無心外圓砂帶磨床自動上下料控制設計

無心外圓砂帶磨床自動上下料控制設計,無心,無意,外圓砂帶,磨床,自動,上下,控制,節(jié)制,設計 重慶理工大學畢業(yè)設計論文 無心外圓砂帶磨床自動上下料控制系統(tǒng)設計 第1章 緒論 1.1 本課題研究的背景 心外圓砂帶磨床適用于管材、棒材等工件的外圓磨削和拋光，可磨削金屬、木材、玻璃、橡膠等材料。隨著市場經濟的高速發(fā)展，對生產的要求也不斷提高，對于磨床磨削的要求越來越高，砂帶磨床的加工工效甚至超過了普通常規(guī)加工工藝,砂帶越來越寬,加工精度越來越高，已達到和超過砂輪磨床。如今，由于可編程控制器（PLC）在無心外圓砂帶磨床控制系統(tǒng)中的應用范圍越來越廣泛，為了提高生產效率，PLC控制液壓系統(tǒng)對工件上下料在各種機床上也得到了廣泛的應用。 1.2 本課題研究的內容和方法 本課題主要是研究PLC控制液壓系統(tǒng)，從而在加工生產中實現工件的上下料自動化。而且，這個課題主要是采用實例分析，結合閱讀大量的文獻和查找資料，尋求出最佳的設計方案。 1.3 國內外的發(fā)展現狀 1.31 液壓傳動發(fā)展現狀 液壓傳動與控制是以液體（油、高水基液壓油、合成液體）作為介質來實現各種機械量的輸出（力、位移或速度等）的。它與單純的機械傳動、電氣傳動和氣壓傳動相比，具有傳遞功率大，結構小、響應快等特點，因而被廣泛的應用于各種機械設備及精密的自動控制系統(tǒng)。液壓傳動技術是一門新的學科技術，它的發(fā)展歷史雖然較短，但是發(fā)展的速度卻非常之快。自從1795年制成了第一臺壓力機起，液壓技術進入了工程領域；1906年開始應用于國防戰(zhàn)備武器。 第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反應快、精度高的自動控制系統(tǒng)，因而出現了液壓伺服控制系統(tǒng)。從60年代起，由于原子能、空間技術、大型船艦及電子技術的發(fā)展，不斷地對液壓技術提出新的要求，從民用到國防，由一般的傳動到精確度很高的控制系統(tǒng)，這種技術得到更加廣泛的發(fā)展和應用。 在國防工業(yè)中：海、陸、空各種戰(zhàn)備武器均采用液壓傳動與控制。如飛機、坦克、艦艇、雷達、火炮、導彈及火箭等。 在民用工業(yè)中：有機床工業(yè)、冶金工業(yè)、工程機械、農業(yè)方面，汽車工業(yè)、輕紡工業(yè)、船舶工業(yè)。 另外，近幾年又出現了太陽跟蹤系統(tǒng)、海浪模擬裝置、飛機駕駛模擬、船舶駕駛模擬器、地震再現、火箭助飛發(fā)射裝置、宇航環(huán)境模擬、高層建筑防震系統(tǒng)及緊急剎車裝置等，均采用了液壓技術。 總之，一切工程領域，凡是有機械設備的場合，均可采用液壓技術。它的發(fā)展如此之快，應用如此之廣，其原因就是液壓技術有著優(yōu)異的特點，歸納起來液壓動力傳動方式具有顯著的優(yōu)點：其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率大；液壓傳動裝置體積小、結構緊湊、布局靈活，易實現無級調速，調速范圍寬，便于與電氣控制相配合實現自動化；易實現過載保護與保壓，安全可靠；元件易于實現系列化、標準化、通用化；液壓易與微機控制等新技術相結合，構成“機-電-液-光”一體化便于實現數字化 1.3.2 PLC的發(fā)展現狀 長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動化領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供非?？煽康目刂品桨?。目前，全世界PLC生產廠家約200家，生產300多種產品。國內PLC市場仍以國外產品為主，如Siemens、A-B、OMRON、三菱、GE的產品。經過多年的發(fā)展，國內PLC生產廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產能力和名牌產品，可以說PLC在我國尚未形成制造產業(yè)化。在PLC應用方面，我國是很活躍的，應用的行業(yè)也很廣泛。 PLC 在工業(yè)生產過程控制自動化和傳統(tǒng)產業(yè)技術改造等方面得到了廣泛應用, 與傳統(tǒng)的繼電器控制相比, PLC 具有控制系統(tǒng)構成簡單、可靠性高、通用性強、抗干擾能力強、易于編程、體積小、可在線修改、設計與調試周期短、便于安裝和維修等突出優(yōu)點, 而且一般不需要采取什么特殊措施, 就能直接在工業(yè)環(huán)境中使用, 更加適合工業(yè)現場的要求, 使用PLC 控制液壓控制系統(tǒng)能提高系統(tǒng)的整體性能,具有較明顯的優(yōu)越性。 