全自動滾齒機PLC控制系統(tǒng)答辯人：張克飛先進的齒輪加工全自動滾齒機的PLC控制系統(tǒng)將液壓控制與電氣控制配合使生產過程實現了自動化控制加工產品，提高了工效率，調試和維修更容易。對生產過程中的缺料、上料異常、加工過程中的異常能進行自動判斷報警，并自動采取相應的措施。如工作電機過熱、油壓不足、冷卻壓力不足、缺料五分鐘自動報警、上料異常時限時報警并重新上料，連續(xù)五次上料異常將停機報警，加工異常時報警并返回加工起始位置，重新上料加工，連續(xù)五次加工異常，將停機報警，系統(tǒng)返回初始狀態(tài)等。系統(tǒng)工作可靠性、安全性，經濟性被廣泛認可。前言方案選定普通的繼電器實現將使設備元件較多、接線繁雜、體積大、功耗大、故障率高、一旦系統(tǒng)構成以后，想改變或增加功能都很困難，因此，放棄該方案。采用單片機控制，能夠滿足設計需要，但是考慮到其適應工業(yè)環(huán)境能力較差，所以也放棄該方案。PLC控制具有靈活性、擴展性好、體積小、壽命長、可靠性高、控制速度快、不會出現抖動、定時控制精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點。是工業(yè)生產中較成熟的技術，且配套產品較多，因此本設計選用PLC控制。1．設計要求及分析1.1設計要求全自動滾齒機由自動上料裝置、工件檢測裝置、工件夾緊機構、工件旋轉機構、刀具升降機構、刀具平移機構、刀具旋轉機構、工件篩選機構、液壓系統(tǒng)、冷卻裝置、控制系統(tǒng)組成。自動上料裝置由料倉、上料滾筒、上料機械手組成。上料滾筒由單相低速微型交流異步電動機M1驅動；上料機械手由單相低速微型交流異步電動機M2驅動。工作時上料滾筒轉動，上料機械手停在抓料位置，行程開關SQ1動作。料倉內的坯件進入滾筒內的卡槽后隨滾筒轉動，到達機械手抓料位置被機械手抓住后行程開關SQ2動作，機械手轉動到等待上料位置，行程開關SQ3動作，發(fā)出等待上料信號，同時滾筒停止轉動。當滾齒機需要上料時，機械手轉動到上料位置，行程開關SQ4動作。滾齒機工件夾緊機構夾緊后行程開關SQ5動作，機械手轉動到抓料位置，行程開關SQ1動作，滾筒開始轉動，機械手停止，等待下次抓料。如果自動上料裝置開始運行時機械手不在抓料位置，或不在等待上料位置，應先將機械手轉動到抓料位置。若機械手5分鐘內一直未抓到料，應發(fā)出缺料聲光報警信號。1.1設計要求

工件檢測裝置由光電系統(tǒng)組成，檢測上料和加工時工件位置是否正常。若出現異常時工件檢測裝置KA1接通，發(fā)出工件異常信號。若上料時異常，應重新上料。若加工時異常，應將設備退回到初始狀態(tài)，重新開始自動循環(huán)。連續(xù)5次上料異常，或連續(xù)5次加工異常應停機并發(fā)出上料或加工異常聲光報警信號。工件檢測裝置需要DC24V電源。工件夾緊機構由液壓系統(tǒng)驅動，當機械手轉到上料位置后，電磁閥YA1通電，工件夾緊機構夾緊工件，夾緊后行程開關SQ5動作。刀具升降機構下降到位后電磁閥YA1斷電，工件夾緊機構放松，放松后行程開關SQ6動作。工件旋轉機構由三相交流異步電動機M3驅動。工件夾緊后開始運行，刀具平移機構快速后退時停止。1.1設計要求刀具升降機構由液壓系統(tǒng)驅動，工件夾緊后開始運行。電磁閥YA2通電后快速上升，上升到加工起始位置接近開關SQ7動作，電磁閥YA3通電開始工作進給。進給到位后行程開關SQ8動作，電磁閥YA2，YA3保持通電。直到加工結束，電磁閥YA2，YA3斷電刀具升降機構快速下降，下降到位后行程開關SQ9動作。接近開關SQ7需要DC24V電源。刀具平移機構由液壓系統(tǒng)驅動，刀具升降機構進給到位后開始運行。電磁閥YA4，YA5通電后向左進給，進給到位后行程開關SQ10動作，加工結束。加工結束后電磁閥YA4斷電，刀具平移機構慢速后退。1秒鐘后電磁閥YA5斷電，刀具平移機構快速后退，后退到位后行程開關SQ11動作。刀具旋轉機構由三相交流異步電動機M4驅動。工件夾緊后開始運行，刀具平移機構快速后退時停止。1.1設計要求工件篩選機構由液壓系統(tǒng)驅動。設備開始運行時電磁閥YA6斷電，篩選擋板向左擺動，將廢品導入廢品倉。