PLC控制压模系统设计

1、国家职业资格全省统一鉴定维修电工技师（国家职业资格二级）文章题目： PLC控制压模流水线系统设计 姓 名： 颜 焕 身份证号：所在省市： 江苏省常州市 所在单位： 江苏省常州技师学院 摘 要：随着工业自动化的普及与发展,自动化控制已成为主流。以PLC控制的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品等领域的生产流水线, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低人力成本的限制和不足，满足现代经济发展的要求。本课题围绕以PLC控制核心，来设计压模流水线系统，是将铁板进行冲压模成型的工作流程，实现自动化生产。其结构主要包括压模液压缸压模装置、气

2、动机械手、电动机皮带传送和光电传感器等。关键词：PLC控制 自动化 机械手 压模系统 变频器目 录第1章 压模流水线系统简况 1.1压模流水线简况 （ 1 ） 1.2压模流水线系统应用意义 （ 2 ）第2章 硬件部分设计2.1 PLC的简要介绍 （ 3 ） 2.2机械手结构原理 （ 4 ） 2.3液压缸压模装置结构原理 （ 5 ） 2.4电机皮带传动结构 （ 7 ） 2.5传感器原理及选择 （ 9 ） 2.6变频器的选择应用 （ 10 ）第3章 软件部分设计 3.1 I/O分配表与PLC接线图 （ 14 ）3.2 各部分程序功能介绍 （ 18 ）小结 （ 21 ）答谢词 （ 22 ）参考文献

3、（ 22 ）附录 （ 23 ）PLC控制压模流水线系统设计 第一章 压模流水线系统简况1.1压模流水线简介在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。在机械工业中，加工、装配等生产，自动化生产无一不是现在大型生产企业的主流。本课题设计的压模流水线系统就是自动化生产流水线系统的一种。一压模系统的结构1.本压模系统主要结构由机械手、液压压模装置、皮带传送装置和传感器组成。图1-1 压模系统结构图2 压模系统工作过程按下启动按钮，电机M1运行，带动皮带开始运输工件。当工件到工位1的

4、位置，传感器检测到工件，切断电机M1运行，机械手开始下降抓取工件，抓住工件上升然后左移到工位2的位置。这里的传感器检测到有工件，接通液压压模装置，压模装置开始工作，完成一次压模的过程。2机械手开始右移到工位2的位置开始把压模好的工件抓取到工位3，这里了的传感器检测到工件，接通电机M2运行，把完成压模的工件送往下一单元。此时，本压模系统工作完成。1.2压模流水线系统应用意义首先压模流水线系统它是自动化生产，自动化生产流水线目前是全国乃至全世界的主流生产方式，是现代化生产的标志。人类社会的发展趋势必然是机器代替手工的。其次自动化生产流水线优势在于可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低

5、压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而自动化生产可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以自动化代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。从上面两点可以看出压模流水线系统在现代生产中的重要位置。第二章 硬件部分设计2.1 PLC的简要介绍 本压模流水线系统硬件包括PLC、机械手、液压压模装置、皮带传送装置、传感器、变频器构成。一PLC的简要介绍PLC是微型计算机技术与机电控制技术相结合的产物，是一种以微机处理器为核心，用于电气控制的特殊计算机

6、，它采用典型计算机结构，主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）接口、电源、通信接口、扩展接口等单元部件组成，这些单元部件都是通过内部总线进行连接。本压模系统采用PLC进行控制。因为目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。其有几大优点：1.可靠性高，抗干扰能力强2.配套齐全，功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造5.体积小，重量轻，能耗低。 二PLC的选择FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器。其功能简单，价格便宜，适

7、用于小型开关量控制系统，它采用整体式固定的I/O型结构，PLC的CPU、电源、输入/输出安装于一体，结构紧凑，安装简单。选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比

8、。所以本系统采用三菱FX2N-48MR型PLC，其功能完全能满足本系统的设计要求。2.2 机械手结构原理一机械手控制系统的组成 本系统有两个机械手，主要由机械手控制系统共有四部分组成：支撑架、电磁阀、气缸、气动夹具。图2-1机械手结构图（1）气缸是QGB-Q系列的，属于双电控带阀气缸，为自己保持式，电磁换向阀有记忆作用，当切断电信号时，阀位不变，气缸活塞位置保持不变，系统不受突然断电的干扰。气缸的工作压力为0.150.8Mpa。 （2）在机械手控制中，除了要对垂直手臂升降气缸、气抓等普通气缸进行控制外，考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手

