太阳能水箱外壳板连续自动冲压控制系统设计【字数：13095】
太阳能热水器是将太阳能光能转换为热能的加热装置，主要以真空管式太阳能热水器为主，其水箱外壳多孔板是一项重要的组成部分，通过冲压设备批量生产。本课题设计的控制系统，就是用来完成它的连续自动冲压加工过程。这项目需要完成它的整体方案的确定，并且列出电子元器件清单，绘制控制系统的电路原理图，编辑PLC控制流程图和触摸屏程序，最后总结成一份设计说明书。本课题的控制要求有（1）使用气缸夹紧装置夹紧元件；（2）要控制伺服电机保证纵向送料的快速和孔距的精度；（3）要控制步进电机实现冲孔的横向移动；（4）能够在触摸屏上调节孔距和运行速度；（5）能够实现自动模式和手动模式的切换；（6）具备一定的安全措施。
目录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
2 控制系统介绍 3
2.1 选择控制方案 3
2.2 控制系统的设计方案 4
2.3 控制系统的设计 4
3 PLC控制系统 12
3.1 PLC控制系统设计的基本原则 12
3.2 PLC的选型 13
3.3 夹紧装置的选择 19
3.4 线性滑轨 23
3.5 滚珠丝杠 25
3.6 步进电机及其驱动器 25
3.8 伺服电机及其驱动器 29
4 程序设计 34
4.1 软件介绍 34
4.2 PLC程序的编写 34
4.3 主要动作说明 36
4.4 程序调试 42
5 触摸屏程序 44
5.1 触摸屏的选型 44
5.2 软件介绍 44
5.3 触摸屏操作说明 46
小结 51
参考文献 52
附录一 程序梯形图 53
附录二 触摸屏界面 59
1 引言
1.1 课题背景
太阳能热水器是将光能转化为热能的装置，利用阳光加热水来满足人们日常的用水需求。有两种类型的太阳能，分别为真空管式和平板式太阳能热水器，主流是真空管式 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
太阳能，它是由水箱、集热管和支架组成的，其中水箱是用来储存水的，集热管是用来加热水的。本课题的研究对象就是水箱外壳的多孔板，它是通过冲压来实现批量生产的，而我需要做的就是设计一套控制系统来实现对多孔板连续自动冲压的控制和调整，并且拥有一定的柔性，可以修改纵向和横向的加工孔距和加工速度，然后还可以使用触摸屏来实现人机交互功能，使得控制系统的操作更加的直观化和人性化。
1.2 课题研究的目的和意义
太阳能水箱外壳是一种需要大批量生产的含2排多空的金属低碳钢薄板。薄板冲孔时为提高生产效率和保证产品质量，通常采用连续自动送料冲压工艺。系统工作时，工件采用气动夹紧，利用伺服电机保证纵向送料的快速和孔距的精度，采用步进电机实现冲孔横向的移动。孔距根据不同的产品种类由控制系统调节。要设计出符合上述控制要求的控制系统，主要内容包括：
研究自动化冲压生产线系统的总体设计。
对控制系统的硬件进行设计、选型、组态。完成控制系统电路原理图的绘制。并列出电子元器件清单一份。
分析PLC概述、PLC的硬件接线、位逻辑指令、定时器指令、计数器指令、功能指令和顺序控制设计法。完成PLC程序的设计。
分析触摸屏概述、触摸屏的硬件接线、原件的功能说明与使用、宏的功能说明与使用、内部存储器的功能说明与使用、程序控制区和状态区的功能说明与使用。完成触摸屏程序的设计。
最后整理总结出一份设计说明书。设计说明书梳理了所有的设计过程，是对整体设计的一个总结和概括，包括设计该课题的目的意义、以及设计出来的东西最终需要满足什么样的性能要求，设计中所涉及的参数运算、校核、相关文献的查找等等，都会在设计说明书中呈现出来，通过设计说明书，要简洁明了的了解改设计的设计内容，设计者的思想以及设计过程，设计说明书也是审核设计合理与否的重要技术文件。
2 控制系统介绍
2.1 选择控制方案
本课题中的控制对象主要有伺服电机、步进电机和夹紧气缸，伺服电机保证纵向送料的快速和孔距的精度，步进电机实现冲孔横向的移动，而夹紧气缸负责工件夹紧。
2.1.1 PLC与继电器控制的比较
PLC和继电器是大家常用的控制元件，它们作为工控产品，虽然作用类似，但是两者的控制逻辑相差很大。详细罗列了PLC控制与继电器控制的优劣，大概可以概括为以下几个方面：
表2.1 PLC控制与继电器控制的优劣
对比方面 控制方式
PLC控制
继电器控制
控制逻辑
PLC采用存储逻辑，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其连线少，体积小。
继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大。
工作方式
电流接通时，各继电器都处于周期性循环扫描，受约时间短暂。
电流接通时，控制线路中各继电器一直处于受约状态。
控制速度
速度极快，不会有抖动问题。
工作频率低，还有机械抖动问题。
限时控制
精度高，不收环境影响。
定时精度低，定时时间易受环境影响。
计数控制
有计数功能。
没有计数功能。
设计与施工
设计周期短，而且调试和修改都很方便。
设计周期长，修改困难，工程量大。
可靠性和可维护性
体积小，使用寿命长，检测和维修方便，因此可靠性和可维护性高。
使用寿命短，设备笨重，因此可靠性和可维护性差。
价格
使用大规模集成电路，所以价格相对昂贵。
使用机械开关、接触器和继电器，所以价格相对低廉。
2.2 控制系统的设计方案
2.2.1 控制系统方案的确定
