平面磨床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

平面磨床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),平面磨床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),平面磨床,電氣,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) XXXXXXXX畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評閱表學(xué)號 XXXXXXXX 姓名 XXXXXXXX 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 平面磨床電氣控制系統(tǒng) 評價(jià)項(xiàng)目評 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。綜合評 價(jià) 該同學(xué)的論文選題符合培養(yǎng)目標(biāo)要求，能體現(xiàn)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，達(dá)到了綜合訓(xùn)練的目的。該生具有一定的文獻(xiàn)查閱、資料綜合歸納整理的能力，基本上能在設(shè)計(jì)工作中運(yùn)用所學(xué)知識，畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案可行，說明書內(nèi)容較全面，平面布局較合理，技術(shù)用語準(zhǔn)確。研究內(nèi)容具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。評閱人： 2012年5月 日XXXXXXXX畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目： 平面磨床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號： XXXXXXXX 姓 名： XXXXXXXX 指導(dǎo)教師： XXXXXXXX（副教授） 完成日期： 2012年5月26日 目錄中英文摘要1緒論31.磨床的作用32.課題意義33.同時(shí)用PLC改造老機(jī)床有很多的優(yōu)點(diǎn)3一磨床功能介紹41.1磨床的結(jié)構(gòu)圖41.2磨床的組成及功能41.3砂輪工作方式41.4主要技術(shù)參數(shù)4二磨床控制系統(tǒng)改造52.1磨床原理圖分析5三PLC介紹93.1際電工委員會(huì)（IEC）PLC定義93.2 PLC的特點(diǎn)93.3 PLC的分類及原理93.4 PLC的發(fā)展9四PLC控制電路相對于早期的繼電器控制電路的優(yōu)點(diǎn)9五PLC控制的I/O分配表11六PLC外部接線圖11七梯形圖和語句表12八PLC電氣控制系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇14九.電器元件清單15十柜內(nèi)電器元件安裝位置圖16十一.電柜內(nèi)電器元件接線圖示意圖17十二.電柜外電器元件接線圖示意圖18十三.機(jī)床操作面板19總結(jié)21主要參考文獻(xiàn)22磨床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是（可編程邏輯控制器）進(jìn)行改造使用的m7120平面磨床的控制部分。進(jìn)行了全面的思考和分析的第一本次設(shè)計(jì)，使自己的m7120平面磨床的基本結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)情況，加工工藝要求等有一定的了解。該m7120平面磨床主要成分等車身，尾座主軸齒輪箱，齒輪箱，導(dǎo)螺桿，料桿，刀架。進(jìn)行分析的m7120平面磨床電氣控制部分獲得它需要完成開門斷電功能，主軸電機(jī)反向控制功能，刀架的快速遍歷功能，冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制。然后根據(jù)電氣控制電路的電路圖，可編程控制器的梯形圖轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)用可編程序控制器實(shí)驗(yàn)臺。作為一個(gè)結(jié)果的可靠性極高，極其豐富的指令集，易于掌握，操作方便，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性。因此導(dǎo)致m7120平面磨床完成門外原有的功能特點(diǎn)，而且還具有安裝簡便，穩(wěn)定性好，易于使用，擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵字：可編程控制器 改造電氣控制 m7120磨床Abstract：This designs content is mainly (Programmable Logic Controller) makes the transformation using PLC to the M7120 surface grinding machines control section. I have carried on the overall ponder and the analysis first to this time design, enables itself to the M7120 surface grinding machines basic structure, the movement situation, the processing technological requirement and so on to have certain understanding. The M7120 surface grinding machine mainly has compositions and so on automobile body, main axle gear box, tailstock gear box, guide screw, feed rod, tool rest and apron. Carries on the analysis to the M7120 surface grinding machine electric control part to obtain it to need to complete opens the door the power failure function, the main axle electric motor to reverse the control function, tool rests rapid traverse function, the cooling pump electric motors control. Then according to the electric control electric circuits circuit diagram, translates PLC the trapezoidal chart, translates, carries on the experiment simulation using the PLC laboratory bench. As a result of the PLC extremely high reliability, the extremely rich set of instructions, easy to grasp, convenient operation, rich built-in integrated function, real-time characteristic. Therefore causes the M7120 surface grinding machine to complete outside the original function characteristic, but also has the installment to be simple, the stability good, easy to service, the expansion ability strongly and so on characteristics.Key words: PLC transformation Electric control M7120 grinder緒論1.磨床的作用 磨床是利用磨具對工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等，也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)力磨削等。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石，砂帶等其他磨具和游離磨料進(jìn)行加工。如超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī)等。2.課題意義 由于老式磨床的電氣線路都是用繼電器作為邏輯控制，其觸點(diǎn)多相對的故障也多，給生產(chǎn)帶來諸多不便。例如：（1）電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)；（2）電磁吸盤YH沒有吸力，等等。而現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，以繼電器線路的傳統(tǒng)普通磨床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動(dòng)力成本、產(chǎn)品成本、提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的競爭，發(fā)展到全面顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭，將面臨知識，技術(shù)產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，面對質(zhì)量、性能的要求更高。同時(shí)社會(huì)對環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意識不斷加強(qiáng)。因此敏捷先進(jìn)的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得競爭和生存、發(fā)展的主要手段。但新機(jī)床購置費(fèi)用高，且生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長。因此對原有機(jī)床的現(xiàn)代化改造顯得尤為重要。3.同時(shí)用PLC改造老機(jī)床有很多的優(yōu)點(diǎn)（1）節(jié)省資金，減少投資額，交貨期短。