高的执行机构尤其是对于控制伺服电机来说，存在速度达不到，控制精度受限等缺点。对于运动控制复杂的场合，例如升降速的处理，多轴联动，直线、圆弧插补等功能实现起来都需要自己编写算法，这必将带来开发起来难度较大，研发周期较长，调试过程烦琐，系统一旦定型不太容易扩充功能、升级、柔性不强等问题。因此一般适用于产品批量较大、运动控制系统功能简单、且有丰富的单片机系统开发经验的用户。4.1.2 继电器控制继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。所以一般不选用。4.1.3 专用的数控系统专用的数控系统一般都是针对专用设备或专用行业而设计开发生产的，像专用车床数控系统，铣床数控系统，切割机数控系统等等。它集成了计算机的核心部件，输入、输出外围设备以及为专门应用而开发的软件。由于是“专业对口”，人们可以尽情发挥“拿来主义”。不需要进行什么二次开发，对使用者来说只需通过熟悉过程达到能操作的目的就行。在这方面，国外知名品牌的产品在我国制造行业中早已占领了了领地，如西门子，法那克，法格，海宝等等。当然，之所以它们能大规模广泛地被采用和这种专用数控系统，是因为其功能丰富，性能稳定可靠。但为之付出的代价就是高成本。因此，适用于控制要求较高且产品档次较高的数控设备生产厂家和使用者。4.1.4 PLC控制系统(1) 功能强，性能价格比高 一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 (2) 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种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 (3) 可靠性高，抗干扰能力强 PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 (4) 系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决。 (5) 编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 (6) 维修工作量少，维修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。 (7) 体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。 PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。学得辛苦，做得舒服。由于冲床控制系统相对比较简单，再考虑到上述四种方案各自的特点，本文选择基于PLC的冲床控制系统，主要原因在于该控制系统结构简单，易于扩展，比较经济，而且系统工作的可靠性比较高12。4.2 PLC控制系统选型随着微电子技术、计算技术、通信技术、容错控制技术、数字控制技术的飞速发展，可编程控制器的数量、型号、品种的发展速度十分迅速。可编程控制器的生产厂家众多，产品型号、规格不可胜数，但主要分为欧、日、美三大块。在国内市场上，欧洲的代表是西门子(SIEMENS)公司，日本的代表是三菱和欧姆龙（OMRON）公司，美国的代表是AB与GE公司。西门子公司的PLC主要是S5、S7系列。S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比较高。日本OMRON公司的PLC产品产销量在日本位居第二，仅次于三菱公司。OMRON的PLC产品中，一小型可编程控制器最受欢迎。这一方面是由于其价位较低，性能价格比较高；另一方面是由于它配置着较强的指令系统，用户在开发使用时感到比同类欧美产品使用方便。而这次控制系统设计中我选择了三菱公司的PLC，因为它是较早的进入中国的产品。其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列有了更强的控制能力。继F1/F2系列之后，20世纪80年代末三菱公司又推出FX系列，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面有了全面的加强。FX2系列是90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。FX2N细类是几年来还不断推出满足不同要求的微型PLC，如FX0S、FX1S、FX0N、FX1N等系列产品。所以基于学校所能提供FX系列PLC的实验方便，及相比其他PLC较为熟悉的情况下，我选择了三菱系列的PLC控制系统。4.3 PLC型号的确定4.3.1 I/O点数确定PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。