毕业设计（论文）油漆桶振动器的电气控制设计

1、分类号 单位代码 密 级 公 开 学 号 2 学士学位论文 论文题目：油漆桶振动器的电气控制设计 论文作者： 指导教师：学科专业： 电子信息科学与技术提交论文日期： 2009年 04 月 18日 论文答辩日期： 2009年 05 月 09日 学位授予单位：重庆文理学院 中 国 重 庆2009年05月graduation thesis of chongqing university of arts and sciencesthe electrical controlling design of paint vibratorcandidate: zhao liangsupervisor: chen

2、 xuling major: electronic information science and technologycollege of electron & electrical engineeringchongqing university of arts and sciencesmay, 2009目 录摘 要iabstractii1 引言11.1 问题的提出及研究意义11.2 国内外研究现状：12 油漆桶振动器的气动控制22.1 油漆桶控制器的气动控制原理22.2 油漆桶控制器的气动控制图及过程22.3 油漆桶控制器的气动控制存在的缺点33 低压电气控制设计33.1 控制原理33.2

3、 低压电气控制的优缺点54 plc系统设计与改造54.1 plc的工作原理54.2 元器件的选择64.3 系统接线图64.4 梯形图84.5系统程序95 软件仿真106 结语16参 考 文 献17摘 要本设计是对油漆桶振动器的电气控制，是将原有的气动控制线路改进为由plc控制的电路。 由于气动设备的易损耗，不易改造，发生故障的机率较大，且是不容易解决的问题，对工业生产影响较大。plc能用其内部的继电器来代替外部继电器，从而减少外部设备，又因plc的接线简单，输入输出一目了然，改造也较简单，所以本设计用plc来改造。本设计中涉及了启动开关之间的互锁，以及输出的互锁，电路的可再次启动，供气的开断条

4、件触发，在经调研思考后一一解决。本设计的试验结果是通过软件仿真来实现的，实验结果完全符合本设计的要求。关键词：plc;振动器;控制abstractthe design of the electrical control vibrator paint is the original pneumatic control circuit to improve the grounds of plc controlled circuit. pneumatic equipment as a result of easy wear, difficult transformation, greater cha

5、nce of failure, and it is not easy to solve the problem, and it has a greater impact on industrial production.plc internal relays can be used to replace external relays, thereby it can reduce the external equipment. because wiring plc is simple ,input and output are at a glance, the transformation i

6、s also relatively simple, so the design use plc to transformation. involved in the design of the interlocking between the start switch and the interlocking output, the circuit re-started, breaking the conditions of supply of the trigger, all the solutions are included in the study . the results of t

7、his design is achieved through software simulation and experimental results are in full compliance with the requirements of the design.keywords：plc; vibrator; control1 引言1.1 问题的提出及研究意义目的：在工业顺序控制中，有很多设备使用电气、液压和气动控制方法。这些方法存在着要改变控制顺序，就必须重新安装电路和管路，改造工作量大；并且元器件容易损坏，设备故障率高等方面的问题。现在这类设备普遍采用plc控制方法，就非常容易改变设

8、备的控制顺序，并且元器件可靠1。油漆桶振动器采用气动控制方法，存在着操作精度低，不易调整工作顺序，元器件容易磨损，故障率高的问题。为了提高生产率，降低故障率2，使电路更适合不断更新的生产需要，使用性能稳定的plc对其进行改造。意义：通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。在独立完成设计任务的同时，提高了独立工作能力与创造力

9、；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力。1.2 国内外研究现状：由于传统的继电接触器控制采用的是固定接线方式，一旦生产过程有所变动，就得重新设计线路连线安装，不利于产品的更新换代。但采用小型计算机实现工业控制价格昂贵，输入、输出电路不匹配，编程技术复杂。plc与传统继电器比较。最大优点就是电路不需要大范围的改动就能适合大量的控制电路。要是控制电路变化了，原来的继电器电路都要更改，可能连原来的电路板都不能用了。而plc的更改就很少。只要重新编程，把输入电路和输出电路更改就能实现了，plc最开始就是设计用来需要频繁更改控制电路的地方3。现状：plc始终处于工业控制自动化领域的主

