工作臺(tái)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)

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1、 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 課題名稱 工作臺(tái)自動(dòng)往返控制 姓 名 孫斌 學(xué) 號(hào) 201103120087 所在系 電子電氣工程學(xué)院專業(yè)年級(jí) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 指導(dǎo)教師 李賢溫 職 稱 教授 2013年10月 10 日 目錄 摘 要........................................................................

2、..........................1 Abstract..................................................................................................2 一、 緒論...................................................3 二、 總體要求...........................................4 三、 操作要求..........................................

3、.5 四、 整體方案...........................................6 五、 設(shè)計(jì)內(nèi)容...........................................7 一) 機(jī)械部分各參數(shù)選..................................7 二) 確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)................................7 三) 電氣部分..................................................9 六、 調(diào)試......................

4、.........................15 七、 結(jié)論...................................................................................16 參考文獻(xiàn).....................................................................................17 致謝..................................................................................

5、..........18 摘要 中型企業(yè)普遍采用了先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制但絕大部分小型企業(yè)尚未應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)和產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。因此PLC在我國(guó)的應(yīng)用潛力遠(yuǎn)沒有得到充分發(fā)揮。我國(guó)工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度普遍較低PLC產(chǎn)品有很大的應(yīng)用空間如機(jī)械行業(yè)80以上的設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進(jìn)行控制。隨著競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇越來越多的小型企業(yè)將采用經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的自動(dòng)化產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。 在自動(dòng)化生產(chǎn)線上有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺(tái)需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)并且有的還要求在某些位置有一定的時(shí)間停留以滿足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程

6、序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)料工作臺(tái)自動(dòng)往返順序控制不僅具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易、方便、可靠性高等特點(diǎn)而且程序設(shè)計(jì)方法多樣便于不同層次設(shè)計(jì)人員的理解和掌握。 關(guān)鍵詞： PLC、自動(dòng)化、順序控制、工作臺(tái)、 控制電路 1 Abstract Chinese large and medium-sized businesses generally dopted advanced automated system for production process control but most small enterprises were not yet available

7、 automation system and products to the production process control. Therefore PLC application in our country is far from potential into full play. Our industrial enterprise automation degree is generally low and the application of PLC products have very big space such as mechanical industry more than

8、 80 of the device is still using traditional relays and contactor controlling. As more and more fierce market competition more and more small businesses will adopt economic and practical automation products on production process control in order to improve the economic benefit of enterprise and comp

9、etitiveness. according to certain order the realization of automatic round-trip sport and some still requirements in some places have certain time stays to meet the production process requirements. With PLC program realization shipped materials workbench automatic round-trip sequence control not onl

10、y has the program design of simple and easy convenient the reliability high characteristic and the program design methods are various facilitate different levels design personnel understanding and mastering. Keywords ：Programmable Logic Controller，automation，sequence control，table, control circui

11、t 1 2 一、緒論 1.1課題背景 在自動(dòng)化生產(chǎn)線上有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺(tái)需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)并且有的還要求在某些位置有一定的時(shí)間停留以滿足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)往返順序控制不僅具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易、方便、可靠性高等特點(diǎn)而且程序設(shè)計(jì)方法多樣便于不同層次設(shè)計(jì)人員的理解和掌握。本文以西門子S7-200 PLC為例提出基于工作臺(tái)自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)方法。 1.2課題意義 對(duì)于現(xiàn)在的電氣行業(yè)發(fā)展來說是具有非常深遠(yuǎn)的代表意義的，并且電氣行業(yè)能夠發(fā)展到現(xiàn)在的成果具有非常大的坎坷和困難，所以說如今的電氣行業(yè)已經(jīng)成為了時(shí)代的先鋒，成為社會(huì)

