PLC自动冲压控制

毕业论文设计任务书

题 目： 自动冲压控制

（可编程逻辑器PLC控制）

起止时间： 2002/4/25------2002/6/18 学生姓名： 楚瑞玉

专业班级： 电气工程及其自动化99电气2班 学 号： 99040220 指导老师： 雷军老师 教研室主任：陆秀令主任 系 主 任： 张忠贤主任

二零零二年四月二十二日

九九级毕业设计―――自动冲压控制

一 说明：

1 自动冲压过程控制采用PLC进行设计。 2 设计完成二此钢质板料的自动冲压过程。 2 系统简图如下：

二 编程要求:

1 进料传送带将原料送到工位1停止。 2 机械手1进料并退回。 3 冲床1进行冲压。 4 机械手2出料到工位3 5 传送带2将工件送到工位4 6 机械手3进料及退回。 7 冲床2进行冲压。 8 机械手4出料到工位6。 9 计数及控制状态监视报警。

三 附加说明

1 学生根据工厂中的现实生产要求进行设计。 2 独立完成设计方案，并由老师审查通过。 3 独立完成其过程控制。 4 完成机械手的运动设计。

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PLC在自动冲压控制系统中的应用

湖南大学衡阳分校 楚瑞玉

摘要：本文详细论叙了某一典型自动冲压的PLC控制系统。根据冲压工艺流程要求比较了几种控制方案，确定了PLC的控制方案，阐述了实现该控制系统的基本设计思路和工作原理，给出了实现该控制系统的主要梯形图。通过PLC改造，降低了系统的能耗和故障率,提高了工作效率，实际运用中取得了良好的效果。 关键词：自动冲压 PLC 实时监控

Abstract: The article account the system controlling automatic-punch with Programmable Controller in details. According with the demand of the production, I draft a plan to control the system. The plan includes the theory of the work ,the way of the design ,Ladder. Using PLC can improve work efficiency, reduce the malfunction. It has a good effect in the application . Key word : Automatic-punch Programmable Controller Locale-scout

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目录

前言---------------------------------------------------------------------------------5 第一章．自动冲压控制系统运动分析

第一节．综述---------------------------------------- ----------------7 第二节．各环节运行分析-------------------- -------------------- 8 一. 冲压机床的运动分析------------------------------------8 二. 传送带运动分析、控制分析---------------------------9 三. 机械手的运动分析--------------------------------------10

第二章．主要元部件

第一节．机械手吸盘-----------------------------------------------12 第二节．检测元件--------------------------------------------------13

一．光电开关--------------------------------------------------13 二．缺相检测元件---------------------------------------------15 第三节．PLC

一．输入输出点数----------------------------------------------17 二．PLC机型---------------------------------------------------18 第四节．显示器------------------------------------------------ -----18

第三章．PLC控制硬件系统

第一节．PLC控制系统硬件联结----------------------------------20 第二节．输入输出点分配----------------------- -------------------20 第四章．PLC控制软件

第一节．程序流程图------------------------------------------ -----22 一．主程序流程------------------------------------------------22 二．冲压子程序流程------------------------------------------23 三．记数子程序流程------------------------------------------24 四．监控子程序流程------------------------------------------24 第二节．系统程序---------------------------------------------------25

一． 主程序----------------------------------------------------25 二． 冲压子程序----------------------------------------------26 三． 记数子程序----------------------------------------------28

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四． 监控子程序----------------------------------------------29

第五章．控制台设计----------------------------------------------------------30 第六章．系统安装调试

第一节． 程序调试-------------------------------------------------31 第二节． 系统硬件安装、调试----------------------------------31

结束语----------------------------------------------------------------------------32 附录：1. 参考文献-----------------------------------------------------------33 2．元器件清单 3.

