基于PLC的连杆清洗系统的研究与设计毕业论文.doc

基于PLC的连杆清洗系统的研究与设计毕业论文目 录1 前言11.1可编程控制技术的现状11.2连杆清洗系统的发展应用11.3 本设计的主要内容32 连杆清洗控制系统方案的总体设计42.1 连杆清洗工艺概述42.2 PLC系统控制方案的设计53各功能模块的设计73.1运输装置的设计83.2清洗连杆表面系统的设计83.3清洗及吹干油道孔的设计93.4吹干连杆系统的设计103.5冷却系统的设计114 硬件电路设计134.1 PLC的选型及其模块配置134.2主电路设计134.3 接口电路的设计165 PLC程序设计及仿真195.1 PLC编程软件steP7简介195.2 PLC程序设计及仿真195.2.1 PLC程序设计195.2.2 PLC程序的仿真296监控组态设计306.1 组态软件力控3.6简介306.2 组态软件设计306.3 清洗过程状态监视实现31结 论40总结与体会41致 谢42参考文献43附录一：连杆清洗系统工艺流程PLC语句表44 硬件电路图 液压传动系统原理图 气动传动系统原理图 1 前言1.1可编程控制技术的现状1可编程控制器（PLC），是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司(伽)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降;加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的PLC。1.2连杆清洗系统的发展应用随着汽车技术的发展，对汽车发动机的动力性能及可靠性能要求越来越高，而连杆对发动机的动力性能及可靠性至关重要，因此国内外各发动机制造公司对连杆的加工非常重视，其中包括连杆的清洗过程。虽然现在已经有些国家对连杆的清洗设计出一个完整的清洗系统并生产出有关的连杆清洗机，但是目前对连杆的清洗机的背景及发展并没有过多的论述，也没有对连杆的具体清洗过程作详细的介绍。但是，汽车逐渐进入人们的生活中，随着人们对汽车的需求量不断增加，对连杆的需求量也越来越大，且对连杆的可靠性越来越高，由此对连杆加工过程中的清洗也越来越受到人们的关注。为了使连杆清洗的清洁度具有良好的效果，研制高速、高效、高质、经济的连杆清洗系统是市场的迫切需求。连杆清洗机械的最大特点是循环动作且频繁，且有较多的执行元件。在这种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质方面来讲，由于传统的继电接触器控制系统设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难以实现较复杂的控制，由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和控制盘（柜）就要更换，所以通用性和灵活性较差，因而不能完成复杂的控制方式。而后者只是PLC的内部寄存器，在PLC编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。一般的PLC都有上百点内部辅助继电器甚至更多，且还有多种专用的内部电器，足可以应付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是对PLC进行编程。事实上PLC用于这种场合是最能显现出其经济性。从上述意义上来讲，PLC最适合于需要大量中间继电器的场合。PLC技术发展也呈现新的动向。（1） 产品规模向大、小两个方向发展大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 （2） PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。 （3） 不断加强通讯功能 。（4） 新器件和模块不断推出。高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。（5） 编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。 （6） 发展容错技术。采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。（7） 追求软硬件的标准化。