JDYY01-014@无心外圆砂带磨床自动上下料控制设计
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重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 1 第 1 章 绪论 1.1 本课题研究的背景 心外圆砂带磨床适用于管材、棒材等工件的外圆磨削和抛光，可磨削金属、木材、玻璃、橡胶等材料 。 随着市场经济的高速发展，对生产的要 求也不断提高，对于磨床磨削的要求越来越高， 砂带磨床的加工工效甚至超过了普通常规加工工艺 ,砂带越来越宽 ,加工精度越来越高，已达到和超过砂轮磨床。如今，由于可编程控制器（ PLC）在无心外圆砂带磨床控制系统中的应用范围越来越广泛，为了提高生产效率， PLC 控制液压系统对工件上下料在各种机床上也得到了广泛的应用。 1.2 本课题研究的内容 和方法 本课题主要是研究 PLC控制液压系统，从而在加工生产中实现工件的上下料自动化。而且，这个课题主要是采用实例分析，结合阅读大量的文献和查找资料，寻求出最佳的设计方案。 1.3 国内外的发展现状 1.31 液压传动发展现状 液压传动与控制是以液体（油、高水基液压油、合成液体）作为介质来实现各种机械量的输出（力、位移或速度等）的。它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比，具有传递功率大，结构小、响应快等特点，因而被广泛的应用于各种机械设备及精密的自动控制系统。液压传动技术是一门新的学科技术，它的发展历 史虽然较短，但是发展的速度却非常之快。自从 1795 年制成了第一台压力机起，液压技术进入了工程领域； 1906年开始应用于国防战备武器。 第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服控制系统。从 60 年代起，由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，从民用到国防，由一般的传动到精确度很高的控制系统，这种技术得到更加广泛的发展和应用。 在国防工业中：海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等 。 在民用工业中：有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面，汽车工业、nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 2 轻纺工业、船舶工业。 另外，近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等，均采用了液压技术。 总之，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术。它的发展如此之快，应用如此之广，其原因就是液压技术有着优异的特点，归纳起来 液压 动力传动方式 具有 显著的 优点：其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率 大； 液压传动装置体积小 、 结构紧凑、布局灵活 ，易实现无级调速，调速范围宽，便于与电气控制相配合 实现自动化 ； 易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化 ； 液压易与微机控制等新技术相结合，构成 “ 机 -电 -液 -光 ” 一体化便于实现数字化 1.3.2 PLC 的发展现状 长期以来， PLC 始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案。目前，全世界 PLC生产厂家约 200家，生产 300多种产品。国内 PLC市场仍以国外产品为主，如 Siemens、 A-B、 OMRON、三菱、 GE 的产品。经过多年的发展，国内 PLC 生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说 PLC在我国尚未形成制造产业化。在 PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广泛。 PLC 在工业生产过程控制自动化和传统产业技术改造等方面得到了广泛应用 , 与传统的继电器控制相比 , PLC 具有控制系统构成简单、可靠性高、通用性强、抗干扰能力强、易于编程、体积小、可在线修改、设计与调试周期短、便于安装和维修等突出优点 , 而且一般不需要采取什么特殊措施 , 就能直接在工业环境中使用 , 更加适合工业现场的要求 , 使用 PLC 控 制液压控制系统能提高系统的整体性能 ,具有较明显的优越性。 第 2 章 液压传动 系统的设计 2.1 液压系统工况的分析 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 3 2.1.1 位移循环图 L t 图 2-1 为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标 L 表示活塞位移，横坐标 t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。 图 2-1 位移循环图 图中 ， 0-t1 表示慢速上升， t1-t2 表示保压停留， t2-t3快速下降回程 。 且顶升的高度为 200mm。 