机电冲压机控制系统设计--课程设计.doc

冲压机控制系统设计

目 录
0. 前 言 1
1. 课程设计的任务和要求 2
1.1 控制要求 2
1.2 课程设计的基本要求 2
2. 总体设计 3
2.1 输入输出端子接线图 3
2.2 PLC控制原理图及其设计说明 4
2.3 主电路图 5
2.4 PLC选型 6
3. PLC程序设计 7
3.1 主程序设计说明 7
3.2 手动子程序设计 11
3.3 自动回原点子程序 13
3.4 自动程序 15
4. 电器元件选择 22
5. 结束语 23
6. 参考文献 23

沈阳理工大学
0. 前 言
本次课程设计的目的是掌握机电传动控制系统的基本原理、PLC控制电路的设计方法以及继电器—接触器控制电路的PLC改造方法。掌握机电传动控制系统中继电器—接触器控制和PLC控制的基本原理、设计方法及两者的关系。掌握常用电器元件的选择方法。具备一定的控制电路的分析能力与设计能力。
在老师的指导帮助下，经过亲手调试，本次课程设计给我提供了一次锻炼自己的动手能力、创新能力，并让我更加熟练的掌握了机电传动控制系统的基本原理、PLC控制电路的设计方法以及继电器—接触器控制电路的PLC改造方法。掌握机电传动控制系统中继电器—接触器控制和PLC控制的基本原理、设计方法及两者的关系。掌握常用电器元件的选择方法。具备一定的控制电路的分析能力与设计能力。在此对老师提供的帮助，深表感谢。
1. 课程设计的任务和要求
1.1 控制要求
1）按下启动键后，把工件放在传送带1上，启动传送带1将工件送到工位1；
2）打开进料机械手吸盘控制阀，使吸盘吸住工件；
3）进料机械手伸出将工件送入冲压机加工台的工位2，断开吸盘并退回；
4)冲压模具下降，冲压完工件后上升；
5)出料机械手进入冲压机加工台；
6)出料机械手吸盘吸住工件；
7）将工件放到工位3，松开出料吸盘，出料机械手退回原位；
8）启动传送带2将工件从工位3送走；
要求：1）完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。
2）按停止按钮，完成当前循环后再停。
3）按复位按钮，机械手和冲压机均回原位。
4）要求可以实现手动、回原点、单周期、连续控制。
5）连续时，循环5次结束，声光间断报警5秒。
1.2 课程设计的基本要求
（1）画出段子分配图 、和顺序功能图
（2）设计并调试PLC控制梯形图
（3）设计说明书

2. 总体设计
2.1 输入输出端子接线图
图1 端子接线图
2.2 PLC控制原理图及其设计说明

图2 外部接线图
2.3 主电路图

图3 电动机正反转电路图
2.4 PLC选型
(1）设计方案
1）模具的上、下限分别由传感器来感应控制；
2）工位1、工位2、工位3分别由传感器感应控制；
3）进料、出料机械手原位由传感器感应控制；
4）开关分别控制手动、回原点、单周期和连续。
5）按下启动开关，执行自动程序，将开关接通手动，则可以进行手动操作。
6）进料吸盘控制阀通过工位1感应器感应控制，进、出料机械手退回，同时吸盘自动松开。
(2)输入点数
进料机械手原位与出料机械手原位各需1个开关，共2个输入；模具的上下限开关需2个输入；工位1、2、3各需要1个传感器，共需3个输入；传送带1传送、传送带2传送各需1个按钮，需要2个输入；进料吸盘控制阀打开、进料吸盘控制阀关闭、出料吸盘控制阀打开、出料吸盘控制阀关闭各需1个按钮，需要4个输入；进料机械手伸出、进料机械手退回、出料机械手伸出、出料机械手退回各需1个按钮，需要4个输入；模具下降和模具上升各需1个按钮，需要2个输入；启动、停止、复位各需1个按钮，需要3个输入；手动、回原点、单周期、连续各需1个按钮，需要4个输入。
共计26个输入。
(3）输出点数
传送带1传送、传送带2传送各需1个输出，共需2个输出；进料机械手伸出、进料机械手退回、出料机械手伸出、出料机械手退回各需1个输出，需要4个输出；模具上升、下降各需1个输入，共需2个输出；进料吸盘控制阀打开、出料吸盘控制阀打开各需1个输出，共需2个输出；声报警、光报警各需1个输出，共需2个输出。
共计需要12个输出。
根据输入输出点数及备用量选用 S7-200 CPU226 AC/DC/继电器型PLC。
3. PLC程序设计
3.1 主程序设计说明
本课题主要功能是冲压工件。为了满足生产要求，该设备要求设置多种工作方式，例如手动和自动（包括连续、单周期、自动返回初始状态）工作方式。手动程序比较简单，用经验法设计，复杂的自动程序根据系统的顺序功能图，用顺序法设计。
（1） 控制面板如图4所示：工作方式选择开关的4个位置分别对应于4种工作方式，操作面板下部的按钮是手动按钮，为了保证紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠的断开PLC的负载电源，设置了交流接触器KM。在PLC开始运行时，按下“负载电源”按钮，使KM线圈得电并自锁，KM的主接触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。

