基于FX系列PLC的冲床控制系统研究开题报告.doc
基于FX系列PLC的冲床控制系统研究【答辩稿+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】
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毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 基于 列 冲床控制系统研究 指 导 教 师 : 2009 年 3 月 22 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告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，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇 科技论文的信息量，一般一本 参考书最多 相当于三篇科技论文的信息量 （不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94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 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 本文阐述了 可编程控制器（ 的 结构、工作原理 、发展趋势和三菱 特点 。然后阐述了 术在数控上的运用和地位。同时介绍了 冲床的运动规律 ，简述了基于 现代冲床上的运用，最后 论述了 课题研究内容和意义，并确定了该研究 方案和进度 安排。 关键词 数控 冲床 1 引言 可编程控制器 （ 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（ 。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 是为了避免与个人计算机 （ 的混淆，所以将可编程控制器简称 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 1。 2 述 结构 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 1） ，其中 核心， I/O 部件是连接现场设备与 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 有部件都装在同一机壳内；对于模块式功能部件独立封装，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块。可扩展的机架数也不同，一般为 2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 2。 图 1 组成 基本 工作原理 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 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。 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。 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 3 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、 ，发现异常时，应停机并显示出错。 2) 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) 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。 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。 分类 按 I/O 点 数分为小型、中型和大型三类。小型 I/O 点数在 256 以下，其中小于64 点的为超小型或微型 型 I/O 点数在 256 2048 点之间。大型的 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 将电源、 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 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 主要型号有三菱 系列。模块式 将 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 用这种结构 5。 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。 发展趋势 现在 发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展，即现今开始发展的嵌入式 制方面；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。 三菱 特点 三菱 列 收了整体式 优点 ， 其基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相等，相互之间的连接不需要使用基板，仅通过扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整体的长方体。 列 有丰富的软硬件资源、强大的功能和很高的运行速度，可用于要求很高的机电一体化控制系统。而其具有的各种扩展单元和扩展模块可以根 据现场系统功能的需要组成不同的控制系统 6。 3 冲床概述 冲床概念 冲压机构由机床本体、传动系统、动力源、控制系统等组成。 其中传动系统又由伺服电机 ,减速机 ,齿轮传动 ,曲轴传动 ,连杆。伺服电机是 在伺服系统中控制机械元件运转的发动机 ,是一种补助马达间接变速装置 ,其作用是 可使控制速度 ,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象 。 减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大 转矩 的机构 。 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点 。