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1、本 科 毕 业 设计题目NH500型捏合机系统改造设计作 者： 张凤远 专 业： 机械制造及自动化 指导教师： 完成日期： 2014年9月15日 河南科技大学 毕 业 设 计（论文）题目： NH500型捏合机系统改造设计 姓 名： 张凤远指导教师： 学科专业：机械制造及自动化南通大学机械工程学院2006年6月摘 要 随着社会的进步，人文的发展，国民经济生活质量的提高，现有的劳动效率远远满足不了社会进步的需要，机器的改进，效率的提高是社会发展的必备条件。机电一体化的发展应运而生，电子技术和机械技术的结合就完成了历史的碰撞，大规模集成电路就响应时代的号召随之诞生，机电一体化技术有了很大的进展。人们
2、将传统机械、电子、信息、控制等学科内容整合在了一起。微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物可编程控制器就随之出现。可编程控制器是一种以微型处理器为大脑的用作数字控制的计算机。随之可编程序控制器在工业进步过程自动化系统中应用随之溅多，它通过数字式输入和输出满足各种机械控制器的需求，方便于与工业控制系统连成一个整体，同时有利于扩充其功能。利用可编程控制器可以对老式捏合机进行改造，为其设计新的控制系统，使之适应于社会的发展，用可编程控制器取代继电器控制，提高其可靠性，使之更利于社会的发展需要。关键词:可编程序控制器，设计，机电一体化 ABSTRACT With the development of
3、 social progress, cultural, and improve the quality of life of the national economy, the existing labor efficiency far failed to meet the needs of social progress, improved machinery, efficiency is a prerequisite for social development. Development of mechatronics emerged, combining electronic techn
4、ology and mechanical technology to complete the collision history, LSI will respond to the call of the times will be born, mechatronics has been much progress. It will be traditional mechanical, electronic, information, content control and other disciplines to integrate together. Computer technology
5、 and the concept of combining conventional control relay product programmable controller appears. Programmable controller is a computer micro-processors for the brain as a digital control. Along with programmable logic controller advances in industrial process automation system applications along wi
6、th splash and more, it meets the needs of a variety of mechanical controllers via digital inputs and outputs, easy to connect with the industrial control system as a whole, is also conducive to expand its capabilities. The programmable controller can be transformed to the old-fashioned kneading mach
