沖壓機(jī)控制系統(tǒng)

目錄前言 21課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 31.1課程設(shè)計(jì)的任務(wù) 31.2課程設(shè)計(jì)的基本要求 32沖壓機(jī)的總體設(shè)計(jì) 32.1PLC選型 32.2PLC端子接線 53PLC程序設(shè)計(jì) 63.1設(shè)計(jì)思想 63.2順序功能圖 83.3PLC梯形圖 104程序調(diào)試說(shuō)明 21結(jié)束語(yǔ) 22參考文獻(xiàn) 23

前言可編程序控制器，英文稱(chēng)ProgrammableController，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫(xiě)。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專(zhuān)為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶(hù)程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶(hù)在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶(hù)程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。由于它可通過(guò)軟件來(lái)改變控制過(guò)程，而且具有體積小，組裝靈活，編程簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等特點(diǎn)，非常適合于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。故自60年代末第一臺(tái)PLC問(wèn)世以來(lái)，已很快被應(yīng)用到機(jī)械制造、冶金、礦業(yè)、輕工等各個(gè)領(lǐng)域，大大推進(jìn)了機(jī)電一體化進(jìn)程。進(jìn)入80年代，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得可編程控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，功能日益增強(qiáng)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，具備模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、高速計(jì)數(shù)、速度控制、位置控制、軸定位控制、溫度控制、PID控制、遠(yuǎn)程通訊、高級(jí)語(yǔ)言編輯以及各種物理量轉(zhuǎn)換等功能。特別是遠(yuǎn)程通訊功能的實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)時(shí)柔性加工和制造系統(tǒng)（FMS），使得PLC如虎添翼，被人們稱(chēng)為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1.1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)1.設(shè)計(jì)題目：沖壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）完成《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》所要求的控制循環(huán)。2）按停止按鈕，完成當(dāng)前循環(huán)后再停。3）按復(fù)位按鈕，機(jī)械手和沖壓機(jī)均回原位。4）要求可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回原點(diǎn)、單周期、連續(xù)控制。5）連續(xù)時(shí)，循環(huán)5次結(jié)束，聲光間斷報(bào)警5秒。1.2課程設(shè)計(jì)的基本要求1）畫(huà)出端子分配圖和順序功能圖。2）設(shè)計(jì)并調(diào)試PLC控制梯形圖。3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。2沖壓機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1PLC選型PLC主機(jī)：選擇S7-200PLC作為沖壓機(jī)控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。選擇CPU226，因?yàn)槠渚哂幸韵绿攸c(diǎn)：1）24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。2）可連接7個(gè)擴(kuò)展模版單元，最大可擴(kuò)展248個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O。本題所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)需擴(kuò)展１７點(diǎn)輸入和７點(diǎn)輸出，設(shè)計(jì)見(jiàn)圖２.1。3）13KB的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)空間。4）6個(gè)獨(dú)立的30KHz的高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20KHz的高速脈沖輸出。5）具有PID控制器。6）2個(gè)RS-485通信/編程口。7）具有多點(diǎn)接口MPI通信協(xié)議。8）具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口PPI通信協(xié)議。9）具有自由通信口。CPU226CPU226EM221EM221EM221EM221EM223EM223 圖2.1CPU及其擴(kuò)展示意圖2.2PLC端子接線圖2.2外部接線圖3PLC程序設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思想控制過(guò)程如下：1）按下啟動(dòng)鍵后，把工件放在傳送帶1上，啟動(dòng)傳送帶1將工件送到工位1；2）進(jìn)料機(jī)械手下降到工位1，打開(kāi)進(jìn)料機(jī)械手吸盤(pán)控制閥，使吸盤(pán)吸住工件；3）進(jìn)料機(jī)械手上升，隨后右行將工件送入沖壓機(jī)加工臺(tái)的工位2，斷開(kāi)吸盤(pán)并退回；4）沖壓模具下降，沖壓完工件后上升；5）出料機(jī)械手進(jìn)入沖壓機(jī)加工臺(tái)；6）出料機(jī)械手吸盤(pán)吸住工件；7）將工件放到工位3，松開(kāi)出料吸盤(pán)，出料機(jī)械手退回原位。8）啟動(dòng)傳送帶2將工件從工位3送走。同時(shí)還有三種工作方式：手動(dòng)、回原點(diǎn)、單周期、連續(xù)。連續(xù)時(shí)，循環(huán)５次結(jié)束，聲光報(bào)警５次。設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3.1。圖3.1沖壓控制系統(tǒng)示意圖為了更加方便快捷的操作沖壓機(jī)，在工作臺(tái)上集成一個(gè)控制面板，見(jiàn)圖3.2。工作方式選擇開(kāi)關(guān)的四個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)了四種工作方式，操作面板下部的20個(gè)按鈕手動(dòng)按鈕，通過(guò)這些按鈕可以手動(dòng)操作進(jìn)料機(jī)械手、出料機(jī)械手、傳送帶1、傳送帶2、模具的相關(guān)動(dòng)作。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時(shí)）能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。在PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，按下“負(fù)載電源”，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時(shí)“緊急停車(chē)”按鈕按下可以斷開(kāi)負(fù)載電源。圖3.2操作面板示意圖3.2順序功能圖