---------------------------------------------------------34 PLC自动冲压系统硬件原理图

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前言

冲压工艺是现代工业化生产中一种典型，常见的工艺过程。传统的冲压方式一般是人工控制工作方式，工作效率低下，安全系数小。随着现代生产的要求逐步提高，这种落后生产方式已不适应于高效率生产。后来改变成继电器，接触器控制的半自动冲压方式。虽然它减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率但易受环境干扰，故障率高和维修困难。后又改为单片机控制，虽然造价低，但由于环境的恶劣和电磁干扰，使其可靠性和稳定性都不理想。

可编程控制器(Programmable Controller)简称PC或PLC,是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有体积小、功能全、可靠性高、抗干扰能力强、功耗低、编程简单、调试和维护方便等诸多优点，因而在工业上得到了越来越广泛的应用。

本系统根据实际控制要求选用了三菱公司FX2N－64MR的PLC代替原继电器—接触器的控制，利用PLC软触点的特性，提高了系统的可靠性，并能实时监控。

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第一章．自动冲压控制系统运动分析

第一节． 综述

为了避免受材质和被加工产品成型形状的影响而 出现的被加工材料的破损,减少废品比例,实现高效率生产,工厂的冲压成型工艺一般采用多次冲压成型工艺.现以圆形不锈钢质茶碟加工系统为例,进行PLC自动冲压系统设计,该自动冲压系统为二次冲压系统．该系统模拟实物图如图1所示：

图1

该不锈钢质茶碟二次冲压成型系统主要由两台冲压机床(C、G)，四台机械手(B、D、F、H)，三条传送带(A、E、I)组成。其中A、B、C、D组成一次冲压成型系统，E、F、G、H组成二次冲压成型系统。正常工作情况下一次冲压成型系统和二次冲压成型系统互不影响，分别单独完成工作，这样有利于充分利用时间，提高工作效率；当其中任意一系统出现问题时，两系统都停止工作，以保证整个系统的安全。两系统的运动过程一样，现以一次冲压成型系统为列对其进行简要运动分析：当被加工的板料到达传送带A的位限时，预先设置在位限处的机械手B得到一脉冲信号，启动机械手吸盘和传送机构，将板料吸住，并且按预定的轨迹运动将其送往冲压机床C，当设置在冲压机床C内的检测器件检测到板料时，机械手B吸盘松开板料，将板料置入冲压模型内，然后机械手B返回，当检测器件检测到机械手B复位时，给冲压机床C一脉冲信号，冲压机床C工作，完成一次冲压运动候复位，当检测器件检测到冲压机床C复位时，给机械手D一脉冲信号，启动机械手D

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传送机构，按预定的轨迹运动向冲压机床C运动，当冲压机床C内的检测器件检测到机械手D时，启动机械手D的吸盘，将冲压模型内的被一次冲压的半成产品吸住，并返回，当机械手D运动到预定位置时，机械手D的吸盘将半成产品松开，半成产品便进入第二次冲压系统中。

该不锈钢质茶碟二次冲压成型系采用了完善的监控系统。监控系统工位进程，系统内部和外部的故障，包括对整个系统的每一步运动进行实时的，准确的监控，当系统的任意一处运动发生故障或其它如欠压，欠相等故障时，监控系统将发出报警声讯和点亮指示灯告知工作人员，并停止整个系统运动，同时通过显示模块显示出故障的位置；该监控系统还能对加工产品数量进行跟踪统计和显示。当统计到预先设定值时，能够发出打包信号。

系统采用PLC作为控制器，系统的基本工作框图如图2所示：

图2

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第二节．各环节运行分析

一. 冲压机床的运动分析

系统中的冲压机床的运动由其本身自动带的控制程序控制，其控制方式是当冲压机床得到一个脉冲信号时，冲压机床的冲头便脱离电磁控制，由于重力向下完成一次冲压，然后冲头由返回机构拖动返回，保持复位状态，等待下一次冲压信号。一次冲压机床和二次冲压机床的结构相同，只是两台冲压机床的冲压模型不同，一次冲压机床的冲压模型用来成型半成型的茶碟，为完全成型作准备；二次冲压机床的冲压模型用来完全成型茶碟。因此，只要改变两台冲压机床的冲压模型，便能把

