Y32-315型通用液压机单步、单循环加工的PLC控制

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）Y32-315型通用液压机单步、单循环加工的PLC控制班 级 34110201 学 号 2013041102033 学 生 姓 名 周宇飞 指 导 教 师 高恩志 2016年 1 月 9 日沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 材料成型自动化 院（系） 材料科学与工程学院 专业 材料成型及控制工程 班级 34110201 学号2013041102033 姓名 周宇飞课程设计题目Y32-315型通用液压机单步、单循环加工的PLC控制 课程设计时间: 2017年 1月 2日至 2017 年 1 月 13 日课程设计的内容及要求：Y32-3

2、15型通用液压机主缸和顶出缸工作由液压系统控制实现，启动后，泵启动。主缸的动作过程为：空程快速下降、慢速下降及加压、保压、卸压及回程、停止；顶出缸的动作过程为：顶出、退回、停止。液压系统中相应电磁阀通断电决定某一动作的实现。要求利用自保持法编程实现该液压机单步、单循环加工控制。课设完成后，要求编写课程设计说明书，内容主要包括：设备工作原理及工艺过程分析；电磁阀状态表；PLC点数的确定；I/O端口分配表；功能流程图；PLC程序设计程序调试等。指导教师 高恩志 2017 年 1 月 2 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日Y32-315型通用液压机单步、单循环加工的PLC控制摘要：本文阐述了

3、欧姆龙CP1H系列可编程控制器PLC在Y31-315液压机控制系统中的应用，介绍了液压机的PLC控制系统的总体控制方法、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、I/O分配表、电梯的控制梯形图及指令表，并给出了系统组成框图和程序流程图。Y32-315液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调节，操作简单。本设计对液压机进行了PLC改造，以对液压机进行PLC控制，进一步实现对压力加工中单步单循环自动加工过程。关键词：PLC；Y32-315液压机控制；梯形图目录1 绪论- 1 - 1.1 课程设计的目的- 1 - 1.2 液压传动系统的组成- 1 - 1

4、.3 PLC的工作原理- 1 - 1.4 CP1H PLC编程基础- 2 -2 设计过程- 4 - 2.1设备工作原理及工艺过程分析- 4 - 2.2电磁阀状态表- 5 - 2.3 I/O点数分配- 6 - 2.4 I/O端子电气接线图- 6 - 2.5 顺序功能图- 7 - 2.6 梯形图- 8 -3 程序调试- 10 -4 结论- 11 -5 参考文献- 12 -1 绪论1.1 课程设计的目的材料成型自动化是材料成型及控制工程专业的专业课，旨在使学生掌握自动化技术在铸造、锻造、焊接及热处理生产中的具体应用1，使学生了解在金属热成形生产中如何采用自动化技术来提高劳动生产率，能够将所学的材料成

5、型原理中理论知识和自动控制基础知识很好地结合。材料成型自动化课程设计的目的是：（1）具体应用和巩固本课程及相关课程的理论知识、生产知识，了解材料成型装备的结构和工作原理，熟悉材料成型装备的液控（气控）原理，掌握实现生产过程自动化的设计过程和基本步骤。培养学生实现某种装备工作过程自动控制的设计能力，为以后的毕业设计和工作打下基础。（2）通过中等复杂程度的生产过程的自动化过程设计，使学生在综合利用理论知识和实践知识解决去解决问题时，得到一次完整的基本设计方法训练。（3）使学生熟悉各种设计资料（如有关工具书、设计程序软件使用说明等），提高运用技术资料和计算机等诸多方面的能力。1.2 液压传动系统的组

6、成液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动2。其中的液体成为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。1.3 PLC的工作原理可编程控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。PLC是基于电子计算机，且适用于

7、工业现场工作的控制器3。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制,普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1） 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以

8、扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(2) 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系

9、统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(3) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有

10、的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。1.4 CP1H PLC编程基础（1）编程地址：存储器中的I/O存储区 通过指令中的操作数可以访问。划分为以下区域： 输入、输出继电器（映射区） 内部辅助继电器 保持继电器 特殊继电器 计数器 定时器 数据存储器 暂时存储器 （2）地址指定方法: 按照字(通道)或位进行（3）输入继电器016通道，0.00-16

11、.15位) PLC专门用来接收外部输入的开关信号. 只能由外部输入信号驱动.外部输入设备实际接0000和0001通道，位用到0.00-0.11,1.00-1.11. 可以字寻址,位寻址。 输出继电器100116通道,100.00-116.15位) 将内部开关量输出信号传送给外部负载. 由程序指令来驱动.外部设备实际连接到100和101通道,位用到100.00-100.11, 101.00-101.11. 可以字寻址和位寻址。 内部辅助继电器（CIO区12001499通道和38006143通道;W0W511通道,该通道优先使用）相当于中间继电器, 由程序中的指令驱动. 其常开、常闭触点不能用于直

12、接驱动外部负载,必须通过输出继电器. 可以字寻址和位寻址。 保持继电器区H000-H511用于程序中各种数据的存储和操作，通道或位访问。当系统工作方式改变、电源中断或PLC操作停止时，保持区数据不变。 特殊辅助继电器000A959被系统预置了自诊断发现的异常标志、初始设定标志、控制位及运行状态监视数据等。A000-A447为只读区，A448-A959为可读写区。可以字或位寻址。 暂时存储区TR00-TR15存储程序分支点数据。字寻址。同一分支TR号不能重复使用，不同分值间同一TR号可以重复使用。只能位访问 定时器T0000T4095它类似于继电电路用的时间继电器，用于延（定）时控制 .通道访问

