基于FX0N – 60MR可編程控制器的定位清洗機(jī)控制系統(tǒng)

1、機(jī)電方向課程設(shè)計(jì)論文專 業(yè)： 機(jī)械工程 班 級(jí)： 機(jī)械姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo) 教 師： 答辯 日 期： 201 年 月 日 機(jī)制專業(yè)（機(jī)電方向）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名： 院（系）： 專業(yè)： 班級(jí)、學(xué)號(hào)：機(jī)械 班 號(hào) 任務(wù)起至日期： 201 年 月 日 至 201 年 月 日課程設(shè)計(jì)題目： 基于FX0N 60MR可編程控制器的定位清洗機(jī)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(shè)備和自動(dòng)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(yīng)這一要求出現(xiàn)的。它已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一?？删幊炭刂破髟砑捌鋺?yīng)用課程是培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)電一體化設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課，其專業(yè)課程設(shè)

2、計(jì)是本課程的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，是本專業(yè)方向第一次較全面的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。專業(yè)課程設(shè)計(jì)要達(dá)到的如下主要目的：1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本課程及其它有關(guān)先修課程的知識(shí)，去分析、解決實(shí)際工程問題的能力，深化、擴(kuò)展本課程的理論知識(shí)；2）能夠?qū)υ械睦^電器接觸控制系統(tǒng)進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)新的控制系統(tǒng)；3）使學(xué)生掌握可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，為今后工作打下良好的本專業(yè)工程基礎(chǔ)。 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(yīng)程序，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)，掌握PLC系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，了解這項(xiàng)技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生的基本技能，從而為接下來的

3、畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)和知識(shí)積累。技術(shù)要求與主要內(nèi)容：1）熟悉課題、弄清設(shè)計(jì)任務(wù)；2）掌握控制要求及對(duì)電氣控制的要求；3）. 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)PLC控制程序（含：流程圖或順序功能圖、梯形圖，并編制相應(yīng)的指令程序；5）. 模擬調(diào)試；6）. 編寫設(shè)計(jì)報(bào)告（含：設(shè)計(jì)說明書及設(shè)計(jì)總結(jié)）；7）. 答辯。PLC系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的一般過程是：從初擬設(shè)計(jì)方案開始，分析設(shè)計(jì)電路圖，控制流程，并編制相應(yīng)的指令程序，然后進(jìn)行必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和正確性檢驗(yàn)，最后，編制詳細(xì)、統(tǒng)一格式的技術(shù)文件。進(jìn)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(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟。 22015.01.042015.01.09 方案設(shè)計(jì)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(yīng)的指令程序；2）繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，并用步進(jìn)指令編制相應(yīng)程序；3）編制相應(yīng)的指令程序。 32015.01.7（上午）現(xiàn)場實(shí)習(xí)：到集美大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(yùn)用，提高感性認(rèn)識(shí)。 42015.01.122015.01.16程序試驗(yàn)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(dòng)作順序，模擬輸入控制

5、信號(hào)，逐步進(jìn)行調(diào)試，并通過指示燈顯示器，觀察系統(tǒng)運(yùn)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(shè)計(jì)論文。3）課程設(shè)計(jì)論文答辯。同組設(shè)計(jì)者及分工： 袁 滔側(cè)重系統(tǒng)的理論研究 陳霖翔側(cè)重實(shí)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(jī)控制系統(tǒng)在自來在內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)線上，有形狀復(fù)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(shè)置清洗機(jī)的噴口，進(jìn)行定位定點(diǎn)脈沖射流清洗，以達(dá)到與高精度相適應(yīng)的清潔度。清洗機(jī)主要由步進(jìn)式液壓輸送機(jī)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(bào)警系統(tǒng)等組成。使用步進(jìn)輸送待洗部件，噴口組件有規(guī)律地運(yùn)行工作。清洗機(jī)有6個(gè)工位，中間4個(gè)工位在清洗室和吹干室內(nèi)，工件由步進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)直線運(yùn)送。控制要求如下：工位1是待洗工位。有工件碰到進(jìn)料口定位行程開關(guān)時(shí)，經(jīng)延時(shí)2s后機(jī)門打開，步進(jìn)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(dòng)噴嘴系統(tǒng)對(duì)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(dá)4個(gè)大氣壓以上。洗凈后，工件進(jìn)入過渡工位3，經(jīng)延時(shí)2s后，進(jìn)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(shí)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(shí)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(jī)控制系統(tǒng)簡介42 定位清洗機(jī)硬件設(shè)計(jì)52.1 定位清洗機(jī)控制系統(tǒng)I/O分配52.2 定位清洗機(jī)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(jī)軟件設(shè)計(jì)83.1 定位清洗機(jī)程序設(shè)計(jì)83.1.1 設(shè)計(jì)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(shí)序圖164 調(diào)試過程18結(jié)束語19致謝20參考文獻(xiàn)211 緒論1.1 PLC簡介可編程控制器是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、儲(chǔ)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(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個(gè)行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強(qiáng)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(qiáng)了PLC過程控制能力。因此，無論是單機(jī)還是多機(jī)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(duì)提高我國工業(yè)自動(dòng)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(dòng)控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡稱

9、PC。為了與個(gè)人電腦（也簡稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC。可編程控制器的產(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(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點(diǎn)。對(duì)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(dāng)工作模式改變時(shí)，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(yīng)的變動(dòng)，改造工期長、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個(gè)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(hào)的不斷翻新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品多樣性的需求，公開對(duì)外招標(biāo)，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(duì)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(jì)算機(jī)；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(dòng)電磁閥，接觸器等；9. 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很

11、小變更；10. 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。 這十項(xiàng)指標(biāo)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(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來設(shè)計(jì)。用可編程控制器代替了繼電器接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性等有點(diǎn)，用程序代替硬接線，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)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(jì)算機(jī)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(fèi)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(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。1969年，第一臺(tái)可編程控制器PDP14由美國數(shù)字設(shè)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(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。PLC問世時(shí)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(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)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(yīng)進(jìn)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(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)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(shí)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(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)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(kuò)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(jìn)一步提高。豐富的I/O 接口模塊：PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)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(qiáng)電或弱電等； 有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)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(jī)對(duì)話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(gè)部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)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(xué)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(duì)使用者來說不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，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(jī)房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接即可投入運(yùn)行，各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)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(fù)運(yùn)行。1.2 定位清洗機(jī)控

16、制系統(tǒng)簡介 清洗機(jī)主要由步進(jìn)式液壓輸送機(jī)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(bào)警系統(tǒng)等組成，使用步進(jìn)輸送待洗部件，噴口組件有規(guī)律地運(yùn)行工作。圖2 清洗機(jī)流程圖2 定位清洗機(jī)硬件設(shè)計(jì)2.1 定位清洗機(jī)控制系統(tǒng)I/O分配按鈕SB0、SB2：按動(dòng)SB0，步進(jìn)傳送帶開始工作，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)；按動(dòng)SB2，所有動(dòng)作停止。行程開關(guān)，SQ1：當(dāng)工件在步進(jìn)傳送帶上碰到形成開關(guān)SQ1時(shí)候，程序從初始化進(jìn)入到步進(jìn)程序中，當(dāng)各傳感器反應(yīng)正常時(shí)開始執(zhí)行各步驟。水壓傳感器SA1：在實(shí)驗(yàn)面板上用SA1開關(guān)來代替水壓傳感器的信號(hào)，當(dāng)SA1閉合時(shí)候說明清洗機(jī)水

17、壓達(dá)到4各大氣壓，可以正常運(yùn)行，否則清洗程序不運(yùn)行。接觸器KM0、KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分別控制步進(jìn)電機(jī)M1的運(yùn)行、機(jī)門的開關(guān)、固定清洗噴嘴的運(yùn)行、移動(dòng)噴嘴的運(yùn)行、壓縮空氣的運(yùn)行、常溫空氣的運(yùn)行和最后的送出工件。與此同時(shí)，每一步在運(yùn)行時(shí)候會(huì)有外端指示燈亮起，以表示清洗機(jī)正在運(yùn)行這一步。彎管機(jī)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(hào)PLC端口作用硬件代號(hào)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(hào)PLC端口作用硬件代號(hào)Y0步進(jìn)電機(jī)M1KM0Y10電機(jī)指示燈L0Y1機(jī)門開關(guān)KM1Y11機(jī)

18、門指示燈L1Y2固定噴嘴KM2Y12固噴指示燈L2Y3移動(dòng)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(jī)控制系統(tǒng)端子接線圖根據(jù)設(shè)計(jì)的I/O分配做硬件的端子接線圖如圖3所示：圖3 清洗機(jī)端子接線圖這里只做了控制動(dòng)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(gè)道理。在I/O分配的時(shí)候，每一個(gè)繼電器的動(dòng)作都會(huì)有一個(gè)指示燈的信號(hào)輸出，指示燈的顯示和其搭配的繼電器動(dòng)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(jìn)電機(jī)的循環(huán)運(yùn)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(jī)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(dòng)機(jī)，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(hào)CJX2-32,額定電流32A。熱繼電器型號(hào)JR20-63,32-47A熱繼電器。熔斷器型號(hào)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(hù)。 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(gè)輸入端和14個(gè)輸出端。通過對(duì)三菱FX2N系列中的各種信號(hào)進(jìn)行查詢，選定FX2N-32MT。這款PLC的I/O點(diǎn)

20、一共有32個(gè)，分別是16個(gè)輸出端和16個(gè)輸入端。輸出端比設(shè)計(jì)的系統(tǒng)多出來兩個(gè)，可以作為備用端或者擴(kuò)展端口。3 定位清洗機(jī)軟件設(shè)計(jì)3.1 定位清洗機(jī)程序設(shè)計(jì)3.1.1 設(shè)計(jì)思路 參照之前的流程設(shè)計(jì)，決定采用順序控制法，在定位清洗機(jī)上同一時(shí)刻只有一個(gè)零件在清洗，在清洗完后，送入等待工位時(shí)下一個(gè)工件開始清洗。通過步進(jìn)圖編寫程序，再上試驗(yàn)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(shí)序圖圖8 時(shí)序圖4 調(diào)試過程首先，將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，逐條檢查，看是否有書寫錯(cuò)誤。其次，用PLC自帶的功能調(diào)試一下后，導(dǎo)出

21、程序。然后用PLC仿真軟件進(jìn)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(dāng)?shù)臅r(shí)候用開關(guān)或按鈕來模擬實(shí)際的反饋信號(hào)，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。對(duì)于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。 在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)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(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時(shí)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。