PLC气压式冲孔机控制系统设计

电气控制与PLC课程设计

课题：气压式冲孔机控制系统

系别：电气与电子工程系

专业：自动化

姓名：杨钢剑

学号：092409245

指导教师：

河南城建学院

2012年6月14日

成绩评定·

一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。

二、评分

课程设计成绩评定

成绩：（五级制）

指导教师签字年月日

目录

一、前言...................................................................................................................................... - 4 -

1.1设计背景........................................................................................................................ - 4 -

1.2本设计的任务和目的.................................................................................................... - 4 -

1.2.1设计任务............................................................................................................. - 4 -

1.2.2设计任务............................................................................................................. - 4 -

二、PLC以及气压式冲孔加工机控制系统的PLC应用 ........................................................ - 5 -

2.1 PLC的定义和发展历程............................................................................................... - 5 -

2.2 PLC的基本结构........................................................................................................... - 5 -

2.3 PLC的特点................................................................................................................... - 5 -

2.4 气压式冲孔加工机控制系统PLC的优势.................................................................. - 6 -

三、气压式冲加工机控制系统线路设计.................................................................................. - 7 -

3.1 设计任务要求.............................................................................................................. - 7 -

3.2 任务分析及解决方案.................................................................................................. - 7 -

四、硬件选型.............................................................................................................................. - 9 -

4.1 plc的选择................................................................................................................... - 9 -

4.1.1 plc分类............................................................................................................... - 9 -

4.1.2输入输出模块的选择....................................................................................... - 10 -

4.1.3电源的选择....................................................................................................... - 10 -

4.2 接触器的选择............................................................................................................. - 10 -

4.2.1. 接触器的选择................................................................................................. - 10 -

4.3 电动机的选择............................................................................................................. - 11 -

4.3.1.电动机的选择................................................................................................ - 11 -

五、PLC控制程序的设计 ....................................................................................................... - 12 -

5.1 PLC外部接线图......................................................................................................... - 12 -

5.2 气压式冲孔加工机控制系统流程图......................................................................... - 13 -

5.3 PLC主电路图............................................................................................................. - 14 -

5.4 PLC控制梯型图及指令表......................................................................................... - 14 -

5.6 程序原理分析及仿真................................................................................................ - 21 -

六、总结................................................................................................................................ - 23 -

七、参考文献............................................................................................................................ - 24 -

一、前言

1.1设计背景

随着社会的不断发展，自动化的程度不断提高，对于工厂自动化的要求更是如此，减少人为的操作，保证人员和设备的安全，节约资源提高劳动生产率，降低能耗。为了更好的满足以上的工业要求，需要对现行的气压式冲孔机控制系统重新设计。

1.2本设计的任务和目的

1.2.1设计任务

综合运用本课程及前期课程的相关知识和技能，相对独立地设计和调试一个小型PLC应用系统，使学生获得控制技术工程的基本训练，提高工程意识和实践技能。同时提高学生对文献资料的检索和信息处理的能力，以及编写和整理设计文档的能力。

1.2.2设计任务

熟悉工艺流程及生产设备的工作原理；根据控制要求，画出硬件电路图、PLC 接线图及控制梯形图；利用编程软件编制程序，可先在计算机上进行仿真，然后在实验室完成调试；完成课程设计说明书。

二、PLC以及气压式冲孔加工机控制系统的PLC应用

2.1 PLC的定义和发展历程

Programmable Logic Controller 简称为PLC，即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

2.2 PLC的基本结构

CPU模块：又叫中央处理单元或控制器 ,它主要有微处理器和存储器组成。

CPU的作用类似于人的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一次完成以下工作：

（1）输入处理；（2）程序执行；（3）输出处理。

I/O模块：是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号,输入信号有两类：开关量输入信号和模拟量输入信号。PLC通过输出模块控制接触器，电磁阀，电磁铁，调节阀，调速装置等执行器。

编程设备：用来生成、检查和修改用户程序，还可以用来监视用户程序的执行情况。

电源：PLC一般采用220v交流电源。

2.3 PLC的特点

1 ) 高可靠性、抗干扰能力强

2) 丰富的I/O接口模块

3)配套齐全、功能完善、适用性强

4)系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造

5)体积小、重量轻、能耗低

2.4 气压式冲孔加工机控制系统PLC的优势

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离,良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

更能保证人员与设备的安全。

（2）系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造，体积小、重量轻、能耗低,以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm ，重量小于150g 耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想设备。