7、ine, to design new control systems to adapt to the development of society, replace relay control with programmable controllers, improve reliability, making it more conducive to the development of society needs. Keywords: programmable logic controller, design, mechatronics目 录 摘 要IABSTRACTII第1章 前言11.1
8、机电一体化技术及其发展11.2机械设备电气控制及其发展21.3毕业设计课题来源及任务3第2章 NH-500型捏合机总体设计5第3章 NH-500型捏合机机械系统设计 . 83.1箱体83.2箱盖及气动装置83.3液压传动装置93.4电动机103.5减速器123.6轴体刀具123.7换向器123.8控制柜133.9联轴器133.10调节垫块133.11其他零件14第4章 NH-500型捏合机气动、液压系统设计 15第5章 NH-500型捏合机控制系统设计 175.1NH500型捏合机工艺过程175.2 PLC控制系统 17 5.2.1 PLC输入输出分配195.2.2 人机界面 225.3 继电
9、接触器、液压、气动控制系统235.4PLC程序设计235.4.1 初始梯形图235.4.2手动操作顺序功能SFC图235.4.3原点复位顺序功能SFC图255.4.4 自动运行265.4.5 PLC程序设计方法小节285.4.6程序调试和模拟运行305.5 PLC故障检测305.6PLC控制系统可靠性提高31第6章 总结 32参考文献33致 谢34第一章 前言1.1 机电一体化技术及其发展“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，是各相关技术有机结合的一种新形式。关于“机电一体化”（Mechatronics）这个词的起源，早在1971年，日本机械设计杂志副刊就提出了“
10、Mechatronics”的说法。1976年以广告为主的日本杂志Mechatronics Design News开始使用，其中“Mechatronics”是“Mechanics”（机械学）与“Electronics”（电子学）组合而成的日本造英语。到目前为止，较为人们所接受的“机电一体化”的涵义是日本机械振兴协会经济研究所提出的解释：“机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”可以说，“机电一体化”是机械技术、微电子技术相互交叉、融合（有机结合）的产物。机械技术（机械学机构学）机电一体化技术领域微电子
11、技术图1 机电一体化涵义示意图图1为机电一体化涵义示意图。它具有“技术”与“产品”两方面的内容，首先是机电一体化技术，主要包括技术原理使机电一体化产品（或系统）得以实现、使用和发展的技术；其次是机电一体化“产品”，该“产品”主要是机械系统（或部件）与微电子系统（或部件）相互置换或有机结合而构成的新“系统”，且赋予其新的功能和性能的新一代产品。“机电一体化”打破了传统的机械工程、电子工程、信息工程、控制工程等旧学科的分类方法，形成了融机械技术、电子技术、信息技术等多种技术为一体，从系统的角度分析与解决问题的一门新兴的交叉学科。随着以IC、LSI、VLSI等为代表的微电子技术的惊人发展，计算机本身
12、也发生了根本变革，以微型机算计为代表的微电子技术逐步向机械领域渗透，并与机械技术有机地结合，为机械增添了“头脑”，增加了新的功能和性能。机电一体化的目的是使系统（产品）高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力、自动化需求。1.2 机械设备电气控制技术及其发展通常把电动机以及电动机有关联的传动机构合并在一起称为电力拖动部分；把满足加工工艺要求使电动机起动、制动、反向、调速等电气控制和电气操纵部分称为电气控制部分，或称为电气自动控制装置。机械设备电气自动控制技术是采用各种控制元件、自动装置，对机床
13、进行自动操纵，自动调节转数，按给定的程序和自动适应多种条件的随机变化而选择最优的加工方案，以及工作循环顺序自动化等等。随着大功率半导体器件、大规模集成电路、计算机控制技术、检测技术及现代控制理论的发展，推动了机床电气控制技术的发展。主要表现为：在控制方法上，从手动操纵发展到自动控制；在控制功能上，从单一发展到多功能；在操作上，从紧张、繁重发展到轻巧自如。在机床电气控制方面，最初采用手动控制，如少数容量小、动作单一的机床（小型台钻、砂轮机等），使用手动控制电器直接控制。后来由于切削工具、机床结构的改进，切削功率的增大，机床运动的增多，手动控制已不能满足要求，于是出现了以继电器接触器为主的控制电器
