基于FX系列PLC的冲床控制系统研究开题报告.doc

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1、 毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：基于FX系列PLC的冲床控制系统研究指 导 教 师: 2009 年3月22日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在

2、本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 本文阐述了可编程控制器（PLC）的结构、工作原理、发展趋势和三菱PLC的特点。然后阐述了PLC技术在数控上的运用和地

3、位。同时介绍了冲床的运动规律，简述了基于PLC在现代冲床上的运用，最后论述了课题研究内容和意义，并确定了该研究方案和进度安排。关键词 PLC 数控 冲床 1 引言可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，早期的可编程控制器称作为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）。它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的混淆，所

4、以将可编程控制器简称PLC。它具有编程简单,通用性强,抗锻压车间温度、湿度、振动、电源波动及电磁干扰能力强,可靠性高,体小, 维护方便, 设计、施工投产调试周期短等众多优点,广泛应用于自动化控制的各个领域1。2 PLC概述2.1 PLC的结构PLC主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等部分组成（如图1），其中CPU是PLC的核心，I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机连接。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。不同厂商生产的不同系列产品在每个机架

5、上可插放的模块数是不同的，一般为3-10块。可扩展的机架数也不同，一般为2-8个机架。基本机架与扩展机架之间的距离不宜太长，一般不超过10M 2。图1 PLC的组成2.2 PLC的基本工作原理PLC有微型计算机（简称微机）的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。而PLC则采用不断循环的顺序扫描的工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户的程

6、序进行运算处理，然后顺序向输出点法发出相应的控制信号3-4。PLC的扫描工作过程可概括如下：1) 每次扫描首先执行自诊断程序。自诊断内容为检查I/O口部分、存储器、CPU等，发现异常时，应停机并显示出错。2) PLC检测是否有与编程器、计算机等的通信请求，若有，则进行相应处理，如接收编程器的程序、命令和各种数据，并把状态、数据出错信息等送给编程器或计算机显示。如果有计算机等通信请求，也在这段时间内完成相应的数据接收、发送和显示等。3) PLC的中央处理器对各输入端进行扫描，并将输入端的状态送到输入状态寄存器，即输入采样阶段。4) 中央处理器将将指令逐条调出并执行，并对输入和原输出状态（或数据）

7、进行“处理”，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将结果送到输出状态寄存器，即程序执行阶段。5) 当所有指令执行完成之后，集中把输出状态寄存器的状态通过输出寄存器送到输出端，即输出刷新阶段。PLC经过以上5个阶段的工作过程，称作一个扫描周期。完成一个周期后，又重新执行上述过称，周而复始的进行扫描。2.3 PLC 的分类按I/O点数分为小型、中型和大型三类。小型PLC的I/O点数在256以下，其中小于64点的为超小型或微型PLC。中型PLC的I/O点数在2562048点之间。大型的PLC点数在2048以上，其中超过8192点的为超大型。按结构形式分为整体式和模块式。整体式PLC是将电源、CPU、

8、I/O部件都集中在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC常用这种结构，适用于工业生产中的单机控制或者联网群控。小型PLC的主要型号有三菱F1、F2、FX0N、FX1N等系列。模块式PLC是将PLC个部分分成若干个单独模块，如中央处理器模块、电源模块、输入模块、输出模块等分开配置。使用时可将这些模块分别插入机架底板的插座上。配置灵活、方便，便于扩展。可根据生产实际的控制要求配置各种不同的模块，构成不同的控制系统，一般大、中型PLC采用这种结构5。按功能分为低档机、中档机、高档机3类。按输出形式分为继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。2.4 PLC的发展趋势现在PLC的发展有两

9、个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展，即现今开始发展的嵌入式PLC控制方面；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。2.5 三菱PLC及特点三菱FX系列PLC吸收了整体式PLC的优点，其基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相等，相互之间的连接不需要使用基板，仅通过扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整体的长方体。FX系列PLC具有丰富的软硬件资源、强大的功能和很高的运行速度，可用于要求很高的机电一体化控制系统。而其具有的各种扩展单元和扩展模块可以根据现场系统功能的需要组成不同的控制系统6。3 冲床概述3.1 冲床概念冲压机构由机床本体、传

10、动系统、动力源、控制系统等组成。其中传动系统又由伺服电机,减速机,齿轮传动,曲轴传动,连杆。伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置,其作用是可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变

