毕业设计41二次工作进给的液压动力滑台的PLC控制系统

攀枝花学院课程设计 第 1 页 目录 设计题目 . 2 一 PLC系统分析和选择 . 3 （一） 明确液压动力滑台具体操作方式。 . 3 （二） 输 入 输 出 设计 . 3 二 PLC的机型选择 . 4 （一） PLC 容量估算 . 4 （二） 用户存储容量的估算 . 4 （三） 指令系统 . 4 （四） 机型选择的其他考虑 . 4 （五 ） 是否在线编程 . 5 三 熟悉小型三菱 PLC-FX-2N 机型一般技术指标 . 5 （一） 硬件指标 . 5 （二） 软件指标 . 6 四 I/O模块 . 7 （一） 输入电压 . 7 （二） 输出方式的确定 . 7 五 PLC 接线图及元件选择 . 8 （一） PLC 接线图 . 8 （二） 熔断器的选择 . 8 （三） 电磁铁的选择 . 9 （四） 按钮开关的选择 . 9 （五） 组合开关的选择 . 9 （六） 行程开关的选 择 . 9 六 输入输出口及端口设备的安全保护 . 9 七 PLC控制系统软件设计 . 10 （一） 程序设计前的准备工作 . 10 （二） 设计程序流程图 . 11 （三） 程序结构设计 . 12 （四） 编写程序 . 12 （五） 程序测试 . 12 八 其它外围设备 . 12 （一） 电机的选择 . 12 （二） 主电路的设计 . 13 九 参考文献： . 13 十 附录： . 14 （一） 附录一：主电路图 . 14 （二） 附录二：控制电路图 . 15 （三） 附录三：梯形图 . 16 （四） 附录四：指令程序 . 18 攀枝花学院课程设计 第 2 页 设计题目 设计要求是二次工作进给的液压动力滑台的 PLC 控制系统。要求能手动控制与自动控制。手动控制能实现点动，工进，快进，快退及无条件返回，而自动控制能实现单步，单周期和连续操作。电机工作参数为： 电机 计算功率 供电电压 工作电流 同步转速 动力头电机 M1 11KW 380V 19.9A 1450 液压泵电机 M2 1.1KW 380V 2.67A 1450 冷却泵电机 M3 0.15KW 380V 0.43A 2790 工作状态如下图 YA1 YA2 YA3 快进 + - + 工进 + - - 暂停 + - 快退 - + - 快进 工进 暂停 快退 ST1 ST2 ST3 攀枝花学院课程设计 第 3 页 一 PLC 系统 分析和选择 要求能手动控制与自动控制。手动控制能实现点动，工进，快进，快退及无条件返回，而自动控制能 实现单步，单周期和连续操作。手动控制与自动控制可以通过 转换开关选择， 点动，工进，快进，快退可以通过手动控制面版选择。液压动力滑台的动作过程比较固定，控制过程不复杂，可以通过置位和复位指令和一些基本指令来实现 （一） 明确液压动力滑台具体操作方式。 手动操作 是对滑台的每一种动作进行单独控制。例如 当选择快进时，按下起动 按钮 ， 滑台快进，当选择工进时，按下起动 按钮 ，滑台工进；当选择快退时，按下起动 按钮 滑台后退 单步操作 每按一次起动按钮，滑台完成一步动作后自动停止。 连续操作 滑台从原点开始，按下起动 按钮 ，滑台的动作将自动地，连续地周期性循环。在工作中若按下停止 按钮 ，则滑台动作停止。重新起动时，须用手动操作方式将滑台移回原点，然后按下起动 按钮 ，滑台又重新开始连续操作。 在工作中若按下复位 按钮 ，则滑台将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。 单周期操作 按下起动 按钮 从原点开始，按下起动 按钮 ，滑台完成一个周期的自动循环后停止。在工作中若按一下停止 按钮 ，则滑台动作停止。重新起动时，须用手动操作方式将滑台移回原点，然后按下起动 按钮 ，滑台又重新开始单周期操作。 