毕业设计（论文）-MPS工件安装单元控制系统设计.doc

《毕业设计（论文）-MPS工件安装单元控制系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-MPS工件安装单元控制系统设计.doc（68页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、 本本科科毕毕业业设设计计 （论论文文） 题 目 MPS 工件安装单元控制系统设计 系（院） 机械工程系 年 级 2005 级 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 号 070205228 学生姓名 指导教师 职 称 实验师 副教授 论文提交日期 2009 年 5 月 31 日 常熟理工学院毕业设计（论文） I MPS 工件安装单元控制系统设计 摘要 本文首先介绍了 MPS 安装单元的定义、意义、研究重点及发展状况,并阐述了设计 MPS 安装单元的 PLC 控制系统的思路和方法；讲述了控制系统所要达到的安装要求，分析 每个动作的步骤,提出了达成该要求的元件的选择,绘制出了控制系统的 PRO/E

2、 三维实体 造型图，控制系统原理框图，控制系统的 PLC 原理图以及气动原理图及组态王的界面的 设计。阐述了各电气元件的选择过程以及对各元件的技术参数做了介绍；讲述了梯形图 绘制的流程。在本文的最后，讲述组态王软件是如何与 PLC 通信以及组态环境中各个设 备的属性是如何设置的，经过数次调试，可以实现组态软件对控制系统的监控。 关键词：MPS 安装单元 PLC 控制 系统设计 梯形图 常熟理工学院毕业设计（论文） II Design of MPS Unit Work Piece Control System Abstract This paper firstly introduces the

3、definition of MPS unit installation, the significance of doing research on it and makes an introduction of the main points and the current development of the research. It also talks about the ideas and methods on the design of PLC control system units of MPS unit work piece and the installation requ

4、irements to which the control systems need to achieve. Through analyzing every step of the process, the paper finds the necessary elements that are needed to reach the demands and draws PRO / E three-dimensional solid modeling plans of the control system, the Block diagram of control system, and the

5、 interface design of Pneumatic and Kingview schematic. After introducing the electrical components of the selection process, as well as technical parameters of the components, the paper also introduces the flow of drawing the ladder diagram. In the end of this paper, it describes how to realize PCL

6、communication and set up properties of each equipment in the configuration environment. After several times of debugging, the monitoring of control system by configuration software is able to be realized. KeyKey words:words: MPS Installation Unit; PLC Controlling; System Design; Ladder Diagram . 常熟理

7、工学院毕业设计（论文） III 目录 1 绪论.1 1.1MPS 生产模块的国内外发展状况1 1.1.1 国内状况.1 1.1.2 国外状况.1 1.2 研究 MPS 工件安装单元的目的和意义.3 2 控制系统的设计要求以及设计方案.4 2.1 控制系统的设计要求.4 2.1.1 控制系统的动作要求.4 2.1.2 工作过程.5 2.2 控制系统的设计方案.8 2.2.1PLC 设计的总体思路8 2.2.2 组态王画面制作与控制的总体方案：10 2.2.3 整个设计过程的总体步骤11 2.3 控制系统的电气原理图 .11 2.3.1 控制系统原理框图11 2.3.2 控制系统的 PLC 原理图

8、 .12 2.3.3 控制系统的气动原理图 .15 3 控制系统电器元件的选择及技术参数16 3.1 PLC 的选用以及技术参数介绍.16 3.1.1 PLC 的选用16 3.1.2 PLC 的技术参数介绍16 3.2 气缸的选择18 3.2.1 气压传动的优点18 3.2.2 汽缸选择的要点18 3.2.3 直线汽缸的选择 .19 常熟理工学院毕业设计（论文） IV 3.2.4 摆动汽缸的选择19 3.3 继电器的选择20 3.3.1 继电器的选择20 3.3.2 所选继电器的性能参数21 3.4 电磁换向阀的选择 .21 3.4.1 电磁阀的选择21 3.4.2 所选电磁阀的技术参数介绍2