因此，国外在各种清洗机已经大量地采用了PLC来取代传统的继电器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我国清洗机械目前控制部件大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的话，则可以简化机械结构，机械和电气设计都可以得到简化。更重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实现，使机器在某种程度上实现智能化。通过对各种控制系统的分析比较，决定采用PLC控制系统。1.3 本设计的主要内容（1）对可编程控制系统的现状与发展趋势作简单的介绍，明确背景知识与选型根据；分析PLC在清洗机械上应用的可能性与前景。（2） 连杆清洗各动作控制工艺的研究。了解连杆清洗系统的工作过程及工艺要求，各机构的动作顺序。（3） 可编程控制器部分的设计，包括控制方案的选取与设计、I/O接口信号的确定、模块的选择，控制程序的设计与调试。（4） 连杆清洗硬件电路图、液压传动系统原理图和气动传动系统原理图的绘制。（5） 连杆清洗过程的组态监视设计。2 连杆清洗控制系统方案的总体设计在前言部分介绍了可编程控制技术的概况，下面就具体结合连杆清洗系统电控系统的实际来看一下它的应用。本系统在设计电气控制部分时，要考虑其功能需求要与本系统机械部分相配合需求。在实际实现的过程中，又要以系统的可靠性和便于使用为准则，尽可能地把本系统设计成为一个功能齐全、可靠性高且便于使用的清洗设备。在设计控制系统之前，首先要了解其生产工艺。2.1 连杆清洗工艺概述清洗环节是连杆加工过程中很关键的一环，它直接影响连杆组成的初期磨合和使用寿命，必须用汽油、柴油或其它清洁剂清洗干净，然后用压缩空气仔细吹净内外表面的杂质颗粒。 连杆清洗系统的主要功能是将连杆放入一个固定的槽体中通过运输装置将其分别送入表面冲洗、油道孔清洗及吹干、表面吹干和冷却4个工序中进行处理。简单的清洗流程如图2.1所示。图2.1 连杆清洗基本流程 连杆是以5根连杆为单位的形式放在一个箱体中，而箱体中分别有5个槽将连杆竖立起来，当这一切都准备完成后通过运料装置运送到表面冲洗工步，首先检测箱体的接近（光电式接近开关），接着电磁阀工作挡块升起挡住箱体继续前进，然后抽吸泵开始工作通过冲洗电磁阀开通冲洗连杆表面，当冲洗完成后挡块后退使箱体继续前进。当箱体运送到油道孔清洗工步时先是液压活塞伸出将小头孔夹紧，高压泵开始工作同时开通冲洗油孔电磁阀，待清洗完成后电磁阀换向再利用车间的空气对小头孔进行吹干，吹干完成后液压活塞后退、挡块后退，箱体继续前进。运送到吹干表面工步时车间空气通过过滤器、电磁阀控制口排出吹干表面。最后箱体被运送到冷却工步，抽吸泵开始工作，通过管道排出冷却连杆，待冷却完成运料装置将其运送出来，通过人力将连杆从箱体里取出。机械结构的影响：（1）入口空气过滤装置堵塞。由于车间内油和粉尘多，当过滤装置工作时来自空气中参杂的这些油和粉尘就会粘附在过滤装置上，影响空气进入。（2） 液体管道口喷嘴的畅通。若管道口堵塞后要影响清洗液的排出量进而影响连杆的清洁度。（3） 夹紧定位与工件相对的位置是否合适。若位置不合适将影响油道孔的清洗与吹干。（4） 高压泵的过滤器堵塞。清洗液中往往会混杂着其他杂质如铁削、油污等，过滤器在工作的过程中这些杂质会附着在过滤器上影响过滤器的正常工作同时影响到油道孔的清洗程度。（5） 运输装置上挡块的顺利升起。若挡块不能顺利升起就不能达到挡住箱体继续前进的效果，而各部分的冲洗、吹干、冷却就无法达到预期的效果。（6） 压力计失灵。压力计具有自带压力传感器的功能，若在工作的过程中压力计无法实现其职，将影响自动控制系统的正常运行。2.2 PLC系统控制方案的设计3利用PLC可以构成远程I/O控制系统。每个被控制对象与可编程控制器指定的I/O口相连接，通过远程的I/O单元将分散在远程距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号，传出输出信号。且当要更换某个被控对象的状态、数据时不需要另外设置专门的信号线路。PLC监视系统各部分的运行状态和进程对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等设定值或强制I/O状态。 图2.2 连杆清洗总体方案设计本系统由可编程控制器(PLC)和力控组态双重控制。PLC负责本系统中按钮、接近开关、行程开关量的信号输入，从而输出信号控制接触器、电磁阀等元器件进而控制各电机泵、指示灯、换向阀等外设备。