自動沖壓裝置的PLC控制畢業(yè)設(shè)計(jì)

論述自動沖壓裝置的PLC控制系統(tǒng)，包括機(jī)械手控制和沖壓裝置控制設(shè)計(jì)，闡述了設(shè)計(jì)思路和工作原理，列出了硬件接線圖、梯形圖和控制示意圖。通過PLC的改造，可以提升生產(chǎn)效率和減少勞動力。關(guān)鍵詞：自動沖壓；PLC；機(jī)械手目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 2\o"CurrentDocument"引言 4第一章沖壓裝置的概述及運(yùn)動分析 5\o"CurrentDocument"1.1沖壓裝置的簡介 5\o"CurrentDocument"1.2機(jī)械手運(yùn)動分析 5\o"CurrentDocument"1.3沖壓裝置的運(yùn)動分析 6\o"CurrentDocument"1.4整體運(yùn)動分析 6第二章PLC及控制硬件 8PLC的簡介 8\o"CurrentDocument"2 PLC的發(fā)展歷史 8\o"CurrentDocument"PLC的工作原理 9PLC的分類 9\o"CurrentDocument"PLC在控制領(lǐng)域的應(yīng)用 9\o"CurrentDocument"2.6控制硬件 10第三章PLC控制系統(tǒng) 13I/O分配表 13\o"CurrentDocument"3.2硬件接線圖 143 程序流程圖 153.4功能流程圖 16梯形圖 17總結(jié) 36致謝 37參考文獻(xiàn) 38附錄 39引言沖壓工藝是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中一種典型，常見的工藝過程。傳統(tǒng)的沖壓方式一般是人工控制工作方式，工作效率低下，安全系數(shù)小。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的要求逐步提高，這種落后生產(chǎn)方式已不適應(yīng)于高效率生產(chǎn)。后來改變成接觸器控制的半自動沖壓方式。雖然它減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率但易受環(huán)境干擾，故障率高和維修困難?？删幊炭刂破骱喎QPC或PLC,是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有體積小、功能全、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、編程簡單、調(diào)試和維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第一章沖壓裝置的概述及運(yùn)動分析1.1沖壓裝置的簡介在生產(chǎn)中，沖壓工藝相對于傳統(tǒng)機(jī)械加工來說，具有節(jié)約材料和能源、效率高、對操作者技術(shù)要求不高、通過各種模具應(yīng)用可以做出機(jī)械加工所無法達(dá)到的產(chǎn)品這些優(yōu)點(diǎn)。沖壓機(jī)廣泛應(yīng)用精密電子、通訊、電腦、家用電器、汽車零部件、馬達(dá)定轉(zhuǎn)子等小型精密零件的沖壓加工。適合于大量生產(chǎn)的精密電子、五金零件。在持續(xù)嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，無切削成形是沖床廠企業(yè)與對手拉開距離和競爭中勝出的有力手段，而且環(huán)保是21世紀(jì)的主題，作為環(huán)保的加工方法將是主要的發(fā)展方向。氣壓傳動是在機(jī)械、電氣、液壓傳動之后，近幾十年才被廣泛應(yīng)用的一種傳動方式，它是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量和信號的傳遞，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。1.2機(jī)械手運(yùn)動分析此次設(shè)計(jì)有左右兩個機(jī)械手，運(yùn)動方式略有不同，旋轉(zhuǎn)電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。沖壓系統(tǒng)中物件的傳送采用了機(jī)械手，是由于機(jī)械手能夠準(zhǔn)確的將物件傳送到預(yù)定的位置，能夠滿足沖壓系統(tǒng)的精度要求。本自動沖壓系統(tǒng)中機(jī)械手的運(yùn)動過程由本身自帶的控制程序控制，其工作過程是：當(dāng)機(jī)械手得到一個脈沖信號時(shí)機(jī)械手便按預(yù)先設(shè)定的路徑運(yùn)動，通過控制其吸盤，抓取和釋放物件，將物件傳送到目標(biāo)位置，完成傳送工作后自動返回原位置，等待下一次脈沖信號（如圖1所示）。1.3沖壓裝置的運(yùn)動分析在沖床中當(dāng)物體感應(yīng)器感應(yīng)到機(jī)械手己經(jīng)把金屬板放置到?jīng)_壓區(qū)時(shí)，沖壓機(jī)床獲得一個脈沖信號，沖壓頭下降，當(dāng)達(dá)到下行程開關(guān)SQ2時(shí)，沖頭上升，當(dāng)達(dá)到上行程開關(guān)SQ1時(shí)沖頭停止（如圖2所示）。圖2沖壓裝置1.4整體運(yùn)動分析毛坯件由傳送帶傳送過來到達(dá)指定位置時(shí)，感應(yīng)器發(fā)出脈沖信號，機(jī)械手1順時(shí)針轉(zhuǎn)90度，下降夾緊毛坯，延時(shí)Is上升后逆時(shí)針轉(zhuǎn)180度后放下工件，然后機(jī)械手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度回到初始位置，沖壓裝置光電感應(yīng)器檢測到有物體時(shí)，沖壓頭下降，到達(dá)下行程開關(guān)時(shí)，沖頭上升，到達(dá)上行程開關(guān)時(shí)停止。機(jī)械手1、2順時(shí)針轉(zhuǎn)，下降后夾緊工件，延時(shí)Is上升后逆時(shí)針轉(zhuǎn)180度后放下工件，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)回到初始位置，下降放下工件到傳送帶，自動沖壓一個工件過程完成。機(jī)器可自動循環(huán)沖壓多個工件。（機(jī)械手1和機(jī)械手2同步動作）旋轉(zhuǎn)90度為步進(jìn)電機(jī)完成。（如圖第6頁共50頁3所示）圖3整體運(yùn)動圖湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）

