自动装管机的控制系统设计_带图纸
自动装管机的控制系统设计学院机械工程学院[20191210111424]
摘要
本文针对以前装管机只能通过人工进行上料、下料等操作进行记录，对这种费时费力的问题进行探讨并设计出以PLC为控制核心的控制系统。首先通过对国内外现状的研究及分析，论证设计的必要性和可行性。其次对自动装管机的控制系统进行分析，选择控制方案，确定控制系统的构成方式。然后选择系统中的控制部件，绘制电气原理设计，电气元件布置图，电气接线图。再通过对PLC输入输出配置与接线原理及系统流程图分析，进行PLC程序的设计。
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关键字:装管机自动控制可编程控制器触摸屏
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2课题研究的目的和意义 1
1.3国内外研究现状及分析 1
1.4本研究课题的主要内容 2
2 方案比较 3
2.1PLC控制 3
2.2PLC控制与单片机控制的区别 3
2.3PLC控制与继电器控制相比较 3
2.4方案确定 4
3 控制系统的设计要求以及设计方案 5
3.1控制系统的设计要求 6
3.2控制系统的设计方案 6
3.3控制系统的电气原理图 7
3.3.1控制系统原理框图 7
3.3.2控制系统的PLC原理图 8
3.3.3控制系统的气动原理图 9
3.3.4电气元件的布置示意图 10
3.4 送料机构的系统 12
3.4.1振动给料机组成 12
3.4.2振动料斗送料原理 13
4 硬件设计 14
4.1PLC的选型 14
4.1.1 可编程控制器的分类及应用 14
4.1.3 可编程控制器的选型 14
4.2断路器的选型 15
4.2.1断路器的结构 15
4.2.2断路器的选用 16
4.3熔断器选型 17
4.3.1熔断器的结构 17
4.3.2熔断器的工作原理 18
4.3.3熔断器选型 18
5 控制系统的电气系统分析 20
5.1PLC选用 20
5.1.1可编程控制器概述 20
5.2气缸的选择 21
5.2.1气压传动工作原理及优点 21
5.2.2标准气缸选型 22
5.3电磁换向阀的选择 24
5.4 电机的选用 24
5.4.1 选择主电动机的类型 24
5.4.2 设计实现传动要求 25
5.4.3 确定伺服电机功率 25
5.4.4 确定伺服电机型号 29
5.5传感器的选用 30
5.5.1磁性传感器的选用 30
5.5.2光电传感器的选用 31
6 控制系统的程序设计 30
6.1控制系统PLC程序编写 32
6.1.1 PLC程序的动作要求 32
6.1.2 控制系统PLC程序的流程图 32
6.1.3 控制系统的PLC程序设计及分析 33
6.2人机界面设计方案 39
6.2.1触摸屏简介 39
6.2.2触摸屏的工作原理 39
6.2.3触摸屏的选择 39
6.2.4触摸屏的设计 40
结束语 44
参考文献 45
致谢 46
附录 47
附录1 PLC程序梯形图 47
附录2 三维实体图 54
1 绪论
1.1 课题背景
本课题来源指导老师以及暑假的生产实习。本次毕业设计的主要任务是设计一种以PLC为控制核心的、气动装置作为执行机构的自动装管控制系统。
1.2 课题研究的目的和意义
因为在古老生产过程中，固体胶的生产形式，工艺复杂，工作量大，但产量非常低，通过认真研究这种生产过程，再依据企业的生产需求，研制了本设计的自动装管机。此次设计的装管机选用传感器来实现自我检测功能，再通过PLC流程进行进一步控制。气动元件作为执行机构，并通过伺服电机的准确进给及机械结构的巧妙设计，使该装置不仅结构紧凑，运行精度可靠，而且还适用于不同长度规格的固体胶管壳排管作业，准确性高，生产工艺控制灵活。运行结果表明，不仅可提高产量，而且节省了超过75%的人力资源，和提高生产过程的自动化。
1.3 国内外研究现状及分析