11、成循环(旋转)运动，是发动机上的一个重要的机件7-10。3.2 冲床动作及运动规律冲床的基本组成部分有电动机、飞轮、曲柄、连杆、滑块等，原理是把电动机及飞轮的旋转运动转变为滑块的直线运动。3.2.1 原有的继电器接触器控制方案及动作原理现在就以J H型冲床为例，说明一下原有继电器接触器式冲床的动作原理，它采用组台式摩擦离合器与制动器。离合器与制动器之间采用刚性联锁方式，离合器与制动器共用一个气缸。气缸进排气控制使用电磁空气分配阀电磁空气分配阀线圈得、失电。则气缸进、排气，实现离合与制动。要实现对冲床的操作规范，就归结为对空气分配阀线圈DT得失电的控制。该冲床要求实现单次脚踏、单次双手、双手连续

12、、单手寸动4个操作规范。所谓寸动操作规范是指压下寸动接钮，滑块产生运动，松开按钮，滑块停止运动；所谓连续是指压下连续开动按钮，滑块就连续运动，松开连续开动按钮，滑块照样运动，只有当按一下连续停止按钮，滑块在上死点才停止；所谓单次是指按下单次按钮，滑块从上死点运动到下死点再回到上死点后必定停止，即滑块完成一次锻冲工作后即自动停止，与是否仍压着或松开单次开动按钮无关。为了人身安全，该JH型冲床要求滑块从上死点向下运动在曲柄转角为0150度区域内，脚或手必须一直压住单次控制开关或按钮不放(防止手脚进入冲床工作区)，一旦松开，滑块立即停止运动。待曲轴从上死点向下转过150度时，脚或手才能松开，此时滑块

13、仍继续运动，不管脚或手是否仍按压着开关或-按钮，滑块运动到上死点时必然停止运动11。3.2.2 基于PLC技术的现代冲床用PLC改造原有的继电器接触器控制式冲床主要是解决了如下几个方面：1） 将油泵改为周期性间隔运转由于油泵在改造前是长期运转民，既多耗电，又多耗润滑油，同时还会使油外溢，污染环境。因此，用PLC控制间隔供油，并定时检测油泵的工作情况。如果油泵发生故障或油路阻塞，系统能及时自动停机，并指示出故障原因。2） 故障保护 无论系统出现什么故障，即使故障现象已排除，冲床也不会运转，必须等到手动复位后（表示操作者知道故障已经排除）才按要求运行。避免了操作者在不知道出现故障的情况冲床造成安全

14、事故，有效的保护了操作者的安全。3） 用PLC控制冲床的运动冲床有单次脚踏 、单次双手、双手连续、 单手寸动4个操作规范，设计中可以用PLC来分别控制这四个操作规范。4） 提高冲床的运行可靠性PLC控制的冲床的输入、输出是采用无触点开关型控制，线路简单，又没有高电压、高电流通过。所以故障少，维修方便。由于PLC具有控制可靠，功能齐全，响应速度快、抗干扰能力强等特点，使本系统可以更可靠的工作12-15。具体的功能模型如下图2所示 ：图2 具体功能示意图4 课题研究内容及进度安排4.1 课题研究内容本课题主要研究以下几个方面：（1） 根据冲薄壁零件的冲床运动规律和加工动作，确定冲床的控制结构方案，

15、给出软硬件实现方案。（2） 了解和掌握JH-21型冲床的电气原理图，根据控制功能，进行系统总体设计方案，确定系统功能模型。（3） 根据冲床运动规律，编制程序逻辑图。（4） 编制具体的冲床PLC控制梯形图，完成用户程序的编制。4.2 进度安排3月9日3月23日 初步熟悉毕业设计内容，完成外文翻译任务，文献综述；3月24日3月31日 总体方案分析；4月1日4月10日 确定总体方案；4月11日4月30日 完成传动系统各组成部分设计与校核； 5月1日5月14日 完成机构模型装配图；5月15日-6月5日 整理文件资料，撰写毕业设计说明，准备答辩；6月6日-6月14日 论文答辩5 课题研究意义随着锻压生产

16、自动化程度的提高，控制要求越来越复杂，甚至需要智能控制，冲床的传统继电器接触器控制方式越来越不能满足工业生产实际的要求。而冲床使用单片机、单板机及微型计算机的控制方式或过于昂贵，编程非常费时系统极为复杂,需专业人员才能对其进行操作维护,更关键的是其抗锻压车间强烈的振动及电磁干扰的能力差,且不太适应锻压车间灰尘、噪声、油、气的恶劣环境。而可编程控制器PLC应用于冲床的电气控制具有通用性好，可靠性高，环境适应性强，功能强大，接线简单，编程使用方便，并可大大减少冲床日常维护的人数，提高了劳动生产率。为此本课题从冲床的原继电器接触器控制电路工作原理分析基础上， 用PLC实现了该冲床的控制，并对冲床PL