10、战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与dcs和工业pc形成了三足鼎立之势。同时，plc也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业pc所带来的冲击。plc在向微型化、网络化、pc化和开放性方向发展。在我国应用的plc，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美plc居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及oem产品采用日本的plc居多。欧美plc在网络和软件方面具有优势，而日本plc在灵活性和价位方面占优势4。2 油漆桶振动器的气动控制2.1 油漆桶控制器的气动控制原理油漆桶振动器的自动控制，工作流程是，当染色的液体

11、被倒入桶中以后，按下按钮，伸出的活塞开始退回，并且在气缸尾部某一行程范围往复运动，即振动机开始搅动。振动的频率通过调整压缩空气供给设定范围调节，压缩空气设定压力p=4bar。通过延时阀设定振动时间，振动时间t=5s。延时后，振动器自动停止，双作用气缸伸出，压下前端的第三个滚轮杠杆行程阀，为下次振动作准备。2.2 油漆桶控制器的气动控制图及过程图（1）油漆桶振动器系统图 如图（1）为油漆桶振动器系统图，其工作流程为：按下启动开关（0s），启动廷时（0z3），同时汽缸开始工作，释放（1s3）,运动过程中压下（1s2）,运动方向不变，再压下（1s1）后，方向改变，后在（1s1）和（1s2）之间往复运

12、动，直至延时5后，退回到原位，等待下一次操作5。2.3 油漆桶控制器的气动控制存在的缺点气动控制元件容易磨损，且不易调整，对其工作流程不易改变，若要改变只有重新设计气路，改造气路的工作量大，周期长。3 低压电气控制设计3.1 控制原理图（2） 气压原理图如图(2)为气压原理图,其中5yt为总的供气电磁开关；p1、p2、p3为调速阀（分别为低速、中速、高速）；3yt、4yt为调速的换向阀（默认为中速、3yt为低速、4yt为高速）；1yt、2yt为控制气缸的换向阀（1yt为向右、2yt为向左）；1s1、1s2、1s3为接近开关。1km2km1yt2yt3yt4yt5yt5km1kt10km12km

13、5km5km1kt1s313km10km11km12km1s313km1sb2sb3sb12km11km1kt10km11km12km1kt10km12km10km1kt10km11km11km12km1s21s11kt2km1km2km1km13km2km1kt1kmqffr24v图（3）低压电器图 如图（3）为低压电器图，1sb、2sb、3sb分别为启动开关低档、中档、高档；1s1、1s2、1s3为接近开关；输出的1yt、2yt为控制汽缸换向的电磁阀，3yt、4yt为控制档位的电磁阀，5yt为控制供气的开关。其中1km、2km、5km、1okm、11km、12km、13km为继电器，1kt

14、为时间继电器。 其工作的的流程为，按下启动开关1sb（低档），由于继电器12km、11km和时间继电器1kt处于常闭状态，则继电器10km带电,同时自锁；1okm动作，使档位换向阀3yt通电，换到左位工作，速度为低档，又因1s3常闭，13km带电；13km的状态改变，启动延时继电器（延时5s），同时使5km带电，完成自锁，启动供气开关5yt,同时使2km带电，使汽缸换向阀的2yt通电，并自锁，换到右路工作，汽缸开始倒退。汽缸倒退松开1s3，进入一工进，使13km断电。气缸倒退至压下1s2时，状态不改变，汽缸继续倒退，松开1s2，进入二工进，状态不改变。当汽缸倒退至压下1s1时，继电器1km带电

15、，同时切断2km，并自锁，使2yt断电，1yt通电，换向阀换到左位工作，汽缸改变方向，变为向前推进，进入退回工序。再当汽缸压下1s2时，2km带电，同时切断1km，并自锁，使1yt断电，21yt通电，换向阀换到右位工作，汽缸改变方向，变为后退，又进入二工进工序。就这样在1s1和1s2之间来回振荡。直至延时5s后，延时继电器1kt动作，因1s3先前的动作，使5km依旧处于通电状态，而使2km断电，同时使1km带电，即2yt断电，1yt通电，换向阀换到左位工作，汽缸向前推进，直至压下1s3，使5km断电，切断供气开关5yt。由图（3）可以看出，当按下启动开关低档、中档、高档中任何一个，可以完成启动

