基于FX0N – 60MR可編程控制器的定位清洗機控制系統(tǒng)

1、機電方向課程設計論文專 業(yè)： 機械工程 班 級： 機械姓 名： 學 號： 指導 教 師： 答辯 日 期： 201 年 月 日 機制專業(yè)（機電方向）課程設計任務書姓名： 院（系）： 專業(yè)： 班級、學號：機械 班 號 任務起至日期： 201 年 月 日 至 201 年 月 日課程設計題目： 基于FX0N 60MR可編程控制器的定位清洗機控制系統(tǒng)立題的目的和意義： 現(xiàn)代制造業(yè)要求生產(chǎn)設備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具備極高的可靠性和靈活性，可編程控制器正是順應這一要求出現(xiàn)的。它已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的三大支柱之一。可編程控制器原理及其應用課程是培養(yǎng)學生具有機電一體化設計能力的技術(shù)基礎課，其專業(yè)課程設

2、計是本課程的重要實踐環(huán)節(jié)，是本專業(yè)方向第一次較全面的設計訓練。專業(yè)課程設計要達到的如下主要目的：1）培養(yǎng)學生綜合運用本課程及其它有關(guān)先修課程的知識，去分析、解決實際工程問題的能力，深化、擴展本課程的理論知識；2）能夠?qū)υ械睦^電器接觸控制系統(tǒng)進行改造和設計新的控制系統(tǒng)；3）使學生掌握可編程控制器系統(tǒng)設計的一般方法和步驟，培養(yǎng)學生獨立的工程設計能力，樹立正確的設計思想，為今后工作打下良好的本專業(yè)工程基礎。 通過繪制完整的電器原理圖，端子接線圖，控制流程圖，編制相應程序，進行系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)，掌握PLC系統(tǒng)軟、硬件設計方法，了解這項技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)，熟悉國家標準，培養(yǎng)學生的基本技能，從而為接下來的

3、畢業(yè)設計打下良好的基礎和知識積累。技術(shù)要求與主要內(nèi)容：1）熟悉課題、弄清設計任務；2）掌握控制要求及對電氣控制的要求；3）. 設計并繪制電氣原理圖 （含：主電路圖、I / O連接圖及其他外部硬件圖）；4）. 設計PLC控制程序（含：流程圖或順序功能圖、梯形圖，并編制相應的指令程序；5）. 模擬調(diào)試；6）. 編寫設計報告（含：設計說明書及設計總結(jié)）；7）. 答辯。PLC系統(tǒng)課程設計的一般過程是：從初擬設計方案開始，分析設計電路圖，控制流程，并編制相應的指令程序，然后進行必要的實踐環(huán)節(jié)對所設計系統(tǒng)進行調(diào)試和正確性檢驗，最后，編制詳細、統(tǒng)一格式的技術(shù)文件。進度安排： 12014.12.282014.

4、12.31 開題階段：根據(jù)題目查閱相關(guān)的資料（包括：圖書資料和網(wǎng)上資料等），確定控制方案，初步規(guī)劃設計內(nèi)容和步驟。 22015.01.042015.01.09 方案設計階段：需完成下列工作： 1）繪制輸入輸出端子圖，主電路控制圖以及控制梯形圖，并編制相應的指令程序；2）繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，并用步進指令編制相應程序；3）編制相應的指令程序。 32015.01.7（上午）現(xiàn)場實習：到集美大學現(xiàn)代設計與制造技術(shù)中心參觀、分析柔性制造系統(tǒng)的PLC系統(tǒng)運用，提高感性認識。 42015.01.122015.01.16程序試驗調(diào)試、整理論文和答辯階段：1）按輸入輸出配置圖接線并安裝，按系統(tǒng)動作順序，模擬輸入控制

5、信號，逐步進行調(diào)試，并通過指示燈顯示器，觀察系統(tǒng)運行是否滿足控制要求。 2）整理論文，按教師要求的統(tǒng)一格式，編寫專業(yè)課程設計論文。3）課程設計論文答辯。同組設計者及分工： 袁 滔側(cè)重系統(tǒng)的理論研究 陳霖翔側(cè)重實踐過程及控制答辯前成果檢查的教師意見： 年 月 日基于FX0N 60MR可編程控制器的定位清洗機控制系統(tǒng)在自來在內(nèi)燃機生產(chǎn)線上，有形狀復雜并且多空腔的缸蓋和缸體等部件，需要多次定位和加工。因此，必須設置清洗機的噴口，進行定位定點脈沖射流清洗，以達到與高精度相適應的清潔度。清洗機主要由步進式液壓輸送機構(gòu)、清洗泵及清洗液過濾循環(huán)系統(tǒng)、水位控制裝置、油水分離裝置、排屑裝置、集中潤滑系統(tǒng)、異常顯

