plc原理及應(yīng)用課程設(shè)計--基于plc控制步進電機的自動往返工作臺設(shè)計

1、<p>　　PLC原理及應(yīng)用課程設(shè)計</p><p>　　題 目（中文）：基于PLC控制步進電機的自動往返工作臺設(shè)計</p><p>　?。ㄓ⑽模篢he design of automatic round table based on </p><p>　　PLC-controlled stepper motor </

2、p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 2 </p><p>　　院 （系） 工 學(xué) 院 機 械 系 </p><p>　　專業(yè)、年級 0 級 機 械 制 造

3、 與 工 藝 教 育 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　二○一一年 二月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要--------------------------

4、----------------------------------------------------2</p><p>　　一、 緒論-----------------------------------------------------------------------3</p><p>　　二、總體方案的確定-----------------------------------

5、---------------------4</p><p>　　2.1、總體要求----------------------------------------------------------------4</p><p>　　2.2、操作要求----------------------------------------------------------------5</p

6、><p>　　2.3、整體方案----------------------------------------------------------------5 </p><p>　　三、 設(shè)計、選型---------------------------------------------------------------7</p><p>　　3.1、機械部

7、分參數(shù)選擇----------------------------------------------------7</p><p>　　3.2、確定步進電機的型號 ------------------------------------------------7

8、 </p><p>　　3.3、光柵的參數(shù)選擇-------------------------------------------------------9</p><p>　　3.4、PLC控制部分-----------------------------------------------------------10</

9、p><p>　　四、附錄 ---------------------------------------------------------------------15</p><p>　　五、參考文獻 -----------------------------------------------------------------16</p><p>　　六、結(jié)論-

10、 -------------------------------------------------------------- ------18</p><p>　　七、致謝-----------------------------------------------------------------------18</p><p>　　基于PLC控制的步進電機的自動往返工作臺</

11、p><p><b>　　摘要:</b></p><p>　　長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。本次設(shè)計介紹了自動往返工作臺的PLC（可編程序控制器）程序設(shè)計，包括PLC控制模塊，速度和位置反饋模塊以及安全控制模塊等，對整個控制設(shè)計作了全面的闡述和歸納總結(jié)，并提出改進的設(shè)想。在自動化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機械

12、的工作臺需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產(chǎn)工藝要求。PLC是近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用極為廣泛的工業(yè)控制裝置。PLC采用編程語言采自易學(xué)易懂的梯形圖語言，控制靈活方便，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠等特點。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)工作臺自動往返順序控制，不僅具有程序設(shè)計簡易、方便、可靠性高等特點，而且程序設(shè)計方法多樣，便于不同層次設(shè)計人員的理解和掌握。</p><p>　　關(guān)

13、鍵字：PLC；順序控制；自動化；往返；工作臺</p><p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　Since long ago, PLC is in the industrial automation control domain throughout the main battlefield, has provided the extreme

14、ly reliable control application for various automation control device. This design introduced automatic round-trip work table PLC (programmable controller) the programming, including the PLC control module, the speed and

15、 the position feedback module as well as the safety control module and so on, has made the comprehensive elaboration and the induction to the entire control</p><p>　　keywords：plc Sequence; control; Automatio

16、n ;Back and forth; Table</p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的自動化，越來越多的工廠設(shè)備采用PLC，因此自動化程度越來越高。電器控制技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而得到迅速發(fā)展的。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，減輕工人的勞動負擔(dān)，要求整個生產(chǎn)工藝全程自動化

17、，這就離不開控制系統(tǒng)。</p><p>　　自動往返工作臺是基于PLC控制系統(tǒng)來設(shè)計的，控制系統(tǒng)的每一步動作都直接作用于工作臺的運動，與PLC控制系統(tǒng)有著巨大的關(guān)系，因此對自動往返工作臺的系統(tǒng)設(shè)計要予以重視。</p><p>　　未來展望，21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出

18、現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程

19、控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。</p><p><b>　　二、總體方案的確定</b></p><p><b>　　2.1、總體要求</b></p><p>　　（1）使用PLC可編程序控制器實現(xiàn)工作臺往返循環(huán)工作的控制。</p><

