自动供料控制系统的设计.docx
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自动供料控制系统的设计
襄樊职业技术学院（毕业）论文
自动供料控制系统的设计
专业班级：
机电一体化1002班
学生：
陈祥
学号：
*********
*************************
教学单位：
电子信息工程学院
毕业届：
2013届
毕业设计（论文）课题任务书
电子信息工程学院系（院）机电一体化专业1002班学生陈祥
毕业设计（论文）课题自动供料控制系统的设计
二、毕业设计（论文）工作自2012年10月01日起至2012年10月30日止
三、毕业设计（论文）进行地点襄樊职业技术学院学院
四、毕业设计（论文）的内容要求：
新颖性、真实性
五、主要参考文献
[1]汤晓华可编程控制器应用技术.湖北:
湖北科技出版社2008
[2]杜玉红生产线组装单元气动搬运机械手的设计.液压与气动2006（5）
[3]于洋等基于PLC的小型模拟自动生产线.机械设计与研究2007（3）
[4]王寿斌基于PLC回转自动化控制生产线仿真示教设备的设计与实现.现代制造技术与设备2007（5）
[5]高然生进口生产线的安装与调试.设备管理与维修2008（8）
指导教师雷红华
学生___陈祥__
目录：
……………………………………………………………….2
摘要：
……………………………………………………………….3
关键词:
………………………………………………......................3
前言：
……………………………………………………………….3
第一章自动供料机构概述……...…………………………….......3
1.1供料机构控制要求.............................................................................3
1.2工料机构主要组成与功能...................................................................4
第二章动力硬件的选择……...…………………………………...5
2.1电机的选择……...………………………………………………………..5
2.2驱动控制系统的组成……...……………………………………………..5
2.3PLC与驱动系统的接线……...…………………………………………..6
2.4步进电机与驱动器的接线……...………………………………………..6
2.5电磁阀的选择……...……………………………………………………..7
2.6空气泵的型号和技术参数……...………………………………………..7
第三章PLC的选型……....................……………………………8
3.1PLC的应用特点……...…………………………………………………...8
3.2PLC模块……...…………………………………………………………..8
3.3端子接线……...…………………………………………………………..9
3.4西门子PLC控制原理图……...…………………………………………10
第四章工料系统的程序设计……...……………………………..11
4.1程序的要求和工作流程……...………………………………………….11
结束语…….………………………………………………………..15
参考文献……...……………………………………………………15
我院计算机专业机房维护方案设计与实现
学生：
陈祥
指导教师：
雷红华
摘要
伴随时代发展，进入21世纪崭新工业控制领域，PLC仍然能够引导自动化行业的发展，主要是由于在最初其采用计算机的设计思想和适应各种现场应用，随着电子事业的飞速发展，PLC已经可以在各个领域去适应不同的客户要求。
本设计的自动加料机控制系统就是采用可编程控制器自动控制技术来实现功能的，这样就大大提高了工作的效率，整个过程又快又稳。
关键词
供料机构，电机，驱动控制系统，电磁阀，空气泵
前言
在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起着愈来愈重要的作用，并且，随着生产和科学技术的发展，自动化水平也越来越高。
自动控制利用控制装置使被控对象的某个参数自动的按照预定的规律运行。
从上个世纪九十年代开始，集成自动化的理念逐渐深入人心。
当今工业发展中广泛应用的有液压控制、组态控制还有编程控制我们采用的是PLC编程控制
本设计的自动加料机控制系统就是采用可编程控制器自动控制技术来实现功能的，这样就大大提高了工作的效率，整个过程又快又稳。
多年来，可编程控制器从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。
今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。
第1章自动供料机构概述
1.1供料机构控制要求