监控组态用来完成数据采集实时、报警和安全机制、流程控制、动画显示和监控网络等功能。监控组态通过串行口与PLC相连，进行采集数据，亦可发出命令（即按钮）控制PLC的运行，可达到监视及远程控制的功能。总体方案如图2.2所示。连杆清洗控制系统中的传感器以开关量提供给PLC，这些开关输入量有：1 运输装置挡块抬起信号（关电式接近开关）2 液压活塞行程开关3 液路、气路高压报警信号（压力传感器）3各功能模块的设计5抽吸泵和高压泵是由三相异步电动机驱动，三相电源供电，通过液路实现对连杆的清洗、冷却、夹具的夹紧和挡块的抬起；一台小功率轴流风机，在吹干表面工作室里通过轴流风机把气体中参杂的水分带走；四台小功率异步电机分别用于驱动传送带；清洗油道孔时是通过一个但作用的液压缸夹紧小头孔进行工作的，液压缸又通过电磁阀的控制使其伸出或后退；液路和气路的通断都是由电磁阀控制。清洗系统实行全部自动控制，大大减轻了工人的劳动强度，清洗效率较高。由于零件在清洗过程中的受到高压冲洗，清洗效率较高。传送带式清洗系统是将油污零件放在清洗系统传送带的一端，经过4个工步，各工步在四周布有各种角度的喷嘴，喷射清洗液、冷却液和气体。从另一端输出的零件即被清洗干净。清洗系统的特点是分4个过程清洗的，因而备有4个工步。如图3.1所示。 图3.1 控制系统总体布局自动化程度高，清洗过程全部自动化，无人操作。物流线通过清洗机时，将工件送至各工位完成清洗吹干作业。清洗完毕的工件，由自动物流线送回初始工步。适用于全自动生产线。3.1运输装置的设计运输装置用于连杆的运输，全线呈矩形布置，由四条直线机动滚道组成。全部滚道采用摩擦辊轮驱动机构，动力由电动机带动减速器并通过链条传动供给。全线采用机械液压驱动，液压系统操作，电控由总线连接实现全线和部分控制，可根据工艺和生产的需要进行组合，系统刚性好，适用于大批量的生产要求，且安装、调整、维修方便。在每一个工步内的运输装置上都安装有一块挡块，其作用是当装有连杆的箱体进入到此工步时，通过安装在附近的光电式接近开关检测后发出信号，促使挡块抬起，挡住箱体继续前进，使得连杆能够按要求清洗；而在运输带的四个拐弯处也各设置有一块挡块，其作用是当箱体被运送到末端时暂时挡住箱体朝着其垂直方向运送，使箱体在末端停留几秒（使箱体有一个缓冲的时间）。3.2清洗连杆表面系统的设计清洗连杆表面是清洗温度在4565的清洗液。主要将连杆表面油污、乳化液、铁屑清洗干净。清洗连杆表面工步是直接安装在运输装置上，它的侧面布有喷嘴的喷射管，将热清洗液喷到连杆的表面上，使连杆加热并疏松油污。当箱体通过运输装置运送到此工步时，传感器检测到信号使挡块抬起挡住箱体继续前进，喷嘴把清洗液喷射在连杆表面上，而箱体将喷射到连杆表面的清洗液接住，再通过箱体底部的一个小孔将清洗液排出，排到工步底部的一个槽中，如图3.2所示。图3.2 连杆表面清洗示意图3.3清洗及吹干油道孔的设计7高压清洗机是通过动力装置使高压柱塞泵产生高压水射流来冲洗物体，水射流的冲击力大于污垢与物体表面附着力，高压水就会将污垢剥离冲走，达到清洗物体表面的一种清洗设备。因为是使用高压水柱物理原理清理污垢，一些特别顽固的油渍需要加入清洁剂，高压清洗也是世界公认最科学、经济、环保的清洁方式。利用高压清洗的原理再加上清洗液清和定位夹具将连杆小头孔定位后，高压泵加压到40MPa后对准连杆体油道孔进行定点定位高压清洗。主要是将停留在连杆体油道孔内的铁屑、油污、毛刺等杂质清除掉，将油道孔清洗干净。吹干油道孔是通过车间里空气和压缩空气将连杆油道孔内部的清洗剂等杂质吹除，保证油道孔干净、无杂质。清洗连杆油道孔和吹干油道孔在同一个工步进行，当箱体被运送到工步内通过挡块定位后，液压活塞通过电磁阀的通电伸出，将连杆小头孔定位后，先是控制液体清洗油道孔的电磁阀通电清洗油道孔，达到设定时间后，控制清洗油道孔的电磁阀失电，控制吹干管道的电磁阀通电进行吹干油道孔，当吹干完成后液压活塞后退。而液压活塞的前进与后退的定位是通过其内部设有两个行程开过，活塞通过接触行程开关停止动作，如图3.3所示。图3.3 冲洗及吹干油道孔示意图3.4吹干连杆系统的设计吹干连杆表面是通过车间里空气和压缩空气将连杆表面的清洗剂等杂质吹除，保证连杆表面的干净无杂质。吹干连杆表面工步的侧面布有喷嘴的喷射管，将车间里的压缩空气喷到连杆的表面上。当箱体通过运输装置运送到此工步时，传感器检测到信号使挡块抬起挡住箱体继续前进，喷嘴把压缩空气喷射在连杆表面上。