加工結束后電磁閥YA6通電，篩選擋板向右擺動將成品導入成品倉。設備出現問題時，如上料異常，加工異常，緊急停車等，電磁閥YA6需斷電。液壓系統(tǒng)由三相交流異步電動機M5帶動油泵驅動。啟動設備時電動機M5首先啟動，并一直運行。當壓力繼電器SP1動作后自動加工方式才可以工作。自動加工時若液壓油壓力不足，SP1斷開，或電動機M5故障，應停止加工，將設備退回到初始狀態(tài)，并發(fā)出液壓系統(tǒng)故障聲光報警信號。冷卻裝置由三相異步電動機M6帶動冷卻泵。手動調整時由轉換開關SA2控制。自動加工時必須開啟冷卻泵，冷卻液壓力繼電器SP2動作后自動加工方式才可以工作。自動加工時若冷卻液壓力不足，SP2斷開，或電動機M6故障，應停止加工，將設備退回到初始狀態(tài)，并發(fā)出冷卻裝置故障聲光報警信號。1.1設計要求設備具有自動加工和手動調整兩種工作方式，由轉換開關SA1控制。轉換開關SA1有3個位置，左邊是自動加工，中間是停止，右邊是手動調整。SA1在自動位置時，按下啟動按鈕后自動上料裝置、液壓系統(tǒng)、冷卻裝置開始工作。所有電磁閥斷電，當SQ6，SQ9，SQ11動作后說明設備處于初始狀態(tài)。SP1，SP2動作說明液壓和冷卻系統(tǒng)正常。這時若機械手已經抓到料，并已經轉到等待上料位置SQ3動作。自動循環(huán)即可開始。自動循環(huán)過程如下圖所示1.1設計要求設備出現故障時應回到初始狀態(tài)并停機，同時發(fā)出相應的聲光報警信號。SA1在手動調整位置時除自動上料裝置外均有各自獨立的手動調整功能。三相交流異步電動機M3，M4，M5，M6均有熱繼電器保護，熱繼電器動作時應立即停機并報警。系統(tǒng)設有緊急停車按鈕和一般停車按鈕。按下緊急停車按鈕時應立即斷開所有部件的電源。按下一般停車按鈕時系統(tǒng)應在完成當前循環(huán)后停機。1.2設計要求分析單向運轉單相低速微型交流異部電動機lM1由交流接觸器KM1控制，用來帶動上料滾筒轉動。正常時它的啟動條件是轉換開關SA1打在手動或自動位置，機械手內無料，按啟動按鈕即可啟動。啟動條件是SQ1(I0.02),當機械手抓住料后停止轉動。當機械手上完料需要重回抓料位置時，由SQ1（0.01）自動啟動滾筒，如此循環(huán).單向運轉單相低速微型交流異部電動機M1,由交流接觸器KM1控制,M1啟動時不在抓料位置或不在等待上料位置，應先將機械手轉動到抓料位置，因此不論在手動還是在自動，工作時先讓電動機啟動轉到抓料位置，由抓料位、轉到等待上料位，最后到上料位，等接到上料信號后，上晚料回到抓料位，如此循環(huán)。按急停立即停止，正常停止完成一個周期。1.2設計要求分析單向運轉三相異步電動機M3由交流接觸器KM3控制，用來帶動工件旋轉，自動時工件夾緊后一直旋轉，一直到加工結束，刀具快退時停止。單項運轉三相異步電動機M4由交流接觸器KM4控制，用來帶動刀具旋轉，與M3同時啟動，同時停止。單向運轉三相異步電動機M5由交流接觸器KM5控制，帶動液壓泵，系統(tǒng)啟動后一直運轉，急?；蚱胀ㄍＶ芷诮Y束或故障時停止。單向運轉三相異步電動機M6由交流接觸器KM6控制，，用來帶動冷卻泵，其控制方式與M5基本一致，只是在啟動回路中根據設計要求，加入手動時用轉換開關SA2控制的回路。6個電磁閥控制液壓系統(tǒng)。工件檢測裝置由光電系統(tǒng)組成，檢測上料和加工時工件位置是否正常。根據系統(tǒng)的要求，有行程開關10個、接近開關1個、壓力開關2個、光電開關2個、轉換開關2個、熱繼電器4個、按鈕15個，共需輸入點36個。輸出有電磁閥6個、交流接觸器6個、光及聲響指示器10個，因此根據所用器件需要PLC輸入點數36個，輸出22個2．PLC的選擇和I/O分配2.1.1PLC選擇的一般原則

