PLC在螺丝枪上的控制应用
目录
引言 1
一、课题介绍 2
（一） 课题设计内容 2
（二）课题设计的具体要求 3
二、设备控制要求概述 3
三、控制系统的硬件设计 4
（一）电力设计 4
（二）选择plc的型号 6
（三）系统构成 6
四、DDK螺丝枪 7
（一）螺丝枪工作原理 7
（二）螺丝枪参数的设定 7
（三）打开电源后的确认项目 9
（四）参数最终设定值 9
五、控制系统的软件设计 10
（一）总体方案设计 10
（二）I/O信号分析 10
（三）梯形图设计及说明 11
总结 18
谢辞 19
参考文献 20
引言
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）即PLC，自从1969年第一台可编程控制器在美国面世以来，经过三十多年的发展，现在可编程控制器已成为最重要最可靠应用场合最为广泛的工业控制微型计算机。在PLC中，充分应用了大规模集成电路技术。微电子技术及通讯技术。迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制.伺服控制.过程控制等领域。用可编程控制器已经构成包括逻辑控制.过程控制.数据采集与控制.图形工作站等综合控制系统.
西门子PLC在现代工业自动化中扮演着举足轻重的地位，尤其是S7系列的PLC，它具有体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高的优点。我们根据实际要求，采用了西门子S7-300，CPU315-2的模块。该设计主要针对自动化流水线以及半自动化设备打螺母提供较快的安装。该设备主要由PLC，DDK *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
螺丝枪，编码器，西门子触摸屏以及传感器构成，可以很好完成一系列的控制。
一、课题介绍
（一） 课题设计内容
如图1-1所示是螺丝枪的安装示意图，
图1-1 螺丝枪安装图
该螺丝枪的任务是将两件工件连接的地方用螺母锁紧如图1-2，图1-3。
图1-2 螺丝枪拧紧螺母
本设备共两把螺丝枪打6颗M8的螺母，每次打螺母都必须按照如图1-3，图1-4所示，按顺序打螺母。首先由第一把螺丝枪打完3颗螺丝后工件移到2号螺丝枪位置继续打完剩下3颗螺母后将工件取出。在固定螺丝枪的两个自由度机构上各有一个角度编码器，它能根据每个螺母拧紧位置的不同，设置每个螺母的角度范围，防止工人在进行拧紧螺母时候发生顺序错误，影响产品的质量。在第一把螺丝枪打完3颗螺丝后工件移到2号螺丝枪位置继续打完剩下3颗螺母后将工件取出。
图1-3 1号螺丝枪螺母拧紧顺序
图1-4 2号螺丝枪螺母拧紧顺序
（二）课题设计的具体要求
1.明确控制要求。
2.按照要求选择电气元器件。
3.绘制电路图。
4.PLC输入输出点的分配。
5.编写PLC控制梯形图。
二、设备控制要求概述
本设备要求在工件到位时，1号螺丝枪可以工作，人手持螺丝枪把手，将螺丝枪套筒对准第一颗螺母，按下启动开关，螺丝枪转动拧紧螺母。同样图1-3依次操作打完三颗螺母，接着将工件移到2号螺丝枪位置，按照图1-4顺序打完3颗螺母后将工件取出。
1. 注意事项及技术参数：
工位1和工位2都必须有检测工件到位传感器。打螺母顺序必须设置防错。M8螺母扭矩控制：25±3Nm。扭矩不在范围内要有NG指示。触摸屏上有扭矩OK与NG指示。
2．装配过程
（1）将螺母手动预拧紧在螺栓上
（2）手持螺丝抢，将螺母依次拧紧
三、控制系统的硬件设计
（一）电力设计
主电路是直接承担电能的交换或控制任务的电路，在配电柜中主电路多指高压回路，为整个系统以及大功率在执行元件提供动力，大多为220等高电压电路。我们选择的螺丝枪为日本DDK螺丝枪，用到的是三相220V，我们选择了三相380V变三相190V来为螺丝枪供电，在为PLC供电电路中可能会存在多种频率，对PLC造成干扰，因此在这路电路中加入滤波器，来减小电路中多种频率对plc的影响。PLC需要的是24V直流电压，则需要一台直流电源为PLC供电。这样本课题的主电路就出来了（图3-1，图3-2），用空气开关控制电路的通断几保护，直流电源为PLC供电。