機(jī)床的PLC改造，可大大減少資金的投入，同購置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60%-80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造，只需花新機(jī)床購置費(fèi)得1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級，也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%的價(jià)格。可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備那樣重新購筑基地。（2）性能穩(wěn)定可靠，因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度，且各部件已經(jīng)長期磨合，使改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量好可作為新設(shè)備繼續(xù)長期使用。（3）有利于使用和維護(hù)，由于改造前機(jī)床已使用多年，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短、見效快。改造的機(jī)床一經(jīng)安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）可以采用最新的控制技術(shù)，提高生產(chǎn)效率。可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。機(jī)床經(jīng)改造后，即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3至7倍。對復(fù)雜零件而言，難度越高，功能提高的越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配更加靈活。一磨床功能介紹1.1磨床的結(jié)構(gòu)圖 圖1.11.2磨床的組成及功能M7120磨床主要結(jié)構(gòu)由床身、工作臺、磨頭、立柱、拖板、行程檔塊、砂輪修正器、驅(qū)動(dòng)工作臺手輪、垂直進(jìn)給手輪、橫向進(jìn)給手輪等組成。立柱支承滑座及砂輪架。垂直進(jìn)給手輪砂輪向工件深度方向移動(dòng)。橫向進(jìn)給手輪砂輪沿其軸線間隙運(yùn)動(dòng)。床身用于支承和連接磨床各個(gè)部件。為提高機(jī)車剛度，磨床床身一般為箱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝有液壓傳動(dòng)裝置，上部有縱向和橫向兩組導(dǎo)軌以安裝工作臺和砂輪架。 工作臺由上下兩層組成，上工作臺可相對于下工作臺偏轉(zhuǎn)一定角度，以便磨削錐面；下工作臺下裝有活塞，可通過液壓機(jī)構(gòu)使工作臺往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 尾架安裝在工作臺右端，尾架套筒內(nèi)裝有頂尖，可與頂尖一起支承工件。它在工作臺上的位置可根據(jù)工件長度任意調(diào)整。1.3砂輪工作方式砂輪電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)，對工件進(jìn)行磨削加工，在M7120型平面磨床中，砂輪并不要求調(diào)速，所以通常采用籠型異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)，這是平面磨床的主運(yùn)動(dòng)；砂輪升降電動(dòng)機(jī)使砂輪在立柱導(dǎo)軌上作垂直運(yùn)動(dòng)，用以調(diào)整砂輪與工件位置。工作臺和砂輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是靠液壓泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行液壓傳動(dòng)的，液壓傳動(dòng)較平穩(wěn)，能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，換向時(shí)慣性小，換向平穩(wěn)。M7120型平面磨床工作臺的往返運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)，能保證加工精度。由液壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵，經(jīng)液壓傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)工作臺的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。冷卻泵電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)冷卻泵供給砂輪和工件冷卻液，同時(shí)利用冷卻液帶走磨削下來的鐵屑。1.4主要技術(shù)參數(shù)：1、輸入電源：AC380V%（三相四線）50HZ2、故障考核13項(xiàng)3、工作環(huán)境：溫度-100C400C二磨床控制系統(tǒng)改造2.1磨床原理圖分析 圖2.1 M7120型平面磨床的電氣控制線路如圖所示。該線路由主電路、控制電路、電磁吸盤控制電路和輔助電路四部分組成。（1）主電路分析主電路中有4臺電動(dòng)機(jī)。其中M1為液壓泵電動(dòng)機(jī)，由KM1主觸點(diǎn)控制；M2為砂輪電動(dòng)機(jī)，M3為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，同由KM2的主觸點(diǎn)控制；M4為砂輪箱升降電動(dòng)機(jī)，由KM3、KM4的主觸點(diǎn)分別控制。FU1對4臺電動(dòng)機(jī)和控制電路進(jìn)行短路保護(hù)，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別對M1、M2、M3進(jìn)行過載保護(hù)。砂輪升降電動(dòng)機(jī)因運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間很短，所以不設(shè)置過載保護(hù)。主電路圖如下： 圖2.2(2)控制電路分析 當(dāng)電源電壓正常時(shí)，合上電源總開關(guān)QS1，位于7區(qū)的電壓繼電器KV的常開觸點(diǎn)閉合，便可進(jìn)行操作。1液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的控制 其控制電路位于7區(qū)、8區(qū)，啟動(dòng)過程為：按下SB3KM1得電M1啟動(dòng)；停止過程為：按下SB2KM1失電M1停轉(zhuǎn)。運(yùn)動(dòng)過程中若M1過載，則FR1常閉觸點(diǎn)分?jǐn)?，M1停轉(zhuǎn)，起到過載保護(hù)作用。2砂輪電動(dòng)機(jī)M2的控制 其控制電路位于9區(qū)、10區(qū)，啟動(dòng)過程為：按下SB5KM2得電M2啟動(dòng)；停止過程為：按下SB4KM2失電M2停轉(zhuǎn)。3冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制 冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3通過接觸器KM2控制，因此M3于砂輪電動(dòng)機(jī)M2是聯(lián)動(dòng)控制。按下SB5時(shí)M3與M2同時(shí)啟動(dòng)，按下SB4時(shí)M3與M2同時(shí)停止。FR2與FR3的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在KM2線圈回路中。M2、M3中任一臺過載時(shí)，相應(yīng)的熱鍵電器動(dòng)作，都將使KM2線圈失電，M2、M3同時(shí)停止。4砂輪升降電動(dòng)機(jī)控制 其控制電路位于11區(qū)、12區(qū)，采用點(diǎn)動(dòng)控制。砂輪上升控制過程為：按下SB6KM3得電M4啟動(dòng)正轉(zhuǎn)。當(dāng)砂輪上升到預(yù)定位置時(shí)，松開SB6KM3失電M4停轉(zhuǎn)。砂輪下降控制過程為：按下SB7KM4得電M4啟動(dòng)反轉(zhuǎn)。當(dāng)砂輪下降到預(yù)定位置時(shí)，松開SB7KM4失電M4停轉(zhuǎn)。（3）電磁吸盤控制 電磁吸盤是固定加工工件的一種夾具。它是利用通電線圈產(chǎn)生磁場的特性吸牢鐵磁性材料的工件，便于磨削加工。電磁吸盤的內(nèi)部裝有凸起的磁極，磁極上繞有線圈。吸盤的面板也用鋼板制成，在面板和磁極之間填有絕磁材料。當(dāng)吸盤內(nèi)的磁極線圈通以直流電時(shí)，磁極和面板之間形成兩個(gè)磁極，既N極和S極，當(dāng)工件放在兩個(gè)磁極中間時(shí)，使磁路構(gòu)成閉合回路，因此就將工件牢固地吸住。1電磁吸盤的組成 工作電路包括整流、控制和保護(hù)三個(gè)部分，位于圖中的1620區(qū)。整流部分由整流變壓器和橋式整流器VC組成，輸出110V直流電壓。2電磁吸盤充磁的控制過程 按下SB9KM5得電（自鎖）YC充磁。3電磁吸盤的退磁控制過程 工件加工完畢需取下時(shí)，先按下SB8，切斷電磁吸盤的電源，由于吸盤和工件都有剩磁，所以必須對吸盤和工件退磁。退磁過程為：按下SB8、SB10KM6得電YC退磁，此時(shí)電磁吸盤線圈通入反向的電流，以消除剩磁。由于去磁時(shí)間太長會(huì)使工件和吸盤反向磁化，因此去磁采用點(diǎn)動(dòng)控制。松開SB10則去磁結(jié)束。 電磁吸盤是一個(gè)比較大的電感，當(dāng)線圈斷電瞬間，將會(huì)在線圈中產(chǎn)生較大的自感電動(dòng)勢。為防止自感電動(dòng)勢太高而破壞線圈的絕緣，在線圈兩端接有RC組成的放電回路，用來吸收線圈斷電瞬間釋放的磁場能量。 當(dāng)電源電壓不足或整流變壓器發(fā)生故障時(shí)，吸盤的吸力不足，這樣在加工過程中，會(huì)使工件高速飛離而造成事故。為防止這種情況，在線路中設(shè)置了欠電壓繼電器KV，其線圈并聯(lián)在電磁吸盤電路中，其常開觸點(diǎn)串聯(lián)在控制線路中。當(dāng)電源電壓不足或?yàn)榱銜r(shí)，KV常開觸點(diǎn)斷開，使KM1、KM2斷電，液壓泵電動(dòng)機(jī)和砂輪電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，確保安全生產(chǎn)。 (4)輔助電路分析輔助電路主要是信號指示和局部照明電路，位于圖中2128區(qū)。其中，HL6為局部照明燈，由變壓器TC供電，工作電壓為24V，由手動(dòng)開關(guān)QS2控制。其信號燈也由TC供電，工作電壓為6V。HL1為電源指示燈；HL2為M1運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈；HL3為M2運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈；HL4為M4運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈；HL5為電磁吸盤工作指示燈。 