PLC課程設(shè)計基于PLC的汽車頂蓋接龍門式三面雙點焊接設(shè)備位置速度控制系統(tǒng)

1、 目 錄序言2第一章基于plc的汽車頂蓋接龍門式三面雙點焊接設(shè)備位置速度控制系統(tǒng)概敘1.1 系統(tǒng)設(shè)計目的31.2 模型設(shè)計要求31.3 課題設(shè)計分析3第二章plc概述2.1 plc的命名與定義 42.2 plc的主要特點、分類和應(yīng)用范圍 42.3 plc的發(fā)展趨勢 5第三章模擬系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 硬件結(jié)構(gòu)介紹 6 3.2 輸入元件和輸出元件的型號的選擇 73.3 i/o口分配及硬件連接圖 7第四章模擬系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 梯形圖 84.2 程序分析114.3 指令表12第五章模擬實驗的調(diào)試 5.1 準備工作 13 5.2 程序調(diào)試 13總結(jié) 14參考文獻 15序言可編程控制器(plc)是以微處理

2、器為核心的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術(shù)結(jié)合在一起,具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點,因此近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用?？删幊炭刂破?plc)可以通過變更程序來控制自動化機械，因為它和傳統(tǒng)工業(yè)布線相比具有多項的優(yōu)點，現(xiàn)今的自動機械控制工程師對可編程控制器更是愛不釋手?？删幊炭刂破鞯氖褂寐矢?、實用性強，所以現(xiàn)在從職業(yè)學(xué)校到技術(shù)學(xué)院或大學(xué)，有相當多的院系均開有可編程控制器這門課?？删幊绦蚩刂破鞯膽?yīng)用技術(shù)是一門實踐性很強的學(xué)科, 實踐環(huán)節(jié)至關(guān)重要,只有通過做實驗進行實際操作,才能學(xué)通學(xué)透可編程序控制器技術(shù)。為了提高學(xué)生就業(yè)能力和

3、培養(yǎng)學(xué)生基本素質(zhì)方面起到很重要的作用。該課程設(shè)計重點突出了機電相互配合的基本概念、基本方式，課程設(shè)計步驟與工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試所需工作基本一致。做課程設(shè)計，就是做工程。工程中生產(chǎn)設(shè)備需要機電配合調(diào)試，電氣工程師首先要了解機械性能、了解檢測方式、收集原始數(shù)據(jù)，然后才能確定程序。機電配合中的速度與位置控制問題，位置檢測的精度、速度切換的級數(shù)、工作效率的提高，這些經(jīng)驗都可以通過課程設(shè)計獲得。本說明書主要介紹用可編程序控制器（plc）進行控制設(shè)計，本課程設(shè)計課題為“基于plc的汽車頂蓋接龍門式單面雙點焊接設(shè)備位置速度控制設(shè)計”，其中包括熟悉行程開關(guān)、接近開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器、相對認址器、絕對認址

4、器、異步電動機等電氣元件，也適合熟悉機械零件、結(jié)構(gòu)和工藝。熟悉機電配合過程中的運動控制，可以深刻體會和總結(jié)出速度控制和位置控制所涉及的技術(shù)和寶貴的實踐經(jīng)驗。課程設(shè)計中的一些步驟、方法、操作過程及實際問題分析。本課程設(shè)計由張新老師指導(dǎo)，在課程設(shè)計期間張新老師給與了熱情指導(dǎo)和關(guān)心，在此深表謝意。張春兵 2008年1月15日 第一章基于plc的汽車頂蓋接龍門式三面雙點焊接設(shè)備位置速度控制系統(tǒng)概敘1.1設(shè)計目的通過plc的硬件電路（輸入/輸出設(shè)備和plc的確定、i/o點的分配、主電路的設(shè)計、外控電路設(shè)計、控制面板設(shè)計）和軟件電路設(shè)計（plc功能表圖和梯形圖設(shè)計），了解可編程序控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原