无条件返回 扳道转换开关到无条件返回处，无论液 压动力滑台是任何运动方式，都以快退形式回到原点 （二 ） 输 入 输 出 设计 按照以上要求输入信号有：起动 按钮 ，停止 按钮 ； 快进， 工进， 点动 ， 快退和停止限位开关；操作方式选择开关（ 4 位）和手动运动选择开关（ 4 位）。图 是操作面板布置图。 攀枝花学院课程设计 第 4 页 二 PLC 的机型选择 （一） PLC 容量估算 1 I/O点数的估算 根据被 控对象的输入信号和输出信号的总点数， 并考虑到今后调整和扩充一般应加上 10 15的备用量。因为液压滑台 PLC的总点数为 22点（ 14 个输入点，8个输出点），选用 PLC 的 I/O点数为 32点 （二） 用 户存储容量的估算 还没有选择哪种 PLC 和编程，不知道程序大小，因此采用经验法则公式，这个公式是将 I/O的总点数乘以一常数（常数通常在 3 8之间选取）， 24*8=192B （三） 指令系统 使用的指令主要应包括逻辑指令、运算指令和功能指令。 不需要其它功能指令 （四） 机型选择的其他考虑 工作环境不是太恶劣，即环境温度在 0 40 度之间；空气的相对湿度小于 85%，电磁干扰小等。一般的 PLC都能满足要求。 攀枝花学院课程设计 第 5 页 （五） 是否在线编程 液压动力滑台的动作过程比较固定，不需要在线生产现场调试、修改程序 因此，不需要在线编程 。 终合上述： II/O点数为 32点 ，用户存储容量小，使用的指令主要是逻辑指令、运算指令和功能指令；液压动力滑台的动作过程比较固定，环境条件较好，控制过程不复杂； 因为液压动力滑台过程控制是开关量控制的应用系统，而且控制速度不高 ,在液压动力滑台过程控制中没有模拟量输入，也没有比较环节等，因此不需要A/D转换功能， PID调节功能，闭环控制功能，通信联网功能； 液压动力滑台过程控制对 PLC 的处理速度要求不高，允许执行一条基本指令的时间不超过 0.5us；不需要采用高速响应模块。因此选用整体式结构的小型三菱 PLC-FX-2N机型 。 三 熟悉小型三菱 PLC-FX-2N 机型一般技术指标 （一） 硬件指标 环境 温度 0 55 环境 湿度 35 89 RH(不接露 ) 抗振 JIS C0911标准 10 55Hz 0.5mm(最大 ZG) 3轴方向各 3次 抗冲击 JIS C0912标准 10G 3轴方向各 3次 抗燥声干扰 用噪声仿真产生电压为 1000Vp，噪声脉冲宽度为，脉冲频率为 30 100的噪声，在此噪声干扰下 PC工作正常 耐压 AC 1500V 1min 各端子与接地端之间 绝缘 电阻 5000 欧 以上 接地 第 3种接地。不能接地时，亦可悬空 使用 环境 禁止腐蚀性气体，严禁尘埃 攀枝花学院课程设计 第 6 页 （二） 软件指标 FX-2N 可编程控制器的各项软件指标 项目 性能指标 注释 操作控制方式 反复扫描程序 有逻辑控制器 LSI执行 I/O刷新方式 批处理方式 (在 END指令执行时成批刷新 ) 有直接 I/O指令及输入滤波器时间常数调整指令 操作处理时间 基本指令 :0.74us/步 功能指令 :几百微妙 /秒 输入继电器 DC输入 24V DC,7Ma,光电隔离 X0 X177(8进制 ) I/O 电数一共 128点 输出继电器 继电器 250AVAC,30V DC,2A(电阻负载 ) Y0 Y177(8进制 ) 双向晶闸管 242 AC,0.3A/点 ,0.8A/4点 晶体管 30V DC,0.5A/点 ,0.8A/4点 辅助继电器 通用型 M0 M499(500点 ) 范围可通过参数设置来改变 锁存型 电池后备 (保持 ) M500 M1023(524点 ) 特殊型 M8000 M8255(256点 ) 攀枝花学院课程设计 第 7 页 四 I/O 模块 （一） 输入 电压 PLC自带的输入口电源一般为直流 24V.输入口每一点的电流定额一 7mA,这个电流是输入口短接时产生的最大电流 (端口本身纯存在阻抗 ).