压缩机曲轴钼镆喷涂生产线PLC电气控制系统设计.docx

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压缩机曲轴钼镆喷涂生产线PLC电气控制系统设计

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沈飞工学院毕业设计任务书一、毕业设计题目

压缩机曲轴钼镆喷涂生产线PLC电气控制系统设计。

二、设计的原始资料

1、二期工程项目现场

2、机械设计技术要求

3、厂家提供技术参数

三、设计的详细内容和要求

1、叙述压缩机曲轴钼镆喷涂生产线设备组成;

2、叙述该设备加工工艺要求及控制逻辑关系;

3、叙述该控制系统的设计方案及控制方法，绘出该系统电气原理图、方框图。

4、熟悉日本OMRON公司CQM1H-CPU51-EV1PLC控制系统的特点，学会

编写程序。

5、熟悉系统的电气控制部分，重点分析和掌握PLC程序部分。

6、了解系统的调试与运行部分出现的问题及解决的方法。

7、绘制0#图纸3张，编写设计说明书一本。

四、设计日期自2001年4月19日至2001年6月18日。

五、学生姓名:

牛贺班级:

9774班六、设计指导老师:

陈东旭职称:

高工

毕业设计领导小组:

年月日课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏

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一、序言……………………………………1二、设备的主要组成及技术参数…………2

A设备的主要组成

B主要的技术参数

三、设备的工作过程及控制逻辑流程图…3四、电气系统的组成………………………5

A主要电气元件

B电气原理图

五、控制面板及操作方法…………………10六、部分程序分析…………………………11七、梯形图程序……………………………17八、参考文献………………………………17九、结束语…………………………………18

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一（序言

沈阳华润三洋压缩机有限公司，是一座生产压缩机的现代化合资

企业。

压缩机曲轴是压缩机中重要的零部件之一。

为了增强曲轴的耐磨性

和寿命，需要在曲轴表面喷涂金属钼来实现。

该曲轴装置就是用于制课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏

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冷压缩机生产中对磨光后的曲轴表面进行钼镆喷涂的生产线。

二（设备的主要组成及技术参数

A、本设备主要由传递链（工件传送单元）、喷涂装置、液源系统、

自转装置、气动系统、辅助保护装置（通风装置、水幕循环水系

统）等组成。

1、喷涂室4平方米。

喷凃在室内完成。

2、传送链:

包括双节距传送链条、链条支架、导轨、链轮护板、

护架等，动力源由一台交流伺服电机驱动，通过摆线减速机

减速后带动链轮链条运动、完成工件的传送工作，链条节距

P=30.8mm。

每三个节距安装一个工件载体，共60个。

3、喷涂装置:

由一台升降电机带动两个喷嘴上、下运动进行工

件的喷涂工作。

为保证工件喷涂时，薄厚及均匀的调整，升

电机采用变频器控制，给定速度一般设定为30Hz左右。

降

4、液源系统:

主要作用是泵出涂液，供给喷嘴。

由两台液泵电

机、管路及电磁阀组成。

5、自转装置:

包括两台电机、减速器及摩擦皮带，两条皮带同

时搓动位于喷涂位置的两个工件底座两面，靠摩擦力使工件

旋转，保证工件自转速度约为每秒钟2转。

6、气动由气动三联件、控制阀及管路组成，用于喷嘴供气。

7、辅助保护装置:

喷嘴前方有一水幕，由水泵供水，水泵电机

功率为P=2.2kw。

水泵流量为Q=35m?

/h.全部水循环系统用于

防止涂液外溢污染。

在喷涂室顶部装有一台风机,功率为

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P=2.2kw。

风量为Q=7800m?