5、則，掌握其設(shè)計的基本步驟和內(nèi)容，掌握實際應(yīng)用程序設(shè)計方法和步驟；深刻領(lǐng)會可編程序控制器的原理。通過在plc上調(diào)試，訓(xùn)練動手能力和可編程序控制器實際應(yīng)用能力；提高獨立分析、解決問題的能力；為進一步系統(tǒng)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ) 。1.2設(shè)計要求客車頂蓋龍門式單面雙點焊接設(shè)備是自動化程度較高的大型設(shè)備，焊裝車身長15米左右的客車頂蓋，焊接過程中陸續(xù)將三張長鐵板拉伸并焊接在預(yù)制骨架上。焊接使用單面雙電極頭點焊，同時焊兩個焊點，焊接設(shè)備由龍門架拖動，移動步距120毫米，相當于60毫米一個焊點。由直線運動模型tm2模擬實現(xiàn)單面雙點焊接設(shè)備的運動過程。模擬現(xiàn)象如下：按下啟動按鈕，滑塊向右運動，隔5厘米一停，1秒后再啟

6、動，啟動6次后，返回，隔5厘米一停，啟動6次。使用孔盤或旋轉(zhuǎn)編碼器認址。 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 啟動6次，間隔5厘米 原點 折返點 1.3設(shè)計分析由于課題主要考驗的是運用plc實現(xiàn)自動控制，所以要根據(jù)所學(xué)的知識進行分析，考慮所要遇到的難點以及注意事項：1首先根據(jù)課題要求畫出流程圖，在腦海里有個具體的設(shè)計概念。2因為停止點很多，可使用孔盤認址，行走的距離折算成孔盤脈沖個數(shù)。每個停留1秒左右。3使用計數(shù)器焊接接點數(shù)控制折返點，即完成若干個焊點后，返回繼續(xù)焊接。4由于脈沖數(shù)太多，普通的計數(shù)器不能滿足，所以要用高速計數(shù)器。 第二章plc概述2.1 plc的命名與定義美國電器制造商協(xié)會nema經(jīng)過四年的調(diào)查工作，

7、于1984年首先將其正式命名為pc（programmable controller），并作了如下定義：pc是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令，用來執(zhí)行如邏輯、計時計數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序，一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行pc之功能，亦被視為pc，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。但是為了避免和個人計算機（personal computer）簡稱混淆通常還是將可編程序控制器成為plc。以后國際電工委員會(iec)又先后頒布了plc標準的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操

8、作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。”總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。2.2 plc的主要特點、分類和應(yīng)用范圍plc的

9、主要特點：（1）可靠性高、抗干擾能力強。（2）編程簡單、使用方便。（3）設(shè)計、安裝容易，維護工作量少。（4）功能完善、通用性好，可實現(xiàn)三電一體化plc將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體。（5）體積小、能耗低。（6）性能價格比高。plc的分類：（1）從組成結(jié)構(gòu)形式：一體化整體式plc模塊式結(jié)構(gòu)化plc（2）按點數(shù)及內(nèi)存容量：小型plc：小型plc的i/o點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量i/o以外，還可以連接模擬量i/o以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種

10、應(yīng)用指令。 中型plc：中型plc采用模塊化結(jié)構(gòu)，其i/o點數(shù)一般2561024點之間。i/o的處理方式除了采用一般plc通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 大型plc：一般i/o點數(shù)在1024點以上的稱為大型plc。大型plc的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型plc還可以采用三cpu構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可*性更高（3）按輸出形式：繼電器輸出：為有觸點輸

11、出方式，適用于低頻大功率直流或交流負載。晶體管輸出：為無觸點輸出方式，適用于高頻小功率直流負載。晶閘管輸出：為無觸點輸出方式，適用于高速大功率交流負載。plc的應(yīng)用范圍：（1）開關(guān)量的邏輯控制（2）位置控制（3）過程控制（4）數(shù)據(jù)處理（5）通信聯(lián)網(wǎng)（6）cims的應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會高度信息化，新的高科技技術(shù)不斷應(yīng)用到各個方面中，使得智能化已成為一種發(fā)展的必然趨勢。智能化也往往是從設(shè)備自動化系統(tǒng)開始。2.3 plc的發(fā)展趨勢1向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高plc的處理能力，要求plc具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。2向超大型、超小型兩個方向發(fā)展 當前中小型plc比較多，為了