2.1.2 速度循环图 v t 液压缸的运动 速度循环图如图 2-2所示，纵坐标 V表示活塞杆的运动速度，横坐标 t表示时间。 图 2-2 速度循环图 因为这个过程中的速度分析较为复杂，所以可以简化为是以 50mm/s 的速度顶升，停留一段时间后，以 80mm/s的速度下降。 2.2 液压缸的设计 2.2.1 液压缸的负载分析 液压缸的负载力计算 ： 工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的负载由六部分组成： nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 4 bmGifC FFFFFFF (2-31) 式中： Fc为切削阻力； Ff为摩擦阻力； Fi为惯性阻力； FG为重力； Fm为密封阻力；Fb为排油阻力。 因为在本方案中活塞杆做上下的直线往返运动，而且 Fc为切削阻力 、 Ff为摩擦阻力 、 Fm为密封阻力 可以忽略不计。 无心外圆磨床的加工材料为合金钢和碳钢，尺寸如图 2.3 图 2-3 工件尺寸图 工件的重量为 KgdDlmgFG 55.198)(4 22 ，顶升 时还有支撑架，所以可设定GF为 3000N。 maFi =500N 2/5.2 sma ，又因为bF相对GF的值较小，可取bF=1000N，所以 F=GF+bF+iF=4500N。 2.2.2 初步确定液压缸的工作压力 根据液压缸的负载 F=4500N，因为在工作时是两个液压缸同时工作，单个液压缸的负载 ,F =2250N。所以，液压缸的工作压力的选择有两种方式：一是根据机械类型选；二是根据切削负载选。如表 2-1、表 2-2所示。 表 2-1 按负载选执行文件的工作压力 负载 /N 5000 500-10000 10000-20000 20000-30000 30000-50000 50000 工作压力/Mpa 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 5 表 2-2 按机械类型选执行文件的工作压力 机械类型 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 工作压力 /MPa a2 3 5 8 8 10 又表 3-1可知，液压缸的工作压力 P为 0.8-1MaP。 2.2.3 液压缸的尺寸计算 选用双作用单活塞液压缸，其供油压力为 P,回油压力为 0.液压缸的输出力F=APm， A 为液压缸的有效面积，m是机械效率，可取 0.9.液压缸的工作压力P 取 0.8MaP。 F=mPD 24=2250N,得到 D=0.06309m=63.09mm。查液压手册GB/T2348-93，将液压缸直径圆整得 D为 63mm，则无杆腔的面积 1S =31.16 2cm 。 可根据活塞杆的伸出和退回的速度比求活塞杆的直径6.121 VV， 查手册可得活塞杆直径 d=40mm。那么有杆腔的有效面积2S=222 60.1844 cmdD 。 2.2.4 液压缸流量的计算 A为液压缸的有效面积 ， 活塞杆运动的最大速度 smmV /80max ， 运动的 最小速度为 smmV /50m in ，液压缸最大流 m in/3 4 8.94 m in21 lVDq ， 最小流量m in/12.9m a x2 lVAq 。因为上升与下降时的流量基本相同，故可使用定量泵。而且定量泵、分流阀等液压元件的最小稳定流量要小于等于 9.248L/min。 2.3 液压 泵的确定与所需功率的计算 要选择合适的液压泵就必须先要确定液压泵的最大工作压力。活塞杆上升时液压缸的压力为am Gm MPDFAF 8 0 2.00.621 ，这是单个液压缸的压力。活塞杆下降时液压缸的压力为am MPAF 60.02 ，粗布估计右路压力损失为 0.8 aMP 。 则液压泵的工作压力为 0.802 2+0.8=2.404aMP，液压泵的最大流量maxQ=KQ=1.1 9.348 2 2=41.08L/min，在回路中泄露按液压泵最大输入流量的1.1倍计算。 活塞杆上升送料时的输入功率 P= kwqP 648.1m ax1 ，送料下降时的输入功率nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 6 为 1.30944kw，因为泵的效率为 7.0p，驱动泵的电动机所需功率P=1.648/0.7=2.354kw。 根据以上计算结果，查阅液压手册可选用叶片泵的型号为 501 YB ,其流量为48L/min，转速为 960r/min，而且其电动机的驱动功率为 7.5kw，再由此可以选用三相异步电动机 Y160M-6作为其驱动电机。 2.4 阀类元件的选择 下图是 液压传动图 。 图 2-4 液压传动图 在图中有一个溢流阀、两个节流阀、一个分流阀和相同的分流集流阀，而且根据选用的液压泵和液压缸，以及它们 在不同工况下的流量和工作压力，可按下表2-3选用液压阀，还要注意 阀的最小稳定流量要小于等于 9.248L/min。 估计通过的流量 l/min 型号 额定压力aMP调节压力aMP溢流阀 10 Y-10B 6.3 2.5 节流阀 19 MG8G1.2 31.5 三位四通阀 18.8 34D-20B 6.3 分流集流阀 18.6 FJL-B10H 6.3 分流阀 48 3FJL-10-50H 6.3 表 2-3 液压阀的选用 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 7 液压回路中所用到的液压元件名称、符号、及其作用说明，见表（ 2-4） 序号 名称 符号 作用 1 三位四通电磁换向阀 通过阀芯与阀体之间的相对运动改变液体的流向，控制液压缸前进和后退 2 分流集流阀 控制和分配油路中的流量 3 双作用单活塞杆缸 将液压能转换成机械能，实现往复直线运动。 