Y32315型通用液压机单步单循环加工地PLC控制.docx
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Y32315型通用液压机单步单循环加工地PLC控制
航空航天大学
课程设计
（说明书）
Y32-315型通用液压机单步、单循环加工的PLC控制
班级34110201
学号33
学生姓名周宇飞
指导教师高恩志
2016年1月9日
航空航天大学
课程设计任务书
课程名称材料成型自动化
院（系）材料科学与工程学院专业材料成型及控制工程
班级34110201学号33周宇飞
课程设计题目Y32-315型通用液压机单步、单循环加工的PLC控制
课程设计时间:
2017年1月2日至2017年1月13日
课程设计的容及要求：
Y32-315型通用液压机主缸和顶出缸工作由液压系统控制实现，启动后，泵启动。
主缸的动作过程为：
空程快速下降、慢速下降及加压、保压、卸压及回程、停止；顶出缸的动作过程为：
顶出、退回、停止。
液压系统中相应电磁阀通断电决定某一动作的实现。
要求利用自保持法编程实现该液压机单步、单循环加工控制。
课设完成后，要求编写课程设计说明书，容主要包括：
①设备工作原理及工艺过程分析；②电磁阀状态表；③PLC点数的确定；④I/O端口分配表；⑤功能流程图；⑥PLC程序设计⑦程序调试等。
指导教师高恩志2017年1月2日
负责教师年月日
学生签字年月日
Y32-315型通用液压机单步、单循环加工的PLC控制
摘要：
本文阐述了欧姆龙CP1H系列可编程控制器PLC在Y31-315液压机控制系统中的应用，介绍了液压机的PLC控制系统的总体控制方法、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、I/O分配表、电梯的控制梯形图及指令表，并给出了系统组成框图和程序流程图。
Y32-315液压机结构紧凑，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围任意调节，操作简单。
本设计对液压机进行了PLC改造，以对液压机进行PLC控制，进一步实现对压力加工中单步单循环自动加工过程。
关键词：
PLC；Y32-315液压机控制；梯形图
1绪论
1.1课程设计的目的
材料成型自动化是材料成型及控制工程专业的专业课，旨在使学生掌握自动化技术在铸造、锻造、焊接及热处理生产中的具体应用[1]，使学生了解在金属热成形生产中如何采用自动化技术来提高劳动生产率，能够将所学的材料成型原理中理论知识和自动控制基础知识很好地结合。
材料成型自动化课程设计的目的是：
（1）具体应用和巩固本课程及相关课程的理论知识、生产知识，了解材料成型装备的结构和工作原理，熟悉材料成型装备的液控（气控）原理，掌握实现生产过程自动化的设计过程和基本步骤。
培养学生实现某种装备工作过程自动控制的设计能力，为以后的毕业设计和工作打下基础。
（2）通过中等复杂程度的生产过程的自动化过程设计，使学生在综合利用理论知识和实践知识解决去解决问题时，得到一次完整的基本设计方法训练。
（3）使学生熟悉各种设计资料（如有关工具书、设计程序软件使用说明等），提高运用技术资料和计算机等诸多方面的能力。
1.2液压传动系统的组成
液压传动的基本原理：
液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动[2]。
其中的液体成为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。
液压系统主要由：
动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。
1.3PLC的工作原理
可编程控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。
PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的控制器[3]。
它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC存中的程序，进行入出信息变换实现控制,普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。
而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（2）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
（3）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时才是PLC的真正输出。
同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。