当输入口上接有一定阻抗的负载时 ,其流过的电流就要减少 ,PLC 输入口信号传递所需的最小电流一般为2mA 左右 ,这样就规定了输入口接人的最大阻抗 .为了保障最小有效电流 ,输入口所接器件的总阻抗要小于 2000 欧 .从另一方面说 ,输入口机内电源功率一般只有几瓦 ,当输入口所接的传感器所需功耗较大时 ,需另配专用电源供电 . 工作电压采用直流电压 24V，因为输入信号与 plc 输入模块距离较近， 不超 过六米。 （二） 输出方式 的确定 输出模块的任务是将 PLC 内部低电平的控制信号，转换为外部所需电平的输出信号，以驱动外部负载。输出模块有三种输出方式：继电器输出、双向晶闸管输出、达林顿晶体管输出。这几种输出形式均有各自的特点，用户可根据系统的要求加以确定。 继电器输出价格便宜，使用电压范围广通电压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力 较强，且有隔离 作用。但继电器有触 点；寿命较短，且响应速度较慢 ，适用于动作不频繁的 交直流负载。当驱动感性负载时，最大操作频率 不得超过 IHz。 双向晶闸管输出 （交流）和达林顿晶体管输出（直流都属干无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高的反向电压，必须采取抑制措施。另外这两种形式的输出均不具备明确的输出开关断点，因此对于有此要求的使用场合会受到限制。因此采用继电器输出 。 输出电流的选择：模块的输出电流必须大于负载电流的额定值如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中键放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时右冲击电流，要留有足够的裕量。 允许同时接通的输出点数：在选用输出模块时，不但要看一个输出点的 驱动能力，还要看整个输出模块的满负载能力即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流。 攀枝花学院课程设计 第 8 页 五 PLC 接线图及元件选择 （一） PLC 接线图 （二） 熔断器的选择 为了保护电路（短路保护）需要有熔断器 FU,选择的依据是熔体的额定电流 IR攀枝花学院课程设计 第 9 页 等于 PLC 输出口正常工作时， COM 端电流最大值 I（ I=2A）的（ 1.1 1.3）倍，取I=1.2I=1.2 2=2.4A。 所以选择 RL1-15，熔体额定电流等级为 2.4A。 （三） 电磁铁的选择 选择交流电磁铁 MQ1-1.5N,额定吸力 15N，额定 行程 20mm，额定交流电压 220V。电流约为 0.5A （四） 按钮开关的选择 本系统的按钮开关是短时切换小电流控制电路的开关。 停止按钮用红 的，起动按钮用黄色的；停止按钮 LAY8，额定电压为 24V，额定电流为 1.1A， 起动按钮 LAY8，额定电压为 24V，额定电流为 1.1A，不具有自锁作用。 （五） 组合开关的选择 选择 LW22系万能转换开关，额定电压为 24V，额定电流为 1.4A， 四极 （六） 行程开关的选择 根据加工概况，可以 选择 普通 JW2-11B直动滚轮 行程开关。 六 输入输出口及端口设备的安全保护 PLC 输入口电压定额一般为接有直流 24V。有一些输入口是不接电源的 (如感性元件两端加接保护元件 .对于直流电源 ,应并三菱系列 )输出口的电压定额常接工频低压交流电源和直流电源 . .当输入口端连接电感类设备时 ,为了防止电路关断时刻产生高电压对输入输出口造成破坏 ,应在接续流二极管 ,对于交流电路应并接阻容电路 .阻容电路中电阻可取 51120欧 ,电容可以取 0.10.47uF.电容的额定电压应大于电源的峰值电源 ,续流二极管可以选 1A的管子 ,其额定电压应大于电源电压的 3倍。 