2011胡俊基于PLC技术的拉伸试验机控制系统设计

本科毕业设计说明书 论文 第 1 页 共 34 页 1 1 引言引言 拉伸实验是一种对材质的机械功能用来评定的测试 基本上按照要求对材 料取样并加工成规定外形的试样 然后用拉伸试验机进行连续的单向轴向拉伸 同时对试验试样的应力和应变过程进行测量和处理 以得到表现材料性能的各 种参数 PLC 作为控制器已经成长为如今的主要力量 他作为一个微型处理器 可以与互联网相连接 从而形成一个一体化的生产流程与开发环境 在 1980 年左右 PLC 技术开始出现在汽修等行业中 随着时间的进展 PLC 逐渐发展 强大 现在一般的电气设备上都能看到 PLC 的身影 PLC 技术在未来的社会生 产中一定会成为一股不可缺少的力量 甚至是主导力量 1 1 1 1 拉伸试验机的发展拉伸试验机的发展 随着社会的发展 人类文明的进步 我们对于材料的要求也越来越严格 对于不同设备的制造材料的属性也必须要有详细的了解 为此 我们为了得到 材料的详细属性 就必须通过试验的过程来获得材料的有关属性数值 由此就 出现了拉伸试验机 最早的一台拉伸试验机是由欧洲发明的 运用了加重力量 的方法来给以拉伸力 以此测试出钢铁或其他金属材料的抗拉强度实验 1 现在 对于研究材料属性的任务基本都落在了拉伸试验机的身上 最古老 的拉伸试验机一般有机械本体 还有数据采集和处理 在加一个饲服系统组成 如今的拉伸试验机已发展到最先进的阶段 其发展的过程是 刚开始是通过机 械来控制的 随后发展成液压控制系统 最终发展成如今最先进的微机控制系 统 随着这几年我国工业技术的发展 我国的拉伸试验机也有了突飞猛进的发展 但是与世界发达国家的技术还存在着比较大的差距 就现在我国的拉伸试验机 技术来看还比较落后 其精度要求达不到国际水平 器运行速度就比较慢 其 主要原因是我国的拉伸试验机行业没有创新意识 一味地模仿与抄袭 甚至还 有些企业直接盗用其他企业的成果 由于这些种种原因是我国的拉伸试验机市 场一直比较低迷 此外 企业的管理不到位也是限制企业发展的一个重要因素 本科毕业设计说明书 论文 第 2 页 共 34 页 现在比较先进的拉伸试验机都有着器发展的方向 要么加强其智能化 要么 加强其运算能力 有些国家还把拉伸试验机的研发作为重要作业 为此 我国 也开始加强对于拉伸试验机的研发的投入 以满足未来工业发展的要求 未来 随着技术的发展 我们对于拉伸试验机的研发还必须跟紧世界的脚步 做到与 时同进 才能是我国工业成为领先位置 只几年 由于环境的不断恶化 我国以加强对于绿色产业的投入 以保证 在发展我国工业的前提下不污染我们生存的环境 拉伸试验机的出现正是一次 发展的机会 我们可以通过对材料的属性的认知来的到器对环境的影响 所欲 现在价格已经不是决定一件产品是否热销的唯一因素了 质量的保证 优质的 服务 节能环保的要求才是最重要的因素 如今企业之间的竞争已经不单单是 比拼技术的领先 最重要的是要满足顾客的需要 在此基础上还要尽可能的保 证环保的要求 达到节能减排的目的 岛津企业管理 中国 有限公司开发的 AG Xplus 系列立式电子万能试验机 是目前岛津公司生产的最先进的电子万能试验机 其具备了目前最为顶尖的测 量技术 操作方式更加简便易懂 可以对各种材料进行拉伸试验 例如 金属 非金属 复合材料等 其工作原理就是对材料进行拉伸 通过传感器得到的数 据来确定材料的相关属性 3 1 21 2 PLCPLC 技术的发展前景技术的发展前景 在现在工业生产与发展要求下 对于产业控制的要求日渐加高 PLC 生产 商已开始将最新软硬件成果应用到 PLC 技术中 使 PLC 的功能不断得到完善和 扩充 新一代 PLC 有着不可估量的市场潜力和非常广阔的发展前景 第一 更 强的运算能力 IT 技术的飞速发展使得微型高速存储设备的容量越来越大 