U型折板机的PLC设计

1、学生毕业设计（毕业论文）系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化 班 级： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目： U型折板机的PLC控制系统设计 指 导 教 师： 设 计 地 点： 起 迄 日 期： 毕业设计（论文）任务书专业 机电一体化 班级 姓名 一、课题名称： U型折板机的PLC设计 二、主要技术指标：根据性价比及I/O状况，PLC选择OMRON20点的CPM1A控制。设备采用PLC控制系统后，使用元器件和接线更少，可靠性更高，维护更容易，生产效率更高。三、工作内容和要求：通过查找相关资料了解其在实践中的应用，对本设计的课题做深刻的了解，分析被控制对象的工作原理和工艺

2、流程，画出工作图。了解系统应该具备的全部功能和控制范围。选择PLC的机型，编制PLC的梯形图并调试。正确选择电器元件，列出清单。根据输入输出变量的统计的结果对PLC和I/O进行分配和定义。编制完成后进行模拟调试，通过生动的工厂实地调查更深刻的了解PLC的功能。四、主要参考文献：1 王冬青主编.可编程序控制器原理及应用.人民邮电出版社，2002.7 2王兆义主编. 可编程序控制器教程.机械工业出版社 ，1999.10 3袁任光主编. 可编程序控制器应用技术实例.华南理工大学出版社 ，2000.4 4陈立定主编. 电气控制与可编程序控制器. 华南理工大学出版社 ，2001.2 5王兆义主编. 电气

3、控制与可编程序控制器的原理及应用.机械工业出版社，2004.6学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文题目）U型折板机的PLC控制系统设计一、选题的背景和意义：在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。在近代自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车、粮食加工、化学/制

4、药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。而U型折板机具有加工精度高，动作速度快，一次成型等优点，被汽车，机床，建筑行业广泛应用。传统的是由电磁阀控制，但其体积大，线路复杂，难维护。而PLC的通用性很强，编程简单，可靠性高，易维护。可为企业降低一定的生产成本，并提高生产效率。二、课题研究的主要内容： 1.确定输入/输出设备，选择PLC；分析确定系统方案，画出设计合理的PLC控制系统，了解其工艺。2.绘制PLC外部接线图（含主电路、外部控制电路、I/O接线图等）。3.根据设备的控制要求，画出系统的功能图表。4.编制PLC梯形图并调试。5.正确计算选择电器元件，列出电器元件一览表。6.整理技术资料，完成设

5、计任务。三、主要研究（设计）方法论述： 首先通过了解现在U型折板机所用的控制系统，并且进行分析。然后通过查阅相关的书籍，以及进行网上相关的文献的查阅后，对PLC进行了解，在老师的帮助下，以及自己的钻研下，以及查阅相关的书籍和网上数据后，对其进行PLC控制系统的设计。最后通过老师对其进行检验。四、设计（论文）进度安排：时 间工 作 内 容8.1-8.2领取任务书。8.3-8.5确定输入/输出设备，选择PLC；分析确定系统方案，画出设计合理的PLC控制系统；开题。8.6-8.10绘制批PLC外部接线图（含主电路、外部控制电路、I/O接线图等）。8.11-8.15根据设备的控制要求，画出系统的功能图

6、表。8.16-8.20编制PLC梯形图并调试。8.21-8.22正确计算选择电器元件，列出电器元件一览表。8.23-8.25整理技术资料，完成设计任务.8.25-8.30答辩。五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日U型折板机的PLC控制系统设计目 录引言61. PLC的现状与发展61.1 PLC控制及其优点71.2 PLC的构成71.3 PLC的发展历程72. U型折板机的控制系统82.1 U型折板机液压系统控制82.1 电磁阀控制102.2 PLC控制102.3工作原理102.3.1工作原理102.3.2 加工工艺过程112.3.3 控制要求1