14、所组成的控制装置和控制系统，可实现对机床的各种运动的控制，如起停、反转、改变速度等的控制。它们的控制方法简单直接、工作稳定可靠、成本低，是机床自动化迈进了一大步。随着生产的发展，机床对加工精度、生产效率提出更高的要求，出现了各种可连续控制的控制器件，如电机放大机、电子管及半导体放大器件，这样就相应的出现了连续控制的自动控制方式及自动控制系统，如电机放大机控制系统、晶闸管控制系统等。另一方面，由于继电接触器控制装置接线的固定、使用的单一性、难以适应复杂和程序可变的控制对象的需要。所以20世纪60年代初就出现了顺序控制器。它的初期是以继电器或触发器作为记忆元件的控制器，即通过编码、逻辑组合来改变程
15、序，满足不同加工程序的需要。这样就使机床控制系统具有更大的灵活性和通用性。它的特点是：通用性强、程序可变、编程容易、可靠性高使用维护方便等，被广泛应用于机械手、组合机床及生产自动线上。近年来，可编程序控制器在工业过程自动化系统中应用日益广泛。可编程控制器通过数字式的输入和输出满足各种类型机械控制的需要，易于与工业控制系统连成一整体，又易于扩充其功能的原则设计，它将成为生产机械设备中开关量控制的主要电气控制装置。1.3 毕业设计课题来源及任务捏合机是一种高性能的、对高粘度及超高粘度的物质进行混练捏合操作的机械设备，二根强韧的搅拌桨在运动时，在桨叶和捏合槽之间产生巨大的剪切力，从而得到最高的混练、
16、捏合、粉碎及分散效果。在其工作时，可以冷却和加热，也可以进行真空减压状态下的操作，还有通过加热真空减压进行脱水、漂洗的等操作方法可供用户选择。捏合机广泛适用于油墨、塑料、橡胶、硅橡胶、医药、纤维素、碳素、淀粉、口香糖、泡泡糖、巧克力、素烧陶瓷、颜料、染料、和成树脂、纸浆、磁性记录材料、乳化炸药、粘结剂、建筑防水涂料、化妆品、高分子及各种着色材料。根据不同的使用目的，捏和机可制成真空、压力、常压三种，温调形式采用夹套，蒸汽、导热油加热，水冷却等方法。出料方式有液压、翻缸倾倒、球阀出料、螺杆挤压等。并可在设备上安装各种安全、测量、控制记录等仪器。捏和机按其用途及功能分为：1、重型（真空捏和机，混炼
17、机，挤水机），2、压力型，3、标准型（常压型），4、简易型，简易型按出料形式又分为两种：球阀出料型，螺杆出料型。本课题来源于如皋通达机械有限公司横向科研项目。由于旧有型号的捏合机电气控制系统采用继电接触器控制，线路复杂、维护不便、可靠性低；而且存在不同行业、不同产品中由于捏合机参数不尽相同引起的灵活性差的缺点，因此提出对捏合机进行改造。在新型NH-500型捏合机改造设计中采用目前控制领域应用比较普遍的可编程控制器PLC控制系统来替代旧的继电接触器控制系统。PLC控制方式具有可靠性高、运用方便、价格低廉等优点，可以大大改善捏合机的柔性及可靠性，提高产品的质量，促进企业的技术革新与长久发展。毕业设
18、计的主要任务是设计NH-500型捏合机机械系统，并进行控制系统的改造。毕业设计论文的内容就本人所做的主要工作展开说明，具体内容如下：第1章：前言第2章：NH-500型捏合机总体设计第3章：NH-500型捏合机机械系统设计第4章：NH-500型捏合机气动、液压系统设计第5章：NH-500型捏合机控制系统设计第6章：设计总结第二章 NH-500型捏合机总体设计在此次捏合机的设计中，分为机械部分设计和控制部分设计两大部分。机械部分设计即设计出能够实现捏合机功用的机构组合。所谓机构是人们将能实现预期的机械运动的各构件（包括机架）的基本组合。各种机器设计的共同问题可以归纳成机构的结构和运动学以及机构机器
19、的动力学两大部分来讨论。机构的结构和运动学：分析机构的结构是为了研究机构运动的可能性和确定性，并进一步讨论机构的组成原理；机构的运动学不考虑引起机构运动的力的作用，而从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法，以及按已知条件来设计新机构的方法。机构和机器的动力学：研究在机械运动过程中作用在机构各结构上的力分析和惯性力的平衡问题；并研究确定机械效率的方法和已知力作用下机械的真实运动规律，以及作用力、运动构件的质量和这些构件的运动之间的关系，即机械的运转和调速问题。用继电器、行程开关、转换开关等有接触点低压电器构成的电器控制系统，称为继电器控制系统。其特点是动作状态一目了然，但系统