9、2 3.5 真空发生器的选择 .22 3.6 真空数显表的选择 .23 3.7 调压过滤器的选择 .24 3.8 传感器的选择25 3.8.1 电容式传感器的选择25 3.8.2 真空传感器的选择26 3.8.3 位置传感器的选择26 3.8.4 光电传感器的选择27 3.9 电机的选择27 4 控制系统的程序设计29 4.1 PLC 程序的编写29 4.1.1PLC 控制的流程图.29 4.1.2PLC 程序.30 4.2 MPS 工件安装单元 PRO/E 三维实体造型30 4.2.1 台面造型设计31 4.2.2 箱体及按钮造型设计31 4.2.3 汽缸及推杆的造型设计 .32 4.2.4

10、 系统造型的整体装配33 4.3 组态的制作34 4.3.1 组态王软件介绍34 4.3.2 组态变量的声明35 4.3.3 组态制作界面36 常熟理工学院毕业设计（论文） V 5. 控制系统的联机调试.36 5.1 PLC 程序的调试36 5.2 控制系统组态部分调试 .40 5.2.1 组态与 PLC 之间的通信40 5.2.2 组态画面刷新率调试41 5.2.3 组态画面显示调试42 5.2.4 组态按钮响应速度调试42 结束语44 参考文献45 致谢46 附录47 常熟理工学院毕业设计（论文） 1 1 绪论 本章节将介绍 MPS 生产模块的国内外发展状况，研究本课题的意义以及研究的思

11、路和方法。 1.1MPS1.1MPS 生产模块的国内外发展状况生产模块的国内外发展状况 1.1.1 国内状况 经济和社会的发展，为培养现代制造业高级应用型人才提供了难得的机遇。 随着 中国经济的快速发展和加入 WTO ，我国将成为世界制造业基地。发展现代制造业和提 升城市的实力和水平，不仅需要大量的高级专门人才，同时更需要培养一大批面向生 产、建设、服务和管理第一线的具备高等专业文化水平的高等技术“应用型”人才， 目前这方面人才需求旺盛。工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计 算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策， 达到增加产量、提高质量、降低消

12、耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业 自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为 20 世纪现代制造领域中 最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接 创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。 我国工业控制自动化的发展道路， 大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工 业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形 成。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。长期以来， PLC 始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可 靠的

13、控制方案，与 DCS 和工业 PC 形成了三足鼎立之势。 1.1.2 国外状况 模块化的概念由来己久。模块化制造的思想也来源于人们长期的生产实践。在机 床制造业，德国于 1930 年提出了“模块化构造”(Modular Construction)的设计方法。 由于用这种方法设计制造的机床具有很好的经济效益，因而采用模块化构造在世界得 到迅速发展。日本通产省在 1977 年开始研制柔性安装单元(FMC)，明确地引进了模块 化构造的概念：按不同功能制造模块，其独立性很强，模块化的功能单元可独立运转， 整个控制系统是有上述模块组成的多级系统。随着先进制造技术的发展和计算机技术 的广泛应用，使传统的模

14、块化设计技术发生了深刻的变化。模块化是现代制造业发展 的要求，是对传统标准化形式的发展。模块化与成组技术、柔性生产技术、计算机辅 常熟理工学院毕业设计（论文） 2 助技术等现代制造技术之间的关系是相辅相成、互相支持，只有在生产中密切配合才 能发挥最大效益。 施进发等给出了机械的最新定义、阐述了模块化机械产品的现状及其实际意义， 建立了机械模块学理论体系，并分析了机械模块学的研究对象。模块化是企业和产品 重组的基础，是产品及其制造系统持续更新和并行开发的最佳基础。 模块化制造作为一种现代制造环境下的制造哲理和方法论也早就引起了人们的注 意。Rogers 等就实现模块化生产系统(MPS)的有关问题

15、进行了深入的研究。通过建立模 块标准，建立有限的部件级的基本生产安装单元(标准模块)，而不是通常的整机设备。 把基本模块分为四类：加上单元、运动单元、模块化刀具装卡单元以及可配置的控制 系统。通过从模块目录中选取适当的模块就能建立适应范围宽的自动化、集成化的生 产系统。以生产实例说明：在设计工具的支持下根据特定产品的制造需求对模块化制 造系统进行再设计是可行的。 随着国外对 IMS(智能制造系统)中的模块化制造的研究，提出了一种基于模块化理 论的制造系统模型模块化制造模型(Modular Manufacturing Model)，即基于模块 化理论的制造系统模型。利用从这种模型派生的设计、建造