第2章 液壓傳動系統(tǒng)的設計 2.1 液壓系統(tǒng)工況的分析 2.1.1 位移循環(huán)圖L—t 圖2-1為液壓機的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標L表示活塞位移，橫坐標t表示從活塞啟動到返回原位的時間，曲線斜率表示活塞移動速度。 圖2-1 位移循環(huán)圖 圖中，0-t1 表示慢速上升，t1-t2 表示保壓停留，t2-t3快速下降回程。且頂升的高度為200mm。 2.1.2 速度循環(huán)圖v—t 液壓缸的運動速度循環(huán)圖如圖2-2所示，縱坐標V表示活塞桿的運動速度，橫坐標t表示時間。 圖2-2 速度循環(huán)圖 因為這個過程中的速度分析較為復雜，所以可以簡化為是以50mm/s的速度頂升，停留一段時間后，以80mm/s的速度下降。 2.2 液壓缸的設計 2.2.1 液壓缸的負載分析 液壓缸的負載力計算： 工作機構作直線往復運動時，液壓缸必須克服的負載由六部分組成： (2-31) 式中：Fc為切削阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；FG為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。因為在本方案中活塞桿做上下的直線往返運動，而且Fc為切削阻力、Ff為摩擦阻力、Fm為密封阻力可以忽略不計。 無心外圓磨床的加工材料為合金鋼和碳鋼，尺寸如圖2.3 圖2-3 工件尺寸圖 工件的重量為，頂升時還有支撐架，所以可設定為3000N。=500N ，又因為相對的值較小，可取=1000N，所以F=++=4500N。 2.2.2 初步確定液壓缸的工作壓力 根據液壓缸的負載F=4500N，因為在工作時是兩個液壓缸同時工作，單個液壓缸的負載=2250N。所以，液壓缸的工作壓力的選擇有兩種方式：一是根據機械類型選；二是根據切削負載選。如表2-1、表2-2所示。 表2-1 按負載選執(zhí)行文件的工作壓力 負載/N ＜5000 500-10000 10000-20000 20000-30000 30000-50000 ＞50000 工作壓力/Mpa ≤0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ＞5 表2-2 按機械類型選執(zhí)行文件的工作壓力 機械類型 磨床 組合機床 龍門刨床 拉床 工作壓力/MPa a≤2 3～5 ≤8 8～10 又表3-1可知，液壓缸的工作壓力P為0.8--1M。 2.2.3 液壓缸的尺寸計算 選用雙作用單活塞液壓缸，其供油壓力為P,回油壓力為0.液壓缸的輸出力F=AP，A為液壓缸的有效面積，是機械效率，可取0.9.液壓缸的工作壓力P取0.8M。F==2250N,得到D=0.06309m=63.09mm。查液壓手冊GB/T2348-93，將液壓缸直徑圓整得D為63mm，則無桿腔的面積=31.16。 可根據活塞桿的伸出和退回的速度比求活塞桿的直徑，查手冊可得活塞桿直徑d=40mm。那么有桿腔的有效面積=。 2.2.4 液壓缸流量的計算 A為液壓缸的有效面積，活塞桿運動的最大速度，運動的最小速度為，液壓缸最大流，最小流量。因為上升與下降時的流量基本相同，故可使用定量泵。而且定量泵、分流閥等液壓元件的最小穩(wěn)定流量要小于等于9.248L/min。 2.3 液壓泵的確定與所需功率的計算 要選擇合適的液壓泵就必須先要確定液壓泵的最大工作壓力?；钊麠U上升時液壓缸的壓力為，這是單個液壓缸的壓力。活塞桿下降時液壓缸的壓力為，粗布估計右路壓力損失為0.8。 則液壓泵的工作壓力為0.8022+0.8=2.404，液壓泵的最大流量=KQ=1.19.34822=41.08L/min，在回路中泄露按液壓泵最大輸入流量的1.1倍計算。 活塞桿上升送料時的輸入功率P=，送料下降時的輸入功率為1.30944kw，因為泵的效率為，驅動泵的電動機所需功率P=1.648/0.7=2.354kw。 根據以上計算結果，查閱液壓手冊可選用葉片泵的型號為,其流量為48L/min，轉速為960r/min，而且其電動機的驅動功率為7.5kw，再由此可以選用三相異步電動機Y160M-6作為其驅動電機。 2.4 閥類元件的選擇 下圖是液壓傳動圖。 圖2-4 液壓傳動圖 在圖中有一個溢流閥、兩個節(jié)流閥、一個分流閥和相同的分流集流閥，而且根據選用的液壓泵和液壓缸，以及它們在不同工況下的流量和工作壓力，可按下表2-3選用液壓閥，還要注意閥的最小穩(wěn)定流量要小于等于9.248L/min。 估計通過的流量l/min 型號 額定壓力 調節(jié)壓力 溢流閥 10 Y-10B 6.3 2.5 節(jié)流閥 19 MG8G1.2 31.5 三位四通閥 18.8 34D-20B 6.3 分流集流閥 18.6 FJL-B10H 6.3 分流閥 48 3FJL-10-50H 6.3 表2-3 液壓閥的選用 液壓回路中所用到的液壓元件名稱、符號、及其作用說明，見表（2-4） 序號 名稱 符號 作用 1 三位四通電磁換向閥 通過閥芯與閥體之間的相對運動改變液體的流向，控制液壓缸前進和后退 2 分流集流閥 控制和分配油路中的流量 3 雙作用單活塞桿缸 將液壓能轉換成機械能，實現往復直線運動。 