另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。
当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
1.4CP1HPLC编程基础
（1）编程地址：
存储器中的I/O存储区
通过指令中的操作数可以访问。
划分为以下区域：
输入、输出继电器（映射区）
部辅助继电器
保持继电器
特殊继电器
计数器
定时器
数据存储器
暂时存储器
（2）地址指定方法:
按照字（通道）或位进行
（3）输入继电器{0~16}通道，0.00-16.15位）
PLC专门用来接收外部输入的开关信号.只能由外部输入信号驱动.外部输入设备实际接0000和0001通道，位用到0.00-0.11,1.00-1.11.可以字寻址,位寻址。
输出继电器{100~116}通道,100.00-116.15位）
将部开关量输出信号传送给外部负载.由程序指令来驱动.外部设备实际连接到100和101通道,位用到100.00-100.11,101.00-101.11.可以字寻址和位寻址。
部辅助继电器（CIO区{1200~1499}通道和{3800~6143}通道;W0~W511通道,该通道优先使用）相当于中间继电器,由程序中的指令驱动.其常开、常闭触点不能用于直接驱动外部负载,必须通过输出继电器.可以字寻址和位寻址。
保持继电器区{H000-H511}用于程序中各种数据的存储和操作，通道或位访问。
当系统工作方式改变、电源中断或PLC操作停止时，保持区数据不变。
特殊辅助继电器{000~A959}被系统预置了自诊断发现的异常标志、初始设定标志、控制位及运行状态监视数据等。
A000-A447为只读区，A448-A959为可读写区。
可以字或位寻址。
暂时存储区{TR00-TR15}存储程序分支点数据。
字寻址。
同一分支TR号不能重复使用，不同分值间同一TR号可以重复使用。
只能位访问
定时器{T0000~T4095}它类似于继电电路用的时间继电器，用于延（定）时控制.通道访问
计数器{C0000~C4095}它用于记录信号从OFF到ON变化的次数.通道访问
数据存储器DM{D0000~D32767}只能以字为单位存取的多用途数据区,不能用于位操作指令.该区用作数据处理和存储时,D通道（字）可以采用BIN模式（即二进制模式）或BCD模式进行间接访问.D----表示该字中容按二进制数处理,*D----表示该字中容按BCD码处理。
2设计过程
2.1设备工作原理及工艺过程分析
如下图2.1所示，选取的液压机为Y32-315通用液压机。
要空程快速下降、慢速下降及加压、保压、卸压及回程、停止；顶出缸的动作过程为：
顶出、退回、停止。
液压系统中相应电磁阀通断电决定某一动作的实现。
图2.1Y32-315通用液压机液压原理图
起动：
液压泵电机起动时全部换向阀处于断电状态。
泵输出的油流回油箱。
活动横梁空程快速下降：
1YA和5YA通电，阀10和阀11换至右位，控制油经阀11打开被控单向阀12，主缸下腔油经12，10，4排回油箱，动梁在重力作用下快速下降，此时主缸上腔形成负压，上部油箱的低压油经充液阀14向油缸上腔充油，同时泵输出的油也经阀10及单向阀16进入主缸上腔。
活动横梁慢速下降及工作加压：
横梁下降碰到2ST，5YA断电，12关闭主缸下腔油经13，11，4回油箱，横梁下降依赖于泵加压，下降速度减慢。
改变泵的流量可以调节活动横梁速度。
保压：
1YA断电，单向阀16及充液阀14锥面对主缸上腔密封保压。
卸压回程：
2YA通电，10换为左位，压力油经10使充液阀14开启，主缸上腔油排回油箱，油压开始下降。
当主缸上腔油压卸至一定值时，阀15复至下位，压力油经阀12进入主缸下腔，推动活塞上行，使活动横梁回升。
顶出缸动作过程：
顶杆顶出：
带有自动取件装置的全自动液压机，可在横梁回程碰到1ST后，3YA通电，顶出缸活塞上行顶出工件；没有自动取件装置的可按取件按钮SB2使顶杆顶出工件。
顶杆退回：
对于自动取件的液压机，顶出后保持一定时间以便取件，时间到达设定时间，3YA断电，4YA通电，顶杆退回。
对于手动取件的设备，顶出后一直保持顶出状态，直到按下退回按钮SB3才使3YA断电，4YA通电，使顶杆退回。
停止：
顶杆退回碰到4ST开关后，使4YA断电，顶出缸停止。
2.2电磁阀状态表
电磁阀状态如下表[4]2.1所示。
表2.1电磁阀状态表
动作名称
发令元件
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
空程快降
SB1
+
+
慢降加压
2ST
+
保压
3ST
卸压回程
时间继电器
+
顶出
1ST
+
顶出保持
5ST
+
退回
时间继电器
+
停止
4ST
2.3I/O点数分配
I/O点数分配如下表2.2所示。
表2.2I/O点数分配
输入点
输出点
符号
地址
注释
符号
地址
注释
1ST
0.01
行程开关
1YA
100.00
