【《某某瓶盖自动冲压机电气系统的设计案例分析》4200字】

PAGE109某某瓶盖自动冲压机电气系统的设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u28676某某瓶盖自动冲压机电气系统的设计案例分析 186481.1瓶盖冲压机送料平台电气设计 1279981.1.1XY运动平台设计 1280051.1.2滚珠丝杆设计 2298651.1.3西门子V90伺服运动系统设计 3311751.1.4基于V90的瓶盖冲压机的送料平台器件选型和参数计算 3181431.1.5电气接线设计 46851.2瓶盖自动冲压机的压头电气设计 5319221.2.1伺服电动缸 55841.2.2基于伺服电缸的冲压头电气设计 6252871.3瓶盖自动冲压机的控制中心电气设计 7186821.1.1PLC选型 7115221.1.2基于S7-1200的瓶盖自动冲压机控制中心电气设计 7296861.4其他部分电气设计 9248671.4.1系统总电源电气设计 9168801.4.2交换机接线电路 101.1瓶盖冲压机送料平台电气设计1.1.1XY运动平台设计XY运动平台控制系统，原理简单，系统结构容易实现。目前广泛应用于机械制造、交通运输、数控机床、单臂机械手等领域。整个运动控制系统目前现状为以下方面：（1）电力电子器件，由半控型到全控型的转变；（2）相位到脉宽的转换；（3）运动控制的核心主要为计算机控制；（4）运动控制系统交流逐渐取代直流部分；（5）运动控制系统设计以及性能分析，多采用计算机。计算机、伺服电机、运动系统控制器及对应软件一同构成了整个传统XY运动平台控制系统。PC机总线扩充槽内置运动控制器。如图1.1所示，两个可以进行直线运动的单元，每个单元分别由工作台面、导轨、滚珠丝杆、轴承座、基座构成。通过运动单元，系统便可实现两个自由度工作运行（X、Y轴方向）。图1.1XY运动平台图1.1.2滚珠丝杆设计当滚珠丝杠开始运动的时候，螺母会自动跟随丝杠旋转的位置和角度去运动，而对于直线运动来说，运动系统中对应的导程来实现其相对的直线运动。螺母座与螺母连接的被动工件，也遵循上述原理完成直线运动。为了能够在各种各样的应用场景来满足需要，标准了滚珠丝杠轴承对器件、规格化的生产。涉猎领域众多，机床使用占比比例权重高。滚珠以循环导管、循环器、端盖方式循环。预压方法包括定位和恒定预压两种。高精度研磨加工的精密滚珠丝杠和高精度冷轧加工成型的冷轧滚珠丝杠为丝杠主要的两种分类。滚珠丝杠轴承经过多年的发展，经验丰富，流程严谨，从热处理到制造，从良品检测到出货发售有一套安全性非常高的流程。外循环和内循环作为两种常见的流通形式。两种流通方式主要区别于螺杆的接触。图1.2滚珠丝杆1.1.3西门子V90伺服运动系统设计西门子变频器V90伺服驱动系统采用优化设计方法。多种型号的伺服驱动器，能够处理复杂多变的工作任务。这种伺服驱动系统中，伺服驱动器有8种尺寸，伺服电机有7种轴高，功率范围包含0.05kW-7.0kW多种等级，能处理多种驱动任务，例如：定位系统，运输系统等。这种驱动控制系统能配合西门子PLCS7-1200系列和PLCS7-1500系列使用，并通过博途软件进行组态，实现控制系统的多种控制任务。本文对西门子变频器V90伺服驱动系统做原理介绍。V90伺服驱动系统特点:（1）集成PROFINET接口，V90伺服驱动控制系统集成有PROFINET接口，方便用户实现和PLC之间的PROFINET通讯。这种方法简单易用，我们可以通过PROFINET电缆实现数据的实时传输；（2）集成的控制模式，驱动控制的整个系统内部增加了用于位置控制的外部脉冲，还有内部位置控制，以及最后的速度控制和转矩控制。