6、示及事故報警系統(tǒng)等組成。使用步進輸送待洗部件，噴口組件有規(guī)律地運行工作。清洗機有6個工位，中間4個工位在清洗室和吹干室內(nèi)，工件由步進輸送機構(gòu)直線運送?？刂埔笕缦拢汗の?是待洗工位。有工件碰到進料口定位行程開關(guān)時，經(jīng)延時2s后機門打開，步進輸送桿將工件送入清洗室內(nèi)。工位2是清洗工位。由固定噴嘴和動噴嘴系統(tǒng)對工件形成六面包容，輪番噴洗2次，每次大約5s，間隔2 s。水壓達4個大氣壓以上。洗凈后，工件進入過渡工位3，經(jīng)延時2s后，進入工位4。工位4是吹干工位。用壓縮空氣噴吹2次，每次大約5s，間隔2 s，以除去殘留液體，并用常溫空氣吹干工件，需要5 s。工位5是待出工位。經(jīng)延時2s后，工位6將洗凈

7、的工件送至下一道工序。注：每一道工序結(jié)束時必須有指示燈顯示。目 錄1 緒論11.1 PLC簡介11.2 定位清洗機控制系統(tǒng)簡介42 定位清洗機硬件設計52.1 定位清洗機控制系統(tǒng)I/O分配52.2 定位清洗機控制系統(tǒng)端子接線圖62.3 主控電路圖62.4 元件選擇73 定位清洗機軟件設計83.1 定位清洗機程序設計83.1.1 設計思路83.1.2 順序控制程序83.1.3 語句表133.1.4 順序控制圖163.1.5 時序圖164 調(diào)試過程18結(jié)束語19致謝20參考文獻211 緒論1.1 PLC簡介可編程控制器是二十世紀七十年代發(fā)展起來的控制設備，是集微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷

8、于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應用于機械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計算機在操作系統(tǒng)、應用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強了PLC過程控制能力。因此，無論是單機還是多機控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)，對提高我國工業(yè)自動化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義?？删幊炭刂破?Programmable Controller)也可稱邏輯控制器(Programmable Logic Controller),是一微處理器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，是計算機家族的一名成員，簡稱

9、PC。為了與個人電腦（也簡稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和繼電器接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號控制強電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當工作模式改變時，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應的變動，改造工期長、費用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種，向小批

10、量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器接觸器控制難以滿足市場要求，此問題首先被美國通用汽車公司（GM公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號的不斷翻新，滿足用戶對產(chǎn)品多樣性的需求，公開對外招標，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制。其對新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，即:1.編程方便，現(xiàn)場可修改程序；2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；3. 可靠性高于繼電器控制裝置；4. 體積小于繼電器控制裝置；5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；6. 成本可與繼電器控制裝置競爭；7. 輸入可以是交流115V；8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；9. 在擴展時，原系統(tǒng)只要很

11、小變更；10. 用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。 這十項指標就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計算機，它與有關(guān)的外部設備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴充功能”的原則來設計。用可編程控制器代替了繼電器接觸器的控制，實現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計算機功能靈活、通用性等有點，用程序代替硬接線，并且具有計算機功能靈活、通用性能強等優(yōu)點，用程序代替硬接線，減少了重新設計，重新接線的工作，此種控制器借鑒計算機的高級語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標志性語言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語言，使得部熟悉計算機的人也能方便地使用。這樣，工作

12、人員不必在變成上發(fā)費大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運行。所以，可編程控制器廣泛地應用于各工業(yè)領域。1969年，第一臺可編程控制器PDP14由美國數(shù)字設備公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進步，PLC迅速發(fā)展。PLC進入九十年代后，工業(yè)控制領域幾乎全被PLC占領。國外專家預言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人和CA

13、C/CAM）種躍居首位。我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應進的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、滅國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，中央處理單元(CPU)，如圖1所示。圖1 PLC原理示意圖PLC具有高可靠性：所有的I/O 接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離；各輸入端均采用R-C 濾波器其濾波時間常數(shù)一般為10-20ms；各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾；采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源；對采用的器件進行嚴格的篩選；良好的自診斷功能一旦電源或

14、其他軟硬件發(fā)生異常情況CPU立即采用有效措施以防止故障擴大； 大型PLC 還可以采用由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。豐富的I/O 接口模塊：PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等； 有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥；直接連接另外為了提高操作性能它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以外，絕大多數(shù)PLC 均采用模塊化結(jié)

15、構(gòu)，PLC 的各個部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。編程簡單易學PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。安裝簡單維修方便PLC不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC 相應的I/O 端相連接即可投入運行，各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復運行。1.2 定位清洗機控