三PLC介紹3.1際電工委員會(huì)（IEC）PLC定義可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行內(nèi)部邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各類型的機(jī)械和生產(chǎn)活動(dòng)。3.2 PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。（2）編程直觀，簡單。（3）環(huán)境要求低，適應(yīng)性好。（4）功能完善，接口功能強(qiáng)。（5）元件少，結(jié)構(gòu)較簡單。3.3 PLC的分類及原理 PLC分類按INPUT和OUTPUT點(diǎn)數(shù)多少，分為超小型.小型.中型.大型和超大型。 按結(jié)構(gòu)形式分：整體型和模塊型.PLC工作原理:PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，包括內(nèi)部處理.通訊操作.輸入處理.程序執(zhí)行.輸出處理幾個(gè)階段。全過程掃描所須的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)處于RUN狀態(tài)時(shí)，上述掃描周期為不斷循環(huán)過程。3.4 PLC的發(fā)展在制造工業(yè)（以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征）和過程工業(yè)（以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征）中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。20世紀(jì)60年代末期,在技術(shù)改造的浪潮的沖擊下，為使汽車結(jié)構(gòu)及外型不斷改進(jìn)，品種不斷增加,需要經(jīng)常變更生產(chǎn)工藝.1969年,美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)首先研制出第一臺符合要求的控制器,即可編程控制器,并在美國GE公司的汽車上試用成功.我國從1976年開始研制，1977年應(yīng)用于工業(yè)控制.上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為3040%。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。四PLC控制電路相對于早期的繼電器控制電路的優(yōu)點(diǎn) PLC是一種帶有指令存儲(chǔ)器，數(shù)字或模擬輸入/輸出接口，以位運(yùn)算為主，能夠完成邏輯，順序，定時(shí)，記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置。PLC系統(tǒng)的等效工作電路分為三個(gè)部分：輸入部分、內(nèi)部控制電路、輸出部分。PLC的工作過程包括公共處理掃描階段、輸入采樣階段、執(zhí)行擁護(hù)程序階段、輸出刷新掃描階段。 1、控制方式方面：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 2、工作方式方面：電器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制約。 3、控制速度方面：電器控制速度慢，觸點(diǎn)易抖動(dòng)；而PLC通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點(diǎn)，顧而無抖動(dòng)一說。4、定時(shí)、記數(shù)精度方面：電器控制定時(shí)精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能；PLC時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬；有記數(shù)功能。 5、可靠性、維護(hù)性能方面：電器控制觸點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠性、維護(hù)性能差；PLC無觸點(diǎn)，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)方便。4.1德國西門子（SIEMENS）PLC選擇德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在工控、冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。在眾多的PLC生產(chǎn)廠家中，西門子公司的PLC系列產(chǎn)品以其較高的性價(jià)比成為眾多客戶的首選。因此我們選擇西門子公司的PLC作為本次設(shè)計(jì)的可編程序控制器4.2PLC型號的選擇S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X兩代產(chǎn)品，其中CPU22X型PLC有CPU221，CPU222，CPU224，CPU226四種基本型號。選用PLC上，考慮到只是對M7120磨床做電器氣部分的改造，輸出端口需要16個(gè)，輸入端口需要7個(gè)。而且并不通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)，實(shí)用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用SIMATIC S7-200 系列的S7224 作為本次設(shè)計(jì)的PLC型號.21五PLC控制的I/O分配表 表一 輸入信號輸出信號名稱輸入元件輸入點(diǎn)名稱輸出元件輸出點(diǎn)電壓繼電器KVI0.0液壓泵電機(jī)接觸器KM1Q0.0總停按鈕SB1I0.1砂輪電機(jī)接觸器+冷卻液電動(dòng)機(jī)KM2Q0.1液壓泵電機(jī)1M啟動(dòng)按鈕SB3I0.2砂輪上升接觸器KM3Q0.2液壓泵電機(jī)1M停止按鈕SB2I0.3砂輪下降接觸器KM4Q0.3砂輪電機(jī)2M啟動(dòng)按鈕SB5I0.4電磁吸盤充磁接觸器KM5Q0.4砂輪電機(jī)2M停止按鈕SB4I0.5電磁吸盤去磁接觸器KM6Q0.5升降砂輪電機(jī)4M上升按鈕SB6I0.6升降砂輪電機(jī)4M下降按鈕SB7I0.7電磁吸盤充磁按鈕SB9I1.0電磁吸盤停止充磁按鈕SB8I1.1電磁吸盤去磁按鈕SB10I1.2液壓泵電機(jī)1M熱繼電器FR1I1.3砂輪電機(jī)2M熱繼電器、冷卻泵電機(jī)3M熱繼電器FR2、FR3I1.4 六PLC外部接線圖 圖6.1七梯形圖和語句表 圖7.1語句表：網(wǎng)絡(luò)1：欠電壓保護(hù)LD I0.0= M0.0網(wǎng)絡(luò)2：控制網(wǎng)絡(luò)LD M0.0AN I0.1LPSLD I0.2O Q0.0LRD LD I0.4O Q0.1ALD AN I0.5A I1.4= Q0.1LRDLPSA I0.6AN Q0.3= Q0.2LPP A I0.7AN Q0.2= Q0.3LRDLD I1.0O I0.4ALD AN I1.1AN Q0.5= Q0.4LPPA I1.2AN I1.1AN Q0.4= Q0.5八PLC電氣控制系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇8.1開關(guān)的選擇目前一般有自動(dòng)空氣斷路器；到開關(guān)和熔斷器的組合；組合開關(guān)三種。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量(主軸電動(dòng)機(jī)20KW、快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)0.75KW、冷卻泵電動(dòng)機(jī)0.125KW),選用三極單投閘刀開關(guān)-100/3型100毫安用作機(jī)床電源的引入開關(guān)。8.2控制變壓器的選擇在機(jī)床的控制電路中需要用到不同的電壓，例如：PLC的外電路及電器元件，機(jī)床上的照明電路所需電壓，接觸器的電壓，等。它們需要不同的電壓等級，提高系統(tǒng)的安全性。選用控制變壓器的型號為BK-50型500伏安。8.3交流接觸器的選擇主軸電動(dòng)機(jī)的額定功率為20KW，滿載電流40A，選用交流接觸器CJ2O-63來控制主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。交流接觸器CJ2O-63額定電流63A，額定電壓380V，可控電動(dòng)機(jī)的最大功率30KW。交流接觸器B9型線圈電壓為380伏用來操作快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。接觸器B9型的額定工作電壓380V，額定工作電流8.5A。8.4熔斷器的選擇熔斷器是一種用于過載與短路保護(hù)的電器，當(dāng)超出限定值的電流通過熔斷器的熔體時(shí)將其熔化而分開電路。主軸電動(dòng)機(jī)的滿載電流是40A，所選的熔斷器（FU1）型號是RT14-63，額定電壓380V，熔斷體額定工作電流50A?？焖僖苿?dòng)電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的電流是2.3A，冷卻泵電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的電流是0.48A，所選的熔斷器（FU2）型號是RT14-32，額定電壓是380V，熔斷體額定工作電流是4A。8.5熱繼電器的選擇熱繼電器的作用是過載保護(hù)。根據(jù)主軸電動(dòng)機(jī)的工作情況和技術(shù)參數(shù)，所選熱機(jī)電器（KR1）的型號為TSA45，額定整定電流45A。根據(jù)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作情況及技術(shù)參數(shù)，所選熱機(jī)電器（KR2）的型號為T45。8.6速度繼電器的選擇速度繼電器常用于電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)電路中。常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型兩種，其中JY1型可在7003600r/min范圍內(nèi)可靠地工作。JFZ0-1型適用于3001000r/min；JFZ0-2型適用于10003000r/min。主軸電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)1470轉(zhuǎn)/分，因此選用JY1型的速度繼電器。一般速度繼電器轉(zhuǎn)軸在130r/min左右即能動(dòng)作，100r/min時(shí)觸頭即能恢復(fù)正常位置。8.7導(dǎo)線的選擇主回路中導(dǎo)線截面積較大，不用考慮機(jī)械強(qiáng)度而只按允許載流量選擇。