机电一体化毕业论文800T四柱液压机压铸生产线的plc联网控制系统.docx
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机电一体化毕业论文800T四柱液压机压铸生产线的plc联网控制系统
高等教育自学考试本科毕业论文
800T压铸生产线的plc联网控制系统设计
考生姓名：
王博准考证号：
011808101315
专业层次：
本科院（系）：
机电学院
指导教师：
唐建敏职称：
讲师
重庆科技学院
二O一O年月日
高等教育自学考试本科毕业论文
800T压铸生产线的plc联网控制系统设计
考生姓名：
王博
准考证号：
011808101315
专业层次：
本科
指导教师：
唐建敏
院（系）：
机电学院
重庆科技学院
二O一O年月日
摘要
800T压铸生产线由四柱液压机及机械手和其他传送机构组成。
液压机主机部分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。
液压机动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。
整个生产线将采用PLC模块自动化控制系统，通过泵、压缩机和油缸、气缸、各种阀类等实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。
该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。
该生产线结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调节，操作简单。
在本设计中，通过查阅大量文献资料，设计了液压机及机械手的电力控制系统，拟订了电路原理图，及液压和气压原理图，按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和辅助元件。
关键词：
四柱液压机；机械手；PLC；
800Tdie-castingproductionlineofPLCnetworkcontrolsystemdesign
Abstract
The800Tsdie-castingsproductionlinefromfourpillarhydraulicthemachineandmachinehandandothertransmissionorganizationsconstitute.Thehydraulicmachinehostpartincludesahydraulicurn,horizontalbeamandsignpillarandChongliquiddeviceetc.Thehydraulicmobiledintorganizationconstitutestofromthefueltank,highpressurepump,thecontrolsystem,electricmotor,pressurevalve,anddirectionvalve...etc..Thewholeproductionlinewilladoptanautomationcontrolsystemandpasstheconversionthatpump,compressorandoilurn,aircylinder,variousvalveetc.carriesoutenergy,regulateandtransportandcompletevariouscirculationthatthecraftacts.Theserieshydraulic'smachinetoolcontainsindependentpowerorganizationandelectricitysystem,andadopttopressbuttonaconcentrationcontrol,cancarryouttomovewithautotwokindsofoperateaway.
Theproductionlinestructure'stightlypackedactsintelligentcredibility,thespeedisquick,canconsumesmall,thenoiseislow,pressureandrouteoftravelcanatstipulateofarbitrarilyregulateinsidethescope,operateinbrief.Inthisdesign,passtocheckagreatdealofculturalheritagedata,designedtheelectricpowercontrolofhydraulicmachineandmachinehandsystem,drewupelectriccircuitprinciplediagram,andthehydrauliccompatiblypressesprinciplediagramandpressesthesizeofpressuresanddischargestochoosethehydraulicpump,electricmotor,controlvalve,hydrauliccomponentslikefilter,etcandassistancecomponent.