在最近几年在中国的经济发展，大多数民营企业的机械生产自动化水平有了很大的进步，固体胶管壳排管的过程当中，有相当数量的企业仍在手动方式操作，通过人力将胶体壳管根据组合模的要求分别安插在组合模上，是劳动密集型的形式，费时费力，一点也不利于生产自动化；为此研制了自动装管机。
自动装管机样机运行表明：需要的工作人员从原来的7至8人减少到2人的数量，操作者只需进行芯料和胶管壳的添加工作。该机械不但达到了设计要求，而且提高了企业自动化水平。由于减少了现场工人的数量和密集度，对安全生产和工人的人身安全起到一定的保护作用。
装管机最初由压力机机构发展而成，早期的装管机 技术落后，设庞大，扣压质量差，工作效率低。早期的扣压机 、装管机 机构装置非常庞大，占地面积很大，其工作效率由此可见十分低。早期扣压机 、装管机 生产装置由国外的几家胶管厂家推出，比如英国的GATES公司。随着液压向高压力方向的发展，因此对扣压机 、装管机 的要求也愈来愈高。像扣压机的扣压精度，装管机 装管质量和扣压规模都需要达到更高的要求，并且对扣压机 、装管机 需求量越来越大，这时就大量出现了从事生产扣压机、装管机及胶管配套设备的厂家。在国外，大批装管机 的生产在六、七十年代开始流行，比方在1969年，芬兰国家的FINN-POWER公司最先进行了设计并且进行生产装管机；在1972年，德国的UNIFLEX公司也开始进行创建装管机生产线。当前，这些外国公司所具有的扣压、装管机的生产效益处于世界领先程度。
我国在80年代初开始引进国际的装管机自动机械装置，但因为其价格特别高昂，比方芬兰这个国家生产的胶管扣压机，这个JB32型号每个售价高达120000元，介于这种情况，国内一些厂商也相应的推出扣压机、装管机产品。从1994年开始，潍坊海达通机械厂开始已经在国内开始着手建设该项机械装置的技术及设备，它所生产的设备的重要技术性能已经达到国外的同类产品先进水平，现已批量生产并向国内出售。当前，装管机各种系列品牌的产品已经进入中国市场，也能满足在不同环境的用户的工作要求，适合不同尺寸和不同风格的胶管笔。
1.4 本研究课题的主要内容
完成自动装管机控制系统设计。主要内容包括：
1）本课题国内外的现状的分析；
2）本课题需求分析，和方案论证；
3）自动装管机控制系统设计。画出控制系统的电气原理图，电子元器件的布局，该布局面板，和电气接线图。
4）电子元器件选型，列出电子元器件清单
5）进行电气控制系统PLC程序设计和触摸屏程序的编制；
6）完成毕业设计论文的撰写
2 方案比较
2.1 PLC控制
⑴ 数据处理：PLC是微处理器的智能产品，拥有数值计算，数据比较，数值转换通信数据传输功能。
⑵ 逻辑控制：PLC具有逻辑运算功能，可以实现各种开关控制。
⑶ 定时控制：由于PLC提供了更多的定时器，和时间设定值，可以由用户程序设定参数完全，所以PLC控制和定时功能很强。
⑷ 计数功能：PLC也为用户提供许多计数器，所以可以设置计算功能。
⑸ 顺序控制：根据生产需要，实现输出，顺序控制。
⑹ 通信联网：可以对驱动器、变频器实现远程控制。
2.2 PLC控制与单片机控制的区别
⑴ PLC是一个建立在单片机的基础之上设计出的控制产品，而对于单片机本身而言，它是一个比较复杂的集成电路，它们之间没什么可比的。
⑵ 单片机本身能够组成许许多多的体系，PLC仅仅是单片机在应用系统的一个特殊情况。
⑶ 生产PLC厂家不同，但是生产PLC是基于同样的原理，具有一定的互换性，质量保证，因为软件都是向标准化方向发展。这就是PLC获得广泛应用的原因。而单片机使用功能千差万别，我们学习、使用和维护都会遇到一定的难题。
2.3 PLC控制与继电器控制相比较
⑴ 逻辑控制：继电器控制是一种操纵各电器件机器触点串并联组合而成的逻辑控制。连接是硬线连接，并且连接线繁杂，之后的逻辑更改，添加新的功能将会更加困难。而PLC的逻辑控制是用程序的形式保存在内存中,通过更改程序,就能转换逻辑控制。是以PLC控制接线少、体积小、简易可靠。