应 为 PLC 技术的不断更新不断强化 在数据交换方面的能力和需求也在不断提高 价格更低 可靠性却更高 第二 编程方式越发高级与丰富 当前 梯形图语 言已经成为主流的编程语言 但是新的编程语言还是不断涌现 随着 PLC 技术 的不断加强 PLC 的编程语言也在向多种语言方向发展 第三 网络通信能力 将显著增强 增强 PLC 的联网性能与通信能力是目前 PLC 技术发展与进步的核 心方向 但标准通信网络响应速度还是较慢 很难达到实时控制的要求 因而 本科毕业设计说明书 论文 第 3 页 共 34 页 必须加强 PLC 技术与互联网的链接 第四 品种多样化 目前 PLC 类型以中小 型为主 为迎合市场的要求 PLC 需要向多种方面发展 特别是最先进的和最 廉价的方面 第五 智能模块将更加丰富多彩 其通过与计算机的链接来实现 智能控制 控制系统丰富多样 各种智能模块将层出不穷 1 31 3 PLCPLC 技术的研究与发展技术的研究与发展 从改革开放开始 我国就引进了 PLC 技术研究 1980 年左右时期 我国已 经开始将 PLC 技术运用在个中设备之上 随着国民经济的不断发展进步 我国 的 PLC 运用领域已经越发广泛 涉及领域有很多如同 化工产业 机械制造产 业 冶金钢铁产业 汽车制造产业等 如今 我国已经能熟练的运用一些较为 简单的可编程控制设备 近些年来我国许多工业生产上已经出现了 PLC 技术的 运用 许多工厂也投入了对 PLC 技术研发的资金 随着 PLC 技术的发展 诸如 机床加工 零件加工 还有其他工业生产等都离不开 PLC 技术 5 伴随不断进 步发展的国家经济与信息技术 PLC 技术将会在各个行业发挥其不可或缺的作 用 体现其无法代替的价值 最开始的 PLC 具有诸多缺点 如器软硬件结合不 够圆滑 其体系则是一个比较固定的结构 其存在的问题也有很多 例如 器 通讯网络与 I O 模块不配合 其机架 电源模板也与众不同 而面对相同的梯 形图器所编写的程序也各有不同 因此 PLC 之间的互补兼容是现在各个公司 希望突破的问题 目前 PLC 已经开始实行开放性政策 争取实现 PLC 技术的 统一 许多机械都与 PLC 技术相关联 随着社会的进步与发展 PLC 技术将会 成为今后企业控制的主流 也是代表国家工业发展的象征 1 41 4 总结及改进之处总结及改进之处 基于 PLC 技术的拉伸试验机控制系统设计 这个测试平台能够完成对多种 金属材料进行性能测试 还具备采集分析数据 得出检测报告等功能 另外 测试系统设计过程中充分利用 PLC 技术功能 技术精确可靠且程序具有模块化 层次化的结构 优化了编程的效率和测试效果 本科毕业设计说明书 论文 第 4 页 共 34 页 2 2 总体方案总体方案 2 12 1 总体方案概述总体方案概述 材料拉伸试验机控制系统是以 PLC 为核心的实时测量控制电路构成新的测 量控制系统 取代原有的测量控制系统 新的测量控制系统在 PC 的指令控制下 通过可编程序控制器实现微机控制正 反向无级调速加载 本次设计主要控制拉 伸试验机的启动运转及停止运转 通过编写 PLC 程序满足控制要求来实现步进 电机的转动 从而带动丝杠转动 通过丝杆转动来控制夹具的上下运动 从而 将夹具上的工件进行拉伸试验 设计流程如下 1 通过触摸屏来控制 PLC 点击程序启动按钮并判断工件是否夹紧 如果 夹紧进入下步操作 如果没有则暂停并夹紧工件 2 启动步进电机并调整转速 判断转速是否正常 正常则开始下步操作 不正常则继续调整至正常为止 3 开始拉伸试验 当工件拉断 力传感器 或达到拉伸试验机极限拉伸长 度时 位移传感器 拉伸试验机暂停工作 此时在人机界面记录数据 位移 与力 并调整拉伸试验机参数 4 松开工件 试验结束 本科毕业设计说明书 论文 第 