基于plc的点焊机控制系统毕业论文说明书(编辑修改稿)

基于plc的点焊机控制系统毕业论文说明书(编辑修改稿)内容摘要：

度X Y 轴动 作焊 枪 工作按 下 二 次 启 动按 钮P L C 输 出 脉 冲Z 轴 到 达 设 定 位 置X Y 到 达 设 定 位 置焊 接 完 成Z 轴 到 达 设 定 位 置X Y 到 达 设 定 位 置开 始焊 接 完 成触 发 X Y 限 位 开 关 图 25 点焊机控制系统工艺流程图 打开电源，焊枪在原点位置等待。 当按下一次启动按钮， PLC 发送脉冲给伺服驱动器，伺服驱动器控制 X、 Y 轴的伺服电机，横梁和主轴开始运转，当达到设定的一次焊接的位置时，焊枪开始工作，焊接 2S 后，焊枪停止工作，回到设定的等待位置。 之后工作台带动工件旋转 45度，定位完成后横梁和主轴又开始运转，当到达设定的第二次焊接的位置时，焊枪又开始工作，焊接 2S 后，焊枪停止工作并回等待位。 工作台再次旋转 45度，横梁和主轴又 开始运转，当到达设定的第三次焊接的位置时开始第三次焊接，焊接完成后，回到等待位，最后工作台转到初始位置（反转 90 度），整个加工流程结束。 6 本章小结 本章首先介绍了点焊机控制系统的结构组成和工作原理，大概了解一下点焊机控制系统。 其次介绍了工艺流程，形象鲜明的把点焊机系统的工作过程在图上反应出来，便于理解，为下面的设计做好铺垫。 7 第 3 章 控制方案比较 方案比较 确定控制方案 下面比较继电接触器控制系统， PLC 控制控制系统以及单片机控制系统的优缺点，最后选择一种控制系统。 触器控制系统 继电接触器控制也称电气控制，主要是由继电器、接触器、按钮和行程开关等电气元件组成，主要是通过线圈的吸合来控制线路的开通和断开的。 具有以下优点：①电路抗干扰能力较强；② 电路图反应直观，容易掌握；③性价比高。 缺点：①体积庞大，线路复杂，故障检查维修困难，触点动作时容易产生电弧；②控制功能相对单一，当逻辑控制发生改变时，必须要修改整体线路，重新分配；③并且只能控制一些相对比较简单的开关量设备，不能控制有模拟量输入输出的设备。 单片机也称单片微型计算机，在一块半导体芯片上集成有输 入 /输出接口、程序存储器 ROM 和数据存储器 RAM、中央处理器 CPU、计数器和定时器以及内部、外部中断系统。 其优点是：①外部存储容量容易扩展，设计比较灵活；②成本低，外围的一些电路元器件价格也相对低廉；③编程使用 C 语言，相对方便，软件设计可以直接调用现有的子程序简单方便。 缺点：①系统的抗干扰能力较差；②硬件设计相对复杂，电路设计工作量大，系统开发时间长；③需要设计独立的电源，可靠性差； 控制系统 PLC 控制系统主要是由 PLC 与用户选择的输入输出设备连接而成的。 其具有以下优点：①控制功能较多，可以实现 计数、定时、算术运算以及逻辑运算等功能，通过编程可以实现复杂的控制功能；②采用触摸屏或上机位的控制，控制界面简洁易懂，当需要改变控制时，只需要改变程序即可，接线简单，通用性好，对各种控制系统都用很强的适应性；③没有机械触点，可靠性高，能有效避免电弧损害、接触不良等现象；④定时范围广并且精确；⑤耗电量小，体积较小，安装简单，接线和编程可以同步进行，扩展灵活多样。 缺点：①价格昂贵，成本较高；②体系结构比较封闭，各个 PLC厂家之间的硬件体系是互相不兼容的，编程语言与指令系统各不相同。 综上所述，并且结合实际，本次 设计的点焊机控制系统，输入输出点都比较多，而且有伺服系统在里边，所以继电接触器系统不适合采用。 单片机虽然体积小价格便宜但是其适合用于小型控制系统，如仪器仪表等，而 PLC 虽然价格较高，但是却更适 8 用于工业控制系统中。 所以，综合比较用 PLC 控制系统比继电接触器控制系统和单片机控制系统要合理。 确定控制方向 点焊机控制系统是一个庞大的系统，涉及到伺服反馈系统，作为毕业设计，如果将其中每个系统都介绍完整是不现实的，因此只侧重于系统的操作过程和软件的仿真，也就是所有的编程以及介绍只是简单的从操作下手的。 本章小结 本章介绍了控制要求和方案比较，方案比较包括控制方案的确定以及控制方向。 