/h风压H=18mm水柱。

B、主要的技术参数

1、工件转速:

约n=2转/秒

2、喷嘴:

上下移动速度（可调）Vmax=45mm/s

上下移动行程（可调）Smax=200mm

升降机最大举升力:

Fmax=10kgf

3、传动驱动电机:

交流伺服电机（日本产:

Panasonic）

功率1KW4.80N*M最高转速2000转/分

减速器（日本产）:

速度比I=35静力距22.03N*m

4、链传动每次（一步）行走距离:

304.8mm

5、每次喷涂工件2件。

6、水槽容量0.85m?

每班放水一次。

7、涂液槽容量1.6L。

8、空气压力:

P=0.3—0.5Mpa

9、喷嘴至工件距离约132mm

10、工件载体60个，工件间距152.4mm三、设备的工作过程及控制逻辑流程图

生产线起动后，首先风机、水泵、皮带、液泵投入工作，延时后，运载工件的链条与升降电机和两个喷嘴连续交替工作，对曲轴进行喷涂。

首先链条逆时针行走两个工件位置，两根待加工的曲轴到达喷嘴，在两条皮带磨擦下自转，之后，升降电机启动，带动两个喷嘴向上运动，到

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达顶点后向下运动，升降运动同时两个喷嘴电磁阀打开，工件被喷涂钼液。

工人站在室外工作台旁，一边将未加工的曲轴放在工件载体上，一边将加工后的曲轴取下来将其放在工作台上料筐内。

上述喷涂动作过程不断重复，直至进行暂停操作或停止操作。

因涂液对人体略有害，喷涂产生的残余涂液在室内主要被水帘吸收，少量由风机带走，以减少污染。

涂钼机生产线控制逻辑流程图

启动按钮

风机启动

0.5秒

水泵启动

0.5秒

皮带启动

0.5秒

液泵启动

0.5秒

链条行走链条定位检测装置链条停止喷嘴上升

喷涂停止电磁阀关闭电磁阀打开喷嘴喷涂

下降下限停止喷嘴下降停留1秒后下降升降上限停止

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四、电气系统的组成

A、主要电气元件

1、检测装置:

在伺服电机拖动的链条牙盘上对称开了两个宽度为0.1MM的长孔，对应安装有一个位置检测光电开关。

链轮每次行走后，见到孔即停止，每次行走半周，对应链条行走两个工件安装位置。

光电开关:

OMRON型号E3S—GS3E4

在喷嘴导轨上下两端各装有一个接近磁感应开关。

喷涂开始后，当喷嘴上升到顶端时，升降上限接近开关动作，喷嘴停止上升，滞留1秒后自动向下运行。

当喷嘴向下运行到底端时，升降下限感应开关动作，喷嘴电磁阀关闭，喷嘴停止喷涂。

2、变频器:

松下电工型号BFV00042G

适用电机输出功率0.4KW

额定输出电流2.4A

额定输出容量1.0KVA

电源容量1.2KVA

输出频率0.5—250Hz

使用方法:

RUN（运行键）SET（设定键）

STOP（停止键）UP（上升键）

MODE（模式键）DOWN（下降键）

电位器（频率设定钮）本设备选设定范围最大50Hz

本系统使用电位器调整设定频率，具有现场调节方便的特点。

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接线方法:

端子1功能:

频率设定电位器连接端子（+5V）

端子5功能:

运行/停止、正转运行信号的输入端子

端子6功能:

正转/反转，反转运行信号的输入端子本系统使用5、6端子，用可编程控制器外控，以实现升降电机的正反转。

3、交流伺服电机及驱动器:

用于驱动链条的行走

型号MHMA102A1C日本（Panasonic）大惯量A系列1KW三相200V内置旋转编码器:

增量式，脉冲数2500P/r，分辨率1000，引出数11线。

采用外部反馈装置与驱动器组合起来，构成精确定位的全闭环驱动器。

此驱动器可有三种控制方式:

1、位置控制（由脉冲控制）

2、速度控制（由电压模拟量控制）

3、转距控制（由电压模拟量控制）本系统采用的是位置控制。

4、PLC系统

PLC采用日本OMRON公司CQM1H-CPU51-EV1可编程序控制器，内置CQM1H-PLB21脉冲输出板。

主机自带16个输入点

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CQM1H-CPU51-EV116输入

CQM1H-PLB21脉冲输出内置板

CQM1H-PA203电源模块

CQM1H-OC22216输出模块继电器

CQM1H-OC2218输出模块继电器

B、电气原

理图

1、主电路

L1L2L3N

380V

50Hz

QF1

25AN

L11L12L13L11

QF2QF3QF4QF5QF6QF7

10A10A5A5A5A10A

KM1KM2KM3KM4KM5KM6

变压器

380/200变频器

伺服驱动器

U1V1W1U2V2W2U3V3W3U4V4W4红白黑U6V6U7V7U8V8W8

绿/黄

M1M2M3M4M5M6M7M8

水泵电机风机电机皮带电机皮带电机链条电机液泵电机液泵电机升降电机

2.2KW2.2KW180W180W1KW60W60W60W

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2、控制电路

L11

系统停止系统启动

QF81SB12SB23KM7

电源灯运行灯

L1KM7L2

KM7

PA203CQM1HID000OC222OC221

CPU51可编程序控制器

伺服电机控制脉冲信号

开关电源24VPLC输入信号电源、传感器电源

开关电源5V伺服电机控制脉冲信号电源

L12

NPLC输出信号负载电源

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3、I/O分配表

可编程序控制器输入信号可编程序控制器输出信号

CQM1H-ID---CQM1H-OC222

00000自动方式10000水泵电机接触器KM1

00001手动方式10001风机电机接触器KM2

00002选择按钮10002皮带电机接触器KM3

00003起动按钮10003链条电机接触器KM4

00004停止按钮10004液泵电机接触器KM5

00005暂停按钮10005升降电机接触器KM6

00006急停按钮10006喷嘴电磁阀

00007升降上限10007水泵工作指示灯

00008升降下限10008风机工作指示灯

00009定位信号10009皮带工作指示灯

0001010010链条工作指示灯

0001110011液泵工作指示灯

0001210012升降工作指示灯

0001310013喷嘴阀工作指示灯

0001410014报警灯

0001510015

COMCOML12N

+24V~220V

可编程序控制器输出信号松下变频器控制端

正转反转高速低速公共端

CQM1H-OC221

10100变频器正转

COM

10101变频器反转COM课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏

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10102COM10103

COM

伺服电机使能10104

COM

1010524V

COM

10106

COM

10107伺服-ON

COM41COM-7COM+29SRV-ON

五、控制面板及操作方法

1、操作面板布局图

1N3N10007100081000910010100111001210013

电源运行风机水泵皮带链条液泵升降喷嘴

起动停止手动单步自动选择行走启动停止喷洗升降暂停急停

122300000000010000200003000040000500006

2、操作方法:

1（电源控制

1）（空气开关QF1合上后，设备通电,电源灯亮。

2）（按下起动按钮，运行灯亮，PLC控制系统送电。

3）（按下停止按钮，运行灯灭，PLC控制系统断电。

2（控制方式选择及操作方法

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1）（方式开关有三个位置，分别为自动、单步、手动控制方式。

