自动插管机控制系统设计.docx
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自动插管机控制系统设计
自动插管机控制系统设计
摘要
彩色笔是一种需求量很大的文具用品,在彩色笔生产过程中,为了高效完成加工制造过程,需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上,以便批量加注彩色料到笔筒中。
本课题设计的自动插管机,就是用来完成该任务的自动化专用设备。
这项目需要绘出电气控制系统原理图,电气接线图等,完成电子元器件选型,列出电子元器件清单,进行PLC程序设计和触摸屏的制作,最后完成毕业设计论文。
采用触摸屏完成控制参数的设定和交互功能。
高效完成加工制造过程。
该自动插管机的控制,需要完成的动作有:
(1)抖笔筒
(2)控制气缸推笔筒(一般有12排)到托盘上(3)步进电机控制托盘上升(24mm)(4)再次推笔筒到托盘。
(5)重复动作,一直到完成12排供144支笔筒插入到托盘上。
(6)人工取走托盘,再次放入托盘后,开始下一个循环
关键字:
可编程控制控制系统彩笔组态
Designofcontrolsystemofautomaticallyinsertingmachineforpen
Abstract
Nowadays,peoplehaveagreatdemandofcolorpen,inordertoefficientlycompletethemanufacturingprocess,thehollowplasticpenrequirestheinsertionofaplastictraywithaprojectiononthefixedendsothatthebulkmaterialfillingcolorinthepenholder.Automaticdesignofthisprojectmachineisusedtocompletethetask.Thisprojectneedstodrawtheelectricalcontrolsystemschematics,electricalwiringdiagrams,completetheselectionofelectroniccomponents,electronicinventorylistedcomponents,performPLCprogramdesignandtouchscreenproduction,finalizingdesigngraduatethesis.Theactionofautomaticmachinetobedoneare:
(1)shakingpenholder
(2)controlcylinder((3)steppermotorcontrolrising(4)repeatcontrolledcylinder.(5)Repeatuntilthecompletionofthe12rowsfor144penholderisinsertedintothetray.(6)takeawaythetrayartificiallytobeginthenextcycle
Keywords:
PLCcontrol;Controlsystem;Colorpen;Configuration
目录
1引言1
1.1插管机的应用与发展1
1.2研究自动化插管机的目的和意义2
2控制系统的设计要求及设计方案4
2.1控制方案的对比选择4
2.1.1PLC与继电器控制系统的比较4
2.1.2PLC与继电器控制的优缺点4
2.2控制系统的设计方案5
2.2.1控制系统方案的确定5
2.2.2控制系统设计方案示意图5
2.3控制系统设计5
2.3.1控制系统设计对象与要求5
2.3.2PLC原理图7
2.3.3端口及软元件说明8
2.3.4电气元件说明10
2.3.5PLC气动原理图11
2.3.6电气元件的布置图12
3控制系统的选型分析14
3.1PLC控制系统设计的基本原则14
3.2PLC的选型15
3.2.1PLC的控制功能概述15
3.2.2PLC输出类型选择15
3.3气缸的选用19
3.3.1主气缸的选用19
3.3.2插笔盘升降气缸的选用21
3.3.3抖笔气缸的选用22
3.4HG系列线性滑轨的选择22
3.4.1HG系列线性滑轨说明22
3.4.2HG系列线性滑轨特点22
3.4.3HG系列滑轨的分类说明23