当光电传感器A检测到井式工件库中有工件时，按动“启动”按钮SB5，延时0.5秒单杆气缸A动作将工件推出，磁性传感器输出到位信号后，单杆气缸退回；若光电传感器A检测工件库中没有工件时，报警装置发出告警声音，放入工件后告警声音自动停止。
1.2供料机构主要组成与功能
1.主要组成及功能
图2-1供料机构组成图所示
1）光电传感器A：
物料检测为光电漫反射型传感器，工件库中有物料时为PLC提供一个输入信号。
2）磁性传感器：
用于气缸的位置检测。
当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个到位信号。
磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
3）单杆气缸A：
由单向气动电控阀控制。
当气动电控阀得电，气缸伸出，同时将物料送至直线移动装置。
4）调压过滤器：
对输入系统的气源进行过滤，将调节旋钮提起后，通过旋转可以调节系统气压大小，顺时针旋转，气压增大。
5）安装支架：
用于安装送料气缸及井式工件库。
2.指标：
1）控制电源：
直流24V/6A
2）PLC控制器（西门子）
3）电磁阀：
4V110-06-DC24V
4）调速阀：
出气节流式
5）磁性传感器：
24V、D-C73
6）单杆气缸A：
CDJ2B10-45-B
7）光电传感器A：
SB03-1K
8）调压过滤器：
AFR-2000M（配有压力表0～1MPa）
3.供料机构的选择
由输送带、步进电机及驱动模块（三相、5A）、光电传感器B、气动机械手、气动手指A、双导杆气缸、摆台、行程开关、单杆气缸、磁性传感器、缓冲器、多种类型电磁阀组成。
主要完成将工件输送到收料位置；气动机械手通过手臂前伸，前臂下降，气动手指夹紧工件，前臂上升，手臂缩回，手臂摆台右摆，手臂前伸，前臂下降，手爪松开将工件放到待料工位，机械手返回原位，等待下一个工件到位，重复上面的动作。
三相步进电机：
用于驱动输送带转动，将物料输送到收料装置。
第2章动力硬件的选择
2.1电机的选择
本实验控制的是皮带,当物料由料仓下来后，推料缸把工件推出到物料台上，在输送单元的控制程序中，在驱动机械手装置来抓取此物料，由于本实验对物料到位的位置有比较严格的要求，所以对于电机的精确度要求比较高，步进电机的步距角比较小，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），所以本实验采用步进电机。
2.2驱动控制系统的组成
1.脉冲信号的产生
脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。
2.信号分配
二相四拍为 ,步距角为1.8度；二相八拍为 ,步距角为0.9度。
四相电机工作方式也有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,（步距角为0.9度）。
3.功率放大
功率放大是驱动系统最为重要的部分。
步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。
平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。
因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：
恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。
2.3PLC与驱动系统的接线
Q0连接在步进电机驱动器的PLUS上，Q1连接在步进电机驱动器的SIGN上。
然后你找到定位指令模块。
Q0发高速脉冲。
Q1输出ON或者OFF来控制电机旋转方向。
有的步进电机驱动器能接受正反向脉冲的（不是PLUS和SIGN，而是PLUS1和PLUS2），那么你把Q1的电流方向反过来接。
然后QO发脉冲时候，电机正转的话，Q1发出的脉冲就是控制反转的了。
2.1.3PLC与驱动器的接线图
2.4步进电机与驱动器的接线
注意：
当控制信号不是TTL电平时，应根据电压大小在各信号输入端口（非公共端）外串限流电阻，如12V时加1K电阻，24V时加2K电阻，每路信号都要使用单独的限流电阻，不要共用，驱动器上电后3秒时间内为驱动器内部初始化过程，不接收任何控制信号，同时也不输出电流。
图2.1.4电机与驱动器的接线
2.5电磁阀的选择
1.根据压力参数选择电磁阀的原理和结构品种
1）公称压力：
这个参数与其它通用阀门的含义是一样的，是根据管道公称压力来定。
2）工作压力：
如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。
2.电气选择：
电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。
3.根据持续工作时间长短来选择：
常闭、常开、或可持续通电
1）当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。