4 节流阀 控制油路中流量大小 5 单向定量液压泵 将液压油从油缸引入液压油路中，将机械能转化为液压能 6 溢流阀 保持系统压力定， 在系统压力大于或等于其调定压力时开启，流对系统起过载保护作用 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 8 7 油箱 为系统存储液压油 2.5 滤油器的选型 液压油中往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，使系统工作可靠性大为降低。在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。滤油器的过滤精度是指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小，以直径 d作为公称尺寸表示，按精度可分为粗滤油器（ d 100 )普通滤油器 (d 10 )，精滤油器（ d 5 )，特精滤油器（ d 1 )。 选择滤油器的依据有以下几点： (1)承载能力：按系统管路工作压力确定。 (2)过滤精度：按被保护元件的精度要求确定，选择时可参阅表 3-4。 (3)通流能力：按通过最大流量确定。 (4)阻力压降：应满足过滤材料强度与系数要求。 系统 过滤精度 (m) 元件 过滤精度 (m) 低压系统 100 150 滑阀 1/3最小间隙 70105Pa 系统 50 节流孔 1/7 孔径 (孔径小于 1.8mm) 100105Pa 系统 25 流量控制阀 2.5 30 140105Pa 系统 10 15 安全阀溢流阀 15 25 电液伺服系统 5 高精度伺服系统 2.5 表 2-5 滤油器过滤精度的选择 根据以上条件，选用 WU 型网式吸油过滤器，型号为 WU-40 180，是普通滤油器，通过流量 40/min，用螺纹连接。 2-6 油箱的设计 油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝。开式油箱应用较多。 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 9 2.6.1 油箱设计要点 (1)油箱应有足够的容积以满足散热， 同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的 80%。 (2)吸箱管和回油管的间距应尽量大。 (3)油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。 (4)注油器上应装滤网。 (5)油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。 2.6.2 油箱容量计算 油箱的有效容量 V可近似用液压泵单位时间内排出油液的体积确定。 qKV (2-1) 式中： K为系数，低压系统取 2 4，中、高压系统取 5 7； q 为同一油箱供油的各液压泵流量总和。 根据管路流量估算选取容量为 200L的油箱。 第 3 章 滚轮电机的选择和调速 3.1 滚轮电机的 计算及选型 传送装置的设计选用滚轮传动，选择电机作为动力源，十字轴式万向联轴器连接传动轴。如图 3-1 图 3-1滚轮传动图 传送装置主要由电机，滚轮架机构，传动轴几大部分组成。 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 10 滚轮架机构的设计 ： 滚轮为了给棒料一个给方向的速度，所以轮的放置是带有夹角的倾斜，如图3-2 图 3-2 滚轮安装图 为了实现轮的倾斜，在支座上就做了角度设计 ，如图 3-3 图 3-3 支座角度 在支座上做倾斜角设计的连接孔，轮支撑架不做角度设计，两个零件用螺栓连接后形成带 30夹角倾斜，自然滚轮在进给方向就有了分速度。按照生产要求设定棒料进给速度为 10m/min 30m/min,以此计算出滚轮的转速，以及电机的转速。 根据 30sinVV 进给,计算出 v=20 60m/min。 根据摩擦传动的特性，传动中存在滑动率，查阅资料知道尼龙材料与钢的滑动率为 3%，因此实际上滚轮的转速关系应该是： nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 11 V实际 =v/(1-3%)=20.62 61.86 m/min 这个速度为滚轮实际上的线速度，根据线速度和轮的大小计算得轮的转速：n=实际V/2 r，其中轮的直径是 101mm，计算出转速为： 65.02 195.06r/min。 图 3-4 滚轮和棒料传输图 两滚轮中心距设置为 173mm，使帮在两滚轮间并形成了 30的夹角，根据力学分析，作用在轮上的压力 Fn=G=1700N 摩擦力 f= Fn，其中尼龙材料和钢的摩擦系数经查阅资料，大约为 0.35 计算出摩擦力 : f=0.35 1700=605N 计算出滚轮的转矩为 T=f*r=30.25N/m 根据转速、转矩和尺寸的考虑，最终选择型号为 Y100L2-4的三相异步电机，其基本参数如下： Y100L2-4 额定功率 3KW，额定电流为 6A， 满载转速 1420r/min，堵转转矩 /额定转矩为 2.2，最大转矩 /额定转矩为 2.2。 