12、上很多行業(yè)發(fā)展的必備條件，貫穿著社會(huì)的生產(chǎn)和發(fā)展，并且給科學(xué)發(fā)展技術(shù)帶來了巨大的影響，是典型的代表產(chǎn)業(yè)。 自動(dòng)化機(jī)器體系和機(jī)器人雖然在一定程度上可以代替人的體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)，但它畢竟只是由各種機(jī)械、精密儀表、電子計(jì)算機(jī)、人工智能、傳動(dòng)裝置等組裝起來的機(jī)器，是生產(chǎn)資料。在生產(chǎn)過程中，這些生產(chǎn)資料作為生產(chǎn)的物的因素，只是轉(zhuǎn)移自身的價(jià)值，即在生產(chǎn)商品的使用價(jià)值的同時(shí)，把自身的價(jià)值轉(zhuǎn)移到新產(chǎn)品中去。它只是資本家獲取剩余價(jià)值不可缺少的物質(zhì)條件，是作為雇傭工人的勞動(dòng)的“吸收器”發(fā)揮作用的，是生產(chǎn)剩余價(jià)值的手段。 3 二、總體要求 2.1 使用PLC實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)往返

13、循環(huán)工作的控制。工作臺(tái)前進(jìn)及后退由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過絲杠拖動(dòng)。 2.2點(diǎn)動(dòng)控制能分別實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)前進(jìn)和后退的點(diǎn)動(dòng)控制。 2.3自動(dòng)循環(huán)控制單循環(huán)運(yùn)行即工作臺(tái)前進(jìn)及后退一次循環(huán)后停止在原位碰到換向行程開光時(shí)不掩飾6次循環(huán)計(jì)數(shù)控制即工作臺(tái)前進(jìn)及后退1次1個(gè)循環(huán)每碰到換向行程開關(guān)時(shí) 停止3秒后再運(yùn)行循環(huán)6次后停止在原位原位在SQ2處， 采用光柵尺實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位置檢測(cè)。 2.4 自動(dòng)循環(huán)控制線路為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制與工作臺(tái)的左右運(yùn)動(dòng)相配合在控制線路中設(shè)置了四個(gè)位置開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3和SQ4并把它們安裝在工作臺(tái)需限位的地方。其中SQ1、SQ2被用來自動(dòng)換接電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)

14、2 的自動(dòng)往返行程控制SQ3、SQ4被用來作終端保護(hù)以防止SQ1、SQ2失靈工作臺(tái)越過限定位置而造成事故。在工作臺(tái)的T形槽 中裝有兩塊擋鐵擋鐵1只能和SQ1、SQ3相碰撞擋鐵2只能和SQ2、SQ4相碰撞。當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到所限位置時(shí)擋鐵碰撞位置 開關(guān)使其觸頭動(dòng)作自動(dòng)換接電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)行程可通過移動(dòng)擋鐵位置來調(diào)節(jié)拉開兩塊擋鐵間的距離行程就短反之則短。自動(dòng)循環(huán)控制線路如工作示意圖所示。工作示意圖 4 三、操作要求 3.1點(diǎn)動(dòng)控制的時(shí)候按下SB4 按鈕工作臺(tái)前進(jìn)松開 SB4按鈕工作臺(tái)停止前進(jìn)按下 SB5 按鈕工作臺(tái)后退松開SB5 按鈕工作臺(tái)停止后退

15、。 3.2單循環(huán)運(yùn)行當(dāng)按下SB1時(shí)是正轉(zhuǎn)啟動(dòng)當(dāng)工作臺(tái)壓下 SQ1 時(shí)將 I0.5常閉斷開I0.5常開閉合延時(shí)3秒鐘執(zhí)行單循環(huán)操作按下SB2效果一樣只是開始的方向不同。 3.3 6次循環(huán)計(jì)數(shù)控制同時(shí)按下 SQ2、SB2執(zhí)行 6 次自動(dòng)循環(huán)過程。 5 四、整體方案 4.1機(jī)械部分由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過傳動(dòng)鏈將動(dòng)力源傳遞至絲桿絲桿與固定在工作臺(tái)上的螺母配合完成工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)至極限位置時(shí)觸動(dòng)限位開關(guān)限制工作臺(tái)在一定的行程內(nèi)工作起到保護(hù)工作臺(tái)的作用。 4.2電氣部分PLC初始值將初始值傳遞至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器從而