凭借上列表格和生产实际相结合，因为本次设计要求控制系统能够设置一些参数，可以根据生产实际的要求来改变参数的值；还要保证工作台的快速和精准，并且要应用于大批量生产工作中，所以需要长时间的连续运行而且生产过程中的故障率要尽可能的低，这就要求控制系统需要具备良好的可靠性和可维护性。较高的可靠性和可维护性还可以节省成本、降低开支。最后因为本次的自动控制系统需要实现一些比较复杂的功能且还需要使用触摸屏来实现人机交互，所以综合以上原因考虑，决定使用PLC控制方案。
目录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
2 控制系统介绍 3
2.1 选择控制方案 3
2.2 控制系统的设计方案 4
2.3 控制系统的设计 4
3 PLC控制系统 12
3.1 PLC控制系统设计的基本原则 12
3.2 PLC的选型 13
3.3 夹紧装置的选择 19
3.4 线性滑轨 23
3.5 滚珠丝杠 25
3.6 步进电机及其驱动器 25
3.8 伺服电机及其驱动器 29
4 程序设计 34
4.1 软件介绍 34
4.2 PLC程序的编写 34
4.3 主要动作说明 36
4.4 程序调试 42
5 触摸屏程序 44
5.1 触摸屏的选型 44
5.2 软件介绍 44
5.3 触摸屏操作说明 46
小结 51
参考文献 52
附录一 程序梯形图 53
附录二 触摸屏界面 59
1 引言
1.1 课题背景
太阳能热水器是将光能转化为热能的装置，利用阳光加热水来满足人们日常的用水需求。有两种类型的太阳能，分别为真空管式和平板式太阳能热水器，主流是真空管式 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
太阳能，它是由水箱、集热管和支架组成的，其中水箱是用来储存水的，集热管是用来加热水的。本课题的研究对象就是水箱外壳的多孔板，它是通过冲压来实现批量生产的，而我需要做的就是设计一套控制系统来实现对多孔板连续自动冲压的控制和调整，并且拥有一定的柔性，可以修改纵向和横向的加工孔距和加工速度，然后还可以使用触摸屏来实现人机交互功能，使得控制系统的操作更加的直观化和人性化。
1.2 课题研究的目的和意义
太阳能水箱外壳是一种需要大批量生产的含2排多空的金属低碳钢薄板。薄板冲孔时为提高生产效率和保证产品质量，通常采用连续自动送料冲压工艺。系统工作时，工件采用气动夹紧，利用伺服电机保证纵向送料的快速和孔距的精度，采用步进电机实现冲孔横向的移动。孔距根据不同的产品种类由控制系统调节。要设计出符合上述控制要求的控制系统，主要内容包括：
研究自动化冲压生产线系统的总体设计。
对控制系统的硬件进行设计、选型、组态。完成控制系统电路原理图的绘制。并列出电子元器件清单一份。
分析PLC概述、PLC的硬件接线、位逻辑指令、定时器指令、计数器指令、功能指令和顺序控制设计法。完成PLC程序的设计。
分析触摸屏概述、触摸屏的硬件接线、原件的功能说明与使用、宏的功能说明与使用、内部存储器的功能说明与使用、程序控制区和状态区的功能说明与使用。完成触摸屏程序的设计。
最后整理总结出一份设计说明书。设计说明书梳理了所有的设计过程，是对整体设计的一个总结和概括，包括设计该课题的目的意义、以及设计出来的东西最终需要满足什么样的性能要求，设计中所涉及的参数运算、校核、相关文献的查找等等，都会在设计说明书中呈现出来，通过设计说明书，要简洁明了的了解改设计的设计内容，设计者的思想以及设计过程，设计说明书也是审核设计合理与否的重要技术文件。
2 控制系统介绍
2.1 选择控制方案
本课题中的控制对象主要有伺服电机、步进电机和夹紧气缸，伺服电机保证纵向送料的快速和孔距的精度，步进电机实现冲孔横向的移动，而夹紧气缸负责工件夹紧。
2.1.1 PLC与继电器控制的比较
PLC和继电器是大家常用的控制元件，它们作为工控产品，虽然作用类似，但是两者的控制逻辑相差很大。详细罗列了PLC控制与继电器控制的优劣，大概可以概括为以下几个方面：
表2.1 PLC控制与继电器控制的优劣
对比方面 控制方式
PLC控制
继电器控制
控制逻辑
PLC采用存储逻辑，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其连线少，体积小。
继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大。
工作方式
电流接通时，各继电器都处于周期性循环扫描，受约时间短暂。
电流接通时，控制线路中各继电器一直处于受约状态。
控制速度
速度极快，不会有抖动问题。
工作频率低，还有机械抖动问题。
限时控制
精度高，不收环境影响。
定时精度低，定时时间易受环境影响。
计数控制
有计数功能。
没有计数功能。
设计与施工
设计周期短，而且调试和修改都很方便。
设计周期长，修改困难，工程量大。
可靠性和可维护性
体积小，使用寿命长，检测和维修方便，因此可靠性和可维护性高。
使用寿命短，设备笨重，因此可靠性和可维护性差。
价格
使用大规模集成电路，所以价格相对昂贵。
使用机械开关、接触器和继电器，所以价格相对低廉。
2.2 控制系统的设计方案
2.2.1 控制系统方案的确定
凭借上列表格和生产实际相结合，因为本次设计要求控制系统能够设置一些参数，可以根据生产实际的要求来改变参数的值；还要保证工作台的快速和精准，并且要应用于大批量生产工作中，所以需要长时间的连续运行而且生产过程中的故障率要尽可能的低，这就要求控制系统需要具备良好的可靠性和可维护性。较高的可靠性和可维护性还可以节省成本、降低开支。最后因为本次的自动控制系统需要实现一些比较复杂的功能且还需要使用触摸屏来实现人机交互，所以综合以上原因考虑，决定使用PLC控制方案。
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