图3-1 主电路图1
图3-2 主电路图2
表3-1是主电路元器件清单：
表3-1 主电路电气元器件清单
名称 符号 品牌 规格
1 安全开关 QS1
2 断路器 QF2 Schneider C32A+Vigi iC65ELE
3 断路器 QF3 Schneider C6A
4 断路器 QF4 Schneider C6A
5 断路器 QF5 Schneider C2A
6 滤波器 SIRON T072-6A
7 直流电源 西门子 ps307 A02 0AA0
8 变压器 T1 EST-3000
1.主电路电器元件介绍
断路器: 当短路时，强大的电流产生的磁场力克服了反力弹簧的力，脱扣器拉动操作机构动作，开关立即就跳闸。当过载时，电流会变的很大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度后就推动机构动作。若电流越大，那开关跳闸时间就越短。
2.控制电路的设计及元件选型
控制电路是在电力拖动中，能使这些电器按我们的要求动作的线路，这部分线路就是控制电路；控制电路中包括外部输入信号部分、各种开关、电源及各电器的线圈、触点等。我们经常接触比较多的都属于控制电路；一个完整的电路包括设备的主电路、控制电路、信号电路及指示电路等。
本文中的控制电路包括照明电路，安全回路，PLC控制回路。下表3-2是控制回路元器件清单。
表3-2 控制回路元器件清单
名称 符号 品牌 规格
1 两位选择开关 SA1 Schneider XB2BD21C
2 中间继电器 KA1 OMRON MY4NJ+PYF14A-E DC24V
3 安全继电器 K1 Pliz
4 固态继电器 KA2 OMRON
5 固态继电器 KA3 OMRON
6 固态继电器 KA4 OMRON
7 固态继电器 KA5 OMRON
8 PLC处理器 西门子 CPU 315
9 输入模块 西门子 DI 32输入
图5-4 异常显示
若出现以上异常显示时，需要断开电源。重新打开电源时，必须切断电源后等待 1 分钟以上(建议)再重新打开电源，如果没有待时，或短时间内重新打开电源时，可能会产生以下情况。第一，防止冲击电路不动作，使异常电流流入主电源电路。 其结果，可能会使电路保护装置处于切断状态。第二，轴组件的电源电路检测出异常情况后，自动切断电路。 其结果，即使重新打开电源，电源电路也不会动作。(处于关闭状态)。
引言 1
一、课题介绍 2
（一） 课题设计内容 2
（二）课题设计的具体要求 3
二、设备控制要求概述 3
三、控制系统的硬件设计 4
（一）电力设计 4
（二）选择plc的型号 6
（三）系统构成 6
四、DDK螺丝枪 7
（一）螺丝枪工作原理 7
（二）螺丝枪参数的设定 7
（三）打开电源后的确认项目 9
（四）参数最终设定值 9
五、控制系统的软件设计 10
（一）总体方案设计 10
（二）I/O信号分析 10
（三）梯形图设计及说明 11
总结 18
谢辞 19
参考文献 20
引言
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）即PLC，自从1969年第一台可编程控制器在美国面世以来，经过三十多年的发展，现在可编程控制器已成为最重要最可靠应用场合最为广泛的工业控制微型计算机。在PLC中，充分应用了大规模集成电路技术。微电子技术及通讯技术。迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制.伺服控制.过程控制等领域。用可编程控制器已经构成包括逻辑控制.过程控制.数据采集与控制.图形工作站等综合控制系统.