4 節(jié)流閥 控制油路中流量大小 5 單向定量液壓泵 將液壓油從油缸引入液壓油路中，將機械能轉化為液壓能 6 溢流閥 保持系統(tǒng)壓力定， 在系統(tǒng)壓力大于或等于其調定壓力時開啟，流對系統(tǒng)起過載保護作用 7 油箱 為系統(tǒng)存儲液壓油 2.5 濾油器的選型 液壓油中往往含有顆粒狀雜質，會造成液壓元件相對運動表面的磨損、滑閥卡滯、節(jié)流孔口堵塞，使系統(tǒng)工作可靠性大為降低。在系統(tǒng)中安裝一定精度的濾油器，是保證液壓系統(tǒng)正常工作的必要手段。濾油器的過濾精度是指濾芯能夠濾除的最小雜質顆粒的大小，以直徑d作為公稱尺寸表示，按精度可分為粗濾油器（d＜100 )普通濾油器(d＜10 )，精濾油器（d＜5 )，特精濾油器（d＜1 )。 選擇濾油器的依據有以下幾點： (1)承載能力：按系統(tǒng)管路工作壓力確定。 (2)過濾精度：按被保護元件的精度要求確定，選擇時可參閱表3-4。 (3)通流能力：按通過最大流量確定。 (4)阻力壓降：應滿足過濾材料強度與系數要求。 系統(tǒng) 過濾精度(μm) 元件 過濾精度(μm) 低壓系統(tǒng) 100～150 滑閥 1/3最小間隙 70×105Pa系統(tǒng) 50 節(jié)流孔 1/7孔徑(孔徑小于1.8mm) 100×105Pa系統(tǒng) 25 流量控制閥 2.5～30 140×105Pa系統(tǒng) 10～15 安全閥溢流閥 15～25 電液伺服系統(tǒng) 5 高精度伺服系統(tǒng) 2.5 表2-5 濾油器過濾精度的選擇 根據以上條件，選用WU型網式吸油過濾器，型號為WU-40180，是普通濾油器，通過流量40/min，用螺紋連接。 2-6 油箱的設計 油箱的作用是儲油，散發(fā)油的熱量，沉淀油中雜質，逸出油中的氣體。其形式有開式和閉式兩種：開式油箱油液液面與大氣相通；閉式油箱油液液面與大氣隔絕。開式油箱應用較多。 2.6.1 油箱設計要點 (1)油箱應有足夠的容積以滿足散熱，同時其容積應保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時不滲出，油液液面不應超過油箱高度的80%。 (2)吸箱管和回油管的間距應盡量大。 (3)油箱底部應有適當斜度，泄油口置于最低處，以便排油。 (4)注油器上應裝濾網。 (5)油箱的箱壁應涂耐油防銹涂料。 2.6.2 油箱容量計算 油箱的有效容量V可近似用液壓泵單位時間內排出油液的體積確定。 (2-1) 式中：K為系數，低壓系統(tǒng)取2～4，中、高壓系統(tǒng)取5～7；Σq為同一油箱供油的各液壓泵流量總和。根據管路流量估算選取容量為200L的油箱。 第 3 章 滾輪電機的選擇和調速 3.1滾輪電機的計算及選型 傳送裝置的設計選用滾輪傳動，選擇電機作為動力源，十字軸式萬向聯(lián)軸器連接傳動軸。如圖3-1 圖3-1滾輪傳動圖 傳送裝置主要由電機，滾輪架機構，傳動軸幾大部分組成。 滾輪架機構的設計： 滾輪為了給棒料一個給方向的速度，所以輪的放置是帶有夾角的傾斜，如圖3-2 圖3-2 滾輪安裝圖 為了實現輪的傾斜，在支座上就做了角度設計，如圖3-3 圖3-3 支座角度 在支座上做傾斜角設計的連接孔，輪支撐架不做角度設計，兩個零件用螺栓連接后形成帶30°夾角傾斜，自然滾輪在進給方向就有了分速度。按照生產要求設定棒料進給速度為10m/min～30m/min,以此計算出滾輪的轉速，以及電機的轉速。 根據,計算出v=20～60m/min。根據摩擦傳動的特性，傳動中存在滑動率ε，查閱資料知道尼龍材料與鋼的滑動率為3%，因此實際上滾輪的轉速關系應該是： V實際=v/(1-3%)=20.62～61.86 m/min 這個速度為滾輪實際上的線速度，根據線速度和輪的大小計算得輪的轉速：n=/2πr，其中輪的直徑是101mm，計算出轉速為：65.02～195.06r/min。 圖3-4 滾輪和棒料傳輸圖 兩滾輪中心距設置為173mm，使幫在兩滾輪間并形成了30°的夾角，根據力學分析，作用在輪上的壓力Fn=G=1700N 摩擦力f=μFn，其中尼龍材料和鋼的摩擦系數經查閱資料，大約為0.35 計算出摩擦力: f=0.351700=605N 計算出滾輪的轉矩為 T=f*r=30.25N/m 根據轉速、轉矩和尺寸的考慮，最終選擇型號為Y100L2-4的三相異步電機，其基本參數如下：Y100L2-4 額定功率3KW，額定電流為6A，滿載轉速1420r/min，堵轉轉矩/額定轉矩為2.2，最大轉矩/額定轉矩為2.2。 