自動沖壓裝置的PLC控制畢業(yè)設計

論述自動沖壓裝置的PLC控制系統(tǒng)，包括機械手控制和沖壓裝置控制設計，闡述了設計思路和工作原理，列出了硬件接線圖、梯形圖和控制示意圖。通過PLC的改造，可以提升生產(chǎn)效率和減少勞動力。關鍵詞：自動沖壓；PLC；機械手目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 2\o"CurrentDocument"引言 4第一章沖壓裝置的概述及運動分析 5\o"CurrentDocument"1.1沖壓裝置的簡介 5\o"CurrentDocument"1.2機械手運動分析 5\o"CurrentDocument"1.3沖壓裝置的運動分析 6\o"CurrentDocument"1.4整體運動分析 6第二章PLC及控制硬件 8PLC的簡介 8\o"CurrentDocument"2 PLC的發(fā)展歷史 8\o"CurrentDocument"PLC的工作原理 9PLC的分類 9\o"CurrentDocument"PLC在控制領域的應用 9\o"CurrentDocument"2.6控制硬件 10第三章PLC控制系統(tǒng) 13I/O分配表 13\o"CurrentDocument"3.2硬件接線圖 143 程序流程圖 153.4功能流程圖 16梯形圖 17總結(jié) 36致謝 37參考文獻 38附錄 39引言沖壓工藝是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中一種典型，常見的工藝過程。傳統(tǒng)的沖壓方式一般是人工控制工作方式，工作效率低下，安全系數(shù)小。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的要求逐步提高，這種落后生產(chǎn)方式已不適應于高效率生產(chǎn)。后來改變成接觸器控制的半自動沖壓方式。雖然它減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率但易受環(huán)境干擾，故障率高和維修困難?？删幊炭刂破骱喎QPC或PLC,是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)，計算機技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設計，具有體積小、功能全、可靠性高、抗干擾能力強、功耗低、編程簡單、調(diào)試和維護方便等諸多優(yōu)點，因而在工業(yè)上得到了越來越廣泛的應用。湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計）第一章沖壓裝置的概述及運動分析1.1沖壓裝置的簡介在生產(chǎn)中，沖壓工藝相對于傳統(tǒng)機械加工來說，具有節(jié)約材料和能源、效率高、對操作者技術(shù)要求不高、通過各種模具應用可以做出機械加工所無法達到的產(chǎn)品這些優(yōu)點。沖壓機廣泛應用精密電子、通訊、電腦、家用電器、汽車零部件、馬達定轉(zhuǎn)子等小型精密零件的沖壓加工。適合于大量生產(chǎn)的精密電子、五金零件。在持續(xù)嚴峻的經(jīng)濟環(huán)境中，無切削成形是沖床廠企業(yè)與對手拉開距離和競爭中勝出的有力手段，而且環(huán)保是21世紀的主題，作為環(huán)保的加工方法將是主要的發(fā)展方向。氣壓傳動是在機械、電氣、液壓傳動之后，近幾十年才被廣泛應用的一種傳動方式，它是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進行能量和信號的傳遞，以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。1.2機械手運動分析此次設計有左右兩個機械手，運動方式略有不同，旋轉(zhuǎn)電機為步進電機。沖壓系統(tǒng)中物件的傳送采用了機械手，是由于機械手能夠準確的將物件傳送到預定的位置，能夠滿足沖壓系統(tǒng)的精度要求。本自動沖壓系統(tǒng)中機械手的運動過程由本身自帶的控制程序控制，其工作過程是：當機械手得到一個脈沖信號時機械手便按預先設定的路徑運動，通過控制其吸盤，抓取和釋放物件，將物件傳送到目標位置，完成傳送工作后自動返回原位置，等待下一次脈沖信號（如圖1所示）。1.3沖壓裝置的運動分析在沖床中當物體感應器感應到機械手己經(jīng)把金屬板放置到?jīng)_壓區(qū)時，沖壓機床獲得一個脈沖信號，沖壓頭下降，當達到下行程開關SQ2時，沖頭上升，當達到上行程開關SQ1時沖頭停止（如圖2所示）。圖2沖壓裝置1.4整體運動分析毛坯件由傳送帶傳送過來到達指定位置時，感應器發(fā)出脈沖信號，機械手1順時針轉(zhuǎn)90度，下降夾緊毛坯，延時Is上升后逆時針轉(zhuǎn)180度后放下工件，然后機械手順時針旋轉(zhuǎn)90度回到初始位置，沖壓裝置光電感應器檢測到有物體時，沖壓頭下降，到達下行程開關時，沖頭上升，到達上行程開關時停止。機械手1、2順時針轉(zhuǎn)，下降后夾緊工件，延時Is上升后逆時針轉(zhuǎn)180度后放下工件，然后順時針旋轉(zhuǎn)回到初始位置，下降放下工件到傳送帶，自動沖壓一個工件過程完成。機器可自動循環(huán)沖壓多個工件。（機械手1和機械手2同步動作）旋轉(zhuǎn)90度為步進電機完成。（如圖第6頁共50頁3所示）圖3整體運動圖湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計）