16、對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度和方向的控制工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)后主副光柵傳感器的相對(duì)位移經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生微弱的模擬信量 4 再經(jīng)過放大整形電路將其變成數(shù)字信號(hào)量便于PLC高速計(jì)數(shù) 模塊的處理經(jīng)高速計(jì)數(shù)模塊處理后的信號(hào)PLC相匹配從而便于進(jìn)行比較處理。 工作方框圖 6 五、設(shè)計(jì)內(nèi)容 5.1機(jī)械部分各參數(shù)選擇 工作臺(tái)和運(yùn)載物的重量：w2000N 工作臺(tái)與絲桿的摩擦系數(shù)：=0.06 工作臺(tái)速度：v=500mm/min 絲桿導(dǎo)程 ：L=6㎜ 絲桿直徑：d=30㎜ 絲桿總長(zhǎng)度：L1=1000㎜ 5 定位精度：0.02㎜ 5.2確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào) 1、

17、脈沖當(dāng)量的選擇 A脈沖當(dāng)量：一個(gè)指令脈沖使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離0.01mm/p 初選之相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.75/1.5，當(dāng)三相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角0.75，其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)S=360/0.75=480p/r 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲桿間的傳動(dòng)比i=1.25 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲桿之間加Z1=20,Z2=25模數(shù)m=2.5的一對(duì)齒輪。 2、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 7 3、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 3.1絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3.2 工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)慣量 3.3 大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg2（大齒輪節(jié)圓直徑62.5㎜寬12㎜） 3.4 小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg1（小齒輪節(jié)圓直徑50㎜ 寬12

18、㎜） 換算系列電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣Jl 換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL 8 3.5 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào) 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=1.58NM和電動(dòng)機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL=7.33*104選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BF003步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，T max=8.1NM轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=4.7*104kgm 5.3電氣部分 1、光柵的參數(shù)選擇 熱膨脹系數(shù) 精度等級(jí) 參考點(diǎn)1個(gè)在測(cè)量長(zhǎng)度的中點(diǎn)位置處 增量信號(hào)TTL 柵距8m 插補(bǔ)5倍 信號(hào)周期0.8m 掃描頻率250KHz 邊緣間距a:0.175s 最高運(yùn)動(dòng)速度60m/s 位置檢測(cè)零件和限位信

19、號(hào)TTL輸出信號(hào)無線路驅(qū)動(dòng)器 電源 9 電氣連接0.5m電纜帶D-sub接頭接口電子設(shè)備內(nèi)置在接頭中。 最大電纜長(zhǎng)度增量信號(hào)30m;零位限位10m 振動(dòng)55-2000Hz:2002/sm IES 60068-2-6 沖擊11ms5002/sm IES 60068-2-6 工作溫度0-50攝氏度 掃描頭9g無連接電纜 接口電子設(shè)備140g 光柵尺0.8g0.08g/mm測(cè)量長(zhǎng)度 編碼器電纜37g/m 2.PLC 2、 PLC控制部分 1）PLC的選擇 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位

20、、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定因此用戶選擇的余地較小用于小型控制系統(tǒng)模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)功能擴(kuò)展方便靈活一般用于大中型控制系統(tǒng)。Siemens在推出新一代小型PLC產(chǎn)品S7200后其價(jià)格與日本產(chǎn)品相差不大最近幾年其小型PLC的市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速已經(jīng)與日本主要產(chǎn)品Mitsubishi和Omron在小型PLC領(lǐng)域取得了類似的市場(chǎng)地位。近年來由于具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)中國(guó)臺(tái)灣的部分PLC廠商在小型PLC領(lǐng)域發(fā)展勢(shì)頭十分強(qiáng)勁搶占了原來日本產(chǎn)品的一部分低端市場(chǎng)。本課程設(shè)