3.5滚珠丝杠的选用24
3.5.1滚珠丝杠的说明24
3.5.2滚珠丝杠与滑动丝杠对比特点:
24
3.6步进电机及驱动器25
3.6.1步进电机25
3.6.2确定电动机的型号25
3.6.3步进电机驱动器的选择28
3.7传感器的选用29
3.7.1磁性传感器的选用29
3.7.2机械式传感器的选用30
4控制系统的程序设计32
4.1控制系统PLC程序软件介绍32
4.2PLC程序的编写32
4.2.1控制系统PLC程序的流程图33
4.3主要动作PLC程序说明34
4.3.1手动上升S11034
4.3.2手动下降S12036
4.3.3自动上升S13037
4.4程序调试过程38
4.4.1急停程序添加38
4.4.2手动抖笔39
4.4.3WDT功能39
5三维实体造型41
5.1软件简介41
5.2系统三维造型42
6触摸屏编程44
6.1软件简介44
6.2触摸屏选型44
6.3Touchwin具体应用介绍44
6.4触摸屏问题与说明48
6.5触摸屏操作说明50
小结53
参考文献54
致谢55
附录56
附录一程序梯形图56
附录二触摸屏界面67
1引言
1.1插管机的应用与发展
彩色笔是一种需求量很大的文具用品,在彩色笔生产过程中,为了高效完成加工制造过程,需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上,以便批量加注彩色料到笔筒中。
本课题设计的自动插管机,就是用来完成该任务的自动化专用设备。
在中国,已经形成了基础设施基本完善的插管机行业,整体的社会环境也较为良好,市场的潜力巨大,已建立健全相关的体系,插管机行业发展一直受到国家的重点关注,中国还陆陆续续发布了一些利好的法律政策,大大促进了我国插管机行业的发展。
参考中国插管机行业市场综合报告,想要在插管机行业中立足,并想要有机会独占鳌头必须具备以下几点:
(1)行业地位是独占鳌头的关键,品牌效应不可忽视
(2)科学技术实力要突出,要求争取引领行业发展
我国的插管机公司很多是有这多年行业发展经验的老企业,科学技术的发展加之自身实力的明显提升,有些公司已经颇具规模,做的有声有色,其中,有的公司可以与一些国际大公司相抗衡,跻身世界领先行业之列,当然这样一来,企业和公司的理念被大家所熟知,形象被大家接受,还有一点更主要的是现在的一些中国新兴企业知道超前意识的重要性,把这个意识作为公司的创新源泉。
另外,行业的先进科技的累积也是重中之重,就比如步进电机、传感器、原材料和材料这一系列产品都为新型的产品和技术提供强有力的支持
(3)销售网络是法宝,产品质量是关键
我国插管机公司的产品要有质的改变,不能总是单一的拷贝,没有科学技术的创新,这样迟早会被淘汰。
要做足市场的调查,生产出来的产品还是销量飘红的可能。
当然,不同层次的产品共同拥有且永远不变的只有一项,这就是产品的质量,公司要指定符合法律条例甚至远高于法律要求的相关检测,从而来保证售给消费者的产品的质量。
(4)提前先做足市场调查,做好灵活改变策略的准备
我国插管机行业的公司必须深入市场,做足市场的调查和研究,并以次为基础致力于打造完善的市场信息互享的网络平台,就好比如今的电商网购,可以让消费者及潜在客户在家里就可以了解公司及产品的情况,与此同时加强平台的自我建设,吸取其他平台的经验,更可以收集广大消费者的建议和意见来加以改进,毕竟产品的生产是为了满足他们的需求。
如此一来,既给公司的发展方向指出明路,也能更好的与消费者沟通交流,最终实现双赢。
(5)完善的销售服务模式
第一客户是公司能够得以生存的必须且唯一出路,公司一定要把客户的要求放在第一位。
第二灵活的公司政策,更好的把握市场动态以提高利润,更好的经营公司。
第三网络平台的打造是我国插管机行业公司的新时期新目标。
(6)拥有极高的用户忠诚度
(7)拥有强大的研发团队
(8)拥有良好的供销管理机制
1.2研究自动化插管机的目的和意义
课题要求使用可编程控制器(简称PLC)来完成一系列自动化过程并采用采用触摸屏来控制参数的设定以及人机交互功能,从而大大提高了效率来完成加工制造过程。
彩色笔是一种需求量很大的文具用品,在彩色笔生产过程中,为了高效完成加工制造过程,需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上,以便批量加注彩色料到笔筒中。
本课题设计的自动插管机,就是用来完成该任务的自动化专用设备。