第二章PLC及控制硬件PLC的簡介PLC全稱可編程控制器，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設計的。PLC自產(chǎn)生至今只有30多年的歷史,卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應用，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。長期以來，PLC在工業(yè)自動化控制而發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動化控制設備提供了廣泛、可靠的控制應用。這主要是源于它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合當前自動化工業(yè)企業(yè)的需要。PLC的發(fā)展歷史20世紀70年代大規(guī)模集成電路和微處理機出現(xiàn)后，正式生產(chǎn)出了現(xiàn)在模式的可編程序邏輯控制器PLC產(chǎn)品。這類產(chǎn)品具有穩(wěn)定可靠、價格便宜、功能齊全、體積小、應用靈活方便、工程周期短、操作維護方便、應用領域廣闊等優(yōu)點。隨著集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在己誕生了第五代PLC產(chǎn)品。而從應用角度看，PLC大概經(jīng)歷了如下幾個階段：1、 單機就地控制，取代繼電器柜，至今仍然是PLC應用的主流。2、 數(shù)臺PLC與1臺PC相連，PC完成編程和在運行中作為人機界面。3、 90午代，隨著系統(tǒng)集成能力的提高，PLC提供系統(tǒng)通信的能力，構(gòu)成可編程控制系統(tǒng)PCS,人機界面逐步完善，具有離散量和模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的監(jiān)控能力。4、隨著近代現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡、工業(yè)PC機（IPC）、軟PLC技術(shù)的發(fā)展,以及系統(tǒng)開放性、電控儀控一體化、管控一體化、IT技術(shù)發(fā)展的需求，新第8頁共50頁湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計）型的覆蓋大、中、小系統(tǒng)的PCS正在形成。PLC的工作原理PLC采用循環(huán)（巡回）掃描工作方式，大、中型PLC增加了中斷工作方式。循環(huán)掃描即可按固定順序，也可按用戶程序所規(guī)定一級順序（高級和低級順序）或可變順序等進行。因為有的用戶程序不需要每掃描一次執(zhí)行一次，也為的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點數(shù)較多時，通過不同的模塊組合的安排，采用分時分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和控制的實時性。用戶將用戶程序設計、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存儲器中，并將現(xiàn)場的輸入信號和被驅(qū)動的執(zhí)行元件相應地接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上,然后用PLC的控制開關使其處于運行工作方式,PLC就以循環(huán)掃描的工作方式進行工作。在輸入信號、用戶程序的控制上,產(chǎn)生相應的輸出信號，完成預期的控制任務。PLC的分類目前，PLC可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異進行大致的分類。按照結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和模塊式兩種。前者具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價格低的優(yōu)點，易于裝在工業(yè)設備的內(nèi)部，通常適于單機工作。后者配置靈活，裝載和維修方便，功能易于擴展，其缺點是結(jié)構(gòu)較復雜，造價也較高。按功能、點數(shù)分按功能、輸入輸出點數(shù)和存儲器容量不同，PLC可分為小型、中型和大型三類。小型PLC又稱為低檔的PLC。這類PLC的規(guī)模較小，它的輸入輸出點數(shù)一般從20點到128點。中型PLC的I/O點數(shù)通常在120點至512點之間，用戶程序存儲器的容量為2KB-8KB-大型PLC又稱為高檔的PLC,I/O點數(shù)在512點以上，其中I/O點數(shù)大于8192點的又稱為超大型PLC,用戶程序存儲器容量在8KB以上。PLC在控制領域的應用在發(fā)達的工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、第9頁共50頁建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性能價格比的不斷提高，一些過去使用專用計算機的場合，也轉(zhuǎn)向使用PLCoPLC的應用范圍在不斷擴大，可歸納為以下幾個方面。1、 開關量的邏輯控制：PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制。這是PLC最基本最廣泛的應用領域。2、 運動控制：PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。3、 閉環(huán)過程控制：過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D、D/A轉(zhuǎn)換,并對模擬量進行閉環(huán)PID控制，可用PID子程序來實現(xiàn)，也可使用專用的PID模塊。4、 數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存貯在存儲器中的參考值比較,也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置將其打印制表。5、 機器人控制：機器人作為工業(yè)過程自動生產(chǎn)線中的重要設備，H成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動化的3大支柱之一o現(xiàn)在許多機器人制造公司，選用PLC作為機器人控制器來控制各種機械動作。6、 通訊聯(lián)網(wǎng)：PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計算機和其他智能設備之間的通訊。PLC和計算機具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網(wǎng)絡，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。2.6控制硬件光電傳感器：光電傳感器具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢第10頁共50頁測和控制中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關鍵元件，它是把光信號轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。行程開關:位置開關（又稱限位開關），是_種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程,使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。步進電機：是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角"，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。圖4步進電機本設計選用型號為45BC005磁阻電動機，極數(shù)為三相六拍，轉(zhuǎn)矩0.24NM,額定電壓為27V（如圖4所示）。工作原理：通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)：電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。（如圖5所示）圖5步進電機結(jié)構(gòu)圖湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計）

