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1、目 录第一章 绪论11.1引言11.2国内外研究的现状和发展趋势11.3主要工作目标和内容21.3.1工作目标21.3.2工作内容3第二章 基本概念及原理42.1顶弯拉伸系统工作原理42.2液压系统电磁阀的基本动作要求52.3三相异步电动机原理72.3.1电机基本结构72.3.2三相异步电动机转动原理72.4马达保护器原理72.4.1基本概念72.4.2工作原理72.4.3保护功能82.5 PLC的基本原理82.5.1周期扫描机制92.5.2顺序功能图102.6电气安全和安全用电10第三章 硬件设计113.1系统硬件控制原理113.2主电机泵控制原理123.3弱电控制回路133.3.1控制回路
2、电源工作原理133.3.2 输入输出端口143.3.3控制回路的指示控制电路163.4 电器元件的选型183.5实际硬件接线19第四章 软件设计214.1程序编制214.1.1程序顺序功能图214.1.2梯形图编制224.2程序调试25结 论27谢 辞28参考文献29第一章 绪论1.1引言在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的
3、控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC.限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规
4、控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为PLC。可编程控制器是一种数字运算顺序控制系统，专为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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的生产机械和生产过程。可编程控制器及其有关外国设备，都易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原理设计。它具有控制能力强，操作方便灵活，价格便宜，可靠性高等特点，不仅可以取代传统的继电接触系统，还可以构成复杂的工业过程控制网络，是一种适应工业发展的新型控制器。基
5、于以上PLC控制系统的特点，如果把这样的系统应用于顶弯拉伸控制系统是相当有意义的。用PLC控制系统控制液压阀，用液压力驱动机械动作，实现顶弯动作。顶升装置主要由顶升液压缸，压力继电器，顶升控制等部分构成。1.2 国内外研究的现状和发展趋势20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这
6、个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产
7、了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公
8、司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术
9、的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.3 主要工作目标和内容1.3.1工作目标 （1）顶弯拉伸控制系统的总体动作的研究；（2） 顶弯拉伸控制系统的软件总体方案设计和研究；（3） 顶弯拉伸控制系统手动和自动控制的设计和研究；1.3.2工作内容 （1）结合给定任务书中的液压系统电磁阀和动作循环图，了解顶弯拉伸系统的原 理和运行流程等。 （2）根据任务书提供的电动机参数和电磁阀
10、和文献资料。初步选择顶弯拉伸控制系统所需、电机、检测元件、控制元件等组成。 （3）依据以上的车库组成部件选型，利用AUTOCAD建立立体车库电气系统模型。 （4）参阅西门子S7-200系列PLC相关资料,学习相关编程软件，运用西门子STEP 7MICROWIN编程软件编写控制程序，并运用西门子S7-200仿真进行程序模拟。 （5）利用AUTOCAD画出立体车库程序梯形图。 （6）归纳、总结并完善报告。结合以上6项计划任务，最后完善论文的总结部分。设计时，要注意最大限度地满足被控制装置的控制要求；在满足控制要求的前提下，保证控制系统工作可靠，使用安全；力求控制系统简单，价格便宜，操作和维修方便；