9、采用PLC作为核心控制器，上述各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作，系统主要由机械、电气、控制三大部分组成。其机械部分主要是机械手装置，由气缸、支承装载工件的机构组成。电气部分有检测传感器（4个限位开关，1个光电传感器）、电磁控制阀(其中2个双线圈电磁阀和1个单线圈电磁阀)，汽缸(2个滑动缸，1个摆动缸)在升降气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，在PLC的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。 各气缸是由电磁阀控制。电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；电磁阀并不限于液压还是气动；电磁阀用一般者

10、用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。通过控制电磁铁的电流就控制了机械手运动。2.3液压压模装置结构原理 液压压模装置时本系统的工作装置，是整个系统的核心，是整个流程的重要组成部分。一液压压模装置结构组成1.本系统设计的液压压模装置主要由液压缸体、压模模具组成。压模装置液压缸图2-2 液压压模装置结构图2.液压缸结构原理液压缸是液压系统的执行元件，它是将液体的压力能转换成工作机构的机械能，用来实现直线往复运动或摆动运动。液压缸结构简单、配置灵活、设计、制造比较容易，使用维护方便。2)图2-3 液压缸结构图 二液压回路动作原理图2-4 液压回路原理图油泵3从

11、油箱1内吸取油液，并将有压力的油输入管路，经节流阀4进入换向阀6，通过控制换向阀6的位置，可使油缸7（带动执行机构）左右移动。、动力元件（油泵）：向液压系统提供压力油，是系统的动力来源。 、执行元件（油缸或油马达）：在压力油的推动下，完成对外作功，满足使用要求。 、控制元件：控制液压系统中的压力、流量和液流方向，以满足执行元件对力、速度和运动方向的要求。、辅助元件：油箱、油管、滤油器等辅助元件，在液压系统中起贮油散热、连接各液压元件、过滤油中污物等辅助作用。2.4 电机皮带传送 皮带传送主要是把要加工的工件从一端传送到另一端的传动装置，起到一个运输作用。 一电机皮带传送结构组成主动轮 主要由电

12、机、皮带、主动轮和从动轮组成。 皮带从动轮轮 电机带动图2-5 皮带传送1. 皮带：主要用于动力传递承载传送物料2. 滚轮：用于驱动皮带并控制皮带张力。3. 电机：提供动力 图2-6皮带传送实物图（1）.电机的选择电动机，是一种将电能转化成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备。电动机按电源不同可分为直流电动机和交流电动机，其中交流电动机又分为同步和异步交流电动机这两大类。各种电动机中应用最广的是交流异步电动机。它通常用于拖动各种生产机械。它使用方便 、运行可靠 、价格低廉 、结构牢固。根据以上所述本次论文设计中我选用的是交流异步电动机，它使用方面、运行可靠、价格低廉、结

13、构牢固，满足了本系统的设计要求。电机参数：功率130W 电压380V/220V 电流 250A 转速 730转/分图2-7电机皮带传动模拟图 2.5传感器原理及选择 信息采集系统的首要部件是传感器，且置于系统的最前端。在一个现代自动检测系统中，如果没有传感器，就无法监测与控制表征生产过程中各个环节的各种参量，也就无法实现自动控制。在现代技术中，传感器实际上是现代测试技术和自动化技术的基础。本压模系统传感器应用于3个工位的定位检测。微处理器AD信号整流器传感器图2-8 传感器原理框图一传感器选择在本系统中压模的工件是金属物体，我采用接近传感器。接近传感器，是代替限位开关等接触式检测方式，以无需接

14、触检测对象进行检测为目的的传感器的总称。能检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号。在换为电气信号的检测方式中，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利石和引导开关的方式。接近传感器有几个特点：（1）由于能以非接触方式进行检测，所以不会磨损和损伤检测对象物。 （2） 由于采用无接点输出方式，因此寿命延长（磁力式除外）采用半导体输出，对接点的寿命无影响。 （3） 与光检测方式不同，适合在水和油等环境下使用检测时几乎不受检测对象的污渍和油、水等的影响。 （4） 与接触式开关相比，可实现高速响应 （5） 能对应广泛的温度范围 （6）