PLC選擇的一般原則PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產設備或工業(yè)生產過程，工作環(huán)境是工業(yè)生產現場。它與工業(yè)生產過程的聯系是通過I／O接口模塊來實現的通過Ｉ／Ｏ接口模塊可以檢測被控生產過程的各種參數，并以這些現場數據作為控制信息對被控對象進行控制。同時通過I／O接口模塊將控制器的處理結果送給被控設備或工業(yè)生產過程，從而驅動各種執(zhí)行機構來實現控制。PLC從現場收集的信息及輸出給外部設備的控制信號都需經過一定距離，為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I／O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據實際需要，一般情況下，PLC都有許多I／O接口模塊，包括開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊，使用時應根據它們的特點進行選擇。2.1.1PLC選擇的一般原則第一是機型功能選擇，所有PLC都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊的要求就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務。在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護使用方便及最佳的性能價格比。第二是PLC的存儲器容量選擇，計算的方法是：根據編程使用的節(jié)點數精確計算存儲器的實際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據控制規(guī)模和應用目的，為了使用方便，一般應留有２５％～３０％的裕量，獲取存儲容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字數，用戶便可確定準確的存儲容量。第三是I／O點數的選擇PLC平均的I／O點的價格還比較高，因此應該合理選用PLC的I／O點的數量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I／O點最少，但必須留有一定的裕量。通常I／O點數是根據被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10％~15％的裕量來確定。第四是電源模塊的選擇：一般要求是模塊的電流要大于其他各種模塊所需要電流的總和，應考慮以后擴展時的電流需求值2.1.2OMRON公司C系列PLC的主要特點OMRON公司是世界著名的幾大PLC生產與開發(fā)的廠家之一，其大、中、小、微型機各具特色，各有所長，在中國市場的占有率位居前列。特別是它的小型P型機，中型C200H機，在用戶中享有很高的聲譽。90年代后期，推出了P型機的后續(xù)機型CPM1A、CPM2A，推出了C200H的后續(xù)機型C200Hα、CS1，又推出CQMIH以取代CQM1，現在機型還包括CV/CVM1、CS1、CJ1、CPIH等。新推出的機型性能全面提升。除基本性能外，聯網通信功能也顯著提高。因OMRON卓越的性能，穩(wěn)定可靠的質量，廣泛的應用和方便的售后服務及較高的性價比，CPM1A是OMORNPLC產品系列中的小型PLC，多用于小系統(tǒng)的開發(fā)和應用，一般輸入輸出點數多在60點以內，還配有模擬量單元，通訊單元和高速計數口等特殊應用單元。這種小型PLC擁有性價比極高的特點，應用在國產中小型設備中，也是OMRON的入門機型。學習它會對以后學習中型、大型PLC有所幫助，甚至有過度作用。本系統(tǒng)選用了OMRON公司的產品CPM1A型2.2PLC選型與I/O分配2.1.2OMRON公司C系列PLC的主要特點本系統(tǒng)共有輸入點36個，輸出點22個。由于本系統(tǒng)功能要求一般，工藝較固定，環(huán)境較好，動作不是很頻繁，根據原則，選用CPM1A-40CDR-A型基本單元與CPM1A-20EDR的擴展單元，連接后，輸入點數為36個，輸出點數為24個，只加一個擴展單元就夠了。滿足控制單元需要，如考慮以后擴展的裕量要求，可再加一個擴展模塊，最多只能加三個?；蛘呖紤]控制的經濟性，由于手動和自動只能以一種方式進行工作，故某輸入點可以復用，即采用二極管對PC輸入點進行擴展。PLC的I/O分配如下表2.1.2OMRON公司C系列PLC的主要特點2.1.2OMRON公司C系列PLC的主要特點3.