第三章PLC控制系統(tǒng)3.1I/O分配表表1I/O分配表輸入輸出啟動10.0機械手1反轉(zhuǎn)Q0.0停止10.1機械手1正轉(zhuǎn)Q0.1機械手1上限位10.2機械手1下降Q0.2機械手1下限位10.3機械手1上升Q0.3沖壓物體檢測10.4機械手1夾緊Q0.4沖壓上限位10.5沖壓下降1YAQ0.5沖壓下限位10.6沖壓上升2YAQ0.6機械手2上限位10.7機械手2反轉(zhuǎn)Q0.7機械手2下限位11.0機械手2正轉(zhuǎn)Q1.0機械手2下降Q1.1機械手2上升Q1.2機械手2夾緊Q1.33.2硬件接線圖SB1SE23015023G33B5JQ7SB1SE23015023G33B5JQ7圖6硬件接線圖3.3程序流程圖3.4功能流程圖圖8功能流程圖3.5梯形圖網(wǎng)結(jié)5T37 機手1TPt：Q0.2—I I―r—C，)1機手1反轉(zhuǎn):Q崩—CR)1S1.3 SCRT^)網(wǎng)絡6網(wǎng)絡7S1.3sSCR

網(wǎng)絡8機手lWfe：IO.3機手1夷1:00.4—IF-n^：s)1機手1下降:如.2—(R)1T38IN TON10PT1[IIJ「「is網(wǎng)絡9T38S0.1（SCRT）網(wǎng)絡11S0.1SCR網(wǎng)絡12機手1上限位：庭機手1上升:卯3網(wǎng)絡13機手1上限位：1。2機手1正轉(zhuǎn):QMTO1T39 IlNTON60-PT100ms網(wǎng)絡14T39T39機手1正轉(zhuǎn)舊m1S0.2網(wǎng)絡15——SCRE)網(wǎng)絡16S0.2SCR網(wǎng)絡17SM0.0機手1"FPt：Q0.21網(wǎng)絡18機手1下限位川.3機手1WQ0.2T1

機手1夾緊:皿4TR)

1T40 [inton10-PT100ms網(wǎng)絡19T40 S0.3—I I SCRT)網(wǎng)絡20―SCRE)網(wǎng)絡21S0.3SCR網(wǎng)絡22機手出艮位：1。2機手1上升印?3網(wǎng)絡23T41 機手1上限位：朋機手愜掠皿.。機手1上升皿?3Y）1T41INTON3□-PT100ms