圖3.3順序功能圖圖3.3是處理單周期、連續(xù)工作方式的順序功能圖。在連續(xù)工作方式下，I4.2狀態(tài)為1。在初始條件M0.5為一時(shí)按下啟動(dòng)按鈕I0.0，M2.0變?yōu)?狀態(tài)，傳送帶1開(kāi)始傳送。同時(shí)控制連續(xù)工作的M0.7的線圈“得電”并保持。當(dāng)出料機(jī)械手在M4.1斷開(kāi)吸盤(pán)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，進(jìn)入一個(gè)并行序列。傳送帶2開(kāi)始傳送，與此同時(shí)出料機(jī)械手上升。傳送帶2傳送到工位4時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，同時(shí)出料機(jī)械手在步M4.2到達(dá)I1.1限位后，加入一個(gè)等待步，兩個(gè)動(dòng)作都完成后，一起跳出并行序列。當(dāng)M0.7為1時(shí)且C1計(jì)數(shù)器未計(jì)滿時(shí)，返回M2.0開(kāi)始下一個(gè)循環(huán),計(jì)滿了則返回到初始步M0.0。而以單周期工作方式時(shí)M0.7的狀態(tài)為0，出并行序列后也返回到初始步M0.0。按下停止按鈕I0.1后，M0.7變?yōu)?狀態(tài)，當(dāng)沖壓機(jī)不會(huì)停止工作，在當(dāng)前工作周期的全部操作后，出料機(jī)械手、進(jìn)料機(jī)械手、模具均回到原位后，系統(tǒng)返回并停留在初始步。圖3.4回原點(diǎn)和復(fù)位程序的順序功能圖?；卦c(diǎn)工作方式下，I4.0為ON。按下啟動(dòng)按鈕I0.0，M5.0為ON，復(fù)位模具下降，再模具上升，在連續(xù)、單周期的自動(dòng)程序中，按下復(fù)位按鈕也能達(dá)到這個(gè)效果。升到上限位，I0.6為ON。進(jìn)入到一個(gè)并行序列，復(fù)位進(jìn)料機(jī)械手下降，再進(jìn)料機(jī)械手上升。同時(shí)也復(fù)位出料機(jī)械手下降，在上升。隨后復(fù)位進(jìn)機(jī)械手右行，再左行到限位；復(fù)位出料機(jī)械手左行后右行，右行到右限位，在M5.2和M5.5后面分別加入M5.3和M5.6，都完成后跳出并行序列。這時(shí)原點(diǎn)條件M0.5條件滿足，M0.5為ON，在公用程序中，初始步M0.0被置位，為進(jìn)入單周期、連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備，因此認(rèn)為M0.0是并行序列的后續(xù)步。圖3.4回原點(diǎn)和復(fù)位的順序功能圖3.3PLC梯形圖1.主程序EN手動(dòng)回原點(diǎn)EN自動(dòng)EN公用EN手動(dòng)回原點(diǎn)EN自動(dòng)EN公用2.公用程序原點(diǎn)條件初始條件自復(fù)位復(fù)位非初始步復(fù)位連續(xù)標(biāo)志3.自動(dòng)程序連續(xù)初始傳送帶1傳送

進(jìn)料機(jī)械手吸盤(pán)打開(kāi)進(jìn)料機(jī)械手右行進(jìn)料機(jī)械手吸盤(pán)斷開(kāi)

進(jìn)料機(jī)械手吸盤(pán)斷開(kāi)進(jìn)料機(jī)械手左行模具下降模具上升出料機(jī)械手吸盤(pán)打開(kāi)出料機(jī)械手左行出料機(jī)械手吸盤(pán)打開(kāi)

出料機(jī)械手右行傳送帶2傳送等待出料機(jī)械手吸盤(pán)斷開(kāi)

傳送帶2傳送等待計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)聲光進(jìn)料機(jī)械手下降出料機(jī)械手上升出料機(jī)械手下降進(jìn)料機(jī)械手上升