钢质板料加工成所需要的产品。自动冲压机床的平面图如图3示： 压力机型号：JA58-160A 主要技术参数如下： 公称力 1600 KN 长期许用压力 2500 KN 最大冷击力 3200 KN 滑块行程 180 mm

滑块行程次数 40 min-1 最小装模高度 330 mm 主电机额定功率 10 KW

图3

该压力机为直接电动螺旋压力机，起传动效率为33%，没分钟行程40次左右，结构简单，制动容易，传动链短，打击能量调节方便。冲压动作实现后，导轨上的行程开关发出指令，电机反转，滑块提升，回到预定高度，此后电机断电，制动器对飞轮进行制动，滑块停止。

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二. 传送带运动分析、控制分析

整个系统中采用了三条传送带，每条传送带分别由一台三相鼠笼型异步电动机拖动，通过控制各台电机的起、停，拖动传送带上的钢质材料。其中三相交流电机的选择应根据实际负载计算，确定其转矩而选择。由于实际传送速度要求不高，电机传动系统可采用带传动，传动比较大，因此电机转矩要求不高，可采用全压控制电动机。三个传动带机构的主电路相同，因此，只画出其中一个拖动机构的主电路图，如图4示。

图4

FU1：熔断器 KM1：起动交流继电器 GLJ1：电流继电器 1QXJ：缺相检测器

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三. 机械手的运动分析

冲压系统中物件的传送采用了机械手，是由于机械手能够准确的将物件传送到预定的位置，能够满足冲压系统的精度要求。本自动冲压系统中机械手的运动过程由本身自带的控制程序控制，其工作过程是：当机械手得到一个脉冲信号时机械手便按预先设定的路径运动，通过控制其吸盘，抓取和释放物件，将物件传送到目标位置，完成传送工作后自动返回原位置，等待下一次脉冲信号。

机械手是靠它的手臂、手腕及手指的各种动作的配合来获得夹取和运送工件的能力，以完成一定的生产操作。根据本系统的实际加工要求，机械手在X、Y、Z方向都应当有较大的工作范围，动作速度快，定位精度比较高，驱动惯性较小。目前机械手的种类按传动结构分类一般有四种，分别是多关节式、极坐标式、伸缩式、轨道移动；按驱动方式有气动、电动、液压、和机械式四种。经比较本冲压系统选择了伸缩式机械手，其驱动方式采用液压驱动，能够满足实际要求。其示意图如图5示：

图5

①：大臂 ②：小臂 ③：吸盘式手指 ④：伸缩柱 ⑤：传动机构箱 ⑥：机座

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在本冲压系统中，机械手的动作流程图如图7所示： 7

图

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第二章．主要元部件

第一节．机械手吸盘

机械手抓取动作是靠手指来完成，根据被抓取工件的形状、尺寸、重量、表面形态以及某些物理性能不同，机械手可设计成各种不同形式的手指。

按抓取工件方式的不同，冲压机床机械手的手指可以分为夹钳式和吸盘式两类。在本冲压生产系统中，被加工材料是平板式的工件，用夹钳式手指是很难把它们夹起来的。由于被加工钢板材料表面相当光滑平整，采用真空吸盘可以很方便的把板料吸起来，但真空吸盘对外部设备条件的要求比较高，必须有一套获得真空的设备，且橡胶皮碗的使用寿命不长，容易出现故障；考虑到本系统中被加工钢板材料的物理特性为磁性材料，因此采用电磁式吸盘比较实际，这样减少了投资，也达到的手指在本系统的要求。