11、在选择PLC时，输入输出点数和容量应留有裕量，以满足生产的发展和工艺内容变化的需要；电气设备要符合国际安全公约的规定；用PLC系统控制液压元件还要注意很多问题，比如说在选择两个主电机的型号时，要注意选好其功率以使其能够顺利工作又不至于浪费；在接线时，要注意各个线号要对应好，出现一点点小问题都可能使整个系统不能正常工作；第二章 基本概念及原理2.1顶弯拉伸系统工作原理 顶弯拉伸系统是以液压为动力的通过对拉伸件的弯曲来达到拉伸的状态的机械设备,由夹紧装置，顶升装置及相应的液压系统组成。此系统是一套用于多种车型、多种工艺、结构先进机械化程度高的先进蒙皮装配系统,采用该设备可以大幅度提高工作效率,减轻
12、工人劳动强度。 论文设计的拉伸机设备是一套完整的拉伸系统，作为拉伸机设备的重要组成部分，顶升头设计的好坏直接关系到了拉伸质量的优劣，顶升装置主要由顶升液压缸，压力继电器，顶升控制三部分构成。论文在机械结构方面不做过多的分析，只对顶升，夹紧装置的控制部分作了深入细致的分析和研究；液压方面选择了部分元件，绘制了液压原理图，并对其动作过程作了简要说明；电气方面用PLC编程实现了夹紧，顶升，保压，后退等动作循环，原理图如图 1-1所示。具体工作原理如下：第一步：左右夹紧缸夹紧，并且压力继电器发信第二步：顶升缸和随动缸开始顶升直到压力继电器发信第三步：充压并且保压2秒第四步：按动作返回按钮顶升缸和顶升随
13、动缸开始回退。第五步：等待2秒后，左右夹紧缸开始松开拉伸件。在设计过程中要注意的是：(1) 各步之间的互锁，这个过程可以通过压力继电器来完成(2) 各步之间的顺序关系不可弄乱，尤其是在动作返回时，比如在顶升缸和随动缸回退完成后才可以有左右缸松开动作。(3) 本次设计要求电磁阀带电保持一段时间，如左缸快进夹紧拉伸件后必须保持夹紧直到顶升结束并且顶升缸回退完成后2S才能失电顶弯拉伸系统的总体动作循环图如下：图1-1 电磁阀动作循环图2.2液压系统电磁阀的基本动作要求本次设计是利用PLC系统自动控制液压阀，进而实现用液压油驱动执行各种动作。因此在系统中设计用到了YV1-YV12电磁阀和SP1-SP6
14、压力继电器。程序控制电磁铁通电，电磁铁控制液压缸，实现各个预定动作。本系统的电磁阀的动作情况如表1-1所示，图中“+”代表得电，“-”代表失电，“(+)”代表保持继续得电。如左夹紧缸快进时YV1，YV2，YV3得电，在拉伸件处于夹紧和弯曲的时候，YV2，YV3继续保持得电一直到左夹紧缸松开为止。本系统的电磁阀和继电器的通电情况如1-1表所示：表4-1 电磁阀动作循环表源位启动左夹紧缸右夹紧缸顶升缸夹紧缸快进折弯夹紧快进折弯夹紧快升慢升点动充压快退松开YV1(+)+(+)YV2+(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)+(+)YV3+(+)(+)YV4+YV5+(+)(+)YV6+
15、YV7+(+)+YV8+YV9+(+)+YV10+YV11+YV12+SP1+(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)SP2(+)(+)(+)(+)(+)(+)SP3+(+)SP4+(+)SP5+SP6滤油器堵塞时发信下面以左夹紧缸为例具体说明一下各电磁阀工作情况：（1）起始状态下，12个电磁阀和6个压力继电器都没得电。（2）当SA旋钮处于手动档时，按SB8左缸开始快进（中间继电器KA1带电及电磁阀YV1带电，KA2及YV2带电，KA3及YV3带电）。当左缸快进到行程开关SQ1处时（SQ1带电）KA1失电及电磁阀YV失电，使得左缸开始慢速顶升并且保持。（3）在弯曲状态下，KA2，KA3
16、始终处于带电状态直到按下按钮SB4（左缸松开按钮）快速动作电磁阀YV1又开始带电且YV2，YV4和YV6带电开始快速回退。 （4）当SA处于自动档时，中间按钮全部失效，完全由电磁阀的顺序动作来实现的。（5）动作之间由压力继电器来实现牵制作用，比如左右缸夹紧动作之后有顶升缸顶升动作，这两个动作之间的压力继电器是SP1（左缸发信）和SP2（右缸发信）同时带电情况下才能执行顶升缸的顶升动作。2.3三相异步电动机原理2.3.1电机基本结构异步电动机是由固定的和转动的两个基本部分组成。固定部分是由定子铁心、定子绕组、机座和前后端盖等组成的。机座和前后端盖构成机壳，通常是由铸铁或铸钢制成的，起固定和防护作
