基于PLC的发动机气门压装机控制系统设计毕业论文.doc

摘 要应用plc技术对气门压装机进行改造，以实现汽车缸盖的自动在线压装。设计plc的发动机气门压装机控制设计，是为了提高流水线的生产效率，也为流水线工人减轻了一部分劳动力，而且也让工人操作起来比起以前手动控制更安全，减少了在生产流水线过程中的事故率。采用的plc可编程控制器对压装机进行控制，所用的变频器是三菱fx2n系列的，而驱动压装机和升降台控制的是液压泵，对于压装的整个过程，在机械结构上安装了光幕传感器和压力继电器，一旦有人或物体进入压装区域范围、压装机的压力过载或者压力不足，警报器就会发出声响，提醒操作人员。而且也可以在快发生危险状况时，可以使用急停按钮，急停当前状态。它的不足之处是在压装的过程中它不是纯自动化控制，而是属于以自动控制为主，并结合手动控制方式。如果把这个方案设计成纯自动化控制，这样能更有效的节省劳动力，同时操作时也更安全。关键词：plc，控制系统，压装机基于plc的发动机气门压装机控制系统设计0 引言基于plc的发动机气门压装机的控制设计，主要实现的目的是对于压装机是被液压和plc等两方面控制的，这样方便于在生产线上压装机对发动机的压装。以前对发动机的压装大部分都是人工操作的，用手操作控制压装机，该操作工劳动强度大，且随着生产规模的不断扩大，该工位的生产速度不能满足生产的需要，而且对工人有一定的危险性。现在可以先设计plc，用按钮键控制plc，然后用plc控制两个电动机，两个电动机分别控制液压泵和传送带，液压泵再控制压装机，而传送带是用来让工件在流水线上不断往前移动，进行下一步操作。整个流程基本上不用手动操作了，以自动为主，大大减少了工人的手动操作，仅需按几个控制按钮就行了。plc控制的东西越多，使得生产线越来越自动化，越来越先进化，无需更多的人工操作了。这一个过程从生产角度来说加快了流水线的生产速度，从工人的角度来说大大的加强了对工人的安全和减轻了他们的工作量。压装机，是机械行业用于压装轴套、轴承等的设备。压装机的种类有很多，有轴承压装机、伺服压装机、轮对压装机、数控压装机、定子压装机、气门压装机、精密压装机和液压压装机。数字压装机采用触摸屏作为数据输入，数据显示，原装美国进口测力传感器作为压力采集信号，系统能以每秒500次的速度对压力信号，位移信号进行运算，作出各种报警，以及曲线的描绘。可以预先设定位移与压力的上下限曲线与当前压装值进行比较,输入任意压装位置,即可得到该位置在上次压装时产生的过盈阻力。特点是：以2-20mpa的液体压力为动力源,外接三相ac380v 50hz或三相ac220 60hz交流电源；以液体作为介质来传递能量，采用进口低噪音齿轮油泵；采用测力传感器直接测量压装力,精度为正负5n。压力信号控制系统采用数字信号传输,精确保证了测力传感器的精度不受传输而下降；设备待机,滑快上下移动时噪音均不超过75分贝；采用整体焊接的坚固开式结构,可使机身保持足够的的钢性,同时拥有最方便的操作空间；分手动和半自动两种控制方式,手动可将压装上模停在任意行程范围内,配有紧急回升按钮,加装有红外线护手装置；该系列压床的压装行程通过旋转编码器将位移量传送至可编程器,由已编写好的程序自动控制；压力、行程、保压时间、闭合高度客户均可在触摸屏上自行调整；液压系统计内置机架内,外观整洁,轻巧,稳重；该系列液压机械出力为5吨。1吨=1000千克，牛是力学单位，千克和吨都是质量单位。1千克的物体在地球上可以产生9.8牛的力。1吨可以产生9800牛的力，所以5吨可以产生49000牛的力。气门压装机是利用气门进行压装的一个机械结构，用气门压装机比其他压装机简单明了，而且不像其他压装机的结构复杂，所以本设计就采用气门压装机进行对发动机的压装。plc称为可编程控制器，英文称programmable logiccontroller，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于plc内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。plc基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的进入和输出，只要人机界面好就可以了。而plc则还要考虑信息进入和输出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。