要完成整个自动插管机控制系统设计,主要内容包括:
(1)本课题国内外的现状的分析;
(2)本课题需求分析,和方案论证;
(3)自动插管机控制系统设计。
绘出主电路即电气原理图,程序流程图,电子器件布置图等。
(4)电子元器件的选型,列出电子元器件清单
(5)进行程序设计和利用软件来完成触摸屏的制作;
(6)最后完成毕业设计论文的撰写。
本课题要求完成自动化插管机系统控制设计。
此系统将主要用到可编程控制器、工控组态软件、传感器等多种技术。
整个制作过程,不仅可以更加深入的了解,把理论知识融入实践中,在大学学习的机电一体化专业学习中比如电气与应用控制、气动传动、电机驱动、传感器与检测技术、组态等多种知识,更能考验动手能力,以实际项目来打开探索世界之门。
2控制系统的设计要求及设计方案
2.1控制方案的对比选择
在本次设计中,需要控制的对象主要有步进电机和气缸,步进电机负责插笔盘的上下升降运动,而气缸负责轴向以及抖笔的运动,以下两种方案的对比。
2.1.1PLC与继电器控制系统的比较
表2.1两种控制系统概述
PLC控制
继电器控制
控制方式
由于采用存储逻辑,和继电器对应的软接线,即通过改变程序实现控制逻辑的改变
通过既定的硬件接线,由触点的串联或并联加上延时来完成既定的逻辑控制
速度控制
由程序驱动,控制半导体电路实现
触点的机械动作实现
延时控制
半导体集成定时器,且脉冲由晶体振荡器发出
由时间继电器滞后动作实现
2.1.2PLC与继电器控制的优缺点
表2.2PLC与继电器控制的优缺点
PLC控制
继电器控制
优点
1.在控制方式上采用由程序来改变控制逻辑的方式
2.控制速度快,微秒级,而且同步准确,没有抖动现象
3.故障率低,减少维修工作量
4.功能强大,能实现非常复杂的控制功能
5.可靠性高,抗干扰能力强
1.单个成本低,简单的项目比较合算
2.尺寸相对较小,减少控制柜体积
缺点
1.PLC成本相对较高,对于简单的项目,有点功能过剩
2.要学会PLC编程语言,对控制有一定要求
3.更多的控制要求用户会相应的软件如触摸屏等
1.在控制方式上只能实现设置好的逻辑控制
2.控制速度相对慢。
毫秒级且伴有抖动现象
3.故障率相对高,由于设计复杂,维修工作量大
4.可靠性低,受环境影响较大
2.2控制系统的设计方案
2.2.1控制系统方案的确定
综合上述表格,本次的设计要求控制方式较为灵活,可以根据不同的要求而改变控制逻辑,本次设计在响应时间和速度上还要求反应快,速度相对迅速,因为要投入大量的生产当中,运行时间较长所以要求控制系统要稳定,故障率相对低且要考虑维修费用和难度都要低,最后本次的自动插管机运行的作用复杂且要配合触摸屏的设计,综合考虑后决定用PLC系统控制
2.2.2控制系统设计方案示意图
使用可编程控制器PLC软件进行编程实现自动插管机的功能,利用笔记本上软件和实验室PC已安装PLC软件和无锡信捷官网下载的组态软件来进行控制。
图2.1控制方案示意图
2.3控制系统设计
2.3.1控制系统设计对象与要求
彩色笔是一种需求量很大的文具用品,在彩色笔生产过程中,为了高效完成加工制造过程,需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上,以便批量加注彩色料到笔筒中。
本课题设计的自动插管机,就是用来完成该任务的自动化专用设备。
本次设计的控制对象:
1.步进电机(86BYG450A):
由相应的步进电机驱动器(DP-508)来驱动,并有PLC程序进行控制,由步进电机实现的动作是插笔盘的上升和下降,这样就实现了12排的插笔。
图2.2步进电机与笔盘
2.气缸:
主气缸即负责主气缸通过磁性传感器(CS1F-SC80H)感应来发出信号,然后电磁阀4V230-08控制换向来实现送笔和退笔。
图2.3主气缸
3.还有分别是抖笔气缸SDA100x30-s和辅助气缸SDA40x20-s,抖笔气缸负责抖动放入的笔,防止有卡笔等现象。
自动插管机的整个运行过程包括以下几个步骤:
第一步骤初始等待状态S0;
第二步骤按下启动X0并进入自动或手动模式(由X10来控制);
第三步骤1.选择自动模式(当选择手动模式时单独控制)
2.进入自动抖笔状态S10;
3.判断是否笔盘在零位,若在零位则进去送笔前进状态S50;若不在则分以下两种情况,①计数器数值大于0小于12则也进入送笔前进状态S50;②计数器数值等于12,人工换取笔盘后进入自动下降状态S30,下降到笔盘零位后进入送笔前进状态;