与此同时在工步的顶部安装有一部轴流风机，在喷射管喷气的同时轴流风机启动，将带有水汽的空气从工作室内抽走，如图3.4所示。图3.4 吹干连杆示意图3.5冷却系统的设计冷却是将清洗干净的零件保证在2023温度。这样，就可以保证连杆在最后检测的时候不受温度的影响。当箱体通过运输装置运送到此工步内时，安装在工步内的光电式接近开关通过检测输入信号给控制系统，控制系统做出反映，挡块抬起挡住箱体继续前进。工步侧面布有喷嘴的喷射管，将冷却液喷到连杆的表面上，使连杆的温度降低到室温，保证最后的检测能够顺利通过。喷嘴把冷却液喷射在连杆表面的同时也顺流而下集聚在箱体底部，再通过箱体底部的一个小孔将清洗液排出，排到工步底部的槽内便于回收，如图3.5所示。图3.5 冷却连杆示意图4 硬件电路设计4.1 PLC的选型及其模块配置1在对控制系统进行PLC选型之前，需要对控制对象和控制任务进行统计和分析，然后确定系统的规模、机型和配值。S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。S7-200系列PLC具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，可以很容易地组成PLC网络。同时他具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计中更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。据统计，该连杆清洗控制系统需要配置如下的不同性质的I/O点：41个开关量输入；29开量输出；根据对上述控制任务的分析，本设计选择了西门子的模块化小型PLC系统S7-224。CUP-224集成14 输入/10 输出共24 个数字量I/O 点。可连接7 个扩展模块，有内置时钟，最大扩展至248 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。26K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。2 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可以很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适用于一些较复杂的中小型控制系统。 根据I/O点数的确定要按照实际点数再加20%-30%的配置，选择EM223 24V DC 16输入/ 16 继电器输出两块。4.2主电路设计 据连杆清洗工艺要求，需要选择传送带、液体清洗和气体吹干的动力源，在本设计中传送带选择相同的三相笼型异步电机，连杆的表面清洗选择抽吸泵，油道孔的清洗选择高压泵，带动泵工作的动力来源采用三相异步电机，气体吹干采用车间的压缩空气。如图4.1 所示。 图4.1 主电路图异步电动机基本系列技术参数：（1） 标准号JB/T9616-1996（2） 外壳防护结构型式Y系列小型三相异步电动机基本系列 有IP23、IP44两种外壳防护等级。IP23和IP44的含义是：IP-表示防护等级的标志符号。级别要求：IP23 第一位数字 能防止手指接触及机壳内带电或转动部分，能防止直径大于12MM的小固体异物进入。第二位数字 与沿垂直线成60度或小于60度的淋水对电机应无有害影响。IP44 第一位数字 能防止厚度大于1MM的工具、金属线或类似的物体触及机壳内带电或转动部分，能防止直径大于1MM的小固体异物进入，但不包括由外风扇吸风或送风的通风口和封闭式电机的泄水孔，这些部分应具有2级防护性能。第二位数字 任何方向溅水于电机，应无有害影响。（3） 安装结构及型式Y系列电动机的安装结构，分为地脚安装、用地脚附带凸缘端盖安装和用一个凸缘端盖安装等三种。根据三种基本安装结构，电动机的安装型式又分为卧式安装或立式安装及轴伸向上或向下，即B3、B35、B5、V1、V15等安装方式，具体型号查标准。（4） 冷却方式Y系列电机基本是靠周围空气来循环冷却。IP23电机为利用转子端环上的风叶作为驱动元件，周围冷空气自端盖进入，经过风叶增压，携带部分转子热量，再冷却定子绕组端部和铁芯背部，受热的空气从机壳中间排出机外。IP44电机，电机在运行过程中内部损耗（铁损、铜损、机械损耗）产生的热量全部传递到电机表面，通过安装在非轴伸端的风扇驱动周围空气连续吹拂电机表面，带走上述热量，达到冷却电机的目的。