毕业设计（论文）-基于PLC的冲孔加工机控制系统.doc

毕 业 设 计（论文） 任 务 书 学生姓名：学号： 年 级：专业： 班 级：系部：毕业设计论文题目：基于PLC的冲孔加工机控制系统完成日期：设计地点：指导教师：系部负责人：发任务书日期： 毕业设计（论文）任务内容一、设计内容：1对本课题的总体介绍：传统的自动控制系统由继电器接触器控制组成，存在故障多、可靠性差、工作寿命短、不易检修等缺点。随着PLC的普及和完善，以及PLC本身所具有的高可靠性、易编程修改的特点，在自动控制系统中应用取得了良好的效果。基于PLC的冲孔加工机控制系统示意图如下所示。系统由5个流程组成：复位流程，清除残余工件；工件补充流程，根据有无工件控制传送带的启停；冲孔流程，根据冲孔位置有无工件控制冲孔机是否实施冲孔加工；测孔流程，检测孔加工是否合格，由此判断工件的处理方式；搬运流程，将合格工件送入包装箱。因为只有一个放在工件补充位置的PH0来侦测工件的有无，而另外的钻孔、测孔及搬运位置并没有其他传感装置，那么应如何得知相应位置有无工件呢？本题所使用的方式是为工件补充、钻孔、测孔及搬运设置4个标志，即M10-M13。当PH0侦测到传送带送来的工件时，则设定M10为1，当转盘转动后，用左移指令将M10-M13左移一个位元，亦即M11为1,钻孔机因此标志为1而动作。其他依此类推，测孔机依标志M12动作、包装搬运依M13动作。2主要内容：工件的补充、冲孔、测试及搬运可同时进行。工件的补充由传送带（电机M0驱动）送入。工件的搬运分合格品及不合格品两种，由测孔部分判断。若测孔机在设定时间内能测孔到底（MS2 ON），则为合格品，否则即为不合格品。不合格品在测孔完毕后，由A缸抽离隔离板，让不合格的工件自动掉入废料箱；若为合格品，则在工件到达 搬运点后，由B缸抽离隔离板，让合格的工件自动调入包装箱。3. 对完成课题内容的具体要求：根据控制要求编写毕业论文，内容包括：设计过程和有关说明。PLC硬件配置电路。PLC状态转移图。PLC控制程序(梯形图和指令表)，用仿真软件和编程软件将程序录入计算机并进行模拟调试。其他说明（如设计过程中遇到的问题及解决方法、对课程设计的心得等）。二、时间安排与要求：序号日期（起止周数）设计（论文）工作进度17月2日7月15日收集相关资料及有关专利文献。27月16日7月31日编制电气控制总体方案。38月1日8月15日PLC硬件配置电路。48月16日8月31日PLC状态转移图。PLC控制程序(梯形图和指令表)，用仿真软件和编程软件将程序录入计算机并进行模拟调试。59月1日9月20日毕业论文撰写。三、其他需要说明的的事项：毕业设计（论文）撰写内容与格式要求必须严格按照学院教务处规定的格式执行(分别详见附件2和3)。在设计过程中,同学们要以严谨的科学态度，求实创新的精神,独立地保质保量完成毕业设计任务。注：任务书由指导教师填写摘要随着计算机工业控制技术的不断发展，计算机监控技术日趋完善，PLC（Programmable logic controller程序逻辑控制）工业控制系统为各式各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，其主要原因在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案。基于冲孔加工程序流程的特殊性，PLC在自动加工行业中逐渐使用。传统的冲孔加工系统是由工人将工件一件一件放置在冲孔模具上，然后冲压机动作完成冲孔，工人在取出工件。该方法结构简单，但效率低，成本高，易发生事故。随着PLC的普及和完善，以及PLC本身所具有的高可靠性、易编程修改的特点，在自动控制系统中应用取得了良好的效果。本文以冲孔加工机自动控制系统通过PLC控制来实现工件补充，气压冲孔，测控与工件搬运四大功能来提高生产效率，降低生产成本。具体为控制运送工件的传送带的启停，根具冲孔位置有无工件控制冲孔机是否实施冲孔加工，检测孔加工是否合格，由此判断工件的处理方式以及将不合格工件放入废料箱，将合格工件放入包装箱。关键词：PLC控制、冲孔加工系统、自动控制目录1 引言11.1 PLC的发展前景11.2 PLC的结构12 本设计的任务描述22.1工作内容22.2 功能分析32.3 整个流程的I/O分配表42.4 原点复位流程52.5 工件补充流程62.6 气压冲孔流程62.7 测孔流程72.8 工件搬运流程82.9 整个控制系统的顺序功能图82.10 PLC的冲孔加工机控制系统梯形图102.10.1 PLC的冲孔加工机控制系统梯形图的编制102.10.2 PLC的冲孔加工机控制系统程序的编制132.10.3 PLC的冲孔加工机控制系统仿真效果图163 总结204 致谢215 参考文献221 引言1.1 PLC的发展前景 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它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。