PLC控制的自动往返工作台现代电气控制及PLC应用技术课程设计.docx

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PLC控制的自动往返工作台现代电气控制及PLC应用技术课程设计

课程设计书

课程名称：

现代电气控制及PLC应用技术

设计题目：

PLC控制的自动往返工作台

所在学院：

工学院

专业班级：

07机械制造与工艺教育

学生姓名：

叶兵

学号：

2007180431

指导老师：

黄秀祥

设计时间：

2011年2月份

自动往返工作台——PLC控制

摘要：

我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。

因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。

我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。

随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。

在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。

用PLC程序实现运料工作台自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。

关键字：

PLC自动化顺序控制

一、总体要求

1使用PLC可编程序控制器实现工作台往返循环工作的控制。

2工作台前进及后退由步进电动机通过丝杠拖动。

3点动控制：

能分别实现工作台前进和后退的点动控制。

4自动循环控制：

重复循环运行，工作台前进及后退1次1个循环，每碰到换向行程开关时停止3秒后再反向运行。

5采用光栅尺实现工作台位置检测。

6自动循环控制线路：

为了使步进电动机的正反转控制与工作台的左右运动相配合,在控制线路中设置了四个位置开关SQ1、SQ2、SQ3和SQ4,并把它们安装在工作台需限位的地方。

其中SQ1、SQ2被用来自动换接电动机正反转控制电路,实现工作台的自动往返行程控制;SQ3、SQ4被用来作终端保护,以防止SQ1、SQ2失灵,工作台越过限定位置而造成事故。

在工作台的T形槽中装有两块挡铁,挡铁1只能和SQ1、SQ3相碰撞,挡铁2只能和SQ2、SQ4相碰撞。

当工作台运动到所限位置时,挡铁碰撞位置开关,使其触头动作,自动换接电动机正反转控制电路,通过机械传动机构使工作台自动往返运动。

工作台行程可通过移动挡铁位置来调节,拉开两块挡铁间的距离,行程就短,反之则短。

自动循环控制线路如工作示意图所示。

二、操作要求

1点动控制的时候，按下SB4按钮，工作台前进，松开SB4按钮，工作台停止前进，按下SB5按钮，工作台后退，松开SB5按钮，工作台停止后退。

2单循环运行：

当按下SB1时，是正转启动，当工作台压下SQ1时，将I0.5常闭断开，I0.5常开闭合，延时3秒钟执行单循环操作；按下SB2，效果一样，只是开始的方向不同。

三、整体方案

工作示意图

1机械部分：

由步进电动机经过传动链将动力源传递至丝杆，丝杆与固定在工作台上的螺母配合，完成工作台的直线运动，当工作台运动至极限位置时，触动限位开关，限制工作台在一定的行程内工作，起到保护工作台的作用。

2电气部分：

PLC初始值，将初始值传递至步进电动机驱动控制器，从而对步进电动机进行速度和方向的控制，工作台在运动后，主副光栅传感器的相对位移经过光电转换器产生微弱的模拟信号量，再经过放大整形电路，将其变成数字信号量，便于PLC高速计数模块的处理，经高速计数模块处理后的信

号PLC相匹配，从而便于进行比较处理。

工作方框图

四、设计内容

A、机械部分各参数选择

工作台和运载物的重量：

w=2000N

工作台与丝杆的摩擦系数：

µ=0.06

工作台速度：

v=

丝杆导程：

L=6㎜

丝杠直径：

d=30㎜

丝杆总长度：

L1=1000㎜

定位精度：

0.02㎜

B、确定步进电机的型号

1、脉冲当量的选择

A脉冲当量：

一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离0.01

初选之相步进电动机的步距角

，当三相六拍运行时，步距角

，其每转的脉冲数

=480

步进电动机与丝杆间的传动比i

在步进电动机与丝杆之间加

模数m=2.5的一对齿轮。

2、等效负载转矩的计算

--丝杆传动效率

3、等效转动惯量计算

3.1丝杆转动惯量

3.2工作台的运动惯量

3.3大齿轮的转动惯量

（大齿轮节圆直径62.5㎜，宽12㎜）

3.4小齿轮的转动惯量

（小齿轮节圆直径50㎜宽12㎜）换算系列电机轴上的总转动惯量

换算到电动机轴上的总转动惯量

3.5初选步进电动机型号

根据负载转矩

和电动机总转动惯量

选电动机型号为110BF003步进电动机，

，转子转动惯量

C、电气部分

1.光栅的参数选择

热膨胀系数：

精度等级：

参考点：

1个在测量长度的中点位置处

增量信号：

TTL

栅距：

8

插补：

5倍

信号周期：

0.8

扫描频率：

250KHz

边缘间距a：

0.175

最高运动速度：

60m/s

位置检测：

零件和限位信号；TTL输出信号（无线路驱动器）

电源：

5V

5%、

电气连接：

0.5m电缆，带D-sub接头，接口电子设备内置在接头中。

最大电缆长度：

增量信号：

30m；零位限位10m

振动55-2000Hz：

200

（IES60068-2-6）

冲击11ms：

500

（IES60068-2-6）

工作温度：

0-50摄氏度

扫描头：

9g（无连接电缆）

接口电子设备：

140g

光栅尺：

0.8g,0.08g/mm测量长度

编码器电缆：

37g/m

2.PLC控制部分

1）PLC的选择

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。

整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大，最近几年其小型PLC的市场增长迅速，已经与日本主要产品（Mitsubishi和Omron）在小型PLC领域取得了类似的市场地位。

近年来，由于具有明显的价格优势，中国台湾的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲，抢占了原来日本产品的一部分低端市场。

本课程设计选用S7—200PLC型可编程控制器。

S7—200PLC型可编程控制器是德国西门子公司生产的一种小型PLC，是整体式结构。

它有以下几个特征：

1、定义掉电保护区

2、立即读写I/Q

3、设置停止模式下的输出值

4、对输入信号增加滤波器

5、捕捉窄脉冲

6、模拟点位器

7、高速I/Q

2）PLC及步进电机接线图

用S7-200PLC控制步进电机正转与反转。

把步进电机驱动器的D2设置为OFF，即PU为步进脉冲信号，DR为方向控制信号。

PLC的Q0.0输出高速脉冲至步进电机驱动器的PU端，Q0.1控制步进电机反转。

3）I/O地址分配表

输入点

输出点

正转启动按钮SB1

I0.0

正转接触器QA1

Q0.0

反转启动按钮SB2

I0.1

反转接触器QA2

Q0.1

停止按钮SB3

I0.2

正转点动按钮SB4

I0.3

反转点动按钮SB5

I0.4

左换向限位开关SQ1

I0.5

右换向限位开关SQ2

I0.6

左限位保护开关SQ3

I0.7

右限位保护开关SQ4

I1.0

4）自动往返工作台梯形图

五、调试

1硬件调试

接通电源，检查可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。

2软件调试

按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM，进行下一步的调试。

3运行调试

在硬件与软件调试正确的基础上，打开可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况是否正确，以确定PLC的控制系统设计符合要求。