5 页 共 34 页 图 2 1 立式拉伸试验机 如图 2 1 所示本次课题设计拉伸试验机整体结构图 包含了夹具 滚珠丝 杆 螺栓 挡板 机架 底座 步进电机 力传感器 位移传感器 工作原理 是通过步进电机的转动来带动滚珠丝杆的转动然后来带动夹具的上下移动来完 成拉伸试验 最后通过力传感器和位移传感器所记录的数据来进行对比得出试 验数据 2 22 2 所需硬件所需硬件 由于 PLC 技术具有例如抗干扰能力强 安装维护方便 拥有良好的可拓展 性 还具有良好的可靠性等优点 所以一般采用分布控制系列的控制系统 所 以一般选用西门子型 S7 200 可编程序控制器 由于 S7 200 是西门子系列中功 能最强 速度最高的的微型可编程序控制器 具有 128 种功能指令 可以满足 系统的要求 并且还具有非常强大的通讯能力 因而可以实现 PC 机与 PLC 之间 本科毕业设计说明书 论文 第 6 页 共 34 页 的相互联系与沟通 组成一个连续的智能的 PLC 控制系统 图 2 2 硬件组合图 如图 2 2 即是本次毕业设计的立式拉伸试验机的硬件组合图 通过本图可 以形象生动的看出拉伸试验机的硬件组成形式 也可以看出本次毕业设计的拉 伸试验机的各个硬件的组成方式 由此也能比较简单的体现出拉伸试验机的基 本机械系统 本科毕业设计说明书 论文 第 7 页 共 34 页 3 3 硬件选型硬件选型 3 13 1 步进电机的选择步进电机的选择 步进电机作为本次设计的最主要的动力提供在本次设计中起到了至关重要 的作用 在一般的工作情况下 控制电机的转速是有条件的 既是通过脉冲信 号的频率和脉冲数来控制电机的转速 也可以用来控制步进电机的停止位置 在此过程中负载的变化不起任何作用 当步进驱动器接纳到一个脉冲信号摄入 时 驱动步进电机就会接收到他的命令 从而往必然的目的地转动一定量的角 度 称为 步距角 它是以一定的角度一步步旋转运动的 其步进电机的角 位移量主要由控制脉冲个数来决定的 从而完成生产需要的任务 同时为了设 置调速控制 可以通过控制脉冲的频率来实现对于步进电机的转速和加速度的 控制 本科毕业设计说明书 论文 第 8 页 共 34 页 步进电机作为一个特定的感应试电机 它是以利用电子电路作为其工作原 理来工作的 在他的工作过程中 他将直流电转划分为不同时供电的 多相同 步时序控制的电流 步进电机会使用这种电流来工作 这样步进电机才可以有 能量工作 而能完成这项任务的硬件就叫做驱动器 图 3 1 步进电机 步进电机主要分为如下三种形式 1 反应式步进电机 其定子上有绕组 其转子的组成材料为软磁式 其 一般结构比较简单 成本较低 步距角小 但其缺点也同样显著如 动态性能 差 工作效率低 工作过程中发热大 其可靠性也比较低下 2 永磁式步进电机 其转子一般是由永磁式材料制成 其转子和定子的 极数基本相同 其优点是动态性能比反应式的要好 输出力距也比其大 但其 缺点也比较明显如 精度不高 步矩角过大 3 混合式步进电机 其具备了反应式和永磁式共同的优点 其转子是由 永磁式的材料制成 转子和定子上都有多个笑齿轮结合来提高步矩精度 其优 点是输出力矩更大 动态性能更好 步距角最小 其也有一些缺点 例如 其 结构较复杂 制作成本也比较高 由于毕业设计要求我们设计一个小型的拉伸试验机所以我们出于经济等方 面的考虑决定选用反应式步进电机即可 3 23 2 步进电机驱动器的选用步进电机驱动器的选用 本科毕业设计说明书 论文 第 9 页 共 34 页 如图 3 2 步进电机驱动器 它的工作原理是把控制系统产生的脉冲信号转 化为步进电机的角位移量 也可以说 每当控制系统产生一个脉冲信号的时候 驱动器就会根据收到的信号来工作 也就是说步进电机的启动与停止是受脉冲 信号来管理的 所以只有控制步进电机的脉冲信号频率 才可以完成对步进电 