电气工程及其自动化专业设计论文

电气工程及其自动化专业设计论文内容摘要：

的基础上，通过分析设备的控制要求，制定 通用程序控制平台 的总体设计方案。 同时完成设计任务的分解 (即 功能模 块的划分 )、 输入 /输出地址空间 分配等基础性研究工作。 (2) 制定 开关量控制 解决 方案。 分析 加 工过程的开关量控制要求 ， 分解出设备加工的基本动 作， 提取出通用于液压设备 开关量控制 的动作关系表。 (3) 制定 顺序 控制的 解决 方案。 借鉴数控代码编程思想， 结合设备加工流程， 定义 通用于液压设备加工的加工 代码 ， 并 根据代码实现的功能对 其 进行分类。 用户 编写加工 程序 时 ，可 根据具体控制要求自定义代码组合 ，灵活地设定加工流程。 (4) 利用西门子公司开发的与其 PLC 配套的编程软件 STEP7，选用梯形图语言编写 完整 程序，完成 通用程序控制 平台 核心 功能模块 (手动功能模块、自动功能模块和辅助功能模块 )的设计。 (5) 结合 实际的充液拉深设备 ，编写 梯形图程序实现 模拟量处理 、输入输出变量处理等 与加工现场有关的信号处理 程序。 (6) 进行人机界面设计， 使用 WINCC PLEXIBLE 组态软件编写触摸屏程序，进一步完善 通用程序控制平台 的 软件系统 功能 ，为用户进行设备操作提供更大的方便。 哈尔滨工业大学成人高等教育 本科 毕业设计（论文） 6 第 2章 充液拉深控制系统 的组成和工作原理 充液拉深设备的基本结构 充液拉深设备的基本结构分为三个部分 ： 液压成形模具、液压系统和自动控制系统。 如图 21所示： 图 21 充液 拉深装备结构示意图 液压控制部分有两个独立的压力控制回路：压边压力控制回路和液室压力控制回路。 两回路的压力调控均由比例溢流阀实现，可方便的进行压力设定和远程控制。 在比例溢流阀和充液室之间采用增压器，以实现液室的局部高压。 电气控制部分由现场操作盒、电气控制柜、行程开关分线盒、电磁阀分线盒等组成。 电控柜内有与比例阀配套使用的比例放大器、 PLC 控制器及其扩展模块、开关电源、控制开关、接线插排等。 电控柜前门上安装有一个触摸屏、若干开关、按钮和指示灯，是加工操作的核心部分。 哈尔滨工业大学成人高等教育 本科 毕业设计（论文） 7 充液拉深控 制系统 的组成 充液拉深控制 系统 的 基本 结构 一般机械设备的电气控制系统 是由输入设备、执行机构和逻辑控制三部分所组成的控制系统， 也可以依据设备运行情况实现反馈控 制， 输入设备用于系统的信号采集 ， 接收从开关、按钮、继电器触点、传感器等输入的现场控制信号。 逻辑控制部分实现电路控制或通过 PLC 对输入信号进行计算处理，转换滞后的控制信号用于控制执行机构、驱动接触器、电磁阀和指示元件等负载。 控制分为两大类：一类为传统的以继电器、接触器为主的电气控制系统，其控制逻辑完全由硬件组成；另一类为基于 PLC 的电气控制系统，其控制逻辑由编程软件来实现。 充液拉 深设备的控制系统采用的是基于可编程逻辑控制器的控制，其基本结构 如图 22所示。 „输 入 设 备„输 出 设 备操 作 按 钮PLC限 位 接 近 开 关电 磁 开 关 阀 泵 电 机比 例 溢 流 阀 压 力 设 定电 接 点行 程 开 关信 号 灯 图 22 充液拉深设备电气系统基本 结构 图 充液拉深 PLC 控制系统的硬件配置 充液拉深 PLC 硬件 系统主要配置如 图 23 所示。 哈尔滨工业大学成人高等教育 本科 毕业设计（论文） 8 M P 2 7 7S M 3 2 16 E S 7 3 1 5 2 A G 1 0 0 A B 0 S M 3 2 1S M 3 3 1D ID OS M 3 3 2S M 3 2 2 S M 3 2 2 图 23 PLC 硬件系统结构图 中央处理模块：选用 CPU 3152DP，订货号 6ES7 3152AG100AB0。 数字量 扩展 模块 ： 选用 6ES7 2231BH220XA8。 模拟量输入模块 (AI)：选用 6ES7 3211BH020AA0。 模拟量输出模块 (AO)：选用 两块 6ES7 3221BH010AA0。 