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1、 . . . 毕业设计（论文）报告题 目 冲压机的PLC控制 院（系）别 中德机电学院 专 业 机电一体化技术 班 级 数电1001班 姓 名 瑞志 学 号 100101264 指导教师 唐亦敏 完成日期 2012年9月23日 摘 要:本设计采用西门子的小型PLC LOGO为核心对冲压进行控制。随着自动控制技术的迅速发展，PLC对冲压的控制技术应用越来越广泛。本文采用PLC对冲压进行控制，通过合理的设计，提高冲压控制水平，进而改善冲压运行的稳定性，使其更加精确。本文主要介绍了冲压的PLC控制系统总体方案设计、设计过程、组成、列出冲压的梯形图，并给出了系统组成框图，分析冲压逻辑关系，提出PLC的
2、编程方法。能够给一些初学者点建议，能够对冲压的基本原理、基本编程思路有大致的了解。关键词：冲压，PLC，控制AbstractThis design uses the PLC LOGO as the core of the stamping control. With the rapid development of automatic control technology, PLC stamping control technology is applied more and more widely. This paper used PLC to stamping control, throu
3、gh reasonable design, improve the flow of control level, thereby improving the flow stability of running, making them more precise.This article mainly introduced the stamping of PLC control system design, design process, composition, lists the stamping ladder diagram, and gives the block diagram of
4、the system, analyzes the stamping of logic relation, put forward PLC programming method. Can give some suggestions to beginners, basic principle, basic stamping programming ideas have roughly understanding.Keywords:stamping, PLC, control 目 录摘要1Abstract11 课题的提出41.1 选题背景41.2 方案论证52 系统的理论分析与控制方案确定52.1控
5、制方案的比较和确定52.2 冲压控制系统的组成与原理图52.3冲压系统控制流程63 系统的硬件设计83.1 系统主要设备的介绍83.1.1 PLC LOGO的介绍93.1.2气缸的介绍93.1.3电磁阀的介绍103.1.4压力开关的介绍113.1.5电容式传感器的介绍123.1.6电磁式传感器的介绍133.2 系统电气设计143.2.1 设计原则143.2.2电路图纸143.2.3气路图纸153.2.4系统布局图154 系统的软件设计与运行和调试164.1 PLC程序设计164.1.1I/O分配表174.1.2程序图184.2 系统运行和调试214.2.1 调试步骤.215 结束语22参考文献
6、23致241 课题的提出1.1 选题背景本毕业设计课题来自10级中期考试。目的是利用PLC LOGO 来实现冲压控制。目前，PLC使用围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业与民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。PLC LOGO通过模拟量I/O模块，实现模拟量与数字量之间的A/D转换，并对模拟量进行气缸的冲压控制。1.2 方案论证本毕业设计原理是利用扩展单元DM8 24R进行数据采集，然后把采集到的数据利用程序进行工程量转换，给定量与输出量转换，送到执行器，从而构成的是冲压控制。采用LOGO，
7、具有以下优点：（1）操作方便。（2）简单可靠、通用灵活。（3）体积小、使用寿命长。 2 系统的理论分析与控制方案确定2.1控制方案的比较和确定冲压控制系统主要有两位五通电磁阀、气缸、机械单元、传感器组成。系统主要的任务是利用 LOGO的程序带动气缸和机械单元进行冲压，实现冲压的恒定，同时还要能对运行数据进行传输和监控。根据系统的设计任务要求，有以下两种方案可供选择：(1) 通用气缸+单片机(包括变速控制、压力开关控制) +电容式传感器这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性价比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时气缸在运行时，将产生冲动，
8、产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统不适用当前的冲压控制中。 (2)通用气缸+PLC(包括变速控制、压力开关控制)+电容式传感器这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换，通用性强；由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。该系统能适用于当前的冲压控制中。通过对以上两种方案的比较和分析，可