20、;p>　　（2）工作臺前進及后退由步進電動機通過絲杠拖動。</p><p>　　（3）點動控制：能分別實現(xiàn)工作臺前進和后退的點動控制。</p><p>　?。?）自動循環(huán)控制：重復(fù)循環(huán)運行，工作臺前進及后退1次1個循環(huán)，每碰到換向行程開關(guān)時停止3秒后再反向運行。</p><p>　?。?）采用光柵尺實現(xiàn)工作臺位置檢測。</p><p>

21、　　（6）自動循環(huán)控制線路：為了使步進電動機的正反轉(zhuǎn)控制與工作臺的左右運動相配合,在控制線路中設(shè)置了四個位置開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3和SQ4,并把它們安裝在工作臺需限位的地方。其中SQ1、SQ2被用來自動換接電動機正反轉(zhuǎn)控制電路,實現(xiàn)工作臺的自動往返行程控制;SQ3、SQ4被用來作終端保護,以防止SQ1、SQ2失靈,工作臺越過限定位置而造成事故。在工作臺的T形槽中裝有兩塊擋鐵,擋鐵1只能和SQ1、SQ3相碰撞,擋鐵2只能和SQ2、SQ

22、4相碰撞。當工作臺運動到所限位置時,擋鐵碰撞位置開關(guān),使其觸頭動作,自動換接電動機正反轉(zhuǎn)控制電路,通過機械傳動機構(gòu)使工作臺自動往返運動。工作臺行程可通過移動擋鐵位置來調(diào)節(jié),拉開兩塊擋鐵間的距離,行程就短,反之則短。自動循環(huán)控制線路如工作示意圖所示。</p><p><b>　　2.2、操作要求</b></p><p>　　（1）點動控制的時候，按下SB4 按鈕，工作臺

23、前進，松開 SB4按鈕，工作臺停止前進，按下 SB5 按鈕，工作臺后退，松開SB5 按鈕，工作臺停止后退。</p><p>　?。?）單循環(huán)運行：當按下SB1時，是正轉(zhuǎn)啟動，當工作臺壓下 SQ1 時，將 I0.5常閉斷開，I0.5常開閉合，延時3秒鐘執(zhí)行單循環(huán)操作；按下SB2，效果一樣，只是開始的方向不同。</p><p><b>　　2.3、整體方案</b><

24、/p><p>　　圖2-1-工作示意圖</p><p><b>　　（1）、機械部分</b></p><p>　　由步進電動機經(jīng)過傳動鏈將動力源傳遞至絲桿，絲桿與固定在工作臺上的螺母配合，完成工作臺的直線運動，當工作臺運動至極限位置時，觸動限位開關(guān)，限制工作臺在一定的行程內(nèi)工作，起到保護工作臺的作用。</p><p><

25、;b>　?。?）、電氣部分</b></p><p>　　PLC初始值，將初始值傳遞至步進電動機驅(qū)動控制器，從而對步進電動機進行速度和方向的控制，工作臺在運動后，主副光柵傳感器的相對位移經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生微弱的模擬信號量，再經(jīng)過放大整形電路，將其變成數(shù)字信號量，便于PLC高速計數(shù)模塊的處理，經(jīng)高速計數(shù)模塊處理后的信號PLC相匹配，從而便于進行比較處理。 </p><p

26、><b>　　圖2-2工作方框圖</b></p><p><b>　　三、設(shè)計、選型</b></p><p>　　3.1、機械部分各參數(shù)選擇：</p><p>　　工作臺和運載物的重量：w=2000N</p><p>　　工作臺與絲桿的摩擦系數(shù)：µ=0.06</p>&

27、lt;p><b>　　工作臺速度：v= </b></p><p>　　絲桿導(dǎo)程： L=6㎜ </p><p>　　絲杠直徑：d=30㎜</p><p>　　絲桿總長度：L1=1000㎜</p><p>　　定位精度：0.02㎜</p><p>　　3.2、確定步進電機的型號：</p&

28、gt;<p>　　3.2.1．、脈沖當量的選擇：</p><p>　　A脈沖當量：一個指令脈沖使步進電動機驅(qū)動拖動的移動距離0.01</p><p>　　初選之相步進電動機的步距角，當三相六拍運行時，步距角，其每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)=480</p><p>　　步進電動機與絲桿間的傳動比i</p><p>　　在步進電動機與絲桿之間加,

