工作台自动往返运动

课 程 设 计 报 告课题名称 工作台自动往返控制姓 名 孙斌 学 号 201103120087 所在系 电子电气工程学院专业年级 电气自动化技术指导教师 李贤温 职 称 教授 2013年10月 10 日目录摘 要.1 Abstract.2 一、 绪论.3 二、 总体要求.4三、 操作要求.5 四、 整体方案.6 五、 设计内容.7 一) 机械部分各参数选.7 二) 确定步进电机的型号.7 三) 电气部分.9 六、 调试.15七、 结论.16 参考文献.17 致谢.18摘要中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。因此PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。我国工业企业的自动化程度普遍较低PLC产品有很大的应用空间如机械行业80以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。随着竞争的日益加剧越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制以提高企业的经济效益和竞争实力。 在自动化生产线上有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握。 关键词： PLC、自动化、顺序控制、工作台、 控制电路1AbstractChinese large and medium-sized businesses generally dopted advanced automated system for production process control but most small enterprises were not yet available 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 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 competitiveness. 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 only 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 circuit12一、绪论1.1课题背景在自动化生产线上有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现往返运动并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留以满足生产工艺要求。用PLC程序实现工作台自动往返顺序控制不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点而且程序设计方法多样便于不同层次设计人员的理解和掌握。本文以西门子S7-200 PLC为例提出基于工作台自动往返顺序控制的PLC程序设计方法。1.2课题意义对于现在的电气行业发展来说是具有非常深远的代表意义的，并且电气行业能够发展到现在的成果具有非常大的坎坷和困难，所以说如今的电气行业已经成为了时代的先锋，成为社会上很多行业发展的必备条件，贯穿着社会的生产和发展，并且给科学发展技术带来了巨大的影响，是典型的代表产业。自动化机器体系和机器人虽然在一定程度上可以代替人的体力劳动和脑力劳动，但它毕竟只是由各种机械、精密仪表、电子计算机、人工智能、传动装置等组装起来的机器，是生产资料。在生产过程中，这些生产资料作为生产的物的因素，只是转移自身的价值，即在生产商品的使用价值的同时，把自身的价值转移到新产品中去。它只是资本家获取剩余价值不可缺少的物质条件，是作为雇佣工人的劳动的“吸收器”发挥作用的，是生产剩余价值的手段。3二、总体要求 2.1 使用PLC实现工作台往返循环工作的控制。工作台前进及后退由步进电动机通过丝杠拖动。2.2点动控制能分别实现工作台前进和后退的点动控制。2.3自动循环控制单循环运行即工作台前进及后退一次循环后停止在原位碰到换向行程开光时不掩饰6次循环计数控制即工作台前进及后退1次1个循环每碰到换向行程开关时 停止3秒后再运行循环6次后停止在原位原位在SQ2处， 采用光栅尺实现工作台位置检测。2.4 自动循环控制线路为了使步进电动机的正反转控制与工作台的左右运动相配合在控制线路中设置了四个位置开关SQ1、SQ2、SQ3和SQ4并把它们安装在工作台需限位的地方。其中SQ1、SQ2被用来自动换接电动机正反转控制电路实现工作台 2 的自动往返行程控制SQ3、SQ4被用来作终端保护以防止SQ1、SQ2失灵工作台越过限定位置而造成事故。在工作台的T形槽 中装有两块挡铁挡铁1只能和SQ1、SQ3相碰撞挡铁2只能和SQ2、SQ4相碰撞。当工作台运动到所限位置时挡铁碰撞位置 开关使其触头动作自动换接电动机正反转控制电路通过机械传动机构使工作台自动往返运动。工作台行程可通过移动挡铁位置来调节拉开两块挡铁间的距离行程就短反之则短。自动循环控制线路如工作示意图所示。工作示意图4三、操作要求3.1点动控制的时候按下SB4 按钮工作台前进松开 SB4按钮工作台停止前进按下 SB5 按钮工作台后退松开SB5 按钮工作台停止后退。 3.2单循环运行当按下SB1时是正转启动当工作台压下 SQ1 时将 I0.5常闭断开I0.5常开闭合延时3秒钟执行单循环操作按下SB2效果一样只是开始的方向不同。 3.3 6次循环计数控制同时按下 SQ2、SB2执行 6 次自动循环过程。 5四、整体方案4.1机械部分由步进电动机经过传动链将动力源传递至丝杆丝杆与固定在工作台上的螺母配合完成工作台的直线运动当工作台运动至极限位置时触动限位开关限制工作台在一定的行程内工作起到保护工作台的作用。 4.2电气部分PLC初始值将初始值传递至步进电动机驱动控制器从而对步进电动机进行速度和方向的控制工作台在运动后主副光栅传感器的相对位移经过光电转换器产生微弱的模拟信量 4 再经过放大整形电路将其变成数字信号量便于PLC高速计数 模块的处理经高速计数模块处理后的信号PLC相匹配从而便于进行比较处理。