機(jī)床上電源和住主電動(dòng)機(jī)使用BVR10軟線，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)使用BVR2.5軟線，其它的控制線路均采用BVR2.5軟線。九.電器元件清單表二序號符號名稱規(guī)格型號數(shù)量備注1KM1液壓泵電機(jī)交流接觸器CJX1-10 10A,220V12KM2轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪、冷卻電機(jī)交流接觸器CJX1-20 20A,220V13KM3上升砂輪電機(jī)交流接觸器CJX1-5 5A,220V14KM4下降砂輪電機(jī)交流接觸器CJX1-5 5A,220V15FR1液壓泵電機(jī)熱繼電器FR16-5/3D16FR2砂輪電機(jī)熱繼電器FR16-16/3D17FR3冷卻電機(jī)熱繼電器FR16-0.72/3D18FU1主電源熔斷器RC1A-60/3539FU2電磁吸盤熔斷器RC1A-5/2210FU3PLC熔斷器RC1A-30/20111FU4指示燈熔斷器RC1A-5/2112FU5照明燈熔斷器RC1A-5/2113KV欠電壓繼電器DDY-220V114SB1總停止按鈕LA18221紅色15SB2液壓泵停止按鈕LA18221紅色16SB3液壓泵啟動(dòng)按鈕LA18221綠色17SB4砂輪、冷卻停止按鈕LA18221紅色18SB5砂輪、冷卻啟動(dòng)按鈕LA18221綠色19SB6砂輪上升按鈕LA18221黑色20SB7砂輪下降按鈕LA18221黑色21SB8吸盤停止按鈕LA18221黑色22SB9吸盤通磁按鈕LA18221綠色23SB10吸盤退磁按鈕LA18221黑色24HLLED指示燈 6V/AC 9mA5綠色25HLLED照明燈24VAC/ 350mA126YC電磁吸盤HDXP/127V 1.45A 127C電容5mf128R電阻220歐姆 1KW129VC整流器2CZ11C130PLC西門子S7-200S7-200/CPU/2241 十柜內(nèi)電器元件安裝位置圖 圖10.1十一.電柜內(nèi)電器元件接線圖示意圖 圖11.1十二.電柜外電器元件接線圖示意圖圖12.1十三.機(jī)床操作面板圖13.1總結(jié)在這個(gè)過程中我對利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了深刻的認(rèn)識，對機(jī)械（M7120型平面磨床）的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了親身的認(rèn)識與體會(huì)。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（甚至開發(fā)）是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)施，系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過程來進(jìn)行。畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對設(shè)備的不了解等等。雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人。主要參考文獻(xiàn)1陳簡明.電氣控制與PLC:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.52孫平.電氣控制與PLC.北京:高等教育出版社,20043余雷聲.電氣控制與PLC的應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.104連賽英.機(jī)床電氣控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.105李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用(西門子系列).北京:電子工業(yè)出版社6S7-200系統(tǒng)編程手冊.西門子公司.19997倪遠(yuǎn)平.現(xiàn)代低壓電器原理及應(yīng)用.北京:高等教育出版社,20038周希章.電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、控制和調(diào)速.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19849王炳實(shí).機(jī)床電氣控制.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,199510鄭瑜平.可編程序控制器.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1992機(jī)械與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯 所在學(xué)院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 班 級： 08機(jī)自一班 姓 名： 高 升 學(xué) 號： 08141010105 指導(dǎo)教師： 張薇薇 合作導(dǎo)師： 年 月 日應(yīng)用于電氣系統(tǒng)的可編程序控制器此項(xiàng)目主要是研究電氣系統(tǒng)以及簡單有效的控制氣流發(fā)動(dòng)機(jī)的程序和氣流系統(tǒng)的狀態(tài)。它的實(shí)踐基礎(chǔ)包括基于氣流的專有控制器、自動(dòng)化設(shè)計(jì)、氣流系統(tǒng)的控制程序和基于微控制器的電子設(shè)計(jì)。1.簡介使用電氣技術(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)主要由三個(gè)組成部分：發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá)，感應(yīng)器或按鈕，狀如花瓣的控制零部件?，F(xiàn)在，大部分的系統(tǒng)邏輯操作的控制器都被程序邏輯控制器（PLC）所取代。PLC的感應(yīng)器和開關(guān)是輸入端，而發(fā)動(dòng)機(jī)的直接控制閥是輸出端，其中有一個(gè)內(nèi)部程序操控所有運(yùn)行必需的邏輯，模擬其他的裝置如計(jì)算器、定時(shí)器等，對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。因?yàn)榭梢愿鶕?jù)需要無數(shù)次創(chuàng)建和模擬這樣的系統(tǒng)，所以藉由PLC的使用，此項(xiàng)目有靈活的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以節(jié)省時(shí)間，減少失誤的危險(xiǎn)，同時(shí)在使用相同材料的情況下，它可以更加精密。市場上的許多家公司都使用了常規(guī)的PLC，它不僅可以用氣流系統(tǒng)來控制，還可以用各種電氣設(shè)備。PLC 的用途廣泛，可以應(yīng)用于許多工業(yè)生產(chǎn)中，甚至用于建筑物的安全和自動(dòng)化系統(tǒng)中。由于以上的各種特性，在一些實(shí)際應(yīng)用中PLC提供了很多的資源，甚至包括不控制系統(tǒng)的資源，電氣系統(tǒng)就是一種這樣的應(yīng)用。對于自動(dòng)化的工程，PLC的使用是比較昂貴的，尤其是對那些小型的系統(tǒng)。針對這種情況可行的一種辦法是創(chuàng)建一個(gè)可提供特定尺寸和功能的控制器。這種控制器可以根據(jù)微控制器來制作。這種基于微控制器的控制器的適用范圍比較小，只能用于一個(gè)類型的機(jī)器或者可以用做一個(gè)像普通PLC一樣可以被編程的控制器，那樣它就可以通過可變化的邏輯程序來進(jìn)行各種作業(yè)。所有的這些特性根據(jù)具體需要的不同而不同，具體的設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)的不同而不同。但是這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)人員非常了解自己的控制器，可以自由掌握控制器的大小尺寸，改變它的功能。這就意味著此項(xiàng)目有更多的獨(dú)特性，但同時(shí)系統(tǒng)的控制也由它的設(shè)計(jì)者所控制。2.電氣系統(tǒng)人們可以從一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中找到三個(gè)上文中提到的基本部件，外加一個(gè)控制系統(tǒng)的邏輯線路。只有成熟先進(jìn)的技術(shù)能做出特定的邏輯線路和執(zhí)行正確操作所需要的部件升級。對于一個(gè)簡單的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)程序可以完成，但是對于間接或更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的程序就會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的線路和錯(cuò)誤的信號。這是就需要另一種方法可以節(jié)省時(shí)間，產(chǎn)生清晰線路，能夠防止偶然的信號交疊和線路堵塞。這種方計(jì)的不同標(biāo)準(zhǔn)的線路基法叫循序漸進(jìn)式或規(guī)則系統(tǒng)，它對氣流和電氣系統(tǒng)非常有效，而且也是此項(xiàng)目的一個(gè)基礎(chǔ)。它包括根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)各個(gè)不同變化所設(shè)礎(chǔ)上的系統(tǒng)。 圖1 氣壓系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)回路 圖2 電控氣壓系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)回路 第一步是為每個(gè)步驟設(shè)計(jì)那些種標(biāo)準(zhǔn)的線路。第二步是聯(lián)編標(biāo)準(zhǔn)的線路，最后一步是連接接收來自感應(yīng)器，開關(guān)和先前的運(yùn)動(dòng)信號，同時(shí)把空氣或電傳送給每個(gè)步驟的補(bǔ)給線。如圖中所示， 1 和 2 標(biāo)準(zhǔn)線路是為氣流的和電氣系統(tǒng)服務(wù)。我們能夠很清楚的看到每一步驟和下一個(gè)步驟之間的聯(lián)系。3.控制器內(nèi)部的應(yīng)用原理上述方法可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都被很好地用步驟來定義。這也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)的每一次運(yùn)動(dòng)變化都是系統(tǒng)的一個(gè)新的狀態(tài)，而兩個(gè)不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變叫做步驟。