电机的转矩 T=9550*P/n=9550*3/1420=20.17N/m 最大转矩 Tmax=2.2T=44.37N/m30.25N/m，符合要求。 3.2 变频器的选用 根据滚轮电机的型号选择， 变频器的输出功率和额定电流应大于三相异步电动机的功率和额定电流，而且对于连续恒附在运转时的变频器容量可按公式 ： MCNMMCN KII IUKP 3103 (3-1) 其中 K-电流波形系数；取 1.05-1.10； CNP-变频器额定容量， kVA; nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 12 MI 、 MU -电动机的额定电流、电压； CNI-变频器的额定电流。 根据以上要求，选取三菱变频器 FR-A540-3.7K-CH，当其要调速的三相异步电动机的功率为 3kw时，其额定电流为 9A，额定容量为 6.9kVA。电压为三相，380v-450v， 50Hz-60Hz。符合要求。图 3-4为三菱变频器 FR-A540-3.7K-CH的外观图。 图 3-4三菱变频器外观图 3.3 滚轮电机的调速 3.3.1 三相异步的调速方式 （ 1） 变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 13 （ 2)变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。 (3)串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速 7090的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。 本方法适合于风 机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。 (4)绕线式电动机转子串电阻调速方法 绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。 (5） 定子调压调速方法 当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应 用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在 2： 1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 14 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点： 调压调速线路简单，易实现自动控制； 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。 调压调速一般适用于 100KW以下的生产机械。 （ 6） 电磁调速电动机调速方法 电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。 电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称为主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称为从动部分。当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对 N、 S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速 N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。电磁调速电动机的调速特点： 装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；调速平滑、无级调速；对电网无谐影响；速度失大、效率低 ； 本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。 （ 7） 液力耦合器调速方 法 液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无级调速，其特点为： 功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；结构简单，nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 15 工作可靠，使用及维修方便，且 造价低；尺寸小，能容大；控制调节方便，容易实现自动控制。 本方法适用于风机、水泵的调速 3.3.2 变频器的调速原理 根据以上的调速方法比较，选用变频调速，因为其调速的平滑性好，适用于磨床中工件前进进给的要求。 变频器的工作原理 ： 交流电动机的同步转速表达式： n 60 f(1 s)/p (3-2) 式中 n 异步电动机的转速； f 异步电动机的频率； s 电动机转差率； p 电动机极对数。 由式 (1)可知，转速 n与频率 f成正比，只要改变频率 f即可改 变电动机的转速，当频率 f在 0 50Hz的范围内变化时， 电动机转速 调节范围非常宽。 变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节 的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 下图5-1为电机调速的控制图。 