第四步骤进入送笔前进状态S50,气缸电磁阀YV2作用后前进;
第五步骤当送笔到位X6信号发出,停止前进,进入后退状态S60;
第六步骤进入后退状态S60,当退笔到位X7信号发出,进入判断;
第七步骤判断计数器C110是否等于12,①等于12时,计数器C110重置并进入自动下降状态S20②小于12时,进入自动上升状态S30,当M8170信号发出则进入送笔前进状态S50;
第八步骤当按下停止X5时,结束所有运行的状态和运动。
2.3.2PLC原理图
定义:
电气原理图是用来说明设备电气工作原理还有各电器元件的作用,相互之间的关系的一种阐述方式。
学会合理恰当的使用电气原理图能快速并正确的爬出电路故障而且熟悉电气线路的话,对于解决例如机床电路故障等都十分有用。
我们平常所见的电气原理图中,主和控制电路以及配点电路是电气图中极为重要也是组成的基础。
图2.4控制系统原理图
2.3.3端口及软元件说明
对应电气图,以下是对端口的说明,PLC是32位的(表2.5电气元器件列表),共有18输入端口和14输出端口,实际用到的输出端小于18,还有余量。
表2.3输入输出对照表
序号
输入/输出元件
输入输出地址
1
启动SB1
X0
2
停止SB2
X5
3
手动/自动SB3
X10
4
手动上升SB4
X11
5
手动下降SB5
X12
6
手动送笔SB6
X13
7
手动退笔SB8
X15
8
手动抖笔SB7
X14
9
笔盘在位SQ1
X1
10
笔盘零位SQ2
X2
11
送笔到位SQ3
X6
12
退笔到位SQ4
X7
13
气缸前进传感器B1
X3
14
气缸后退传感器B2
X4
15
气缸前进电磁阀YV2
Y2
气缸后退电磁阀YV3
Y3
16
驱动器PUL-
Y0
17
驱动器DIR-
Y1
表2.4软元件说明列表
软元件名称
软元件符号
1
初始流程
S0
2
抖笔流程
S10
3
自动下降
S20
4
自动上升
S30
5
送笔前进
S50
6
送笔后退
S60
7
重置
S70
8
手动/上升流程
S110
9
手动/下降流程
S120
10
手动/送笔流程
S130
11
手动/抖笔流程
S140
12
延时
T40,T50等
13
插笔计数C
C110
14
数据寄存器D
D4000D4001等
2.3.4电气元件说明
在原理图中不仅包括PLC还有很多元器件,包括气缸电磁阀,断路器,熔断器,小型继电器,开关电源,步进电机驱动器等等,下面表示对元器件的说明
表2.5主要电气元件列表
序号
设备名称
规格型号
数量
品牌
1
PLC控制系统
XC3-32RT-E
1
信捷
2
气动执行元件
1.气缸SDA100x30-s
1
亚德客
2.气缸SCD80x230-s
1
亚德客
3.气缸SDA40x20-s
1
亚德客
3
气管
PT1/8PT3/8
10m
亚德客
4
断路器
双极DZ267LE-3210A(1P+N)
1
正泰
单级DZ47-6010A(1P)
1
正泰
5
熔断器
RT14-20
1
正泰
6
小型继电器
JZX-22F(D)/2Z
3
正泰
7
开关电源
S8JC-Z05024C
1
欧姆龙
S8JC-Z05048C
1
欧姆龙
8
步进电机及驱动器
步进电机86BYG450A
1
常州康达
驱动器DP-508
1
无锡信捷
9
传感器
机械式传感器SS-5GL2
2
OMRON
磁性传感器CS1F-SC80H
2
亚德客
10
传动模块
料斗模块(气缸3)
直线轴承SC20UU
4
SAMICK
插笔盘升降模块(气缸1)
开口型直线轴承座SME16UU
4
台湾HSK
导轨16*400
2
HIWIN
丝杠SFU02508-4
1
舒辉
直线轴承LMF12UU
2
SAMICK
主气缸(气缸2)
滑轨HGH25长400
2
HIWIN
HGH25CA滑块
2件
HIWIN
11
电磁阀
4V210-08(两位五通)
2
亚德客
4V230-08(三位五通)
1
亚德客
2.3.5PLC气动原理图
因为本次设计涉及气缸,以下是气动原理图
图2.5气动原理图
主气缸选择三位五通的电磁换向阀来控制前进后退,由可调单向节流阀来控制速度,抖笔和辅助气缸为两位五通的电磁换向阀,一边由弹簧来控制,同样也是由节流阀来控制流速。
2.3.6电气元件的布置图
图2.6电气柜布置图
