冲压机控制系统设计.docx

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冲压机控制系统设计

0.前言

这次课程设计主要对冲压机控制系统原理和PLC应用做了简要的说明和概述。

可编程序控制器（ProgrammableLogicController）是以微处理器为核心，综合了微电子技术、自动化技术、网络通讯技术于一体的通用工业控制装置。

初期的PLC只是用于逻辑控制的场合，代替继电器控制系统。

随着微电子技术的发展，PLC以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等场合的控制领域。

它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，更得到用户的好评。

因而在机械、能源、化工、交通、电力等领域得到了越来越广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱（PLC，机器人和CAD/CAM）之一。

西门子公司的SIMATICS7-200系列属于小型PLC，既可以用于替代继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化场合控制系统。

由于它有极强的通信功能，所以在大型网络控制系统中，也能发挥作用。

S7-200的可靠性高，可以用于梯形图、语句表（即指令表）和功能块图三种语言来编程。

它的指令丰富，指令功能强，易于掌握，操作方便，内置高速计数器、高速输出、PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由端口模式通信功能，最大可以拓展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O，最多有30多KB程序和数据存储空间。

STEP-Micro/WINV4.0是S7-200PLC系列产品的最新版编程软件。

STEP-Micro/WINV4.0的兼容性强，支持当前所有S7-200CPU22x系列产品。

PLC的编程和微型机的编程一样，用户程序需要一个编程软件环境、程序结构和编程方法。

1.课程设计的任务和要求

1.1课程设计的任务

冲压机控制系统设计

1.2课程设计的基本要求

控制过程如下：

1）按下启动键后，把工件放在传送带1上，启动传送带1将工件送到工位1；

2）打开进料机械手吸盘控制阀，使吸盘吸住工件；

3）进料机械手伸出将工件送入冲压机加工台的工位2，断开吸盘并退回；

4）冲压模具下降，冲压完工件后上升；

5）出料机械手进入冲压机加工台；

6）出料机械手吸盘吸住工件；

7）将工件放到工位3，松开出料吸盘，出料机械手退回原位；

8）启动传送带2将工件从工位3送走；

要求：

1.要求有三种工作方式：

手动、回原点、单周期、连续。

2.连续时，循环5次结束，声光间断报警5秒。

2.总体设计

2.1PLC选型

选择PLC的机型，选择时主要包括机型、容量、I/O模块和电源的选择。

这个冲压机系统的设计有24个输入，12个输出，因此选CPU226较好。

在加几个输入就可以了。

PLC主机：

选择S7-200系列PLC作为冲压机控制系统的主机，型号为CPU226.

1）21输入/16输出共40个数字量I/O点。

2）可连接7个扩展模板单元，最大可扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O。

本题所设计的传动需扩展6点输入。

3）13KB的程序和数据存储区空间。

4）6个独立的30KHz的高速计数器，2路独立的20KHz的高速脉冲输出。

2.2PLC端子接线

如图1

图1I/O端子接线图

3.PLC程序设计

3.1设计思想

仔细分析了题意后，我画出了冲压机工作结构的示意图，以便我更能准确的理清思路和设计程序，然后我对PLC系统进行了分析，通过分析系统的功能，初步确定了PLC系统的结构形式，PLC的选型，输入输出点以及系统的大致规模和布局，肯据分析具体思路确定如下：

1）模具的上、下限分别由传感器来感应控制。

2）工位1、工位2、工位3分别由传感器来感应控制。

3）进料、出料机械手原位由传感器感应控制。

4）进料、出料机械手退回由传感器感应控制。

5）开关分别控制手动、回原点、单周期和连续，还有复位。

6）按下启动开关，执行手动程序，将开关接通手动，则可以进行手动操作。

7）进料吸盘控制阀通过工位1感应器感应控制，进、出料机械手退回，同时吸盘自动松开。

8）冲压机工作结构示意图如图2

图2冲压机原理图

3.2PLC顺序功能图

1.自动程序顺序功能图（图3）

图3顺序功能图

当按下启动按钮和连续按钮时，传送带1（Q0.0）传送，当到达工位1（I0.3）时，进料吸盘控制阀夹紧（Q0.1）并且进料机械手伸出（Q0.2），当进料机械手到达工位2（I0.4）时,进料机械手退回（Q0.3），依此进行程序，当达到步M0.7时，如果计数器达到五次，进行下一步M1.2，并且间断声光报警，到达5s时即定时器T37接通，然后回到初始步。