設計圖及其說明與分析3.1主電路電氣原理圖設計說明主電路主要由電機控制部分、24V直流電源部分部分組成，詳見附錄2。電機控制部分由總開關（QF1）、分開關（QF2~QF6）、交流接觸器(KM1~KM2)由QF2控制220單相交流電，提供給電動機M1、M2。（KM3~KM4）由QF3控制380交流電供給電動機（M3~M6）。(FR3~FR6)為電動機的熱保護繼電器，交流接觸器線圈由于功率較小，由PLC直接帶動，QF1~QF4起著隔離與短路保護作用。24V直流電源部分由變壓器TC與二極管整流橋、熔斷器FU組成。24V直流電源供給PLC輸入輸出使用。3.2PLC外圍接線圖設計說明電氣原理圖3.2PLC外圍接線圖設計說明PLC電源為AC220V。由接點1、2輸入，電磁閥由接點3、4接入24V交流，檢測裝置與輸出電路用24V直流電源由主電路經整流橋供給。報警光指示器HL1~HL10、聲響蜂鳴器PD、電磁閥YA1～YA6線圈額定電壓均為AC24V。輸出相關的COM點均連接到一起。交流接觸器線圈電壓均為220V。3.3PCL控制系統(tǒng)流程圖設計說明3.3PCL控制系統(tǒng)流程圖設計說明編寫程序時，根據滾齒機的要求，由滾齒機的起始位，采取順序控制，并行序列結構方法編程，控制程序由三個分支，如圖（一）所示。三個分支看可似是同時進行，用201~203通道中的位分別作為各支路程序的工作，使程序結構清晰，通俗易懂可讀性好。但上料裝置和加工裝置時一個循環(huán)的整體，加工設備要加工產品需要上料裝置給及時上料，上料裝置和加工設備必須在液壓壓力和油壓壓力到達一定的壓力之后才能加工，因此三個分支又是一個循環(huán)的整體。只有在互相滿足條件的情況下，才能進行自動加工產品。為了把三個分支密切聯合，設置了上料標志位和加工等待標志位，同時上料裝置和加工裝置能各自循環(huán)。按照設計要求，手動調整時自動上料系統(tǒng)不必調整，實際上可以手工上料，若此時SA1在手動位置，另外兩個分支就包括啟動液壓泵、冷卻泵電機，那么就可以進行手動上料、夾緊、上升、左移、工件旋轉、刀具旋轉、工進等一系列單獨的或多種動作一起的調試，也可以按照工藝要求進行操作，直至加工出成品來。3.3PCL控制系統(tǒng)流程圖設計說明若機械手在上料位，加工裝置在等待加工位，SA1在自動位，那么將自動上料，進行工件夾緊，夾緊后，刀具上升，工件旋轉，刀具旋轉，上升到位后刀具進行工進、左移，直到加工結束（SQ10動作），打開成品倉門，刀具快降，慢退，一秒后快退，工件與刀具停止旋轉，下降到位后，夾緊電磁閥斷電，工件放松，入成品倉。完成產品加工的一個循環(huán)。在完成產品加工的整個過程中，連續(xù)五次上料異常和連續(xù)五次加工異常，液壓壓力不足、油壓壓力不足、電動機M1、M2、M3、M4、M5、M6過熱后系統(tǒng)立即停機回到滾齒機的初始位。并進行聲光報警，每一種報警還有各自的光指示來顯示停機原因。出現停機報警，可按消鈴按鈕先解除聲報警，故障解除以后需按下故障復位按鈕，指示報警解除，不按復位按鈕故障不能解除，系統(tǒng)不能啟動。按急停按鈕停車時但不報警。具體的功能見下節(jié)梯形圖分析。3.4梯形圖分析3.4.1初始化程序（第0、1條步5）PLC上電時，在程序運行的第一個掃描周期253.15產生初始化脈沖，激活初始化標志200.00線圈，系統(tǒng)自動地進行初始化，這里運用”MOV”指令將“立即數#0000”傳送到“201~205“的通道，將其復位，所有的計數器復位。3.4.1初始化程序（第二條第十步）：利用起始位200.00將上料裝置和加工裝置的“等待位200.01和200.02置位，液壓、冷卻系統(tǒng)等待位200.03啟動。3.4.1初始化程序（第三、四條第13-16步）：當SA1打到自動即1.07閉合，按下啟動按鈕連續(xù)運行狀態(tài)位繼電器210.00得電，觸頭自保。根據210.00的位來判斷上料和加工是單周期還是連續(xù)運行。