16、、操作和控制技术而建立 的制造系统就是模块化制造系统。利用该模型，模块化制造系统与虚拟制造联系起来， 可以在虚拟环境下构造制造系统，产品设计、制造装备设计和制造系统设计均采用模 块化设计方法，把产品和制造系统设计有机地统一起来。通过制造特定的产品完成对 制造系统的再设计，使部件、产品、制造设备，连同设计、操作活动都以模块为单位 进行描述，以模块的组合来构造和运行制造系统。提出了模块化制造系统的基本构造 方法，以基于机器人的模块化制造系统为例，分析了模块化制造系统研究中存在的主 要问题及需要解决的关键技术。 上世纪 50 年代以来国外针对中、低档消费品的生产，如儿童玩具、厨房用具等， 研究了实现

17、模块化化生产系统(MPS)的合理性。把 MPS 作为产品和生产系统并行设计的 一种使能技术，在产品设计和制造系统设计之间建立了系统的联系，通过为制造特定 的产品对制造系统进行再设计。提出了模块化生产系统的两个基本工作原理，分析了 建立设备模块标准和面向并行工程的 MPS 设计支持工具的重要性。把 MPS 总体设计过 程分为三个阶段：产品分析、面向 MPS 的产品建模和 MPS 综合。继而讨论了模块化制 造系统的连接和分布式配置，并描述了它们在混合应用中的仿真环境，以说明该环境 的能力，最后给出了某些系统使用的实例，说明系统可在实时生产中应用。从模块化 常熟理工学院毕业设计（论文） 3 制造概念

18、的形成可以看出，模块化制造是符合当今制造业发展潮流、具有广泛实践基 础、可具体执行和操作的一种实用型先进制造模式和技术体系。模块化制造系统是根 据特定模块化产品的制造要求设计而成的：产品性能和质量提高的周期缩短，频率提 高，快速响应市场需求；与其相适应的生产系统易于重组，以适应产品的快速变换。 满足这两个基本要求的实现条件就是产品结构的模块化和制造系统装备的模块化。而 后者又包括制造装备(含软硬件)和管理体系模块化。 国外自上世纪 60 年代出现第一台工业过程控制系统以来已经过三代产品的发展变 化，随着计算机技术及产品的发展，工业控制系统亦相应地不断发展。半导体技术集 成电路技术推动微处理器、

19、微控制器的发展，1 位、4 位、8 位、16 位、32 位微处理器， 各种控制器、控制装置、PLC 更新换代加快，神经元网络芯片已问世，模拟控制器、智 能控制器已初步商品化及推广应用。 分布式控制系统已推出第四代产品，计算机技术、 通信技术、控制技术的发展，使控制系统向全数字化、全分散式、全开放可互操作和 开放式互联网络的新一代现场总线控制系统（FCS）发展。 现场总线技术近年迅速发 展，目前有 FF（现场总线基金会）、Profibus（过程现场总线）、LonWorks（局部操 作网络）、CAN（控制局域网络）、HART（可寻址远程传感器数据通路）等。 1.21.2 研究研究 MPSMPS 工

20、件安装单元的目的和意义工件安装单元的目的和意义 我这次毕业设计的课题来源于机械系实验室现有的 MPS 系统的实验装置。设计目 标是在已有硬件条件的基础上对其控制系统进行设计。 通过这次毕业设计，掌握控制系统的基本设计思路，了解 PLC 构成和编程方法， 并对通过组态软件在电脑实现对装置的动作的画面模拟，并实现远程控制。 模块化生产系统(MPS)是机械工程系进行 PLC 编程与操作以及 PLC 联网控制技能训 练的教学设备。该系统由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站、分类 站等六个部分组成。每一站都有一套独立的 PLC 控制系统，都能单独完成一个动作过 程。MPS 安装单元控制系统设

21、计是通过传送带工作台实现物流传输，并通过摆臂对工件 进行模拟安装。 MPS 系统解决了学生不能在实际生产线上操作训练的问题，为教师和学生提供了一 套符合实际情况的模拟教学环境。应用 MPS 系统，学生们可以将所学到的专业知识进 行充分的综合应用，技能得到充分的训练。通过实训，学生们的自我学习，独立思考， 组织协调等综合能力及团队合作精神也会得到全面的提高。 常熟理工学院毕业设计（论文） 4 2 控制系统的设计要求以及设计方案 2.12.1 控制系统的设计要求控制系统的设计要求 2.1.1 控制系统的动作要求 使 MPS 生产模块的工件加工能够完成工件的输送、加工、装配、检测以及存储等 功能，每