17、C控制时的技术问题进行了相应的分析讨论。6 总结本文简单介绍了PLC的原理、特点、应用和发展，介绍了PLC在机电控制系统中是如何设计和应用的，并对冲床的动作和运动规律做了简单阐述。然后重点阐述了针对冲床动作特点，如何利用PLC解决冲压控制。由于本人能力有限，只能设计部分功能控制，初步完成冲床的PLC控制，尚有许多不足之处有待在以后的学习过程中改进完善。参 考 文 献1 马小军.可编程控制器原理及应用M.南京：东南大学出版社，2007. 4450.2 林小峰.可编程控制器原理及应用M.北京：高等教育出版社，1991. 86100.3 杨长能，张兴毅.可编程控制器（PLC）基础及应用M.重庆：重庆

18、大学出版社，1991. 24304 张广明.机电系统PLC控制技术M.北京：国防工业出版社，2007. 56775 龚运新，陈淑兰，解小飞.三菱PLC实用技术教程M.北京：北京师范大学出版社，2007.7 33376 杨青杰，李国厚.三菱FX系列PLC应用系统设计指南 M.北京：机械工业出版社，2008.4 14157 夏燕兰.PLC在数控冲床中的应用J.装备.2007,05：41428 赵升吨等.PLC在冲床控制中几个关键技术的研究J.制造业自动化. 2000.22(8): 9149 吴俊海，郑伯学.PLC的控制系统应用设计J.争鸣与探究.2007.12:8182 10 张新华等.冲床自动送

19、料机的PLC的控制和设计J.锻压技术.2000.2:444611 赵升吨等.JH23-63型冲床的PLC控制J.制造业自动化.2001.04:596212 徐洪学，郭秀英.油压冲床的PLC控制J.辽宁师专学报.2001.3(2):757813 彭林，张小良.用PLC技术改造俄罗斯液压冲床J.电子工艺技术.14 李硕本.冲压工艺理论与新技术M，北京：机械工业出版社，200215 刘振堂.国外数控冲床的现状和发展趋势J.锻压机械，2002，1:79 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题是基于FX系列PLC的冲床控制系统研究。其主要内容是根

20、据机床的运动规律和加工动作完成冲床控制方案的确定。（1） 对PLC在数控技术中的应用要有所了解，及PLC在数控技术应用中的优势。（2） 对冲床的基本运动进行分析，该冲床主要完成两个主要动作，一个冲压，一个是拉伸。在这两个动作过程中，要求该冲床能够实现单次脚踏 、单次双手、 双手连续、 单手寸动4个操作规范以及一些过载保护、报警等功能。（3） 根据冲床控制要求，利用PLC编制其运行步骤，绘制系统的电气原理图。（4） 编制具体的控制梯形图，完成用户程序的编制，实现其运动。拟采用的研究手段：针对课题中出现的以上几个问题，将在接下来的时间里通过以下途径来解决：（1） 查阅相关书籍资料，了解关于PLC工

21、作的基本原理。（2） 通过研究PLC在工业中的应用实例，掌握PLC的编程方法和特点，特别是要会熟练运用梯形图编程。（3） 了解冲床的运动规范、功能及其工作过程，列出冲床运动中哪些是需要通过PLC控制，哪些只需要普通开关控制，即完成数字控制系统中的机床驱动控制、滑块运动轨迹控制、机床液压过载保护控制等。（4） 然后确定出控制结构方案，绘制出其电气原理图。（5） 硬件的实现方案：再根据电气原理图，确定PLC的输入、输出端口分配，选择机型，绘制输入输出端接线图。（6） 软件的实现方案：画出控制程序的流程图，再根据流程图，编制PLC的控制梯形图。（7） 在现原有基础上研究该PLC的控制方案，找出该方案

22、中的缺陷，优化程序结构，努力提高PLC控制的动作灵敏性。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日09/08 20:02 3kN微型装载机设计09/20 15:09 45T旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/30 15:32 5吨卷扬机设计10/30 17:12 C620轴拨杆的工艺规程及钻2-16孔的钻床夹具设计09/21 13:39 CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计83100308/30 15:37 CPU风扇后

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