毕业设计(论文)-基于三菱fx3u系列PLC的教学系统设备开发系统(22页).doc
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1、-毕业设计(论文)-基于三菱fx3u系列PLC的教学系统设备开发系统-第 18 页广东水利电力职业技术学院毕业设计(论文)基于三菱fx3u系列PLC的教学系统设备开发统 年 级:2013级 学 号:12、40、14、16、49 姓 名: 专 业:机电一体化技术 指导老师:黄诚二零一六年一月摘 要 在工业生产中有时必须对生产过程的某些参数进行控制,使其保持定值或按规律变化,确保生产正常进行,因此精确的参数控制显得尤为重要,本设计通过PLC,变频器、A/D、D/A模块等设备完成对液位、流量等参数的控制,利用PID进行调节校正,实现生成各个参数的趋势曲线图,达到对流量的稳定控制的目的。结构简单,安装
2、方便,操作简单直观,可以长期连续稳定在无人监控下稳定工作。本设计基于三菱PLC FX3u可编程控制器,以两个水箱作为控制对象,实现对水箱系统的过程控制。总设计方案:通过人机界面对水箱系统的压力、液位、流量给出设定值,通过PLC控制系统运行,使得水箱系统能够按照要求进行工作,人机界面可以实时监控各项数据,并随时对相关参数进行更改。通过温控调节器调节温度。现场水箱的数据采集后经过A/D转换给PLC进行PID处理,PLC处理的结果再经过D/A转换给变频器控制电机的转速,实现对参数的稳定控制。关键词:PLC; PID控制; 过程控制;AbstractIn the industrial producti
3、on, some parameters of the production process must be controlled to keep the fixed value or change according to the law, to ensure the normal production, so the precise parameter control is particularly important. The design of the control of liquid level, flow and other parameters through the PLC,
4、frequency converter, A/D, D/A module and other parameters, the use of PID to adjust the correction, to generate the trend curve of each parameter, to achieve the purpose of stable control of the flow. The structure is simple, the installation is convenient, the operation is simple and intuitive, and
5、 can stably work stably under the unmanned monitoring for a long time.This design based on the MITSUBISHI FX3u PLC programmable controller, with two water tanks as the control object, to achieve the process control of the tank system.Overall design program: through the man-machine interface to the t
6、ank system pressure, liquid level, flow is given set value, through the PLC control system operation, make the water tank system can work according to the requirements, the man-machine interface can monitor the data in real time, and at any time to change the relevant parameters. Adjust the temperat
7、ure by the temperature controller.After the data acquisition of the water tank, the PLC was converted to PID for A/D treatment, the results of PLC treatment and then after D/A conversion to the inverter control motor speed, to achieve the stability of the control parameters.Key words: PID; PLC contr
8、ol; process control;目 录摘 要2Abstract3绪 论5一、 开发背景和意义5二、 PLC系统的应用及目前的研究现状6三、 主要研究内容7第一章 设备机械结构设计91.1. 设备操作流程91.2. 供料单元设计101.2.1. 功能描述101.2.2. 顺序描述111.2.3. 料仓模块111.2.4. SMC型CDQSB薄型气缸12 产品特性13 气缸的安装13 注意事项141.2.5. MHC2-16D手指气缸15 参数明细15 工作原理16 结构优点161.3. 输送单元设计161.3.1. 管状感应式接近传感器161.3.2. 磁感应器式接近式传感器161.3.