⑵ 控制速度：继电器控制系统是吸引作用依赖于机器的接触来实现控制，其速度慢，频率不高。PLC是根据程序指令来实现电路控制,所以控制系统就变的稳定、可靠,而且运转速率大大提高。
⑶ 顺序控制：继电器的顺序控制方式是通过它的时间继电器拥有滞后行为从而达成这一目的。但是时间继电器的内部机械结构容易受环境温度和湿度变化而产生影响,从而造成定时的精度出现偏差。而PLC里面是通过半导体电路构成的定时器，再通过使用一个晶体振荡器发出的时钟脉冲来计时,这样定时精度就会比继电器高很多。使用者可根据需要,在程序中设置定时,定时时间不受环境影响。
⑷ 灵活、可扩展性：继电器的控制会因为电路设置的触点数量不多以及连线繁杂缘故,所以控制装置的灵活性可扩展性很差。PLC的输入，输出模块的专用连接可以是无限的，具有良好的可扩展性。
⑸ 计数功能：继电器能够完成逻辑控制功用,而它没有计数功能。而PLC具有特定的计数器，可以实现生产设备的控制步骤。
2.4 方案确定
根据上文的三种方案的比较得出结论：选择PLC控制系统作为本次设计的控制系统是最为正确、方便的控制系统。综合上文的三种方案比较得出PLC控制的几大优点如下：
1 可靠性程度高：PLC控制系统运用了今天的大规模集成电路技术，在内部使用的前沿抗干扰技术，拥有可靠性程度非常大。
2 配套齐全，功能完善：PLC控制系统一步步完善至现在，各种大小规模的控制系统都已具备。可以用于各种规模的工业控制。最近几年PLC的功能单元的大量出现，让PLC控制系统的出现在各种工业控制，温度控制。
3 容易让人接受，自学难度低：PLC作为生产过程中通用的控制系统，它的对象是整个工控设备。PLC接口简易而且语言编程容易被人们接受，让对电子电路陌生、不熟悉计算机汇编语言的人打开了方便之门。
4 设计工作量小，易于重构：PLC的控制系统都是用存储逻辑代替接线逻辑，很大程度减少了控制部分接线的繁杂程度，使控制部分的设计时间大为缩短，因此维护也变得容易起来。通过改变程序，从而使不同生产工艺使用相同的设备成为可能。它更适合于多品种，小批量的出品公司。
总结以上选择PLC带来的优点和便捷，所以我选择了用PLC控制系统来完成制动装管机的设计。
3 控制系统的设计要求以及设计方案
3.1 控制系统的设计要求
控制系统的功能是根据圆盘的检测情况将工件一步一步的组合起来。如果圆盘的检测情况有工件，系统就会控制气缸工作，如果检测情况是没有工件，系统就会自动下一步转动再进行检测。圆盘下料情况也会对工作产生影响，如果下料没完全，系统就会发生红灯闪烁；下料完全那么系统可以继续运行。下面就是我设计的系统工作顺序，每一步代表一个执行动作动作分解如下：
摘要
本文针对以前装管机只能通过人工进行上料、下料等操作进行记录，对这种费时费力的问题进行探讨并设计出以PLC为控制核心的控制系统。首先通过对国内外现状的研究及分析，论证设计的必要性和可行性。其次对自动装管机的控制系统进行分析，选择控制方案，确定控制系统的构成方式。然后选择系统中的控制部件，绘制电气原理设计，电气元件布置图，电气接线图。再通过对PLC输入输出配置与接线原理及系统流程图分析，进行PLC程序的设计。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:装管机自动控制可编程控制器触摸屏
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2课题研究的目的和意义 1
1.3国内外研究现状及分析 1
1.4本研究课题的主要内容 2
2 方案比较 3
2.1PLC控制 3
2.2PLC控制与单片机控制的区别 3
2.3PLC控制与继电器控制相比较 3
2.4方案确定 4
3 控制系统的设计要求以及设计方案 5
3.1控制系统的设计要求 6
3.2控制系统的设计方案 6
3.3控制系统的电气原理图 7
3.3.1控制系统原理框图 7
