機(jī)械設(shè)計(jì)制造和其自動(dòng)化專業(yè)液壓plc控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)機(jī)電控制實(shí)驗(yàn) 機(jī)床液壓和氣動(dòng)控制回路 PLC 控制實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書重慶理工大學(xué)實(shí)踐教學(xué)及技能培訓(xùn)中心2010 年 12 月學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則1學(xué)生應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃和約定的時(shí)間， 準(zhǔn)時(shí)上實(shí)驗(yàn)課， 不得遲到早 退。2實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、步驟、原理，預(yù)習(xí)有關(guān)的理論知識(shí)，并接受實(shí)驗(yàn)教師的提問(wèn)和檢查。3進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室必須遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度。 不得高聲喧嘩和打鬧， 不準(zhǔn) 抽煙、隨地吐痰和亂丟雜物。4做實(shí)驗(yàn)時(shí)必須嚴(yán)格遵守儀器設(shè)備的操作規(guī)程， 愛(ài)護(hù)儀器設(shè)備， 服從實(shí)驗(yàn)教師和技術(shù)人員指導(dǎo)。未經(jīng)許可不得動(dòng)用和本實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的儀器設(shè)備及其它 物品。5實(shí)驗(yàn)中要細(xì)心觀察，認(rèn)真記錄

2、各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)。不準(zhǔn)敷衍，不準(zhǔn)抄襲別組數(shù)據(jù)，不得擅自離開操作崗位。6實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注意安全，防止人身和設(shè)備事故的發(fā)生。若出現(xiàn)事故，應(yīng)立即切斷電源，及時(shí)向指導(dǎo)教師報(bào)告，并保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，不得自行處理。7實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)主動(dòng)清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)指導(dǎo)教師檢查儀器設(shè)備、工具、 材料和實(shí)驗(yàn)記錄后方可離開。8實(shí)驗(yàn)后要認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括分析結(jié)果、處理數(shù)據(jù)、繪制曲線及圖表。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)交指導(dǎo)教師批改。9在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于不慎造成儀器設(shè)備、器皿、工具損壞者，應(yīng)寫出 損壞情況報(bào)告，并接受檢查，由領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)情況進(jìn)行處理。 10凡違反操作規(guī)程，擅自動(dòng)用和本實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的儀器設(shè)備、私自拆卸儀 器而造成事故和損失的， 肇事者必須寫出書面檢查，

3、 視情節(jié)輕重和認(rèn)識(shí)程度， 按學(xué)院有關(guān)規(guī)定予以賠償。重慶理工大學(xué)說(shuō)明1. 同學(xué)可以登錄學(xué)校的 “實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)”（從學(xué)校首頁(yè)登陸： 或從數(shù)字校園登錄），自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇。希望同學(xué)們能在每個(gè)實(shí) 驗(yàn)項(xiàng)目開放的時(shí)間內(nèi)盡早進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約 （預(yù)約時(shí)間必須比實(shí)驗(yàn)上課時(shí)間提 前 3 天），因?yàn)閷W(xué)生數(shù)量比較多，如果某實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開放的時(shí)間內(nèi)同學(xué)未能 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約， 則錯(cuò)過(guò)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)， 補(bǔ)做就要在該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下 一次開放時(shí)進(jìn)行。2. 如有什么問(wèn)題，同學(xué)可以撥打電話聯(lián)系 62563172 李鑫老師。機(jī)床液壓和氣動(dòng)控制回路 PLC控制實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榱颂岣呔C合運(yùn)用各科知識(shí)的能力，結(jié)合機(jī)電傳動(dòng)控制，液壓傳動(dòng)和氣