13、 计数器C0000C4095它用于记录信号从OFF到ON变化的次数.通道访问数据存储器DMD0000D32767只能以字为单位存取的多用途数据区,不能用于位操作指令.该区用作数据处理和存储时,D通道(字)可以采用BIN模式(即二进制模式)或BCD模式进行间接访问.D-表示该字中内容按二进制数处理,*D-表示该字中内容按BCD码处理。2 设计过程2.1设备工作原理及工艺过程分析如下图2.1所示，选取的液压机为Y32-315通用液压机。要求是空程快速下降、慢速下降及加压、保压、卸压及回程、停止；顶出缸的动作过程为：顶出、退回、停止。液压系统中相应电磁阀通断电决定某一动作的实现。图2.1 Y32-3

14、15通用液压机液压原理图起动：液压泵电机起动时全部换向阀处于断电状态。泵输出的油流回油箱。活动横梁空程快速下降：1YA和5YA通电， 阀10和阀11换至右位，控制油经阀11打开被控单向阀12，主缸下腔油经12，10，4排回油箱，动梁在重力作用下快速下降，此时主缸上腔形成负压，上部油箱的低压油经充液阀14向油缸上腔充油，同时泵输出的油也经阀10及单向阀16进入主缸上腔。活动横梁慢速下降及工作加压：横梁下降碰到2ST，5YA断电，12关闭主缸下腔油经13，11，4回油箱，横梁下降依赖于泵加压，下降速度减慢。改变泵的流量可以调节活动横梁速度。保压：1YA断电，单向阀16及充液阀14锥面对主缸上腔密封

15、保压。卸压回程：2YA通电，10换为左位，压力油经10使充液阀14开启，主缸上腔油排回油箱，油压开始下降。当主缸上腔油压卸至一定值时，阀15复至下位，压力油经阀12进入主缸下腔，推动活塞上行，使活动横梁回升。 顶出缸动作过程： 顶杆顶出：带有自动取件装置的全自动液压机，可在横梁回程碰到1ST后， 3YA通电，顶出缸活塞上行顶出工件；没有自动取件装置的可按取件按钮SB2使顶杆顶出工件。 顶杆退回：对于自动取件的液压机，顶出后保持一定时间以便取件，时间到达设定时间，3YA断电，4YA通电，顶杆退回。对于手动取件的设备，顶出后一直保持顶出状态，直到按下退回按钮SB3才使3YA断电，4YA通电，使顶杆

16、退回。停止：顶杆退回碰到4ST开关后，使4YA断电，顶出缸停止。2.2电磁阀状态表 电磁阀状态如下表42.1所示。表2.1电磁阀状态表动作名称发令元件1YA2YA3YA4YA5YA空程快降SB1+慢降加压2ST+保压3ST卸压回程时间继电器+顶出1ST+顶出保持5ST+退回时间继电器+停止 4ST2.3 I/O点数分配I/O点数分配如下表2.2所示。表2.2 I/O点数分配输入点输出点符号地址注释符号地址注释1ST0.01行程开关1YA100.00动梁慢降2ST0.02行程开关2YA100.01卸压回程3ST0.03行程开关3YA100.02顶出工件4ST0.04行程开关4YA100.03退回

17、5ST0.05行程开关5YA100.04动梁快降SB11.00起动按钮SB21.01单步控制2.4 I/O端子电气接线图SB1SB21ST2ST3ST4ST5STPLCCP1H1.001.010.010.020.030.040.05COM100.00100.01100.02100.03100.04COM I/O端子电气接线图如下图2.2。1YA2YA3YA4YA5YAAC220VDC24V图2.2 I/O端子电气接线图2.5 顺序功能图 由电磁铁动作顺序表作出顺序功能图如下图2.3。A200.11W0W1W2W3W4W5W6W7100.00100.04100.00TIM0000100.0110

18、0.02TIM0001100.02100.030.04*1.01T0001*1.010.05*1.010.01*1.01T0000*1.010.03*1.010.02*1.011.00*0.01 退回顶出保持顶出工件卸压回程保压动梁慢降动梁快降图2.3 顺序功能图2.6 梯形图 使用自保持法将顺序功能图转换为梯形图如下图2.4。图2.4 梯形图3 程序调试将编写好的梯形图程序输入到电脑中的PLC欧姆龙软件中，并将面板上的导线连接好，准备调试程序。初始状态时，液压机主缸位于上限位位置，0.01按钮被压合。按下起动按钮1.00后，100.00和100.04显示灯亮起，表示动梁快降过程，并且自保持。

19、按下按钮0.02，表示到位开关2ST被压合，再按下单步按钮1.01后，100.04灯灭，表示开始动梁慢降过程，并且自保持。按下按钮0.03，表示到位开关3ST被压合，再按下单步按钮1.01后，定时器TIM0000开始计时，开始保压过程。10s后，定时器常开触点闭合，再按下单步按钮1.01后，100.01灯亮起，表示卸压回程过程，并且自保持。按下按钮0.01，表示主缸回到上限位位置，到位开关1ST被压合，再按下单步按钮1.01后，100.02灯亮起，表示开始顶出工件过程，并且自保持。按下按钮0.05，表示顶出缸到上限位位置，到位开关5ST被压合，再按下单步按钮1.01后，100.02灯保持亮起，定时器TIM0001开始计时，顶出保持。5s后，定时器常开触点闭合，再按下单步按钮1.01后，100