22、一项功能在实验台上对应着一个单元。 本设计的主要任务和目标是通过传送带工作台实现物流传输，并通过摆臂对工件 进行模拟安装，完成该单元的控制系统设计。 本单元的动作流程如图 2.1。 图 2.1 MPS 工件安装单元动作流程图 常熟理工学院毕业设计（论文） 5 本单元分为三种工件，白色，灰色和黑色。当传送带初端的电容传感器检测到工 件壳时摆臂会先摆动到右边，当摆臂到达了右边，会接触到右边的位置传感器，通过 检测单元传输过来的信息，汽缸会控制对应的推杆通过下料器推出对应颜色的工件， 此时工件所在操作台上的光电传感器会输出信号然后汽缸会控制摆臂摆动到左边，当 摆臂到达预定位置后会触发左边的位置传感器

23、，电机会带动传送带转动，然后工件壳 通过传送带传送到末端，到达右端后右端的光纤传感器会输出信号，此时摆臂吸盘吸 住工件，当吸盘吸住工件后真空传感器会输出信号，此时摆臂会摆动到右端，到达右 端后会再次接触到右边的位置传感器，接着松下工件，工件会落入工件壳中，然后摆 臂再次摆回左边，整个流程结束。 另外，要实现对不同颜色工件进行颜色匹配及安装动作需要实现对上一单元的联 网操作，为了便于编写程序和制作组态王的监控画面，本次设计仅对应一种颜色工件 的动作流程。 2.1.2 工作过程 （1）系统复位、开始 当急停按钮、退出按钮、复位按钮后，PLC 的外围设备都回到其始位置。这时按下 运行按钮后系统开始动

24、作。 （2）摆臂右摆 当传送带初端的电容传感器检测到工件壳时摆臂会先摆动到右边，为推杆推出工 件让好位置。 在摆臂右摆到位后会进入下一动作的准备。 （3）推杆推出相应工件 当摆臂到达了右边，会接触到右边的位置传感器，通过检测单元传输过来的信息， 气缸会控制对应的推杆通过下料器推出对应颜色的工件。 （4）摆臂左摆 工件到达指定位置后，件所在操作台上的光电传感器会输出信号然后汽缸会控制 摆臂摆动到左边。 （5）工件壳右移 当摆臂摆动到左边后会触发左边的位置传感器，电机会带动传送带转动，然后工 件壳通过传送带传送到右端。 （6）吸盘吸住工件 常熟理工学院毕业设计（论文） 6 当工件壳到达右端后右端的

25、光电传感器会输出信号，然后汽缸会控制摆臂下的吸 盘会吸住工件。 （7）摆臂右摆 当吸盘吸住工件后真空传感器会输出信号，然后摆臂会再次摆到右端。 （8）吸盘松下 当摆臂摆到右端后会触发到右端的位置传感器，然后汽缸会控制吸盘泄压，工件 会掉落到工件夹中 （9）摆臂左摆 另外，装置设有两种工作模式：自动模式与单步模式。 在自动模式下，按下运行按钮后，装置将会连贯地执行完一整套动作。若在动作 过程中按下暂停按钮，则装置执行完一步动作后会暂时等待，等到再次按下运行按钮 后才继续执行接下来的动作。 在单步模式下，装置一次只会执行一步动作，在按下运行按钮后，才继续执行下 一步动作。在该模式下，暂停按钮不起作

26、用。 装置还设有急停与复位功能。不管装置运行到何种状态，在按下急停按钮后，整 个安装单元立即停止工作。接着需要按退出按钮，退出急停状态。此时按下复位按钮 后，装置复位到基本位置，装置动作返回初始准备状态。 根据以上的叙述，将要选用的电气元件罗列如下表所示： 表 2.1 要选用的电气元件明细表 序号设备名称规格型号/类型单位数量品牌 1 PLC 控制系统S7200(CPU224)套 1 SIEMENS （西门子） 2 PROFIBUS 连 接组件 PROFIBUS 电缆、总线 连接器 套 1 SIEMENS （西门子） 直线气缸只 3SMC 3 气动执行元 件 摆动气缸只 1CHELIC 三个单