16、制系統(tǒng)簡介 清洗機主要由步進式液壓輸送機構(gòu)、清洗泵及清洗液過濾循環(huán)系統(tǒng)、水位控制裝置、油水分離裝置、排屑裝置、集中潤滑系統(tǒng)、異常顯示和事故報警系統(tǒng)等組成，使用步進輸送待洗部件，噴口組件有規(guī)律地運行工作。圖2 清洗機流程圖2 定位清洗機硬件設計2.1 定位清洗機控制系統(tǒng)I/O分配按鈕SB0、SB2：按動SB0，步進傳送帶開始工作，整個系統(tǒng)進入準備狀態(tài)；按動SB2，所有動作停止。行程開關(guān)，SQ1：當工件在步進傳送帶上碰到形成開關(guān)SQ1時候，程序從初始化進入到步進程序中，當各傳感器反應正常時開始執(zhí)行各步驟。水壓傳感器SA1：在實驗面板上用SA1開關(guān)來代替水壓傳感器的信號，當SA1閉合時候說明清洗機水

17、壓達到4各大氣壓，可以正常運行，否則清洗程序不運行。接觸器KM0、KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分別控制步進電機M1的運行、機門的開關(guān)、固定清洗噴嘴的運行、移動噴嘴的運行、壓縮空氣的運行、常溫空氣的運行和最后的送出工件。與此同時，每一步在運行時候會有外端指示燈亮起，以表示清洗機正在運行這一步。彎管機I/O端口的分配如表1所示：表1 I/O分配表輸入PLC端口作用硬件代號PLC端口作用硬件代號X0開始按鈕SB0X1行程開關(guān)SQ1X2停止按鈕SB2X3水壓傳感器SA1輸出PLC端口作用硬件代號PLC端口作用硬件代號Y0步進電機M1KM0Y10電機指示燈L0Y1機門開關(guān)KM1Y11機

18、門指示燈L1Y2固定噴嘴KM2Y12固噴指示燈L2Y3移動噴嘴KM3Y13移噴指示燈L3Y4壓縮空氣KM4Y14壓縮指示燈L4Y5常溫空氣KM5Y15常溫指示燈L5Y6送出工件KM6Y16送出指示燈L62.2 定位清洗機控制系統(tǒng)端子接線圖根據(jù)設計的I/O分配做硬件的端子接線圖如圖3所示：圖3 清洗機端子接線圖這里只做了控制動作的端子接線，同樣道理，所有指示燈與繼電器的接法是同一個道理。在I/O分配的時候，每一個繼電器的動作都會有一個指示燈的信號輸出，指示燈的顯示和其搭配的繼電器動作同步。2.3 主控電路圖圖4 主控電路圖 圖4的電路控制圖適合步進電機的循環(huán)運轉(zhuǎn)、噴嘴的清洗、壓縮空氣和常溫空氣的

19、清潔等接線2.4 元件選擇電機及電氣元件的選擇：按照工作要求及工作條件選用三相異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V Y132M-6型，額定功率4KW，同步轉(zhuǎn)速為1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min額定電流9.4A。接觸器型號CJX2-32,額定電流32A。熱繼電器型號JR20-63,32-47A熱繼電器。熔斷器型號RT14-32,適用與交流50HZ、額定電壓交流380V、額定電流至32A的配電線路中作過載和短路保護。 在之前的I/O分配表中可以知道，要選擇的PLC需要至少4個輸入端和14個輸出端。通過對三菱FX2N系列中的各種信號進行查詢，選定FX2N-32MT。這款PLC的I/O點

20、一共有32個，分別是16個輸出端和16個輸入端。輸出端比設計的系統(tǒng)多出來兩個，可以作為備用端或者擴展端口。3 定位清洗機軟件設計3.1 定位清洗機程序設計3.1.1 設計思路 參照之前的流程設計，決定采用順序控制法，在定位清洗機上同一時刻只有一個零件在清洗，在清洗完后，送入等待工位時下一個工件開始清洗。通過步進圖編寫程序，再上試驗箱模擬修改。3.1.2 順序控制程序圖5 順序控制程序3.1.3 語句表圖6 語句表圖3.1.4 順序控制圖圖7 順序控制圖3.1.5 時序圖圖8 時序圖4 調(diào)試過程首先，將設計好的程序?qū)懭隤LC后，逐條檢查，看是否有書寫錯誤。其次，用PLC自帶的功能調(diào)試一下后，導出

21、程序。然后用PLC仿真軟件進行仿真，全程監(jiān)視程序的執(zhí)行情況。根據(jù)功能表圖，在適當?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬?，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬?，以及各步被?qū)動的負載是否發(fā)生相應的變化。 在調(diào)試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。