電機的轉矩T=9550*P/n=9550*3/1420=20.17N/m 最大轉矩Tmax=2.2T=44.37N/m>30.25N/m，符合要求。 3.2 變頻器的選用 根據滾輪電機的型號選擇，變頻器的輸出功率和額定電流應大于三相異步電動機的功率和額定電流，而且對于連續(xù)恒附在運轉時的變頻器容量可按公式 ： (3-1) 其中K--電流波形系數；取1.05-1.10； --變頻器額定容量，kVA; 、--電動機的額定電流、電壓； --變頻器的額定電流。 根據以上要求，選取三菱變頻器FR-A540-3.7K-CH，當其要調速的三相異步電動機的功率為3kw時，其額定電流為9A，額定容量為6.9kVA。電壓為三相，380v-450v，50Hz-60Hz。符合要求。圖3-4為三菱變頻器FR-A540-3.7K-CH的外觀圖。 圖3-4三菱變頻器外觀圖 3.3 滾輪電機的調速 3.3.1 三相異步的調速方式 （1）變極對數調速方法 這種調速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機定子極對數達到調速目的，特點如下：具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；無轉差損耗，效率高；接線簡單、控制方便、價格低； 有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速；可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調速特性。 本方法適用于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。 （2)變頻調速方法 變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交－直－交變頻器。其特點：效率高，調速過程中沒有附加損耗；應用范圍廣，可用于籠型異步電動機； 調速范圍大，特性硬，精度高；技術復雜，造價高，維護檢修困難。 本方法適用于要求精度高、調速性能較好場合。 (3)串級調速方法 串級調速是指繞線式電動機轉子回路中串入可調節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉差，達到調速的目的。大部分轉差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產生附加的裝置，把吸收的轉差功率返回電網或轉換能量加以利用。根據轉差功率吸收利用方式，串級調速可分為電機串級調速、機械串級調速及晶閘管串級調速形式，多采用晶閘管串級調速，其特點為：可將調速過程中的轉差損耗回饋到電網或生產機械上，效率較高； 裝置容量與調速范圍成正比，投資省，適用于調速范圍在額定轉速70％－90％的生產機械上；調速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產；晶閘管串級調速功率因數偏低，諧波影響較大。 本方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。 (4)繞線式電動機轉子串電阻調速方法 繞線式異步電動機轉子串入附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調速，機械特性較軟。 (5）定子調壓調速方法 當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉速。由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，因此最大轉矩下降很多，其調速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速范圍，調壓調速應采用轉子電阻值大的籠型電動機，如專供調壓調速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調速在2：1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調節(jié)轉速目的。 調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為最佳。調壓調速的特點： 調壓調速線路簡單，易實現自動控制； 調壓過程中轉差功率以發(fā)熱形式消耗在轉子電阻中，效率較低。 調壓調速一般適用于100KW以下的生產機械。 （6）電磁調速電動機調速方法 電磁調速電動機由籠型電動機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。 電磁轉差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機械聯(lián)系，都能自由轉動。