PLC气动装置课设最终.doc

目 录

第一章 绪论………………………………………………………………………2
第二章 设计过程…………………………………………………………………4
2.1 PLC 在气压传动控制的工作原理……………………………………………4
2.2气压传动控制的工艺过程分析………………………………………………5
2.3气压传动机械手的电磁阀状态表……………………………………………6
2.4 PLC点数的确定及I/O地址分配……………………………………………7
2.5 PLC电气接线图………………………………………………………………8
2.6 气压传动系统的单步单循环顺序功能图……………………………………9
2.7 气压传动控制的运行梯形图…………………………………………………10
第三章程序调试……………………………………………………………………13
第四章结论…………………………………………………………………………14
第五章参考文献……………………………………………………………………15

第一章 绪论
气压传动系统按照选用控制元件来分类，主要可分为如下几类：气阀控制系统，逻辑元件控制系统，射流元件控制系统 其中气阀控制系统又分为全气阀控制系统与电子电气控制，电磁阀转换系统。气压传动系统组成1气源装置 获得压缩空气的设备，空气净化设备。如空压机，空气干燥机等 2执行元件 将气体的压力能转换成机械能的装置，也是系统能量输出的装置。如气缸，气马达等 3控制元件用以控制压缩空气的压力，流量，流动方向以及系统执行元件工作程序的元件。如压力阀，流量阀，方向阀和逻辑元件等 4·辅助元件起辅助作用，如过滤器，油雾器，消声器，散热器，冷却器，放大器及管件等。
气压传动的优缺点，优点1、用空气做介质，取之不尽，来源方便，用后直接排放，不污染环境，不需要回气管路因此管路不复杂。2、空气粘度小，管路流动能量损耗小，适合集中供气远距离输送。3、安全可靠，不需要防火防爆问题，能在高温，辐射，潮湿，灰尘等环境中工作。4、气压传动反应迅速。5、气压元件结构简单，易加工，使用寿命长，维护方便，管路不容易堵塞，介质不存在变质更换等问题。 缺点1、空气可压缩性大，因此气动系统动作稳定性差，负载变化时对工作速度的影响大。2、气动系统压力低，不易做大输出力度和力矩。3、气控信号传递速度慢于电子及光速，不适应高速复杂传递系统。4、排气噪音大。
气压传动系统是以压缩空气为工作介质，依靠密闭工作容积变化相等的原则，实现动力传递和工程控制的系统。气压传动的基本工作原理是与液压传动相似的。要在理解液压传动工作原理的基础上来理解气压传动的工作原理。液压传动中的压力的传递(力比例关系)、运动传递(运动关系)、功率关系及其计算公式同样适用于气压传动。因此，在气压传动中工作压力取决于负载，而与流人的气体多少无关；活塞的运动速度取决于进入气缸的气体流量，而与气体压力大小无关，仍然是两个重要的基本概念。同样在气压传动中的功率P可以用压力p和流量q的乘积来表示，压力p和流量q仍是气压传动中的两个重要参数。一、空气的物理性质 自然界的空气是由若干气体混合组成的，其主要成分是氮(N2)和氧(02)，其他气体占的比例极少。此外．空气中常含有一定量的水蒸气，我们把含有水蒸气的空气称为湿空气。大气中的空气基本上都是湿空气。我们把不含有水蒸气的空气称之为干空气。二、压缩空气的析水量
在一定的温度下，湿空气中所能含有的水蒸气的量存在一个极限值，这就是饱和绝对湿度或饱和含湿量。这个极限值随温度的上升而上升。在一般情况下，湿空气的含湿量是小于饱和含湿量的，湿空气处于不饱和状态。当含湿量超过饱和值时，水分就再也不能以蒸气状态存在于空气中。而要变成水滴凝析出来，这种情况经常发生在湿空气冷却的时候。使湿空气中的水蒸气因冷却而开始凝析成水的温度，称为该湿空气的露点。湿空气被压缩后，使原来在较大体积内含有的水蒸气都要挤到较小的体积里来，这样单位体积里所含的水蒸气量增大。由于压力的上升必定伴随着温度的上升，因此，气体的相对湿度总的来说变化不太大。但是压缩空气一旦被冷却下来，其相对湿度将大大增加。到温度降到露点以下，水蒸气就要凝析出来。
本次课设主要目的是通过介绍气动元器件工作原理, 运用气动回路各种控制形式实现顺序动作, 能够让学生充分了解气动自动化控制技术, 并初步掌握气动回路的设计方法。在常用气动多执行元件行程顺序动作回路中, 通常有全气控和电气控两种方法, 而由电气技术参与的电气控制已由普通继电器回路控制发展成可编程控制器( PLC) 控制, PLC 控制具有工作可靠、编程简单、使用方便等特点, 在工业自动化控制中应用愈来愈广。因此, 在气压传动控制的实验中, 增加
PLC 控制内容,具有一定的现实意义。
PLC 即可编程逻辑控制器，与工控机IPC ，单片机 统称为自动化三大支柱，工业控制都可以用 PLC 来完成。PLC 应用分为开关量、模拟量、伺服定位、总线通信。PLC 可编程控制器在机电领域用的很广，大部分设备或产线的自动化控制会用PLC来完成。PLC是由输入、输出和控制器三部分组成，控制器是核心，输入、输出是关键。在当今的工业界，只要涉及控制的地方，都离不开PLC这个大脑，简单的讲，可大概分为两个领域：
其一为单机控制为主的一切设备自动化领域，比如：包装机械、印刷机械、纺织机械、注塑机械、自动焊接设备、隧道盾构设备、水处理设备、切割、多轴磨床、冶金行业的辊压、连铸机械。这些设备的所有动作，加工都需要靠依据工艺设定在PLC内的程序来指导执行和完成，就如人的大脑；
其二为过程控制为主的流程自动化行业，比如污水处理、自来水处理、楼宇控制、火电主控、辅控、水电主控、辅控、冶金行业、太阳能、水泥、石油、石化、铁路交通...也太多了。这些行业所有设备的连续生产运行，总存在许多的监控点和大量的实时参数，而要监视、控制、和采集这些流程参数和相关的工艺设备，也必须依靠PLC这个大脑来完成，当然传统叫法也有DCS，尽管设计之初的理念不一样，但现技术路线已逐渐融合。
20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