2）要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型。
3）但是有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选可长期通电型。
2.6空气泵的型号和技术参数
1.型号：
ZB-0.101S图2.1.5为空气压缩机实物图
2.技术参数：
1）公称容积流量0.10m3/min
2）额定排出压力0.8mpa3）质量25kg
4）转速2850r/min
5）外形尺寸，长×宽×高560×280×590mm
3.作用：
吸收经过滤的外界空气在压缩机内形成高压气体,然后进入储气罐,再经过减压净化、稳压、干燥等处理
第3章PLC的选型
3.1PLC的应用特点：
1.可靠性高，抗干扰能力强
2.配套齐全，功能完善，适用性强
3.学易用，深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。
4.统的设计，工作量小，维护方便，容易改造
3.2PLC模块
图3.1.1PLC模块
3.2.1电源模块：
三相四线380V交流电源经三相电源总开关后给系统供电，设有保险丝，具有漏电和短路保护功能，提供单相双联暗插座，可以给外部设备、模块供电，并提供单、三相交流电源，同时配有安全连接导线。
3.2.2按钮模块：
提供红、黄、绿三种指示灯（DC24V），复位、自锁按钮，急停开关，转换开关、蜂鸣器。
提供24V/6A、12V/5A直流电源，为外部设备提供直流电源。
1.变频器模块：
采用西门子MM420变频器，三相380V供电，输出功率0.75KW。
集成RS-485通讯接口，提供BOP操作面板；具有线性V/F控制、平方V/F控制、可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制、直流转矩控制；集成3路数字量输入/1路继电器输出，1路模拟量输入/1路模拟量输出；具备过电压、欠电压保护；变频器、电机过热保护；短路保护等。
提供调速电位器，所有接口均采用安全插连接。
2.PLC模块：
一站采用西门子CPU226DC/DC/DC晶体管主机，集成数字量I/O（24路数字量输入/16路数字量输出）、两个RS-485通信口、2相高速脉冲发生器，最大脉冲频率10KHZ，+EM222（8路数字量输出）。
二站采用CPU226AC/DC/RELAY继电器（24路数字量输入/16路数字量输出）、两个RS-485通信口、+EM222（8路数字量输出），在每个PLC的输入端均有开关，PLC主机的输入/输出接口均连到面板上，方便用户。
3.3端子接线
供料机构、输送机构、加工与检测机构端子接线图：
图3.1.2端子接线图
3.4西门子PLC控制原理图
一号西门子PLCS7-200CPU226（晶体管输出）
图3.1.3西门子S7-200接线图
第4章供料系统的程序设计
4.1程序的要求和工作流程
按照两站的I/O地址分配表、PLC控制原理图和端子接线图用安全导线完成按钮模块、PLC模块、变频器模块输入/输出端与实训系统端子排之间连接。
接线时请按照如下规则进行操作：
序号
器件名称
接线规则
1
磁性传感器
负端与PLC的输入端相连，正端连接至24V直流电源的正端
2
颜色传感器
信号输出端与PLC的输入端相连，正端连接至24V直流电源的正端，负端全部连接至24V直流电源的负端。
3
光电传感器
4
按钮开关
常开端与PLC的输入端相连，公共端连接至直流电源的“0V”端
5
电磁阀
负端与PLC的输出端相连，正端连接至24V直流电源的正端
6
步进电机驱动器
7
步进电机驱动器电源
步进电机驱动器“GND”接至直流电源的“0V”端,步进电机驱动器“VDC”接至24V直流电源的正端
８
警示灯
信号端接PLC的输出端，公共端接24V直流电源的正端
９
主轴电机
负端与PLC的输出端相连，正端连接至24V直流电源的正端
10
搬运装置电机
变频器的电源输入端L1、L2、L3分别接到电源模块中三相交流电源U、V、W端；变频器输出端U、V、W分别接到接线端子排的电机输入端86、87、88。
将系统左侧的三相四芯电源插头插入三相电源插座中，开启电源控制模块中三相电源总开关，U、V、W端输出三相380V交流电源，单相双连暗插座输出220V交流电源。
用三芯电源线分别从单相双连暗插座引出交流220V电源到PLC模块和按钮模块的电源插座上。
在三菱编程软件中打开两站的样例程序（样例1）或由用户编写控制程序，进行编译，当程序有错误时根据提示信息进行相应的修改，直至编译无误为止，编译完成后，用通信编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC模块电源开关，将两个程序分别下载到一、二号PLC中，下载完毕后将PLC的“RUN/PROG”开关拨至“RUN”状态，运行PLC。
按下第二站按钮模块中的SB5“启动”按钮，第二站进入运行状态，所有部件复位至原位（摆台机械手移动至左侧，摇臂导杆气缸缩回），等待第一站信号。
按下第一站按钮模块中的SB5“启动”按钮，第一站进入运行状态。