7、13. PLC的设计123.1 操作盘的布置及各元件的作用123.2 I/O分配123.3 PLC设备选择123.4控制系统工作流程图123.5 U型折板机PLC控制程序图143.5.1 U型折板机的PLC的复位操作173.5.2 U型折板机单周期方式的加工过程控制183.5.3 U型折板机单步方式的加工过程控制183.5.4 U型折板机误操作时动作的禁止184.结束语19答 谢 辞20参考文献20U型折板机的PLC控制摘要：U型折板机具有加工精度高，动作速度快，一次成型等优点，被汽车，机床，建筑行业广泛应用。传统的控制方式是利用电磁阀改变送入汽缸两端的高压气体方向从而产生不同的运动方向，而这

8、种电磁阀为双线圈，而电磁阀的控制系统又是由继电器-接触器组成的，其体积大，线路比较复杂，维护困难。本次试对其进行PLC控制的设计。首先对PLC进行简单的叙述，然后对其的控制要求进行分析，接着对它的控制系统进行分析设计，并且设计出相关控制程序，对其进行调试。关键词：PLC控制；U型折板机；液压PLC control system for U-type fold triggerAbstract: The U type fold trigger to have to process accuracy high, action speed quickly, model etc. advantage a

9、t a time, drive car, tool machine, building the profession be extensive application.Tradition of control way is make use of electromagnetism valve change send into cylinder both ends of high pressure air direction thus creation dissimilarity of sport direction, but this kind of electromagnetism valv

10、e is double coil, but electromagnetism valve of control system again from after the electric appliances-contact the machine constitute of, its physical volume big, circuit more complications, maintenance difficulty. This time try as to its carry on a PLC control of design. Firstly, the PLC carry on

11、simple of describe, then as to its of control request carry on analysis, immediately after to it of control the system carry on analysis design, and design the control procedure, adjusting it.Keyword: PLC control；U-type fold trigger；Hydraulic pressure引 言U型折板机的加工精度高，动作迅速，能够一次成型。因为其具有以上诸多优点而被广泛应用于汽车，机

12、床，以及建筑行业。它利用电磁阀改变送入汽缸两端的高压气体方向从而产生不同的运动方向。这种电磁阀为双线圈，而电磁阀的控制系统又是由继电器，接触器组成。体积大，线路复杂，不易维护。但是PLC具有通用性强，编程简单，外接线路少，可靠性较高，易于维护。基于上述优点，其正被越来越多的应用于多种设备当中。1.PLC的现状与发展1.1 PLC控制及其优点 在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。高可靠性是电气控制设备的关

13、键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字

14、控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场

15、合。1.2 PLC的构成结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。1.3 PLC的发展历程在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC

16、）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无

17、法取代的。2. U型折板机的控制系统2.1 U型折板机液压系统控制该U型折板机采用双泵系统供油，快进和回程时由低压泵（1）工作，工进时由高压泵工作，通过位移传感器(图2-1中未显示)反馈信号给同步跟踪调速阀6的比例阀7，继而实现双缸同步。如图（2-1）所示，快进时，由于升降压板及模具自重较大，压缸2、3上腔引起真空，在大气作用下，克服弹簧的力量，使充液阀开启，油箱的油大量流入液压缸上腔。工进时，由于液压缸上腔工作压力升高，使充液阀关闭，防止主缸高压油泄漏。回程时，接缸下腔操纵油压p，推动控制活塞，克服先导弹簧的力量，使充液阀打开，液压缸上腔油液通过充液阀迅速排回充液箱。而原系统充液阀的控制油在

18、缸快进时和液压缸上腔相通，回程时又无控制油打开充液阀，液压缸下腔的油只得经过背压阀(背压阀为防止压板和模具自重失控而设)回油箱，低压泵的大流量快速回程功能不能实现，且使油液温升增大，影响比例阀正常工作，两缸同步不稳定。对于所折工件板厚的不同，以及该系统实际同步精度只达到1%，U型折板机的两缸行程终点位置应能由丝杆带动斜楔8经常调节，该系统在升降压板下行到终点时，行程阀被关闭。回程时，液压缸上腔压力油可经充液阀直接回充液箱。图2-1 U型折板机的液压控制图2.1 电磁阀控制由电磁阀改变送入汽缸两端的高压气体方向从而产生不同的运动方向。这种电磁阀为双线圈，而电磁阀的控制系统又是由继电器，接触器组成

