基于FluidSIM的气动钻床PLC控制设计.pdf

10第11期（总第383期）2021年11月No.11NOV文章编号：1673-887X(2021)11-0010-02基于FluidSIM 的气动钻床 PLC控制设计李霄伟1，赵（1 黑龙江八一农垦大学 工程学院，黑龙江摘要大庆军1，于启龙2嫩江161444）163711；2 北大荒集团尖山农场有限公司，黑龙江文章介绍了一种半自动钻床的气动系统及其 PLC控制系统。主要内容有半自动钻床气动系统的组成和动作顺序，基于Fluidsim P软件设计了继电器控制电路和 PLC接线图，并进行模拟运行。制作了西门子 S7-200 型PLC的控制程序，并利用组态软件 MCGS设计了触摸屏控制面板界面。气动系统与 PLC构成组态系统，可视化的控制模式使机械加工变得简单明了。关键词气动系统；FluidSIM；PLC；MCGSTH138；TP273文献标志码Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2021.11.003中图分类号PLCPLC ControlControl DesignDesign ofof PneumaticPneumatic DrillingDrilling MachineMachine BasedBased onon FluidsimFluidsimLi Xiaowei1,Zhao Jun1,YuQilong2(1.College of Engineering,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163711,Heilongjiang,China2.Beidahuang Group Jianshan Farm Co.,Ltd.,Nenjiang 161444,Heilongjiang,China)Abstract：This paper introduces a semiautomatic drilling machine pneumatic system and PLC control system.The main content isthe composition and action sequence of the semiautomatic drilling machine pneumatic system.Based on Fluidsim P software,the relay control circuit and PLC wiring diagram are designed,and the simulation operation is carried out.The control program of SiemensS7200 PLC is made,and the interface of touch screen control panel is designed by MCGS.KeyKey wordswords：pneumatic system,FluidSIM,PLC,MCGS气动装置结构简单、轻便，安装维护简单，压力等级低，使用安全。工作介质是空气，排气处理简单，不污染环境，成本低1。随着经济技术的不断发展，液压气动系统结合智能化、精准化不断发展，有很好的发展前景。件，当活塞触发限位开关时，由快进变为慢速的工进，此时慢速对工件进行打孔。打孔完毕后进给气缸活塞快速缩回，待活塞退回到初始位置，电动机停止，气马达带动回转工作台转位 90，转位结束后开始再一次进给打孔。当转位的次数达到 4次，系统停止工作且夹紧气缸松开，由工人更换工件。转位的次数和转过的角度都可以通过电气回路由使用者自由的设置。1控制要求在利用继电器进行电气控制的气动回路中，控制电路接线复杂、可靠性低且更改逻辑关系不方便。针对这一现象，在分析继电器电控回路的基础上，设计气动回路的 PLC控制程序，并设计合理的 PLC接线图，在简化线路的同时，最大程度提高控制系统的可靠性2。本文主要研究了一个用于钻孔的气动机床的气动系统及其自动控制。使用Festo 公司的FluidSim P软件进行气动原理图和电气回路接线图的绘制3，利用西门子 STEP7 软件进行 PLC程序的编辑，最后用昆仑通态公司的 MCGS软件进行触摸板的控制界面设计。本文中所研究的钻床可以实现半自动化的均布打孔作业，将需要加工的工件由工人安放在工作台上，按下总开关和启动按钮后，夹紧气缸将工件完全夹紧，此时带动打孔钻头的电动机启动，且进给气缸的活塞推动钻头快速接近工收稿日期作者简介通讯作者2021-11-11李霄伟（1998-），男，山西人，研究生在读，研究方向：赵军，硕士生导师，E-mail：。22.1气动系统与电气控制回路设计气动回路设计气动钻床是采用气动马达完成主体运动主轴旋转再由气缸提供进给运动的钻床4。