在运行过程中，按下SB6“暂停”按钮后，系统进入暂停状态，所有动作全部暂停执行。
此时按下SB5“启动”按钮后，重新进入运行状态，并继续执行暂停时的动作。
按下SB4“复位”按钮后，系统复位，所有参数清零。
将各工位上未加工的工件拿出重新放入料仓后，再按下SB5“启动”按钮，重新进入运行状态。
4.1.1系统使用要求
安全须知
1.在进行安装、接线等操作时，请务必在切断电源后进行，以避免发生事故。
2.在进行配线时，请勿将配线屑或导电物落入可编程控制器或变频器内。
3.请勿将异常电压接入PLC或变频器电源输入端，以避免损坏PLC或变频器
请勿将AC电源接于PLC或变频器输入/输出端子上，以避免烧坏PLC或变频器，请仔细检查接线是否有误。
4.在变频器输出端子（U、V、W）处不要连接交流电源，以避免受伤及火灾，请仔细检查接线是否有误。
5.当变频器通电或正在运行时，请勿打开变频器前盖板，否则危险。
在插拔通信电缆时，请务必确认PLC输入电源处于断开状态
4.1.2控制流程图
图4.1.1控制流程图
4.1.3程序中主要指令的作用和部分程序编程
1.SHRB指令
4.1.2SHRB指令图
移位寄存器位（SHRB）指令将DATA数值移入移位寄存器。
S_BIT指定移位寄存器的最低位。
N指定移位寄存器的长度和移位方向（移位加=N，移位减=-N）。
SHRB指令移出的每个位被放置在溢出内存位（SM1.1）中。
该指令由最低位（S_BIT）和由长度（N）指定的位数定义。
设置ENO=0的错误条件：
0006间接地址
0091操作数超出范围
0092计数域错误
特殊内存位：
SM1.1为移出的位值设置溢出位
使用以下等式计算"移位寄存器"最高位地址（Mob’s）：
Mob’s=[（S_BIT字节）+（[N]-1+（S_BIT位））/8].[被8除的余数]
例如：
如果S_BIT是V33.4和Nis14，以下计算显示Mob’s是V35.1。
Mob's=V33+（[14]-1+4）/8
=V33+17/8
=V33+2，余数为1
=V35.1
在"移位减"（用长度（N）的负值表示）中，输入数据移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位（S_BIT）。
移出的数据被放置在溢出内存位（SM1.1）中。
在"移位加"（用长度（N）的正值表示）中，输入数据（DATA）移入移位寄存器的最高位中（由S_BIT指定），并移出移位寄存器的最高位。
移出的数据被放置在溢出内存位（SM1.1）中。
移位寄存器的最大长度为64位（无论正负）。
下图显示N的负值和正值位移状况。
4.1.3N的负值和正值位移
2.定时器
图4.1.4定时器指令
通电延时定时器（TON）指令工作原理。
当I0.0接通时即使能端（IN）输入有效时，驱动T37开始计时，当前值从0开始递增计时到设定值PT时，T37状态位置1，其常开触点T37接通驱动下个程序输出，其后当前值仍增加，但不影响状态位。
当前值最大值为32767.当I0.0分段时使能端无效时。
T37复位，当前值清0，状态为也清零，即回复原始状态。
当I0.0接通时间未到设定值就断开，T37则立即复位。
记忆性通电延时定时器（TONR）指令工作原理。
使能端（IN）有效时定时器开始计时，当前值递增，当前值大于等于预置值（PF）时输出状态位置1.使能端输入无效（断开）时，当前值保持记忆使能端（IN）再次接通有效时，在原记忆值的基础上递增计时。
注意：
TONR记忆性通电延时型定时器采用线圈复位指令R进行复位操做，当复位线圈有效时，定时器当前位清零，输出状态位置0。
结束语
本次设计的主要内容是供料系统过程控制，它对于保证机器自动化运作的可靠性、电机的软启动等方面都具有重要的意义。
在本次设计，积极的查找资料，广泛阅读有关参考文献，培养了我们运用现代科学理论和技术方法来分析、解决工程实际问题的能力；拓宽了自己的知识面，加深了对供料系统过程控制的了解，掌握了一定的编程能力，对控制程序的编写形成了系统的认识。
在这个过程中所学到的东西是我们的宝贵财富，无疑将会对我们将来的工作学习产生重大影响。
通过查阅科技文献资料，全面系统的了解了供料系统过程控制与当今电气时代相结合的重要意义、研究现状及其发展方向，PLC系统的应用领域还有着广阔的发展前景。
随着它在理论研究和实践中的不断完善和发展,将在现代电气控制的舞台上扮演更重要角色。
因此，用PLC编程系统来控制机器工作过程是很值得我们去进一步的深入学习和钻研的。
参考文献
[1]汤晓华可编程控制器应用技术.湖北:
湖北科技出版社2008
[2]杜玉红生产线组装单元气动搬运机械手的设计.液压与气动2006（5）
[3]于洋等[3]于洋等基于PLC的小型模拟自动生产线.机械设计与研究2007（3）
[4]王寿斌基于PLC回转自动化控制生产线仿真示教设备的设计与实现.现代制造技术与设备2007（5）
[5]高然生进口生产线的安装与调试.设备管理与维修2008（8）
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