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1、卷簧机的电气控制系统设计目录1前言11.1 课题背景和意义11.1.1 本课题的背景11.1.2本课题的意义11.2卷簧机的基本结构11.3系统控制方案选择21.3.1主要控制方案的比较21.3.2 系统方案的选择32可编程序控制器概述42.1可编程序控制器的定义与由来42.2可编程序控制器的特点42.3 PLC基本结构和工作原理52.4可编程序控制器的编程语言83. 卷簧机的电气设计93.1卷簧机的功能及工作流程93.1.1卷簧机的工作流程93.2卷簧机的电气回路设计103.2.1 电气回路设计103.2.2 卷簧机电气设备的选择114. 三菱PLC的常用指令154.1基本指令154.2 步
2、进指令205 编程软件介绍225.1概述225.2程序编制255.3 程序的检查276卷簧机的PLC控制系统设计286.1 PLC软件设计方法286.2系统控制要求286.3可编程序控制器的程序设计306.3.1PLC系统配置的主要依据306.3.2控制系统软件设计33结论39致谢41参考文献42第 1 页 共 43 页1前言1.1 课题背景和意义1.1.1 本课题的背景在可编程序控制器问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。但是其具有体积大，耗电多，可靠性差等致命缺点，所以从1968年以来，PLC的一些基本定义被提出，到20世纪80年代以来，随着PLC具有高速计数、中断技术、
3、PID调节和数据通信等功能，PLC已经成为现代工业控制的三大支柱之一。国外弹簧生产厂家普遍采用自动化生产，生产质量很稳定，效率很高。而国内在这方面的技术依然不是很成熟，急需技术改进及革新。1.1.2本课题的意义随着汽车工业的飞速发展以及铁路运输的提速，相应地对车辆减震系统的要求不断提高，这无疑给弹簧行业带来了巨大的商机，同时也对弹簧生产设备卷簧机的性能提出了更高的要求。然而国内弹簧生产厂家由于起步晚等原因，存在很多问题，诸如生产率低下、产平规格不全等问题。在这种背景下，技术的开发和创新显得尤其重要。本文对卷簧机的基本原理做一些粗浅研究，为以后的研究打下一些基础。同时，本文通过做卷簧机的电气控制
4、系统设计进行一定的分析和说明，从而熟悉PLC自动化系统在工业生产控制中的应用。1.2卷簧机的基本结构卷簧机主要部分由芯轴座、芯轴、基座、支承座组成。芯轴座的前进后退由一台变频控制电机控制，芯轴的转动由一台普通电机控制。插销动作、咬嘴动作、夹料动作、顶尖动作、支承座前进后退由气阀控制3。通过限位开关ABCD的位置设置设定弹簧的初始原点、工作点、弹簧的长度、支承座的后退位置。通过螺旋电位器的设置调节芯轴座控制电机的速度来设定工艺要求的螺纹间距。机床基本结构图如图1.1所示，限位开关设置如图1.2所示。图1.1机床基本结构图图1.2限位开关设置图1.3系统控制方案选择系统控制方案的确定非常重要，因为
5、它要控制的对象是系统中的关键设备，必须具备极高的安全性、可靠性和稳定性。由于车间的工作环境比较恶劣，控制系统会受到通过供电电源及输入输出信号线引入的各种干扰，这些干扰都具有很强的干扰能量。所以，在确定方案时，首先要求系统必须具备很强的干扰能力，能在较恶劣的环境中连续稳定地工作。一般而言，根据以上的加工要求和技术要求，本控制系统可以采用单片机、可编程逻辑控制器（PLC）、工控机等电气控制方案。1.3.1主要控制方案的比较 1.单片机控制特点 单片微型机（简称单片机）又名微控制器，是七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它是把CPU、内存及I/O压缩在同一芯片上，再外加一些电子元件便构成一
6、套简易的控制系统，如此一来可以降低硬件成本。由于单片机具有功能强、体积小、可靠性高、面向控制和价格低廉等一系列优点，因而在工业、农业、国防、交通、民用消费等各个领域得到了广泛的应用，有力推动了各行业的技术改造和产品的更新换代。但相较其他控制方案来说，其开发周期长，工作量大。 2.PLC控制特点1 可编程控制器简称PLC，作为传统继电器接触控制的替代产品，已广泛用于工业控制的各个领域。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常适合于在恶劣的工业环境下使用。故自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个
7、领域，大大推进了机电一体化进程。 3.工控机控制特点 工控机通常是指工业用个人计算机（INDUSTRIAL PC），即能够用于工业及其相关场合下的工业级的PC机，亦称为ICPC（INDUSTRIAL CONTROL WITH PC）。 与一般计算机适用场合相比，使用工控机的场合具有一定的特殊性。首先，环境通常比较恶劣，如工业现场比较容易存在粉尘、高温、潮湿、噪声、冲击、震动、各种电磁信号干扰、辐射、腐蚀，野外工作条件以及操作人员素质等环境因素；其次，要求计算机必须能长期、无故障地连续运行，一旦发生故障，能较快地修复。这种使用要求，决定了工控机完全不同于普通的商用PC机，对于工控机来说，可靠性将
8、是最重要和首要考虑的因素。工控机的可靠性主要是由其器件的筛选和其本身的工艺设计制造决定，这其中最重要的又体现在作为主要部件的机箱和CPU主板极其相关器件上。1.3.2 系统方案的选择对系统方案的选择，应从经济成本、设计生产周期长短等方面进行综合考虑。 从影响成本的各个因素综合考虑，就目前生产设备控制装置来说，单片机价格最低廉，而PLC的优势在于其高性价比。当然，价格仅是选择时需参考的一个因素，而可靠性是选择时需要考虑的又一个因素。从设计生产周期长短考虑设计新的生产机械设备，毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产。特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需要改动现有