（5） 主要性能指标部分电机与其他厂比较有可能铁芯短、漆包线细，但电机的功率等各项性能指标均符合标准要求。（6） 绕组温升Y系列电机采用B级绝缘，允许绕组温升为80K。另F级绝缘允许绕组温升为115K。（7） 运行条件海拔不允许超过1000米，环境温度最高不超过40，最低温度15。运行地点的最湿月月平均最高湿度为90%，同时该月月平均最低温度不高于25。电源电压为380V5%，频率为50HZ变化不超过1%，三相电流空载时不平衡不超过10%，中载时不超过5%。空载电流一般为负载电流的3055%。根据要求选用型号为Y100L-6，频率:50HZ电压:380V，功率1.5KW，电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用AC-24，对于启动电流在6倍额定电流，分断电流为额定电流下可选用AC-3。 本设计中选择CJX3-32交流接触器线圈 额定电压380V。根据热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后再根据该额定电流来选择热继电器的型号。本设计中选择JR20。4.3 接口电路的设计控制系统的输入，输出信号及代码，地址编号如表4-1、4-2所示：表4-1 输入信号代码和地址编号表名称代码地址名称代码地址启动按钮SF1I0.0吹干油道孔停止SF17I3.1自动选择SF2I0.1吹干表面停止SF18I3.2手动选择SF3I0.2冷却停止SF19I3.3停止按钮SF4I0.3关闭报警灯SF20I3.4光电式接近开关一SQ1I0.4压力传感器一BP1I3.5光电式接近开关二SQ2I0.5压力传感器二BP2I3.6光电式接近开关三SQ3I0.6压力传感器三BP3I3.7光电式接近开关四SQ4I0.7压力传感器四BP4I4.0光电式接近开关五SQ5I1.0挡块一升起SF21I4.1舌簧式行程开关一BG1I1.1挡块一后退SF22I4.2舌簧式行程开关二BG2I1.2挡块二升起SF23I4.3传送带启动SF5I1.3挡块二后退SF24I4.4表面冲洗启动SF6I1.4挡块三升起SF25I4.5高压冲洗油道孔启动SF7I1.5挡块三后退SF26I4.6吹干油道孔启动SF8I2.0挡块四升起SF27I4.7吹干表面启动SF9I2.1挡块四后退SF28I5.0冷却启动SF10I2.2挡块五升起SF29I5.1液压活塞伸出SF11I2.3挡块五后退SF30I5.2液压活塞后退SF12I2.4光电式接近开关六SQ6I5.3液压活塞停止SF13I2.5光电式接近开关七SQ7I5.4传送带停止SF14I2.6光电式接近开关八SQ8I5.5表面冲洗停止SF15I2.7光电式接近开关九SQ9I5.6高压冲洗油道孔停止SF16I3.0表4-2 输出信号代码和地址编号表名称代码地址名称代码地址传送带电机一QA1Q0.0运输装置挡块五MB10Q2.7传送带电机二QA2Q0.1液压活塞伸出MB11Q3.0传送带电机三QA3Q0.2液压活塞后退MB12Q3.1传送带电机四QA4Q0.3运输装置运行指示灯PG1Q3.2清洗表面电机QA5Q0.4冲洗表面运行指示灯PG2Q3.3高压清洗油道孔电机QA6Q0.5清洗油道孔运行指示灯PG3Q3.4轴流风机QA7Q0.6吹干表面运行指示灯PG4Q3.5冷却电机QA8Q0.7冷却运行指示灯PG5Q3.6冲洗表面电磁阀MB1Q1.0冲洗表面及活塞高压报警PG6Q3.7高压冲洗油道孔电磁阀MB2Q1.1冲洗油道孔高压报警PG7Q4.0吹干油道孔电磁阀MB3Q2.0冷却及挡块高压报警PG8Q4.1吹干表面电磁阀MB4Q2.1吹干连杆高压报警PG9Q4.2冷却电磁阀MB5Q2.2运输装置挡块六MB13Q4.3运输装置挡块一MB6Q2.3运输装置挡块七MB14Q4.4运输装置挡块二MB7Q2.4运输装置挡块八MB15Q4.5运输装置挡块三MB8Q2.5运输装置挡块九MB16Q4.6运输装置挡块四MB9Q2.6连杆清洗控制系统原理硬件电路图参看附录。如硬件电路图所示，四个方向的运输装置由电机M1-M4驱动，清洗连杆表面的抽吸泵由电机M5驱动，高压冲洗由电机M6驱动，冷却连杆由电机M8驱动。下面对上述部分元气件型号选择做简单介绍。根据电磁阀的可靠性、经济性、安全性和适用性，选用电磁阀型号为：4V320-10 220V。根据将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内，当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近的原理选择光电式接近开关：H-JK5020DII DC24V 200mA。