27、作用缸，每个配 1 个 只 3SMC 4 调速阀 1 个双作用缸，每个配只 2CHELIC 常熟理工学院毕业设计（论文） 7 2 个 5 电磁阀单电磁头/双电磁头只 5CHELIC 6 真空压力组 件 真空发生器、真空吸盘套 1SMC 7 气管4、8米若干 SMC 8 过滤减压阀 0.8mpa 只 1CHELIC 9 气动辅件 阀岛、快换接头、消音 器 只若干 CHELIC 10 继电器 24V 只 3 OMRON （欧姆龙） 光纤传感器只 1 OMRON 真空传感器只 1SMC 电容传感器只 1 国产品牌 位置传感器只 2OMRON 11 传感器 光电传感器只 1 国产品牌 12 电机直流减

28、速电机只 2 无锡红湖 13 接线端子 二层接线端子、三层接 线端子 只若干 PHOENIX（菲尼克 斯） 14 电气辅件型条、端盖套若干 PHOENIX（菲尼克 斯） 15 开关按钮 绿色（带灯）、黑色、 黄色、红色、2 位旋钮 开关 只若干施耐德 16 走线槽 25*30 米若干台湾日成 17 铝合金型材 及辅件 型材、螺母、端盖套 1 大连伊通 18 开关电源 24V6A 套 1 台湾明纬 19 专用机柜带万向轮台 1 南航新兴 20 电缆转接端25 针块若干PHOENIX（菲尼克 常熟理工学院毕业设计（论文） 8 子模块斯） 2.22.2 控制系统的设计方案控制系统的设计方案 2.2.

29、1PLC 设计的总体思路： 在这次的 MPS 系统设计的过程中，PLC 扮演着及其重要的角色。可编程逻辑控制器 （Programmable Logic Controller） ，简称 PLC，是一种专门为在工业环境下应用而设 计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执 行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模 拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该 按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。国外有很多的 公司如德国的西门子，日本的三菱等在 PLC 的制造上处于领先地位

30、。目前，我国自己 已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电 器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生 产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡 华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。 PLC 对该装置进行控制的实质就是控制其几个输入输出变量的开关值，PLC 控制的 总体思路是：在几个输入量满足特定条件的情况下对指定的输出量进行控制。因此在 PLC 编程前首先要整理清楚各输入输出量的变化对装置完成动作的影响。其后需要理顺 安装单元的动

31、作要点及其顺序，然后画出顺序功能图。顺序功能图的条理与否对程序 编制过程起着十分重要的作用。 本次设计 PLC 程序的编制方法采用较常用的梯形图程序设计法。该方法的好处是 形象、直观、易于使用、条理清楚，而且之后调试与修改也较为方便。 梯形图的设计方法常有经验法、根据继电器电路图设计法、顺序控制设计法。对 于类似本次设计那样，需控制较多变量而且动作较多的情况，顺序控制设计法因为直 观和条理性较强的优势，是首选的方法。因此，接下来的设计工作就是根据顺序功能 图将实现装置基本动作的程序编制出来。并再次基础上进行修改，以满足组态控制的 要求。 设计方案： 1.触摸屏 PLC 控制 2.PC 组态监控

32、及 PLC 控制 3.按钮和继电器控制。 常熟理工学院毕业设计（论文） 9 方案 1 具有易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点。 触摸屏PLC MPS工件加工单元 图 2.2 方案 1 示意简图 方案 2 的可移植性好，可靠性高，抗干扰能力强，系统的设计、建造工作量小， 维护方便，容易改造以及易学易用等优点。 图 2.3 方案 2 示意简图 方案 3 的可靠性和自动化性比较差，改造性差。 常熟理工学院毕业设计（论文） 10 按钮 MPS工件加工单元 图 2.4 方案 3 示意简图 由于实验室已具备 PC 机以及组态王软件以及方案二具有可移植性很好容易改造等 一系列的优势，所以本设计选