第二章PLC及控制硬件PLC的簡介PLC全稱可編程控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀(jì)60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內(nèi)部存貯執(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，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)的。PLC自產(chǎn)生至今只有30多年的歷史,卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。長期以來，PLC在工業(yè)自動化控制而發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用。這主要是源于它能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合當(dāng)前自動化工業(yè)企業(yè)的需要。PLC的發(fā)展歷史20世紀(jì)70年代大規(guī)模集成電路和微處理機(jī)出現(xiàn)后，正式生產(chǎn)出了現(xiàn)在模式的可編程序邏輯控制器PLC產(chǎn)品。這類產(chǎn)品具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、體積小、應(yīng)用靈活方便、工程周期短、操作維護(hù)方便、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊等優(yōu)點(diǎn)。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在己誕生了第五代PLC產(chǎn)品。而從應(yīng)用角度看，PLC大概經(jīng)歷了如下幾個階段：1、 單機(jī)就地控制，取代繼電器柜，至今仍然是PLC應(yīng)用的主流。2、 數(shù)臺PLC與1臺PC相連，PC完成編程和在運(yùn)行中作為人機(jī)界面。3、 90午代，隨著系統(tǒng)集成能力的提高，PLC提供系統(tǒng)通信的能力，構(gòu)成可編程控制系統(tǒng)PCS,人機(jī)界面逐步完善，具有離散量和模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的監(jiān)控能力。4、隨著近代現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)PC機(jī)（IPC）、軟PLC技術(shù)的發(fā)展,以及系統(tǒng)開放性、電控儀控一體化、管控一體化、IT技術(shù)發(fā)展的需求，新第8頁共50頁湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）型的覆蓋大、中、小系統(tǒng)的PCS正在形成。PLC的工作原理PLC采用循環(huán)（巡回）掃描工作方式，大、中型PLC增加了中斷工作方式。循環(huán)掃描即可按固定順序，也可按用戶程序所規(guī)定一級順序（高級和低級順序）或可變順序等進(jìn)行。因?yàn)橛械挠脩舫绦虿恍枰繏呙枰淮螆?zhí)行一次，也為的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，通過不同的模塊組合的安排，采用分時(shí)分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和控制的實(shí)時(shí)性。用戶將用戶程序設(shè)計(jì)、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存儲器中，并將現(xiàn)場的輸入信號和被驅(qū)動的執(zhí)行元件相應(yīng)地接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上,然后用PLC的控制開關(guān)使其處于運(yùn)行工作方式,PLC就以循環(huán)掃描的工作方式進(jìn)行工作。在輸入信號、用戶程序的控制上,產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號，完成預(yù)期的控制任務(wù)。PLC的分類目前，PLC可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異進(jìn)行大致的分類。按照結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和模塊式兩種。前者具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，易于裝在工業(yè)設(shè)備的內(nèi)部，通常適于單機(jī)工作。后者配置靈活，裝載和維修方便，功能易于擴(kuò)展，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)也較高。按功能、點(diǎn)數(shù)分按功能、輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存儲器容量不同，PLC可分為小型、中型和大型三類。小型PLC又稱為低檔的PLC。這類PLC的規(guī)模較小，它的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般從20點(diǎn)到128點(diǎn)。