第二章 设计过程
2.1 PLC 在气压传动控制的工作原理
PLC 控制方案中的各缸及控制元件的平面布置如图1 所示,将各种气缸及控制元件安装在实验基板和相应支架上, 因为气缸的活塞上置有永久磁环, 利用直接安装在缸筒上的电子舌簧式或磁—电式磁性开关来检测气缸活塞位置, 使气缸行程位置检测方便、结构紧凑。采用集中进气、集中排气结构的电磁换向阀组中PLC 控制7 缸行程顺序动作平面示意图的电磁阀有单电控、双电控两种控制形式,且为两位三通或两位五通阀结构。气缸速度控制通过单向节流阀实现, 这种阀还可以直接安装在气缸上, 如双杆双作用缸B、摆动气缸F、单作用气缸G等, 使调速更加方便。用此多自由度执行装置来模拟气动机械手的供料动作。
气动机械手的动作过程是: 按下启动电源启动按钮SB1 A 缸送料—到位开关ST1 B 缸下降—到位开关ST2 C (连接吸盘) 抓料、B 缸延时提升—到位开关ST3 D 缸右移、A缸退回—到位开关ST11 G 缸推料、到位开关ST4 B 缸下降—到位开关ST5 E 缸抓料、到位开关ST5 G 缸退回,到位开关ST10延时后C 放料、ST7 B 缸提升、D 缸左移—到位开关ST8 F 缸翻转180°—到位开关ST9 E 缸放料、F 缸复位。为使输送过程自动循环进行, 用自制料筒连续地将盘状零件送至单作用缸G的活塞杆前方, 实现自动加料。