電樞與電動機轉子同軸聯(lián)接稱為主動部分，由電動機帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱為從動部分。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極，其磁通經過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產生渦流，此渦流與磁通相互作用產生轉矩，帶動有磁極的轉子按同一方向旋轉，但其轉速恒低于電樞的轉速N1，這是一種轉差調速方式，變動轉差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉矩和轉速。電磁調速電動機的調速特點： 裝置結構及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；調速平滑、無級調速；對電網無諧影響；速度失大、效率低；本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產機械。 （7）液力耦合器調速方法 液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進入渦輪時，就在同一轉向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產機械運轉。液力耦合器的動力轉輸能力與殼內相對充液量的大小是一致的。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉速，作到無級調速，其特點為： 功率適應范圍大，可滿足從幾十千瓦至數千千瓦不同功率的需要；結構簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低；尺寸小，能容大；控制調節(jié)方便，容易實現自動控制。 本方法適用于風機、水泵的調速 3.3.2 變頻器的調速原理 根據以上的調速方法比較，選用變頻調速，因為其調速的平滑性好，適用于磨床中工件前進進給的要求。 變頻器的工作原理：交流電動機的同步轉速表達式： n＝60 f(1－s)/p (3-2) 式中n—異步電動機的轉速； f—異步電動機的頻率； s—電動機轉差率； p—電動機極對數。 由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。下圖5-1為電機調速的控制圖。 圖3-5 電機調速的控制圖 圖中STF為正轉啟動，SD為公共輸入端，Y4為PLC的輸出信號，SB3、SB4控制電機的啟動和停止。按下PLC的開關就可以啟動電動機，而且調節(jié)電位器就能實現電機的無極調速。但是在此之前必須要在變頻器的控制面板上設定好參數，只有這樣電動機才能正常的工作。變頻器參數設定：先設Pr.79=1設定各參數，Pr.1上限頻率為50Hz，Pr.2下線頻率為0Hz，Pr.3基底頻率為50Hz，Pr.13啟動頻率為2.29Hz，調節(jié)電位器就可以改變電機轉速，電位器RP（2w/1kw）的電源有變頻器提供，設定Pr.73=0，選擇電壓信號DC 0---10v，最后再Pr.79=2，用PLC信號控制變頻器運行。 第4章 PLC的選用 4.1 PLC的特點 a可靠性高，抗干擾能力強 b豐富的I/O接口模塊 c編程簡單 d安裝簡單，維修方便 e配套齊全，功能完美 f體積小，重量輕，能耗低 g系統(tǒng)設計，調試周期短 4.2 PLC的選型原則 (1)輸入輸出I/O點數的估算 　　I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。 (2)存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量。 (4)控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 4.3機型的選擇 選擇PLC時主要考慮以下幾個方面：容量的選擇、輸入輸出模塊的選擇、控制功能的選擇、電源模塊的選擇等。根據這個設計所選電機的功率以及上面幾點的綜合考慮，初步選擇PLC的型號為三菱FX-2N48MR。這個PLC共有48個輸入輸出點，而且輸出方式是繼電器輸出。 FX-2N48MR端子分布如下圖 各端子的定義如下表： 4.4 控制要求 無心外圓磨床上下料控制，主要是通過PLC控制液壓回路中電磁閥的得電與失電，以及滾輪電動機的開關，進而實現上下料的自動化。在總個控制過程中，由液壓系統(tǒng)實現工件上下料，而變頻器控制滾輪電機的轉速大小，進而實現工件磨削的進給速度，這對于工件表面粗糙度的影響至關重要。而控制這些動作的裝置是各種電器，有按鈕開關SB、行程開關SQ及電磁鐵YA。 4.5 電氣原理圖 圖4-1為主電路圖 圖 4-1 主電路圖 上圖為主電路圖，用于控制液壓泵電機和滾輪電機，因為液壓泵電機M1是正轉，沒有反轉。