4、 壓傳動(dòng)課程所學(xué)的內(nèi)容，通過(guò)對(duì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的分析，結(jié)合現(xiàn) 有的液壓元件，對(duì)原液壓系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的一個(gè)典型運(yùn)動(dòng) 軌跡的運(yùn)動(dòng)方案。本實(shí)驗(yàn)是在完成了油缸液壓回路設(shè)計(jì)和組裝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 通過(guò)對(duì)該液壓回路的PLC控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)、接線、編程、調(diào)試,使之最終能 夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，除了進(jìn)一步熟悉常用液壓元件的性能和使用方法，油缸的 速度控制、定位控制的基本方式外，重點(diǎn)要求掌握可編程控制器的電氣連接 方法和梯形圖編程技巧。把電氣控制和液壓傳動(dòng)知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。進(jìn)行一 次小型工程設(shè)計(jì)、制作訓(xùn)練。鍛煉大家的動(dòng)手能力以及分析和排除故障的能 力。二 實(shí)驗(yàn)背景簡(jiǎn)介組合機(jī)床是

5、由通用部件和某些專用部件所組成的高效率和自動(dòng)化程度較 高的專用機(jī)床。它能完成鉆、鏜、銑、刮端面、倒角、攻螺紋等加工和工件 的轉(zhuǎn)位、定位、夾緊、輸送等動(dòng)作。動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床的一種通用部件。在滑臺(tái)上可以配置各種工藝用途 的切削頭，例如：安裝動(dòng)力箱和主軸箱、鉆削頭、銑削頭、鏜削頭、鏜孔、 車端面等。在組合機(jī)床液壓動(dòng)力滑臺(tái)上可以實(shí)現(xiàn)多種不同的工作循環(huán)，其中 一種比較典型的工作循環(huán)是：快進(jìn) - 工進(jìn)- 死擋鐵停留 -快退 - 停止 完成這一動(dòng)作循環(huán)的動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)采用齒輪泵（或葉片泵）供油，由電 磁換向閥實(shí)現(xiàn)換向，由溢流閥實(shí)現(xiàn)速度控制，用二位二通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)快 進(jìn)和工進(jìn)之間的速度換接；使用電渦流傳

6、感器進(jìn)行活塞移動(dòng)位置的檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)要求1熟悉液壓元件，電氣元件和可編程控制器的性能、結(jié)構(gòu)原理。2能根據(jù)提供的元件和可編程控制器設(shè)計(jì)一個(gè)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作循環(huán)， 可 參照油缸 “快進(jìn)- 工進(jìn)- 停留- 快退- 原位停止”的速度控制 和往復(fù)位移控制方案，也可自行選題。3掌握臺(tái)達(dá)可編程控制器的梯形圖編程軟 WPLSoft 2.12 的編程方法， 并利用該軟件在線調(diào)試程序。4完成一個(gè)從方案設(shè)計(jì)、油路設(shè)計(jì)、電氣控制回路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)到油 路、電氣控制回路的組裝、連接以及系統(tǒng)調(diào)試、優(yōu)化等涵蓋工程設(shè)計(jì) 實(shí)施全過(guò)程的訓(xùn)練。四 實(shí)驗(yàn)原理：留610r53、21鐵 停死 擋-"11 12圖2、液壓系統(tǒng)原理圖 電

7、氣控制回路原理圖見圖3。本實(shí)驗(yàn)可參考以下液壓系統(tǒng)原理、電氣控制回路原理:快進(jìn)圖1、液壓系統(tǒng)的動(dòng)作循環(huán)2YA1YA快退工進(jìn)3YA1TT 4手動(dòng)回位 循環(huán)啟動(dòng) 急停單觸啟動(dòng) 泵站啟動(dòng)SB1 SB2 SB3 SB4 SB5X0X1 X2 X3 X4 X5X6 X7 24G>0003 c A1 QF 2QF1臺(tái)達(dá)PLC+24VFUKM開關(guān)電源FRCO YODVP-14ECS/SC1 Y1 C2 Y2 C3 Y3Y4 Y56GND+24VFRKM1YA1YA1YA圖3節(jié)流閥串聯(lián)速度換接回路 PLC控制原理圖五. 實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備1. 機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)一臺(tái)2. 液壓泵站（含油箱、液壓泵、電動(dòng)機(jī)、三位四