用可编程控制器作为一台机器设计控制系统 ， 当工艺参数较多时 ， 必需使用交互操作功能的图形化人机界面 [13]。 这种情况下采用触摸操作功能的触摸显示屏是一种很好的选择。 为配套西门子公司的 S7300 系列 PLC，触摸屏选用MP277 6AV6 6430CD011AX1。 充液拉深 PLC 控制 系统的 I/O 地址分配 应用于具体 设备 控制其加工，需要根据实际系统配置的通道与接 点号分配给每一个输入信号和输出信号。 进行 通用程序控制平台 设计之前，首先应全面规划数字量输入 /输出模块、模拟量输入 /输入模块的地址分配。 具体的 I/O 地址分配见表 2表 22。 表 21 模拟量输入输出地址分配 序号 对象 代号 地址 1 压边比例溢流阀 PV1 PQW352 2 液室比例溢流阀 PV2 PQW354 3 压边压力传感器 PT1 PIW320 4 增压器低压端压力传感器 PT2 PIW322 5 增压器高压端压力传感器 PT3 PIW324 6 滑动电阻位移传感器 LR PIW326 哈尔滨工业大学成人高等教育 本科 毕业设计（论文） 9 表 22 数字 量输入输出地址分配 充液拉深控制系统的工作原理及控制要求 充液拉深设备的自动控制系统要求能实现自动及手动两种控制方式。 液压控制原理图如附录 1 所示。 设备在正常工作时处于自动控制方式。 当处于 “ 自动方式 ” 时，控制系 统可根据由触摸屏上输入的用户加工程序自动地完成加工操作。 当处于 “ 手动方式 ” 时，允许用户通过电控柜上的动作按钮来调整设备或手动完成加工操作。 设定手动控制方式主要原因有个： (1) 设备在压制不同形状的工件时，能准确调整其工作范围。 (2) 进行设备调试。 设备出现故障时，便于快速查找故障原因。 手动方式 该方式下通过电控柜上手动部分按钮完成下列功能。 电控柜面板如图 24。 具体控制要求如下。 导线定义 导线定义 输入 作用 输入 作用 增压器左行按钮 压差检测 1 (11) 增压器右行按钮 压差检测 2 (12) 反胀卸压按钮 压差检测 3 (29) 压边上行按钮 控制电源检测 压边下行按钮 增压器左限位开关 压机上行按钮 增压器右限位开关 压机下行按钮 压边上限位开关 模式选择开关 压边细脖接近开关 启动按钮 压边下限位开关 归零按钮 总报警指示灯 压边电机启停 自动加工指示灯 增压器电机启停 反胀指示灯 补油电机点动 压边电机指示 急停按钮 增压器电机指示 哈尔滨工业大学成人高等教育 本科 毕业设计（论文） 10 图 24 电控柜面板图 增压器左行 按下 “ 增压器左行 ” 按 钮，电磁溢流阀 14 之控制电磁铁5DT 得电，使阀关闭，油压提 高；电磁换向阀 9 之液室回油控制电磁铁 7DT得电，使换向阀处于回油位；同时电磁开关阀 15 之电磁铁 12DT 得电使该阀开通，增压器之活塞向左运动。 到达左限位 ， 5DT、 7DT、 12DT 失电，阀 14开通，阀 15 关闭，活塞静止。 (注： 左 行时， 出油油路上有一比例溢流阀10， 可利用电控柜上压力设置按钮中增 压器 “ 上升 ” 和 “ 下降 ” 按钮来 预先设置其给定值，以保证油路畅通。 ) 增压器右行 按 下 “ 增压器右行 ” 按钮 ，电磁溢流阀 14 之控制电磁铁5DT 得电，使阀关闭，油压提高。 电磁换向阀 9 之液室进油控制电磁铁 6DT得电，换向阀处于进 油位，使增压器之活塞向右运动。 释放该按钮， 5DT、6DT 失电，阀 14 开通，阀 9 关闭，活塞静止。 压边圈上行 按 下 “ 压边圈上行 ” 按 钮，电磁溢流阀 12 之控制电磁铁1DT 得电，阀关 闭 ，油压提高；电磁换向阀 8 之压边回油控制电磁铁 4DT 得电，换向阀处于回油位，同时电磁开关阀 16 之电磁铁 13DT 得电使该阀开通，压边圈向上运动。 上行过程中压边缸活塞离开细脖后， 13DT 失电，阀 16关闭，活塞靠浮力上升。 到达最上位后，释放该按钮， 1DT、 4DT 失电，溢流阀 12 开通，电磁阀 8 关闭，压边圈可保持在最上位。 注意，压边圈上行时，出 油油路上有一比例溢流阀，应预先设置其给定值 (一般为 100KN)，以保证油哈尔滨工业大学成人高等教育 本科 毕业设计（论文） 11 路畅通。 