为了保护电路（短路保护）需要有熔断器 FU,选 择的依据是熔体的额定电流 IR等于 PLC 输出口正常工作时， COM 端电流最大值 I（ I=2A）的（ 1.1 1.3）倍，取I=1.2I=1.2 2=2.4A。 所以选择 RL1-15，熔体额定电流等级为 2.4A， 经计算电磁铁两端连接的电阻和电容分别为 70欧， 0.30微法 。 攀枝花学院课程设计 第 10 页 下面是端子分配表 七 PLC 控制系统软件设计 （一） 程序设计前的准备工作 了解系统概况，形成整体概念。 因为设计要求是 工作进给的液压动力滑台的 PLC控制系统。要求能 手动控制与自动控制。手动控制能实现点动，工进，快进， 快退及无条件返回，而自动控制能实现单步，单周期和连续操作。电机工作参数为： 动力头电机 M1 计算功率 11KW 供电电压 380V 工作电流 19.9A 同步转速 1450； 液压泵操作方式 对应按钮 起动 X200 SB1 停止 X205 SB2 手动操作 X206 SA1-1 自动 单步 X207 SA1-2 单周期 X210 SA1-3 连续 X211 SA1-4 手动操作 方式选择 快进 X214 SA2-1 工进 X212 SA2-2 暂停 X213 SA2-3 快退 /返回 X215 SA2-4 点动 X200 SB1 行程 开关 工进 X201 ST2 暂停 X202 ST3 快退 X203 原位停 X204 ST1 输出 快进电磁 铁 Y230 YA1 Y231 YA3 快进灯 Y330 HL1 工进电磁 铁 Y230 YA1 工进灯 Y331 HL2 快退 电磁铁 Y232 YA2 快退灯 Y332 HL3 攀枝花学院课程设计 第 11 页 电机 M2 计算功率 1.1KW 电压 380V 工作电流 2.67A 同步转速 1450；冷却 泵电机 M2计算功率 0.15KW供电 电压 380V工作电流 0.43A同步转速 2790。 工作状态如下图 YA1 YA2 YA3 快进 + - + 工进 + - - 暂停 + - 快退 - + - （二） 设计程序流程图 使用的指令主要应包括逻辑指令、运算指令和功能指令 ， 现给出 PLC 程序流程图 攀枝花学院课程设计 第 12 页 （三） 程序结构设计 为了 便于编程先绘出整个控制程序的机构框图， 在该结构框图中，当操作方式选择开关置于“手动”时 X206=1，使 CJP700断开，不跳转而 顺序 执行 CJ 下面 程序。此时，由于 X207， X210， X211=0，不执行 单步，单周期和连续操作程序 。当操作开关至于“单步”，单周期或连续时 X207， X210， X211之一为 1， X206=1使 CJ不断开， 跳转（此时， X206=1，手动程序被跳转），执行自动程序。 在执行自动程序时，如操作选择开关 ” 连续 ” ，使 X211=1，储程序自动反复循环。操作开关置于“单步”时 ， X207=1，程序也可循环，但必须是没按一次按钮执行一步。若操作开关置于“单周期”， X211=1，程序执行完一周期自动在原位停。 由于手动程序和自动程序采用的 跳转指令，因而在这两个程序段中可以采用同样一套输出继电器。 （四） 编写程序 手动操作可按一般继电器控制线路来设计。各运动选择均用启动按钮点动来实现。选择工进时 X212=1，只接通 Y230； 选择快进时 X214=1，应使 Y230 和 Y231 同时接通 .快进和工进都采用快退的转换信号 X215 常闭触点作限位保护，所以在 Y230和 Y231的电路中串入了 X215的常闭触点。同理，快退用 X203作限位保护。进，退的连锁用 Y232和 Y231 的常闭触点相互串联来实现。 梯形图见附录三， 指令程序 见附录四。 （五） 程序测试 经过 电路 双 线圈 检查和电路错误检查，语法错误检查后都正确无误。经系统仿真满足液压动力滑台的各种动作要求。 八 其它外围