压力传感器DP-102A-M-P的其测量范围-100100（kPa），符合控制要求，本设计的压力传感器型号为：DP-102A-M-P。5 PLC程序设计及仿真5.1 PLC编程软件steP7简介 Step7-micro/win是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计开发的编程软件，可在全汉化的截面下进行操作。它基于windows操作系统，为用户开发，编辑，调试和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。其目前最新的版本是step7-micro/win v4.0 sp5。该版本除了支持CPU的新功能外，其本身的功能也比以前的版本增强了很多。5.2 PLC程序设计及仿真 5.2.1 PLC程序设计整个控制系统是通过每个工作室内部的传感器检测箱体的存在后开始工作的，每个部分都能独立完成工作。系统流程框图如图5.1所示。图5.1 系统流程框图连杆清洗工艺流程中各功能模块与结构的工作需要在PLC中用编程来实现动作，现对部分控制功能如下介绍，整体程序参看附录。（1） 运输装置电机启动的实现运输装置控制系统中的输入信号输送到M0.0，M0.1端口，当M0.0和M0.1接通时，辅助继电器M7.3得电，同时Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3得电时，四台电机端口接收到信号，电机开始启动运行。 （2） 连杆表面冲洗系统图5.2 表面清洗控制流程图5.3组态界面根据图5.2和图5.3编写梯形图，当装有连杆的箱体被运送到清洗表面工作室时，通过光电式传感器的检测把信号发送给PLC的M0.4，PLC做出相应的动作Q2.3得电，挡块1抬起挡住箱体继续前进，通过一定的延时促使Q1.0得电，进行冲洗表面，当达到设定的冲洗时间后冲洗自动断开。挡块1也同时后退。48（3） 清洗油道孔的程序实现图5.4 清洗油道孔控制流程 根据图5.4和图5.3编写梯形图， 油道孔冲洗系统中采用光电式传感器M0.5向PLC输送信号，Q2.4得电挡块2抬起，Q3.0得电活塞伸出通过延时Q1.1 得电冲洗油道孔，再经过延时Q2.0得电吹干油道孔，吹干完成后Q3.1得电活塞后退，挡块2后退，箱体继续前进。（4） 吹干表面的程序实现图5.5 吹干表面控制流程图 根据图5.5和图5.3编写梯形图， 吹干表面控制系统中采用光电式传感器M0.6向PLC输送信号，Q2.5得电挡块3抬起，Q2.1得电吹干连杆表面，与此同时安装在工作室内部的轴流风机Q0.6得电对工作室内的水汽抽出工作室，通过延时时间到后Q2.1，Q0.6失电停止工作， 挡块3后退箱体继续前进。（5） 冷却连杆的程序实现图5.6 冷却连杆控制流程图根据图5.6和图5.3编写梯形图， 冷却连杆控制系统中采用光电式传感器M0.7向PLC输送信号，Q2.6得电使挡块4抬起，Q2.2得电吹干连杆表面，通过延时时间到后Q0.7失电停止工作， 挡块4后退箱体继续前进。手动控制采用的是通过按钮与PLC的输入接线端相连接，当按下其中一个输入控制时，通过梯形图控制PLC内部的辅助继电器，辅助继电器再控制输出。如下所示冲洗表面的手动控制，当按下启动M0.0和手动选择M1.4按钮后，辅助继电器M6.6得电的同时实现自锁，通过辅助继电器M6.6控制表面冲洗Q1.0的通断。5.2.2 PLC程序的仿真（1） S7-200仿真软件6 PLC配置为CPU224 扩展模块为2个 EM223 （16I/16O），将导出的程序装载进仿真软件，根据连杆清洗系统要求调试程序。在调试过程中会遇到很多意想不到的问题，在程序中的一个小小的错误可能会影响到整个系统不能运行，应该有一个全局观念。调试中若某个输出点的输出与设计思路不符合，应该打开梯形图，查看该输出点的连接方式，分析是哪些输入点在影响它的输出等。并且应该了解PLC的工作方式，如扫描方式等。（2 ）实物PLC调试 1）打开写好的程序，选择编译按钮检查程序编译格式是否正确。 2）将PLC与电脑连接，打开电源，将PLC打到STOP档3）对程序进行上电复位4）将程序下载到PLC5）将PLC开关打到RUN档，STEP7软件按下RUN按钮，如下图所示进行程序调试：6）根据控制要求调试程序，检查各输入输出点的打开与关断状态是否符合设计要求。