除摆动缸F 由一个双电控电磁阀控制外, 其余执行元件分别采用单电控电磁阀控制; 单作用缸和真空发生器采用两位三通阀, 其余则为两位五通阀控制。(1) 输入信号: 在气缸A、B、D 上各安装两个电子舌簧式磁性开关, 在摆动缸F 上安装两个磁-电式磁性开关, 检测它们的行程位置, 其它无发信装置的真空发生器C、单作用缸G和手指气缸E 等执行元件则采用同上述执行元件并联或延时的方式工作;设置主令按钮启动、停止各一个。(2) 输出信号: 控制执行元件的电磁阀, 共8 个线圈。

2.2气压传动控制的工艺过程分析
气压传动控制机器工艺过程可表述如下：
PLC控制方案中采用气动系统控制，动作过程包括A 缸送料—B 缸下降— C (连接吸盘) 抓料、B 缸延时提升—D 缸右移、A缸退回—G 缸推料、B 缸下降—E 缸抓料、G 缸退回,延时后C 放料、B 缸提升、D 缸左移—F 缸翻转180°—E 缸放料、F 缸复位等。气动系统中相应电磁阀通断电决定某一动作的实现。
控制要求：利用PLC实现气压机控制的各缸及控制元件的手动及单步运行自动控制。
2.3气压传动机械手的电磁阀状态表
松开
ST1

动作名称
发令元件
电磁阀1YA
电磁阀2YA
电磁阀3YA
电磁阀4YA
电磁阀
5YA
电磁阀
6YA
电磁阀
7YA
电磁阀
8YA
A 缸
送料
SB1
+

B 缸
下降
ST1
+
+

C
抓料
ST2
+
+
+

B 缸延
时提升
T0000
+

+

D 缸右移
A缸退回
ST3

+
+

G 缸推料
B 缸下降
ST4 ST11

+
+
+

E 缸抓料
G 缸退回
ST5 ST6

+
+

+
+

延时后
C 放料
T0001

+

+
+

B 缸
提升
T0002

+
+

D 缸
左移
ST7

+

F 缸
翻转180°
ST8

+
+

E 缸放料
F 缸复位
ST9\ T0003

+
表2.1 电磁阀顺序功能表

2.4 PLC点数的确定及I/O地址分配
根据实验要求选择输入14，输出8，地址分配如表2.2，表2.3所示：

表2.2 气压传动机PLC输入端接口分配表
元件名称
分配地址
发令行为
SB1
1.00
电源启动
10ST
0.10
停止∕复位
1ST
0.00
B缸下降
2ST
0.01
C抓料
3ST
0.02
D右移 A退回
4ST
0.03
B下降
5ST
0.04
E抓料
11ST
0.06
G推料
6ST
0.05
G退回
7ST
0.07
D缸左移
8ST
0.08
F缸翻转180°
9ST
0.09
E缸放料
SB2
1.01
转换开关
SB3
1.02
单步按钮

表2.3 气压传动PLC输出端接口分配表
元件名称
分配地址
发令行为
1YA
100.00
A缸送料
2YA
100.01
B缸下降
3YA
100.02
C缸抓料
4YA
100.04
D缸右移
5YA
100.03
G缸推料
6YA
100.07
E缸抓料
7YA
101.00
F缸翻转180°
8YA
101.01
F缸复位