15、 不受检测物体颜色的影响对检测对象的物理性质变化进行检测，所以几乎不受表面颜色等的影响 （7） 与接触式不同，会受周围温度的影响、周围物体、同类传感器的影响包括感应型、静电容量型在内，传感器之间相互影响。因此，对于传感器的设置，需要考虑相互干扰。此外，在感应型中，需要考虑周围金属的影响，而在静电容量型中则需考虑周围物体的影响图2-9 霍尔式接近传感器本压模系统采用了霍尔式接近传感器，它的高灵敏度，寿命长，安装维护简单等以上几个特点满足了本压模系统的设计要求。2.6变频器的选择应用一变频器选择 在本系统中的皮带传送部分采用了变频调速，当工件从刚开始放到皮带传送带上时开始快速运行，到靠近机械手位置

16、前慢速停止，达到精确停止，方便机械手抓取工件的目的。 我才用了三菱变频器主要用于三相异步交流电机，用于控制和调节电机速度。当电机的工作电流频率低于50Hz的时候，会节省电能，此变频器是国家号召提倡推广的节能产品之一。因此在众多品牌中选择了三菱PLC。其中E500系列适合功能要求简单，对动态性能要求较低的场合使用，且价格较有优势。所以最后在本系统中使用的是型号为FR-E540的变频器。下面是其端子接线图。图2-10 三菱变频器FR-E540端子接线图表2-1 变频参数表参数号名称设定范围最小设定单位出厂设定用户设定0转矩提升030%0.10%6%/4%6%1上限频率0120Hz0.01Hz120

17、Hz120Hz2下限频率0120Hz0.01Hz0Hz0Hz4三速设定（高速）0400Hz0.01Hz50Hz50Hz5三速设定（中速）0400Hz0.01Hz30Hz30Hz6三速设定（低速）0400Hz0.01Hz10Hz10Hz7加速时间03600s/0360s0.1s/0.01s5s/10s5s8减速时间03600s/0360s0.1s/0.01s5s/10s5s9电子过电流保护0500A0.01A额定输出电流1.13A22失速防止动作水平0200%0.10%150%150%80电机容量0.27.5kW，99990.01kW999982电机励磁电流0500A，99990.01A9999

18、1.13A83电机额定电压01000V0.1V200V/400V380V84电机额定频率50120Hz0.01Hz50Hz50Hz90电机常数050，99990.00199992 PLC与变频器接线图图2-11 PLC与变频器接线图第3章 软件部分设计31 I/O分配表与PLC接线图一 I/O分配表 表3-1 I/O分配表输入输出名称作用输入地址名称作用输出地址1号机械手向上向上限位X11号机械手向上向上Y01号机械手左移向左限位X31号机械手左移向左Y21号机械手右移向右限位X41号机械手右移向右Y31号机械手放松放松检测X61号机械手放松放松Y41号机械手夹紧夹紧检测X71号机械手夹紧夹紧

19、Y51号机械手向下向下限位X121号机械手向下向下Y12号机械手向上向上限位X22号机械手向上向上Y62号机械手左移向左限位X32号机械手左移向左Y102号机械手右移向右限位X52号机械手右移向右Y112号机械手放松放松检测X102号机械手放松放松Y122号机械手夹紧夹紧检测X112号机械手夹紧夹紧Y132号机械手向下向下限位X132号机械手向下向下Y7SA启动X0冲头冲头冲压Y14工位1工位1检测X14电机M1电机转Y15工位2工位2检测X15电机M2电机转Y16工位3工位3检测X16预停预备停止X17二. 压模系统动作流程启动电机M1转工件到工位11号机械手抓料1号机械手向左运行工件到工位

20、21号机械手停放开工件机械手1号机械手回到原位到工位1液压冲头冲压冲头缩回2号机械手向右机械手到工位22号机械手停2号机械手抓料2号机械手返回到原位工位32号机械手停放开工件电机M2转电机M2停完成本次流程图3-1 压模系统动作流程图 三. 机械手的控制要求图3-2 机械手的控制流程四PLC接线图 1PLC接线图图3-3 PLC接线图1. 主电路图3-4 主电路图3.2 各部分程序功能介绍一压模系统各流程的编写1.按下启动按钮，电机M1（Y15）开始运转，皮带传送开始运作。2. 当工件到达工位1时X14，传感器检测到工件切断电机M1( Y15)电压，停转，此时1号机械手开始下降(Y1)抓住工件。3. 当1号机械手抓住工件，1号机械手开始上升(Y0)到位，再向左(Y2)到达工位2，然后下降(Y1)到位，1号机械手松开(Y4)工件。1. 工件放到位后，1号机械手回升(Y0)到位后，传感器检测到有工件，开始接通压模装置，压模装置(Y14)开始一