图4 操作面板示意图

（2）工作方式
系统设有手动、连续、单周期和回原点4种工作方式。
在手动工作方式下，用I1.0—I1.2和I3.0—I3.1对应的12个按钮分别独立控制传送带1传送、传送带2传送、进料吸盘控制阀打开、出料吸盘控制阀打开、进料机械手伸出、进料机械手退回、出料机械手伸出、出料机械手退回、模具下降、模具上升、进料吸盘控制阀关闭、出料吸盘控制阀关闭。
在单周期工作方式下，按下启动按钮I2.6后，从初始步M0.0开始，机械手按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后，在连续工作方式下，在初始状态按下启动按钮后，机械手从初始步始，工作一个周期后开始下一个周期，反复连续工作。按下停止按钮，并不会马上停止工作，而是在完成最后一个周期的工作后，系统才会返回并停留在初始步。
在进入单周期和连续的工作方式之前，机械手的初始状态为：进料吸盘控制阀打开，进料机械手原位、模具上限位、出料机械手原位、出料吸盘控制阀打开。如果不满足这一条件，可以选择回原点工作方式，然后按启动按钮I2.6，使系统自动返回原点状态。在原点状态，顺序功能图中初始步M0.0为ON，为进入单周期和连续工作方式做好准备。
（3） 程序的总体结构。
图5是主程序SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。在手动方式下，I2.2为ON，执行“手动”子程序。在自动回原点方式下，I2.3为ON，执行“回原点”子程序。在其他两种工作方式下执行“自动”子程序。

图5 主程序梯形图
（4）公用程序
公用程序如图6所示，公用程序用来处理各种工作方式都要执行的任务，以及处理不同工作方式之间的相互转换。
系统的原点条件是：进料机械手原位开关I0.1、模具上限位开关I0.6、出料机械手原位开关I0.2、表示进料吸盘松开的Q0.1、出料吸盘松开的Q0.7的常闭触电闭合，此时原点条件M0.5为ON。在开始执行用户程序（SM0.1为ON），或者系统处于手动或者自动回原点状态（I2.0或I2.1为ON）时，初始步对应的M0.0将被置位，为进入单周期和连续方式做准备。如果此时M0.5为OFF状态，M0.0将被复位，初始步变为不活动步，无法进入单周期或连续工作方式。

图6 公用程序梯形图

3.2 手动子程序设计
手动程序如图7，当系统处于手动工作方式时，必须将图7中除了初始步以外的各步对应的存储器位（M2.0--M3.4）复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回各自方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常状况，引起错误的动作。在非连续工作方式下，I2.5的常闭触点断开，启动后表示连续工作状态的标志M0.7复位。

图7 手动程序梯形图
3.3 自动回原点子程序
如图8、图9分别是回原点子程序的顺序功能图、梯形图。在回原点工作方式下，I2.3为ON。按下启动按钮I2.6，M1.0变为ON，出料机械手退回，退回到出料机械手原点限位时，I0.2为ON模具上升，到达上限位开关时，I0.6变为ON，M1.2变为ON，，进料机械手退回，退回到进料机械手原点限位时，I0.1为ON，将步M1.2复位，同时将Q0.1、Q0.7复位，机械手吸盘松开。这是原点条件满足，M0.5为ON，在公用程序中，初始步M0.0被置位，为进入单周期和连续工作方式做好了准备，可以认为M0.0是M1.2的后续步。