Keyword:
Fourpillarhydraulicmachine;Machinehand;PLC;
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1概述1
1.2发展趋势2
2液压回路设计（液压机部分）3
2.1液压机构造3
2.1.1液压部分3
2.1.2机械部分3
2.1.3工作方式4
2.2液压回路设计6
2.2.1主体设计6
2.2.2辅助油路设计8
2.2.3电磁阀供电图表9
3电路及PLC设计（液压机部分）10
3.1主电路设计10
3.1.1工作原理11
3.2电磁阀供电电路11
3.3变频器接线12
3.4PLC部分12
3.4.1IO分配12
3.4.2梯形图13
4机械手部分21
4.1机械及气动部分设计21
4.2电器部分25
4.2.1主电路设计25
4.2.2变频器接线26
4.2.3电磁阀供电设计27
4.2.4电磁离合制动28
4.2.5PLC设计29
梯形图设计如下：
30
4.3液压和气动回路图34
5系统组合36
5.1PLC联动（三站通信）36
5.2工作方式37
致谢38
参考文献39
论文原创性声明
1绪论
1.1概述
本次的设计是通过对我原单位的800T四柱液压机的改进为基础，加装了机械手，组成的部分生产线。
主要是对汽车扳金等冲压件的加工。
所生产的产品大多是冲压件，材料包括铝合金板材、钢板材等。
设计这个系统是为了提高生产效率，原有的液压系统和电气系统已无法跟上现在的生产线的速度，所以要将原来的液压系统和电气系统全部重新设计，以跟的上新的机械手和传送带的速度。
液压机是利用液体来传递力的液压设备。
液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。
液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。
本机器采用三梁四柱结构形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。
四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。
四柱式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。
整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。
液压机在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。
液压机械具有功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点，速度、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工作平稳、噪音小.适用于金属材料压制工艺,如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。
也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、新技术的试验研究等。
已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。
本设计的要求是以液压机工件加工为主，机械手等多机构协调联动。
选择规定的工作方式（联机自动、手动）。
设置电气控制箱，除依据机器部分的需要必须分散安装于各处的电器元件（如：
电动机、电磁铁、接近开关、压力继电器）外，其它电器均集中安装在电气控制箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可对机器进行操作。
由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑，所以动作速度慢。
另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。
而PLC控制能改善继电器控制器上述的不足。
PLC可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强，适应面广；编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便，减少了控制系统的设计及施工的工作量等特点，所以设计时我们采用PLC能集中且较方便地制。
图1.1液压机外观图
1.2发展趋势
（1）高速化，高效化，低能耗。
提高液压机的工作效率，降低生产成本。
（2）机电液一体化。
充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。
（3）自动化、智能化。
微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。
自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。
（4）液压元件集成化，标准化。
集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。
标准化的元件为机器的维修带来方便。