所以在起控制電路中，電源開關SB10和急停開關SB9串聯(lián)，且急停開關處于常閉狀態(tài)，電源開關是常開狀態(tài)，它們之間相互互鎖，交流繼電器可以得電后使電機啟動，和電源開關并聯(lián)用于電機開啟后可以自鎖。滾輪電機受變頻器和PLC的共同控制，在以下會詳細介紹。 圖4-2為PLC電氣原理圖 圖4-2 PLC電氣原理圖 根據上面幾個電器原理圖，對于液壓回路圖以及PLC電氣原理圖的分析，可得到具體的控制細節(jié)和整個系統(tǒng)的運行原理，如下：接通電源，液壓泵電機M1啟動，按下啟動按鈕，電磁閥1YA得電，液壓缸活塞頂升工件到上限位，擋鐵壓下行程開關SQ1，其動合觸點閉合，工件停止上升，定時器定時1s，電磁閥2YA得電，料架開始下降，下降到最低位時，擋鐵壓下行程開關SQ2，其動合觸點閉合，活塞桿停止下降。這時若工作臺上的壓力傳感器檢測到了壓力，則滾輪電機開始啟動，工件向前運動，經過砂輪磨削之后，繼續(xù)前進，到前進限位，行程開關SQ5的動合觸點閉合，工件停止前進。且電磁閥3YA得電，收料料架頂升工件上升，到上限位，擋鐵壓下行程開關SQ3，其動合觸點閉合，工件停止上升，定時器定時1s，電磁閥4YA得電，料架開始下降，下降到最低位時，擋鐵壓下行程開關SQ2，其動合觸點閉合，活塞桿停止下降。這就是起運行的整個過程。 4.6 I/O端口分配表 輸入 輸出 輸入設備接口 繼電器地址 輸出設備接口 輸出設備 手動 X1 Y0 電磁閥1YA線圈KA1 單步 X 2 Y1 電磁閥2YA線圈KA2 單周期 X3 Y2 電磁閥3YA線圈KA4 連續(xù) X4 Y3 電磁閥4YA線圈KA1 啟動按鈕SB1 X5 Y4 中間繼電器KA 停止按鈕SB2 X6 Y5 原位指示燈 送料上限開關SQ1 X7 送料下限開關SQ2 X10 收料上限開關SQ3 X11 收料下限開關SQ4 X12 前進限位開關SQ5 X13 滾輪電機啟動按鈕SB3 X14 滾輪電機停止按鈕SB4 X15 壓力傳感器 X16 送料上升開關SB5 X17 送料下降開關SB6 X20 收料上升開關SB7 X21 收料下降開關SB8 X22 熱繼電器FR1 X23 熱繼電器FR2 X24 表4-1 I/O端口分配表 4.7 電器元件的計算機選型 1、空氣開關的選型 （1)自動空氣開關的額定工作電壓線路的額定電壓 (2)自動空氣開關的額定工作電流線路的額定電流 在主電路圖中，一般空氣開關的電流為電機額定電流的1.5-2倍，則根據選型手冊整合得QF2為25A,QF3為10A,QF1選40A。分別選用德力西DZ47L3D25、DZ47L310和DZ47L340開關。 2、繼電器的選型 一般的，在選擇交流繼電器和熱繼電器時，都是根據電機的額定電流來選定的，在主電路圖中，泵電機的功率為7.5KW，額定電流為17A，KM則選用得力西交流繼電器CJX21810，交流繼電器的額定電流為18A。 一般的熱繼電器和節(jié)流接觸器配合使用，則根據泵電機選用的交流繼電器則可以選用熱繼電器FR1的型號為JRSD2518，其整定電流為12-18A,可以對電機起到熱保護作用。熱繼電器FR2選用施耐德LR2-D1314C,其整定電流為7A-10A。 3、 壓力傳感器的選型 本方案選取的傳感器為無源傳感器，采用三線制和PLC連接，其他參數如表4-2 表4-2 傳感器參數圖 根據以上條件選用，MPM480壓力傳感器，其電源電壓為DC24V，輸出信號為4-20mA。 其中，所選用的電氣元件如表6.32 名稱 數量 型號 規(guī)格 按鈕開關 8 LAY3-22 220V、6A 旋鈕開關 1 YCX16 220V、6A 限位開關 5 LXK1-111 380V、3A 開關電源 1 NED-75B 24V、2A 交流接觸器 1 CJX21810 380v、18A 壓力傳感器 1 MPM480 24V、4-20mA 空氣開關 3 QF1 DZ47L340 380V、40A QF2 DZ47L325 380V、25A QF3 DZ47L310 380V、10A 熱繼電FR1 1 JRSD2518 整定電流12A-18A 熱繼電器FR2 1 LR2-D1314C 整定電流7A-10A 中間繼電器 5 RXM3AB2B 0.1A 指示燈 1 XB2-BVB5LC 24v、40w 表4-3 電氣元件 4.8 程序設計與系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)流程圖如4-3 初始化 是 否 是否原位 是 送料上升 否 是否最高點 是 停留一秒 送料下降 否 是否最高點 是 是否有壓 力 是 電機啟動 送料前進 是否前進到位 收料上升 是 否 是否最高點 是 停留一秒 送料下降 否 是否最低點 圖4-3 系統(tǒng)流程圖 4.9 程序設及分析 如圖4-4為操作面板 圖4-4 操作面板 下面為程序圖，分為三個部分：公用程序、手動程序、自動程序。 