它的特点是：可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、工作量小，维护方便，容易改造。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此在初步设计阶段时选用可编程控制器，在实施阶段时再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐，因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得广泛的应用，与机器人、cad/cam一起，被称为现代工业控制的三大支柱。可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。异步电动机，又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子饶组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现电机能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式：有鼠笼式、绕线式异步电动机。作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。此外，异步电动机运行时，从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理。由于异步电动机生产量大，使用面广，要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列；此外还有若干派生系列（在基本系列基础上作部分改变导出的系列）、专用系列（为特殊需要设计的具有特殊结构的系列）。液压泵，英文称hydraulic pump，是依靠密闭工作容积的改变实现吸、压液体，从而将机械能转换为液压能的机器。它是液压系统的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。常用液压泵的种类：按流量是否可调节可分为：变量泵和定量泵；输出流量可以根据需要来调节的称为变量泵，流量不能调节的称为定量泵；按液压系统中常用的泵结构分为：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵。要保证液压泵正常工作，必须满足以下条件：应具备密封工作容积，并且密封容积应能不断重复地由小变大，再由大变小；要有配油装置，在吸油过程中必须使油箱与大气相通，容积减小时向系统压油。液压泵是为液压传动提供加压液体的一种液压元件，是众多类型泵中一种。它的功能是把动力机(如电动机和内燃机等)的机械能转换成液体的压力能。单柱塞泵的工作原理是凸轮由电动机带动旋转,当凸轮推动柱塞向上运动时，柱塞和缸体形成的密封体积减小，油液从密封体积中挤出，经单向阀排到需要的地方去。 当凸轮旋转至曲线的下降部位时，弹簧迫使柱塞向下，形成一定真空度，油箱中的油液在大气压力的作用下进入密封容积。凸轮使柱塞不断地升降，密封容积周期性地减小和增大，泵就不断吸油和排油。1 系统工作原理1.1 系统工作结构系统结构是操作按钮控制传感器和plc控制系统，传感器检测到发动机的信号后，信号传输给plc，plc再控制液压泵、传送带发动机、液压阀和警报器。液压泵是是供应给液压阀和液压控制系统的，传送带是用来传送压装和压装完成的发动机，而液压阀是用来控制压装机的升降，警报器是传感器检测到有物体或人进入正在工作的压装机的工作范围内或者压装机工作到一半停止不动了等一些状况是发出警报声。系统工作的结构中有很多部件组成，有s2自动停止器、可编程控制器plc、s1升降台、缸盖位置传感器和系统气液封压装机等部件。s2自动停止器的作用是下降挡住发动机防止它相前移动，然后等压装机压装完成，就升上去让发动机通过；可编程控制器是在结构中利用plc控制压装机对发动机进行压装；s1升降台的作用是把发动机升上到一定的高度让压装机进行压装；位置传感器在这些部件中检测发动机在传送带上传过来时是否到位；压装机是对升降台升上来的发动机进行压装。1.2 系统工作过程为了实现在线功能，将气门压装机从原工作台上拆卸下来，移动到专门为其设计的固定支架上来。