曲轴是 引擎的 主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下 (往复 )运动变成循环(旋转 )运动 ， 是发动机上的一个重要的机件 7 冲床动作及运动规律 冲床的基本组成部分有电动机、飞轮、曲柄、连杆、滑块等，原理是把电动机及飞轮的旋转运动转变为滑块的直线运动。 有的继电器接触器控制方案及动作原理 现在就以 J 明一下原有继电器 接触器式冲床的动作原理，它采用组台式摩擦离合器与制动器。 离合器与制动器之间采用刚性联锁方式，离合器与制动器共用一个气缸。 气缸进排气控制使用电磁空气分配阀电磁空气分配阀 线圈得、失电。则气缸进、排气，实现离合与制动。要实现对冲床的操作规范，就归结为对空气分配阀线圈 该冲床要求实现单次脚踏、单次 双手、 双手连续、单手寸动 4个操作规范。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 角为 0 150度区域内，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度时，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 块运动到上死点时必然停止运动 11。 基于 用 接触器控制式冲床主要是解决了如下几个方面： 1） 将油泵改为周期性间隔运转 由于油泵在改造前是长期运转民，既多耗电，又多耗润滑油，同时还会使油外溢，污染环境。因此，用 定时检测油泵的工作情况。如果油泵发生故障或油路阻塞，系统能及时自动停机，并指示出故障原因。 2） 故障保护 无论系统出现什么故障，即使故障现象已排除，冲床也不会运转，必须等到手动复位后（表示操作者知道故障已经排除）才按要求运行。避免了操作者在不知道出现故障的情况冲床造成安全事故，有效的保护了操作者的安全 。 3） 用 冲床有单次脚踏 、单次双手、双手连续、 单手寸动 4个操作规范，设计中可以用 4） 提高冲床的运行可靠性 出是采用无触点开关型控制，线路简单，又没有高电压、高电流通过。所以故障少，维修方便。由于 能齐全，响应速度快、抗干扰能力强等特点，使本系统可以更可靠的工作 12 具体的功能模型如下图 2所示 ： 图 2 具体功能示意图 4 课题研究内容及进度安排 课题研究内容 本课题主要研究以下 几个方面： （ 1） 根据冲薄壁零件的冲床运动规律和加工动作，确定冲床的控制结构方案，给出软硬件实现方案。 （ 2） 了解和掌握 冲床的电气原理图，根据控制功能，进行系统总体设计方案，确定系统功能模型。 （ 3） 根据冲床运动规律， 编制程序逻辑图。 （ 4） 编制具体的冲床 制梯形图，完成用户程序的编制。 进度安排 3 月 9 日 3 月 23 日 初步熟悉毕业设计内容 ， 完成外文翻译任务，文献综述 ； 3 月 24 日 3 月 31 日 总体 方案 分析 ； 4 月 1 日 4 月 10 日 确定总体方案； 4 月 11 日 4 月 30 日 完成传动系统各组成部分设计与校核 ； 5 月 1 日 5 月 14 日 完成机构模型装配图； 5 月 15 日 5 日 整理文件资料，撰写毕业设计说明，准备答辩； 6 月 6 日 14 日 论文答辩 5 课题研究意义 随着锻压生产自动化程度的提高，控制要求越来越复杂，甚至需要智能控制，冲床的传统继电器 接触器控制方式越来越不能满足工业生产实际的要求。而冲床使用单片机、单板机及微型计算机的控制方式或过于昂贵，编程非常费时系统极为复杂 ,需专业人员才能对其进行操作维护 ,更关键的是其抗锻压车间强烈的振动及电磁干扰的能力差 ,且不太适应锻压车间灰尘、噪声、油、气的 恶劣环境。而可编程控制器 用于冲床的电气控制具有通用性好，可靠性高，环境适应性强，功能强大，接线简单，编程使用方便，并可大大减少冲床日常维护的人数，提高了劳动生产率。为此本课题从冲床的原继电器 接触器控制电路工作原理分析基础上， 用 现了该冲床的控制，并对冲床 6 总结 本文简单介绍了 原理、特点、应用和发展，介绍了 机电控制系统中是如何设计和应用的，并对冲床的动作和运动规律做了简单阐述。然后重点阐述了针对冲床动作特点，如何利用 决冲压控制。由于本人能力有限，只能设计部分功能控制，初步完成冲床的 制，尚有许多不足之处有待在以后的学习过程中改进完善。 参 考 文 献 1 马小军 M 东南大学 出版社， 2007. 44 50. 2 林小峰 M等教育出版社， 1991. 86 100. 3 杨长能， 张兴毅 础及应用 M庆大学出版社， 1991. 24 30 4 张广明 M国防工业出版社， 2007. 56 77 5 龚运新 ，陈淑兰， 解小飞 M北京师范大学 出版社，3 37 6 杨青杰 ， 李国厚 X 系列 用系统设计指南 M 机械工业 出版社，4 15 7 夏燕兰 J2007,05： 41 42 8 赵升吨等 J ): 9 14 9 吴俊海 ， 郑伯学 系统应用设计 J1 82 10 张新华等 J4 46 11 赵升吨等 J9 62 12 徐洪学， 郭秀英 J):75 78 13 彭林， 张小良 J 14 李硕本 M，北京：机械工业出 版社， 2002 15 刘振堂 J2002， 1:7 9 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本课题是基于 列 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） 对 数控技术中的应用要有所了解，及 数控技术应用中的优势。 （ 2） 对冲床的基本运动进行分析， 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。 （ 3） 根据冲床控制要求，利用 制其运行步骤，绘制 系统的电气原理图 。 （ 4） 编制具体的控制梯形图，完成用户程序的编制 ，实现其运动。 拟采用的研究手段： 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） 查阅相关书籍资料，了解关于 作的基本原理。 （ 2） 通过研究 工业中的应用实例，掌握 编程方法和特点，特别是要会熟练运用梯形图编程。 （ 3） 了解冲床的运动规范、功能及其工作过程，列出冲床运动中哪些是需要通过 制，哪些只需要普通开关控制，即 完成数字控制系统中的机床驱动控制、滑块运动轨迹控制
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