机的控制 通过输出的步进脉冲的个数 来确定步进电机的位置 由于步进电 机有很多不同功率的类型 所以在进行设计时应根据自己的需求来选择最为合 适的一个驱动器 图 3 2 一体化步进电机 由于本次毕业设计要求我们设计一个小型拉伸试验机 所以我们出于经济 方便等方面的考虑 我们决定选用电机驱动器一体化的步进电机即可满足我们 的要求 3 33 3 拉力传感器的选用拉力传感器的选用 如图 3 3 所示力传感器是的工作原理是将电信号转化为力信号 拉力传感器主要构造 有其下三点 1 力敏元件是一种由铝合金 合金钢和不锈钢材料组成的元件 2 转 换元件其中用的最多的是电阻应变片 3 电路部分构成较为简单 漆包线组成项圈 pcb 板构成控制板 本科毕业设计说明书 论文 第 10 页 共 34 页 图 3 3 拉力传感器 本次毕业设计选用的是 DJSX 16 拉力传感器 表 3 1 拉力传感器属性表 额定载荷输出灵敏度最大激励电压极限过载 250N1 0 2 0 10 MV V24VDC AC150 F S 3 43 4 位移传感器的选用位移传感器的选用 如图 3 4 所示位移传感器其也可以叫做线性传感器 他可以根据物体的位移量来传送 给机器来体现材料的基本属性 位移就是指物体在其开始的位置到其试验完后的位置之间 的距离 其唯一测量的方式众多 步骤也比较繁杂 经常使用的模式有 1 应变式 2 电感式 2 差动变压器式 3 涡流式 4 霍尔传感器等 这些是用来监测 小位移 还有一些模式用来监测大位移的 例如 常用感应同步器 光电栅 容器栅 磁 滞栅等 17 图 3 4 位移传感器 本次毕业设计所选用的是 RLR 系列位移传感器 表 3 2 位移传感器属性表 机械行程重复精度最大激励电压线性精度 30mm0 013mm24VDC AC0 25 3 53 5 PLCPLC 及其有关模块的选用及其有关模块的选用 本次毕业设计我所选用的是西门子 S7 200 系列的 PLC 作为此次控制软件 其优点如下 西门子 S7 200 系列 PLC 是目前最为先进的 PLC 系列 他适用于许多不同的 行业 还有许多不同场合中的自动化检测 监测及控制 S7 200 系列因为其强 大性能使其无论是在单独操作中 或与网络结合都可以完成指定的控制功能 本科毕业设计说明书 论文 第 11 页 共 34 页 所以 S7 200 系列具有非常高的属性 性价比 S7 200 系列的优点体现在如下一些方面 1 拥有同行列高的可靠性 2 其指令集也比较丰富 3 比 价简单易于掌握 4 操作较为便捷 5 内置集成功能丰富多样 6 实时变化与记录的特点 7 通信能力强大 8 扩展模块更加丰富 S7 200 系列对自动化控制系统能充分发挥其重要的性能 其既可以替代 继电器的简单控制 也可以使用在更加严密的自动化控制中 涉及的方面丰富 多彩 涉及了许多工用和民用领域 其中涵盖了例如 机床 机械加工制造 电力建设设施 民用加工设施 环境资源的保护设备等等 主要体现有 机床 的冲压工作 印刷机的应刷工作 橡胶制造工作 空调的控制 电梯的实时监 测与控制 相关运动控制 图 3 5 西门子 S7 200 编程控制器 3 63 6 PLCPLC 及其及其 CPUCPU 的选用的选用 24V 集成负载电源 是直接与传感器和变送器相连接的 CPU 221 CPU 222 的输出为 180mA CPU 224 CPU 226 的输出分别为 280mA 400mA 一般把 它当做负载电源来使用 CPU 221 226 各有两个不同型号的 CPU 所需要的电源电压和控制电压也都 不一样 其类型分布表如下 表 3 1 CPU 类型分布表 CPU 类型输入点个数输出点个数 CPU 22164 本科毕业设计说明书 论文 第 12 页 共 34 页 CPU 22286 