新增使用气缸驱动的自动升降台s1，其作用是把发动机缸盖顶离流水线3mm，从而使压装机的压力能够经过发动机缸盖作用在升降台上，避免此力作用在流水线上造成对流水线的破坏。另外升降台s1还可以保证发动机缸盖的水平，保证在不压坏气门零件、压伤缸盖的情况下每个气门零件都能压紧。此外，生产线上还新增气缸驱动的自动停止器s2和缸盖接近开关k1以及系统启动按钮。如图1.1所示，当发动机缸盖在生产线上流动到达k1位置时，在压装工位上无发动机缸盖存在，plc接收到k1信号后控制自动停止器s2下降挡住发动机缸盖；操作工确定缸盖到位后，如此时气压正常，则无须按下急停按钮，而按下启动按钮使升降台s1上升，顶住发动机缸盖并保持其水平；操作工安装气门垫圈后，同时按下压装按钮1和压装按钮2进行压装操作；压装完成后，升降台s1自动下降，停止器s2自动上升，发动机缸盖继续沿生产线前行，如此循环。图1.1 系统工作原理1.3 系统工作元件1.3.1 液压泵液压泵是供应高压微型电动液压油泵，叶轮数目是单级，用途是增压泵，泵轴位置是卧式的，材料是铝合金的。它的类型是齿轮泵，流量是2l，品牌是ruiteng,驱动方式是电动的型号是rmh-8643，重量是22.8kg.它的额定压力为31.5mpa，高压微型电动液压油泵是一种用插装阀块把电机、泵、阀、油箱紧凑连接在一起的微型液压泵站。与同规格的液压站相比，具有体积小巧，结构紧凑，重量轻，造价低，使用操作简单，维护保养方便等特点。此产品功能齐全，噪音低，运行平稳，效率高，无外泄漏，工作可靠，外形美观，使用寿命长。由于生产批量大，因此不但质量高，而且价格低。作为小型液压缸，液压马达的动力源非常适宜，广泛应用于工程机械，汽车，农机，冶金，机床，医疗，疗卫生环保，液压机具，升降平台，自动化等。液压泵的电机电压的规格是：dc12v、dc24v、dc48v、ac110v、ac220v、ac380v等。本设计选用的电机的电压为ac380v的液压泵。液压泵的功率是36kw，所以在选异步电动机的时候功率要选大一点的，所选择的异步电动机是y2-280s-s-75kw，这个型号的异步电动机的功率是75kw，大于液压泵的功率，它的额定转速是1490（rpm），重量：544kg，噪音：94分贝和类别：y2系列。1.3.2 三相异步交流电动机目前较常用的交流电动机有两种：三相异步电动机、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。三相异步交流电动机的三相交流电是指由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120角的交流电路组成的电力系统。异步是是说轴的转动频率跟电流相位变化频率不一样，电流相位变化频率就是交流电的频率，一般三相异步电机的轴的转动频率要比交流电的频率要低。三相异步交流电动机的原理，三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/p 式中f为电源频率、p是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序a、b、c顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将b相电流通入c相绕组中，c相电流通入b相绕组中，则相序变为：c、b、a，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性可很方便地改变三相电动机的旋转方向。定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。本设计的三相异步交流电动机所要求的电动机功率是75kw，所以选择y2系列的电动机，型号是y2-280s-s-75kw。这个型号的异步电动机的功率是75kw，它的额定转速是1490（rpm）。y2系列电动机（中心高h63-355mm，0.18-315kw）是全封闭、自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。y2系列电动机除了具备y系列电机的优点外，提高了防护等级（ip54），提高了绝缘等级（f级）b级考核，降低了噪声，且用负载噪声考核，其电机结构更加合理，外形新颖美观。电机冷却方式为ic411。安装尺寸及功率等级完全符合iec标准和din42673标准（与y系列相同）。1.3.3 变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。