3.3.2控制系统的PLC原理图 8
3.3.3控制系统的气动原理图 9
3.3.4电气元件的布置示意图 10
3.4 送料机构的系统 12
3.4.1振动给料机组成 12
3.4.2振动料斗送料原理 13
4 硬件设计 14
4.1PLC的选型 14
4.1.1 可编程控制器的分类及应用 14
4.1.3 可编程控制器的选型 14
4.2断路器的选型 15
4.2.1断路器的结构 15
4.2.2断路器的选用 16
4.3熔断器选型 17
4.3.1熔断器的结构 17
4.3.2熔断器的工作原理 18
4.3.3熔断器选型 18
5 控制系统的电气系统分析 20
5.1PLC选用 20
5.1.1可编程控制器概述 20
5.2气缸的选择 21
5.2.1气压传动工作原理及优点 21
5.2.2标准气缸选型 22
5.3电磁换向阀的选择 24
5.4 电机的选用 24
5.4.1 选择主电动机的类型 24
5.4.2 设计实现传动要求 25
5.4.3 确定伺服电机功率 25
5.4.4 确定伺服电机型号 29
5.5传感器的选用 30
5.5.1磁性传感器的选用 30
5.5.2光电传感器的选用 31
6 控制系统的程序设计 30
6.1控制系统PLC程序编写 32
6.1.1 PLC程序的动作要求 32
6.1.2 控制系统PLC程序的流程图 32
6.1.3 控制系统的PLC程序设计及分析 33
6.2人机界面设计方案 39
6.2.1触摸屏简介 39
6.2.2触摸屏的工作原理 39
6.2.3触摸屏的选择 39
6.2.4触摸屏的设计 40
结束语 44
参考文献 45
致谢 46
附录 47
附录1 PLC程序梯形图 47
附录2 三维实体图 54
1 绪论
1.1 课题背景
本课题来源指导老师以及暑假的生产实习。本次毕业设计的主要任务是设计一种以PLC为控制核心的、气动装置作为执行机构的自动装管控制系统。
1.2 课题研究的目的和意义
因为在古老生产过程中，固体胶的生产形式，工艺复杂，工作量大，但产量非常低，通过认真研究这种生产过程，再依据企业的生产需求，研制了本设计的自动装管机。此次设计的装管机选用传感器来实现自我检测功能，再通过PLC流程进行进一步控制。气动元件作为执行机构，并通过伺服电机的准确进给及机械结构的巧妙设计，使该装置不仅结构紧凑，运行精度可靠，而且还适用于不同长度规格的固体胶管壳排管作业，准确性高，生产工艺控制灵活。运行结果表明，不仅可提高产量，而且节省了超过75%的人力资源，和提高生产过程的自动化。
1.3 国内外研究现状及分析
在最近几年在中国的经济发展，大多数民营企业的机械生产自动化水平有了很大的进步，固体胶管壳排管的过程当中，有相当数量的企业仍在手动方式操作，通过人力将胶体壳管根据组合模的要求分别安插在组合模上，是劳动密集型的形式，费时费力，一点也不利于生产自动化；为此研制了自动装管机。
自动装管机样机运行表明：需要的工作人员从原来的7至8人减少到2人的数量，操作者只需进行芯料和胶管壳的添加工作。该机械不但达到了设计要求，而且提高了企业自动化水平。由于减少了现场工人的数量和密集度，对安全生产和工人的人身安全起到一定的保护作用。
装管机
我国在80年代初开始引进国际的装管机
1.4 本研究课题的主要内容
完成自动装管机控制系统设计。主要内容包括：
1）本课题国内外的现状的分析；
2）本课题需求分析，和方案论证；
3）自动装管机控制系统设计。画出控制系统的电气原理图，电子元器件的布局，该布局面板，和电气接线图。
4）电子元器件选型，列出电子元器件清单
5）进行电气控制系统PLC程序设计和触摸屏程序的编制；
6）完成毕业设计论文的撰写
2 方案比较
2.1 PLC控制
⑴ 数据处理：PLC是微处理器的智能产品，拥有数值计算，数据比较，数值转换通信数据传输功能。
⑵ 逻辑控制：PLC具有逻辑运算功能，可以实现各种开关控制。
⑶ 定时控制：由于PLC提供了更多的定时器，和时间设定值，可以由用户程序设定参数完全，所以PLC控制和定时功能很强。