20、接线比较复杂，变更控制过程以及扩展比较困难，灵活性和通用性比较差。可编程控制器PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机。其基本工作原理是建立在计算机工作原理的基础上的，即在硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制任务。气动控制系统选用气动装置中被广泛采用的顺序控制系统。根据JIS的定义；按照预先确定的顺序或条件，控制动作逐渐进行的系统叫做顺序控制系统。即在一个顺序控制系统中，下一步执行什么动作是预先确定好的。前一步的动作执行结束后，马上或经过一定时间间隔再执行下一步动作，或者根据控制结果选择下一步应执行的动作。液压控制系统
21、类似于气动控制系统，其主要任务是回路设计。任何液压系统都是由一个或多个基本液压回路组成的。所谓基本液压回路是指那些为了实现特定功能而把某些液压元件和管道按一定的方式组合起来的油路结构。例如，调节执行元件（液压缸或液压马达）运动速度的油路、控制系统整体或局部压力的油路、变更执行元件运动方向的油路等等，都是最常见的基本液压回路。表1 NH-500型捏合机电气系统基本情况主电机电机类型变速电动机380VAC 、8kw满足不同阶段高低速需要起动方式自耦降压起动起动保护换向方式电气换向高、低速，正、反转缸体翻复驱动方式液压系统直接起动驱动装置液压缸执行元件双电控电磁换向阀翻缸复缸动作切换缸盖升降驱动方式
22、气动系统驱动装置气缸执行元件双电控电磁换向阀缸盖升降动作切换检测元件限位信号行程开关翻复缸体、升降缸盖警示信号指示灯、电铃灯光指示、铃声警示箱体液压装置支撑座换向器减速器底座调节垫块电动机调节垫块图2 捏合机整体示意图根据容积要求500L，初步定为箱体外形尺寸（mm）：10001000600；则根据同类产品的横向比较初步定为主电机功率（kw）：8；压力（Mpa）：0.10。NH-500型捏合机电器系统主电机采用可变速电动机，来满足捏合过程中的不同速度的要求（高速和低速），由于电动机容量大，起动时采用自耦降压起动，控制接触器的吸合由PLC控制继电器得以实现。NH-500型捏合机电气系统基本情况如
23、表1。方案定为，缸体翻复运用液压系统来实现动作，缸盖的升降则由气动系统来实现动作。捏合机外形构造图图2。第三章 NH-500型捏合机机械系统设计整台捏合机机械部分由箱体、箱盖、轴体刀具、液压装置、气动装置、换向器、减速器、电动机，以及控制柜和调节垫块等几大部分组成。具体图示附A0装配图一张。3.1 箱体根据捏合机的外形及内部要求，材料选择为：HT350，表面淬火的铸件；外形定为长高宽（mm）：10001000600。由于箱体内部有两根刀轴穿过，一根为主动轴，贯穿于箱体、固定座、换向器之间，并且最终与减速器的输出端相连；另一根轴为从动轴，经换向器输出后，不与固定座连接，悬于箱体中，在缸体翻复时，
24、可以同换向器和箱体以主动轴为中心旋转。根据上述条件，在从动轴处的箱体壁厚应该适当加大，或者加成一圆形台状伸出端，箱体示意图如下。挡块A图3 箱体示意图因为箱体的翻复由液压装置即液压缸实现，所以在两个弧形的缸底中间需要设计一个焊接在缸体上的连接块A，用来连接缸体和液压缸的推杆。箱体的壁厚为20mm，挡块A的尺寸则由液压推杆的尺寸来定。3.2 箱盖及气动装置由于该设计的捏合机用于工业生产中，自身的体积比较大，则箱盖对应的体积重量也相对较大，鉴于气动缸的体积也过于庞大，现把缸盖和气动缸的活塞杆进行焊接，形成统一整体；因为在生产线中，必定有统一气源的供应，所以省略气源装置。气压传动的主要目的是传递动力
25、并作功，而且高效、低耗、安全可靠又有较长使用寿命的自动化技术及相应的元件。基本的气动系统有两个主要部分组成：1）压缩空气的生产和输送系统；2）压缩空气消耗系统。在此次捏合机设计中将把气动系统和微机系统两部分进行综合。微机系统的功能是控制，气动系统的功能是控制和执行兼而有之。（微机系统功能将在控制系统中详细阐述）气动系统回路设计原理图附A3图纸一张，其工作原理流程是利用一个双电控三位四通电磁换向阀，通过电磁得失电情况改变整个气动系统，使气缸两个腔室冲气或者排气，来驱动活塞杆的伸长和缩短，从而使得箱盖上升和下降；并且该三位四通电磁换向阀具有中位机能。3.3 液压传动装置液压系统和气动系统类似，同样
26、需要和微机系统进行综合设计。液压传动装置主要由四部分组成：1）能源装置液压泵；2）执行装置液压缸；3）控制调节装置对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置；（如溢流阀、节流阀、换向阀等）4）辅助装置。液压传动的优点：1）在同等体积下，较电气装置以及气动装置产生更多动力即功率大；2）工作比较平稳；3）在大范围内实现无级调速；4）易于自动化；5）易于实现过载保护；6）装置排列布置具有较大机动性；7）结构简单。但液压传动也有其弊端：1）不能保证严格的传动比；2）有较多能量损失；3）工作稳定性受到温度影响；4）液压元件精度高价格贵；5）要求有单独的能源；6）故障时不易检测。在此次捏合机设计