设计主要考虑确定I/O点数，根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加 1020的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。该系统设计输入点包括按钮开关SB、行程开关SQ、钥匙开关SA,共26个输入点，接触器KM,电磁阀KA、YV,信号灯HL共18个，PLC的输入输出点数总共44个，但是考虑到以后生产工艺的可能变化及可靠性的要求，适当预留10%15%的裕量，即PLC的I/O点数应大于44。所以选择选用输入输出总点数为64的PLC，输入输出各为32点。4.3.2 内存容量估算用户程序所占内存容量受I/O点数、用户程序编制水平等因素的影响，程序越短，程序执行的扫描周期就越短。估算内存大小可根据下列方法来确定：(1) 开关量I/O点数：一般PLC的开关量I/O点数的比值为3/2（CPM1A）或1/1（FX2N），因此根据I/O总点数所需的内存容量为：所需内存步数 = I/O开关量总点数（1015）所以，所需内存步数=64*（1015）=640960。(2) 模拟量I/O总点数具有模拟量控制要求的系统要用到数据传送和运算等功能指令，所占内存较多，其内存式计容量可按下算：所需内存步数 = 模拟量I/O总点数（200250），由于该系统设计只需完成冲床的基本运动，所以没有涉及模拟量，所以我在这里没有设置模拟输入量，也没有考虑通信处理的情况。(3) 程序编写的质量设计人员的编程水平直接影响到程序的长短及运行时间。最后，一般按估算容量的 50 100 留有裕量。综上所述，估算PLC所需内存的总容量为：64*（1015）*（1+50%100%）=9601920。4.3.3 单元类型的选择此次设计的是简单的只用于单独运行的冲床，所以选择基本单元M。并可以选用继电器输出形式。4.3.4 电源选择 由于系统现场与主机之间距离为1030m可用24V。所以，综上可确定所选用的PLC型号为FX2N-64MR-D13。4.4 软件的选择三菱PLC系列软件包括GX系列和MELSEC-F(FXGP/WIN-C)。GX系列软件又很多型号，它适用于三菱全系列PLC,功能最强大，包括了编程、监控、维护、软件仿真、远程访问、各种模块的参数设置和监控等。MELSEC-F(FXGP/WIN-C)软件只适用于FX系列PLC，功能很少。但是本次研究是基于FX系列PLC的冲床控制系统，只要适用于PX系列PLC即可，所以我选用功能少，但是操作非常简单的MELSEC-F(FXGP/WIN-C)软件来用于该研究的梯形图编程14-15。5 详细设计5.1 冲床的电气控制电路原理图根据冲床的运动规律和动作规范，综合考虑各方面的因素设计出冲床的电气控制线路原理图,如图5.15.6所示。图5.1 主电路电气图图5.1是本次控制系统的主电路图，看以看出该控制电路有主电机M1、滑块电机M2、油泵电机M3、及调速器。主电机由接触器M1控制，滑块电机由KM2、KM3分别控制其上升、下降。KM4控制油泵电机的起停。图5.2 控制电气图图5.2是辅助电路和控制电路的一部分，辅助电路包括控制电源、PLC电源、工作灯。控制电路部分可以看出由多个开关、按钮控制滑块的升降、主电机的起停及吹料阀气动阀的开启。图5.3 控制电气图电气原理图5.3也是控制电路部分，它控制系统中的主电机运行、故障复位、滑块的运动形式及其它辅助控制。图5.4 控制电气图电气原理图5.4中看出是各行程开关来控制各接触开关的工作和辅助指示灯的开关。图5.5 控制电气图电气原理图5.5是输出部分各的指示灯。图5.6 控制电气图电气原理图5.6是输出电磁阀。5.2 PLC的I/0地址分配由上面的电气原理图，选择主要需要控制的功能，根据PLC控制的要求对PLC的I/O端口进行分配。表5.1 输入输出点分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号主电机停止按钮SB1XO00电源指示HL1Y000主电机启动按钮SB2X001主电机指示灯HL2Y001紧急停止按钮SB3X002过载指示HL7Y002双手开动(左)SB4X003运转准备指示HL4Y003双手开动（右）SB5X004上死点指示HL5Y004连续预置按钮SB6X005连续预置指示HL6Y005行程停止按钮SB7X006主电机线圈KM1Y006滑块上升按钮SB8X007滑块上升KM2Y007滑块下降按钮SB9X010滑块下降KM3Y010故障复位按钮SA2X011润滑电机KM4Y011控制电源开关SA1X012吹气阀KA2Y012润滑油量检测开关SA7X013气动泵电磁阀KA5Y013工作规范选择开关SA41X014气动泵阀YV4Y014寸动SA42X015吹料电磁阀YV3Y015单次SA43X016双联电磁阀控制线圈1KA3Y016连续SA44X017双联电磁阀控制线圈2KA4Y017滑块调整开关SA6X100双联电磁阀1YV1Y100吹料阀行程开关SQ2X101双联电磁阀2YV2Y101上升终端返回行程开关SQ3X102下降终端返回行程开关SQ4X103手足斡旋SA5X104行程开关SQ1X105过载检测按钮SQ6X106熔断器FRX107吹料阀SA3X110上死点开关SQ10X1115.3 控制流程图设计由图5.7所示，整个控制程序包括运行准备阶段、正常工作阶段、故障复位阶段、断电结束阶段，以下就以上四个阶段分分别进行设计。