8、通閥、溢流閥、液壓表）一套3. 五通接頭若干4. 油管（含快換接頭）若干5. 油缸、三位四通換向閥，溢流閥各一個(gè)6. 兩位兩通換向閥，節(jié)流閥各一個(gè)7. 電源板（含空氣開關(guān)、保險(xiǎn)、計(jì)時(shí)器 ZN48-FX AC360V AC220VI源）一個(gè)8. PLC主機(jī)板（含DC24VI源、臺(tái)達(dá)PLC主機(jī)單元DVP-14EC 個(gè)9. 可編程控制器輸入板（含按鈕開關(guān)、熱繼電器、交流接觸器）一個(gè)10. 計(jì)算機(jī)（附帶RS232數(shù)據(jù)線一根）一臺(tái)11. 渦流傳感器（即行程限位開關(guān)）三個(gè)12. 導(dǎo)線（強(qiáng)電、弱電）若干13. 直尺一根六. 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容（一）實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)：1、PLC概述PLC即可編程控制器（Program

9、mable Logic Controller）,它實(shí)際上是一種工業(yè)控制微機(jī)，其組成如圖：|'石 1It0TA*1 CPU牡0£廠存A0圖業(yè)FLC的系統(tǒng)構(gòu)戰(zhàn)般的CPL單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：團(tuán)乩PLC中CPU單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)PLC的工作很像一個(gè)繼電器系統(tǒng)，其工作等效繼電器系統(tǒng)見下圖:閣® FLC的等效繼電器系統(tǒng)PLC的工作方式為周期掃描各端口，再逐條執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)周期自動(dòng)控制。其每個(gè) 周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出采樣三個(gè)階段。下圖為PLC周期工作方式。第一步為輸入采樣階段， 控制器首先以掃描的方式順序讀入所有的輸入端的信號(hào)狀 態(tài)（1或0）,并逐一存入輸入狀態(tài)寄存器，其位數(shù)和輸

10、入端子的數(shù)目相對(duì)應(yīng)，而且即使 程序執(zhí)行期間，輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生變化。輸入采樣結(jié)束后轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。PLC的用戶程序決定了其輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的具體關(guān)系。組成程序的每條指令都有順序號(hào)，在PLC中稱為步序號(hào)，指令按步序號(hào)依次存入存儲(chǔ)單元。程序執(zhí)行期間，在無(wú)跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，地址記數(shù)器順序?qū)ぶ?，依次?向每個(gè)存儲(chǔ)單元，控制器順序執(zhí)行這些指令。最后為輸出刷新階段。在所有的指令執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)在輸出 刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，驅(qū)動(dòng)輸出線圈，形成PLC實(shí)際輸出。PLC工作過(guò)程示意圖如下：臺(tái)達(dá)DVP-ES/EX/SS系列可編程序控制器。ES/EX/SS/系列提

11、供1460點(diǎn)數(shù)的主機(jī)及832點(diǎn)擴(kuò)展，含主機(jī)最大輸入/輸出擴(kuò)展分別可達(dá)128點(diǎn)。另依主機(jī)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、 電源、數(shù)字輸入/輸出擴(kuò)展及模擬量/數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D，D/A轉(zhuǎn)換)等各類型擴(kuò)展模塊， 滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合。SS系列主機(jī)另備特殊模組(AD/DA/PT/TC/XA/RT)擴(kuò)展功能，最多可 擴(kuò)展8臺(tái)特殊模組。SS系列硬體規(guī)格之說(shuō)明請(qǐng)參考SS系列主機(jī)隨機(jī)使用手冊(cè)。我們本實(shí)驗(yàn)中用到的 PLC CPU主機(jī)模塊的型號(hào)為：DVP-14EC它是由14個(gè)I/O 點(diǎn)組成的獨(dú) 立CPU單元，8輸入/6個(gè)繼電器輸出，內(nèi)置24VDC俞出。其性能指標(biāo)可參看相關(guān)的資料。綜合考慮實(shí)驗(yàn)的需求我們可用DVP-14EC主機(jī)來(lái)輸入各開

