基于三菱PLC的台板开槽机控制系统设计

基于三菱 PLC 的台板开槽机控制系统设计I摘 要现代机械控制工程技术发展越来越快，台板开槽机被广泛的应用到工业制造与加工的各种场合，使工厂的制造能力与效益得到了很大的提高，代替了原先的手动操作，台板开槽机是由程序控制，它的精度较高、关节活动灵活。同时这也使得小型台板开槽机的发展进入了加速阶段，各种小型台板开槽机的结构设计和控制程序也在不断的发展和创新，这些小型台板开槽机的结构简单、控制灵活、容易加工制造，得到了许多加工过程需要台板开槽机的工厂的青睐，并在不同的加工场合得到了广泛的应用。这次毕业设计的主要内容是对台板开槽机的液压系统控制回路的设计和 PLC 控制程序的编程设计；并根据当前的控制领域的最新发展和研究方向，采用触摸屏做为控制界面，增强了台板开槽机的使用性能和适用范围。主要依据使台板开槽机的结构简单、控制灵活、实现容易、易于制造的原则，设计出依靠液压传动作为驱动来源的液压控制回路和应用日本三菱公司 FX 系列的 PLC 控制程序，分别进行了液压系统仿真和 PLC 控制程序仿真；并应用三菱公司的触摸屏画面设计软件设计出触摸屏的控制画面，然后利用相应的 PLC 及触摸屏仿真软件进行了 PLC 程序与触摸屏的综合模拟仿真。最后给出台板开槽机各个模块的连接方法和整体系统的连接示意图。【关键词】台板开槽机；液压传动；可编程控制器；人机界面 注意页码的标注方式，有些地方不需要页码。IIAbstractWith the development of engineering technology of modern mechanical control, more and more manipulators which have a high precision process control, flexible joints and so on, are applied to various work sites of the industrial manufacturing and processing, so that the plant manufacturing and processing efficiency has been further improved, replaced the manual labor and the workers. Also this will make a small manipulator development into the acceleration phase, and a variety of the structural design and control procedures of small manipulator also continues to develop. These small manipulator which have the simple structure, the flexible control and easy processing and manufacture, gain favor of a number of processing plants and different processing situations have been widely applied. This design mainly feed the control circuit of hydraulic manipulator drive and write the design of PLC control programming, and touch screen used as the control panel which in accordance with the current direction of development of control areas. With the structure of manipulator is simple, flexible control, easy to implement and easy-to-manufacturing, this design amply the control program in Japan Mitsubishi FX Series PLC and rely on the hydraulic transmission as the driving source of the hydraulic control circuit, and design a touch screen control interface with the apply of the Mitsubishi touch screen design software.