6监控组态设计6.1 组态软件力控3.6简介2 计算机控制系统通常可以分为设备层，控制层，监控层，管理层四个层次结构，构成了一个分布式的工业网络控制系统。其中，设备层负责将物理信号转换成数字或标准的模拟信号；控制层负责完成对现场工艺过程的实时检测与控制；监控层通过对多个控制设备的集中管理，来完成监控生产运行过程的目的；管理层对生产数据进行管理，统计和查询。监控组态软件一般是位于监控层的专用软件，负责对集中管理控制层，向上连接管理层，是企业生产信息化的重要组成部分。 力控组态软件由以下几部分组成：（1） 工程管理器（2） 开发系统（Draw）（3） 界面运行系统（View）（4） 实时数据库（DB）（5） I/O驱动程序（I/Oserver）（6） 网络通信程序（NetClient/NetServer）（7） 通信程序（PortServer）（8） Web服务器程序（Web Server）（9） 控制策略生成器（Strategy Builder）6.2 组态软件设计组态编辑的内容是整个监控程序的核心。主要任务是通过力控软件设计功能，组态编辑一系列的用户界面文件，通过这些界面文件从网络上PLC中获得各种监控数据并以不同的形式显示在界面上，利用这些数据完成一定的功能。通过这些界面，操作人员能及时、准确的了解生产线的运行情况。同时根据不同的操作级别，可以设置机器的运行参数，实现对生产过程的控制。监控程序要达到的目的就是要使操作人员能方便、直观的从监控计算机的显示屏上看到整条生产线的运行状态、实现集中控制。所有需要监控的数据和由这些数据产生的故障、报警信息都应能通过监控程序查阅到，数据和故障、报警信息的显示方式应根据现场情况设计。用户界面是显示机器的大致结构;按钮用于子界面之间的切换;文本框用于显示系列图形、按钮、文本框等组成，图形都代表了一定的意义。6.3 清洗过程状态监视实现（1） 界面设计根据连杆清洗控制过程及监控要求，监控工程组态画面如图6.1所示图6.1连杆清洗控制组态画面（2） I/O模拟点定义根据硬件电路中所设计到的I/O点，在组态中需要定义，定义画面如图6.2所示图6.2 模拟I/O口定义（3） 动画连接 对界面上所画的图形进行动画连接。（4） 编写动作应用程序/自动if m0.pv.01=1 & m0.pv.02=1 then /运输装置启动 #zhuangzhi1.fcolor=32; /运输装置变颜色 #zhuangzhi2.fcolor=32; #zhuangzhi3.fcolor=32; #zhuangzhi4.fcolor=32;endifif q0.pv.01=1 & liangan=155 & liangan=165 then /检测连杆 m0.pv.05=1; #a.fcolor=32else m0.pv.05=0; #a.fcolor=64endifif liangan6=0 then liangan=0endifif q0.pv.01=1 & liangan6=130 & liangan67 & yeya10 & q3.pv.01=1 then /检测活塞到位 m1.pv.02=1; #x.fcolor=32;else m1.pv.02=0; #x.fcolor=0;endifif q3.pv.02=1 then /吹干油道孔停止，活塞后退 yeya=yeya-4;endifif yeya0 & q3.pv.02=1 then /检测活塞到位 m1.pv.03=1; #y.fcolor=32; yeya=0;else m1.pv.03=0; #y.fcolor=0;endifif liangan6=295 & liangan6=305 then /连杆到第一个拐弯处,挡块7抬起 #g.fcolor=32; m5.pv.04=1; liangan6=0;else #g.fcolor=64; m5.pv.04=0;endif if q0.pv.02=1 & q4.pv.06=0 & q4.pv.05=0 & liangan2=210 & liangan2=215 then /检测连杆到第二个拐弯出 #h.fcolor=32; m5.pv.06=1; /检测传感器8置1else #h.fcolor=64; m5.pv.06=0; endif if liangan3=0 then liangan2=0endifif q4.pv.06=0 & q0.pv.03=1 & liangan3=150 & liangan3=155 then /检测连杆到位，传感器3置1 #c.fcolor=32; m0.pv.07=1;else #c.fcolor=64; m0.pv.07=0;endifif liangan7=0 then liangan3=0endifif liangan7110 & liangan7=265 & liangan7=275 then /检测连杆7到第3个拐弯处 #i.fcolor=32; m5.pv.07=1; liangan7=0else #i.fcolor=64; m5.pv.07=0;endifif q2.pv.08=0 & q0.pv.04=1 & liangan5100 then liangan5=liangan5+5endif if q4.pv.04=1 then liangan5=0endif/ 手动控制if q0.pv.01=1 then #zhuangzhi1.fcolor=32; /运输装置变颜色 #zhuangzhi2.fcolor=32; #zhuangzhi3.fcolor=32; #zhuangzhi4.fcolor=32;endifif q0.pv.01=0 then #zhuangzhi1.fcolor=203; /运输装置停止 #zhuangzhi2.fcolor=203; #zhuangzhi3.fcolor=203; #zhuangzhi4.fcolor=203;endifif m0.pv.01=1 & m2.pv.04=1 then / 液压活塞伸出 yeya=yeya+1endifif m0.pv.01=1 & m2.pv.05=1 then / 液压活塞后退 yeya=yeya-4endif/停止if m0.pv.04=1 then #zhuangzhi1.fcolor=203; /运输装置停止 #zhuangzhi2.fcolor=203; #zhuangzhi3.fcolor=203; #zhuangzhi4.fcolor=203;endif（5） 对 I/O驱动进行设备配置 选用西门子PLC S7-200(PPI)，添加设备驱动的设备名称为“PLC224” ，地址与STEP7Micro/Win编程软件设置的PLC远程地址相一致。（6） 运行组态 将PLC连接计算机，并利用STEP7Micro/Win仿真软件编制交通灯控制程序，并下载到PLC中运行，将组态软件联机运行。图6.3 运行组态（7） 对组态进行调试按下界面中的启动按钮，在下图所示的实时数据库系统演示中查看当前数据是否输入和PLC返回的数据是否有输出，同时检查组态画面是否按照设计要求在进行模拟动作。若不符合要求则需要检查是组态问题还是PLC程序问题。例如，实时数据库演示图中有相应的输入输出，并且符合要求，则应该是组态的问题。此时应该检查组态画面中的动画连接时候正确，如动画脚本，“进入程序”中的程序编辑是否正确等。如果实时数据库演示图中的输入输出不正确或者没反应，则可能都是PLC程序的错误导致，应该返回去检查PLC程序是否编辑正确。当然有时上述问题都不是，应为数据的传输是串口通信，其传输速度较慢，如果加上电脑或者程序的复杂性可能导致数据设置超时等问题，此时应该耐心调试。图6.4 实时数据库系统演示经过对组态进行调试，组态软件运行演示图正确运行，运行结果如图6.5所示。图6.5 运行结果图结 论目前，汽车逐渐进入人们的生活中，随着人们对汽车的需求量不断增加，对连杆的需求量也越来越大，且对连杆的可靠性越来越高，由此对连杆加工过程中的清洗也越来越受到人们的关注。为了使连杆清洗的清洁度具有良好的效果，研制高效、高质、经济的连杆清洗系统是市场的迫切需求。本设计得出了以下结论：1 完成了对连杆清洗的工艺分析，理顺了流程中各设备与机构的工作方式和动作顺序等。2 根据连杆清洗工艺流程，完成了其硬件电路、液压传动系统和气动传动系统的设计，并设计了PLC控制程序和组态监控界面与应用程序，完成了对连杆清洗的控制系统的设计。总结与体会通过这次毕业设计，我不仅把回顾了以前所学的知识，而且收获了更多新的知识，同时在查资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，重新认识了将来几点行业的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用造就了一个良好的开端，毕业设计是我对所学理论知识的检验与总结，能够培养和提高设