NYYYNN开始电源接通运转准备就绪机床正常工作故障复位返回电机制动结束 图5.7 冲床控制总流程图5.3.1 机床运转准备控制压力机应满足如下条件才允许起动：控制电源开关置于“ON”状态；操作规范选择开关未处于“调整”档；润滑系统正常，即油路故障指示灯灭；未出现过载现象；紧急停止按钮处于“复位”状态；伺服电机无故障,具体流程如图5.8所示。YYYYYNNNNN开始电源接通紧急开关复位润滑油量低润滑供油电机继电器通电润滑油量低过载检测正常操作规范开关未处于“调整”运转准备就绪过载检测开关复位气动泵电磁阀通电图5.8 压力机运转准备流程图5.3.2 正常工作阶段控制由于冲床滑块电机停转后还存在惯性，因此对其进行封高处理是非常必要的。所以应该给滑块留下一段缓冲距离，在滑块极限位置之前的预定点处放置行程开关，滑块封高控制流程如图5.9所示。YYYY选择“调整”档按下“滑块调整开关”“滑块上升”按下按下“滑块调整开关”按下“滑块调整开关”到达预定点“滑块上升”按下按下“滑块调整开关”到达预定点按下“滑块调整开关”图5.9 滑块调整流程图机床动作即三种操作规范下压力机的逻辑控制顺序,单次、寸动、连续三种规范之间具有互锁性，避免机床的误动作。因此在电气上采用主令转换开关，保证同一时刻只能选择一个操作规范。左右双手开动开关应在0.5s内同时按下，机床才能动作，否则认为开关断开,具体控制流程见图5.10。运转准备就绪电机制动故障处理程序操作规范选择出现故障或紧急停车信号寸动单次连续双手开动开关在0.5秒内闭合电机转动滑块下降双手开动开关松开电机、滑块停止双手开动开关在0.5秒内闭合电机转动滑块下降曲柄转过150到上死点后停止双手开动开关松开电机、滑块停止连续预置按下双手开动开关在0.5秒内闭合电机转动滑块下降连续预置指示灯灭滑块连续运行双手开动开关松开电机、滑块停止“行程停止”按下滑块运行到上死点停止图5.10 寸动、单次、连续规范下机床动作流程图5.3.3 故障复位阶段压力机出现如下任何一种情况时必须停机：紧急停止按钮按下；过载检测开关动作；油路出现故障；单次操作规范时，滑块向下运行时在0150之间松开任一个手或双手。紧急停止具有最高控制权，与系统的供电电源相连，按下紧急停车按钮，所涉及的供电电源被切断，系统立即停机，严格地说，紧急停止不属于控制系统范畴，但仍将其状态信号纳入控制系统。当出现过载使得压力机工作停止时，首先对过载原因进行检查，然后选择寸动操作将滑块调整至上死点位置，气动泵电磁阀通电使气动泵工作进行补油，大约一分钟后补油完毕，气动泵停止工作，过载检测开关复位，按动故障复位按钮，使过载指示灯熄灭后压力机方可正常工作。由于故障处理程序比较复杂，这里就不多加讨论。5.4 PLC控制软件编程实现SWOPC-FXGP/WIN-C是一个可应用于FX系列可编程控制器的编程软件，可在DOS、Windows3.1、Windows 9X及Windows 2000下运行。在SWOPC-FXGP/WIN-C中，可通过线路符号、列表语言及SFC符号来创建程序，建立注释语言数据及设置寄存器数据。也可创建顺序控制程序以及将其存储为文件，并用打印机打印出来。该程序在串行系统中可与可编程控制器运行遥控、操作监控以及完成各种测试功能。在FXGP中，梯形图、指令表和SFC图可以互相转换，它们之间的关系如图5.11所示。从这个转换关系中可以看出，如果在SFC视窗中画好了一个SFC图（包括其内置梯形图），只要用鼠标单击转换钮，再单击指令表按钮，就可以得到相应的指令表，单击梯形图按钮，就可得到对应的梯形图。如果先画好的是梯形图，情况也一样。总之，FXGP中梯形图、指令表和SFC图可以相互转换的这种关系，使得用户只要编出一种程序，就可以得到另外两种，大大提高了编程PLC用户的效率。 图5.11 梯形图、指令表和SFC图的转换关系 其设计梯形图如下：5.4.1 运转准备图5.12 运转准备 图5.13 运转准备图5.12和图5.13是运转准备部分的梯形图，当紧急停止按钮SB3(X002)处于“复位”位置时，其中HL4(Y003)为运转准备指示灯输出，HL4亮。同时当润滑油量开关SA7(X013)指示低时，润滑