FluidSIM 是液压专用软件，液压系统的各个元器件都能在软件库中找到，所以搭建液压系统非常的方便5。图 1为利用 FluidSim P绘制的气动系统原理。气动回路由气缸、气马达、电磁换向阀、气源以及压力开关组成6。2.2电气控制回路设计电气回路由按钮开关、按键开关、继电器、气电转换器、电磁线圈、延时断开继电器、计数器、电动机、限位开关和常开/常闭触点组成。利用继电器控制开关触点，并用电磁线圈控制电磁换向。2.3仿真运行进行仿真运行前，需要先设置元件参数。设夹紧气缸行程为 100 mm，进给气缸 Q2行程为 300 mm。对于模拟运行的农业机械化工程。农业装备李霄伟，赵军，于启龙：基于FluidSIM 的气动钻床 PLC控制设计11状态图属性，选择时间间隔为自动调节，记事文件路径不选择，采用计算机截图的方法来记录状态图，仿真步长为 1S，填充颜色和图层均设为默认值。4控制面板界面设计本文选择昆仑通态公司的 MCGS组态软件进行触摸屏控制面板界面的设计与编辑。首先设置好动画界面的大小等参数后，设置 PLC 与组态软件的通讯地址，利用 PPI 通讯端口，使组态窗口中的功能按键、输入框等与 PLC 寻址串接。进入设备窗口，选择西门子 PPI 驱动，将PLC 的设备地址填入。图 3为设计完成的控制面板界面。将指示灯与 PLC的Q寄存器寻址绑定，按钮与 I寄存器寻址绑定，输入框与定时器的时间值寻址绑定。并设置一个文字随Q0.0的输出状态所变化的文本框，当气缸 Q1夹紧后，显示为“工作中”；当气缸Q1松开，显示为“放置/更换工件”。图 1气动回路原理图Fig.1 The schematic diagram of pneumatic circuit总开关1007550250MM：SSMM：SS MM：SS MM：SSMM：SS输入框电动机启动按钮放置/更换工作夹紧松开快进慢速工进退回图3图2FluidSim P 仿真运行状态图利用MCGS软件制作的控制面板界面Fig.3 The control panel interface made by MCGS softwareFig.2 The FluidSIM P simulation running state diagram5结论本文利用 Fluidsim 软件模拟运行了气动系统，绘制了气动回路模拟运行，运行中记录并得出状态图（时间-位移图），图中第一部分为夹紧气缸 Q1运动状态，中间为进给气缸Q2运动状态，第三部分为气马达的运动状态。如图 2所示，当气缸 Q1 夹紧时，气缸 Q2 开始快进，此时图形斜率较高；活塞触发限位开关 S2，气缸Q2慢速工进，图形斜率变缓；气缸 Q2活塞触发限位 S3时，活塞快退，斜率较大；在一次工作循环中气缸 Q2工进4次，在此期间，气马达控制转台转动，在第 4次打孔结束后，转台归位。转台归位后，气缸 Q1将工件松开。PLC接线图，并用西门子 STEP7 软件编辑了 PLC程序。利用MCGS软件制作了触控面板。气动技术相较于液压技术，更适合现代化工厂使用，使工作环境变得干净整洁，且介质很容易获取。目前 PLC功能越来越强，有着不可比拟的实用性，与工控PC、单片机占据了大部分数控市场。随着人工智能的不断发展，PLC也迫切需要结合深度学习技术，以实现更高端的控制模式。参考文献1234567赵波等.液压与气动技术M.机械工业出版社,2008.田艳芳.PLC 在钻孔组合机床控制中的应用J.机床与液压,2003(4):180-181.钱振华.基于 FluidSIM 的液压与气动课程仿真教学研究J.液压气动与密封,2009,29(4):25-27.吴春英.气动钻床气压传动系统控制回路的设计J.机械工程师,2005(5):67.张健,舒荠萱,刘海军,等.基于 FluidSIM 的简易式立体车库液压系统的研究J.机电工程技术,2019,48(9):49-50.柯良,蓝裕浩,应森昂.基于 PLC的PVC颗粒双层自动称重包装机的设计与开发J.液压气动与密封,2021,41(2):31-35.王镇,郑莹莹.PLC在气动双面钻孔机床控制系统中应用J.自动化博览,2011(S2):164-168.3PLC控制设计传统的自动控制使用开关、继电器和触点进行控制，由触点是否通电、控制器的通断电来实现控制。但这种控制方式对于复杂的自动控制接线很繁琐很复杂，而且容易发生故障，只适用于进行简单的控制。如今各种无触点控制电路的发展越来越成熟，利用PLC或工控机既可以实现各种繁杂的自动化作业，又可以方便地进行修改、改进升级等操作。S7-200CNPLC 是专供中国市场的整体式小型机，该机型有 8输入和6输出，14个数字量 I/O点7。I/O 地址确定后，利用 STEP7-MicroWin 进行程序的编辑，在程序编写完成后，先用软件自带的编译功能检验程序是否正确。检验完成后，必须利用 S7-200仿真软件对程序进行仿真运行。