12、適應(yīng)市場的多種需要，今后plc要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展。3plc大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，加強plc聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是plc技術(shù)進步的潮流。plc的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是plc之間聯(lián)網(wǎng)通信；另一類是plc與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般plc都有專用通信模塊與計算機通信。為了加強聯(lián)網(wǎng)通信能力。4增強外部故障的檢測與處理能力5編程語言多樣化在plc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，plc的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)plc使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言

13、、與計算機兼容的高級語言（basic、c語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是plc進步的一種趨勢。 第三章模擬系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 硬件結(jié)構(gòu)介紹本課程設(shè)計主要用到電源板、plc元件板、ts2實驗板、變頻器、tm2、tm3機械模型.(1)可編程控制器類型繁多，但其結(jié)構(gòu)和工作原理則大同小異，了解可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)，有助于理解可編程控制器工作原理。 可編程控制器各部件可編程控制器實質(zhì)上是一種工業(yè)計算機，只不過它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言，故可編程控制器起與計算機的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它有中央處理單元（ cpu ）、存儲器（ ro

14、m/ram ）、輸入 / 輸出單元（ i/o 單元）、編程器、電源等主要部件組成。如下圖3-1所示 . 圖3-1根據(jù)現(xiàn)有條件和需要此課程設(shè)計確定可編程序控制器的型號和硬件配置選擇plc系列：fxcpu；plc類型：fx1n sac-plc-syt可編程序控制器教學(xué)實驗臺如3-2圖,實驗時，該實驗掛板必須需配合電源掛板和plc元件掛板一同配合使用。首先將電源掛板接通電源,再通過4號插座和實驗導(dǎo)線為可編程序控制器通電，根據(jù)實驗內(nèi)容,選擇好所需的輸入、輸出元件，并將信號通過2號臺階插座和實驗導(dǎo)線,引入到可編程序控制器的輸入、輸出端子區(qū)上。實驗掛板上輸入元件的公共端要接到24v電源的負極上（24g），

15、plc上輸入信號的公共端（com）要接到24v電源的正極上（+24v ）。這樣可連接好輸入電路，實驗掛板上輸出元件的公共端要接到5v電源的負極上圖3-2(2) 變頻器的介紹如下: 變頻器的按鍵很少，操作簡單易學(xué)。由主要的五個按鍵和一個旋鈕的輸入環(huán)節(jié)，以及l(fā)ed顯示區(qū)和三個發(fā)光管顯示組成如圖3-3圖3-3(3) tm模型介紹如下:實驗板主要分為機械傳動部分、支架和電氣元件部分等幾部分。機械模型實驗板外形尺寸：750（長）220（寬）150（高）。結(jié)構(gòu)簡易示意圖如3-4：圖3-4機械傳動部分：（圖中從右向左依此介紹）1三相交流異步電動機 25w，1380轉(zhuǎn)/分，電壓三相220v。 2減速器 速比1

16、：3.6。 電機、減速器、支架為南韓進口原裝件。 3電機支架 安裝電機的底座。 4聯(lián)軸器 電機與絲杠連接件， 可拆卸。 5軸承架 安裝兩側(cè)，起支撐絲杠作用，內(nèi)嵌封閉軸承。6絲杠 t型螺紋 ，直徑20毫米，螺距2毫米，有效長度200毫米， 總長320毫米。 該絲杠具有機械終端保護功能，兩端無螺紋長度各20毫米，略大于滑塊尺寸，滑塊移動兩端時，可空轉(zhuǎn)，不會出現(xiàn)憋電機或頂死不能退回現(xiàn)象，反轉(zhuǎn)即可重新入扣，正常運行。 7滑塊 （絲母） 20毫米寬 ，60毫米高， 40毫米長。兩側(cè)留有安裝孔，可外裝認址器或撞塊。8接近開關(guān)（磁感應(yīng)器） 4個，可較精確認址，適合接入plc輸入端。 9孔盤認址器 在軸端處安