控制要求主要是对继电器控制系统、 PLC 控制系统以及单片机控制系统的比较，然后通过比较确定用 PLC 控制系统。 控制方向主要是对真空压力浸漆控制系统进行深入研究后，确定只研究操作过程，不深入研究各个系统。 9 第 4 章 硬件设计 控制要求 本次设计要求能实现各运动轴的精确定位，能用触摸屏方便快捷的进行机床的操作。 在工业生产中，安全需要放在首位，不单在软件上设置安全保障，硬件电路中也需采用空气开关和熔断器断路保护。 同时， 产品的质量是企业生存的保障，在保障安全的同时，应尽可能采取一切措施控制精度，提高产品质量。 为了确保程序不跑丢，我们需要设置在伺服驱动就绪的情况下，可编程控制器才能够运行，尽可能的降低次品率。 并且要求机床 X、 Y这两个运动轴的定位误差不超过。 控制方案 硬件的选型是系统运行的基础，因此要确保在以后的生产中使系统安全、稳定的运行。 这就要求在设计过程中，设计出性能较好、稳定的电路和选择性能良好的元器件。 我们所选的控制方案为： PLC 控制伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机来实现精确定位。 因此，选用合 适的可编程控制器和伺服系统是本次设计能否成功的关键。 硬件控制系统 图 41 硬件控制系统框图 由硬件控制系统框图可以看出焊枪是由继电器控制输出，继电器吸合焊枪工作，继电器断开，焊枪停止。 伺服电机由 PLC 发射脉冲至伺服驱动器，控制伺服电 机的方向和距离。 按钮和接近开关都是开关量输入，伺服反馈是信号输入，判断焊枪是否到达指定位置。 10 硬件选型 PLC 选型 1. PLC I/O 点数估算 首先统计被控设备对输入、输出点的总需求量， 其次 把被控设备的信号源一一列出，认真分析输入、输出点的信号类型。 本次设计输入点共 8个 (X轴信号输入、 Y 轴信号输入、 Z轴信号输入、一次启动按钮等 )，输出点 7 个（ X轴脉冲、 Y 轴脉冲等）。 根据以上分析，对 PLC 来说，需要提供 8 个输入点和 7 个输出点。 除了以上的输入输出点 以 外， PLC 与计算机、 触摸屏 等设备连接， 需要用专用接口，也应计算在内。 考虑到在实际安装、调试和应用中，还有可能发现一些估算中未预见到的因素，要根据实际情况增加一些输入、输出信号。 2. 信捷 XCM 系列 PLC 的特点 ： ① 集运动控制功能及普通 PLC 功能于一身的可编程控制器 ； XCM 系列运动控制型 PLC 不仅支持运动控制功能，同样支持普通 PLC 的绝大部分功能，包括高速脉冲、高速计数、中断、 PID 控制等。 ② 最多可支持 10轴脉冲输出 ； XCM 系列包含 3轴、 4 轴、 10轴脉冲输出，最大化满足了用户的控制需求。 ③ 优越的运动控制性能 ； 可实现两轴联动，支持普通 运动控制指令如圆弧，直线插补等。 ④ 平面转换功能 ； 支持平面转换 PLAN 指令，可进行 XY、 YZ、 XZ等的两轴联动转换。 ⑤ 可扩展 XC 系列开关量、模拟量模块以及 BD 板 ； 与 XC 系列 PLC 相似， XCM 系列同样支持模块和 BD 板的扩展，包括开关量、温度模拟量模块等。 根据设计要求，我们选用信捷 XCM24T4E 型 PLC，有编码器反馈。 本体支持运动控制指令，无需另加任何模块、 RS23 485 两种串口，方便各种上位机监控、强大的高速计数中断功能为客户大大节省了电气成本。 图 42 信捷 XCM24T4E 型 PLC 11 具体参数如下： ①输入输出点：输入点 X0～ X7 和 X10～ X15,输出点 Y0～ Y7 和 Y10～ Y11； ②编程方式：指令、 C 语言、梯形图并用； ③处理速度 :； ④定时器： 640 点， 100ms 定时器时设置时间 ～ 秒； 10ms 定时器时设置时间～ 秒； 1ms 定时器时设置时间 ～ 秒； ⑤计数器： 640 点， 16 位计数器时设置值 K0～ 32767； 32 位计数器时设置值 K0～2147483647； ⑥额定电压： AC100V～ 240V（超过 选用三相 220V） ⑦最大消耗功率： 15W 伺服电机的选型 ①步进电机为无反馈检测的脉冲操作电机系统，而伺服电机则按反馈信号进行控制。 ②步进电机依据脉冲数量及频率工作，相对于脉冲控制的伺服电机而言，两者 的控制方式相同。 ③步进电机一般为低速运行，应为步进电机转矩在高速运行时将逐渐降低，而伺服电机在额定转速内为恒转矩输出的运行状态。 ④相对于步进电机，伺服电机的运行速度范围较大，有利于速度差异较大的运行。 综上所述，步进电机没有反馈，而伺服电机有反馈。 而本设计的点焊机控制系统精度要求比较高，因此选用伺服电机比步进电机更好。 伺服电机主要分为两类：直流伺服电机和交流伺服电机。 选用伺服电机时，依下列步骤进行： ①查明负载机构的运动条件要求，机构的运动方式和运动速度等。 ②依据运动条件要 求选用合适的负载惯量计算公式，计算出负载惯量。 ③根据电机惯量与负载惯量选出适当的电机规格。 ④结合初选的负载惯量与电机惯量，计算出减速转矩与加速转矩。 ⑤根据摩擦系数、负载惯量、运行效率等计算出负载转矩。 ⑥负载转矩与加速转矩的和必须符合选用电机的运行转矩特性曲线及启动转矩特性曲线。 ⑦完成选定 在选用伺服电机时，需要依据以上步骤进行选型。 12 3．选型计算 依据设计要求，当横梁左右移动时，由丝杠控制，滚珠丝杠惯量 178。 ，减速齿轮惯量可忽略不计，电机转一圈丝杠移动 20mm，横梁重量为 200KG。 根据直线运动物体负载惯量计算如下： JL=W（△ S/20π）178。 （ ） △ S=20mm， W=200KG JLO=200 [20/（ 200π）178。 ]=（ 178。 ） （ ） 丝杠减速后的惯量为： 178。 =（ 178。 ） （ ） 负载惯量为 ＋ =（ 178。 ） 电机惯量为 178。 且考虑到现有因素，选用信捷公司的 MS110STM0503021P5 系列专用伺服电机，电机额定功率 ，额定转速 3000 转， ，额定转矩 5N m，极对数为 4，转子惯量 .178。 其中： MS— 电机系列 110— 机座号 ST— 正弦波驱动电机 M— 反馈元件代号 05030— 性能参数代号 2— 电压等级 1P5— 功率 图 43 信捷 MS110STM0503021P5 系列专用伺服电机 ： ① MS 系列伺服电机，可以采取水平方向或者垂直方向进行安装，但是如果错误安装在不合适的地方，则会缩短电机的寿命，或引发意想不到的事故。 ②在与机械连接时，使用连轴器，并使伺服电机的轴心与机械的轴心保持在一条直线上。 伺服驱动器的选型 伺服 驱动器是一 种控制器，主要 用来控制伺服电机， 是 属于伺服系统的一部分 ，其作用类似于变频器 控制 普通交流 电机。 主要应用于高精度的定位系统。 一般是通过速度 、 位置 和力矩三种方式对伺服 电机 进行控制，实现高精度 的传动系统定位。 本次设计我们选用与信捷 MS110STM0503021P5 系列专用伺服电机相配套的 DS221P5AS系列伺服驱动器。 最大适用电机容量 ，连续输出电流 6A rms，最大输出电流 18A rms，采用三 13 相全波整流 TGBT PWM 控制。 其中： DS2系列名称 2电压等级 220V 1P5适用电机容量 图 44 信捷 DS221P5AS 系列伺服驱动器 表 41 驱动器各端子介绍 ： ①安装时，使伺服驱动器的正面向工作人员，并使其垂直于墙壁。 ②为保证能够通过风扇以及自然对流进行冷却，在伺服驱动器的周围留有足够空间。 ③并排安装时，在横向两侧各留 10mm 以上，在纵向两侧各留 50mm 以上的空间。 另外，在伺服驱动器的上部安装冷却用风扇。 表 42 伺服驱动器 参数设置表 用户参数 名称 修改参数 意义 P510 伺服 ON 设定 /SON 伺服一直处于通电 电机停止方式设置 2 减速运行停止 P406 伺服紧急停止转矩 300 电机迅速停止 R S T 主电路电源输入端 P﹢ D C 再生制动电阻连接端子 U 马达连接端子 V W CN0 脉冲、方向输入输出线 CN1 编码器输出用连接器 CN2 编码器输入用连接器 14 续表 P200xxx□ 脉冲指。