9、以看出第二种控制方案更适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性与控制精度的要求。2.2 控制系统的组成与原理图基于PLC的冲压控制系统主要有两位五通电磁阀、气缸、机械单元、传感器、可编程控制器的调节系统，该系统的控制流程图如图2.1所示：图2.1冲压控制系统流程图从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体为：(1）执行机构：它是由两个节流阀、电磁阀和气缸组成的,它的运行原理是这样，当工作在手动方式下，电磁阀M2得电，气缸活塞杆伸出，伸出的速度由-1V4控制；电磁阀M1得电，气缸活塞杆缩回，缩回的速度由-1V5控制。冲压
10、机冲压一次，即气缸活塞杆伸出、缩回各一次；当工作在自动方式下，电磁阀M2得电，气缸活塞杆伸出，伸出的速度由-1V4控制；电磁阀M1得电，气缸活塞杆缩回，缩回的速度由-1V5控制。冲压机冲压两次，即气缸活塞杆伸出、缩回各两次。 (2）信号检测机构：它是由两个电磁式接近开关和电容式传感器组成的，当冲压机工作时有材料飞溅，冲压机外面有塑料罩，通过电容式传感器1B3检测塑料罩是否合上；当电磁式接近开关-1B1得电、电容式传感器1B3检测到塑料罩，又按下启动按钮，气缸活塞杆伸出；电磁式接近开关-1B2得电、电容式传感器1B3检测到塑料罩，又按下启动按钮，气缸活塞杆缩回。 (3）控制机构：本系统的控制机构
11、包括控制器(PLC LOGO)部分组成的，控制器是整个流量控制系统的核心。控制器直接对系统中的冲压信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制，得出对执行机构的控制方案，通过接触器对执行机构(即气缸)进行控制。冲压控制系统的原理图如图2.2所示：图3.1 系统的电气控制总框图冲压控制系统通过传感器1B3检测到塑料罩合上；当电磁式接近开关-1B1得电，通过LOGO的输出，电磁阀M2得电，气缸活塞杆伸出；当电磁式接近开关-1B2得电，通过LOGO的输出，电磁阀M1得电，气缸活塞杆缩回；从而达到冲压的作用。2.3冲压系统控制流程冲压系统控制流程如下: 系统通电，按下电源开关S0
12、、1B3检测到塑料罩合上、压力开关的气压达到设定值，指示灯P1亮。当选择开关S1打到手动工作方式下，P1常亮；电磁式接近开关-1B1得电，按下冲压按钮S2，电磁阀M2得电，气缸活塞杆伸出；电磁式接近开关-1B2得电，电磁阀M1得电，气缸活塞杆缩回，冲压机冲压一次，即气缸活塞杆伸出、缩回各一次；当选择开关S1打到自动工作方式下，P1闪烁，闪烁周期为1S；电磁式接近开关-1B1得电，按下冲压按钮S3，电磁阀M2得电，气缸活塞杆伸出，电磁阀M1得电；电磁式接近开关-1B2得电，气缸活塞杆缩回，冲压机冲压两次，即气缸活塞杆伸出、缩回各两次；无论在哪种工作方式下，再次按下冲压按钮，冲压机都会重复上述动作
13、。 3 系统的硬件设计3.1 系统主要设备的介绍根据基于PLC的冲压控制系统的原理，系统的电气控制总框图如图3.1所示图3.1 系统的电气控制总框图由以上系统电气总框图可以看出,该系统的主要硬件设备应包括以下几部分：(1) PLC LOGO、(2)传感器-1B1、-1B2、-1B3、(3) 电磁阀、(4) 压力开关、(5) 气缸。3.1.1 PLC LOGO!介绍LOGO!是西门子公司进来开发的新型可编程通用逻辑模块，它填补了继电器与PLC之间的技术空白，已发展成为模块化的标准组件产品，是一种将编程器和主机一体化的微型可编程控制器。LOGO!-通用逻辑控制模块有8种基本功能和26种特殊功能，它
14、代替了很多定时器、继电器、时钟和接触器所实现的功能，取代了数以万计的继电器设备。LOGO! 模块不需要太多的附件和放置空间，因而它使得控制柜的体积变得更小，而且随时能够扩展其功能。所以，LOGO! 模块不仅降低了花费，也节省了多达70%的时间。LOGO!易于安装，几乎不需要任何接线。而且编程十分简单，所做的仅仅是按动几下按钮。LOGO!也具有抗振性，与很强的电磁兼容性（EMC），并完全符合各项工业标准，能够应用于各种气候条件。LOGO!满足B级噪音抑制要求，并且具备所有必需的国家级认证。LOGO!非常适用于小型的自动化系统或装置，受到世界各国的重视。目前，日本三菱、法国施耐德与中国国一些PLC
15、生产厂家纷纷开发出各自品牌当的微型化可编程控制器。这种新型的可编程控制器以其简单可靠、操作方便、通用灵活、体积小与使用寿命长等一系化优点，很快在全世界围广泛使用。 3.1.2 气缸的介绍气缸种类气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有做往复直线运动的和做往复摆动的两类。做往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲压气缸4种。单作用气缸：仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧或自重返。双作用气缸：从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力。膜片式气缸：用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。冲
16、击气缸：这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速(1020米/秒)运动的动能，借以做功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。做往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴做摆动运动，摆动角小于 280。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。 气缸作用将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。 气缸分类直线运动往复运动的气缸、摆动运动的摆动气缸、气爪等。 气缸结构气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成，工作原理根据工作所需力的大