该给定值显示在主画面的压边压力给定框中，可利用电控柜上压力设置按钮中，压边 “ 上升 ” 和 “ 下降 ” 按 钮来调整。 压边圈下行 按下 “ 压边圈下行 ” 按 钮， 13DT 得电，开关阀 16 开通，压边圈靠重力下降。 当压边缸中活塞进入细脖后，电磁溢流阀 12 之控制电磁铁 1DT 得电，使阀关阀，油压提高； 13DT 失电，阀 16 关闭，同时电磁阀 8之压边进油控制电磁铁 3DT 得电，换向阀处于进油位，使压边圈继续向下运动。 到达最下位后释放该按钮， 1DT、 3DT 失电，溢 流阀 12 开通，电磁阀 8关阀，压边圈停在下位。 拉深滑块运动 按下拉深滑 块 “ 上行 ” 按钮，可使拉深滑块上升，释放该按钮滑块停止运动。 按下拉深滑块 “ 下行 ” 按钮，可 使拉深滑块下降，释放该按钮滑块停止运动。 反胀操作 点 击 “ 反胀 /卸压 ” 按钮可在反胀与卸压两状态间切换，“ 加工指示灯 ” 指 示当前状态，指示灯亮时表示处于反胀状态。 反胀时，压边压力和液室反胀力均处于伺服控制状态，其伺服压力给定值通过电控柜上的压力设置按钮来设定，并可在触摸屏主画面上显示。 下面介绍 两主要油路各阀的状态情况。 增压器回路部分： 5DT 得电，溢流阀 14 关闭，油压上升； 6DT 得电，换向阀 9 处于进油位，增压器活塞向右运动； 12DT 得电，开关阀 15 开通，由比例溢流阀 10 控制反胀压力。 压边缸回路部分： 2DT 得电溢流阀 13 关闭，采用高压泵供油； 3DT 得电，换向阀 8 处于进油位，压边压力增大；13DT 得电，开关阀 16 开通，由比例溢流阀 11 控制压边压力。 卸压操作 卸 压时，将压边压力和液室反胀力解除。 增压器回路部分：5DT 失电，溢流阀 14 开通，降低油压。 同时 6DT 失电，换向阀 9 关闭。 液室压力给定应调小以降低压力。 压边回路部分： 2DT 失电，溢流阀 13 开通，降低油压。 同 时 3DT 失电，换向阀 8 关闭。 压边压力给定应调小以降低压力。 自动方式 在自动方式下，通过控制柜上的自动 “ 启动 ” 按 钮，可自动地完成一个拉深加工流程。 第一次进行自动加工之前，应在手动方式下，点击触摸屏上主画面中的 “ 凸模复位 ” 按钮，凸模自动回到参考点 (即滑块最上位 )。 用户 通过触哈尔滨工业大学成人高等教育 本科 毕业设计（论文） 12 摸屏选择调用已保存的加工程序或输入新的加工程序。 准备工作完成后，将模式开关拨到 “ 自动 ” 位 置，设备将自动 执行加工流程， 以下 是典型的拉深 步骤动作 ： (1) 加工指示灯点灯，自动完成整理工装的操作 ， 即滑块和压边圈自动上行到上位，增压器活塞自动 回到初位。 (2) 整理工装完毕后，加工指示灯灭，触摸屏上信息栏中 提示 “ 可安全上料 ”。 此时，现场操作盒上 “ 上料 /加工 ” 指示 灯灭，保证上料期间的安全，由操作人员手工上料或卸料。 (3) 上料完毕后，点击操作 盒上 “ 上料 /加工 ” 按钮，则该按钮上指示灯亮，表示可以开始加工，同时触摸屏上信息栏中提示 “ 可启动加工 ”。 此后由操作人员点击控制柜上或现场操作盒上的 “ 启动 ” 按 钮，即可开始自动加工，同时自动加工指示灯点亮。 (4) 加 工过程中，将自动实现下列动作：压边圈首先下行将工件压紧，然后滑块带动凸模下行。 到达反胀点后，暂停 6 秒 (可在参数画面中修改 )同时进入反胀伺服状态。 6 秒后滑块继续下行，压边力 、 液室力 和周向力 自动按程序设定进行调整。 凸模行进到预定深度后自动停止，同时进入卸压状态。 3 秒后(可在参数画面中修改 )，滑块自动上升回到初位。 如此重复 14 步，可连续进行加工。 本章小结 本章通过对充液拉深设备基本结构的介绍，引出对其控制系统的分析，其中 着重分析了充液拉深控制系统的 基本 组成和 其 PLC 硬件系统的 基本 结构，并对 I/O 地址进行了合理分配。 最后详细分析了设备的控制要求，为下一章 通用程序控制平台总体设计方案的提出提供了理论依据。 哈尔滨工业大学成人高等教育 本科 毕业设计（论文） 13 第 3章 通用 程序控制平台的总体设计 上一章已详细分析 了 充液拉深控制系统的控制要求， 本章针对 具体控制要求的 实。