电磁吸盘是依靠电磁铁将磁性材料吸起来抓取工件的，其主要组成部分是电磁部分，当电磁线圈通电时，线圈会产生感应磁场，通过电磁铁心的加强能够获得较大的磁吸力，从而将磁性材料工件吸起。加大通过电磁线圈的电流，便能加大电磁吸盘的吸引力。要注意的是电磁铁心必须采用耐磁化的磁性材料，否则被磁化的铁心会影响生产。为减小吸盘抓取物件时的噪音，可在吸盘面上加一层薄橡胶膜。图8所示的是电磁吸盘的结构。

图8

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第二节．检测元件

随着现代化工业的不断发展和自动化程度的不断增高，检测元件在控制系统的作用越来越重要，要求也越来越高。在本系统中采用的检测元件主要包括物件工位检测元件、系统安全检测元件。本系统中工位的检测中采用的是光电开关，系统的安全检测主要包括缺相、欠压、过电流的检测。本论文中着重介绍工位检测光电开关和缺相检测开关。

一． 光电开关

各种工位检测元件比较中，接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不便于用于远距离检测。但是，光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及随着制作工业发展，光电开关的抗光、电、磁干扰能力日益增强。

目前，光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。

光电开关的结构主要包括投光器和受光器两部分，其工作原理图如图9所示，由投光器光源部分发出的光，通过聚光镜形成束状光源，当

图9

1—光源 2，3－聚光镜 4－光电管 5－信号放大

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受光器部分光电管接收到束状光源时，再通过聚光镜的作用使光电管导通，通过信号放大，光电开关便能实现信号输出。因此，光电开关可以工作在信号状态，也可以工作在无信号状态，由两种状态的切换便能够实现开关量控制。

在本自动冲压系统中，工位主要是包括物料位置，机械手动作位置，以及冲压头的动作位置，通过比较以及结合系统实际，采用光电开关比较理想。

按检测方式分，光电开关可分为反射式、对射式两种种类型。对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。两种光电开关的工作示意图如图10所示。本系统根据实际的情况采用对射式光电开关。

图10

通过选择，系统采用了上海中沪电子仪器厂GK系列光电开关， GK系列光电开关是现代微电子技术发展的产物，是HGK系列红外光电开关的升级换代产品。与以往的光电开关相比具有自己显著的特点： ●具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；

●对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便；

●采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性；

●体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并

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具有短路保护功能。

在使用光电开关时，应注意环境条件，以使光电开关能够正常可靠的工作，应尽量避开灰尘、户外或太阳光等有强光直射、振动、冲击。

二．缺相检测元件

自从交流发电机的发明以来，人类基本上都使用三相交流电。由于三相交流电彼此相位互差120°，因而在每一时刻三相电压的瞬间值之和为零，所以交流输出电及生产机械供电都采用三线制，但是若发生三相中一相断线或接触不良，便会产生缺相（又称断盯）的不正常状态，三相交流缺相一长期，轻则导致系统工作不正常，重则烧毁用电设备（如变压器，三相电动机等）， 正由于此，三相交流电缺相错相的保护一直是电力系统、供电系统研究的重点。

在本系统中，传送带是由电动机驱动，为保证系统在发生缺相时能够顺速的停止，保证系统安全，必须采用缺相检测。系统采用了陕西高科电力电子有限责任公司生产的TH221A三相缺相错相保护器集成电路，一改传统的应用电流互感器检测三相缺相的方法，从而把三相缺相的保护技术提高到了一个新的水平。

交流三相电源相序保护器TH221A采用了先进SMT工艺制成，该保护器性能优良、使用方便可靠、体积小并具有防潮、防腐等优点，同时还能自动检测和指示三相电源是否错相或缺相，而不需要三相零线，其输出可直接驱动直接继电器。当三相缺相或相序不正常时，利用TH221A可及时的切断电源以达到保护电源装置的目的。图11所示是TH221A的引脚排列图。它采用单列直插式标准17引脚封装，