9、生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。如果要使这些要求得以实现，单片机显然难以实现，而PLC则完全可以实现。因为用PLC不必改动外部设备连线，只要在软件上做文章就可以了。也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷，可以达到事半功倍的目的。综上所述，PLC具有高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简单、低价格长寿命等特点。比之单片机，它的输入输出更接近现场设备，不需要添加太多的中间部件和接口。综合PLC上述特点和机床的运动为单轴运动，因此本机床控制系统采用PLC作为主控设备，实现机床的逻辑运动控制。从而
10、缩短设计生产周期，以使本机床能够尽快投入生产使用，满足生产厂商的生产任务需求。2可编程序控制器概述2.1可编程序控制器的定义与由来可编程序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储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出控制各种类型的机械或生产过程1。20世纪60年代，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制代替传统的继电接触器控制，但因价格昂贵、输入输出电路不匹配、编程复杂等原因，而没能得到推广和应用。20世纪50年代末，美国通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断翻新的需要，提
11、出需要有这样一种控制设备，即 它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低。 它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便。系统通用性强。 1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，用在GM公司生产线上获得成功。其后日本、德国等相继引入，可编程控制器迅速发展起来。这一时期它主要用于顺序控制。虽然也采用了计算机的设计思想，但实际上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为PLC（Programmable Logic Controller）。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PL
12、C的功能日益增强。PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现柔性制造系统FMS。远程通信功能的实现更使得PLC如虎添翼。无怪乎有人将PLC称为现代化控制的三大支柱(即PLC、机器人和计算机辅助设计制造CADCAM)之一。由于PLC的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，故称为“可编程控制器”，简称PC（Programmable Controller）。因PC容易和“个人计算机”(Personal Computer)混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。2.2可编程序控制器的特点可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 可靠性高，抗干扰能力强
13、：可编程控制器是专为工业控制而设计的，除了对器件的严格筛选和老化外在硬件和软件两个方面还采用了屏蔽、滤波、隔离、故障论断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，使其平均无故障时间达到(35)万小时以上。 编程直观、简单：可编程控制器是面向用户、面向现场，考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，它没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂。电气工程师和具有一定知识的电工、工艺人员都可以在短时间内学会，使用起来得心应手。计算机技术和传统的继电器控制技术之间的隔阂在可编程控制器上完全不存在。世界上
14、许多国家的公司生产的可编程控制器把梯形图语言作为第一用户语言。 适应性好：可编程控制器是通过程序实现控制的。当控制要求发生改变时，只要修改程序即可。由于可编程控制器产品已标准化，系列化、模块化，因此能灵活方便地进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统，适应能力非常强，故既可控制一台单机，一条生产线，又可控制一个复杂的群控系统，既可以现场控制，又可以远距离控制。功能完善，接口功能强：目前的可编程控制器具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能使设备控制水平大大提高。接口功率驱动极大地方便了用户，常用的数字量输入输出接口，就电源
15、而言有110v、220v交流和5v、24v、48V直流等多种；负载能力可在(0.55A)的范围内变化；模拟量的输入输出有正负50mv、正负10V、（010）mA、（420）mA、等各种规格。可以很方便地将可编程控制器与各种不同的现场控制设备顺利连接，组成应用系统。例如，输入接口可直接与各种开关虽和传感器进行连接，输出接口在多数情况下也可直接与各种传统的继电器、接触器及电磁阀等相连接2。2.3 PLC基本结构和工作原理如图2.1所示，PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊模块。由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或IO扫描方式，若有键按下或有IO变化则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待.PLC则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回