公用程序： 公用程序用于自動程序和手動程序的切換和處理，如圖，當處于手動方式，初始步（M0)以外的各部對應的輔助繼電器（M11--M17）復位。而在跳轉指令中，當選擇手動時，指針直接跳到P0,當其為自動時，指針跳到P1，執(zhí)行自動程序。 手動程序如下： P0 切換到手動時，沒按下不同的按鈕，就執(zhí)行相應的動作。 P1 自動程序控制單周期、連續(xù)、和單步。而這三種工作方式主要是用連續(xù)標志M1和轉換允許M2來區(qū)分。 第5章 三菱編程軟件和仿真軟件 5.1三菱編程軟件 本次使用的編程軟件為GX Developer 7.08，以下為其基本操作方式。 1） 進入編程軟件GX Developer 7.08： 1-1點選“開始”菜單欄，順序點選“所有程序”→“MELSOFT應用程序”→“GX Developer”，點擊打開； 圖1 1-2進入GX Developer 7.08軟件初始畫面； 圖 2 1-3新建一個PLC程序，順序點選主菜單欄中“工程”→“創(chuàng)建新工程”； 圖 3 1-4“創(chuàng)建新工程”提示欄內點選“PLC系列”，在下拉菜單內選擇所用PLC系列，此文以FX2N型PLC為例說明，點選“FXCPU”亮后，左鍵單擊進行確認； 圖 4 1-5“創(chuàng)建新工程”提示欄內點選“PLC類型”，在下拉菜單內選擇所用PLC類型，此文以FX2N型PLC為例說明，點選“FX2N(C)”亮后左鍵單擊進行確認，按“確認”完成創(chuàng)建流程； 圖5 1-6進入GX Developer 7.08軟件使用畫面； 圖6 2）寫入PLC程序并轉換： 2-1打開GX Developer軟件后，并建立新工程后，軟件運行模式默認為“寫入模式”，光標默認停留于第0步位置，鼠標移至該位置，點擊右鍵，在出現的下拉菜單內選擇“行插入”； 圖7 2-2行插入后，END結束步前增加灰色區(qū)域，此區(qū)域內可輸入梯形圖語句； 光標位置移動方法——①鼠標自由移動，點擊鼠標左鍵確定光標位置 ②鍵盤的方向按鍵“↑、↓、←、→”，按鍵一次移動一格，多次執(zhí)行“行插入”，可多增加梯形圖輸入灰色區(qū)域?！靶胁迦搿睍r灰色區(qū)域增加方向，按光標位置向上； 圖8 各按鍵基本包括了梯形圖繪制常用的輸入觸點、輸出線圈、連接線等常用繪制指令，按需求點擊相應按鍵； 圖9 2-4以“LD X1”為例說明，鼠標點擊“梯形圖標記”工具條第一個按鍵，顯示“梯形圖輸入”提示框，鼠標移至第二格，點擊左鍵進入文本框，框內輸入從X、Y、M、T、S、C等軟元件的編程值如“X1”，按“確定”； 圖10 2-5“LD X1”程序步生成，光標位置自動向后移動一格 圖11 2-6同前操作分步輸入PLC程序，時間繼電器T0輸入時在“梯形圖輸入”提示框內順序輸入“T0”→鍵盤空格鍵→“K20”，形成梯形圖； 圖12 2-7順序點選主菜單欄中“變換”→“變換”，將編輯的程序梯形圖變換為PLC可識別的內部語言指令； 圖13 2-8 PLC程序轉換完成； 圖14 2-9順序點選主菜單欄中“工具”→“程序檢查”，進行程序檢查； 圖15 2-10“程序檢查（MAIN）”提示框內，檢查內容默認為全部選擇，檢查對象默認為選擇“當前的程序作為對象”，點選“執(zhí)行”，如有出錯，則于文本框內會顯示出錯的軟元件名稱、出錯步數、出錯原因說明； 圖16 5.2三菱仿真軟件 3） 進入仿真軟件 GX Simulator 6C： 3-1順序點選主菜單欄中“工具”“梯形圖邏輯測試起動”； 圖17 3-2顯示“LADDER LOGIC TEST TOOL”提示框，不要有任何操作干擾 圖18 3-3軟件自動運行，同時顯示“PLC寫入”提示框，不要有任何操作干擾 圖19 3-4軟件啟動完成，“LADDER LOGIC TEST TOOL”提示框內變化如圖，“RUN”變色為黃色，“運行狀態(tài)”欄選為“RUN”，此提示框內不要有任何操作 圖20 3-5軟件啟動完成，顯示窗口畫面如圖，軟件運行模式默認為“監(jiān)視模式”； 圖21 3-6出現的“監(jiān)視狀態(tài)”提示欄顯示PLC處于“RUN”狀態(tài)及程序單循環(huán)執(zhí)行周期時間，該提示欄可關閉； 圖22 4）PLC程序仿真運行/PLC程序軟元件測試： 說明：仿真運行環(huán)境下，光標位置顯示藍色全色，處于接通狀態(tài)的輸入觸點、輸出線圈顯示藍色，對時間繼電器T、狀態(tài)寄存器C、數據寄存器D等軟元件均顯示當前運算數值 4-1順序點選主菜單欄中“在線”→“調試”→“軟元件測試”；； 圖23 