2液压回路设计（液压机部分）
2.1液压机构造
2.1.1液压部分
液压系统主要由：
动力元件（油泵）、执行元件（液压缸）、控制元件（各种阀类）、辅助元件和工作介质等五部分组成。
1、动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。
2、执行元件分别是主液压缸（又称主缸或压缸）、顶缸、夹紧缸、提升缸、锁紧缸。
主液压缸的作用是利用滑块上的模具对工件进行下压，提供主运动；顶缸的作用是利用顶杆对已成型的工件施加力使其脱离；夹紧缸的作用是将移动工作台固定，使液压机工作时模具固定不动，保证工件的精度和模具的完好；提升缸的作用是将工作台提升起来，让工作台的滚轮与导轨在一条直线上，以方便工作台的移动；锁紧缸的作用是当滑块回程到极限限位时锁住滑块不往下落。
3、控制元件包括压力阀、单向阀、换向阀和插装阀等。
其中插装阀是大流量阀门，是通过和其它小流量阀类的组合来控制液体的方向、压力等。
4、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、冷却器、管件各种管接头（扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、冲液阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱（主油箱，冲液箱）等。
5、工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机械实现能量转换。
2.1.2机械部分
图2.1倒梯形螺杆配合
图2.2机械结构图
机械部分如图2.1和2.2所示：
主要由倒梯形螺杆、滑块、移动工作台、液压垫、顶杆、链条链轮、导轨、拖动机和变速器等组成。
1、倒梯形螺杆和移动工作台上的梯形槽配合用于固定上下模具。
2、滑块配合上模具向工件施压，滑块是活动的。
3、移动工作台工作时，它和下模具是固定不动，更换模具时，由提升缸将移动工作台滚轮提升到与导轨平面水平，利用拖动电机做原动力，通过变速器和链轮链条传动将移动工作台拉出，再更换模具。
4、顶杆当工件压制完成后由于某部分弹性变形使工件粘接在下模具，而顶杆的作用就是以顶缸带动液压垫配合顶杆和模具使工件分离。
2.1.3工作方式
总体来说有三种工作方式：
调整、自动和半自动，自动和半自动还可再次分为顶出和不顶出两种工作方式。
1、调整用于更换模具，位置、压力等各方面调整，保证最好的工作状态。
2、自动和两个机械手一起配合使用，就是正常的流水线工作方式。
具体如图2.3：
图2.3自动模式
3、半自动将位置、压力等工作状态调整好后进行试验品的制作要（注：
不与机械手联动）。
具体如图2.4：
图2.4半自动模式
2.2液压回路设计
2.2.1主体设计
图2.5液压回路（主体）
由于大型液压机所需的流量非常大所以采用插装阀和常用阀类组合的方式来控制整个油路，即：
小流量控制大流量（参考于一龙门锻造床的液压控制系统）。
具体见图2.5。
整个液压油路的主体运作如下：
两个主电动机开启，拖动油泵运转。
初始化没有任何电磁阀供电，由于YV1，YV2没通电，两个溢流阀X1，X2没起到作用，所以液压油通过插装阀1和2流回油箱。
（1）压缸工作方式：
1）快下，电磁阀YV1，YV2得电，使油泵流出的液压油都不能直接流回油箱，YV5，YV7，YV8也同时得电，液压油通过插装阀12流到压缸无杆腔，同时，压缸上方的充液阀也打开，副油箱里的液压油通过自重向压缸无杆腔供给，压缸有杆腔的液压油通过插装阀14，9到回油路，返回油箱。
2）慢下，电磁阀YV1，YV2，YV7，YV8得电，液压油通过插装阀12流到压缸无杆腔，压缸有杆腔的液压油通过插装阀14，11向压力阀6施压，从而液压油通过插装阀11到回油路，返回油箱。
3）合模慢下，电磁阀YV8，YV9得电，副油箱里的液压油通过自重向压缸无杆腔供给，压缸有杆腔的液压油通压力阀10，和二位三通换向阀返回油箱。
合模慢下所需压力和流量很小。
所以一般这时候插装阀11用不上。
4）保压，所有电磁阀均不得电。
5）泄压，电磁阀YV2，YV6，YV10得电，液压油经插装阀3，10到插装阀14之前，同时另一路经插装阀3，电磁阀YV10，打开充液阀，使压缸无杆腔的压力减小。
泄压的作用是减小振动，为压缸向上进行缓冲。
6）快回，电磁阀YV2，YV1，YV10，YV6得电，液压油通过插装阀3电磁换向阀YV10，打开充液阀，同时另一路液压油经插装阀3，14到压缸有杆腔，无杆腔油液经充液阀流到副油箱。
7）慢回，和快回相比，YV2不通电，是单油泵供油，流量减小，所以速度减小。
（2）顶缸只有两种工作方式：
顶出，YV2，YV1，YV3通电，液压油通过插装阀1，2，3到顶缸无杆腔，顶缸有杆腔的液压油通过插装阀7向压力阀X4施压，从而是液压油通过插装阀7经回油路返回油箱
回程，YV1，YV4通电，液压油通过插装阀1，4到顶缸有杆腔，顶缸无杆腔的液压油通过插装阀6向压力阀X3施压，从而是液压油通过插装阀6经回油路返回油箱。
由于顶缸回程需要低速，所以只用但油泵供油。
2.2.2辅助油路设计
图2.6液压回路（辅助）
辅助油路主要控制的是锁紧缸油路，夹紧缸油路提升缸油路（参考于一机床夹具液压回路）。
具体见图2.6.