【Key words】 Feeding Manipulator; Hydraulic Drive; PLC; HMI IIIIV目 录前 言 .1第一章 绪论 .21.1 开槽机概述 .21.2 液压传动系统概述 .21.3 可编程控制器（PLC）概述 .31.4 人机界面（HMI）和触摸屏概述 .41.5 本文的主要研究工作 .6第二章 开槽机的总体控制方案设计 .72.1 开槽机的功能设计 .72.2 开槽机的总体控制设计 .72.2.1 开槽机的工作过程 .72.2.2 开槽机的控制界面方案 .82.3 开槽机的抓手动作简述 .8第三章 开槽机的 PLC 控制系统设计 .93.1 PLC 控制系统设计的基本原则和设计步骤 .93.1.1 PLC 控制系统设计的基本原则 .93.1.2 PLC 控制系统设计的设计步骤 .93.3 开槽机的 PLC 控制系统的硬件配置 .93.3.1 PLC 控制系统的输入输出（I/O）设备及 I/O 点确定与分配 .9V3.3.3 PLC 控制系统的 PLC 硬件配置 .113.4.1 PLC 控制系统程序设计方法 .123.4.2 PLC 控制系统程序的功能流程图和顺序功能图 .123.5 送料开槽机的 PLC 控制程序调试 .193.5.1 PLC 控制程序的调试简介 .193.5.2 送料开槽机的 PLC 控制程序模拟仿真 .20第四章 送料开槽机的系统控制界面设计 .234.1 触摸屏控制界面的画面设计 .234.1.1 三菱触摸屏的画面 .234.1.2 三菱触摸屏的画面设计 .244.2 触摸屏控制界面的画面仿真 .274.2.1 三菱触摸屏的画面仿真工具 .274.2.2 三菱触摸屏的画面仿真 .274.3 开槽机的整体系统连接 .314.3.1PLC 控制系统与开槽机基体的连接 .314.3.2PLC 控制系统与触摸屏的连接 .314.4 小结 .32第五章 总结与展望 .33结束语 .34参考文献 .35谢 辞 .37VI1前 言现今，人们的生活节奏越来越快，对生产力的要求也随之提高。由于微电子技术和计算机技术的迅速发展和现代控制理论的不断更新，使开槽机越来越高效和自动化，其中液动开槽机系统因为其材料选择种类多，以及传动力较大、零件价格便宜、维护使用方便等优点，已深入机械领域的各个部门，在机械行业发展中起着难以替代地位置。在小型开槽机的结构设计和控制方面有很多的不同的应用实例，如开槽机的结构有采用的旋转圆柱坐标式，还有就是固定基座的开槽机臂的单向伸缩式；在开槽机的驱动来源方面有液压传动，气压传动或者是伺服电机、直线电机、交流电动机、步进电机驱动等；在开槽机的控制方面有基于继电器-接触器控制的系统，基于单片机的控制系统，或者是基于 PLC 的控制系统；在开槽机的操控面板方面有按钮式的，旋钮式的以及现在迅速发展的人机界面方向的触摸屏式的。从当前的工控领域发展方向上来说，在开槽机的几种驱动来源上都是各自具有各自的优势，而且都在进一步的延伸发展，但是在控制方面来说，发展方向就是基于 PLC 的控制系统逐渐的代替基于继电器- 接触器的控制系统。本文也将第一次的尝试使用触摸屏做为控制送料开槽机的操控界面，并完成控制界面的画面设计、编写、仿真、模拟下载和连接。本文的设计方法是在综合考虑开槽机的实际使用工况的条件下，进行总体的综合控制方案设计、简述抓手的运动创新设计、液压系统的整体设计、液压系统的综合模拟仿真、PLC 的选型、PLC 的整体编程、PLC 的模拟仿真、触摸屏的选型、触摸屏的界面设计、触摸屏的模拟仿真等几个步骤完成。实验设计主要是根据当前实验室的设备情况，充分利用有限条件，在能够更好的显示设计结果的前提下，完成液压控制系统的软件模拟仿真，PLC 的编程、模拟下载和仿真以及触摸屏的画面软件模拟下载与仿真。本文的主要目的是对当前的正在使用的开槽机的驱动系统和控制系统进行一次改进和优化升级。23第一章 绪论1.1 开槽机概述 （1）开槽机的概念开槽机是指能够自动切割、操作等动作的装置，一般用在自动化生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。开槽机一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成，主要完成切割等动作。（2）开槽机的结构组成开槽机主要有执行系统，驱动系统，控制系统和人工智能系统等四大部分组成，而每个部分又不是很严格的分割的，都有一些交互相容的地方。 执行系统主要有圆柱坐标的机械本体，可以抓取和放松的开槽机臂， X轴的伸缩式结构和 Y 轴的升降式结构， Z 轴的转动转盘结构等组成。 驱动系统主要有液压系统控制回路，包括液压油箱，液压泵，压力控制阀，电磁换向阀，液压缸（包括伸缩式和旋转式）和液压管路等液压辅件。 控制系统主要有 PLC 或单片机，控制面板（可以是一般按钮式操控面板或者是触摸屏式界面）和各种限位开关。 人工智能系统主要包括基于人机工程学科的各种智能化设备，它们具有更加人性化的设计