先前提到的標(biāo)準(zhǔn)線路可以幫助設(shè)計(jì)人員定義系統(tǒng)的不同狀態(tài)和不同步驟的變化所帶來的不同環(huán)境。在設(shè)計(jì)的最后階段，系統(tǒng)中會(huì)有一個(gè)從來不變化的序列和明確的輸入和輸出端。我們把一個(gè)序列從輸入端輸入，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，由輸出端輸出。這些步驟的所有過程都是在微控制器內(nèi)部進(jìn)行的，并且以同樣的方式在運(yùn)行著。部件的序列在控制器里被 5個(gè)位元組規(guī)劃; 每個(gè)部分都有程序的一個(gè)步驟結(jié)構(gòu)。輸入端有二個(gè)位元組，輸出端有一個(gè)，其他結(jié)構(gòu)部分和附加功能步驟有兩個(gè)。 在編程之后，部件序列被內(nèi)部微控制器的記憶所儲(chǔ)藏，因此，他們是可讀的而且可以運(yùn)行。不同于傳統(tǒng)的PLC，這種控制器的工作目的是成為特定領(lǐng)域設(shè)計(jì)的多用控制器。傳統(tǒng)的 PLC 的系統(tǒng)運(yùn)行程序是一個(gè)循環(huán)的線路：輸入一個(gè)圖像,運(yùn)行所有的內(nèi)部程序, 然后升級輸出的狀態(tài)。 這一個(gè)控制器以不同的方式工作,它讀取步驟的結(jié)構(gòu),等待輸入,然后升級或輸出，然后直接跳躍到下一個(gè)步驟，開始另一次的程序運(yùn)行。它也有局限性，例如這種控制器有時(shí)會(huì)不執(zhí)行指令，在同一程序指令下，會(huì)出現(xiàn)某一個(gè)運(yùn)行的反復(fù)等等，但是這一個(gè)問題可以通過外部的邏輯運(yùn)行解決。另外，這中控制器在沒有序列的系統(tǒng)上不能夠被應(yīng)用。這些局限性也是這個(gè)系統(tǒng)的特性，這種系統(tǒng)的每一個(gè)應(yīng)用都必須要有相應(yīng)的系統(tǒng)分析。4.控制器的特色這種控制器以微集成電路微控制器 PIC16F877為基礎(chǔ),它擁有全部此次項(xiàng)目所需要的資源。它有足夠的插孔，線路連續(xù)通訊 EEPROM 記憶解救系統(tǒng)的所有結(jié)構(gòu)和步驟的序列。它提供了項(xiàng)目所需要的所有的運(yùn)行，例如定時(shí)器和分岔等。我們做出了控制器的資源目錄，想盡可能的使它變的完善。在步驟的運(yùn)行過程中，程序自動(dòng)選擇如何讀取每一步驟的結(jié)構(gòu)。這個(gè)操作有兩個(gè)位元組位于電子輸入處。一個(gè)位元組位于輸出端，還有一個(gè)被用作內(nèi)部定時(shí)器，類似輸入或暫停功能。EEPROM 記憶內(nèi)部是 256 位元組，可以儲(chǔ)藏所有步驟的運(yùn)行,即可以儲(chǔ)藏 48個(gè)步驟之間的所有運(yùn)行。除了一個(gè)互動(dòng)菜單外，這種控制器還有一個(gè)控制臺和一些指令按鈕，他們一起控制各個(gè)步驟的運(yùn)行和連續(xù)性，也控制其他的一些裝置。4.1交互作用在實(shí)際運(yùn)行操作中，控制器需要有一些輔助設(shè)備幫助它和使用者進(jìn)行互動(dòng)，可以提供可靠的操作監(jiān)控，同時(shí)對氣流系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制。1、交互工作模式： 在主要的程序中，使用者可以根據(jù)指導(dǎo)發(fā)出信號來進(jìn)行具體步驟的操作2、LCD 平臺可以顯示系統(tǒng)工作的狀態(tài)，衡量輸入，輸出，計(jì)時(shí)器和運(yùn)行的數(shù)據(jù)等。3、嘀嘀聲用來提示重要警示，停止，開始和一些緊急情況的發(fā)生4、亮燈表示接通電源，和輸入，輸出狀態(tài)。4.2 安全性如果想正常運(yùn)行程序，必須保證每一個(gè)步驟都正確的執(zhí)行。更重要的是，應(yīng)該有預(yù)防運(yùn)行故障和問題的解決方法?？刂破魈峁┝诉@種可能性，通過使用兩個(gè)內(nèi)部虛擬線路同時(shí)運(yùn)行。他們可以重新啟動(dòng)程序，隨時(shí)恢復(fù)到程序的原有狀態(tài)。有兩個(gè)輸入端共同工作可以快速的運(yùn)行這些功能。4.3 接口程序運(yùn)行序列可以用控制器的接口來編程。一臺計(jì)算機(jī)的接口也可以用來升級使用程序。使用者能利用接口配置一連串定義序列的步驟位元組。但是也可以設(shè)計(jì)一個(gè)程序,利用可視資源為使用者翻譯所需要的信息。 但是，如果想聯(lián)結(jié)電腦接口和控制器，至少應(yīng)該有一個(gè)儀器來保證數(shù)據(jù)的可靠性。4.4 固件主要的線環(huán)是通過讀取EEPROM 記憶中的每一資訊步驟進(jìn)行工作。 在每個(gè)步驟中，系統(tǒng)的狀態(tài)被儲(chǔ)存，同時(shí)它也在顯示器上被顯示。根據(jù)使用者的構(gòu)造,它能利用分流或暫停應(yīng)付緊急線路情況來保證系統(tǒng)安全。5 電氣系統(tǒng)例子這種系統(tǒng)不只是適應(yīng)于特定的機(jī)器。它由四個(gè)主動(dòng)器組成。 主動(dòng)器 A，B 和C是兩倍的，只有D是單倍的。第一步，主動(dòng)器A開始運(yùn)行，并保持在一個(gè)特定的位置一直到一個(gè)循環(huán)的結(jié)束，如圖 5 所示它可以確定某一對象的下一運(yùn)動(dòng)。第二步，當(dāng)A完成了它的工作后，主動(dòng)器C連同B一起開始盡可能多的產(chǎn)生電流圈，并受B的運(yùn)行速度的限制，而B速度由一個(gè)流動(dòng)的控制活瓣管理。B和C是一起工作的主動(dòng)器的例子，當(dāng)B慢慢地推動(dòng)一個(gè)物體的時(shí)候，C有時(shí)則重復(fù)它的工作。 圖5 A，B，C，D 傳動(dòng)裝置時(shí)間曲線 第三步，當(dāng)B到達(dá)最后的位置時(shí)候，C停止立刻它的循環(huán)運(yùn)動(dòng)并且回到開始的位置。利用回旋的電流工作的主動(dòng)器 D連同返回來的C一起工作。第四步，主動(dòng)器D快速往返來回運(yùn)動(dòng)一次。D可以充當(dāng)一個(gè)工具，在物體上的表面上打洞。當(dāng)D返回開始的位置時(shí)候，A和B也同時(shí)返回，這是第五個(gè)步驟。圖 6 顯示了程序設(shè)計(jì)的第一部分。我們把每個(gè)步驟的所有運(yùn)行統(tǒng)稱為 2. (A+) 表示主動(dòng)器 A 向前推動(dòng)，而 (A-) 表示返回到開始的位置。 同時(shí)發(fā)生的運(yùn)動(dòng)在相同的步驟中被一起疊加。這個(gè)系統(tǒng)共有有五個(gè)步驟。圖6 A ,B ,C ,D 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)順序圖5和6所表現(xiàn)的系統(tǒng)運(yùn)行清楚的描述了所有序列。 利用他們我們可以用必需的邏輯語言設(shè)計(jì)整個(gè)的控制線路。但是現(xiàn)在還它還不是一個(gè)完整的系統(tǒng)，因?yàn)樗€缺少一些輔助設(shè)施（圖中沒有顯示）。 對于程序的最后運(yùn)行，這些輔助設(shè)施十分的重要，因?yàn)樗麄兡苁咕€路有更多的功能。他們中最重要的是連接在每一步驟中的平行線路。那一個(gè)線路能夠隨時(shí)停止序列而且將主動(dòng)器的狀態(tài)換成一個(gè)特定的位置。它可以重起系統(tǒng)或是應(yīng)付緊急情況。圖7和8顯示的是在沒有使用控制器的情況下會(huì)發(fā)生的一些結(jié)果。這些照片是控制線路的電圖表,包括感應(yīng)器，控制鍵和電的活瓣卷。 圖7 電氣圖表舉例圖8 電氣圖表舉例另外的一些輔助設(shè)施也包括在這個(gè)系統(tǒng)中，比如自動(dòng)機(jī)械/手動(dòng)調(diào)控器，他們可以使系統(tǒng)不斷的循環(huán)工作；兩個(gè)開始控制鍵，他們能讓操作員手動(dòng)控制系統(tǒng)的開始和停止，這樣就減少了發(fā)生意外事件的危險(xiǎn)。6 使用者變更例子規(guī)劃氣流線圈在前面已經(jīng)詳細(xì)說明過：它可以讓我們了解到控制一個(gè)系統(tǒng)所需要的條件，那就是在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中必須提供所有的功能設(shè)施。但是,如前面提到的那樣,使用一個(gè)PLC或特定的控制器，這種控制就變得比較容易的，而且系統(tǒng)的精密性也會(huì)提高。 表2所示的是控制上面提到的系統(tǒng)的必需設(shè)施。通過時(shí)間圖表，表2，和圖5和6描述了每一步驟的程序和系統(tǒng)的各個(gè)部件。這說明記錄所有步驟的運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖并把他們送給控制器 (表3和4所示)。使用傳統(tǒng)的PLC的，如圖7，8所示，在繪制接口處的電圖表時(shí)，要注意線路的邏輯。使用這種可編程的控制器，使用者必須知道運(yùn)行方法的觀念并且規(guī)劃每個(gè)步驟的結(jié)構(gòu)。 那就是說，使用傳統(tǒng)的PLC，使用者清楚各個(gè)操作之間的關(guān)系。一般情況下，使用者可以在接口上運(yùn)行一個(gè)模擬程序?qū)ふ疫壿嬌系腻e(cuò)誤同之前所述的一樣，新的編程允許每一步驟的結(jié)構(gòu)被分割。序列獨(dú)自被定義，但每一步驟只被輸入和輸出端描述。圖9 A ,B 傳動(dòng)裝置和傳感器圖10 C ,D 傳動(dòng)裝置和傳感器表 5 表現(xiàn)的是使用系統(tǒng)如何被儲(chǔ)藏在控制器里,這在前文中也詳細(xì)說明過。序列被 25個(gè)位元組所定義。這些位元組被分成5組，每一組描述系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)步驟。（圖 9 和 10）7 結(jié)論這種控制器是專門為這一項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的。它不需要為了獲取微控制器里的資源而安裝外部記憶器或外部的定時(shí)器。除了微控制器之外，只有少量的零部件執(zhí)行一些如輸出，輸入，類比輸入,顯示接口和連續(xù)運(yùn)行的情況等功能。單獨(dú)使用內(nèi)部記憶，我們可以控制一個(gè)有48個(gè)步驟的氣流系統(tǒng)，但是如果使用一個(gè)比較簡單的系統(tǒng)，就會(huì)達(dá)到60個(gè)步驟.控制器的變成不使用 PLC 語言，而是用一個(gè)比較簡單的和直覺的結(jié)構(gòu)。利用電氣系統(tǒng)，我們的項(xiàng)目應(yīng)用了相同的技術(shù)，但同時(shí)我們的設(shè)計(jì)更加直接。 