工作方框图6五、设计内容 5.1机械部分各参数选择 工作台和运载物的重量：w2000N 工作台与丝杆的摩擦系数：=0.06 工作台速度：v=500mm/min丝杆导程 ：L=6 丝杆直径：d=30 丝杆总长度：L1=1000 5定位精度：0.02 5.2确定步进电机的型号 1、脉冲当量的选择 A脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离0.01mm/p 初选之相步进电动机的步距角0.75/1.5，当三相六拍运行时，步距角0.75，其每转的脉冲数S=360/0.75=480p/r步进电动机与丝杆间的传动比i=1.25 在步进电动机与丝杆之间加Z1=20,Z2=25模数m=2.5的一对齿轮。 2、等效负载转矩的计算 73、等效转动惯量计算 3.1丝杆转动惯量3.2 工作台的运动惯量3.3 大齿轮的转动惯量Jg2（大齿轮节圆直径62.5宽12）3.4 小齿轮的转动惯量Jg1（小齿轮节圆直径50 宽12）换算系列电机轴上的总转动惯Jl 换算到电动机轴上的总转动惯量JL 83.5 初选步进电动机型号 根据负载转矩TL=1.58NM和电动机总转动惯量JL=7.33*104选电动机型号为110BF003步进电动机，T max=8.1NM转子转动惯量Jm=4.7*104kgm 5.3电气部分 1、光栅的参数选择 热膨胀系数精度等级参考点1个在测量长度的中点位置处 增量信号TTL 栅距8m 插补5倍 信号周期0.8m 扫描频率250KHz 边缘间距a:0.175s 最高运动速度60m/s 位置检测零件和限位信号TTL输出信号无线路驱动器 电源9电气连接0.5m电缆带D-sub接头接口电子设备内置在接头中。 最大电缆长度增量信号30m;零位限位10m 振动55-2000Hz:2002/sm IES 60068-2-6 冲击11ms5002/sm IES 60068-2-6 工作温度0-50摄氏度 扫描头9g无连接电缆 接口电子设备140g 光栅尺0.8g0.08g/mm测量长度 编码器电缆37g/m 2.PLC2、 PLC控制部分 1）PLC的选择 PLC按结构分为整体型和模块型两类按应用环境分为现场安装和控制室安装两类按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定因此用户选择的余地较小用于小型控制系统模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数功能扩展方便灵活一般用于大中型控制系统。Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大最近几年其小型PLC的市场增长迅速已经与日本主要产品Mitsubishi和Omron在小型PLC领域取得了类似的市场地位。近年来由于具有明显的价格优势中国台湾的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲抢占了原来日本产品的一部分低端市场。本课程设计选用S7200 PLC型可编程控制器。 S7200 PLC型可编程控制器是德国西门子公司生产的一种小 型PLC是整体式结构。它有以下几个特征 1、定义掉电保护区 2、立即读写I/Q 3、设置停止模式下的输出值 4、对输入信号增加滤波器 5、捕捉窄脉冲 9 6、模拟点位器 7、高速I/Q2）PLC及步进电机接线图10PLC及步进电机接线图用S7-200 PLC控制步进电机正转与反转。把步进电机驱动器的D2设置为OFF即PU为步进脉冲信号DR为方向控制信号。PLC的Q0.0输出高速脉冲至步进电机驱动器的PU端Q0.1控制步进电机反转。3) I/O地址分配表114）自动往返工作台梯形图121314六、调试6.1、硬件调试 接通电源检查可编程控制器是否可以正常工作接头是否接触良好然后把其与电脑的通信口连接。6.2软件调试 按要求输入梯形图转换成指令表并进行语法的检查正确后设置正确的通信口将指令读入到指定的可编程控制器ROM进行下一步的调试。63运行调试 在硬件与软件调试正确的基础上打开可编程控制器的“RUN”开关进行调试观察运行的情况是否正确以确定PLC的控制系统设计符合要求。 15七、结论 本系统主要以PLC为核心利用PLC的强大的控制功能实现了利用可编程控制器控制变频调速恒压供水的功能具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当系统的功能增加时硬件接线上只需增加行程开关输入信号。原来的接线不需改变软件上只需增加相应程序以及输出的功能要改动的地方也较少。调试结果表明在适应性、精确性和可靠性方面到达到了设计的要求表明该设计方案是可行的。 通过本设计我学习到了很多东西在工作的细心上也得到了提高。并且更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计使我了解到老师的用心良苦并且从老师那学到了很多宝贵的东西。16参考文献1 余江李伟洪沈小云. 基于PLC的X-Y数控工作台控制系统设计.广东广东海洋大学工程学院2010. 2 戴明宏主编. 电器控制与PLC应用.M.北京:北京航空航天大学出版社2007. 3 宫淑贞. 可编程序控制器原理与应用M. 人民邮电出版社 2004. 4 李树雄.可编程序控制器原理及应用.北京:北京航空航天大学出版社2003. 5 鲁远栋. PLC 机电控制系统应用设计技术M . 北京: 电子工业出版社.2002. 6张进秋.可编程控制器原理及应用实例.北京机械工业出版社2004. 7钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京人民邮电出版社2004. 8戴仙金等.西门子S7-200系列PLC应用与开发.北京中国水利水电出版社2007.17致谢本课题在选题及进行过程中得到李贤温老师的悉心指导设计过程中李老师多次帮助我分析思路开拓视角在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。李老师严谨求实的治学态度踏实坚韧的工作精神将使我终生受益。在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。18