12、關(guān)量，控制各電磁鐵和繼電器的線圈。2、渦流傳感器：我們知道，金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這種電流的 流線在金屬體內(nèi)自行閉合，通常稱為電渦流(Eddy current )。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量，從而使激勵(lì)線圈的阻抗發(fā)生變化。電渦流式傳感器就是基于這種渦 流效應(yīng)的。電渦流式傳感器不但具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、體積 較小等優(yōu)點(diǎn)，而且又具有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。電渦流傳感器可用來(lái)測(cè)量振動(dòng)、位移、厚 度、轉(zhuǎn)速、表面溫度、硬度等參數(shù)，還可以進(jìn)行無(wú)損探傷。電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，其核心是一個(gè)固定在框架上的扁平的圓線圈。線圈 用很多股漆包線或銀線

13、繞制而成，一般放在傳感器的端部。本系統(tǒng)使用渦流傳感器完成油缸定位檢測(cè)控制，如圖2液壓系統(tǒng)原理圖所示。將傳感器固定在和油缸活塞桿同一平面的若干不同位置上，隨著油缸的移動(dòng)，當(dāng)油缸活塞桿 接近不同的渦流傳感器時(shí)，傳感器就分別輸出的控制信號(hào)，這些控制信號(hào)經(jīng)導(dǎo)線輸出到 PLC的輸入端，完成油缸位置控制。本試驗(yàn)中用到的渦流傳感器的接法如下：DC24V+控制信號(hào)輸出DC24V-（二）檢查、熟悉實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備：熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的所有實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備的性能、用法。（1）電源板：實(shí)驗(yàn)中使用的電源板是多功能輸出電源板，它包含空氣開關(guān)、保險(xiǎn)、計(jì)時(shí)器（ZN48-FX）、AC380V AC220V DC5V DC12V DC2

14、4V 電源輸出、電壓顯 示，電流顯示等多種功能。其中計(jì)時(shí)器（ZN48-FX）的AC220輸入已經(jīng)連好，不需再連。 由于實(shí)驗(yàn)有強(qiáng)電連接，為了保證人身安全和實(shí)驗(yàn)器材的完好，請(qǐng)?jiān)趯?shí) 驗(yàn)之前詳細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，未經(jīng)指導(dǎo)老師檢查、允許之前切不可擅自通電！ 違者承擔(dān)一切后果?。?） 可編程控制器輸入板：本實(shí)驗(yàn)使用的是專門針對(duì)PLC的開關(guān)控制量設(shè)計(jì)的帶有16 個(gè)按鈕開關(guān)的輸入板。還包括了對(duì)油泵電機(jī)進(jìn)行控制和保護(hù)的熱繼電器、交 流接觸器。（3） 限位開關(guān)：即渦流傳感器，或接近開關(guān)，發(fā)出控制信號(hào)，送入PLC的輸入端。 其接法參考上面的圖示。（4） 計(jì)算機(jī)（附帶RS232數(shù)據(jù)線一根）：利用計(jì)算機(jī)編寫 PLC的梯形

15、圖程序，并通過(guò) RS232數(shù)據(jù)線傳送到PLC中執(zhí)行。（三）組接電路： 本實(shí)驗(yàn)的電氣控制回路比較復(fù)雜，而且涉及強(qiáng)電、弱電的混合連接，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也比 較精密，這就要求我們接線時(shí)一定要仔細(xì)檢查，切不可在未檢查確認(rèn)無(wú)誤之前通電。（ 1）主電路連接： 按照電氣控制回路原理圖連接電路，輸入的三相電源在多功能電源 板上，自帶保險(xiǎn)和空氣開關(guān)，交流接觸器和熱繼電器在可編程控制器輸入板上（內(nèi)部已 接好）。（ 2）控制電路連接： 控制電路的電壓是不相同的，在接線之前一定要區(qū)分開來(lái)，切不 可接錯(cuò)。注：PLC內(nèi)部的電壓是 DC24V在PLC主機(jī)板上已經(jīng)接好。PLC的輸入控制電壓都是 DC24V采用共陽(yáng)接法，所有輸入端的S