CPU 2241410 CPU 2262416 CPU 226XM2416 由于本次毕业设计的程序输入口有 12 个输出口有 9 个所以只需要选 CPU 224 即可满足设计的要求 CUP 的选择对于我们 PLC 的作用十分重要 他就相当于认得大脑一样 选 择了适当的 CPU 对于试验和程序的编写都有很大的作用 4 4 拉伸试验机控制系统程序编写拉伸试验机控制系统程序编写 4 14 1 以以 PLCPLC 为核心的控制系统的设计为核心的控制系统的设计 由于本次毕业设计的题目是基于 PLC 技术的拉伸试验机控制系统设计 所 以我根据查阅的文献与资料设计一套 PLC 控制流程 主要涉及的部分由判断夹 具是否夹紧 判断转速是否正常 判断电机是否过热 如果以上的条件都符合 要求 则通过力传感器和位移传感器来判断工件是否拉断或达到位移极限 一 次来实现步进电机的运行与停止从而完成实验要求 本次毕业设计的程序部分我还添加了报警功能 即可以在步进电机运转时 对其实施实时保护功能 还能时刻提醒操作人员 通过对这一系列的控制系统 本科毕业设计说明书 论文 第 13 页 共 34 页 的了解我设计出了一下一套 PLC 控制流程图 流程图是对于本次设计最终结果 起到至关重要的影响 在企业生产实践过程中 流程图是用来指导完成这件工 程的关键依据 流程图既可以代表生产实践过程 也可表示如何完成实践管理 过程 例如 一张流程图能够代表一个零件的制造过程 也是进行编程的依据 的方法之一 其过程大多用流量快来表示 用箭头来链接各个流量快 代表它 们在系统内的牵连关系 下一步如何进行 要取决于上一步的结论 一般做法 是用 是 或 否 的判断分支加以确定 流程图是告知和了解封闭系统运动 状况的一种方式 作为一个辅助形式 它能够帮助管理人做出决定 也可以让 员工了解到一些知识 故障可能出在哪些地方 从而整理出可以解决问题的方 案 流程图也可以代表控制要求图 他是表示一个工作的完整形式 流程图可 以看出事件发展的一般形式 对以后时间的变化与发展也有很大的帮助 对所 有的工作都有一定的帮助 可以简便的看出企业生产发展的情况 本次设计流程图如下 本科毕业设计说明书 论文 第 14 页 共 34 页 图 4 1 设计流程图 4 24 2 控制系统主电路设计控制系统主电路设计 本次毕业设计的控制系统主要就是控制步进电机的正反转 所以我对于主 电路的设计就是设计了步进电机的正反转 设计图如下 本科毕业设计说明书 论文 第 15 页 共 34 页 图 4 2 控制电路图 图中 四相步进电机的正反转二相励磁电路 NE555 震荡电路的震荡频率 经可逆计数器 74HC191 再经驱动电路 MP4001 恒压驱动步进电机正反转 正 反转由开关控制可逆计数器 D U 端电位决定 正转开关向左打 反转向右打 4 34 3 PLCPLC 外部接线图外部接线图 本科毕业设计说明书 论文 第 16 页 共 34 页 图 4 3 PLC 硬件接线图 本次毕业设计的 PLC 外部接线图有 10 个输入口和 9 个输出口还有一个扩展 链接部分 输出部分含有自动启动 I0 0 手动模式 I0 1 拉伸初始位置开关 本科毕业设计说明书 论文 第 17 页 共 34 页 I0 2 拉伸远端极限接触开关 I0 3 回原点按钮 I0 4 步进电机过热保护 I0 5 手动打开拉伸 I0 6 板载热开关报警 I0 7 转速异常传感器 I1 0 物 料检测信号 I1 1 拉力传感器 AIW0 位移传感器 AIW2 输出部分含有步进电 机脉冲 A Q0 0 步进电机脉冲 B Q0 1 步进电机脉冲 C Q0 2 步进电机脉冲 D Q0 3 步进电机使能信号 Q0 4 系统运行指示灯 Q0 5 故障报警灯 Q0 6 拉伸过程 指示灯 Q0 7 回原点指示灯 Q1 0 表 4 1 