1、课程设计书课程名称：现代电气控制及 PLC 应用技术设计题目：P LC 控 制 的 自 动 往 返 工 作 台所在学院：工 学 院专业班级：0 7 机 械 制 造 与 工 艺 教 育学生姓名：叶 兵学 号：2 0 0 7 1 8 0 4 3 1指导老师：黄 秀 祥设计时间：2011 年 2 月份自动往返工作台PLC 控制摘要：我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC 产品有很大的应用空间，如机械行业 80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因此，PLC 在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系
2、统和产品对生产过程进行控制。随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用 PLC 程序实现运料工作台自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。关键字：PLC 自动化 顺序控制 一、 总体要求1 使用 PLC 可编程序控制器实现工作台往返循环工作的控制。2 工作台前进及后退由步进电动机通过丝杠拖动。3 点动控制：能
3、分别实现工作台前进和后退的点动控制。4 自动循环控制：重复循环运行，工作台前进及后退 1 次 1 个循环，每碰到换向行程开关时停止 3 秒后再反向运行。5 采用光栅尺实现工作台位置检测。6 自动循环控制线路：为了使步进电动机的正反转控制与工作台的左右运动相配合,在控制线路中设置了四个位置开关 SQ1、SQ2、SQ3 和 SQ4,并把它们安装在工作台需限位的地方。其中 SQ1、SQ2 被用来自动换接电动机正反转控制电路,实现工作台的自动往返行程控制;SQ3、SQ4 被用来作终端保护,以防止 SQ1、SQ2 失灵,工作台越过限定位置而造成事故。在工作台的 T 形槽中装有两块挡铁 ,挡铁 1 只能和
4、 SQ1、SQ3 相碰撞,挡铁2 只能和 SQ2、SQ4 相碰撞。当工作台运动到所限位置时,挡铁碰撞位置开关,使其触头动作,自动换接电动机正反转控制电路,通过机械传动机构使工作台自动往返运动。工作台行程可通过移动挡铁位置来调节,拉开两块挡铁间的距离,行程就短,反之则短。自动循环控制线路如工作示意图所示。二、 操作要求1 点动控制的时候，按下 SB4 按钮，工作台前进，松开 SB4 按钮，工作台停止前进，按下 SB5 按钮，工作台后退，松开 SB5 按钮，工作台停止后退。2 单循环运行：当按下 SB1 时，是正转启动，当工作台压下 SQ1 时，将 I0.5 常闭断开，I0.5 常开闭合，延时 3
5、 秒钟执行单循环操作；按下SB2，效果一样，只是开始的方向不同。三、整体方案工作示意图1 机械部分：由步进电动机经过传动链将动力源传递至丝杆，丝杆与固定在工作台上的螺母配合，完成工作台的直线运动，当工作台运动至极限位置时，触动限位开关，限制工作台在一定的行程内工作，起到保护工作台的作用。2 电气部分：PLC 初始值，将初始值传递至步进电动机驱动控制器，从而对步进电动机进行速度和方向的控制，工作台在运动后，主副光栅传感器的相对位移经过光电转换器产生微弱的模拟信号量，再经过放大整形电路，将其变成数字信号量，便于 PLC 高速计数模块的处理，经高速计数模块处理后的信号 PLC 相匹配，从而便于进行比
6、较处理。 工作方框图四、设计内容A、机械部分各参数选择工作台和运载物的重量：w=2000N工作台与丝杆的摩擦系数：=0.06工作台速度：v= min50丝杆导程： L=6 丝杠直径：d=30丝杆总长度：L1=1000定位精度：0.02B、确定步进电机的型号1、脉冲当量的选择A 脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离 0.01 pm初选之相步进电动机的步距角 ，当三相六拍运行时，步距角 ，5.1700 75.0其每转的脉冲数 =4805.36Srp步进电动机与丝杆间的传动比 i2.1480.siL在步进电动机与丝杆之间加 , 模数 m=2.5 的一对齿轮。01Z252、等效负载转矩