17、小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。气缸 下面是气缸理论出力的计算公式：F：气缸理论输出力(kgf) F：效率为85%时的输出力(kgf)(F=F85%)D：气缸缸径(mm) P：工作压力(kgf/cm2)3.1.3 电磁阀的介绍电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同 的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的
18、排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。 分类电磁阀从原理上分为三大类： 直动式电磁阀：原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。 分步直动式电磁阀： 原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先
19、导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。 特点：在零压差或真空、高压时亦能可*动作，但功率较大，要求必须水平安装。 先导式电磁阀：原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。 特点：流体压力围上限较高，可任意安装（需定制）但必须满足流体压差条件。 2.电磁阀从阀结构和材料上的不同与原理上的区别，分为
20、六个分支小类： 直动膜片结构、分步直动膜片结构、先导膜片结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构。 电磁阀的主要特点 （1）外漏堵绝，漏易控，使用安全。外泄漏是危与安全的要素。其它自控阀通常将阀杆伸出，由电动、气动、液动执行机构控制阀芯的转动或移动。这都要解决长期动作阀杆动密封的外泄漏难题；唯有电磁阀是用电磁力作用于密封在电动调节阀隔磁套管的铁芯完成，不存在动密封，所以外漏易堵绝。电动阀力矩控制不易，容易产生漏，甚至拉断阀杆头部；电磁阀的结构型式容易控制泄漏，直至降为零。所以，电磁阀使用特别安全，尤其适用于腐蚀性、有毒或高低温的介质。 （2）系统简单，便接电脑，价格低谦。电磁阀本身结
21、构简单，价格也低，比起调节阀等其它种类执行器易于安装维护。更显著的是所组成的自控系统简单得多，价格要低得多。由于电磁阀是开关信号控制，与工控计算机连接十分方便。在当今电脑普与，价格大幅下降的时代，电磁阀的优势就更加明显。 （3）动作快递，功率微小，外形轻巧。电磁阀响应时间可以短至几个毫秒，即使是先导式电磁阀也可以控制在几十毫秒。由于自成回路，比之其它自控阀反应更灵敏。设计得当的电磁阀线圈功率消耗很低，属节能产品；还可做到只需触发动作，自动保持阀位，平时一点也不耗电。电磁阀外形尺寸小，既节省空间，又轻巧美观。 （4）调节精度受限，适用介质受限。电磁阀通常只有开关两种状态，阀芯只能处于两个极限位置
22、，不能连续调节，（力图突破的新构思不少，但还都处于试验试用阶段）所以调节精度还受到一定限制。 电磁阀对介质洁净度有较高要求，含颗粒状的介质不能适用，如属杂质须先滤去。另外，粘稠状介质不能适用，而且，特定的产品适用的介质粘度围相对较窄。 （5）型号多样，用途广泛。电磁阀虽有先天不足，优点仍十分突出，所以就设计成多种多样的产品，满足各种不同的需求，用途极为广泛。3.1.4 压力开关的介绍压力开关采用高精度、高稳定性能的压力传感器和变送电路，再经专用 CPU模块化信号处理技术，实现对介质压力信号的检测、显示、报警和控制信号输出。压力开关可以广泛用于石油、化工、冶金、电力、供水等领域中对各种气体、液体
23、的表压、绝压的测量控制，是工业现场理想的智能化测控仪表。特点压力开关主要类别包括常开式和常闭式。主要特点是： 1、采用英制管螺纹快速接头或铜管焊接式安装结构，安装灵活，使用方便，无需特殊的安装固定。 2、插片式导线式连接方可供用户任意选定。 3、密封式不锈钢感应器安全可靠。 4、压力围可根据用户任意选定的压力值进行制造。 工作原理压力开关的工作原理：是当系统压力高于或低于额定的安全压力时，感应器碟片瞬时发生移动，通过连接导杆推动开关接头接通或断开，当压力降至或升额定的恢复值时，碟片瞬复位，开关自动复位，或者简单的说是当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件
24、，改变开关元件的通断状态，达到控制被测压力的目的。压力开关采用的弹性元件有单圈弹簧管、膜片、膜盒与波纹管等。 3.1.5 电容式传感器的介绍电容式传感器简介把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。若忽略边缘效应，平板电容器的电容为A/，式中为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,为两电极之间的距离。、A、 三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压
25、力、振动等引起的极距变化。面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。 70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。 电容式传感器工作原理电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2eL/lnD/d，式中L为两筒