21、計(jì)選用S7—200 PLC型可編程控制器。 S7—200 PLC型可編程控制器是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種小 型PLC是整體式結(jié)構(gòu)。它有以下幾個(gè)特征 1、定義掉電保護(hù)區(qū) 2、立即讀寫I/Q 3、設(shè)置停止模式下的輸出值 4、對(duì)輸入信號(hào)增加濾波器 5、捕捉窄脈沖 9 6、模擬點(diǎn)位器 7、高速I/Q 2）PLC及步進(jìn)電機(jī)接線圖 10 PLC及步進(jìn)電機(jī)接線圖 用S7-200 PLC控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。把步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的D2設(shè)置為OFF即PU為步進(jìn)脈沖信號(hào)DR為方向控制信號(hào)。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的PU端Q0.1控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 3) I/O地址分

22、配表 11 4）自動(dòng)往返工作臺(tái)梯形圖 12 13 14 六、調(diào)試 6.1、硬件調(diào)試 接通電源檢查可編程控制器是否可以正常工作接頭是否接觸良好然后把其與電腦的通信口連接。 6.2軟件調(diào)試 按要求輸入梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表并進(jìn)行語法的檢查正確后設(shè)置正確的通信口將指令讀入到指定的可編程控制器ROM進(jìn)行下一步的調(diào)試。 6．3運(yùn)行調(diào)試 在硬件與軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上打開可編程控制器的“RUN”開關(guān)進(jìn)行調(diào)試觀察運(yùn)行的情況是否正確以確定PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合要求。

23、 15 七、結(jié)論 本系統(tǒng)主要以PLC為核心利用PLC的強(qiáng)大的控制功能實(shí)現(xiàn)了利用可編程控制器控制變頻調(diào)速恒壓供水的功能具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)的功能增加時(shí)硬件接線上只需增加行程開關(guān)輸入信號(hào)。原來的接線不需改變軟件上只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能要改動(dòng)的地方也較少。調(diào)試結(jié)果表明在適應(yīng)性、精確性和可靠性方面到達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。 通過本設(shè)計(jì)我學(xué)習(xí)到了很多東西在工作的細(xì)心上也得到了提高。并且更了解了有關(guān)可編程控制器的功能。我選擇這個(gè)設(shè)計(jì)也是為了彌補(bǔ)以前學(xué)習(xí)上的不足。這次設(shè)計(jì)使我了解到老師的用心良苦并且從老師那學(xué)到了很多寶貴的東西。

24、 16 參考文獻(xiàn) 1 余江李偉洪沈小云. 基于PLC的X-Y數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).廣東廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院2010. 2 戴明宏主編. 電器控制與PLC應(yīng)用.M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社2007. 3 宮淑貞. 可編程序控制器原理與應(yīng)用M. 人民郵電出版社 2004. 4 李樹雄.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京:北京航空航天大學(xué)出版社2003. 5 魯遠(yuǎn)棟. PLC 機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)M . 北京: 電子工業(yè)出版社.2002. 6張進(jìn)秋.可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例.北京機(jī)械工業(yè)出版社2004. 7欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例.北京人民郵電出版社2004. 8戴仙金等.西門子S7-200系列PLC應(yīng)用與開發(fā).北京中國(guó)水利水電出版社2007. 17 致謝 本課題在選題及進(jìn)行過程中得到李賢溫老師的悉心指導(dǎo)設(shè)計(jì)過程中李老師多次幫助我分析思路開拓視角在我遇到困難想放棄的時(shí)候給予我最大的支持和鼓勵(lì)。李老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神將使我終生受益。在此謹(jǐn)向李老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 18