29、模數(shù)m=2.5的一對齒輪。</p><p>　　3.2.2．、等效負載轉(zhuǎn)矩的計算：</p><p>　　--絲桿傳動效率 ……………………(3-1)</p><p>　　3.2.3．、 等效轉(zhuǎn)動慣量計算</p><p><b>　　（1）絲桿轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p>&

30、lt;b>　　………(3-2)</b></p><p>　　（2） 工作臺的運動慣量</p><p>　　………………(3-3)</p><p>　?。?） 大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量(大齒輪節(jié)圓直徑62.5㎜，寬12㎜)</p><p><b>　　……(3-4)</b></p><p>

31、;　　（4） 小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量（小齒輪節(jié)圓直徑50㎜ 寬12㎜）換算系列電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　換算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　………(3-5)</b></p><p>　?。?） 初選步進電動機型號</p><p>　　根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩和電動機總轉(zhuǎn)動慣量選電動機型號為110BF0

32、03步進電動機，，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　3.3、光柵的參數(shù)選擇</p><p><b>　　熱膨脹系數(shù)：</b></p><p><b>　　精度等級：</b></p><p>　　參考點：1個在測量長度的中點位置處</p><p><b>　　增量信號

33、：TTL</b></p><p><b>　　柵距：8</b></p><p><b>　　插補：5倍</b></p><p><b>　　信號周期：0.8</b></p><p>　　掃描頻率：250KHz</p><p>　　邊緣間距a：

34、0.175</p><p>　　最高運動速度：60m/s</p><p>　　位置檢測：零件和限位信號；TTL輸出信號（無線路驅(qū)動器）</p><p><b>　　電源：5V5%、</b></p><p>　　電氣連接：0.5m電纜，帶D-sub接頭，接口電子設(shè)備內(nèi)置在接頭 中。

35、</p><p>　　最大電纜長度：增量信號：30m；零位限位10m</p><p>　　振動55-2000Hz：200 （IES 60068-2-6）</p><p>　　沖擊11ms：500 （IES 60068-2-6）</p><p>　　工作溫度：0-50攝氏度</p><p>　　掃描頭：9g(無連接電纜)

36、</p><p>　　接口電子設(shè)備：140g</p><p>　　光柵尺：0.8g,0.08g/mm測量長度</p><p>　　編碼器電纜：37g/m</p><p>　　3.4 PLC控制部分</p><p><b>　　(1）PLC的選擇</b></p><p>　　

37、PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。Siemens在推出新一代小型PLC產(chǎn)品S7200

38、后其價格與日本產(chǎn)品相差不大，最近幾年其小型PLC的市場增長迅速，已經(jīng)與日本主要產(chǎn)品（Mitsubishi和Omron）在小型PLC領(lǐng)域取得了類似的市場地位。近年來，由于具有明顯的價格優(yōu)勢，中國臺灣的部分PLC廠商在小型PLC領(lǐng)域發(fā)展勢頭十分強勁，搶占了原來日本產(chǎn)品的一部分低端市場。本課程設(shè)計選用S7—200 PLC型可編程控制器。</p><p>　　S7—200 PLC型可編程控制器是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小

39、型PLC，是整體式結(jié)構(gòu)。它有以下幾個特征：</p><p><b>　　定義掉電保護區(qū)</b></p><p><b>　　立即讀寫I/Q</b></p><p>　　設(shè)置停止模式下的輸出值</p><p>　　對輸入信號增加濾波器</p><p><b>　　捕捉

40、窄脈沖</b></p><p><b>　　模擬點位器</b></p><p><b>　　高速I/Q</b></p><p>　　(2) PLC及步進電機接線圖</p><p>　　圖3-1 PLC及步進電機接線圖</p><p>　　用S7-200 PLC控

41、制步進電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。把步進電機驅(qū)動器的D2設(shè)置為OFF，即PU為步進脈沖信號，DR為方向控制信號。PLC的Q0.0輸出高速脈沖至步進電機驅(qū)動器的PU端，Q0.1控制步進電機反轉(zhuǎn)。</p><p>　　(3) I/O地址分配表</p><p>　　表--1 I/O地址分配表</p><p>　　(4) 自動往返工作臺梯形圖 &l