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）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司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）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。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3040%。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，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。PLC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。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1.2 PLC的结构 从结构上分，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。CPU的构成:CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。I/O模块：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。1.6 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。2 本设计的任务描述2.1工作内容a) 工件的补充、冲孔、测孔以及搬运可同时进行。b) 工件的补充由传送带（电机M0驱动）送入。c) 工件的搬运分合格品和不合格品两种，其合格与不合格由测孔不分判断完成。若测孔机在规定时间内能测孔到底（MS2为ON）则为合格品，否则为不合格品。d) 不合格品在测孔完毕后，由A缸抽离隔离板，不合格的工件掉入废料箱；合格品在检测完毕后，B缸抽离隔离板，合格品掉入包装箱。e) 工作图 （见图 1-1） 图 1-1 冲孔加工机工作图2.2 功能分析a) 系统由5个流程组成，复位工程，清除残余工件，工工件补充流程，根据有无工件控制传送带的启停，冲孔流程，根据判断冲孔位置有无工件控制冲孔机是否实施冲孔加工，测孔流程，检查孔加工是否合格，检查方式为如果在规定时间内测孔机能测孔到底，则该工件为合格品，否则为不合格品。然后将合格品放入包装箱，不合格品放入废料箱。b) 本设计将工件补充，冲孔，测孔以及搬运设置为4个标志，即M10-M13。当PH0检测到传送带送来的工件时，则设定M10的值为1当转盘转动后，左移指令将M10-M13左移一个位元，即M11为1，因此钻孔机标志为1时动作，当M12为1时测孔机动作，当M13为1时，进行包装搬运。c) 工件搬运流程：当传送带传送后在两种情况下动作才会结束，一是PH0测得工件已补入，二是设定时间到后PH0仍未检测到工件。d) 冲孔流程：当M11为1时，表示冲孔机位置有工件，此时冲孔机动作，开始冲孔。冲孔完成后，MS0为ON，冲孔机退回，直到MS1为ON时，冲孔机停止退回。e) 测孔流程：当M12为1时，表示测孔机位置有工件。此时测孔机动作，进行测孔。若在规定时间内测孔到底，即MS2为ON，表示该工件为合格品，则测孔流程结束，将工件送到包装箱；若在规定时间内没有测孔到底，则说明冲孔过程失败，此工件为不合格品。此时需要做以下动作：f) 清除工件g) 驱动A缸抽动隔离板，将不合格品放入废料箱。并延时一段时间，确保工件掉入废料箱。h) 工件搬运流程：当M13为1时表示搬运位置有工件，此时B缸动作，抽离隔板，工件掉入包装箱，并延时一段时间，以确保工件掉入包装箱。2.3 整个流程的I/O分配表整个流程的I/O分配表输入输出输入继电器作用输出继电器作用X000STOP按钮Y000M0X001START按钮Y001M1X002PH0Y002A缸X003PH1Y003B缸X004MS0Y004冲孔X0005MS1Y005测孔X006MS2X007MS3 表1-1整个流程的I/O分配表2.4 原点复位流程（见图1-2） 图 1-2 原点复位流程此流程是清除工作台上的残余零件，确保补充工件之前已将残余的工件清除不影响工作的正常进行。2.5 工件补充流程（见图1-3） 图1-3工件补充流程此流程是将手工填充的工件通过传送带运送到工作台上。2.6 气压冲孔流程（见图1-4） 图 1-4气压冲孔流程此流程是如果检测到有工件需要冲孔，冲孔机将进行冲孔动作。2.7 测孔流程（见图1-5） 图 1-5气压冲孔流程此流程是检测被冲孔的工件是否合格，并将合格与不合格的工件进行分类处理。2.8 工件搬运流程（见图1-6） 图 1-6工件搬运流程将冲孔合格的工件搬运到包装箱。