9、3. 欧姆龙旋转编码器171.3.4. 4IK25GN电机181.4. 机械手单元设计191.4.1. 推杆装置的设计191.4.2. EMA系列不锈钢迷你气缸201.4.3. 机架的设计211.4.4. 分拣装置的设计211.4.5. 电机的选择221.4.6. 丝杆的设计231.4.7. 机架的设计24第二章 开发设备的电气原理图及I/O接口分配24第三章 系统程序设计263.1. 主站273.2. 从站36总 结43致 谢45参考文献46绪 论一、 开发背景和意义实验因其直观性、实践性、科研性及综合性等独特条件,在高等职业学院教学中有着不可替代的重要性。实验教学是高等教育中一个非常重要的
10、环节,它比课堂讲授更贴近实际,学生在做实验时更容易激发他们的求知欲,理解晦涩难懂的科学原理,使得他们对所学科目产生浓厚的兴趣。在高等学院中,大多数的实验都是在实验室完成的。实验室的建设和管理是影响实验教学的重要因素。高等学院要培养能对国家科技建设做出贡献的高素质人才,就必须加强实验室的建设,不断完善实验教学的中软硬件。可编程序控制器近几十年来迅速,它拥有操作简单,稳定,高性能等优点,可以使人们不用到现场就对工业现场的设备进行实时控制。可编程序控制器原理及应用现在是高校电气工程、自动化等专业的必修课,实验教学是学生理解可编程序控制器原理的重要途径。/组态控制技术属于一种先进的基于计算机的控制技术
11、,由组态技术构成的计算机采用的是工业级PC,它不需要设计单独的电路,通过输入输出接口连接各种现场设备,从而达到自动控制的目的,基于此我们运用组态模拟现场设备自制了PLC实验教学系统。可编程控制器实验系统的现状:可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算技术、控制技术、通讯技术等高科技,而在近年来发展迅速、应用极广的一类工业装置。自从1969年问世以来,已经更改了世界工业生产的方式。在发达的工业国家,可编程序控制器已经广泛应用于各行各业,用可编程序控制器设计自动控制系统已成为潮流的方向标,我国可编程序控制器发展较晚,但应用范围也在不断的扩大。可编程序控制器原理及应用现已成为电气工程、自动化、电
12、子等专业的主要课程之一。可编程序控制器原理及应用这门课程原理部分比较晦涩难懂,应用部分与生产实践紧密结合,在这个过程中学生要做大量实验,在很多高等学校中可编程序控制器课程的实验教学内容主要是练习可编程序控制器的程序编程,有的学校配备了实验平台,但却面临着以下几种缺点: 实验器材更新太慢,支持的软硬件很少,学生许多实验无法实现。 学校的实验器材维护困难,在实验教学过程中容易损坏,维修过于繁琐。 没有控制对象,学生对可编程序控制器进行编程以后,只能通过输出口的状态来验证程序的正确性,实验现象不直观,学生无法与工业现场联系起来。 有的实验用发光二极管模拟现场设备,但是与实物相差太大,学生不易理解。基
13、于此,本课题运用组态王软件模拟多种被控对象,开发出能够直接观测、易于维护、实验类型丰富的PLC实验教学系统。 可编程序控制器(Programmable Logic Controller简称PLC),是以微处理器为基础,综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术,并在近年来发展迅速、应用极广的一类工业装置。自20世纪60年代未问世以来,以其可靠性高、通用性高和使用简便等优点广泛应用于工业控制的各个领域,它与CAD、CAM,机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱之一。可编程控制器(PLC)以其特有的优势,已经广泛的应用于工业生产过程自动控制的各个领域,它与CAD/CAM、机器人技术一起被
14、誉为当代工业自动化的三大支柱。很多高校对这方面的人才培养也一直很重视,普遍开设了PLC相关的课程,实验或实训室也加大了投人力度,添置了各种实训装置与试验装备,一定程度上培养了学生动手实践的能力,满足了基础教学对PLC实践的基本需求。但很多实训系统,因其开放程度不高,灵活组建自己的控制模块受限制,市场上有灵活组建自己模块的实训系统,但往往售价又偏高。基于此,设计研发了一种开放程度高,模块化程度强的实训装置,既满足了实际需求,又锻炼了学生实践与实际解决工程问题的能力。二、 PLC系统的应用及目前的研究现状随着科技的不断进步,PLC 的性能也飞速增强,其应用和研究现状主要在以下方面体现: .控制规模
15、的扩大,控制大型机的规模越变越大,开关量高的达到了几万。 组成模块的增多,现在 PLC 己经新增了很多模块,如 PDI 控制、温度以及运动模块等等。 开放性和互操作性大大发展,在 PLC 的发展过程中,制造商为了垄断和扩大各自市场,都各自发展自己的标准,开放是发展的一个趋势,各厂商都意识到这一点,并形成了长时期的妥协与竞争,这一过程还将继续。 工作速度的提高可以对系统实现实时控制。 .联网的能力增强,由于通信、信息及控制技术的大力发展,联网也得到了的发展,己经可以实现的远程控制。正是由于这些性能、使得工业系统可以实现远程化、自动化、控制信息化及智能化。现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量