33、择方案 2. 2.2.2 组态王画面制作与控制的总体方案： 组态王是一种通用工业自动化组态软件。所谓组态（Configuration）软件，是在 人们对工业自动化和控制系统的高通用性的要求下诞生的一种控制系统软件。组态的 含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到让计算机或软件按照 预先设置执行特定任务、满足用户要求的目的。 其特点是： （1） 有较强的延续性和可扩展性。当现场或用户的需求发生变化时，不需要作很多 的修改即可方便地完成软件的更新和升级。 （2） 易学易用。 （3） 通用性高。每个用户根据工程实际情况，可以利用组态软件完成不同性质的任 务，不受行业限制。 （4） 实

34、时多任务。 组态王作为优秀的国产组态软件，其好处是界面全中文，更易于学习。控制方便 且直观。 组态王画面制作过程总体分为两步： 1. 利用组态的按钮控件控制装置完成预定动作： 2. 制作动画以模拟装置工作过程。 常熟理工学院毕业设计（论文） 11 组态王的界面是以二维点阵图构成的，对装置工作过程中的动画模拟也是以点阵 图的方式呈现。因此在进行组态王的设计前，需要截取和绘制大量的安装单元器件的 模型图。为了满足画面上的需求，先用 Pro/E 绘制装置的 3 维造型，再对其进行画面 截取，以构成组态王画面需要的点阵贴图。 在组态王系统控制的制作时，首先需要建立一些变量，包括系统内部变量和来自 于

35、PLC 的变量。其次对变量编程。实现组态王对 PLC 输出量的控制，从而间接控制装 置动作。 2.2.3 整个设计过程的总体步骤： 结合以上分析，制定的设计过程大体如下： 1.查阅资料对 MPS 安装单元的基本构造与原理加以了解，并确定实现组态王对装置的 控制需要实现对哪些输入输出量的控制，初步拟定好程序控制的思路。 2.查阅有关资料，确定元器件的选用。 3.利用 Peo/E，对装置造型进行绘制，并做出三维造型图。 4.利用 PHOTOSHOP 等图像编辑软件对三维造型图进行截图与修改。制作出拆成若干零 件的、适合组态王画面的装置元件的点阵图。 5.利用已制成的点阵图和组态王软件自带的一些控件

36、，初步完成组态王操控界面的 绘制。 6.利用 V4.0 STEP 7 软件对 PLC 控制程序进行编程与调试。使之能实现在工作台上 操作装置完成预定动作。 7.进一步对 PLC 程序进行完善，使组态王软件能够对其进行控制。对组态王进行变 量设置与编程，并对组态王画面进行完善。使之能够实现对安装单元的控制，同时完 成动画的制作。 8.对整个控制系统进行调试和纠错。并完善最终的组态王的画面。 9.进行说明书的编写及相关图纸的绘制。 2.32.3 控制系统的电气原理图控制系统的电气原理图 本小节包含了控制系统原理框图、PLC 原理图、气动原理图 3 张原理图。 2.3.1 控制系统原理框图 由所选择

37、的实验方案和各种元器件，设计出如下控制系统原理框图。如图 2.5 所 示。通过操作台上的各种按钮旋钮，向西门子 S7200PLC 发出指令（也可以通过 PC 常熟理工学院毕业设计（论文） 12 机上的 PLC 软件和组态软件发送） ；信号由 PLC 处理并通过标准的传输数据线和 I/O 接 线端子传递，实现控制电磁阀的动作，从而控制气缸的动作（钻头以及检测头由气缸 驱动） ；同时各种传感器也通过数据线 I/O 接线端子向 PLC 传递开关信号；操作台上的 各种指示灯可以指示 PLC 的工作状态。 图 2.5 控制系统原理框图 2.3.2 控制系统的 PLC 原理图 根据所选的 PLC 性能I/

38、O 对照表，绘制出如下 PLC 原理图，见图 3.2。输入输出 对照表如下： 常熟理工学院毕业设计（论文） 13 表 2.2 I/O 对照表 输入元件输入地址输出元件输出地址 运行按钮I0.0摆动(左)电磁阀 1Y1 Q0.0 复位按钮I0.1摆动(右)电磁阀 1Y2 Q0.1 功能按钮I0.2水平(缩)电磁阀 2Y1 Q0.2 自动/单步旋钮I0.3水平(伸)电磁阀 2Y2 Q0.3 单机/联网旋钮I0.4垂直(上)电磁阀 3Y1 Q0.4 暂停按钮I0.5垂直(下)电磁阀 3Y2 Q0.5 急停/退出检测开关I0.6真空电磁阀 4Y1 Q0.6 真空传感器(NPN)4B1I0.7运行灯 Q