各引脚的功能及用法说明见表1所列。 图11

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1．交流A相输入使用时直接接三相降压变压器副边18～30V的a相线电压，或产电阻（750kΩ～1MΩ）接电网a相 3．交流B相输入使用时接三相降压变压器副边18～30V的b相线电压或通过电阻（750kΩ～1MΩ）接电网b相 5．交流C相输入使用时接三相降压器副边18～30V的c相线电压，或通过一电阻（750kΩ～1MΩ）接电网c相 7．GND工作直流电源参考地端与用户提供的控制电源地相连 12．直流继电器电源端使用时随用户选取继电压等级（6V、9V、12V、24V）的不同而接不同的电源电压（6V、9V、12V、24V） 13．外接断电器连接器当外接继电器与所接电源VDD同等级时，直接接继电器一端，继电器的另头接13引脚。否则，应串联一电阻接继电器一端 14．相序正常发光二极管阴极连接端使用时接相序正常的绿色发光二极管的阴极 15．相序错误或错相发光二极管阳极连接端使用中该端接红色发光二极管的阳极，该端与7脚之间应接红色发光极管 16．电容连接端该端为相正常与事输出端，通过一电容（47μF/25V）接地，相序正常时，输出高电平，缺相或错相时输出低电平 17．TH221A工作正电源连接端使用中直接接用户的控制电源（+15V或+12V） 表1 TH221A作为缺相保护元件，在发生缺相时，不但停在电机，同时还要将信号送入PLC控制器内，以保证整个系统及时停止，根据TH221A各引脚的功能，可以将15脚作为PLC的信号输入端，这样就能实现上叙功能了。

TH221A主要电参数如下： ●继电器工作电压：最大24V； ●工作电源电压范围为：15～18V；

●输入交流线电压：直接接入时为30V，若串入750kΩ～1MΩ电阻则可接入380V;

●各引脚最大负载电流小于10mA；

●外形尺寸为：50mm×20mm×6mm。

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第三节．PLC

一．输入输出点数

根据如前所叙述的系统基本工作流程，以及硬件的介绍，可以确定该系统输入和输出设备的数量。 1．

输入设备的数量

控制自动冲压系统的起动和停止需要2个开关输入点。 在传送带中物件工位位限的检测需要3个光电检测开关作为输入控制点。（第三条传送带的物件位限实质是作位产品计数器的开关量输入点）。

系统中机械手的控制是在机械手上安装了一个光电开关的受光器部分，在机械手的每一个工位处安装了一个光电开关的投光器，利用控制器的内部计数器对机械手工位变化进行记录，通过判断计数器的值，便可以对机械手进行控制，这样只需要一个开关量，便能完成一台机械手不同动作控制，由此系统有四台机械手需要4个输入点。

冲压机床与机械手的控制方式一样，同样只需在每台机床的冲头上安装一个光电开关的受光器作为开关量输入，因此两台机床的工位即需要2个输入点。当被加工产品进入冲床是需要检测开关检测，两台机床即需要2个，因此一共需4个输入点。

在系统安全的检测中，需要系统电源进行检测，包括过电流、缺相、的检测。同时在总电路中进行欠压检测需1输入点，因为系统中只有传送带驱动电机需要考虑电源检测，因此三台电机需要7个检测开关。

系统中还有一打包小车需要检测其是否复位，因此需要1个检测开关作为输入点。

因此，总共需要开关量输入21点。 2．输出设备的数量

三台传送带的电机控制需要3个交流接触器。 两台冲压机床的启动信号需要2个输出量来完成。

四台机械手的传动系统的启动，以及机械手手指（吸盘）的控制一共需要8个输出点。

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系统中的工作指示灯、报警指示灯、报警声讯器以及打包小车一共需要4个输出点驱动。