2.5 PLC电气接线图
根据端口分配表，绘制的电气接线图如下图2.2所示：

电源启动按钮SB1

1.00
停止按钮ST10
0.10

C抓料ST2
0.01
0.00
B缸下降ST1
CP1H

D右移 A退回ST3
B下降ST4
1YA
0.02
100.00

2YA
100.01
0.03

E抓料ST5
0.04

G推料ST11
3YA
100.02
0.06

G退回ST6
4YA
100.04
0.05

0.09
C缸放料ST10

5YA
100.03

0.07
D缸左移ST7

6YA
0.08
F缸翻转180°ST8
100.07

PLC
COM
101.00

7YA
101.01
1.01
0.09
E缸放料ST9

8YA
1.02
转换开关SB2

AC 220V

COM
单步按钮SB3

DC 24V

图2.2 气压传动系统的PLC电气接线图

2.6 气压传动系统的单步单循环顺序功能图
A200.11

100.00
W1
1.00

0.00

100.01
100.00
W2

0.01

100.00
TIM0
100.01
100.02
W3

100.00
100.02
W4
T0000

0.02

W6
100.02
100.04
W5

0.06

0.03

100.03
W8
100.02
100.01
W7

0.05

0.04

TIM1
100.1000000
100.04
100.025
100.07
W10
W9

T1

TIM2
100.07
100.01
100.02
W11

T2

0.07

100.07
100.04
W12

0.08

100.07
W13

0.09

101.00
100.07
TIM3
W14

T3

W153

101.01
W163

0.10

图2.3气压传动系统的单步单循环顺序功能图

2.7 气压传动控制的运行梯形图

图2.4 气压传动控制的运行梯形图

由于本课程设计要求为利用PLC实现气压传动系统的单步及单循环运行控制，因此在编写梯形图时设计了一个手动/单循环转换开关，当不按下SB2时程序实现单循环控制，这时即使再按手动控制按钮也不能控制每一步的启动。只有当按下按钮SB2时，相应的步及动作触发，实现单步控制，即按下每一步的发令开关，相应的步及动作触发。

第三章 程序调试
通过列电磁阀状态表，完成顺序功能图的编制，然后转换成梯形图，最后把梯形图带到实验室，在热加工控制模拟实验台输入梯形图程序，实验前将电源挂板通过导线与可编程控制器相连，以便给PLC工作时供电。根据事前选好的所需输入与控制面板上相应的按钮及开关用导线连接，所需的输出与控制面板上的发光二极管连接，发光二极管的亮灭用以代替实际中动作的执行与否。输出与控制面板上的按钮或开关相连。实验挂板上输入元件的公共端连在24V电源的负极上，PLC上输入信号的公共端（COM）接到24V电源的负极，实验挂板上输出元件的公共端连在5V电源的负极上，PLC上输出信号的公共端要接到5V电源的正极。等所有输入，输出都接好以后，打开电源开关，接通可编程控制器的电源，输入并执行程序，根据程序内容按下相应的开关或按钮，通过发光二级管的亮灭来观察程序是否运行。在实验室中的可编程控制器调试，按下相应的开关、按钮，触发相应的动作，说明该程序可以运行，实现了PLC在气压传动控制实验中的应用。

第四章 结论
这次课程设计，通过对气压机工作原理的研究，实现了气压机控制的动作过程包括A 缸送料，B 缸下降，C ( 连接吸盘) 抓料、B 缸延时提升，D 缸右移、A缸退回， G 缸推料、B 缸下降，E 缸抓料、G 缸退回, 延时后C 放料、B 缸提升、D 缸左移， F 缸翻转180°，E 缸放料、F 缸复位。本程序共包括14个输入点，8个输出点，4个时间继电器。经过调试后每一步的输入对应的输出都满足要求，时间继电器控制放料的过程，并编制了顺序功能图及梯形图实现了气压传动控制的单步及单循环自动控制。

第五章 参考文献

[1] 张晓萍.锻造生产过程自动化.北京:机械工业出版社,1998.5
[2] 王永华.现代电器控制机PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社,2003.9
[3] 樊自田.材料成型装备及自动化.北京:机械工业出版社,2006.4
[4] 张利平.液压传动系统及设计.北京:化学工业出版社,2005.8
[5] 王守城,段俊勇.液压系统PLC控制实例精解.北京:中国电力出版社,2010.11
[6] 胡海清,刘雪雪.PLC与自动生产线技术.北京:北京理工大学出版社,2010.7
[7] 叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册.北京:机械工业出版社,2004.8

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