2.9 整个控制系统的顺序功能图（见图1-7） 图 1-7整个控制系统的顺序功能图2.10 PLC的冲孔加工机控制系统梯形图2.10.1 PLC的冲孔加工机控制系统梯形图的编制根据题目所给要求，合理选用器件，编制合理的梯形图，以达到预期效果，实现PLC的冲孔加工机控制系统的自动控制，梯形图编制（见图1-8）图 1-8 PLC的冲孔加工机控制系统梯形图2.10.2 PLC的冲孔加工机控制系统程序的编制根据所编制的正确梯形图，写出PLC的冲孔加工机控制系统的程序。程序如下：（见图1-9） 见图1-9 PLC的冲孔加工机控制系统的程序2.10.3 PLC的冲孔加工机控制系统仿真效果图（见图1-10）图1-10 PLC的冲孔加工机控制系统仿真效果图3 总结本次课程设计对我受益匪浅，让我系统性地认识和全面地掌握了也全面地掌握了PLC编程和调试技术，对plc梯形图、指令表、外部接线图及PLC设计原理有了更深入的了解。让我将平常学的PLC编程及应用方法学以致用，使我的PLC编程能力有了很大提高和进步，让我对PLC应用有了深入细致的了解。也对ProE软件技术的应用，对其基本概述、基本2D草图绘制（草绘模式、基本几何图形绘制、草图的编辑、草图的几何约束操作、尺寸标注与修改）、基本实体特征绘制（新建零件文件操作方法、拉伸、旋转、扫描、混合等特征的操作）、基准特征的应用（基准平面、基准轴、基准点、基准坐标系、基准曲线）、工程图特征的设计（孔、筋、圆角、倒角、拔模）、特征的操作（特征的删除、隐含与恢复、插入、修改与定义、复制、阵列、图层的操作）、高级实体特征的应用（可变剖面扫描特征、扫描混合特征、螺旋扫描特征）、曲面特征的应用（基本曲面特征的应用、边界混合曲面特征，曲面特征编辑、曲面的实体化），零件装配设计（装配约束类型、基本操作、编辑操作）、及PROE工程图（基本操作、工程图环境变量、图框格式与标题栏、工程图的详细操作）的基本操作等有了更深入的了解。也让我了解了关于更多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。同时遇到问题要和同学互相讨论交流。让我将平常学的基本技能及应用方法学以致用，使我的综合应用能力有了很大提高和进步。 首先，寻找有关的资料和课题并且研究设计方案，进行设计的总体规划，理清课程设计思路，但是将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中，难免会出现一些错误，这就需要在进行设计的过程中利用所掌握的知识认真排查错误原因，多方面的思考问题，不断地改正自己的设计不足之处和错误。其次，运用所学的知识对设计零件进行优化设计，最后进行合理的装配，得到所需最终设计的产品。对于机床电器控制，对硬件电路的工作原理和可编程知识的掌握是进行下一步的软件设计的关键。进入设计方案和具体的编程与调试运行阶段，在这个阶段中，对系统的需求分析和如何采用模块化设计思想是设计方案主要解决的问题。在没有任何有价值的参考资料的情况下，通过不断地设计尝试和反复地设计调试初步解决了问题。4 致谢随着片片枫叶的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在整个的设计中我更加了解到了：什么是毕业论文？毕业论文就是高等院校毕业生提交的一份有一定的学术价值的文章。它是大学生完成学业的标志性作业，是对学习成果的综合性总结和检阅，是大学生从事科学研究的最初尝试，是在教师指导下所取得的科研成果的文字记录，也是检验学生掌握知识的程度、分析问题和解决问题基本能力的一份综合答卷。大学生撰写毕业论文的目的：主要有两个方面；一是对学生的知识相关能力进行一次全面的考核。二是对学生进行科学研究基本功的训练，培养学生综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文打下良好的基础。在此要感谢我的指导老师张彦对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富。水木机电，春风化雨，教我育我，终生难忘！5 参考文献（1）廖常出 可编程序控制器应用技术（第五版）（2）张汉兵，叶伯生，杨道善 数控系统中内嵌式PLC梯形图编程的软件实现.组合机床与自动化加工技术，2001( 12): 26-28（3）周峰， 王新华等 软PLC编辑系统的设计与实现.计算机工程程与应用，2005 (7): 111113（4）张运波 PLC梯形图设计中的关键技术. （5）辛舟 PLC 控制侧窗自动冲孔模设计 机械与电子,2005(10): 53-54（6）薛东彬, 王浩钢. 基于PLC 的票据自动冲孔机控制系统设计 自动化技术与应用, 2005, 24(11): 43-45.（7）宋曲家 筛板冲孔自动送料装置设计（硕士论文）（8）梅丽凤，杜丽芬，陈英辉，赵越岭 双头冲孔机PLC控制系统的设计与实现辽宁工业大学学报(自然科学版)（9）王敏，孙继武，杜华 基于PLC的普通车床控制系统改造 长春工程学院学报（10）李炽岚机床数控系统PLC编辑器的设计（硕士论文）