16、，只是其档位开关换向阀动作不同，低档时，3yt通电，高档时，4yt通电，默认档位为中档，即换向阀不动作。并且本设计完成了启动开关之间的互锁，即当按下其中的一个启动开关后，其它启动开关的一切动作无效。由于本设计中成功完成了开始与结束时状态一致，符合设计需求。3.2 低压电气控制的优缺点在这种传统的设备控制系统中,完成一项控制任务是由导线将电气元件连接起来,通过中间环节(继电器控制线路)来实现的,这样的系统我们称之为“继电器控制系统”6。 继电器是电子电路中常用的一种元件，一般由晶体管、继电器等元器件组成的电子开关驱动电路中，往往还要加上一些附加电路以改变继电器的工作特性或起保护作用。因此，传统继

17、电器往往笨重而复杂，成本比较高，而且常常因为电源电压低于继电器的吸合电压而使其不能正常工作，继电器常安装在电器设备的内部，其工作状态不直观，而且继电器电路元器件易损坏，故障率高，生产率低下，废品率高，维修成本高，检修周期长。当采用这种传统控制时系统接线很复杂，要是控制电路变化了，原来的继电器电路都要更改，这样连设备的原功能都不能满足了7。而采用plc控制系统时更改就很少，只要重新编程，把输入电路和输出电路更改就能实现了更改，同传统继电器相比，这种产品没有机械接点，不产生电磁噪声，从而不需要附加诸如电阻和电容等元件来保持静音。重要的是它具有寿命长、结构简单、重量轻、性能可靠等优点8。用plc改造

18、后的设备结构简单，可靠性高，配置灵活，投资省、见效快的特点9。它是取代传统继电器控制系统的新型工业控制系统,并且有着不可比拟的优点。4 plc系统设计与改造4.1 plc的工作原理当plc运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但cpu不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行10。由于cpu的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，plc外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为plc的扫描工作方式11。其扫描速度非常快，完全可以满足工业上的顺序控制要求。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描

19、是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束12。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。由于plc计算功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点，能适应工业控制的不断更新，生产工艺不断变化的需要，在工业控制上被广泛应用13。4.2 元器件的选择1.plc的选择根据输入输出点的个数，以及考虑到将来系统扩大功能的需要，选定plc的型号输出输入应有32点。而fx2n系列plc是fx系列中最高级的模块，它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点14，从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案，灵

20、活的配置，高速运算，突出的寄存器容量，丰富的元件资源，特殊功能模块15。因此选用fx2n-32mr，其输入输出总点数为32 点，其中输入点数为 16点，输出点数为16 点；其输出类型为继电器输出。2.输入输出原件的选择本设计需要三个启动按键，三个接近开关作为输入元件。一个三位四通电磁换向阀，一个三位两通电磁换向阀作为输出元件。4.3 系统接线图图（4）plc接线图表1 输入输出点分配 图（4）为plc接线图，表1对应的输入输出点分配。输入口x020接启动按钮低档（1sb），x021接启动按钮中档（2sb）,x022接启动按钮高档（3sb）,x025接接近开关（1s3）,x0接接近开关（1s1）

21、,x1接接近开关（1s0）。输出口y0接电磁换向阀1yt(向右换向)，y1接电磁换向阀2yt(向左换向)，y20接电磁换向阀3yt（低档），y21接电磁换向阀4yt(高档)，y23接电磁换向阀5yt（气路开关）。表2 器件动作表注：电磁铁通电、行程阀压下时，表中记为“”；反之，记“” 表2为器件动作表。当按下启动按钮时，相应的档位开关通电（3yt为低档，默认为中档，4yt为高档），气路开关(5yt)通电，开始供气，同时换向阀（1yt）通电，换到左路工作；释放接近开关（is3）后，进入一工进，此时保持状态不变；压下接近开关（is2）后释放，进入二工进，这时换向阀(1yt)通电，其它状态不变；压下

22、接近开关（is1）后释放，进入后退工序，这时换向阀（1yt）断电，换向阀(2yt)通电，换到右路工作;压下接近开关（1s2）后释放，进入二工进，在接近开关（1s1）和接近开关(1s2)之间往复运动；直至延时完成，换向阀（1yt）断电，换向阀(2yt)通电，换到右路工作；压下接近开关（1s3）停止，所有继电器断电。4.4 梯形图 图（5）梯形图 图（5）为设计的梯形图，其中m102为plc内部辅助继电器，t1为plc内部延时继电器。4.5系统程序0 ld y0231 ani t12 or m1023 or x0254 out y0235 out t1 k508 ld x0209 ani y022