3.4.2液壓冷卻系統(tǒng)梯形圖分析液壓冷卻等待待圖（二）液壓冷卻等功能圖25315+20500（故障標志位）203002000000109（FR3）0110400109（SP1）TIM006液壓泵01200冷卻泵00106（FR4）2051001005TIM007#0300012030120500110●TIM0072030120504205022050220003300000●00107SA2●00000●0010720302TIM006#0300滾齒機初始位3.4.2液壓冷卻系統(tǒng)梯形圖分析（第5步25條）為液壓泵M5控制。當自動SA1（1.07）處于自動，按下啟動按鈕滿足條件連續(xù)運行標志位時(210.00閉合)啟動，液壓系統(tǒng)開始打壓。并附帶起動定時起TIM006，以避免初始起動因需要打壓時間（時間根據實際情況設）而誤報警。加工復位標志的常開觸頭202.14的作用時保證當按下單周期運行按鈕后，保證加工設備先停機，液壓后停。3.4.2液壓冷卻系統(tǒng)梯形圖分析（第六條步34）：為冷卻泵M6控制。其手動時開關SA2位為1時，自動SA1（1.07）處于自動，按下啟動按鈕滿足條件連續(xù)運行標志位時(210.00閉合)啟動，液壓系統(tǒng)開始打壓。并附帶起動定時起TIM007，以避免初始起動因需要打壓時間（時間根據實際情況設）而引起誤報警停機。加工復位標志的常開觸頭202.14的作用時保證當按下單周期運行按鈕后，保證加工設備先停機，液壓后停3.4.2液壓冷卻系統(tǒng)梯形圖分析（第7條步44）：液壓泵啟動后，當其定時器定時到的時候，TIM006閉合，壓力還不到的時候，將205.01激活，接通聲光報警系統(tǒng)。整個系統(tǒng)停機3.4.2液壓冷卻系統(tǒng)梯形圖分析（第8條步50）：冷卻泵啟動后，當其定時器定時到的時候，TIM007閉合，壓力還不到的時候，將205.10激活，接通聲光報警系統(tǒng)。整個系統(tǒng)停機（59、60步）3.4.2液壓冷卻系統(tǒng)梯形圖分析（第9條56步）：液壓泵工作中當過熱熱繼電器斷開，步205.02激活，接通聲光報警系統(tǒng)。整個系統(tǒng)停機（59、60步）3.4.2液壓冷卻系統(tǒng)梯形圖分析（第10條61步）：冷卻泵工作中當過熱熱繼電器斷開，步205.04激活，接通聲光報警系統(tǒng)。整個系統(tǒng)停機。3.4.3自動上料裝置梯形圖分析（第11條66步：）當滿足工件夾緊到位（0.06）、上料異常（201、07）連續(xù)運行標志位（210.00）條件時，上料裝置位于起始位。3.4.3自動上料裝置梯形圖分析（第12條73步：）上料初始位201.01將機械手電機步201.02激活，即滿足了工件夾緊到位、上料異常登條件，機械手電機M2啟動工作。停止位為滾筒控制、上料等待、上料位，上料等待位防止料還沒上機械手又回去抓料。停止位為滾筒控制、上料等待、上料位，上料等待位防止料還沒上機械手又回去抓料3.4.3自動上料裝置梯形圖分析（第13步81步：）機械手轉到抓料位置，行程開關SQ1動作，即0.02常開觸電閉合，步201.03激活，滾筒電機啟動運轉開始工作，料倉內的坯件進入滾筒內的卡槽后隨滾筒轉動。機械手開始抓料，并開始定時。一直到上料等待位或五分鐘未抓到料時報警停止。3.4.3自動上料裝置梯形圖分析（第14步88步：）若定時5分鐘未抓到料，“TIM001”常開點閉合，步205.08激活，發(fā)出5分鐘未抓料聲光報警，立即停機，同時步205.00故障標志激活，回到滾齒機初始狀態(tài).。3.4.3自動上料裝置梯形圖分析（第15步93步：）當機械手抓住料后行程開關SQ2動作，即0.03常開點閉合，步201.04激活，機械手電機又啟動運轉。3.4.3自動上料裝置梯形圖分析（第16步99步：）當機械手轉到轉至等待上料位。位置時，行程開關SQ3動作，即0.04常開觸電閉合，步201.05激活，滾筒電機機械手電機都停轉，等待加工臺的上料信號，3.4.3自動上料裝置梯形圖分析（第17步103步：）當加工臺上料信號到，即加工設備復位標志202.14為“1”時，步201.06激活，機械手電機啟動轉至上料位上料。3.4.3自動上料裝置梯形圖分析（第18條111步：）機械手轉至上料位時，行程開關SQ4動作，即0.07常開點閉合，此時工件檢測裝置檢測工件位置是否正確，若工件位置不正確或沒有工件，工件檢測裝置KA1線圈得電動作，其常開點閉合，即0.05常開點閉合，步201.07激活，上料異常計數器CNT1