一種非常簡單的機(jī)械語言能讓設(shè)計(jì)者用四或五個(gè)位元組定義步驟所有結(jié)構(gòu)構(gòu)成。這就要看他使用控制器的經(jīng)驗(yàn)如何了。這種控制器雖然不能和商業(yè)的 PLC 相比，但是它原本就是為特定的的目的而設(shè)計(jì)的，所以很難說哪一個(gè)好哪一個(gè)壞。總之，我們的這個(gè)系統(tǒng)是基于微控制器而設(shè)計(jì)，簡單快捷。Programmable designed for electro-pneumatic systems controllerThis project deals with the study of electro-pneumatic systems and the programmable controller that provides an effective and easy way to control the sequence of the pneumatic actuators movement and the states of pneumatic system. The project of a specific controller for pneumatic applications join the study of automation design and the control processing of pneumatic systems with the electronic design based on microcontrollers to implement the resources of the controller.1. IntroductionThe automation systems that use electro-pneumatic technology are formed mainly by three kinds of elements: actuators or motors, sensors or buttons and control elements like valves. Nowadays, most of the control elements used to execute the logic of the system were substituted by the Programmable Logic Controller (PLC). Sensors and switches are plugged as inputs and the direct control valves for the actuators are plugged as outputs. An internal program executes all the logic necessary to the sequence of the movements, simulates other components like counter, timer and control the status of the system. With the use of the PLC, the project wins agility, because it is possible to create and simulate the system as many times as needed. Therefore, time can be saved, risk of mistakes reduced and complexity can be increased using the same elements.A conventional PLC, that is possible to find on the market from many companies, offers many resources to control not only pneumatic systems, but all kinds of system that uses electrical components. The PLC can be very versatile and robust to be applied in many kinds of application in the industry or even security system and automation of buildings.Because of those characteristics, in some applications the PLC offers to much resources that are not even used to control the system, electro-pneumatic system is one of this kind of application. The use of PLC, especially for small size systems, can be very expensive for the automation project.An alternative in this case is to create a specific controller that can offer the exactly size and resources that the project needs 3, 4. This can be made using microcontrollers as the base of this controller. The controller, based on microcontroller, can be very specific and adapted to only one kind of machine or it can work as a generic controller that can be programmed as a usual PLC and work with logic that can be changed. All these characteristics depend on what is needed and how much experience the designer has with developing an electronic circuit and firmware for microcontroller. But the main advantage of design the controller with the microcontroller is that the designer has the total knowledge of his controller, which makes it possible to control the size of the controller, change the complexity and the application of it. It means that the project gets more independence from other companies, but at the same time the responsibility of the control of the system stays at the designer hands2. Electro-pneumatic systemOn automation system one can find three basic components mentioned before, plus a logic circuit that controls the system. An adequate technique is needed to project the logic circuit and integrate all the necessary components to execute the sequence of movements properly. For a simple direct sequence of movement an intuitive method can be used 1, 5, but for indirect or more complex sequences the intuition can generate a very complicated circuit and signal mistakes. It is necessary to use another method that can save time of the project, make a clean circuit, can eliminate occasional signal overlapping and redundant circuits. The presented method is called step-by-step or algorithmic 1, 5, it is valid for pneumatic and electro-pneumatic systems and it was used as a base in this work. The method consists of designing the systems based on standard circuits made for each change on the state of the actuators, these changes are called steps. The first part is to design those kinds of standard circuits for each step, the next task is to link the standard circuits and the last part is to connect the control elements that receive signals from sensors, switches and the previous movements, and give the air or electricity to the supply lines of each step. In Figs. 1 and 2 the standard circuits are drawn for pneumatic and electro-pneumatic system 8. It is possible to see the relations with the previous and the next steps. 