19、。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中

20、的导通、切断的目的。热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。但是总体体积大，线路复杂，不易维护。2.2 PLC控制PLC它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形

21、成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。所以其具备通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。因此此处我对其进行PLC控制系统的设计。2.3工作原理2.3.1工作原理U型折板机可以把金属材料折成图(2-2b)的形状，其基本结构如图(2-2a)所示。机器两端的模板形状不同，因此加工出来的U型板料的折角形状就不同。折角的大小由左右的限位开关的位置决定。可以根据不同的生产要求，模板可以随时的更换。被加工的金属板料放在平台上，当模板下移压紧板料后，工作平台上的左右折板在气压机构的推动下把板料加工成U型。限位开关模板右折板左折板气压机构气压机构(a)(b)图2-2 U型折板机结构

22、示意图2.3.2 加工工艺过程U型折板机的控制分为单步和单周期两种方式。单步方式是，按一次操作按钮执行一个工作步。U型折板机工作时，当模板在双线圈电磁阀的控制下上移到位，左、右折板的运动是各用一个两线圈的电磁阀控制的，当其中一个线圈通电时，折板下移，当左右折板返回原位时，将裁好的金属板料放在工作平台上。然后启动设备，模板开始下移，下移到位时压紧板料。接着左右折板上折，上折到位时，压动左右限位开关，停止上折并保压2秒。接着左右折板返回，折板返回原位时自停。接着模板上移，上移到原位时自停。取下U型板，一块板料的加工过程结束。方式选择开关单步单周期电源开关通断操作复位停车启动图2-3 U型折板机控制

23、面板图2.3.3 控制要求U型折板机的控制面板如图2-3所示，它分为单步和单周期两种方式。单步方式是，按一次操作按钮执行一个工作步。单周期方式是，按一次操作按钮执行一个加工全过程.模板上移和下移是用双线圈电磁阀控制的。. 左右折板上折和折回各用一个两线圈的电磁阀控制，当电磁阀的一个线圈通电时，折板上折，另一个线圈通电时，折板下移。U型折板机运行过程中可以停机。完成一个加工过程自动停机时，模板应在上方原位，左右折板应在水平位置。.停机再开机时。如果模板和左右折板都在原位，这可以进行板料加工。如果不在原位，要将它们复位到原位才可以进行加工。可以通过手动复位来实现模板和左右折板都在原位.两个折板必须

24、上折到位才开始保压手动复位时，用复位按钮来控制模板和两个折板的复位，但模板上移和折板的折回动作不能同时启动，以免两者发生摩擦而损坏模板和折板。自动运行和手动操作过程中，若误按操作按钮时不应出现误动作。3. PLC的设计3.1 操作盘的布置及各元件的作用 根据图(1-1C）的控制要求，操作盘所需要的设置有以下几个方面：用于接通或断开PLC的电源开关（不占用输入点）；工作方式选择开关（占一个输入点），分单周期位和单步位；启动和停车开关（占一个输入点）；一个复位按钮，如果停机的时候模板和左右折板不在原位，再开机时需要进行复位操作；一个操作按钮，手动操作以及自动操作时都要使用操作按钮。3.2 I/O分

25、配除了操作盘上的所述的输入元件外，左，右折板的上折限位置各要用一个开关，模板下移的控制需要一个限位开关。模板的上升以及下移动作和折板的上折以及折回所需的电磁阀（都为双线圈）都是输出执行元件。综上所述，该PLC的I/O分配如表（3-1）所示。其中输入12点，输出8点。表3-1 系统输入输出分配表输入输出操作按钮00000模板下移电磁阀线圈开01000方式选择开关00001左折板上折电磁阀线圈开01001复位按钮00002右折板上折电磁阀线圈开01002启动/停车开关00003左折板折回电磁阀线圈开01003左折板上折限位00004右折板折回电磁阀线圈开01004右折板上折限位00005模板上移电