图 3-5 电机调速的控制图 图中 STF为正转启动， SD为公共输入端， Y4为 PLC的输出信号， SB3、 SB4控制电机的启动和停止。按下 PLC的开关就可以启动电动机，而且调节电位器就能实现电机的无nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 16 极调速。但是在此之前必须要在变频器的控制面板上 设定好参数，只有这样电动机才能正常的工作。变频器参数设定：先设 Pr.79=1设定各参数， Pr.1上限频率为 50Hz， Pr.2下线频率为 0Hz， Pr.3基底频率为 50Hz， Pr.13启动频率为 2.29Hz，调节电位器就可以改变电机转速，电位器 RP（ 2w/1kw）的电源有变频器提供，设定 Pr.73=0，选择电压信号DC 0-10v，最后再 Pr.79=2，用 PLC信号控制变频器运行。 第 4章 PLC 的选用 4.1 PLC 的特点 a可靠性高，抗干扰能力强 b丰富的 I/O接口模块 c编程简单 d安装简单，维修方便 e配套齐全，功能完美 f体积小，重量轻，能耗低 g系统设计，调试周期短 4.2 PLC 的选型原则 (1)输入输出 I/O 点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10% 20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 PLC的产品 特点，对输入输出点数进行圆整。 (2)存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设 计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O点数的 10 15倍，加上模拟 I/O点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字），另外再按此数的 25%nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 17 考虑余量。 (4)控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 4.3 机型的选择 选择 PLC时主要考虑以下几个方面：容量的选择、输入输出模块的选择、控制功能的选择、电源模块的选择等。根据这个设计所选电机的功率以及上面几点的综合考虑，初步选择 PLC的型号为三菱 FX-2N48MR。这个 PLC共有 48个输入输出点，而且输出方式是继电器输出。 FX-2N48MR端子分布如下图 各端子的定义如下表： 4.4 控制要求 无心外圆磨床上下料控制，主要是通过 PLC控制液压回路中电磁阀的得电与失电，以及滚轮电动机的开关，进而实现上下料的自动化。在总个控制过程中，nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 18 由液压系 统实现工件上下料，而变频器控制滚轮电机的转速大小，进而实现工件磨削的进给速度，这对于工件表面粗糙度的影响至关重要。 而控制这些动作的装置是各种电器，有按钮开关 SB、行程开关 SQ及电磁铁 YA。 4.5 电气原理图 图 4-1为 主电路图 图 4-1 主电路图 上图为主电路图，用于控制液压泵电机和滚轮电机，因为液压泵电机 M1是正转，没有反转。所以在起控制电路中，电源开关 SB10和急停开关 SB9串联，且急停开关处于常闭状态，电源开关是常开状态，它们之间相互互锁，交流继电器可以得电后使电机启动，和电源开 关并联用于电机开启后可以自锁。滚轮电机受变频器和 PLC的共同控制，在以下会详细介绍。 图 4-2为 PLC电气原理图 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 19 图 4-2 PLC电气原理图 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 20 根据上面几个电器原理图，对于液压回路图以及 PLC电气原理图的分析，可得到具体的控制细节和整个系统的运行原理，如下：接通电源，液压泵电机 M1启动，按下启动按钮，电磁阀 1YA得电，液压缸活塞顶升工件到上限位，挡铁压下行程开关 SQ1，其动合触点闭合，工件停止上升， 定时器定时 1s，电磁阀 2YA得电，料架开始下降，下降到最低位时，挡铁压下行程开关 SQ2，其动合触点闭合，活塞杆停止下降。这时若工作台上的压力传感器检测到了压力，则滚轮电机开始启动，工件向前运动，经过砂轮磨削之后，继续前进，到前进限位，行程开关 SQ5的动合触点闭合，工件停止前进。且电磁阀 3YA得电，收料料架顶升工件上升，到上限位，挡铁压下行程开关 SQ3，其动合触点闭合，工件停止上升，定时器定时 1s，电磁阀 4YA得电，料架开始下降，下降到最低位时，挡铁压下行程开关 SQ2，其动合触点闭合，活塞杆停止下降。这就是起 运行的整个过程。 