如果计数器没达到五次，并且单周期按钮关闭，则接着循环，直到循环五次。

当执行单周期指令时，按下单周期启动按钮，执行一次回到初始步。

2.回原点程序顺序功能图（图4）

复位M1.1和Q0.1和Q0.7

图4回原点顺序功能图

当程序运行时，按下回原点按钮，进料机械手退回，当到达进料机械手原位时，模具开始上升，到达上限位时，出料机械手退回。

连续步M1.1复位，进料吸盘控制阀（Q0.1）和出料吸盘控制阀（Q0.7）被复位，即松开状态。

3.复位程序顺序功能图（图5）

图5复位顺序功能图

在程序停止时，按下复位按钮，进料机械手退回，退回到进料机械手原位时，模具上升，上升到上限位时，出料机械手退回到原位。

3.3PLC梯形图

1.主程序

2.公用程序

M1.0为原点条件

复位非初始步，复位连续标志

3.手动程序

当按下手动按钮时，按下传送带1（I1.6）传送按钮时，传送带1传送，按下每一个对应按钮，对应步就开始执行程序。

4.回原点程序

5.复位程序

5.自动程序

4.程序调试说明

本程序遇到的问题，在调试过程中，遇到了在监控中发现执行到第二个步，然后就不再继续执行了。

加一个M0.1使其形成自锁，问题解决。

刚开始我用计数器自复位，发现计数器刚刚计数到五次就复位了，定时器无法接通。

当循环五次之后没有声光报警，查找原因发现定时器没被接通，让定时器与C1连接，并且计数器用定时器和停止按钮复位。

改正之后可以声光报警，报警后按停止开关结束声光报警。

在程序调试的过程中，感觉越调出现的问题越多，刚开始发现运行时输出端没有一个响应的，仔细检查程序后发现我每一步都串联了一个下一步转换条件的常闭触点，后来为下一步的常闭触点就可以响应了。

在进行自动程序调试时调试了很多次，由于是模拟仿真软件，必须每一个传感器位置都得用手动控制，在进行下一个转换条件时要把上一个传感器的位置关掉，否则可能影响下一步的运行，经过了多次调试手动程序终于了一运行了并且能按要求进行。

接下来我调试了手动程序，我发现出料机械手前进那一步不运行，查找原因发现我把Q0.6误输入成了Q1.6，改正之后正确运行了。

在调试回原点程序时我发现进料机械手伸出和进料机械手控制阀没有复位，查找原因发现我把Q0.1和Q0.2的位置输入错了。

改正之后正确运行。

运行了几次我发现当声光报警5s时所对应的输出还再闪烁，经过分析查找原因，在步M1.2之前串联一个常闭触点T37，当定时器到达5s时，声光报警即可停止，但定时器仍在计时，然后在定时器所在行串联一个常闭触点T37后，当声光报警5s时，定时器归零。

有时候把某个触点或线圈的字母写错了导致程序无法继续运行，查找原因改正后觉得自己太粗心了。

以后做事情我一定仔细点，多检查检查，以免浪费不必要的时间。

这次课程设计有很多错误是由于我的粗心造成的，害得我一遍又一遍的调试，浪费了我好多的时间，模拟时反复的改正。

经过了多次改正程序，多次从V4.0SETP7把程序导出到S7-200编程及仿真软件中调试，最后终于把自动程序、手动程序、复位程序、回原点程序调试出来了。

还可以按要求完成各种功能。

5.结束语

经历了将近一周的课程设计生活，我收获了很多，它增加了我的思考能力、题目的分析和程序的编写能力，在说明书中，顺序功能图和端子分配图还有冲压机系统原理图都是我用CAD画出来的，这次课程设计不仅仅使我的机电传动知识有所增加，还让我复习了CAD绘图的方法，梯形图程序是通过S7-200模拟仿真软件做出来的，经过多次仿真加强了我对S7-200模拟仿真软件的应用还有V4.0STEP7软件的使用，在做课设之前我都没用过这两个软件。

在做课设的过程中，我遇到了很多问题，比如在V4.0STEP7软件上编程时必须分网络，有时候忘记分了，就导致编译错误，显示块字节尺寸为零，还有我设计的程序设计调用子程序，在S7-200编程及仿真软件中仿真时必须从主程序中导出，这样才可以在仿真软件上运行，否则会出现错误提示，无法运行。

这次课设还考验了我的耐性，每次仿真时都会出现新的问题，比如按下启动按钮和连续按钮时，输出端小灯一个都不亮，后来发现必须先按下启动按钮和连续按钮后再进入开始模拟状态，输出端小灯就可以亮了，因为是模拟仿真，进料机械手原位和出料机械手原位、模具上升下降等涉及到传感器的都必须手动执行，每一次执行时，都必须把前一个与它有关的关掉，有时候忘关了，程序无法按要求执行，突然好几个小灯都亮了，还需要从新模拟，每一次运行到几步时，就好激动，但当运行运行就不走了还得从新找原因，改正之后继续模拟，就这样一次一次的模拟，一次一次的改正，当程序完全按要求运行出来时，突然那感觉好有成就感。

在这期间，虽然遇到了很多问题，烦恼过，开心过，忙碌过，上网查资料，去图书馆翻阅书籍，但这使我增长了知识，遇到问题向老师请教，向同学询问一点一点收获了很多，我很感谢这次课设给我带来的收获。

6.参考文献

[1]《机电传动控制》，东北大学出版社.2008年9月第一版。

主编：

陈白宁.段智敏.刘文波.

[2]《机电传动控制课程设计指导书，沈阳理工大学机械工程学院，2008年9月。

主编：

陈白宁.段智敏

[3]《可编程控制器及其网络系统的综合应用技术》北京:

机械工业出版社,2005,134-149.主编：

李全利

[4]《工厂电气控制设备》北京:

机械工业出版社,1998第二版主编：

赵明等