动梁慢降
2ST
0.02
行程开关
2YA
100.01
卸压回程
3ST
0.03
行程开关
3YA
100.02
顶出工件
4ST
0.04
行程开关
4YA
100.03
退回
5ST
0.05
行程开关
5YA
100.04
动梁快降
SB1
1.00
起动按钮
SB2
1.01
单步控制
2.4I/O端子电气接线图
I/O端子电气接线图如下图2.2。
100.00
100.01
100.02
100.03
100.04
COM
1.00
1.01
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
COM
PLC
CP1H
SB1
SB2
1ST
2ST
3ST
4ST
5ST
DC24V
AC220V
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
图2.2I/O端子电气接线图
2.5顺序功能图
由电磁铁动作顺序表作出顺序功能图如下图2.3。
W0
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
100.00
100.04
100.00
TIM0000
100.01
100.02
TIM0001
100.02
100.03
1.00*0.01
0.02*1.01
0.03*1.01
T0000*1.01
0.01*1.01
0.05*1.01
T0001*1.01
0.04*1.01
动梁快降
动梁慢降
保压
卸压回程
顶出工件
顶出保持
退回
A200.11
图2.3顺序功能图
2.6梯形图
使用自保持法将顺序功能图转换为梯形图如下图2.4。
图2.4梯形图
3程序调试
将编写好的梯形图程序输入到电脑中的PLC欧姆龙软件中，并将面板上的导线连接好，准备调试程序。
初始状态时，液压机主缸位于上限位位置，0.01按钮被压合。
按下起动按钮1.00后，100.00和100.04显示灯亮起，表示动梁快降过程，并且自保持。
按下按钮0.02，表示到位开关2ST被压合，再按下单步按钮1.01后，100.04灯灭，表示开始动梁慢降过程，并且自保持。
按下按钮0.03，表示到位开关3ST被压合，再按下单步按钮1.01后，定时器TIM0000开始计时，开始保压过程。
10s后，定时器常开触点闭合，再按下单步按钮1.01后，100.01灯亮起，表示卸压回程过程，并且自保持。
按下按钮0.01，表示主缸回到上限位位置，到位开关1ST被压合，再按下单步按钮1.01后，100.02灯亮起，表示开始顶出工件过程，并且自保持。
按下按钮0.05，表示顶出缸到上限位位置，到位开关5ST被压合，再按下单步按钮1.01后，100.02灯保持亮起，定时器TIM0001开始计时，顶出保持。
5s后，定时器常开触点闭合，再按下单步按钮1.01后，100.03灯亮起，表示顶出缸退回过程，并且自保持。
按下按钮0.04，表示顶出缸回到下限位位置，到位开关4ST被压合，再按下单步按钮1.01后，系统回到初始状态。
4结论
此次PLC课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次对“Y32-315型通用液压机单步、单循环加工的PLC”的设计使我摆脱了单纯理论学习的状态，和眼高手低的毛病。
通过本次PLC的课程设计，使我了解到PLC的重要性。
机电一体化控制是一门极其重要的课程，他综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。
在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会，尤其是PLC技术越来越受人们广泛应用。
因此学会和运用PLC，将对我们以后踏上工作岗位有极其重要的帮助，在此次设计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找，我找出几点不足之处：
1）不会利用查翻资料。
在理论课学习过程中，老师曾经给过我们很多关于PLC的参考资料。
而我没有去充分利用。
在老师的提示下，我才如获至宝。
2）学习认真程度不够，基础相对薄弱。
通过这次课程设计。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解，看到了实践与理论的差距。
5参考文献
[1]樊自田.材料成型装备及自动化[M].机械工业.2006.4
[2]利平.液压传动系统及设计[M].化学工业.2005.8
[3]王永华.现代电器控制及PLC应用技术[M].航空航天大学.2003.9
[4]叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册.机械工业.2004.8。
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