国内技术较领先的品牌有汇川、欧瑞(原烟台惠丰)、三晶、蓝海华腾。其作用是：降低电机启动时造成的冲击载荷，达到软启动的目的，同时还能提高电网及电动机的效率；从结构上分类，可分为交-交变频器和交-直-交变频器两大类；从变频电源的性质来看，有可分为电压型和电流型变频器两大类。对于交-直-交变频器而言，电压型和电流型的主要区别在于中间支流环节采用什么样的滤波元件。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。本设计采用的是三菱系列的变频器。变频器的工作原理是将恒压恒频的交流电转变成变压变频的交流电的装置，以满足交流电动机变频调速的需要。变频器按结构分：交直交变频器和交交变频器，即间接变频变频器和直接变压变频器。交交变频器输入功率因素低，谐波含量大频谱复杂，最高输出频率不超过电网频率的一半。交直交变频器先将工频交流电整流变换成直流电，通过逆变器将直流电变换成可控的频率和交流电压，由于有中间直流环节，所以又称间接变压变频器。1.3.4 电感式接近开关常用的接近开关有电涡流式（俗称电感式接近开关）、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式和超声波式等。电感式接近开关的工作原理：电涡流式接近开关俗称电感式接近开关，属于一种开关量输出的位置传感器。它有lc高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生交变电磁场的震荡感触头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关震荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出无金属物体接近，进而控制开关的通或断，这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。本设计采用的是e2e-x1c1欧姆龙电感式接近开关。1.3.5 轮辐式称重传感器称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、轮辐式等8类，以电阻应变式使用最广。所谓的轮辐式是形状像带辐条的轮子一样，而称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。电阻应变式传感器，电阻应变式传感器（straingauge type transducer ）以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器（见转矩传感器）、应变式位移传感器（见位移传感器）、应变式加速度传感器（见加速度计）和测温应变计等。电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。轮辐式传感器的特点是抗偏载、低高度、全密封和规格全，适用于平台秤、汽车衡、轨道衡及料仓物位测量与控制。轮辐式称重传感器量程规格：0.3，0.5，1，2，3，5，10，20，30，50，100t。它的工作原理：称重传感器中最多的是电阻应变式称重,应变片是称重传感器的核心单元,弹性体是基础组成部分。称重传感器按结构类型分主要有s形行双连孔式传感器,柱式传感器,轮辐式与桥式传感,柱环式传感器,剪切梁式传感器和单s梁式传感器.s形行双连孔式传感器量程范围一般在2kg到500kg,这种类型称重传感器抗偏，抗侧能力较强。柱式传感器的测量范围都很大，一般最大可以达到几百吨，它刚性好，抗过载能力强，加工也简单，重量也比较轻。1.3.6 光幕传感器光幕传感器的光是根据测试需要将传感器的光源组成一面光幕,接收部分可以根据光幕被遮挡的部分测出物体的尺寸,比如激光光幕传感器可以用来测量物体的直径和宽度.光幕传感器主要是用在工业生产中的安全保护设备，普遍叫做安全光幕，多束平行的红外光线形成了一面象电影荧幕一样的保护墙，一旦触及就会停止工作，保护操作人员的人身安全。它是一种新开发的，集以前各厂家光幕技术与售价之所长的高品质自动控制产品，运用红外线扫描探测技术。发射装置和接收装置安装于两侧，内部由单片机和微处理器进行数字程序控制，使红外线收发单元在高速扫描状态下，形成红外线光幕警戒屏障，当人和物体进入光幕屏障区内，控制系统迅速转换输出电平信号，使负载动作，当人和物体离开光幕警戒区域，则负载正常自动关闭，从而达到安全保护的目的。