16、控制及驱动控制上广泛使用,已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一了。为了更好的联系实际工业系统与学校教学系统,作为教学系统的三菱FX3U系列的PLC应更好的开发设计,因此需设计研发了一种开放程度高,模块化程度强的实训装置,既满足了实际需求,又锻炼了学生实践与实际解决工程问题的能力。三、 主要研究内容 基于三菱fx3u系列PLC的教学系统设备,很多高校对这方面的人才培养也一直很重视,普遍开设了PLC相关的课程,实验或实训室也加大了投人力度,添置了各种实训装置与试验装备,一定程度上培养了学生动手实践的能力,满足了基础教学对PLC实践的基本需求。但很多实训系统,因其开放程度不高,灵活组建自己的
17、控制模块受限制,市场上有灵活组建自己模块的实训系统,但往往售价又偏高。基于此,设计研发了一种开放程度高,模块化程度强的实训装置,既满足了实际需求,又锻炼了学生实践与实际解决工程问题的能力。为了使学生能够对PLC控制系统有更全面和深刻的理解及实践,本实训系统在设计开发中主要围绕三个放向:1.实训内容丰富全面,包含PLC所能应用到的大部分典型控制类别举例;2.优化实训设置,所设计实训类型不冗余,且均为当前社会和工程实践中的常用的类型;3.模块设置新颖,跟随PLC发展方向,例如模拟量控制和工业通信网络的设计,PLC与触摸屏相结合的应用。本实训系统着重学生能力的培养,并给学生留有足够的发挥空间,具有很
18、好的开发柔性和扩展性。在系统中设计了指示显示、运动控制、机械手、模拟量控制和变频调速、工业通讯网络级PLC与触摸屏六大模块,学生不仅可以实践模块中的已设计好的实训,还可以根据已有的资源和模块中的接口以及自己的思想进行创新实训设计,每个模块项目的设计致力于从整个控制系统的角度出发,让学生理论联系实际动手设计控制系统,从“工程化”、“标准化”、“规范化”三方面让学生得到PLC工业控制系统设计能力的综合训练。第一章 设备机械结构设计机械结构设计使用SolidWorks设计完成,它是一款全参数化三维CAD建模软件,功能强大,易学易用,因此借助其进行实训系统机械结构部分的设计与制作。供料操作平台分为三部
19、分:料仓输送平台、反转机械手、机械手操作平台。图1三菱FX3U系列教学系统设备1.1. 设备操作流程料仓推出物料皮带输送物料机械手复位分辨物料开口方向放下物料反转机械手工作机械手下降物料到位机械手下降机械手移动至限位机械手上升1.2. 供料单元设计1.2.1. 功能描述供料单元主要由料仓模块组成。工件经过料筒到达料仓的最底端,一个双作用气缸将最底层的工件从料仓中推到机械限位位置。该位置是下一个模块的工作位置。料仓中是否有工件由一个光电式传感器检测。送料缸的位置通过电感式传感器检测。送料缸的前进和缩回速度通过单向节流阀调节.料仓模块如图2所示。图2料仓模块(正视图、侧视图)1.2.2. 顺序描述
20、启动条件 料仓中有工件初始位置 送料缸处于伸出状态顺序 1)检查料仓中是否有工件,有,继续执行;没有,报警,等待放入工件。 2)送料缸缩回,将工件从料仓中推出。1.2.3. 料仓模块工件从料仓模块中分离出来。分离料仓中的工件是完成组装任务的重要部分,通过双作用气缸将工件推到传送位置上,一个电子限位开关检测工件是否到达指定位置。料仓中是否有工件由光电式传感器检测。1.2.4. SMC型CDQSB薄型气缸缸径:40mm行程:100mm图3 薄型气缸零件图图4 薄型气缸的基本参数图5 薄型气缸的机械结构原理图 产品特性1、缸体硬质氧化,耐磨,寿命长,后盖铆压工艺,坚固美观。2、在保持既有协作精度及产
21、品使用寿命下,其全长仅为一般气缸的1/2-1/3。发挥既薄且轻的特性。3、缸体预留安装孔/安装内螺纹,到达节省空间的要求。4、采用简易的组装方式设计,方便装拆和维修。5、在缸体表面预留磁开关安装固定位置,安装调整磁开关位置极其简单。 气缸的安装根据安装位置、使用目的等因素决定。在一般情况下,采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时(如车床、磨床等),应选用回转气缸。在要求活塞杆除直线运动外,还需作圆弧摆动时,则选用轴销式气缸。有特殊要求时,应选择相应的特殊气缸。即缸径的选择。根据负载力的大小来确定气缸输出的推力和拉力。一般均按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力,根据不同速度选择不同的负载率,使
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