4-2進入“軟元件測試”提示框畫面； “位軟元件”——欄內可輸入X\Y\M\C\S等位軟元件，點擊“強制ON”接通軟元件觸點或線圈，點擊“強制OFF”斷開軟元件觸點或線圈，短促間隔點擊“強制ON/OFF取反”可以近似模擬觸發(fā)點動開關動作；“字軟元件”——欄內可輸入T/D等字軟元件；在“設置值”框內輸入模擬設置值，點擊“設置”按鍵開始時間繼電器、數據寄存器相關的仿真運算；“執(zhí)行結果”——欄內顯示各類軟元件仿真運行的結果； 圖24 4-3本文以輸入觸點“X1”的模擬開關為例說明，鼠標移至“軟元件測試”提示框內“位軟元件”的“軟元件”欄，左鍵點擊進入，輸入“X1”，左鍵點擊“強制ON”，“執(zhí)行結果”欄內顯示“X1”為“強制ON”； 圖25 4-4同時可以仿真多個位軟元件，如“X2”，輸入操作如前項； 圖26 4-5在輸入多個位軟元件時，可鼠標左鍵點擊“軟元件”欄目下拉箭頭“▼”后，移動藍色顯示條確定測試的軟元件對象； 圖27 4-6對于不同類型的軟元件觸點的測試中仿真、復位、觸點塊顏色變化列表如下： 觸點類型 仿真動作啟動按鍵 模擬狀態(tài) 仿真復位按鍵 觸點塊顏色 常開 強制ON 接通 強制ON/OFF取反 白色→藍色 常閉 強制ON 斷開 強制ON/OFF取反 藍色→白色 上升沿脈沖 強制ON 短促接通 強制ON/OFF取反 白→藍→白 下降沿脈沖 強制OFF 短促接通 強制ON/OFF取反 白→藍→白 4-7如“執(zhí)行結果”欄顯示內容過多，不利清晰判讀，可點選“清除”，在圖示提示框內點選“是”。 圖28 4-8點選“軟元件測試”提示框內“關閉”，則退出PLC程序軟元件測試模式。 5） 退出仿真運行/返回寫入模式： 5-1順序點選主菜單欄中“工具”→“梯形圖邏輯測試舊結束”； 圖29 5-2點擊圖示提示框內“確定”，結束梯形圖邏輯測試，退出仿真運行； 圖29 圖30 5-4如需繼續(xù)修改編輯PLC程序，需由“讀出模式”轉為“寫入模式”，鼠標左鍵點擊程序工具條（圖9）處第3個按鍵轉為“寫入模式”； 圖31 6）保存程序/退出軟件： 6-1保存程序需處于“讀出模式”或“寫入模式”，對于新建程序，需順序點選主菜單欄“工程”→“另存工程為”； 圖32 6-2圖示為按GX軟件安裝目錄下默認的程序保存路徑，可以在“另存工程為”提示框內的“工程名”欄內輸入擬存程序識別名稱后，點擊保存。 結論 通過本次畢業(yè)設計我又學習到了很多的新知識，比如PLC的編程以及它的控制原理，還有液壓傳動和變頻器調速等。因為我是一名機械制造方面的學生，而對于電氣方面的知識不是十分了解，而選擇了這個課題對我而言有難度。在這個過程中我查閱了很多的資料，把這個課題分割成了三個大的部分：液壓傳動系統(tǒng)，PLC的編程和控制，最后是模擬仿真，這樣問題就變得清晰多了，而這也是我這次設計中最大的收獲--如何找到好的方法解決好問題。也許大海再大，還是會有邊界的，但知識是無窮盡的。我們一定會在以后的工作生活中遇到各種各樣的難題，很多的問題會很棘手，但只要我們找到好的方法，秉持著堅定的信念，那么我們會像一位偉人說的那樣——我們必須要成功，我們也必將成功。 致 謝 首先，我要感謝重慶理工大學，感謝機械工程學院對我四年的培養(yǎng)，讓我學到了許許多多的知識，感謝各位老師在這四年里對我的關懷與照顧，在此致以我深深的謝意。 本論文從選題到最后定稿成文，本校張明德老師一直給予了悉心指導，張老師那種嚴謹求實的作風，廣博深邃的洞察力，孜孜不倦的開拓精神和敬業(yè)精神令我深受啟迪和教益，謹向我的指導老師張老師致以深深的謝意。 最后我還要感謝和我一組的文川同學，我們兩相互討論，相互幫助，在這次畢業(yè)設計過程中他給了我很多的啟示，真誠的感謝。 參考文獻 ［1］楊曙東、何存星.液壓傳動與氣壓傳動.第三版.2008年 武漢 華中科技大 學出版社 ［2］雷天覺.新版液壓工程手冊.2005年9月.北京 北京理工大學出版社 ［3］周恩濤、徐學新.液壓系統(tǒng)設計元器件選型手冊.2007年8月.北京 機械工業(yè)出版社 ［4］馮清秀、鄧星鐘.機電傳動控制.第五版.2011年6月.武漢 華中科技大學出版社 ［5］王萬麗、郝慶文.三菱系類PLC原理及應用.2009年1月.北京 人民郵電出版社 ［6］廖長初.FX系列PLC編程及應用.2005年4月.北京 機械工業(yè)出版社 ［7］肖明耀.三菱FX系列PLC應用技能實訓.2010年4月.北京 中國電力出版社 ［8］張樹臣.學刊電氣控制線路圖.2011年12月.北京 中國電力出版社 ［9］阮友德.PLC、變頻器綜合應用實訓.2009年.北京 中國電力出版社 [10］黎冰.變頻器實用手冊.2011年.北京 中國電力出版社 ［11］黃國志.系列三相異步電動機技術手冊.2004年1月.北京 機械工業(yè)出版社 ［12］姚稚耕.電器自動化控制.2004年.北京 機械工業(yè)出版社 [13]吳宗澤 .機械設計手冊.2004年.北京 機械工業(yè)出版社 ［14］鄭堤、唐可洪. 機電一體化設計基礎.2007年7月. 北京 機械工業(yè)出版社 45