39、0.7 摆动(左)磁性开关 1B1I1.0复位灯 Q1.0 摆动(右)磁性开关 1B2 I1.1功能灯 Q1.1 水平(缩)磁性开关 2B1I1.2 水平(伸)磁性开关 2B2 I1.3 垂直(上)磁性开关(NPN)3B1I1.4 常熟理工学院毕业设计（论文） 14 光 电 传 感 器 B 2 摆 缸 右 传 感 器 1 B 2 摆 缸 左 传 感 器 1 B 1 光 纤 传 感 器 B 3 电 容 传 感 器 B 1 +24V 真 空 传 感 器 2 B 1 J2 J1 +24V Start Reset Function Step Stop Communication 继 电 器 J 1 继

40、 电 器 J 2 +24V Quit J1 J2 220V AC +24V Start Reset Function J1 J2 J1 J2 +24V +24V 真 空 2 Y 1 摆 缸 左 1 Y 1 摆 缸 右 1 Y 2 推 杆 左 3 Y 1 推 杆 中 4 Y 1 推 杆 右 5 Y 1 电 机 继 电 器 K 1 传送带 电机 K1K1 24V 图 2.6 控制系统的 PLC 原理图 常熟理工学院毕业设计（论文） 15 2.3.3 控制系统的气动原理图 图 2.7 控制系统的气动原理图 常熟理工学院毕业设计（论文） 16 3 控制系统电器元件的选择及技术参数 3.13.1 PLC

41、PLC 的选用以及技术参数介绍的选用以及技术参数介绍 3.1.1 PLC 的选用 经过对系统动作的分析，系统一共有 13 个输入，10 输出（I/O 对照表见表 2.2） ， 又因为本控制系统的动作比较简单，可以使用小型 PLC。西门子 S7-200 CPU224 型具 有反应快，可扩展，价格便宜的优点。所以本系统选择的是西门子 S7-200 CPU224 型。 图 3.1 西门子 S7-200 PLC 3.1.2 PLC 的技术参数介绍 西门子 S7-200 CPU 224 型的技术参数见表 3.1 常熟理工学院毕业设计（论文） 17 表 3.1 西门子 S7-200 CPU224 型 PL

42、C 的技术参数 电源电压DC 24V，AC 100230V 电源电压波动DC 20.4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz） 环境温度、湿度水平安装 0550C，垂直安装 0450C，595% 大气压8601080hPa 保护等级IP20 到 IEC529 输出给传感器的 电压 DC 24V （20.4-28.8V） 输出给传感器的 电流 280mA，电子式短路保护（600mA） 为扩展模块提供 的输出电流 660mA 程序存储器8K 字节/典型值为 2.6K 条指令 数据存储器2.5K 字 存储器子模块1 个可插入的存储器子模块 数据后备 整个 BD1 在 EEPROM 中无需

43、维护，在 RAM 中当前的 DB1 标志位、定时器、计 数器等通过高能电容或电池维持，后备时间 190h（400C 时 120h），用电池后备 200 天 编程语言LAD，FBD，STL 程序结构一个主程序块（可以包括子程序） 程序执行自由循环。中断控制，定时控制（1255ms） 子程序级8 级 用户程序保护3 级口令保护 指令集逻辑运算、应用功能 位操作执行时间0.37s 扫描时间监控300ms（可重启动） 内部标志位256，可保持：EEPROM 中 0112 计数器0256，可保持：256，6 个高速计数器 定时器 可保持：256，4 个定时器，1ms30s，16 个定时器 10ms5mi

44、n，236 个定时器， 100ms54min 接口一个 RS485 通信接口 可连接的编程器 /PC PG740P = 2 * ROMAN II，PG760P = 2 * ROMAN II，PC= 本机 I/O 数字量输入：14，其中 4 个可用作硬件中断，14 个用于高速功，能数字量输出： 10， 可连接的 I/O 数字量输入/输出：最多 94/74，模拟量输入/输出：最多 28/7（或 14）AS 接口输 入/输出：496 最多可接扩展模 块 7 个 常熟理工学院毕业设计（论文） 18 3.23.2 气缸的选择气缸的选择 3.2.1 气压传动的优点 气压传动具有以下独特的优点： (1) 空