4.6 I/O 端口分配表 输入 输出 输入设备接口 继电器地址 输出设备接口 输出设备 手动 X1 Y0 电磁阀 1YA线圈KA1 单步 X 2 Y1 电磁阀 2YA线圈KA2 单周期 X3 Y2 电磁阀 3YA线圈KA4 连续 X4 Y3 电磁阀 4YA线圈KA1 启动按钮 SB1 X5 Y4 中间继电器 KA 停止按钮 SB2 X6 Y5 原位指示灯 送料上限开关 SQ1 X7 送料下限开关 SQ2 X10 收料上限开关 SQ3 X11 收料下限开关 SQ4 X12 前进限位开关 SQ5 X13 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 21 滚轮电机启动按钮 SB3 X14 滚轮电机停止按钮 SB4 X15 压力传感器 X16 送料上升开关 SB5 X17 送料下降开关 SB6 X20 收料上升开关 SB7 X21 收料下降开关 SB8 X22 热继电器 FR1 X23 热继电器 FR2 X24 表 4-1 I/O 端口分配表 4.7 电器元件的计算机选型 1、空气开关的选型 （ 1)自动空气开关的额定工作电压 线路的额定电压 (2)自动空气开关的额定工作电流 线路的额定电流 在主电路图中，一般空气开关的电流为电机额定电流的 1.5-2 倍，则根据选型手册整合得 QF2 为 25A,QF3 为 10A,QF1 选 40A。分别选用德力西DZ47L3D25、 DZ47L310 和 DZ47L340 开关。 2、继电器的选型 一般的， 在选择交流继电器和热继电器时，都是根据电机的额定电流来选定的，在主电路图中，泵电机的功率为 7.5KW，额定电流为 17A， KM则选用得力西交流继电器 CJX21810，交流继电器的额定电流为 18A。 一般的热继电器和节流接触器配合使用，则根据泵电机选用的交流继电器则可以选用热继电器 FR1的型号为 JRSD2518，其整定电流为 12-18A,可以对电机起到热保护作用。热继电器 FR2选用施耐德 LR2-D1314C,其整定电流为 7A-10A。 3、 压力传感器的选型 本方案选取的传感器为无源传感器，采用三线制和 PLC连接，其 他参数如表4-2nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 22 表 4-2 传感器参数图 根据以上条件选用， MPM480 压力传感器，其电源电压为 DC24V，输出信号为4-20mA。 其中，所选用的电气元件如表 6.32 名称 数量 型号 规格 按钮开关 8 LAY3-22 220V、 6A 旋钮开关 1 YCX16 220V、 6A 限位开关 5 LXK1-111 380V、 3A 开关电源 1 NED-75B 24V、 2A 交流接触器 1 CJX21810 380v、 18A 压力传感器 1 MPM480 24V、 4-20mA 空气开关 3 QF1 DZ47L340 380V、 40A QF2 DZ47L325 380V、 25A QF3 DZ47L310 380V、 10A 热继电 FR1 1 JRSD2518 整定电流 12A-18A nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 23 热继电器FR2 1 LR2-D1314C 整定电流 7A-10A 中间继电器 5 RXM3AB2B 0.1A 指示灯 1 XB2-BVB5LC 24v、 40w 表 4-3 电气元件 4.8 程序设计与系统流程图 系统流程图如 4-3 是 否 是 否 是 否 初始化 是否原位 送料上升 是否最高点 停留一秒 送料下降 是否最高点 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 24 是 是 是 否 是 否 是否有压 力 电机启动 送料前进 是否前进到位 收料上升 是否最高点 停留一秒 送料下降 是否最低点 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 25 图 4-3 系统流程图 4.9 程序设 及分析 如图 4-4为操作面板 图 4-4 操作面板 下面为程序图，分为三个部分：公用程序、手动程序、自动程序。 公用程序： nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 26 公用程序用于自动程序和手动程序的切换和处理，如图，当处于手动方式，初始步（ M0)以外的各部对应的辅助继电器（ M11-M17）复位。而在跳转指令中，当选择手动时，指针直接跳到 P0,当其为自动时，指针跳到 P1，执行自动程序。 手动程序如下： P0 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 27 切换到手动时， 没按下不同的按钮，就执行相应的动作。 P1 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 28 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 29 自动程序控制单周期、连续、和单步。而这三种工作方式主要是用连续标志 M1和转换允许 M2 来区分。 第 5 章 三菱编程软件和仿真软件 5.1 三菱编程软件 本次使用的编程软件为 GX Developer 7.08，以下为其基本操作方式。 