23、10 ani y02111 or yo2012 ani t113 out yo2014 ld x02115 ani y02016 ani y02217 or y02118 ani t119 out y02120 ld x02221 ani y02022 ani y02123 or y02224 ani t125 out y02226 ld y02027 or y02128 or y02229 ani x02530 out m10231 ld y00032 ani y00133 or m10234 or x00135 ani t136 out y00037 ld y00138 ani y0003

24、9 or x00040 or t141 and y02342 out y0015 软件仿真本设计用的仿真软件是一款plc的教学仿真软件（fx-trn-beg-c）。由于条件的不允许，本设计只能简单的进行仿真。图（6）启动前 如图（6）为写入程序后的界面，图中pb1(x20) 、pb2(x21) 、pb3(x22)为启动开关低档、中档、高档；sw2(x25) 、2(x1) 、1(x0)为接近开关1s3、1s2、1s1；pl1(y20)、pl2(y21) 、pl3(y22)为低档、中档、高档的电磁换向阀3yt、不接（在仿真中只是为了便与区分）、4yt；pl4(y23)为供气阀门5yt;1(y0)

25、、2(y1)为控制汽缸换向的电磁阀2yt、1yt;由于操作的时间问题，将延时5s改为延时20s。图（7）启动如图（7）为按下启动开关低档pb1(x20),此时可以看到pl1(y20) 、pl4(y23) 、y0亮，这说明按下低档启动开关时，档位电磁阀3yt通电，换向阀换到左位工作，即低档；同时供气电磁阀5yt通电，开始供气；汽缸换向电磁阀2yt通电,换向阀换位到右位工作，汽缸倒退。图（8）一工进 如图（8）为汽缸倒退松下接近开关1s3(即sw2(x25)时。可发现汽缸的运动方向不变，其它状态也不变。图（9）二工进 如图（9）为汽缸倒退至压下1s2(即2(x1),这时汽缸还是向后退，其它状态不变

26、。当松开1s2时，状态不变。图（10）后退 如图（10）为汽缸倒退压下1s1（即1（x0），这时可看见2(y1)亮，1(y0)灭。这说明汽缸换向电磁阀1yt通电，2yt断电，换向阀换到左位工作，即汽缸改为向前推进，其它状态不改变。当松开1s1时，保持状态不变。图（11）二工进 如图（11）为汽缸向前推进时压下1s2（即2（x1）,这时2(y1)熄灭，1(y0)亮。这说明汽缸换向电磁阀2yt通电，1yt断电，换向阀换到右位工作，即汽缸又改为后退，其它状态不改变。当松开1s2时，保持状态不变。 就这样汽缸在1s1和1s2之间来回运动，直至延时完成。图（12）延时完成 如图（12）为延时完成时，这时

27、y1亮，切断y2，同时档位电磁阀都断电，恢复为默认中档。这时汽缸开始向前推进。供气阀依然通电，汽缸在前进状态时，1s2(即2（x1）)和1s1（即1（x0）无效。图（13）停止 如图（13）为汽缸在向前推进时压下1s3（即sw2(x025)）的状态，这时所有的灯都灭了，这说明，在压下1s3时，1yt断电，5yt也断电，即停止供气。6 结语 本文介绍了油漆桶振动器的电气控制的硬件设计、软件设计。该系统采用plc对油漆桶振动器进行控制,具有工作稳定的优点,使系统便于维护，也适于工业生产不断更新的需求。在设计中遇到了不少困难，经老师的指导，和查阅资料都得到了解决。经过不断的修改，终使设计顺利完成。参

28、 考 文 献1 胡寿松 自动控制原理简明教程m 北京：科学出版社 2003:10112 李建兴 可编程序控制器应用技术应用技术m 北京：机械工业出版社2004:2452463 刘颖 数控机床电气控制m 北京：高等教育出版社 2005:42454 项毅高 机床电气控制m 北京：高等教育出版社 2003:63665 毛智勇 刘宝权 液压与气压传动m 北京：机械工业出版社2007:58626 制造业自动化杂志社 manufacturing automation j 北京：机械部北京机械工业自动化研究所 2007，21（3）:54607 高钦和 可编程控制器应用技术与设计实例m 北京：人民邮电出版社 2004:15348 张永飞 可编程控制器应用技术m 北京：中国