17、裝， 孔盤有8個認址孔 ，孔盤旋轉(zhuǎn)后，經(jīng)一個溝槽式光電開關(guān)接收認址孔信號，通過計數(shù)確定相對位置。 10旋轉(zhuǎn)編碼器 omron公司產(chǎn)品，直徑20毫米，每轉(zhuǎn)200個脈沖。 可實現(xiàn)精確的位置檢測。 11認址器組 光電開關(guān)組由6個溝槽式光電開關(guān)組成，裝在絲母板上。7組遮光片安裝在元件支架上，每組遮光片又分3組。上面一組作為定位或相對認址使用；中間一組可作為校正位置和配合減速使用；最下一組作為絕對認址使用。三個光電開關(guān)絕對認址編碼最多為7個地址。（5vg），plc上輸出信號的公共端要接到5v電源的正極上（+5v），這樣可以接好輸出電路.tm模型接線板上有圖形示意元件，熟悉plc輸入、輸出回路和傳感器元件

18、常識即可接線。omron和西門子plc元件公共端接電源負極，信號（plc上）公共端接電源正極。三菱plc輸入回路使用plc內(nèi)部電源，24v電源線不接。在旋轉(zhuǎn)編碼器上的a、b兩相接入輸入信號開關(guān)，當開始計數(shù)時開始發(fā)送脈沖計數(shù)。 3.2 輸入元件和輸出元件的型號的選擇確定輸入元件和輸出元件的型號：輸入繼電器x：輸入接口高速計數(shù)專用輸入（x000和x0001）啟動開關(guān)x031在ts面板屬于常開開關(guān)，原點檢測開關(guān)為tm2、tm3機械模型的接近開關(guān)。 輔助繼電器 m：通用輔助繼電器m0-m499（共500個），關(guān)閉電源后重新啟動后通用繼電器不保護斷電前的狀態(tài)。此設(shè)計我選擇m30、 m40以及m50。定時

19、器 t：定時器t0-t199 （200只）：時鐘脈沖為100ms的定時器，即當設(shè)定值k=1時，延時100ms。 設(shè)定范圍為0.1-3276.7秒。設(shè)計中的選擇t0、t1定時器。計數(shù)器 c：21點高速計數(shù)器c251c255 為兩相（ab相形）雙計數(shù)輸入高速計數(shù)器，通過實際考慮選擇c251高速計數(shù)器。繼電器輸出y：變頻器正轉(zhuǎn)(y000)、變頻器反轉(zhuǎn)(y001)。注意事項：plc輸出接口是成組的，每一組有一個com口，只能使用同一種電源電壓.3.3 i/o口分配及硬件連接圖（1） i/o分配: (omron cpm2a-60cdr機型)輸入信號信號元件及作用元件或端子位置x000x001x031x0

20、41檢測位置檢測位置啟動按鈕原點檢測開關(guān)旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器ts2實驗板按鈕區(qū)接近開關(guān)輸出信號控制對象及作用元件或端子位0100001001變頻器正轉(zhuǎn)變頻器反轉(zhuǎn)變頻器元件板變頻器元件板圖3-5（2）.硬件接線原理圖如圖3-2： 圖3-6第四章模擬系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 梯形圖根據(jù)課題設(shè)計如下程序：4.2 程序分析 按標注進行分析注釋：1 46步利用m8000對c251高速計數(shù)器進行清零工作。2 56步當按下啟動開關(guān)x030后變頻器帶動電機正傳即右行（y000），并且實現(xiàn)自鎖。3 36步此時c251高速計數(shù)器開始計數(shù)脈沖個數(shù)。4 0步通過比較指令對c251中的脈沖數(shù)（s1）與設(shè)置k5000（s2）進