45、气 作为工作介质，取之不尽用之不竭，来源方便，用过后可直接排入大气， 不会污染空气，且可少设计或可不用设计回气管道。 (2) 工作环境适应性好。无论易燃、易爆，多尘埃、辐射、强磁、震动、冲击等 恶劣的环境当中，气压工作系统安全可靠。对于要求高净化、无污染的场合，如食品 安装、印刷、精密检测等更具独特的适应能力，优于液压、电子、电气控制。 (3) 空气的粘度小，只有油液的万分之一，流动的阻力小，管路损失只有油路损 失的千分之一，便于介质集中供应和远距离输送。 (4) 气动控制动作迅速，反应快，可在较短时间内达到所需的压力和速度。在一 定得超载运行下也能保证系统的安全工作，并且不易发生过热现象。

46、(5) 气动元件结构简单，易于加工制造，使用寿命长，可靠性高，适于标准化， 系列化，通用化。 (6) 维护简单，管道不易堵塞，不存在介质变质、补充和更换等问题。 3.2.2 汽缸选择的要点 国内外生产气缸的厂家比较多，品种纷繁复杂数不胜数，比较有名的有德国的 FESTO 公司、日本的 SMC 公司以及台湾的 CHELIC 公司等。尤其是德国的 FESTO 公司更 是气动行业的领头企业，其产品质量与性能相对于一些国内和日本企业的要好上许多， 但相对于他们的价格也较高上许多。本次设计的系统是针对于实验而言的，其上的气 动元件并不需要极其精密准确的执行动作，所以选择相对而言价格比较公道的亚洲公 司产

47、品。 气缸的选择必须要根据工作所需力的大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。选 型，要看执行动作所要带动的负载，决定这个力量的主要是缸径，因为在气压一定的 情况下，推力等于压力乘以缸径。当然先选择汽缸再定行程也是不科学的，应该是你 的行程先确定了，然后根据行程选择汽缸型号，汽缸主要就是两个参数，缸径和行程。 在此次设计中选择三个直线气缸来实现推杆推下工件的动作，同时选用一个摆动 常熟理工学院毕业设计（论文） 19 气缸来实现搬运工件手臂的左右摆动

48、。 3.2.3 直线汽缸的选择 本装置需要用到三个直线汽缸来推动工件下料到工作平台，选用的是日本品牌 SMC 型号为 C J2B10-30S 的直线单作用汽缸 图 3.2 SMC CJ2B10-30S 直线单作用汽缸 详细性能参数见下表： 表 3.2 SMC CJ2B10-30S 直线单作用汽缸技术参数 缸径 10 使用流体空气 动作方式单作用弹簧压回 最高使用压力 MPA 0.7 最低使用压力 MPA 0.15 环境和流体温度 -10C70C 活塞速度 50750mm/s 缓冲橡胶缓冲 行程公差 mm+1.0 0 给油不需要 接管口径 M5*0.8 行程 mm 45 3.2.4 摆动汽缸的选

49、择 本设计中的装置需要用到一个摆动汽缸来带动摆臂的摆动以实现小工件的搬运。 选用的是台湾 CHELIC 公司的产品。具体型号为 RTM20180。 常熟理工学院毕业设计（论文） 20 图 3.3CHELIC RTM20180 摆动汽缸 详细技术参数见下表： 表 3.3 CHELIC RTM20180 摆动汽缸技术参数 型号 RTM 20 180 旋转角度 180 缸径 mm 20 轴式长轴切面 使用压力范围 Kgf/cm2（KPa） 1.57（150700） 出力/扭力 N*M 0.81 3.33.3 继电器的选择继电器的选择 3.3.1 继电器的选择 本装置的继电器有三个，其中位于工作台下面的两个继电器，其线圈与控制面板 的“急停”与“退出”按钮相连，在通电后继电器的触点闭合使 PLC 的 I0.6 输入端通 入信号，即起到控制装置“急停”功能的作用。 位于台面上的继电器用于控制传送带电机电路的接通与断开。 MPS工件安装单元所选择的继电器型号为：OMRON MY4NJ 常熟理工学院毕业设计（论文） 21 图 3.4 欧姆龙 MY4NJ 继电器 3.3.2 所选继电器的性能参数 其主要的技