3. The method applied inside the controller The result of the method presented before is a sequence of movements of the actuator that is well defined by steps. It means that each change on the position of the actuators is a new state of the system and the transition between states is called step. The standard circuit described before helps the designer to define the states of the systems and to define the condition to each change between the states. In the end of the design, the system is defined by a sequence that never chances and states that have the inputs and the outputs well defined. The inputs are the condition for the transition and the outputs are the result of the transition. All the configuration of those steps stays inside of the microcontroller and is executed the same way it was designed. The sequences of strings are programmed inside the controller with 5 bytes; each string has the configuration of one step of the process. There are two bytes for the inputs, one byte for the outputs and two more for the other configurations and auxiliary functions of the step. After programming, this sequence of strings is saved inside of a non-volatile memory of the microcontroller, so they can be read and executed. The controller task is not to work in the same way as a conventional PLC, but the purpose of it is to be an example of a versatile controller that is design for an specific area. A conventional PLC process the control of the system using a cycle where it makes an image of the inputs, execute all the conditions defined by the configuration programmed inside, and then update the state of the outputs. This controller works in a different way, where it read the configuration of the step, wait the condition of inputs to be satisfied, then update the state or the outputs and after that jump to the next step and start the process again. It can generate some limitations, as the fact that this controller cannot execute, inside the program, movements that must be repeated for some time, but this problem can be solved with some external logic components. Another limitation is that the controller cannot be applied on systems that have no sequence. These limitations are a characteristic of the system that must be analyzed for each application.4. Characteristics of the controller The controller is based on the MICROCHIP microcontroller PIC16F877 6,7 with 40 pins, and it has all the resources needed for this project .It has enough pins for all the components, serial communication implemented in circuit, EEPROM memory to save all the configuration of the system and the sequence of steps. For the execution of the main program, it offers complete resources as timers and interruptions. The list of resources of the controller was created to explore all the capacity of the microcontroller to make it as complete as possible. During the step, the program chooses how to use the resources reading the configuration string of the step. This string has two bytes for digital inputs, one used as a mask and the other one used as a value expected. One byte is used to configure the outputs value. One bytes more is used for the internal timer , the analog input or time-out. The EEPROM memory inside is 256 bytes length that is enough to save the string of the steps, with this characteristic it is possible to save between 48 steps （Table 1）.The controller (Fig.3) has also a display and some buttons that are used with an interactive menu to program the sequence of steps and other configurations.4.1. Interaction components For the real application the controller must have some elements to interact with the final user and to offer a complete monitoring of the system resources that are available to the designer while creating the logic control of the pneumatic system (Fig.3):Interactive mode of work; function available on the main program for didactic purposes, the user gives the signal to execute the step.LCD display, which shows the status of the system, values of inputs, outputs, timer and statistics of the sequence execution.Beep to give important alerts, stop, start and emergency. Leds to show power on and others to show the state of inputs and outputs. 4.2. Security To make the final application works property, a correct configuration to execute the steps in the right way is needed, but more then that it must offer solutions in case of bad functioning or problems in the execution of the sequence. The controller offers the possibility to configure two internal virtual circuits that work in parallel to the principal. These two circuits can be used as emergency or reset buttons and can return the system to a certain state at any time 2. There are two inputs that work with interruption to get an immediate access to these functions. It is possible to configure the position, the buttons and the value of time-out of the system. 