21、行比較，當s1小于s2時m30為on狀態(tài)其他off，當s1等于或者大于s2時 m30和m31為on狀態(tài)其他為off。5 28步由m30、m31的on狀態(tài)控制c251計數(shù)器的復(fù)位。并且56步驟中的右行（y000）作為一次的結(jié)束。6 74步m30、m31為on狀態(tài)時實現(xiàn)m50的為on狀態(tài)，且m50自鎖。y000的斷開與閉合同時控制m50的狀態(tài)。優(yōu)先權(quán)大于m30、m31。7 84步m50控制定時器t0，t0設(shè)置值為k10為1秒定時。每當t0到時間右行（y000）就會運行一次，直到m30、m31將其斷開，總共進行6次。8 92步每當t0被接通一次，計數(shù)器c2會累加一次直到達到預(yù)設(shè)值k6即6次。9 65

22、步當c2計數(shù)到6時右行（y000）斷開，變頻器開始執(zhí)行左行（y001）。10. 36步y(tǒng)001控制高速計數(shù)器c251計數(shù).11. 14步左行（y001）運行時開始比較指令，因為c251是a、b兩相當反轉(zhuǎn)時自動減數(shù)，所以計數(shù)器所以可以把k值設(shè)置成5000。同理可以通過比較進行控制m41、m42的on或off狀態(tài)。12. 同第28步，通過m41、m42的on狀態(tài)控制c251的復(fù)位。13. 此時到達第79步，m41、m42與y001控制m50狀態(tài)，原理同第74步。14. 88步m51的on狀態(tài)時控制定時器t1（k10即1秒）。同第84步，t1每閉合一次左行就會運動一次，直到m41.m42將其斷開。1

23、5. 當左行（y001）到達原點時，原點開關(guān)x041會將所有運動終結(jié)。并使計數(shù) 器c2進行復(fù)位。16. 99步end指令標志整個過程結(jié)束。由以上程序步驟控制整個過程的完成。4.3 指令表通過程序可以得到下面指令表0 ld y0001 dcmp c251 k5000 m302 ld y0013 dcmp c251 k-5000 m404 ld m315 or m426 or m307 or m418 or m80029 or x04110 rst c25111 ldi x00012 and y00013 ldi x00114 and y00115 orb16 out c251 k500017 l

24、d y00018 ani m3119 ani m3020 or t021 or x03022 ani x04123 ani y00124 out y00025 ld y00126 or c227 ani x03028 ani m4129 ani m4230 or t131 ani x04132 ani y00033 out y00134 ld m3135 or m5036 or m3037 ani y00038 out m5039 ld m4140 or m5141 or m4242 ani y00143 out m5144 ld m5045 out y0 k1046 ld m5147 out

25、 t1 k1048 ld t049 out c2 k650 ld x04151 rst c252 end第五章模擬實驗的調(diào)試5.1 準備工作1 根據(jù)設(shè)計要求與需要將所需要的接線按照i/o口分配及硬件連接圖進行正確的連接。2. 打開plc編程軟件，把預(yù)先設(shè)計好的plc梯形圖程序輸入到編程軟件。3. 把電源板、plc元件板、ts實驗板按照設(shè)計的i/o分配進行線路連接。4外部接線的檢查：包括輸入輸出接線的正確性檢查。5供電系統(tǒng)的檢查：對可編程序控制器供電電源接線的檢查、電壓檢查和外部供電電源的檢查等。6執(zhí)行機構(gòu)的運行檢查：包括執(zhí)行機構(gòu)對輸入信號的響應(yīng)時間、執(zhí)行機構(gòu)運轉(zhuǎn)狀態(tài)檢查。7檢測元件和開關(guān)的運行檢查。 5.2 程序調(diào)試 程序調(diào)試的主要內(nèi)容包括輸入信號調(diào)試、輸出信號的調(diào)試、痛信系統(tǒng)和總調(diào)試1. 輸入信號的調(diào)試：對輸入信號的供電再檢查一次保證供電電壓正確，對于此試驗設(shè)計脈沖為輸入信號可用信號發(fā)生器2. 輸出信號的調(diào)試：對執(zhí)行機構(gòu)供電再一次檢查，保證供電與接線正確，然后輸入信號看是否動作。3. 將編好的程序進行讀入轉(zhuǎn)換成執(zhí)行程