I O 分配表 输入量输出量 自动启动 I0 0 步进电机脉冲 A Q0 0 手动模式 I0 1 步进电机脉冲 B Q0 1 拉伸初始位置开关 I0 2 步进电机脉冲 C Q0 2 拉伸远端极限接触开关 I0 3 步进电机脉冲 D Q0 3 回原点按钮 I0 4 步进电机使能信号 Q0 4 步进电机过热保护 I0 5 系统运行指示灯 Q0 5 手动打开拉伸 I0 6 故障报警灯 Q0 6 板载热开关报警 I0 7 拉伸过程指示灯 Q0 7 转速异常传感器 I1 0 回原点指示灯 Q1 0 物料检测信号 I1 1 拉力传感器 AIW0 位移传感器 AIW2 4 44 4 系统顺序功能图的设计系统顺序功能图的设计 手动情况拉伸 图 4 4 手动拉伸功能图 物料检测自动拉伸启动 图 4 5 物料检测 自动拉伸启动功能图 停止拉伸 AIW0 为拉力传感器 对应数据 0 32000N 25600N 就为其满量 本科毕业设计说明书 论文 第 18 页 共 34 页 层的 80 以上就报警 当位移传感器检测到达设置值 800mm 就停止拉伸 图 4 6 停止拉伸功能图 报警装置 图 4 7 报警功能图 以上即是拉伸试验机工作的主要步骤 我在控制拉伸试验进行时其实就是 在控制步进电机的正转 如果其达到位移极限或拉力传感器显示为 0 时机实验 完成 所以本次毕业设计的主要控制系统即是控制电机的正转运行和反转复位 电机的正转 图 4 8 电机正转功能图 其脉冲如下 图 4 9 脉冲功能图 其中包含 4 个脉冲 本科毕业设计说明书 论文 第 19 页 共 34 页 电机反转即复位 回原点 图 4 10 复位功能图 其脉冲如下 图 4 11 复位脉冲功能图 以上电机正反转即是实现拉伸运动的主要运动 4 54 5 PLCPLC 梯形图程序梯形图程序 图 4 12 PLC 编程环境 初始化停止信号全停 图 4 13 初始化停止信号全停程序图 本科毕业设计说明书 论文 第 20 页 共 34 页 自动拉伸 图 4 14 自动拉伸程序图 手动拉伸 图 4 15 手动拉伸程序图 物料检测 自动拉伸启动 图 4 16 自动拉伸启动程序图 拉伸过程指示 图 4 17 拉伸过程程序图 停止拉伸 AIW0 为拉力传感器 对应数据 0 32000 N 25600N 就为其满量层的 80 以上就报警 当位移传感器检测到达设置值 800 时就停止拉伸 本科毕业设计说明书 论文 第 21 页 共 34 页 图 4 18 停止拉伸程序图 报警设置 图 4 19 报警设置程序图 回原点 反转 图 4 20 回原点 反转程序图 指示灯 本科毕业设计说明书 论文 第 22 页 共 34 页 图 4 21 指示灯程序图 到限制开关停止 图 4 22 到限制开关停止程序图 正转和反转使能电机允许 图 4 23 正转和反转使能电机允许程序图 拉伸控制步进电机正转 图 4 24 电机正转程序图 第一脉冲 图 4 25 第一脉冲程序图 本科毕业设计说明书 论文 第 23 页 共 34 页 续图 第二脉冲 图 4 26 第二脉冲程序图 续图 第三脉冲 图 4 27 第三脉冲程序图 续图 第四脉冲 本科毕业设计说明书 论文 第 24 页 共 34 页 图 4 28 第四脉冲程序图 挤压控制步进电机反转 图 4 29 步进电机反转程序图 反转第一脉冲 图 4 30 反转第一脉冲程序图 反 第二脉冲 本科毕业设计说明书 论文 第 25 页 共 34 页 图 4 31 反转第二脉冲程序图 反 第三脉冲 图 4 32 反转第三脉冲程序图 反 第四脉冲 图 4 33 反转第四脉冲程序图 本科毕业设计说明书 论文 第 26 页 共 34 页 正转拉伸采用四相双四拍步进控制 DC CB CA AD 反转就是 AB BC CD DA 图 4 34 四相四拍程序图 续图 