26、磁磁阀线圈开01005模板下移限位开000063.3 PLC设备选择 OMRON的CPM1A系列PLC的功能齐全，性价比很高，对于小规模控制系统是极为经济实用的。其外围设备很丰富。以及根据I/O的状况，PLC选择20点的CPM1A控制。目前其在市场中的售价为2000到3000之间，价格相对比较经济。在市场中很受欢迎，同时OMRON的售后服务在市场中享有很高声誉，因此考虑购买该公司的产品。3.4控制系统工作流程图 系统工作流程图如下图所示，主要有系统启动后，模板开始上移，当模板上移到位后，到位后就继续执行左右折板折回动作。如果左右折板折回未到位的话，就按折回控制开关继续折回动作，到位之后，放入待

27、加工金属板料，然后启动设备，模板开始下移，模板下移到位后（有下移限位开关限制），如果动作没有到位的话，继续进行此动作的操作，一直到动作到位为止，左右折板开始分别依次上折，当上折到位后（有左右上折限位开关进行动作的限制），如果上折没有到位，继续进行此动作的操作，一直到动作到位为止，液压系统开始进行保压。一段时间后（大约2秒），左右折板开始分别依次折回，当左右折板分别依次动作到位后，接着模板开始上移。当模板上移到位后，机器自动停止。系统启动模板上移上移是否到位模板下移下移是否到位左折板折回是否返回原位右折板板返回是否返回原位放入金属材料启动设备压紧板料左折板上折是否上折到位右折板上折上折是否到位保

28、压2秒左折板折回折回是否到位右折板折回折回是否到位模板上移上移是否到位自停是是是是是是是是是图3-2 U型折板机的工作流程图3.5 U型折板机PLC控制程序图000032000020000IL(02)TIM000#0030TIM001#0030TIM003#002021102211030000400005TIM0012000520002KEEPHR0000启动折返延时上移延时保压延时初始位置aHR00000000000006TIM003TIM00021102TIM00100002211042110021103000000000120003000012110000006HR00000000121

29、101SFT(10)21121101000单周期模板下移上折折返模板上移单步模板下移aa211010100100005左折板上折右折板上折左折板返回右折板返回模板上移00004010022110201003TIM000000020000101004TIM004#001021103TIM001TIM0040000101005000020000120005HR0000KEEP2000420004TIM002#0005aaTIM0020100001001010030100520003DIFU(13)20002DIFU(13)2000520003ILC(03)END(01)a图3-3 U型折板机的PL

30、C控制梯形图3.5.1 U型折板机的PLC的复位操作 在开机时如果模板和折板不在原位的话，需要进行复位操作。在进行复位操作的时候，将方式选择开关打在单步位，00001为OFF，此时自动运行被禁止。按住复位按钮00002不放，在复位过程中，移位寄存器211通道被复位。20001被置位，TIM002开始计时，在0.5秒后将HR0000置位，为板料加工做好准备。01003和01004均为ON，此时两个折板开始折回。为了避免模板和折板相互摩擦，必须在折板开始折回1秒后，在让模板启动上移，因此设置TIM004定时1秒。当TIM004定时1秒到时，模板开始上移。当模板以及折板都返回到原位时，（此时可以评操

31、作者的目测来进行判断）松开复位按钮。3.5.2 U型折板机单周期方式的加工过程控制 当模板和折板都返回原位的时候，将裁剪好的板料放到工作平台上。江方式开关打在单周期位。常开触点00001闭合，使SFT的移位脉冲输入端接通，而单步运行方式被禁止。按一下操作按钮00000，第一次执行移位，21100和01000均为ON，此时模板开始下移；20003为ON并且通过20002将HR0000复位，使下次位移时移位输入为0。当模板下移到位压下限位开关00006。第一个操作是使01000为OFF，木板下移停止并且压紧板料，第二个操作是输入一个移位脉冲，使21100为OFF，21101为ON，于是01001和