⑷ 计数功能：PLC也为用户提供许多计数器，所以可以设置计算功能。
⑸ 顺序控制：根据生产需要，实现输出，顺序控制。
⑹ 通信联网：可以对驱动器、变频器实现远程控制。
2.2 PLC控制与单片机控制的区别
⑴ PLC是一个建立在单片机的基础之上设计出的控制产品，而对于单片机本身而言，它是一个比较复杂的集成电路，它们之间没什么可比的。
⑵ 单片机本身能够组成许许多多的体系，PLC仅仅是单片机在应用系统的一个特殊情况。
⑶ 生产PLC厂家不同，但是生产PLC是基于同样的原理，具有一定的互换性，质量保证，因为软件都是向标准化方向发展。这就是PLC获得广泛应用的原因。而单片机使用功能千差万别，我们学习、使用和维护都会遇到一定的难题。
2.3 PLC控制与继电器控制相比较
⑴ 逻辑控制：继电器控制是一种操纵各电器件机器触点串并联组合而成的逻辑控制。连接是硬线连接，并且连接线繁杂，之后的逻辑更改，添加新的功能将会更加困难。而PLC的逻辑控制是用程序的形式保存在内存中,通过更改程序,就能转换逻辑控制。是以PLC控制接线少、体积小、简易可靠。
⑵ 控制速度：继电器控制系统是吸引作用依赖于机器的接触来实现控制，其速度慢，频率不高。PLC是根据程序指令来实现电路控制,所以控制系统就变的稳定、可靠,而且运转速率大大提高。
⑶ 顺序控制：继电器的顺序控制方式是通过它的时间继电器拥有滞后行为从而达成这一目的。但是时间继电器的内部机械结构容易受环境温度和湿度变化而产生影响,从而造成定时的精度出现偏差。而PLC里面是通过半导体电路构成的定时器，再通过使用一个晶体振荡器发出的时钟脉冲来计时,这样定时精度就会比继电器高很多。使用者可根据需要,在程序中设置定时,定时时间不受环境影响。
⑷ 灵活、可扩展性：继电器的控制会因为电路设置的触点数量不多以及连线繁杂缘故,所以控制装置的灵活性可扩展性很差。PLC的输入，输出模块的专用连接可以是无限的，具有良好的可扩展性。
⑸ 计数功能：继电器能够完成逻辑控制功用,而它没有计数功能。而PLC具有特定的计数器，可以实现生产设备的控制步骤。
2.4 方案确定
根据上文的三种方案的比较得出结论：选择PLC控制系统作为本次设计的控制系统是最为正确、方便的控制系统。综合上文的三种方案比较得出PLC控制的几大优点如下：
1 可靠性程度高：PLC控制系统运用了今天的大规模集成电路技术，在内部使用的前沿抗干扰技术，拥有可靠性程度非常大。
2 配套齐全，功能完善：PLC控制系统一步步完善至现在，各种大小规模的控制系统都已具备。可以用于各种规模的工业控制。最近几年PLC的功能单元的大量出现，让PLC控制系统的出现在各种工业控制，温度控制。
3 容易让人接受，自学难度低：PLC作为生产过程中通用的控制系统，它的对象是整个工控设备。PLC接口简易而且语言编程容易被人们接受，让对电子电路陌生、不熟悉计算机汇编语言的人打开了方便之门。
4 设计工作量小，易于重构：PLC的控制系统都是用存储逻辑代替接线逻辑，很大程度减少了控制部分接线的繁杂程度，使控制部分的设计时间大为缩短，因此维护也变得容易起来。通过改变程序，从而使不同生产工艺使用相同的设备成为可能。它更适合于多品种，小批量的出品公司。
总结以上选择PLC带来的优点和便捷，所以我选择了用PLC控制系统来完成制动装管机的设计。
3 控制系统的设计要求以及设计方案
3.1 控制系统的设计要求
控制系统的功能是根据圆盘的检测情况将工件一步一步的组合起来。如果圆盘的检测情况有工件，系统就会控制气缸工作，如果检测情况是没有工件，系统就会自动下一步转动再进行检测。圆盘下料情况也会对工作产生影响，如果下料没完全，系统就会发生红灯闪烁；下料完全那么系统可以继续运行。下面就是我设计的系统工作顺序，每一步代表一个执行动作动作分解如下：
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