七段显示器的控制需要9个输出点，包括7个七段译码输出点和两个七段数码显示器的公共端（COM）占用的2个输出点。

因此，总共需开关量输出26点。

二．PLC机型

考虑到输入/输出端口各留10％以上的余量，应当选用开关量输入26点，开关量输出30点的PLC。在考虑到上叙两位七段数码显示器的使用方式可能作调整，以及工艺控制方安可能变化，该PLC系统仍能够继续使用，确定采用三菱FX2-64M型PLC，总共有32各输入，32各输出 ，该PLC能够满足上叙要求。

第四节．显示器

系统中采用了两个七段数码管组成的显示器，作为产品的计数显示，同时作为整个系统的故障显示。当系统正常运作时，显示器显示的是产品的数量；当冲压过程中出现了故障，如缺料、机械手失效、欠压等故障时，显示器即从产品的计数显示切换至故障类型的显示。

由于人眼睛的视觉停留，两个数码管可共用PLC的同一组输出端子，采用分时循环显示，同时显示器采用16进制显示方式，这样为节约PLC的输出点数。

两个七段数码管的工作原理：通过PLC的内部命令SEGD命令控制每段数码管置“1”和复位为“0”，七段数码管不同的状态便能组成相应的16进制的数，两个七段数码管可组成2位16进制显示器，最多可显示的数为FF，表示十进制数的255。表2是七段数码管的显示译码表。

源操作数 七段数码管 Hex BCD 0

目的操作数 0 0 1 1 1 1 1 1 显示 0 18

Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 数据 0000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 表2 显示器与PLC的通信电路图如图12示：（编程时输出点不一定与图同）

图12

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第三章．PLC控制硬件系统

第一节． PLC控制系统硬件联结

PLC

自动冲压系统的硬件原理图如图13示，在硬件控制原理图

中，各电机的控制以及机械手、冲压机床，机械手吸盘的信号的给定均由PLC通过控制继电器通断实现

第二节．输入输出点分配

1．系统输入设备地址分配表如表3示。

外设名称 输入地址 外设名称 输入地址 起动按钮SB1 停止按扭SB2 传送带1限位检测开关SPH1 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 冲床2复位检测开关SPH10 机手4复位检测开关SPH11 传送带3位限检测开关SPH12 X013 X014 X015 X016 X017 X020 XO21 XO22 X023 X024 X025 冲压机床1上料开关SPH2 机手1复位检测开关SPH3 冲床1复位检测开关SPH4 计数器计数检测开关SPH5 机手2复位检测开关SPH6 传送带2位限检测开关SPH7 欠压检测开关 M1缺相检测开关QXJ1 M2缺相检测开关QXJ2 M3缺相检测开关QXJ3 M1过电流检测开关GJJ1 M2过电流检测开关GLJ2 M3过电流检测开关GLJ3 打包小车复位开关SPH12 冲床2上料检测开关SPH8 机械手3复位检测开关SPH9 表 3

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2．系统的输出设备地址分配表如表4所示

外设名称 输出地址 外设名称 输出地址 传送带1KM1 机械手1传动系统KM5 机械手1吸盘KM6 冲压机床1KM9 机械手2传动系统KM7 机械手2吸盘KM8 传送带2KM2 机械手3传动系统KM10 机械手3吸盘KM11 冲压机床2KM12 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 机械手4传动系统KM13 送带3KM3传 机械手4吸盘KM14 打包小车KM4 报警声讯 工作指示灯 报警指示灯 低位七段数码管COM端 高位七段数码管COM端 报警状态显示器、计数器计数显示器 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 Y017 Y020 Y021 Y022 Y023~ ~Y029 表 4 21

第四章．PLC控制软件

第一节．程序流程图

一．主程序流程

系统从主程序开始，主程序电路图如图14示。在主程序中，当系统启动时，系统立即启动故障显示、一次冲压、二次冲压和产品计数四个子程序。程序中主程序结束的前提是必须给定停止信号，该给定信号可以是正常停止给定信号，也可以是发生故障时系统自动给定停止信号，这样以保证整个系统的安全。