出料機(jī)械手上升出料機(jī)械手下降復(fù)位復(fù)位模具下降模具上升復(fù)位進(jìn)料機(jī)械手下降進(jìn)料機(jī)械手上升復(fù)位進(jìn)料機(jī)械手右行進(jìn)料機(jī)械手左行出料機(jī)械手右行復(fù)位出料機(jī)械手左行出料機(jī)械手上升復(fù)位出料機(jī)械手下降等待步

出料機(jī)械手右行復(fù)位出料機(jī)械手左行出料機(jī)械手上升復(fù)位出料機(jī)械手下降等待步進(jìn)出機(jī)械手吸盤(pán)斷開(kāi)

4.手動(dòng)程序傳送帶1傳送進(jìn)料機(jī)械手吸盤(pán)打開(kāi)進(jìn)料機(jī)械手右行進(jìn)料機(jī)械手吸盤(pán)斷開(kāi)進(jìn)料機(jī)械手左行模具下降模具下降模具上升出料機(jī)械手吸盤(pán)打開(kāi)出料機(jī)械手吸盤(pán)打開(kāi)出料機(jī)械手右行進(jìn)料機(jī)械手下降傳送帶2傳送出料機(jī)械手吸盤(pán)斷開(kāi)

進(jìn)料機(jī)械手下降傳送帶2傳送進(jìn)料機(jī)械手上升出料機(jī)械手下降出料機(jī)械手上升

5.回原點(diǎn)程序4程序調(diào)試說(shuō)明程序調(diào)試是在S7-200仿真軟件上完成的，將梯形圖導(dǎo)入后，選擇CPU226，再增加2個(gè)（8I）和1個(gè)（8I/O）。運(yùn)行仿真軟件運(yùn)行前，先將原點(diǎn)條件的限位都打開(kāi)。運(yùn)行軟件，SM0.1的上升沿激活初始步M0.0。打開(kāi)連續(xù)I4.2，復(fù)位非初始步，啟動(dòng)I0.0后，沖壓機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作，一直到傳送帶2達(dá)到工位4時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，并開(kāi)始下一次循環(huán)，直到計(jì)數(shù)器計(jì)滿5次，停止循環(huán)并返回到初始步M0.0。與連續(xù)不同的是，單周期循環(huán)一次后就直接返回到M0.0。打開(kāi)手動(dòng)I3.7，主程序中手動(dòng)成程序接通，通過(guò)相應(yīng)按鈕即可完成動(dòng)作。打開(kāi)回原點(diǎn)I4.0，在主程序中選擇回原點(diǎn)程序，系統(tǒng)進(jìn)入回原點(diǎn)程序，最后進(jìn)料，出料，模具回到原位后，返回到M0.0。在調(diào)試程序過(guò)程中遇到了很多的困難，開(kāi)始時(shí)因?yàn)樽约旱氖韬龃笠鈱⒊绦虻奶菪螆D輸入錯(cuò)誤，導(dǎo)致不能導(dǎo)出或者在調(diào)試過(guò)程中定時(shí)器不接通，在經(jīng)過(guò)軟件本身的找錯(cuò)方法找出錯(cuò)誤并加以改正，但在仿真程序中系統(tǒng)中不執(zhí)行相應(yīng)的程序，如連續(xù)開(kāi)始時(shí)循環(huán)一次后計(jì)數(shù)器不加1，并且直接回到M0.0，后來(lái)經(jīng)過(guò)反復(fù)的檢查發(fā)現(xiàn)是程序出錯(cuò)，經(jīng)過(guò)多次調(diào)解后程序才可以運(yùn)行。

結(jié)束語(yǔ)這一次課設(shè)讓我收獲了不少。我學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。而且通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正的學(xué)到知識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒(méi)有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來(lái)的程序與到PLC中的時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過(guò)解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們對(duì)PLC的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。通過(guò)合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)。合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒(méi)有過(guò)深入的交流，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人互責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問(wèn)題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見(jiàn)，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。在此過(guò)程中，每個(gè)人都想自己的方案得到實(shí)現(xiàn)，積極向同學(xué)說(shuō)明自己的想法。能比較選出最好的方案。在這過(guò)程也提高了我們的表過(guò)能力。此次課設(shè)，讓我了解了plc梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計(jì)原理。有很多設(shè)計(jì)理念來(lái)源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。雖然本次課程設(shè)計(jì)是自己獨(dú)立完成，但是，彼此還是脫離不了集體的力量，遇到問(wèn)題和同學(xué)互相討論交流，多和同學(xué)討論。還有就是老師的幫助，當(dāng)我困惑不解時(shí)，老師的幫助給我指引了方向，同時(shí)老師給我也指出了不少的錯(cuò)誤，讓我少走了不少?gòu)澛?。?jīng)過(guò)