2）（手动方式下，由选择按钮选择手动控制对象，每次按下选择按钮，7

个工作指示灯顺序单通右移;亮灯位置，为手动控制对象，由启动按

钮和停止按钮实现各电机的接触器起停控制，从而使风机、水泵、皮

带、液泵、喷嘴电磁阀动作。

对于链条工位行走系统，在手动启动后，仅是驱动器系统接触器

送电。

对于升降运动系统，手动启动仅是变频器送电。

按下停止按钮，

变频器断电。

在手动方式下，具有喷洗喷嘴功能，按下喷洗按钮，水泵、风机、

液泵、喷嘴电磁阀动作，进行喷洗。

按下停止按钮，停止喷洗。

3）（单步控制方式下，按下启动按钮，水泵、风机、皮带、链条、液泵、

升降电机，依次顺序延时启动，然后，每按下链条行走按钮一次后，

链条就行走一个工位;如果，按下升降按钮，喷嘴升降喷涂一次工件。

按下停止按钮，系统只有到达原点位置，才能停止工作。

4）（自动方式下，按下系统启动按钮，可实现系统全自动连续工作;按下

系统暂停按钮，待完成一个工作循环系统暂停;再按下系统暂停按钮，

系统重新继续工作;如果按下系统停止按钮，待完成最后一个工作循

环后全线断电停止。

5）（按下急停按钮，系统动作立即停止，但系统不断电，断电须按下电源停止按钮。

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六、部分程序分析

程序中使用了几条特殊指令，实现具有特殊意义的控制程序段，现加以分析。

1、顺序单通控制程序

在手动选择和自动运行中使用了该功能程序。

017000170101702017030170401705017060170701603

0160301600SFT（10）

017

0000201600选择区

017

选择区

25315

01707

01601

01602

00006

特殊指令说明:

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SFT位移指令:

作用相当于一个串行移位寄存器，可将输入的数据在一

个连续的区域内逐为位位移。

移位寄存器有输入端，时

钟输出端，复位端。

本段程序工作原理如下:

当开关打倒手动方式后，01600为ON，允许SFT指令数据端和CP脉冲端工作，01603为数据端提供数据，当017通道无数据时01603提供“一个数据1”，017通道有数据时提供数据“0”，这样就可实现随CP脉冲端的触发，数据“1”在017通道内逐步位移。

CP脉冲端由选择按钮00002控制，当每按下选择按钮00002一次，01700—01706逐个依次为ON，它们所对应的控制点也依次输出，直至01707为ON寄存器复位选择停止。

从而实现了顺序单通功能，在手动时选择点动控制的输出对象。

2、单按钮控制程序

在实现手动喷洗功能的程序中，使用了该程序，可以节省输入点和按钮

元件。

0200602007KEEP（11）

02007

0200602007喷洗

特殊指令说明:

KEEP锁存器指令:

锁存器的置1端（S）输入为ON时，锁存器输出被置

为ON;置0端（R）输入为ON时，锁存器输出被置

为OFF。

置1端与置0端同时为0时，置0端优先。

本段程序工作原理如下:

当02006喷洗脉冲第一次为ON时，锁存器02007课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏

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输出为ON，锁存器的置1端02007为OFF，置0端02007为ON，喷洗开始。

当02006喷洗脉冲再一次为ON时，锁存器输出被置为OFF，喷洗停止。

从而实现了单按钮控制，这种方法可以节省输入点和按钮元件。

3、脉冲输出口控制程序

PLC脉冲输出口可以发出高速脉冲，供给交流伺服系统，以控制和改变伺服电机运行方向和速度。

程序中使用了两条特殊指令，做一简单说明。

PULS脉冲指令

梯形图符号操作数数据区

端口区分符PULS（—）

000，001或002P

控制数据C

000到005N

脉冲数

IR，SR，AR，DM，HR，LR

说明PULS（——）用来设置脉冲输出的参数。

脉冲输出将在

以后在程序中用SPED（——）或ACC（——）启动。

可设置的参数为:

以独立输出的脉冲数;端口1和2的

脉冲输出的减速点。

端口区分符（P）端口区分符表示脉冲输出的位置，，在这些指令中指定

相同的端口输出位置。

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P脉冲输出位置

000输出位

001端口1

002端口2

控制数据（C）该控制数据确定端口1和2的脉冲输出的方向，和指出

是否在N至N+3中规定脉冲和/或减速点。

在P=000时，

这操作数应置为000。

方向的设置在程序被停止或PULS

（——）重执行之前都是有效的。

C方向脉冲数减速点

000CW在N和N+1中设定不设定

001CCW在N和N+1中设定不设定

002CW在N和N+1中设定在N+2和N+3中设定

003CCW在N和N+1中设定在N+2和N+3中设定

004CW不设定不设定

005CCW不设定不设定

脉冲数和减速点当C=000至003，N+1，N包含了为独立方式脉冲输

出设置的8位数的脉冲数，N+1，N可为00000001至

16777215。

由SPED（—）或ACC（—）启动的脉冲

输出，在输出了这个数值的脉冲后将自动停止。

SPED速度输出

梯形图符号操作数数据区

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SPED（—）

说明SPED（——）用来为指定的端口或输出位设置改变或停

止脉冲输出。

当执行条件为OFF时，SPED（——）不

执行。

当执行条件为ON时，SPED（——）为P所规定

的端口或输出位设置脉冲频率F。

M决定输出方式。

因为SPED（——）有相当长的时间，所以仅当需要时

执行该制令的微分格式（@SPED（——））以减少循环时

间。

端口区分符（P）端口区分符规定了脉冲输出的端口或输出位。

端口区分符

001，002，或10—150

输出方式

000或001

脉冲频率

IR，SR，AR，DM，HR，LR，#课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏

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P脉冲输出位置

001端口1

002端口2

000—150输出位IR10000—IR10015。

P的头2个为数字指定IR的那个输出位，

P的第三个数字总是设为0。

例如，P=000

指定IR10000，P=010指定IR1001，„和

P=150指定位IR10015。

输出方式（M）M值决定输出方式，值000表示独立方式，值001表示连接方

式。

脉冲频率（F）设置脉冲频率的F值以10Hz为单位如下所示。

设置F

为0000将停止在指定位置的脉冲输出。

速度控制程序

T003PULS（65）

001

005

1口

CCW

000

未设

SPED（64）

001

1口

001

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1口

#3000

00009DIFU（13）

01608

SPED（64）

1000301608001

1口

001

1口

#0000

程序指令PULS（—）中脉冲数N未设，是为了使可编程序控制器始终以连续方式向伺服电机发出30KHz脉冲，何时停止由SPED（—）指令决定。

本段程序工作原理如下:

当行走延时T003经0.5秒后为ON时，SPED以端口1，方向CCW连续方式向伺服电机发出30KHz脉冲，使伺服电机运行。

待定位信号0009为ON时，定位信号01608也为ON，SPED向伺服电机发出0KHz脉冲，伺服电机停止运行。

七、梯形图程序

八、参考文献

1、《可编程序控制器基础与实验》作者陈东旭

2、《OMRON可编程序控制器编程手册》

3、《交流伺服电机驱动器使用说明书》

4、《VF0超小型变频器使用手册》

九、结束语

历时两个多月的学习与研究，现以圆满完成毕业设计中的所有内容及要求，虽然对整个设计内容掌握的不是精益求精，但大体上对整个系统能有个课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏

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比较全面的了解，比如:

控制系统的组成，各个元器件的使用情况，PC机的深入了解及整个系统的工作状况等。

毕设初期，我们在指导老师的带领下乘车来到沈阳华润三阳压缩机有限公司，亲临现场观看了涂钼生产线的运作状况，更加感性的了解到设备的工作情况。

在毕设过程中体会到PLC技术比较容易掌握，硬件接口方便，便于扩展，利用梯形图编程也非常直观，所以PLC技术以在整个工业生产中占据主导作用。

通过这次毕业设计我也掌握了很多关于PLC的知识，为我今后的工作打下了良好的基础，为沈飞贡献出自己的力量。

（初稿，未完。

）

附:

梯形图0号图纸2张，主电路、控制电路0号图纸2张，设备示意图、控制面板示意图0号图2张，生产线、电气柜照片3张。

（实际项目中，使用高速脉冲功能的经济方案还有很多。

）

毕业论文

专业数控技术

班级9774班

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论文题目压缩机曲轴钼镆喷涂生

产线PLC控制系统设计

姓名牛贺

指导老师陈东旭

沈飞工学院

年月日

毕业设计考核

指导老师评语:

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指导老师

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