方便用户根据实际需求进行控制方式的选择；（3）集成定位功能，通过该功能，调试过程中位置变量和转速变量予以保存并修改；（4）简单的优化功能，该功能与机器共振自动抑制协作，将系统优化；（5）简单的连接方式，V90伺服驱动控制系统与PLC之间的连接简单方便，包含PROFINET接口实现的PROFIdrive通讯方式，通过RS485接口实现通过通讯，以及双通道脉冲序列来确定位置设定值；（6）V90伺服驱动器具有标准SD卡插槽，通过SD卡，我们可以实现驱动器之间的参数设置。综上所述，西门子变频器V90伺服驱动系统简单易用，应用广泛，具有多种优点，我们可以通过多种方式通过PLC与V90之间实现通讯任务。1.1.4基于V90的瓶盖冲压机的送料平台器件选型和参数计算本次设计的冲压机的送料台采用由滚珠丝杆和V90伺服运动系统等组成，工作原理就是使用V90伺服驱动系统驱动丝杆运动，进而实现平台的移动。运动平台在X轴方向和Y轴方向均有一套伺服运动系统，通过PLC对伺服的控制实现平台的XY方向的运动。本次设计采用的滚珠丝杆是高精度滚珠丝杆，丝杠长度为1200mm，直径为φ16，丝杆导程为4mm，丝杆最大移动速度为209mm/s。伺服电机系统选择的是西门子V90PN系列的产品，电机最高转速为3000r/min，功率为0.75KW。伺服电机与滚珠丝杠的链接采用联轴器直连，通过上述参数计算出运动平台的单向最大运动速度为：（1）公式中的Vx为x轴方向的运动速度，Vm为伺服电机的最大速度，代入数据得到平台x轴移动的最大速度为为200mm/s，Y轴同理。1.1.5电气接线设计送料台的运动受PLC控制，通过PLC给出位置和速度指令，既可实现平台运动。根据设备的设计要求，本部分主要设计的伺服系统的电气接线。图1.3伺服系统接线图本次使用的伺服系统是使用的380V的电源，380电源通过空开，在经过交流接触器接至伺服驱动器中。通过控制交流接触器的触点来实现伺服的上电和断电。驱动器需要外接24V的直流电源；本次使用的驱动器是小型驱动器，刹车电阻可以使用内置的刹车电阻；其它接线如上图所示，不过多阐述。EPLN电气图如下图所示。图1.4伺服系统动力电源EPLAN图1.2瓶盖自动冲压机的压头电气设计1.2.1伺服电动缸伺服电缸，将伺服电机和螺杆进行有机结合的模块化器件。伺服电机的旋转圆周运动通过其便可实现直线方向上的运动。该装置有机地将速度、转数、转矩控制转化成为速度、位置、推力控制。伺服电机的高精度直线运动基于此项技术实现。其本体通过传动机构、驱动机构、轴承装置、导向装置、极限位感应装置组成。其特点如下：闭环伺服控制，精度0.01mm；推力控制和压力传感器精度1%；与PLC等控制系统连接简易方便；低噪音、清洁、刚性高、寿命长。伺服电缸防护等级IP66。这样的防护等级可以保证伺服电缸长期稳定运行，更好地发挥了高强度、高速度、高精度定位的优势。维修成本低，由于所处工作环境复杂多变，而伺服缸只需定期润滑脂润滑，无易损件，维修成本大大降低。伺服电动缸配置灵活，并实现模块化。安装全套的安装组件都能灵活配置。前、后、侧法兰、尾铰链、导向模块、耳轴等部件安装在和伺服电机之间的安装更加灵活。除此之外，额外配置增加多种灵活附件。整个系统的驱动方式有多种，优势灵活多变，根据实际需求和使用精度选用合适的驱动方式，其中常用的驱动方式主要为交流制动电机、步进电机、伺服电机。随着伺服电缸的出现，液压缸和油缸逐渐被替代，伺服电缸发挥本身特有的环保优势；除此以外，由于在进行实际的工作安装前，设备与设备之间，设备与控制系统之间需要进行连接，此时伺服电缸与PLC控制系统对接的方便性便尤为重要。如图3-5所示伺服电缸图片。图1.5伺服缸图片1.2.2基于伺服电缸的冲压头电气设计通过设计选型，本次设计的瓶盖自动冲压机的压头使用是的是电缸驱动方式。伺服电缸的行程为200mm，设定负载为2T，额定运行速度为234mm/s，电缸的类型为滚珠丝杆型，导程为20mm，安装方式为法兰安装，齿轮比为10。