（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

三、气压式冲加工机控制系统线路设计

3.1 设计任务要求

图3.1.1

如图为气压式冲孔加工机工作示意图

①工件的补充、冲孔、测试及搬运可同时进行。

②工件的补充由传送带（电机M0驱动）送入。

③工件的搬运分合格品及不合格品两种，由测孔部分判断。若测孔机在设定时间内能测孔到底（MS2 ON），则为合格品，否则即为不合格品。

④不合格品在测孔完毕后，由A缸抽离隔离板，让不合格的工件自动掉入废料箱；若为合格品，则在工件到达搬运点后，由B缸抽离隔离板，让合格的工件自动调入包装箱

3.2 任务分析及解决方案

①在正常生产过程中，由于生产的连续性，转盘的四个放工件的位置处于等同的地位，可以用时间继电器和行程开关对工件的补充、冲孔、测试及搬运可同时进行控制。

②M0的启动可由启动开关并自锁实现连续运转从而实现工件的不断补充。

③测孔的实现可由时间继电器和测孔下限位开关MS2同时控制实现。测孔机在设定时间内能测孔到底（MS2 ON），则为合格品，否则即为不合格品。

④不合格品在测孔完毕后，由A缸抽离隔离板，可由测孔下限位开关MS2控制，让不合格的工件自动掉入废料箱；若为合格品，则在工件到达搬运点后，由B缸抽离隔离板，这一过程可由时间继电器和行程开关SQ2同时控制实现，让合格的工件自动调入包装箱

四、硬件选型

4.1 plc的选择

4.1.1 plc分类

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。

对于本控制系统而言，我们根据输入输出点数选型。下表为I/O分配表：

表4.1.1.1

信号名称代号对应PLC端子性质

输入

启动开关X0 X0 点动停止开关X1 X1 交替工件检测开关PH0 X2 点动工件定位开关PH1 X3 点动钻孔下限位开关MS0 X4 点动钻孔上限位开关MS1 X5 点动检测下限位开关MS2 X6 点动检测上限位开关MS3 X7 点动行程开关SQ0 X10 点动行程开关SQ1 X11 点动行程开关SQ2 X12 点动行程开关SQ3 X13 点动

输出传送带转动M0 Y0 转盘转动M1 Y1 钻孔机下降Y2 钻孔机上升Y3 测孔机下降Y4 测孔机上升Y5 A缸Y6 B缸Y7

用到的输入输出总点数为20个，选择有32个输入输出点数的PLC，流出的余量满足15%的要求。同时根据需要，我们选择各个开关的性质如上表示。

4.1.2输入输出模块的选择

输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、既可带交流也可带直流的输出方式等特点，故本设计采用继电器M输出方式。

4.1.3电源的选择

PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用AC--220V电源，与国内电网电压一致。

根据以上分析，我们选择FX-2N-32MR的PLC进行控制系统设计。

4.2 接触器的选择

4.2.1. 接触器的选择

（1）.控制设备的额定电流是第一个要考虑的，接触器额定工作电流应该选择略大于控制设备额定电流，最好是1.2到1.5倍，这样才耐用。

（2）.控制设备的运转方式，是AC-3（笼型感应式电动机的启动、分断）还是AC-4（笼型感应电动机的启动、反接制动或密接通断电动机）等负载，AC-4负载对接触器的要求要高于AC-3.所以要选择接触器额定工作电流更大的。（3）.控制接触器线圈的电压，是交流还是直流，24V，36V，还是220V，380V （4）.接触器辅助触点有没有自锁，互锁等其他功能，所以要考虑辅助触点是常开还是常闭。

4.3 电动机的选择

4.3.1.电动机的选择

正确选用电动机的基本原则：

（1）电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谢波干扰等），应在容许的范围内；

（2）按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内；

（3）根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；

（4）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。

五、PLC控制程序的设计

5.1 PLC外部接线图

根据选择的PLC类型和装置的原理确定装置接线图如图5.1.1示：

5.2 气压式冲孔加工机控制系统流程图

有 无

M1转动

M1转动 合格 不合格

M1转动

图5.2.1

启动 检测有无工件 M0启动

工件定位 等待 钻孔 测孔 Y6为OFF Y6为ON Y7为ON

5.3 PLC主电路图

图5.3.1 图5.3.2 5.4 PLC控制梯型图及指令表