图8 回原点程序顺序功能图

图9 自动回原点梯形图

3.4 自动程序
连续工作方式时，I2.5为1状态。初始步为活动步时按下启动按钮I2.6，M2.0变为1状态传送带1传送，同时，控制连续工作的M0.7线圈通电并自保持。
当在步M3.3时，因为连续标志位M0.7为1状态，转换条件满足，系统将返回步M2.0，反复连续的工作下去。
按下启动按钮I2.7，M0.7变为0状态，但是机械手不会立即停止工作，在完成当前全部操作后，系统才会从步M3.3返回并停在初始步。
在单周期工作方式下，M0.7一直处于0状态。当在最后一步M3.3时，系统返回并停在初始步。按一次启动按钮，系统只工作一个周期。
运行过程：在初始步时按下启动按钮I2.6，在M2.0的启动电路中，原点条件M0.0、M0.5、I2.6和M0.6常开触点接通，使线圈M2.0得电，Q0.0得电，传送带1传送工件。当工件到达工位1时，限位开关I0.3闭合，进料机械手吸盘吸住工件，1秒后，进料机械手伸出，到达工位2时，限位开关I0.4闭合，进料机械手吸盘松开工件，1秒后，进料机械手退回，退回到工位1，I0.3闭合，冲压模具下降，下降到下限位是，下限位开关I0.7闭合，模具上升，上升到上限位时，上限位开关I0.6闭合，出料机械手伸出，当出料机械手到达工位2时，工位2限位开关I0.4打开，出料吸盘控制阀打开。吸住工件，1秒后，出料机械手退回，退回到工位3，限位开关I0.5打开，出料机械手吸盘松开工件，1秒后，传送带2传送工件，同时计数器加1。在单周期工作方式时，直接返回初始步，运行结束；在连续工作方式时，返回第一步，重复运行，运行5次后，计数器触电闭合，执行声光报警动作，5秒后返回初始步，结束循环。

图10 自动程序顺序功能图

图11 自动程序梯形图

4. 电器元件选择
1. 电机的选型
根据本冲压机工作需要可选择：
模具电机：型号YZP 100L额定功率：2.2KW，额定电流：5.57A，额定 电压：～380V，额定转速：1500 r/min。最大转矩倍数2.4。效率75.8%。功率因数Cosφ＝0.79
机械手电机：型号YZP 160 M2额定功率：7.5KW，额定电流：19.6A，额定电压：～380V，额定转速：1500 r/min。最大转矩倍数2.6。效率80%。功率因数Cosφ＝0.74
2. 熔断器选型
FU1：型号为：3NA3 803－2C
FU2：型号为：3NA3 801－2
3. 断路器选型
选择断路器的依据和指标有：额定电压， 额定电流。
电路中的QF：型号为：CM1-100L/33002
4. 热继电器选型
热继电器（FR）型号为：LR2-D12C
5. 选择开关、信号灯等选型
开关SB型号：3sb32 05-0AA51
信号灯型号:ND16-22C/4 AC380V
按钮型号：LAY3-11/1

5. 结束语
6. 参考文献
[1] 陈白宁.段智敏.刘文波. 机电传动控制.第一版.东北大学出版社.2004.4；
[2] 廖常初 PLC编程及运用 北京：机械工业出版社，2002
[3] 殷华文 可编程序控制器及工业控制网络 西安 西安地图出版社，2001
[4] 庞启怀 小功率电动机选择与应用技术 北京：人民邮电出版社，1998
[5] 夏田，陈婵娟，祁广利. PLC电气控制技术. 北京：化学工业出版社，2009.
[6] 张凤珊，祖龙起. 电气控制及可编程程序控制器. 北京：中国轻工业出版2003.
[7] 周万珍，高鸿斌. PLC分析与设计应用. 北京：电子工业出版社，2004.
[8] 机械设计手册. 机械设计手册编写组. 第一版. 机械工业出版社.1981；