16、/S端子都接至DC24V 的+極或主機(jī)上的+24V端子，控制開關(guān)應(yīng)串在 DC24的-極或主機(jī)上的24G和PLC的輸入 端子之間。應(yīng)特別注意渦流傳感器的接法， 具體的接法可參看電氣控制回路原理圖和渦流傳感 器接線圖。PLC的輸出接線比較復(fù)雜，應(yīng)特別注意！在油路調(diào)試完成、讀懂電氣控制回路原理圖之前切不可接線！輸出接線分二種情況：第一：控制油泵電機(jī)的交流接觸器的線圈， 其電壓為DC24V接口地址為 Y0,和它串聯(lián)的 PLC輸出C0端應(yīng)接至外部 DC24V第二： 換向閥的線圈，其電壓為DC24V接口地址為丫1、丫2、Y3,和它串聯(lián)的PLC輸出C1、C2、 C3端應(yīng)接至外部 DC24V 丫0、丫1、丫2

17、、Y3端口接線圈后接外部 DC24V的負(fù)極。在電路連接過(guò)程中應(yīng)對(duì)照電氣控制回路原理圖和輸入、輸出接線說(shuō)明，連接完畢一 定要進(jìn)行多次校對(duì)、確認(rèn)。本實(shí)驗(yàn)電路已接好，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未經(jīng)許可不得改動(dòng)。（五）PLC編程：PLC編程是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，在編程之前應(yīng)閱讀臺(tái)達(dá) pic的操作手冊(cè)和編程手冊(cè)； 理解PLC梯形圖表示的意義；熟悉編程軟件 WPLSoft 2.12的編程界面和編程方法；掌 握幾種重要的編程指令。臺(tái)達(dá)可編程控制器的編程指令十分豐富，但本實(shí)驗(yàn)所用到的指令不多，基于圖形編 程的梯形圖非常方便， 梯形圖完成后通過(guò)編譯生成 PLC 指令程序， 才可進(jìn)行程序傳輸?shù)?操作。有興趣的同學(xué)可查閱相關(guān)的參考

18、資料。（六）設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制流程：系統(tǒng)的控制程序較復(fù)雜，因此在編程之前一定要根據(jù)自己設(shè)計(jì)的動(dòng)作，繪制控制流 程框圖。以下控制流程圖可供參考：系統(tǒng)控制流程總圖單周期觸發(fā)子程序 啟動(dòng)單周期觸發(fā)子程序控制流程圖循環(huán)觸發(fā)子程序控制流程圖根據(jù)以上控制流程圖，再參考相關(guān)的資料我們可以編寫出液壓系統(tǒng)的控制程序，讓油缸實(shí)現(xiàn)既定的運(yùn)動(dòng)功能。（七）編寫、初調(diào)程序：根據(jù)設(shè)計(jì)的要求編寫自己的梯形圖控制程序，編譯完畢后通過(guò)計(jì)算機(jī)傳送到PLC中。在新建 PLC程序時(shí)注意選擇：機(jī)種設(shè)置為ES/EX/SS/EC,通訊設(shè)置選擇 COM、波特 率為9600,其余的設(shè)置為缺省。先讓PLC和計(jì)算機(jī)保持連接在線監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)，才可以

19、進(jìn)行程序傳送等操作。如下圖：在編程時(shí)可以參考指導(dǎo)教師提供的程序。 調(diào)試步驟：A 檢查接線，打開總電源，接通AC220V電源（不可接通AC380V!）。B 連接RS232數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備傳送程序。點(diǎn)擊按鈕，使PLC在線工作，傳送編譯好的程序。編程軟件會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換PLC的狀態(tài)，由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)到程序傳送狀態(tài)，程序傳送完畢又轉(zhuǎn)換回運(yùn)行狀態(tài)，最后切換到監(jiān)視狀態(tài)。C 初調(diào)。注意：在調(diào)試程序時(shí)一定不能接通油泵電機(jī)的電源！按下SB1按鈕此時(shí)PLC輸出端的Y0指示燈應(yīng)該點(diǎn)亮；在 X0接通（傳感器10）時(shí)，按下SB2按鈕,PLC輸 出端Y2指示燈應(yīng)該點(diǎn)亮；按下 SB5按鈕，PLC輸出端的Y1指示燈應(yīng)該點(diǎn)亮；按下 SB3按鈕，PLC輸出端所有的指示燈都應(yīng)該熄滅。至此程序初調(diào)完成。D總調(diào)。我們?cè)谕瓿汕懊娴挠吐氛{(diào)試、以及