網(wǎng)絡28沖壓下限傳ME MO.O S0.5—I I 1I SCRT)網(wǎng)絡29——SCRE)網(wǎng)絡30S0.5GCR網(wǎng)絡31SM0.0 沖壓上限位:10.5沖壓上升2YA:如ETI 1，I ()網(wǎng)絡32:沖壓上限僮;IQS S0.6—I I 就RT)

網(wǎng)絡37機手邙限位：舊3機手邙限位：舊3網(wǎng)絡38網(wǎng)絡38T43S0.7（SCRT）網(wǎng)絡網(wǎng)絡42機尹上靴脫呻正蚌印.1A)豚正敝』T)呻上頓Y)1豚上升Q1.2Y)1T44 pWNEO-PT100ms網(wǎng)絡43T44 S1.0—I I SCRT)網(wǎng)絡44 SCRE^)網(wǎng)絡45S1.0SCR網(wǎng)絡46SM0.0 機手1下B莘:口口衛(wèi)T I—A:)機手Z］鄧聿:GH.1s)1

網(wǎng)絡47機手1下限位川.3機手1下降T1機手2T曉:5.1TZ1

機手1夾緊:皿4—CR)1機手決緊：5.3TR)1網(wǎng)絡48網(wǎng)絡48T45S1.1（SCRT）T45INTON10-PT100網(wǎng)絡49―SCRE)網(wǎng)絡50S1.1SCR網(wǎng)絡51網(wǎng)絡51機手1上限位：1麗機手1上升即.3機手?上升01.2—CS)網(wǎng)絡52T41機手1上限位：限機手1反轉(zhuǎn)印』id——inws51機手跛轉(zhuǎn):皿7T，）1機手1上升皿.3Y）1機手2上升印.2Y）1INTONPT100rnsT4630-網(wǎng)絡53T46 S0.4T I~ 河D機手1反轉(zhuǎn):皿Y)1機手2反轉(zhuǎn)印.7k)1網(wǎng)絡54 SCRE)經(jīng)過這些日子的研究，讓我們學到了許多，我們組研究的是自動沖壓裝置的PLC控制設計。面對這個題目根據(jù)我們所學到的知識內(nèi)容和實踐很快就確定了設計的方向，并與小組們的合作解決遇到的問題。通過這次設計，我們意識到了自動沖壓裝置在現(xiàn)實中的廣泛應用，并了解到自己學習中的不足之處，看到了理論與實踐的差距。掌握了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。在對理論的運用中，在沒有做實踐設計以前，我們對知識的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序傳輸?shù)絇LC中的時候，問題出現(xiàn)了，運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符，通過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。通過合作，我們的合作意識得到加強，合作能力得到提高。在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人負責一部分，共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言和提出意見，同時我們還向別的同學請教。課程設計的過程中，每個人都想自己的方案得到實現(xiàn)，積極向同學說明自己的想法，選出最好的方案。通過此次課設，對PLC梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解,也了解了PLC設計原理。我們有很多設計理念來源于實際，從中找出最適合的設計方法。在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，思而不學者殆。做事要學思結(jié)合。歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我們的指導老師一張謙老師，他對我們進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候,圖書館的老師也給我們提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導過我們的各位老師表示最衷心的感謝!感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。參考文獻［I］羅華麗、李斌開放式數(shù)控系統(tǒng)中的軟件PLC技術(shù)研究［JL組合機床與自動化加工技術(shù)⑵游華云、葉佩青?；赗TLinux的軟件PLC的研究與開發(fā)［J］,計算機工程與應用［3］ 何用輝《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》［4］ 王浩《機床電氣控制與PLC》［5］ 周紹平、李金奎教材《電子電工技術(shù)》［6］ 周勁松、劉錚、李德饒《機電一體化技術(shù)》附錄1、文字說明：使用設備西門子S7-2002、文字說明：打開開關iO.O,機械手順時針旋轉(zhuǎn)90（反轉(zhuǎn)）90度，機械手下降，如圖q0.2點亮。fALDNG1L/2LS7-200CPU226+EM2223.文字說明：開始下降qO.2熄滅，下降觸碰到下限位行程開關開關iO.3,停止下降，機械手夾緊q0.4亮，延時兩秒后上升qO.3亮。?亞花YALONG1L?2L2.0——2-2 2