实际应用时不需要控制器，仅需发射器和接收器，使用时通过航空插头插座或者电缆线连接，输出可直接外接继电器或者各类计算机数字接口。工作原理： 当保护区域内无侵入物体时，传感器的接收器处于受光状态，此时接收器的通讯指示灯（红灯）应熄灭，发射指示灯（黄灯）点亮，这时按下被保护设备的工作开关，设备可正常运转；当有物体（不小于最小可检测体或者分辨率）侵入保护区域时，接收器的红色指示灯将被点亮（可能是接收器处于遮光状态，也可能是光通讯被遮断），此时被保护设备受控，处于强制停顿状态；当侵入物体撤出保护区域后，光幕传感器将返回第一个工作状态，设备将继续工作。在安全光幕传感器开机进入工作状态后，使用直径为最小检测体尺寸的测试棒（或同等直径的不透明物体），垂直侵入保护区域，分别按顺时针和逆时针方向在保护区域内做平移运动，此时光幕传感器应一直有红色指示灯被点亮，受控设备无法工作。1.3.7 压力继电器压力继电器(pressure switch)，是液压系统中当流体压力达到预定值时，使电接点动作的元件。是将压力转换成电信号的液压元器件，客户根据自身的压力设计需要，通过调节压力继电器，实现在某一设定的压力时，输出一个电信号的功能。压力继电器是利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。当系统压力达到压力继电器的调定值时，发出电信号，使电气元件（如电磁铁、电机、时间继电器、电磁离合器等）动作，使油路卸压、换向，执行元件实现顺序动作，或关闭电动机使系统停止工作，起安全保护作用等。压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种结构形式。注意： 压力继电器必须放在压力有明显变化的地方才能输出电信号。若将压力继电器放在回油路上，由于回油路直接接回油箱，压力也没有变化，所以压力继电器也不会工作。2 控制系统方案设计2.1 plc控制系统设计步骤plc控制系统设计的步骤有七步：系统设计与设备选型：分析所控制的设备或系统，plc最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。然后判断一下所要控制的设备或系统的输入输出点数是否符合可编程控制器的点数要求（选型要求），最后判断一下所要控制的设备或系统的复杂程度，分析内存容量是否够；i/o赋值（分配输入输出）：首先将所要控制的设备或系统的输入信号进行赋值，与plc的输入编号相对应。然后将所要控制的设备或系统的输出信号进行赋值，与plc的输出编号相对应；设计控制原理图：首先设计出比较完整的控制草图。然后编写控制程序。最后在达到控制目的的前提下尽量简化程序；程序写入plc：将程序写入可编程控制器；编辑调试修改程序：首先程序出错（逻辑及语法检查）。然后在局部插end，分段调试程序。最后整体运行调试；监视运行情况：在监视方式下，监视一下控制程序的每个动作是否正确；如不正确返回步骤5，如果正确则做第七部；运行程序。2.2 控制系统设计思路为了能更方便的压装发动机，节省劳动力。传送带是用来传送要压装的发动机和已压装好的发动机。控制系统的设计思路如图2.1所示。一个控制操作按钮，有停止按钮、启动按钮和急停按钮，启动后就同时启动了传感器，电感式传感器检测发动机是否到位，轮辐式称重传感器是检测是否超过本设计的最大压力值50kn左右。光幕传感器是用来检测在压装机工作时是否有人进入工作区域，就收到信号后压装机就自动停止工作。这些传感器接收到信号后都传送到plc，plc控制一个液压阀、两个异步交流电动机和报警器。液压阀是控制升降机的上升和下降，两个异步交流电动机分别控制一个液压泵和传送带，报警器就是由光幕接收到有人信号后把信号传送到plc，然后plc在发指令给报警器，报警器就发出警报声用来提醒操作人员。 操作按钮、传感器警报器plc液压阀液压泵电机传送带电机图2.1 控制方案2.3 控制系统的控制模式此系统以自动控制为主，并结合手动控制方式，改造后操作工只需在手动确认缸盖位置到位，按下启动按钮启动升降台后，再按控制面板的压装按钮，系统会自动压装和自动放行。手动控制是用人控制压装机和传送带运作按钮，如启动按钮、停止按钮和急停按钮等，而自动控制是压装机的整个压装过程不需要工人操作。3 plc系统硬件方案的设计3.1 可编程控制器选型此系统控制规模属于偏大的，输入/输出点数有点多，所以系统采用大型的三菱可编程控制器。