1） 进入编程软件 GX Developer 7.08： 1-1点选“开始”菜单栏，顺序点选“所有程序”“ MELSOFT应用程序”“ GX Developer”，点击打开 ； nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 30 图 1 1-2进入 GX Developer 7.08 软件初始画面 ； 图 2 1-3新建一个 PLC 程序，顺序点选主菜单栏中“工程”“创建新工程”； 图 3 1-4“创建新工程”提示栏内点选“ PLC 系列”，在下拉菜单内选择所用 PLC系列，此文以 FX2N型 PLC为例说明，点选“ FXCPU”亮后，左键单击进行确认 ； nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 31 图 4 1-5“创建新工程”提 示栏内点选“ PLC 类型”，在下拉菜单内选择所用 PLC类型，此文以 FX2N型 PLC为例说明，点选“ FX2N(C)”亮后左键单击进行确认，按“确认”完成创建流程 ； 图 5 1-6进入 GX Developer 7.08 软件使用画面 ； 图 6 2）写入 PLC程序并转换： 2-1 打开 GX Developer 软件后，并建立新工程后，软件运行模式默认为“写入模式”，光标默认停留于第 0 步位置，鼠标移至该位置，点击右键，在出现的下拉菜单内选择“行插入” ； nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 32 图 7 2-2行插入后， END结束步前增加灰色区域，此区域内可输入梯形图语句； 光标位置移动方法 鼠标自由移动，点击鼠标左键确定光标位置 键盘的方向按键“、”，按键一次移动一格 ， 多次执行“行插入”，可多增加梯形图输入灰色区域。“行插入”时灰色区域增加方向，按光标位置向上 ； 图 8 各按键基本包括了梯形图绘制常用的输入触点、输出线圈、连接线等常用绘制指令，按需求点击相应按键 ； 图 9 2-4以“ LD X1”为例说明，鼠标点 击“梯形图标记”工具条第一个按键，显示“梯形图输入”提示框，鼠标移至第二格，点击左键进入文本框，框nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 33 内输入从 X、 Y、 M、 T、 S、 C等软元件的编程值如“ X1”，按“确定” ； 图 10 2-5“ LD X1”程序步生成，光标位置自动向后移动一格图 11 2-6同前操作分步输入 PLC程序， 时间继电器 T0输入时在“梯形图输入”提示框内顺序输入“ T0”键盘空格键“ K20” ，形成梯形图 ； 图 12 2-7顺序点选主菜单栏中“变换”“变换”，将编辑的程序梯形图变换为 PLC可识别的内部语言指令 ； nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 34 图 13 2-8 PLC程序转换完成 ； 图 14 2-9顺序点选主菜单栏中“工具”“程序检查”，进行程序检查 ； nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 35 图 15 2-10“程序检查（ MAIN）”提示框内，检查内容默认为全部选择，检查对象默认为选择“当前的程序作为对象”，点选“执行”，如有出错，则于文本框内会显示出错的软元件名称、出错步数、出错原因说明 ； 图 16 5.2 三菱仿真软件 3） 进入仿真软件 GX Simulator 6C： 3-1顺序点选主菜单栏中“工具”“梯形图逻辑测试 起动” ； 图 17 3-2显示“ LADDER LOGIC TEST TOOL”提示框， 不要有任何操作干扰 nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 36 图 18 3-3软件自动运行，同时显示“ PLC写入”提示框， 不要有任何操作干扰 图 19 3-4 软件启动完成，“ LADDER LOGIC TEST TOOL”提示框内变化如图，“ RUN”变色为黄色，“运行状态”栏选为“ RUN”， 此提示框内不要有任何操作 图 20 3-5软件启动完成，显示窗口画面如图，软件运行模式默认为“监视模式” ； nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 37 图 21 3-6 出现的“监视状态”提示栏显示 PLC 处于“ RUN”状态及程序单循环执行周期时间，该提示栏可关闭 ； 图 22 4） PLC程序仿真运行 /PLC程序软元件测试： 说明：仿真运行环境下，光标位置显示蓝色全色，处于接通状态的输入触点、输出线圈显示蓝色，对时间继电器 T、状态寄存器 C、数据寄存器 D等软元件均显示当前运算数值 4-1顺序点选主菜单栏中“在线”“调试”“软元件测试”； ； nts重庆理工大学毕业设计论文 无心外圆砂带磨床自动上下料控制系统设计 38 图 23 4-2进入“软元件测试”提示框画面 ； “位软元件” 栏内可 输入 XYMCS 等位软元件 ， 点击“强制 ON”接通软元件触点或线圈，点击“强制 OFF”断开软元件触点或线圈， 短促间隔点击“强制 ON/OFF取反”可以近似模拟触发点动开关动作 ；“字软元件” 栏内可输入 T/D等字软元件；在“设置值”框内输入模拟设置值，点击“设置”按键开始时间继电器、数据寄存器相关的仿真运算；“执行结果” 栏内显示各类软元件仿真运行的结果 ； 图 24 4-3 本文以输入触点“ X1”的模拟开关为例说明，鼠标移至“软元件测试”提示框内“位软元件”的“软元件”栏，左键点击进入 ，输入“ X1”，左键点击“强制 ON”，“执行结果”栏内显示“ X1”为“强制 ON” ； 图 25 4-4同时可以仿真多个位软元件，如“ X2”
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