（1）提升缸和夹紧缸同回路控制：
1）提升缸上升或夹紧缸松开，YV2，YV14得电，液压油经单向阀和单向节流阀（未起节流作用）到活塞缸无杆腔，另一路液压打开右边的可控单向阀，有杆腔液压油经右边的可控单向阀返回油箱。
2）提升缸下降或夹紧缸加紧，YV2，YV15，YV13得电，液压油经右边单向阀到活塞缸有杆腔，从YV15出来的另一路液压油打开左边的可控单向阀，无杆腔液压油经左边的单向节流阀（起单向作用）和可控单向阀返回油箱。
（2）锁紧缸回路的控制：
1）锁紧缸伸出，YV12得电，油液直接流入锁紧缸无杆腔，有杆腔油液直接返回油箱。
2）锁紧缸退回，YV11得电，油液直接流入锁紧缸有杆腔，无杆腔油液直接返回油箱。
2.2.3电磁阀供电图表
表2.1电磁阀供电方式
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
YV6
YV7
YV8
YV9
YV10
YV11
YV12
YV13
YV14
YV15
滑块快下
●
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●
滑块慢下
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合模慢下
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保压
泄压
●
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滑块快回
●
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●
滑块慢回
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顶缸顶出
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顶缸回程
●
●
提夹缸上升
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●
●
提夹缸下降
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锁紧缸伸出
●
●
锁紧缸退回
●
●
3电路及PLC设计（液压机部分）
3.1主电路设计
图3.1主电路
图3.2控制电路
3.1.1工作原理
将总电源QS1打开通电，按下按钮SB3，KM1，KM3得电自锁，从而使电动机M1工作在Y型模式（绕组电压AC220V），同时KT得电，延时，延时时间一到，延时常闭触电断开使KM3断电，延时常开触点闭合使KM2得电，从而使电动机M1工作在△型模式（绕组电压AC380V），M1的停止按钮是SB2；电动机M2的动作方式和电动机M1相同，只是把KM1换成KM4，KM2换成KM5，KM3换成KM6，SB3换成SB5，KT4换成KT5，SB4使M2的停止按钮；电动机M3是用来拖控移动工作台的，是PLC直接控制的；M4是冷却泵，用来给液压油降温的SB7启动，SB6停止。
PLC需要两种电源，一种是220V交流电源，一种是24V直流电源，QS4控制PLC的AC220V电源，而DC24V有专门电源器提供。
所有控制电路的总停止按钮使SB1，也是紧急停止按钮，按下去不能自动复位。
需要人工复位。
3.2电磁阀供电电路
图3.3电磁阀线圈供电
如图3.3所示：
电磁阀线圈共计15个，由15个小继电器控制接通，而15个小继电器由PLC直接控制，通过电磁阀线圈的通断电来控制液压系统里的换向阀，进一步控制液压机的滑块，液压垫的上下，快慢速等动作细节。
3.3变频器接线
图3.4变频器接线图
该变频器才用的是三菱公司FR-A540系列变频器，如上图3.4所示。
将变频器设置两种速度Pr.4设置为低速，Pr.5设置为高速。
电动机正转时为工作台移出，反转时为工作台移进。
高速正转时，SD与STF和RM保持接通；低速正转时，SD与STF和RH保持接通；高速反转时，SD与STR和RM保持接通；低速反转时，SD与STR和RH保持接通。
3.4PLC部分