27、中液压传动装置的作用是：推动缸体围绕主动轴翻转，用以实现缸体的倒料功能。结合具体情况选用一个双电控三位四通电磁换向阀，通过电磁得失电情况改变整个液压系统，使液压缸两个腔室进油或者排游，来驱动活塞杆的伸长和缩短，并且该三位四通电磁换向阀具有中位机能。而液压缸只需要选择一单出杆活塞缸即可，由于此液压缸并非单纯的直线运动，需要根据箱体一起绕主动轴旋转,但又因为旋转而选取旋转缸似乎又过于繁琐；所以在此设计一个关节：利用CA单耳环型液压缸，由一个柱塞销固定于基座，而一端（螺纹端）与挡块A相连接。活塞杆伸长推动挡块A，带动整个缸体绕着主动轴旋转，此时由于缸体的旋转同时牵动液压缸绕着柱塞销的固定端进行旋转。
28、进而使液压缸直线上的活塞杆运动和整个液压缸的旋转运动相叠加，从而实现推动缸体围绕主动轴翻转的缸体倒料功能。设计中选择CA单耳环型单出杆活塞液压缸，缸径125mm，行程200mm。液压缸运动示意图如图4螺纹头连接挡块A图4 液压缸运动示意图液压源将作为独立的能源装置进行配置，而其它回路设计以及控制调节装置和辅助装置类似于气动系统，故不再做阐述。3.4 电动机由于捏合机的用途决定其电动机需要能够改变速度来满足不同状态的捏合物的需求，所以需要选用可变速电动机。根据感应电动机的转速特性表达式可知，调速方式有三大类：频率调节、磁极对数调节和转差率调节，比较成熟和广泛应用的有8种通用调速技术。基于节能角度
29、，通常把交流调速分为高效调速和低效调速。高效调速指基本上不增加转差损耗的调速方式，在调节电动机转速时转差率基本不变，不增加转差损失，或将转差功率以电能形式回馈电网或以机械能形式回馈机轴；低效调速则存在附加转差损失，在相同调速工况下其节能效果低于不存在转差损耗的调速方式。属于高效调速方式的主要有变极调速、串级调速和变频调速；属于低效调速方式的主要滑差调速（包括电磁离合器调速、液力偶合器调速、液粘离合器调速）、转子串电阻调速和定子调压调速。其中，液力偶合器调速和和液粘离合器调速属于机械调速，其他均属于电气调速。变极调速和滑差调速方式适用于笼型异步电动机，串级调速和转子串电阻调速方式适用于绕线型异步
30、电动机，定子调压调速和变频调速既适用于笼型，也适用于绕线型异步电动机。变频调速和机械调速还可用于同步电机。图5 调速原理种类图综合电机的各种性能参数，选用变极调速的YD160L8/6型号双速电动机，额定功率为（Kw）：8，同步转速（r/min）：1000（max）/750（min）。具体外形示意图如图6。图6 电动机外形示意图电动系统的继电回路设计将在控制系统和控制柜设计中详细阐述。3.5 减速器减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置。在捏合机设计中，根据所选用电动机功率和转速以及轴传动所需要的速度大小，传动比定
31、为 i=10。综合各方面的因素查手册可得选用一级圆柱齿轮减速器即可适合设计要求，齿轮选用斜齿。减速器型号为ZLY型，中心距为200mm。3.6 轴体刀具在此捏合机设计中，捏合机的两把对捏合的刀具分别装在两根轴上。主动轴的长度由箱体、联轴器、换向器、以及固定座等共同决定，而从动轴的长度只需根据箱体和换向器决定即可；根据转速以及扭力大小，主、从动轴的直径都取150mm。材料选用调质钢，38CrMoAl。对于刀具，由于在捏合机中刀具的功用是捏合各种材料，起到搅拌的作用，故由箱体的宽度600mm可以推算出刀具的直径为300mm，长度为800mm，材料可以选用W18Cr4V。3.7 换向器换向器在捏合机
32、中的功用是将主动轴的一根轴的传动转变成从动轴与主动轴同时同步相向转动，从而带动轴上的刀具相向捏合，起到捏合作用。换向器在结构上就是由封闭在刚性壳体内的齿轮传动，带动由键连接在齿轮上的轴相向运动的一种自行设计的器件。箱体中齿轮的大小由刀具的尺寸来确定。因为要保证刀具的捏合，则同样安装在轴上的齿轮的啮合要与刀具的捏合相匹配。根据刀具的直径为300mm，即两根轴之间的中心距离为300mm，又因为换向器要求输出的从动轴和主动轴是同步相向的，所以可知两个齿轮的大小是相同的，即齿轮的分度圆直径都为300mm。查手册可得对应的齿轮宽度可以取100mm，其他数据可依次得出。材料选用调质钢42CrMo。与其他机