图 14

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二．冲压子程序流程

系统各子程序的流程图分别如下。因为一次冲压和二次冲压的工作过程程一样，所以一次冲压和二次冲压可以采用同一个流程图。如图15示:

图 15

在该子程序中，采用了计时监控子程序，作为时监控每一步系统动作,如果执行元件没有在预定的时间完成人物，即报告出现故障，系统将发出报警，显示出故障的位置，同时将整个系统停止，以保证整个系统的协调和安全。计时监控子程序流程图如图16所示。

图 16

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三．记数子程序流程

图17所示是产品计数子程序。经过二次冲压成型的产品，到达传送带3的位限时，即计数一次，同时将计数器的值显示在数码管显示器上，当达到预定的数量时，即发出打包信号，同时将计数器清零。

图 17

四．监控子程序流程

图18所示的是故障显示程序流程图，系统中发生故障是即将错误位置显示在显示器上。

图 18

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第二节．系统程序

PLC的程序控制采用的编程方式有多种，目前使用最为广泛的编程方式是梯形图编程方式 ，该编程方式的特点是其梯形图与传统继电器控制电路图相似；梯形图与继电器控制图设计思路也基本一致；梯形图很容易由电气控制线路转化而来。

本自动冲压系统，根据上叙流程图编写了相应的程序梯形图。各部分梯形图分别阐述如下。

一． 主程序

主程序梯形图如图19所示，X000为系统启动按钮，X001为系统停止按钮，当按下X001时，系统启动，启动一次、二次冲压子程序P1、P2,监控故障显示子程序P4以及计数子程序P3。当按下停止按钮X001时，则将内部各输出元件以及继电器清0，使系统保持停止状态。梯形图中Y016、Y020为报警器和报警灯，它们由两计数器T11和T12组成的脉冲电路进行控制。

图 19

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二．冲压子程序

一次冲压子程序如图20所示：

图 20

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子程序初始化，启动传送带1 M2为PLC内部继电器，为 T1准备，T1用来监控是否有板料 光电开关断开，启动机械手1的 传送机构Y001，和手指Y002, 将监控计时器清0 M3为机械手送料计时作准备 监控机械手1 C1和C2跟踪机械手1的位置 机械手释放板料， 机械手复位后，完成一次冲压 T3用来监视冲压机床动作 机械手2起动 机械手2抓取，冲压半成产品 机械手2释放半成产品，进入下一次冲压 二次冲压子程序梯形图如图21所示，该梯形图与一次冲压梯形图工作原理一致。

图 21

传送带3位限到，C9对产品计时一次 27

三．记数子程序

产品计数显示子程序梯形图如图22所示，S0表示系统工作在正常工作状态，此状态下，产品计数器的值被赋给寄存器D0,由PLC的内部SEGD命令将寄存器D0的数据显示在七段数码显示器上,其中C9 为低位计数器，C 10为高位计数器，根据七段数码管的显示原理，计数器的值最大为15，则数码管上显示为F，为了显示 的直观性，可将数码管采用10进制，这样高低位数码管可显示的计数数值最多为99， 显示器的高低位的显示，由计时器T201和T202的通断，来控制高、低位七段数码管的公共端子Y021和Y022，实现分时循环显示。

图 22

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即可表示实际计数的100，为此计数器C9、C10的预设值应当为10。

四． 监控子程序

故障显示子程序梯形图如图23所示

图 23

将各种故障类型代码赋值给 寄存器D0Z中，其中T1～T2表示的是冲压系统运行时的执行元件的故障，包括缺料，机械手失效、冲压机床故障；X15~X23表示系统外部电源的故障，包括欠压、缺相、过电流故障。 将故障位置显示在显示器上， 其中T0通知主程序的报警，以及系统停止程序部分。 29

第五章．控制台设计

控制台面是自动控制系统中的人与机器的交流界面，通过控制台面的显示器，声讯器，便可得知控制系统中机器的工作状态，根据机器工作状态，能通过控制台面的按钮对系统进行控制。