三菱fxplc是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当fx系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的plc。本设计选择的是三菱的plc控制器，型号是fx2n-64mr-001 。输入：64点，继电器输出，它是交流电源。设计要求的输入点是24，所以选择的控制器的输入点要大于所要求的点数。fx2n-64mr-001是fx2n系列中三菱plcfx家族中最先进的系列。有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力强，可扩展到256点。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。特点：系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。3.2 元件选型3.2.1 变频器本设计采用的变频器是三菱e740系列，采用的型号是fr-e740。变频器分为主电路和控制电路，控制电路的输入信号包含有正转启动和反转启动、多段速度选择分为高速、中速和低速三个阶段等。变频器的接线原理图如图3.1所示。fr-e740的变频器的电压级数是3相400v级，它的容量是0.4k-15k,它有很多部分组成，由操作面板、冷却风扇、主电路端子排、控制逻辑切换跨接器和内置选件的连接接口等部分。在接线是有很多要求，否则错误的接线会损坏变频器，另外控制信号线应该尽量远离主电路线缆，以确保不受噪音的影响。它的输入信号是7点，可从多段速度选择、远程设定、挡块定位选择、第2功能选择，、端子4输入选择等。图3.1 变频器原理图3.2.2 电感式接近开关的选型接近开关的特点：接近开关与被测物体不接触、不会产生机械磨损和疲劳磨损、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便；缺点是触点容量较小、输出短路时易烧毁。接近开关的性能指标：额定动作距离、工作距离、动作滞差、重复定位精度（重复性）、动作频率等。选用欧姆龙的电感式接近开关，其型号是e2e-x1c1，它的原理是电感式，输出方式为npn，常开输出，电源电压：6-36vdc（v）。在流水线上，对发动机压装，先得把发动机放在传送带上一个个传动到指定位置进行压装，在发动机放在传送带上时要用传感器检测发动机是否到位，然后其他操作也可以由于发动机的到位进行运作，发动机是由铁为材料制作的，所以检测它位置的最好的传感器就是欧姆龙的电感式开关，所以就选择了它。3.2.3 轮辐式称重传感器 轮辐式传感器由于结构的对称性，所以能够承受大的侧向力，由于它有较大的滞后误差，很多场合都被桥式传感器所取代。桥式传感器的弹性体形状像桥，因此得名。桥式传感器精度高，标定方便，普遍应用于汽车秤跟平台秤等多个场合。柱环式传感器由于本身的结构特性目前大多仅用于测量拉力，其精度一般在0.03到0.05之间。剪切梁式传感器运用剪切原理制作而成，精度跟稳定性都很高，一般都不需要线性补偿都能达到要求。它不受测力点变化的影响。测量范围在几十kg左右的场合一般选用单s梁式传感器，它不适合在振动大的时候使用。本设计所要承受的力是50kn，所以采用量程最大范围是10吨的轮辐式称重传感器。型号：wpl201， 标准信号输出，三线制，010ma、420ma或05v输出。输入阻抗：38515，输出阻抗： 3503，绝缘电阻5000m输入阻抗：38515，输出阻抗：3503，绝缘电阻5000m。3.2.4光幕传感器本设计所选择光幕传感器的型号是yl102512，特点是精度高，光轴间距：25mm；规格品种多，适用范围广；按保护长度：0-10m。按保护高度：75mm-975mm；抗干扰能力强，系统对电磁信号、频闪灯光焊接弧光及周围光源等具用良好的抗干扰能力；对光容易，光学系统设计科学巧妙，元器件选择考究，对光简单；抗振性能优良；产品内部有良好的防震胶，外部采用减震器；安装方便；使用寿命长（输出继电器达到使用寿命后，可更换），可靠性高；设有信号强度指示器，方便校对。光幕传感器的接线如图3.2所示，有些设备可以识别光幕传感器输出的npn接点信号，并且工作电源为dc24v，在有明确要求的情况下，可提供npn输出方式，接线图如右侧：分为发光器和受光器两部分，两个部分的红黄线分别接24v电源的正负极，受光器的棕色和黑色是连接plc控制器，发光器和受光器的蓝蓝相连，屏蔽跟屏蔽相连接地。