33、械传动比较，齿轮传动的主要优点是：工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围很广等。缺点是：齿轮制造需要专用机床和设备，成本较高；精度低时，振动和噪声较大；不宜用于轴间距离大的传动等。根据齿轮的外形尺寸初步确定换向器的外形大小高150mm、宽350mm、长650mm，壁厚为15mm。具体外形示意图如图7。其换向器外壳的材料选用HT350。图7 换向器外壳示意图3.8 控制柜控制柜在捏合机中所起到的作用是控制整台机器，连接人、机械部分、控制系统三部分；可以看成是捏合机的神经中枢。控制柜外形设计即为一个长宽高为600mm600mm1000mm的长方体。其中上盖
34、的面板是按钮的安装板，附 A2图纸一张。材料选用HT350。3.9 联轴器在捏合机中，减速器与主动轴、电动机与减速器轴与轴的之间选用适当型号的联轴器进行连接。查手册选用刚性联轴器。刚性联轴器适用于两轴能严格对中并在工作中不发生相对位移的地方。圆柱形轴孔和键槽型（GB/T38521997）平键单键槽型。尺寸见装配图。3.10 调节垫块在进行捏合机各个机械部分整机安装时，以主动轴为安装中心线，依次从左到右安装箱体、换向器、联轴器、减速器、联轴器、电动机。由于电动机和减速器从中心线到自身底座的距离与箱体相差很大，离装配底座有一段距离，故需要设计特定的调节垫块来保证每个机械部分都在安装中心线上。其调节
35、垫块外形示意图如图8，具体尺寸见装配图。上有安装螺纹孔图8 调节垫块外形示意图调节垫块外形为“几”字型，所用材料为HT350。3.11 其他零件在捏合机零件装配中，还有箱体的轴盖、轴肩挡块、垫片、螺栓、螺钉、平键、底板等其他零部件在装配图中都有表示，详见装配图。第四章 NH-500型捏合机气动、液压系统设计在前面机械设计部分中，对气动系统和液压系统已经作了一定的阐述。对于气动和液压系统的系统设计主要就是回路设计。在此次捏合机课题设计任务中，气动和液压系统的回路设计极其相类似，仅仅只是气动系统和液压系统所用的介质一个是气体另一个为液压油的区别。拿液压系统回路设计来讲，任何液压系统都是由一个或多个
36、基本液压回路组成的。所谓基本液压回路是指那些为了实现特定功能而把某些液压元件和管道按一定的方式组合起来的油路结构。下图以气动回路系统为例，图9为气动回路设计示意图。FRL气源图9 气动系统回路设计图气动系统回路设计其工作原理流程是利用一个双电控三位四通电磁换向阀，通过电磁得失电情况改变整个气动系统，使气缸两个腔室冲气或者排气，来驱动活塞杆的伸长和缩短，从而使得箱盖上升和下降；并且该三位四通电磁换向阀具有中位机能。对于液压系统回路来讲工作原理流程类似与气动回路，实现的是缸体的翻转功能。 第五章 NH-500型捏合机控制系统设计捏合机的控制系统部分采用可编程控制器PLC控制系统。可编程控制器是20
37、世纪60年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器，以行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其相关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显特点：1）可靠性高，抗干扰能力强；2）编程直观、简单；
38、3）适应性好；4）功能完善，接口功能强。可编程控制器对用户来说，是一种无接触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。5.1 NH500型捏合机工艺过程根据生产要求，捏合过程中液体类、粉体类原料按产品工艺要求在不同捏合步骤时机加入箱体进行捏合。图10为NH500型捏合机工艺流程图，图中、表示各种不同原料加入顺序。原料加入由楼上、楼下两操作人员完成，各自完成自己的配料投入，二者之间的信号传递通过楼上、楼下发请求信号得以实现，通过信号灯、警铃声提示操作人员响应操作。由图10可以看出，捏合速度、捏合时间等参数对捏合质量起到决定作用，不同的原料产
39、品应该根据自行需要进行参数设置。NH500型捏合机采用PLC作为控制系统核心，从根本上解决原继电接触器电气系统灵活性差的缺点，可以按照不同产品不同原料的工艺流程方便地设置捏合参数。5.2 PLC控制系统根据工艺流程及其控制要求，分析输入/输出点数，选择三菱公司的FX2N48MR可编程序控制器，选用三菱公司F92GOT0人机界面设置不同产品工艺流程捏合参数,并设置参数设定权限即保密功能。捏合温度控制在452添加剂不饱和聚酯树脂引发剂液体类打浆20min原料A原料B捏合低速3min高速15min低速15min高速3min粉体类翻缸1min 主轴低转1min停留2min复缸1min原料C第一次捏合第