在本PLC自动冲压控制系统中，设计控制台面时，仔细分析了控制流程，确定了控制台面的元器件，包括七段数码管组成的显示器，系统的工作指示灯，系统发生故障时的报警灯，和报警器以及各种控制按钮。根据控制台面要求直观、明了的原则，本系统的控制台面设计三维示意图如图24所示：

图 24

⑤－系统停止按钮

①－报警指示灯 ②－系统启动按钮 ④－工作指示灯

③－七段数码管组成的显示器

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第六章．系统安装调试

第一节． 程序调试

在本次二次自动冲压系统设计过程中，充分的利用了优越的试验设备，对控制程序进行了不断的仿真调试和修改，对系统程序进行了模块化分段、分块仿真，取得了理想的效果，因此该二次冲压控制控制程序已能完成给定的任务。

第二节. 系统硬件安装、调试

在进行系统安装调试时，应当对硬件资源认真仔细的分析，进行合理的布局。在本PLC控制二次冲压系统的安装调试中，重点考虑以下事项：

 机械手作为系统中的关键物料传送机构，应当能准确，顺速的进行物料传送，如何布置每台机械手和其他机器之间的位置是安装系统的关键问题，必须通过机械手本身的参数进行计算，结合现场进行比较，使机械手的工作能够在系统中达到最佳状态。增加加工系统的工作效率。

 本系统中，流程动作的切换主要是依靠光电开关检测实现的，包括物料的位置，机械手手指的位置，冲压机床的状态等的检测，都由光电开关完成，因此光电开关是保证系统能够顺利运行的非常重要的电气元件。在调试中应当多次比较，选择合理的安装位置。尤其在机械手状态的检测中，光电开关是以单受光部分安装在在机械手的活动部位，在不同的方向接受投光部分射出的光线，因此必须协调不同方向的投光源部分的位置。在使用光电开关时，应当避开光电开关的缺陷，以保证系统顺利。

 考虑到一般生产场所存在的电网干扰，可能会影响PLC的稳定性，因此在PLC的外部电源部分最好使用隔离变压器。

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结束语

通过对PLC自动冲压系统的毕业设计,我系统的学习掌握了一般的设计的思路，进一步了解PLC的方面的知识知识,掌握了更多PLC编程原理,对PLC指令的使用有了进一步熟悉,对PLC的一些特殊控制器件如定时器,计数器以及PLC的内部命令的用法有了更全面、更深的认识，对PLC的外界线图也有了深入的掌握

同时还广泛的查阅了关于电器自动化,检测技术等方面的资料,提高了我的阅读理解能力,分析问题的能力,解决问题的能力.

本设计承蒙雷军老师、张忠贤主任、陆秀令老师的指导,为我作了全

面的审阅、修改, 我才以成功的设计出本自动控制系统，为此，对各位老师表示深深的感谢。由于本人水平有限,设计中有不妥,乃至错误之处,请大家批评指正。

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附录1

参考文献

[1] 《工厂电气控制技术》

机械工业出版社，1992

[2] 《电气控制与PLC应用》

机械工业出版社， 2001

[3] 《开式机械压力机的PLC控制》

机电工程， 2000（2）

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附录2

元器件清单

本二次冲压PLC控制系统中应用到的各种元器件以及设备件清单如表5所示： 元器件以及设备件 电动机 继电器 光电开关 缺相检测器 灯泡 报警器 数码管 电流继电器 熔断器 热继电器 按钮 PLC控制器 冲压机床 机械手

型号 Y200L-4 JZ7-44 GK系列 TH221A 40W（红、绿、黄） LS1 DPY-7-SEG JL18-16 RLS2 JR 20-/30 AL-18 FX2N—64MR JA58-160A 选定 数量 4 15 13 3 3 1 2 5 3组 2 1 2 4

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