中型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)通常在120點(diǎn)至512點(diǎn)之間，用戶程序存儲器的容量為2KB-8KB-大型PLC又稱為高檔的PLC,I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上，其中I/O點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又稱為超大型PLC,用戶程序存儲器容量在8KB以上。PLC在控制領(lǐng)域的應(yīng)用在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、第9頁共50頁建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，一些過去使用專用計(jì)算機(jī)的場合，也轉(zhuǎn)向使用PLCoPLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，可歸納為以下幾個方面。1、 開關(guān)量的邏輯控制：PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2、 運(yùn)動控制：PLC可用于對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的控制。早期直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。3、 閉環(huán)過程控制：過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D、D/A轉(zhuǎn)換,并對模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制，可用PID子程序來實(shí)現(xiàn)，也可使用專用的PID模塊。4、 數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存貯在存儲器中的參考值比較,也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置將其打印制表。5、 機(jī)器人控制：機(jī)器人作為工業(yè)過程自動生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，H成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動化的3大支柱之一o現(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司，選用PLC作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動作。6、 通訊聯(lián)網(wǎng)：PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通訊。PLC和計(jì)算機(jī)具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。2.6控制硬件光電傳感器：光電傳感器具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢第10頁共50頁測和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。行程開關(guān):位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)），是_種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件的碰撞使其觸頭動作來實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機(jī)械運(yùn)動的位置或行程,使運(yùn)動機(jī)械按一定位置或行程自動停止、反向運(yùn)動、變速運(yùn)動或自動往返運(yùn)動等。步進(jìn)電機(jī)：是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角"，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。圖4步進(jìn)電機(jī)本設(shè)計(jì)選用型號為45BC005磁阻電動機(jī)，極數(shù)為三相六拍，轉(zhuǎn)矩0.24NM,額定電壓為27V（如圖4所示）。工作原理：通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。結(jié)構(gòu)：電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。（如圖5所示）圖5步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）

第三章PLC控制系統(tǒng)3.1I/O分配表表1I/O分配表輸入輸出啟動10.0機(jī)械手1反轉(zhuǎn)Q0.0停止10.1機(jī)械手1正轉(zhuǎn)Q0.1機(jī)械手1上限位10.2機(jī)械手1下降Q0.2機(jī)械手1下限位10.3機(jī)械手1上升Q0.3沖壓物體檢測10.4機(jī)械手1夾緊Q0.4沖壓上限位10.5沖壓下降1YAQ0.5沖壓下限位10.6沖壓上升2YAQ0.6機(jī)械手2上限位10.7機(jī)械手2反轉(zhuǎn)Q0.7機(jī)械手2下限位11.0機(jī)械手2正轉(zhuǎn)Q1.0機(jī)械手2下降Q1.1機(jī)械手2上升Q1.2機(jī)械手2夾緊Q1.33.2硬件接線圖SB1SE23015023G33B5JQ7SB1SE23015023G33B5JQ7圖6硬件接線圖3.3程序流程圖3.4功能流程圖圖8功能流程圖3.5梯形圖網(wǎng)結(jié)5T37 機(jī)手1TPt：Q0.2—I I―r—C，)1機(jī)手1反轉(zhuǎn):Q崩—CR)1S1.3 SCRT^)網(wǎng)絡(luò)6網(wǎng)絡(luò)7S1.3sSCR

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