西门子PLC在现代工业自动化中扮演着举足轻重的地位，尤其是S7系列的PLC，它具有体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高的优点。我们根据实际要求，采用了西门子S7-300，CPU315-2的模块。该设计主要针对自动化流水线以及半自动化设备打螺母提供较快的安装。该设备主要由PLC，DDK *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
螺丝枪，编码器，西门子触摸屏以及传感器构成，可以很好完成一系列的控制。
一、课题介绍
（一） 课题设计内容
如图1-1所示是螺丝枪的安装示意图，
图1-1 螺丝枪安装图
该螺丝枪的任务是将两件工件连接的地方用螺母锁紧如图1-2，图1-3。
图1-2 螺丝枪拧紧螺母
本设备共两把螺丝枪打6颗M8的螺母，每次打螺母都必须按照如图1-3，图1-4所示，按顺序打螺母。首先由第一把螺丝枪打完3颗螺丝后工件移到2号螺丝枪位置继续打完剩下3颗螺母后将工件取出。在固定螺丝枪的两个自由度机构上各有一个角度编码器，它能根据每个螺母拧紧位置的不同，设置每个螺母的角度范围，防止工人在进行拧紧螺母时候发生顺序错误，影响产品的质量。在第一把螺丝枪打完3颗螺丝后工件移到2号螺丝枪位置继续打完剩下3颗螺母后将工件取出。
图1-3 1号螺丝枪螺母拧紧顺序
图1-4 2号螺丝枪螺母拧紧顺序
（二）课题设计的具体要求
1.明确控制要求。
2.按照要求选择电气元器件。
3.绘制电路图。
4.PLC输入输出点的分配。
5.编写PLC控制梯形图。
二、设备控制要求概述
本设备要求在工件到位时，1号螺丝枪可以工作，人手持螺丝枪把手，将螺丝枪套筒对准第一颗螺母，按下启动开关，螺丝枪转动拧紧螺母。同样图1-3依次操作打完三颗螺母，接着将工件移到2号螺丝枪位置，按照图1-4顺序打完3颗螺母后将工件取出。
1. 注意事项及技术参数：
工位1和工位2都必须有检测工件到位传感器。打螺母顺序必须设置防错。M8螺母扭矩控制：25±3Nm。扭矩不在范围内要有NG指示。触摸屏上有扭矩OK与NG指示。
2．装配过程
（1）将螺母手动预拧紧在螺栓上
（2）手持螺丝抢，将螺母依次拧紧
三、控制系统的硬件设计
（一）电力设计
主电路是直接承担电能的交换或控制任务的电路，在配电柜中主电路多指高压回路，为整个系统以及大功率在执行元件提供动力，大多为220等高电压电路。我们选择的螺丝枪为日本DDK螺丝枪，用到的是三相220V，我们选择了三相380V变三相190V来为螺丝枪供电，在为PLC供电电路中可能会存在多种频率，对PLC造成干扰，因此在这路电路中加入滤波器，来减小电路中多种频率对plc的影响。PLC需要的是24V直流电压，则需要一台直流电源为PLC供电。这样本课题的主电路就出来了（图3-1，图3-2），用空气开关控制电路的通断几保护，直流电源为PLC供电。
图3-1 主电路图1
图3-2 主电路图2
表3-1是主电路元器件清单：
表3-1 主电路电气元器件清单
名称 符号 品牌 规格
1 安全开关 QS1
2 断路器 QF2 Schneider C32A+Vigi iC65ELE
3 断路器 QF3 Schneider C6A
4 断路器 QF4 Schneider C6A
5 断路器 QF5 Schneider C2A
6 滤波器 SIRON T072-6A
7 直流电源 西门子 ps307 A02 0AA0
8 变压器 T1 EST-3000
1.主电路电器元件介绍
断路器: 当短路时，强大的电流产生的磁场力克服了反力弹簧的力，脱扣器拉动操作机构动作，开关立即就跳闸。当过载时，电流会变的很大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度后就推动机构动作。若电流越大，那开关跳闸时间就越短。
2.控制电路的设计及元件选型
控制电路是在电力拖动中，能使这些电器按我们的要求动作的线路，这部分线路就是控制电路；控制电路中包括外部输入信号部分、各种开关、电源及各电器的线圈、触点等。我们经常接触比较多的都属于控制电路；一个完整的电路包括设备的主电路、控制电路、信号电路及指示电路等。
本文中的控制电路包括照明电路，安全回路，PLC控制回路。下表3-2是控制回路元器件清单。
表3-2 控制回路元器件清单
名称 符号 品牌 规格
1 两位选择开关 SA1 Schneider XB2BD21C
2 中间继电器 KA1 OMRON MY4NJ+PYF14A-E DC24V
3 安全继电器 K1 Pliz
4 固态继电器 KA2 OMRON
5 固态继电器 KA3 OMRON
6 固态继电器 KA4 OMRON
7 固态继电器 KA5 OMRON
8 PLC处理器 西门子 CPU 315
9 输入模块 西门子 DI 32输入
图5-4 异常显示
若出现以上异常显示时，需要断开电源。重新打开电源时，必须切断电源后等待 1 分钟以上(建议)再重新打开电源，如果没有待时，或短时间内重新打开电源时，可能会产生以下情况。第一，防止冲击电路不动作，使异常电流流入主电源电路。 其结果，可能会使电路保护装置处于切断状态。第二，轴组件的电源电路检测出异常情况后，自动切断电路。 其结果，即使重新打开电源，电源电路也不会动作。(处于关闭状态)。
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