40、二次捏合卸料包装图10 NH型捏合机工艺流程图PLC的工作原理是采用循环扫描的工作方式。这个工作过程可分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。在通信操作服务阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停（STOP）状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行（RUN）状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。其扫描过程示意图如图11。循环扫描的工作方式是PLC的一大
41、特点，也可以说PLC是“串行”工作的，这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别。PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中的触点竞争和时序失配的问题。内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理停止运行图11 PLC工作过程图即将设计完成的NH500型捏合机PLC控制系统，可以实现捏合机的手动操作、原点复位、自动运行等功能。5.2.1 PLC输入输出分配PLC内部有许多具有不同功能的器件，实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的。例如输入继电器X是由输入电路和映象输入接点的存储器组成的；输出继电器Y是由输出电路和映象输出接点的存储器组成的；定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态器S、数据寄存
42、器D、变址寄存器V/Z等都是由存储器组成的。为了把它们与通常的硬器件区分开，通常把上面的器件称为软器件，是等效概念抽象模拟的器件，并非实际的物理器件。NH500型捏合机的PLC输入输出分配接点对应情况如下表2、表3表2 PLC输入分配表输入分配表功能备注X0启动自动运行中启动X1点动手动运行时点动X2翻缸手动运行X3复缸手动运行X4升盖手动运行X5降盖手动运行X6自动状态自动X7手动状态手动X10暂停原点复位X11正转正转运行X12反转反转运行X13急停自动运行中急停X14缸盖下限位X15缸盖上限位X16翻缸到位X17复缸到位X20原料按钮原料投料后发信号楼上X21原料按钮原料投料后发信号楼下
43、X22原料按钮原料投料后发信号楼上X23原料按钮粉体投料后发信号楼上X24人工复缸刮缸完毕后人工复缸楼下X25（复位）复位初始化表3 PLC输出分配表输出继电器编号功能备注Y0KM1（KA1）双速电机接入电源Y1K（KA2）KKM2、KM3自耦降压起动Y2KM4（KA3）星点Y3KM5（KA4）正转低速Y4KM6（KA5）反转低速Y5KM7（KA6）正转高速（KM7、KM4）Y6KM8（KA7）反转高速（KM8、KM4）Y7KM9油泵中位机能Y10YV1翻缸（液压阀电磁铁1）Y11YV2复缸（液压阀电磁铁2）Y12YV3升盖（气动阀电磁铁1）Y13YV4降盖（气动阀电磁铁2）Y14电铃1铃声信
44、号楼上Y15电铃2铃声信号楼下Y20楼上绿灯投料信号灯Y21楼下绿灯投料信号灯Y22楼上红灯投料信号灯Y23楼上黄灯投粉体原料Y24楼下黄灯油泵启动后信号灯（翻缸报警）Y25楼下红灯人工复缸信号灯NH500型捏合机的PLC控制电气原理图，即PLC与外接设备的接线图。附A2图纸一张。在图中SB7、SB8、SB9（即X6、X7、X10）分别对应自动运行、手动操作、及原点复位功能选项，为防止X6、X7、X10同时处于开启状态，SB7、SB8、SB9采用三位旋转开关。同样理由，正转、反转选择开关采用两位旋钮开关。而ST1ST4为行程开关，实现升降缸盖、翻复缸体的限位作用。由于主电动机功率较大，所以在方案中准备采用中间继电器驱动相对应的接触器：Y1（KA2）、Y3（KA4）驱动输出，实现主电机的自耦降压启动；Y0（KA1）、Y3（KA4）驱动输出，实现低速正转；Y0（KA1）、Y4（KA5）驱动输出，实现低速反转；Y0（KA1）、Y2（KA3）、Y5（KA6）驱动输出，实现高速正转；Y0（KA1）、Y2（KA3）、Y6（KA7）驱动输出，实现高速反转。液压泵电机由Y16（