3.4.1IO分配
输出继电器非配如下图3.5
图3.5PLC输出接线图
其中Y24，Y25，Y36，Y37，Y45是向其他两个PLC发讯的，由于图幅限制，并没有标出。
输入继电器非配如下图3.6
图3.6PLC输入分配
其中，X21，X22，X55，X56是其他两个PLC给这个PLC发讯的。
具体见第五章系统组合联网联网部分。
3.4.2梯形图
梯形图设计如下：
图3.7PLC梯形图
工作原理：
配合I/O分配图，把开关SA1打到调整档位时，X0、X2都不得电，总控程序段M100以内的程序均不执行液压机一直工作在调整的工作方式，可以通过部分手动按钮来控制液压机的主缸，顶岗，以及工作台的移进移出。
主要用于模具的更换、调整和机器的调试；将SA1打到半自动档位这时X2得电，M35得电，断开调整用的各条支路，同时也断开了与机械手的信号联系，总控程序段M100被激活接通，紧接着M21得电总控M103被激活接通。
按下双手按钮SB23、SB24，滑块快下，行程开关SQ3触发，滑块慢下，压到工件后压力开始加大，最终打到设定值，压力开关动作（X45得电），停止主缸下行，进入保压状态，外部设定的保压值达到后X50得电开始泄压，外部设定的泄压时间到达后，泄压停止，主缸上行，碰到SQ2后，主缸慢回程，接着触碰到SQ1时主缸回程停止；如果顶缸工作在顶出状态的话（SA2打到顶出档位）紧接着顶缸上行，把工件顶出来，顶出时间达到外部设定值时顶缸回程；当SA1打到自动档位时，此时与机械兽的联系从新打开，X0得电，M0接通得电，断开调整用的各条支路，总控程序段M100被激活接通，同时总控程序段M101接通，按下按钮SB21，液压机初始化，再按下机械手1和机械手2的初始化按钮，初始化完毕后液压机和两个机械手进入初始化位置，即：
液压机主缸回程到位停止。
机械手1到达未加工工件上方，机械手2到达液压机旁等待，完成总初始化后，在按下总启动按钮SB22，M21才能得电自锁，断开总控M101，同时向机械手1发送触发信号，等机械手1动作完成后给液压机发送触发信号（X55）得电，液压机滑块快下触碰到行程开关SQ3，滑块慢下，触碰到工件后压力加大，达到设定值后，主缸压力开关动作（X45得电），保压开始，外部设定时间一到（KT1动作），开始泄压，泄压时间一到（KT2动作），滑块回程，触碰到SQ2后滑块慢回程，到位后向机械手2发动作信号，然后机械手2将工件取走向机械手发讯，机械手1立刻将准备好的未加工工件放置在液压机的模具上，一个工作循环完成。
4机械手部分
4.1机械及气动部分设计
图4.1机械手整体结构
图4.2爪盘主俯视图
图4.3吸爪
图4.4爪盘左视图
机械手的机械主体如上图4.1，4.2和4.3是爪盘和爪盘上的吸爪，4.4是吸爪吸盘的组合体（仅固定了一个吸爪）。
鉴于插入图片不够清晰，以颜色区分红色部分为螺纹，绿色为虚线。
吸盘的工作原理：
如图4.2，其作用是固定吸爪。
上面有3个活动铰肢用来和机械手主体相连接。
可以在图4.1上看到，爪盘的水平度可以通过两个锁紧螺母来调节，以螺杆的伸出量来决定吸盘的水平度（一般情况下要求吸盘水平，只有加工有角度放置的工件才调整倾斜度）。
可以形象的说，如果说吸爪是人的手指，那么吸盘就是人的手掌。
一般吸盘的吸附工作都是由辅缸的上下行和电磁阀来决定的。
吸爪的工作原理含简单，如图4.3，主体（左），固定螺母（中），缩杆（右）。
主体中有一个双杆滑动活塞，下活塞杆的一端有螺纹，用于和缩杆连接，螺纹上有空洞，方便通气。
还有一个强力弹簧，一直向活塞施压。
固定螺母将吸爪固定在爪盘上。
缩杆分为两部分一部分是缩杆主体（右上），用于连接活塞杆，另一部分是软体材料。
当吸爪和工件接触时，缩杆下方的软体材料将贴合在工件表面，继续向下，缩杆带动活塞抵抗弹簧压力向上运动，由于电磁阀未动作，所以活塞缸出口一直通向单向阀（即：
只有出气，没进气），当压力达到设定值时，停止下降，当吸盘带动吸爪向上时，由于弹簧的推力作用，所以缩杆一直对工件有吸力，使工件一直吸附在软体材料上（注：
工件表面刷油），当工
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