26、相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。在实际测量中D、d、e是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。 电容式传感器优缺点电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以与联接电路较复杂等。 3.1.6 电磁式接近开关在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达
27、到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。 当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。 有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。3.2电气设计3.2.1设计原则1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求；2）要注意布局的合理性，在满足要求的前提下,使控制系统简单,经济,合理,便于操作,维修方便,安全可靠；3)电器元件选用合理,正确,使系统能正常工作；4)为适应
28、工艺的改进,设备能力应留有裕量；5）在进行单元设计的同时，还要可虑到各个部分的配合；6）结合现实的工作环境进行设计； 3.2.2电路图纸 3.2.2电路图纸 3.2.2电路图纸 3.3.3 3.2.1设计原则 3.2.3 气动图纸 3.2.4 系统布局图 4 系统软件设计与运行和调试4.1 PLC程序设计4.1.1I/O分配表输入输出名称地址名称地址 电源开关S0I1电磁阀M1Q1 选择开关SB2I2电磁阀M2Q2 冲压按钮S2I3指示灯P1Q3 冲压按钮S3I4指示灯P2Q4 压力开关1B4I5电磁式传感器1B1I6电磁式传感器1B2I7电容式传感器1B3I84.1.2程序图4.2系统运行和
29、调试4.2.1调试步骤序号步骤名称1将机械部分组成起来2机械调试，让连接杆与气缸紧密配合并可顺畅运动3将电气部分和气动部分连接好4检测24V电源5检测按钮接线连接是否正确6检测电磁式接近开关接线是否正确7检测压力开关接线是否正确8检测电容式传感器接线是否正确9调节电容式传感器，使其起作用10调节电磁式传感器，使1B1、1B2都起作用11调节压力开关，使其起作用12通气，并将气压调至4bar13手动调试电磁阀，看气缸伸出缩回情况14调节单向节流阀，控制气缸伸出和缩回的速度15先按下启动按钮S0，按下选择按钮S1,按下选择按钮S2,冲压机冲压一次16先按下启动按钮S0，按下选择按钮S1,按下选择按
30、钮S3,冲压机冲压两次17按下停止按钮，看系统是否停止5 结束语毕业设计是专科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的设计出分料装置系统，我摆脱了单纯的理论知识学习状态。通过实际设计相结合，锻炼了我综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规以与电脑制图等其他专业能力水平。通过这次毕业设计，提高了我的意志力和品质力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎样缓解压力，学会了独立思考、逻辑思维、提出问题、分析问题、解决问题的方法。这是我们希望看到的，也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计容繁多，过程繁琐，但我的收获却更加丰富。
31、通过与老师的沟通和交流，我了解到此系统的适用条件，此设备的选用标准，以与各种器件适用性。我的能力也得到了提高，提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了很多实践经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。最终按质按量完成本次设计。我的收获是很难用语言来描述的。非常感各位老师的指导与帮助。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。PLC控制有着很多的优越性，但也存在一定的不足，这些不足在一定程度上限制了我们的创造力。今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取
32、尽快的掌握这些先进的知识，更好的为社会做出应有的贡献。 参考文献1、徐国林主编PLC应用技术机械工业。20072、如萍等电气控制与PLC校本讲义3、于彤传感器原理与应用.:机械工业，2007.4、汪诤机电一体化技术.:国防科技大学，2011.5、乌尔里希.菲舍尔机械简明手册.：科学技术，2011.6、光飞PLC课程设计实例指导.：航空航天大学，2004.7、 景学 金广业可编程控制器应用系统设计方法：电子工业，1995.8、电器控制系统与可编程控制器. ：机械工业 ，2007.9、电工技术： 华中科技大学 ，2003. 致 首先衷心的感我的论文指导老师唐亦敏老师。在我做毕业设计的过程中得到了唐老师的悉心指导。从设计的开始到论文的定稿，整个过程处处凝结着老师的心血。唐老师渊博的学识，严谨的治学态度，务实的工作作风都深深地影响着我，并将成为我以后学习和工作的榜样。在此谨向唐老师表示深深的感。在这半年的毕业设计的过程中，我还得到了本班同学的大力帮助，我们一起学习，一起探讨问题、解决问题。当我遇到困难时，他们给了我许多好的建议和无私的帮助。在此，对所有给予我帮助的同学表示衷心的感。最后，要感我的父亲母亲。他们一直是我的坚强后盾，无论何时何地，都有亲切的鼓励与温暖的关心，让我在任何时候都不放弃希望，坚强前行！25 / 25