4.3. User interface The sequence of strings can be programmed using the interface elements of the controller. A Computer interface can also be used to generate the user program easily. With a good documentation the final user can use the interface to configure the strings of bytes that define the steps of the sequence. But it is possible to create a program with visual resources that works as a translator to the user, it changes his work to the values that the controller understands. To implement the communication between the computer interface and the controller a simple protocol with check sum and number of bytes is the minimum requirements to guarantee the integrity of the data. 4.4. Firmware The main loop works by reading the strings of the steps from the EEPROM memory that has all the information about the steps. In each step, the status of the system is saved on the memory and it is shown on the display too. Depending of the user configuration, it can use the interruption to work with the emergency circuit or time-out to keep the system safety. In Fig.4,a block diagram of micro controller main program is presented.5. Example of electro-pneumatic system The system is not a representation of a specific machine, but it is made with some common movements and components found in a real one. The system is composed of four actuators. The actuators A, B and C are double acting and D-single acting. Actuator A advances and stays in specified position till the end of the cycle, it could work fixing an object to the next action for example (Fig. 5) , it is the first step. When A reaches the end position, actuator C starts his work together with B, making as many cycles as possible during the advancing of B. It depends on how fast actuator B is advancing; the speed is regulated by a flowing control valve. It was the second step. B and C are examples of actuators working together, while B pushes an object slowly, C repeats its work for some time.When B reaches the final position, C stops immediately its cycle and comes back to the initial position. The actuator D is a single acting one with spring return and works together with the back of C, it is the third step. D works making very fast forward and backward movement, just one time. Its backward movement is the fourth step. D could be a tool to make a hole on the object. When D reaches the initial position, A and B return too, it is the fifth step. Fig. 6 shows the first part of the designing process where all the movements of each step should be defined 2. (A+) means that the actuator A moves to the advanced position and (A) to the initial position. The movements that happen at the same time are joined together in the same step. The system has five steps. These two representations of the system (Figs. 5 and 6) together are enough to describe correctly all the sequence. With them is possible to design the whole control circuit with the necessary logic components. But till this time, it is not a complete system, because it is missing some auxiliary elements that are not included in this draws because they work in parallel with the main sequence. These auxiliary elements give more function to the circuit and are very important to the final application; the most important of them is the parallel circuit linked with all the others steps. That circuit should be able to stop the sequence at any time and change the state of the actuators to a specific position. This kind of circuit can be used as a reset or emergency buttons. The next Figs. 7 and 8 show the result of using the method without the controller. These pictures are the electric diagram of the control circuit of the example, including sensors, buttons and the coils of the electrical valves.The auxiliary elements are included, like the automatic/manual switcher that permit a continuous work and the two start buttons that make the operator of a machine use their two hands to start the process, reducing the risk of accidents. 6. Changing the example to a user program In the previous chapter, the electro-pneumatic circuits were presented, used to begin the study of the requires to control a system that work with steps and must offer all the functional elements to be used in a real application. But, as explained above, using a PLC or this specific controller, the control becomes easier and the complexity can be increase also. Table 2 shows a resume of the elements that are necessary to control the presented example. With the time diagram, the step sequence and the elements of the system described in Table 2 and Figs. 5 and 6 it is possible to create the configuration of the steps that can be sent to the controller (Tables 3 and 4). While using a conventional PLC, the user should pay attention to the logic of the circuit when drawing the electric diagram on the interface (Figs. 7 and 8), using the programmable controller, described in this work, the user must know only the concept o f the method and program only the configuration of each step.It means that, with a conventional PLC, the user must draw the relation between the lines and the draw makes it hard to differentiate the steps of the sequence. Normally, one needs to execute a simulation on the interface to find mistakes on the logic The new programming allows that the configuration of the steps be separated, like described by the method. The sequence is defined by itself and the steps are described only by the inputs and out