42、t;/p><p><b>　　四、附錄</b></p><p><b>　　表-2</b></p><p><b>　　表-3</b></p><p><b>　　主要符號表</b></p><p>　　SQ1、 SQ2 SQ3 SQ4

43、…………………… ……………….限位開關(guān)</p><p>　　SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10…………………………… 手動開關(guān)</p><p>　　SA1-1 SA1-2 SA1-3 SA1-4 SA1-5………………………復(fù)合開關(guān)</p><p>　　ST5……………………………………………………… 光電檢測開關(guān) </p><p

44、>　　YV1 YV2 YV3 YV4 YV5………………………………… 電磁閥</p><p><b>　　表-4</b></p><p><b>　　五、參考文獻</b></p><p>　　? 求是科技編著 PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與實踐［M］ 北京 ：人民郵電出版社 2005</p><p>

45、;　　? 張萬忠主編 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)［M］北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2002</p><p>　　? 王振民主編 PLC原理及應(yīng)用［M］大慶石油學(xué)院 14-61</p><p>　　? 謝克明、夏路易主編 可編程序控制器原理與程序設(shè)計［M］北京電子工業(yè)出版社 2005 1-20 </p><p>　　? 王永華主編 現(xiàn)代電器控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M］ 北京

46、： 北京航空航天大學(xué)出版社 2003 80-96</p><p>　　? 殷洪義主編 可編程序控制器選擇設(shè)計與維護［M］ 北京： 機械工業(yè)出版社 2002 24-49</p><p>　　? 廖常初主編 PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用 北京： 機械工業(yè)出版社 2006</p><p>　　? 周萬珍、高鴻賓主編 PLC分析及應(yīng)用 北京： 電子工業(yè)出版社 2004</p&g

47、t;<p>　　? 程周 PLC技術(shù)與應(yīng)用 福建科學(xué)技術(shù)出版社 2004</p><p>　　? 胡曉明 電氣控制及PLC 機械工業(yè)出版社 2006</p><p>　　? SIMATIC S7-200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊. ［j］西門子公司. 2004</p><p>　　? 基于PLC控制的雙蓄熱式鋼包烘烤器自動控制系統(tǒng) 劉玉梅; 郝

48、萬新; 李忠明 </p><p>　　? 儀表技術(shù)與傳感器 2008-03-15 期刊 0 23 </p><p>　　? 基于PLC控制的垂直軸風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的研究 王全勝; 宋建成; 姚為正 電氣技術(shù) 2008-05-15 期刊 0 98</p><p>　　? Synthesis of FBD-based PLC desig

49、n from NuSCR formal specification</p><p>　　? Reliability Engineering & System Safety, Volume 87, Issue 2, February 2005, Pages 287-294</p><p>　　? The Intellectual PID Controlling Method Bas

50、ed on PLC and Its Applicationhttp://www.ilib2.com/A-ISSN~1000-3932</p><p>　　? ［17］The Realization of PID Algorithm in Mitsubishi PLC Processing Control</p><p>　　? http://www.ilib2.com/A-ISSN~10

51、08-8156(2007)01-0047-04.html</p><p><b>　　六、結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過幾周的時間，我終于完成了這次的課程設(shè)計，通過這次的課程設(shè)計，我對課程設(shè)計有了新的認識，課程設(shè)計不僅是對學(xué)科所學(xué)知識的檢驗，更是對自己能力的一種提高。同時使我認識到了自己對知識還比較欠缺，自己要學(xué)的東西還很多，以前總是眼高手低，不屑于動手，等到

52、實踐操作起來才知處處要靠平時的知識和經(jīng)驗。通過這次課程設(shè)計，我明白了學(xué)習(xí)是一個漫長的積累的過程，在以后的工作和學(xué)習(xí)中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。</p><p><b>　　七、致謝</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計使我和同學(xué)的關(guān)系也更進一步，同學(xué)之間互相幫助，不懂的地方相互討論，因此，在此我要感謝給予過我?guī)椭耐瑢W(xué)們。</p>