伺服电缸参数确定以后，还需要对伺服电机进行选型，选择合适的电机，主要确定电机系统的功率。计算公式如下：（2）是电缸输出的负载推力，代入计算得出扭矩为7.5N*M，所以选择1.75KW的伺服电机。为了使用方便，本次选择的伺服电机系统同样是V90系统。系统接线以在上一节阐述。1.3瓶盖自动冲压机的控制中心电气设计1.1.1PLC选型西门子S7-1200是可以编程逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController），对大多数自动化应用都能进行精准的控制。S7-1200具有一个高集成、功能强大、低成本的指令集，在应多不同场合下的控制问题时，提供了完美解决方案。S7-1200和目前的PC环境组成了有机的整体，在提供解决复杂的自动化控制系统问题时的反感时更灵活多变。SIMATICS7-1200是一种结构紧凑的编程逻辑控制器，通过它，完成逻辑控制、人机界面（HMI）和网络通信之间的桥梁连接，在解决问题时，可读性、可用性更强，操作上更方便。同时在解决单机小型自动化系统问题时，网络通讯功能和单屏或多屏人机界面的自动化系统设计也使得上手性要求不高。SIMATICS7-1200的应用兼容性强，解决问题的方式多样，并能提供多种应用功能，在运动控制领域发挥着重要的作用。SIMATICS7-1200中的硬件都有其独特性，使控制面板空间能够更好的利用起来。通信模块和信号模块占用的空间十分微小，大大的节约了模块化紧凑型系统的安装空间，其主要特点就是高效性和灵活性。基于本设备的功能与该PLC的性能、价格、先进性等优点，本次设计采用S7-1200系列PLC。1.1.2基于S7-1200的瓶盖自动冲压机控制中心电气设计本次选用的PLC型号是1414CAC/DC/DC，这款PLC拥有丰富的资源和接口，完全可以满足设备性能的要求。PLC的电气设计主要包含了IO接口的电路设计、通信接口接线、电源系统接线等。输入输出IO接口电路包含了输入电路和输出电路两部。输入是包含了按钮开关、接近开关等控制器件，输出则主要是控制继电器和输出光电信号灯信息。通信接口接线比较简单，本次设计的系统主要使用了Profinet通信，将伺服、PLC、HMI接至同一个交换机上即可。电源系统使用的220V电源，使用三相电中的一相与N线构成一个电源即可。电路图如下：图1.6PLC输入电路图PLC的输入端口大部分接入了按和光电开关，按钮包含了电机的启停按钮、开始测试、急停和报警清除按钮，光电开关是检测工件是否到位。表1.1输入IO分配表编号IO号功能10.0压头电机启停20.1X电机启停30.2Y电机启停40.3开始50.4急停60.5报警清除70.6保留80.7工件到位图1.7PLC输出电路图PLC的输出点主要是实现伺服电机的上电、和相关警示灯的作用。PLC的输出IO控制伺服上电，其具体流程为控制继电器线圈触点动作。本体输出是日用交流源（有效值220V），次与交流接触器线圈相连接，设置完毕，伺服系统主电源接通，实现对伺服系统动力电源的控制。表1.1输出IO分配表编号IO号功能1q0.0压头电机上电（灯）2q0.1X电机上电（灯）3q0.2Y电机上电（灯）4q0.3保留5q0.4急停报警灯6q0.5压装完成指示灯1.4其他部分电气设计1.4.1系统总电源电气设计本文阐述瓶盖自动冲压机的电源采用的是三相五线制的电源，设备电源通过使用单位的电源系统接到设备电控箱内点接线端子上即可。伺服系统的动力电源通过空开和交流接触器接入系统；PLC的供电是220V，通过，一个空开接入PLC系统；同理，交换机的电源如PLC一致。设备还需要一个24V的电源，系统中使用了开关电源实现24V电源的建立。图1.8总电源电路图1.