续图 续图 本科毕业设计说明书 论文 第 27 页 共 34 页 以上则是本次 PLC 程序的梯形图 涵盖了本次设计的程序所表达的意思 1 初始化 停止 信号全停 2 自动或者手动 3 手动情况拉伸 4 物料检测 自动拉伸启动 5 拉伸过程指示灯 6 停止拉伸 AIW0 为拉 力传感器对应数据 0 32000 25600 就为其满量层的 80 以上就报警 当位移 传感器检测 到达设置值 VW0 就停止拉伸 7 报警 8 回原点 反转 9 指示灯 10 到限制开关 停止 11 正转和反转 使能电机允许 12 拉 伸 控制步进电机正转 13 19 四个正转脉冲 20 挤压 控制步进电机 反转 21 27 四个反转脉冲 28 正转 拉伸 采用四相双四拍步进控制 DC CB CA AD 反转 就是 AB BC CD DA 29 31 四次电机脉冲 本科毕业设计说明书 论文 第 28 页 共 34 页 5 5 程序仿真程序仿真 5 15 1 PLCPLC 仿真仿真 图 4 3 PLC 回原点仿真图 本图即是拉伸试验机工作时的部分截图 本次毕业设计的 PLC 选择的是西门子 S7 200 系类 所以在选择仿真器是我 选择了 S7 200 仿真器 器仿真步骤如下 1 将 PLC 程序在 PLC 软件中打开 然后导出程序命名为拉伸试验机 AWL 2 打开 PLC 仿真器并配置 CPU 为 224 3 装载程序只选择逻辑块 并找出之前的拉伸试验机 AWL 4 点击程序运行按钮并根据自己的需要调节输入开关 程序运行 本土的仿真是电机反转的回原点仿真 与下面的 1 和 4 接触点可以看出我 启动了自动按钮和回原点按钮 此时可以看出输出点的脉冲已响应 此时仿真 本科毕业设计说明书 论文 第 29 页 共 34 页 成功 5 25 2 MCGSMCGS 仿真仿真 本次设计为了使拉伸试验机工作时的基本形式能得到体现 我加了一个 MCGS 仿真 所谓 MCGS 既是将我们所研究设计的系统进行动态模拟 使我们可 以更加客观的了解拉伸试验机的工作原理 首先我通过 MCGS 的画图系统大概的画出了拉伸试验机的基本形象 其中袋 盖包含了夹具 电机 丝杆 工作台 报警灯等零件 如下图所示 图 5 1 拉伸试验机 MCGS 简图 画完见图之后我根据简图的基本样子编写了一套程序实现拉伸试验机的基 本运作 下图是拉伸开始位置的图 图中拉伸开始初始位置开光灯亮 本科毕业设计说明书 论文 第 30 页 共 34 页 图 5 2 拉伸初始位置仿真图 图 5 3 拉伸远端极限接触仿真图 以下就是本次仿真的设备编辑 既是与 PLC 链接的端子图 其重要就是体 现了本次仿真所涉及的输入与输出端子的关系 也体现了 PLC 是如何与 MCGS 相 互联系工作的 图 5 4 PLC 连接 MCGS 端子图 本科毕业设计说明书 论文 第 31 页 共 34 页 结束语 本课题运用了性能稳定 抗干扰能力强的 PLC 技术编程 通过 PLC 技术的控 制来实现拉伸试验机的工作 同时还体现了步进电机 滚珠丝杆 螺栓等零件 的结合 体现了 PLC 对零件之间的相互作用的重要性 通过 PLC 控制系统的作 用实现了对拉伸试验的要求及数据的采集 通过这次课题设计所取得的结论与 成果包含 一 主要学到的知识与得到的成果 通过这次 PLC 程序的编写让我了解到 PLC 技术的强大 通过 PLC 技术与拉力 传感器和位移传感器的结合可以使我们通过实验迅速得到自己想要的数据 使 实验变得简单过程变得简便 节约了人力与财力 二 不足之处 1 由于时间有限以及个人能力的不足 无法将试验程序编写的所有步骤 一一列出 对于仿真的步骤图与未能一一详细列出 2 本次课题的设计只能体现拉伸过程中的拉力大小及位移大小 没有考虑 在此过程中所存在的摩擦力对实验的影响 三 需要改进的地方