图3.2 光幕传感器原理图3.2.5 压力继电器压力继电器和压力传感器的区别：压力继电器使电接点动作的元件，而传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。根据所测对象的压力来选用,比如所测压力范围在8kg以内,那么就要选用额定10kg的压力继电器,还有要符合电路中的额定电压,接口管径的大小。本设计所选用的压力继电器的型号是pf-b8h4-s，压力继电器是用于电气一液压系统中，把油压转换为电气讯号的一种发送装置，它是弹簧载荷式，当压力达到预先设定值时，继电器的活塞产生机械位移以接通微动开关的触点。它有高低压两个控制压力。它的连接形式是板式连接，压力是32mpa，通径是8 mm，调压范围是432mpa，它的重量是1.5kg，微动开关的型号是kwx，是直流电，电压是30v，电流是0.5a。3.3 i/o口分配输入地址分配表有30个地址，电感式开关就是x0端口，是工件到位的检测传感器，如表3.1所示，端口x1-x6是压装机在压装过程中的位置，让我们精确了解压装过程中它所处的不同位置，为了操作时的安全，所以特意设立了端口x13，安全光幕传感器的端口。为了操作时的安全，所以设立了x22和x23这两个端口，这两个都是启动压装的按钮，但是如果不同时按它们，只按一个按钮，则压装机就不会启动。表3.1 输入地址分配表地址说明地址说明x0工件到位检测传感器x17手/自启动选择开关x1中心杆压装原位传感器x20传送带启动按钮x2四周杆压装原位传感器x21传送带停止按钮x3中心杆压装限位传感器x22压装确认按钮1x4四周杆压装限位传感器x23压装确认按钮2x5中心杆压装到位传感器x24升降台上升按钮x6四周杆压装到位传感器x25升降台下降按钮x7升降台原位传感器x26中心杆压装机上升按钮x10升降台限位传感器x27四周杆压装机上升按钮x11停止板限位传感器x30中心杆压装机下降按钮x12停止板原位传感器x31四周杆压装机下降按钮x13安全光幕传感器x32停止器上升按钮x14总启动按钮x33停止器下降按钮x15停止按钮x34压力继电器上限传感器x16急停按钮x35压力继电器下限传感器输出地址分配表有13个地址，如图3.2所示，y3端口是外部侵入报警器，它所对应的就是安全光幕传感器的输出信号，y1和y2是压力不足和压力过载的报警器，能提醒操作人员及时做出相应的对策。y20的停止器端口，这个停止器不是让压装机或其他东西停止的按钮，而是让挡板下降，是控制挡住发动机前进的一个板，然后到位后所输出的信号。表3.2 输出地址分配表地址说明地址说明y0系统正常指示灯y7中心压装杆下降电磁阀y1压装力不足报警器y10四周压装杆上升电磁阀y2压装力过载报警器y11四周压装杆下降电磁阀y3外部侵入报警器y12传送带变频器y4升降台上升电磁阀y13液压泵变频器y5升降台下降电磁阀y14停止器y6中心压装杆上升电磁阀3.4 电路图设计3.4.1 主电路主电路原理图如图3.3所示：图3.3 主电路3.4.2 控制电路控制电路原理图如图3.4所示：4 plc的控制程序设计4.1 工艺流程分析工艺流程是指能够把一定投入变换成一定产出的一系列任务（即工序），这些任务由物流和信息流有机的连接在一起。本设计的工艺流程分析是：把工件放在传送带向前上传送，传送到升降台的位置上，检测到发动机到位后，停止板下降，阻碍工件继续前进。然后升降台上升，上升到一定的位置，压装机检测到发动机，然后进行压装，压装完后升降台和压装机都恢复到原位，停止板上升，工件随传送带继续向前移动，一直循环下去。图3.4 控制电路4.2 控制流程图系统的控制流程图见附录1。4.3 状态转移图状态转移图见附录2。4.4 plc程序设计4.4.1模式选择模式可以分为手动模式和自动模式，自动模式是利用plc程序编程，然后由按钮对机械进行控制。在一般无突发情况的时候，所以都采用的是自动模式，如果有突发情况，如压力过载、压力不足或者压装机在压装的过程中突然卡机了，这时候应该由自动模式切换成手动模式，用手动模式操作来解决遇到的突发状况，手动模式可以利用plc的编程用手动控制急停按钮、传送带和升降台按钮等。4.4.2 手动程序手动程序如图4.1所示，首先是切换到手动模式，然后在启动传送带按钮，由于