7、的计算m42.125.1805963.0iwuLNLSZFT-丝杆传动效率s3、等效转动惯量计算3.1 丝杆转动惯量 JSm1010032.d24 34g.8 85.715.3lp KJS3.2 工作台的运动惯量106.l24 22kg.8.90wJW3.3 大齿轮的转动惯量 (大齿轮节圆直径 62.5，宽 12)J2gm10100625.24 342gk76. 385.71.3bp DJ3.4 小齿轮的转动惯量 （小齿轮节圆直径 50 宽 12）换算系列电机轴J1g上的总转动惯量 L101005.25 344gk78. 3285.73bp J换算到电动机轴上的总转动惯量 JLm1025.10
8、24 44452gw1gkg3.776.8.8. JSL3.5 初选步进电动机型号根据负载转矩 和电动机总转动惯量 选电动机58.1NTL 1043.7JL型号为 110BF003 步进电动机， ，转子转动惯量m1.ax024mkg7.JC、电气部分1.光栅的参数选择热膨胀系数： 1608K精度等级： m3参考点：1 个在测量长度的中点位置处增量信号：TTL栅距：8 插补：5 倍信号周期：0.8 m扫描频率：250KHz边缘间距 a：0.175 s最高运动速度：60m/s位置检测：零件和限位信号；TTL 输出信号（无线路驱动器）电源：5V 5%、电气连接：0.5m 电缆，带 D-sub 接头，
9、接口电子设备内置在接头 中。最大电缆长度：增量信号：30m；零位限位 10m振动 55-2000Hz： 200 （IES 60068-2-6）2/sm冲击 11ms： 500 （IES 60068-2-6）工作温度：0-50 摄氏度扫描头：9g(无连接电缆)接口电子设备：140g光栅尺：0.8g,0.08g/mm 测量长度编码器电缆：37g/m2.PLC 控制部分1）PLC 的选择PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型
10、PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。Siemens 在推出新一代小型 PLC 产品 S7200后其价格与日本产品相差不大，最近几年其小型 PLC 的市场增长迅速，已经与日本主要产品（Mitsubishi 和 Omron）在小型 PLC 领域取得了类似的市场地位。近年来，由于具有明显的价格优势，中国台湾的部分 PLC 厂商在小型 PLC 领域发展势头十分强劲，抢占了原来日本产品的一部分低端市场。本课程设计选用S7200
11、PLC 型可编程控制器。S7200 PLC 型可编程控制器是德国西门子公司生产的一种小型 PLC，是整体式结构。它有以下几个特征：1、定义掉电保护区2、立即读写 I/Q3、设置停止模式下的输出值4、对输入信号增加滤波器5、捕捉窄脉冲6、模拟点位器7、高速 I/Q2) PLC 及步进电机接线图用 S7-200 PLC 控制步进电机正转与反转。把步进电机驱动器的 D2 设置为OFF，即 PU 为步进脉冲信号，DR 为方向控制信号。PLC 的 Q0.0 输出高速脉冲至步进电机驱动器的 PU 端，Q0.1 控制步进电机反转。3) I/O 地址分配表输入点 输出点正转启动按钮 SB1 I0.0 正转接触
12、器 QA1 Q0.0反转启动按钮 SB2 I0.1 反转接触器 QA2 Q0.1停止按钮 SB3 I0.2正转点动按钮 SB4 I0.3反转点动按钮 SB5 I0.4左换向限位开关 SQ1 I0.5右换向限位开关 SQ2 I0.6左限位保护开关 SQ3 I0.7右限位保护开关 SQ4 I1.04) 自动往返工作台梯形图五、调试1 硬件调试接 通 电 源 ， 检 查 可 编 程 控 制 器 是 否 可 以 正 常 工 作 ， 接 头 是 否 接 触 良 好 ， 然 后 把其 与 电 脑 的 通 信 口 连 接 。2 软件调试按 要 求 输 入 梯 形 图 ， 转 换 成 指 令 表 ， 并 进 行 语 法 的 检 查 ， 正 确 后 设 置 正 确 的 通信 口 ， 将 指 令 读 入 到 指 定 的 可 编 程 控 制 器 ROM， 进 行 下 一 步 的 调 试 。3 运行调试在 硬 件 与 软 件 调 试 正 确 的 基 础 上 ， 打 开 可 编 程 控 制 器 的“RUN”开 关 进 行 调 试 ；观 察 运 行 的 情 况 是 否 正 确 ， 以 确 定 PLC 的 控 制 系 统 设 计 符 合 要 求 。