考虑到元器件的相互影响干扰,还有连接线是比较方便,采取以上的元器件布置方式,为了美观考虑也要做到分布均匀,线槽在元器件的中部和两端,既美观又方便。
同时也考虑留有一定的余量,总的尺寸按照标准的600*800尺寸打造。
图2.7电气柜面板图
3控制系统的选型分析
3.1PLC控制系统设计的基本原则
所有的控制系统都是为了实现被控对象的控制,这样就可以提高效率和质量。
因此,对于设计控制系统的人员来说要有下面的几个基本要求:
1.被控对象的控制要求要无限接近的满足
最重要的一点莫过于最大限度地发挥功能,众所周知,控制系统的最基本前提是满足用户的需求,同时这是物物交流时间的本质,有了需求,能满足需求才有了购买。
为了达到这个目的,首先做的类似我们写论文,说明文一样,必须收集尽可能多的资料,包括国内和国外,不管过去的技术还是现在的先进的产物都要搜罗在内,当然深入市场调查也是必不可少的一部门,充分的准备对之后的设计有百利而无一害,当然有条件的话,能够实地考察是最好的。
在现场考察的时候,最好在场的工程师,技术员,操作人员等一起出门谋划策是最理想的结果,从不同的角度出发,提出一些意见和建议对之后的设计也是非常有帮助的。
2.安全可靠是一大特点也是现如今大家选择它的一大原因之一
长期的可靠性和稳定性是设计人员做设计控制系统的重要原则之一。
所以对于设计者来说,在下面几个方面要多花很多功夫,比如程序,电器元器件的选型,整体系统框架设计,还有元器件布置等等。
3.在维修方面,注重经济实用,尽量减少维修,尽可能降低成本
在设计新型产品的时候,我们还要保障一个原则就是设计出来的产品是优化或简化,换而言之就是要比原来的来的更经济,效率更高等,不能说所谓的新产品比原来的方法还要复杂,费时费力费钱,这就是失败的设计了。
所以开发设计人员还要注意的是性价比,即在提高工程或机器效率的同时也要注意开发成本的投入,当然所有的一切都要在满足用户需求的前提下来完成,不提倡也不应该盲目追求一味的自动化和高指标。
4.要足以满足时代的发展
为了满足以后可能有的需求,对于设计者来说,的的选择,内存容量,输入输出模块以及/点数的选择也要考虑在内。
3.2PLC的选型
3.2.1PLC的控制功能概述
1.逻辑控制功能
PLC最基本的功能之一就是标题所示-----逻辑控制功能,这也是其应用较为广泛的功能之一,它既可以实现传统的继电器的一般控制又可以实现继电器无法企及的逻辑和顺序控制。
在工业生产例如单个大型机器或者车间多个机器的控制中有着不可代替的作用。
2.定时控制功能
可编程控制器的基本功能还有定时因为它内置定时器。
并且还提供不同型号不同功能的定时器。
同时为了准确的实时控制,很多内部内置了高精度时钟。
3.计数控制功能
PLC基础功能还包括计数控制。
4.I/O模块及点数
(1)提供的/接口也称输入输出接口,起着桥梁的作用,联系内部和外部。
(2)输入接口---专门来接受用户输入的信号,如限位开关,用这些数据作为对被控制对象进行控制的依据,通过输入接口电路,把这些信号转换为中央处理单元接收和处理的信号。
(3)输出接口---实现弱点信号和强电信号之间的转换来满足工业控制要求
5.I/O接口的作用:
电平转换功能:
作为一个中间的处理站作用,输入和输出有各种各样的电平信号,而内部都转化为标准电平信号。
3.2.2PLC输出类型选择
晶体管和继电器是有两种输出类型,以下内容介绍晶体管与继电器有什么不同,该如何选择
表3.1不同方面的晶体管和继电器输出
晶体管输出
继电器输出
驱动负载
晶体管型的是有极性要求的,只能接的是24V的电压。
而且在极限电流方便也不一样,晶体管型的0.2—0.3A。
没有极性要求的继电器型可以接受220V或者24V的电压
响应时间
晶体管型约0.3ms左右
继电器型15ms左右
使用寿命
晶体管型的只有老化现象使得机械元件不得不更换
继电器型的除了老化,更重要的是它有使用寿命的限制并且与负载的容量息息相关
无锡信捷电气有限公司是国内近年来发展势头较为迅猛的自主自动化产品开发与应用的致力于科技创新的新兴企业,运用先进的嵌入式系统技术,汇聚了一批敢于开拓创新的年轻科技团队,为了满足客户的不同需要公司近年来陆续开发了系列、还有应用广泛的工业触摸屏TG/TP/TH系列、全数字步进驱动器系列等产品。
本次设计的自动插管机,因为有驱动器,为了使用
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