32、01002均为ON，两个折板开始上折。当两个折板上折到位时，压动限位开关00004和00005，其中一个动作使01001和01002均为OFF，折板上折停止。其中第二个动作是党00004和00005均为ON时，TIM003开始进行计时，进行2秒保压。当TIM003计时到时间时，输入一个移位脉冲，使21101为OFF，21102为ON，则01003和01004均ON，折板开始返回，TIM000进行折板返回计时。 TIM000定时时间到时，输入一个移位脉冲，使21102位OFF，21103额为ON，01003和01004为OFF，折板返回停止；01005为ON使模板开始上移，此时TIM001开始模

33、板上移计时，当TIM001计时时间到时，输入一个移位脉冲，使21103为OFF，21104为ON，将HR0000置位，为下一次加工做好准备。21104为ON使移位寄存器复位。到目前为止，加工一块板料的过程结束了。3.5.3 U型折板机单步方式的加工过程控制 将方式开关打在单步位，常开触点00001断开，此时自动操作方式被禁止，单步方式被允许。按一下操作按钮，00000 ON一次，输入一个移位脉冲，21100和01000均为ON。其中第一个动作为模板开始下移，其中第二个动作为20003ON并且通过20002将HR0000复位，使下一次移位时输入的是0，档模板下移到位压限位开关00006时，模板下

34、移停止并且压紧板板料。当再一次按操作按钮00000，又输入一个移位脉冲，21100为OFF，21101为ON，使01001和01002均为ON，两个折板开始上折。折板上折到位压限位开关00004和00005，则01001和01002均为OFF，使折板上折停止，同时TIM003开始计时进行2秒的保压。2秒后再按一下操作按钮，又输入一个移位脉冲，21101为OFF，21102为ON。于是折板开始折回，TIM000进行折板返回计时，YIM000计时到时间，01003和01004均为OFF，折板返回停止。再按一次按钮时，又输入一个移位脉冲，21102位OFF，21103为ON。于是模板开始上移，TIM

35、001开始模板上移的计时，当TIM001计时到时间时，其中第一个动作为输入一个移位脉冲，使21103为OFF，21104为ON，则01005为OFF，此时模板的上移动作停止，其中的第二个动作为21104为ON使位寄存器复位。其中第三个动作为TIM001为ON将HR0000置位，为下一次加工做好准备。3.5.4 U型折板机误操作时动作的禁止 单步操作时误动作的禁止。当按过一次操作按钮，而且正在执行某步加工的过程中又误按了一下操作按钮时，不会产生误动作，因为在每一步启动时按一次按钮00000后，对应各个步，分别使01000，01003，01003为ON，都能使20003ON，其长闭触点断开。所以在

36、某步运行过程中误按操作按钮00000时，不会再输入移位脉冲，也就避免了误动作。 另外，由手动开关产生的信号一般都会产生抖动，比如；按一次按钮却连续发出几个脉冲信号，在这次设计中。为了避免由这种现象造成的误操作，采取了以下措施，将、常闭触点20003与00000串联。由于00000第一次ON就使20003ON，其常闭触点即断开，这样00000的后几次ON就不会起作用了。 单周期操作时的误操作的禁止。当地一次按过操作按钮00000，设备启动后，01000为ON，20003为ON，并且通过20002将HR0000复位。由于00000与HR0000的常开触点串联后连接在移位寄存器的移位脉冲输入端，在整个加工过程中，由于HR0000的常开触点重视断开的，即使误按操作按钮00000，也不会产生错误的移位脉冲输入，所以由误按操作按钮产生的误动作不会产生的误动作不会出现。 在设备运行过程中，其他运动部件误撞动操作按钮的情