17、用。机壳的防护结构有多种类型及不同的防护等级，其防护形式大致可分为开启式、防护式和封闭式三种基本类型。转动部分是由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成的。定子和转子铁心均由0.5mm厚的硅钢片叠成。定子铁心呈圆筒形，内圆周上冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组；转子铁心呈圆柱形，外圆周上也冲有均匀分布的槽，用以嵌放转子绕组导体。定子和转子之间有0.2mm1.0mm的均匀气隙。当定子三相绕组接通三相电源后就能产生具有一定磁极对数的空间旋转磁场。2.3.2三相异步电动机转动原理现假设定子三相绕组通电后产生具有一对磁极的旋转磁场，为形象和直观起见，将这种看不见的旋转磁场用一对旋转的磁极来表示，设旋转磁
18、场以n。的转速顺时针方向旋转切割转子绕组导体，在绕组中便产生感应电势并有电流，其方向由右手定则确定。转子电流与旋转磁场相作用所产生的电磁作用力F，使转子向磁场方向转动（左手定则）。若旋转磁场反转，则转子随之反转。由于转子的速度n始终低于旋转磁场的转速n。（否则就没有相对切割），故称为异步电动机。由于转子电流由感应而生，故又称为感应电动机。2.4马达保护器原理2.4.1基本概念马达保护器：就是对电机进行全面的保护，在电机出现过流、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、及三相不平衡状态时予以保护措施，启动延时，数字电流表、电压表功能，能显A、B、C三相运行电流，实现多种参数设定功能，故障记忆报
19、警查询和动作值保持功能，来电自启动和自动复位功能。 2.4.2工作原理马达电机因电性原因出现过负荷、缺相、层间短路及线间短路、线圈的接地漏电、瞬间过电压的流入等造成损坏，或者是由于机械原因，如堵转、电机转动体遇到固体时，因轴承磨损或润滑油缺乏出现热传导现象，损坏电机。由于非正常运行或停止或损坏，会造成生产损失或停止时间内产生的人力损失无法与电机本身更换的费用相提并论，其损失巨大，那么我们就需要对电机进行有效的保护，以便保证生产的正常运行。对于因电性原因出现的故障，无论是过电流还是过电压，其主要是因为电流瞬间增大，超过了电机的负载电流值而造成损坏。马达保护器根据这一原理，通过监测电机的两相（三相
20、）线路的电流值变化，进行电机的保护，对于过电压、低电压，是通过检测电机相间的电压变化进行电机的保护。 2.4.3 保护功能1、过负载和过电流的保护 2、缺相保护 3、逆相保护 4、接地漏电保护 5、堵转保护 6、相不平衡保护 7、短路保护 8、过电压保护 9、低电压保护 10、过热保护 11、缺电流保护 对于新型号系列的马达保护器增加了马达过热保护和通讯功能，在控制室可以通过控制软件进行0254的节点上的马达保护器进行远程设置与监测控制。本次毕业设计强电回路中采用了3次马达保护分别用在两个主电机和电加热器，且弱电控制回路中也使用了马达保护开关。2.5 PLC的基本原理从结构上分，PLC分为固定
21、式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC的结构图如下图1-2所示：编程器接触器线圈按钮输出接口电路输入接口电路用户程序存储器系统程序存储器指示灯继电器触点电磁阀线圈行程开关CPU电源部件图1-2 PLC内部结构图2.5.1 周期扫描机制PLC可以看成是在系统软件支持下的一种扫描设备，其中央处理器与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信息的采集、控制量的输出等都是按固定的程序周而复始的循环扫描。从扫描过程中的一点开始，
22、顺序扫描后又回到该点的过程定义为一个扫描周期，一个周期所用的时间称为中央处理器CPU的扫描周期时间。在每个扫描周期内，中央处理器都要对所有的功能进行查询、判断和操作，当它接通电源后，在一个扫描周期内一般要完成六步工作：1、运行监视过程为保证控制系统的正常运行，PLC的CPU都设计了运行监视电路。如果CPU的扫描周期时间超过了设定时间，就发出故障报警信号，停止运行。2、与编程器交换信息过程在与编程器交换信息过程中，用户可以通过编程器修改内存程序、起动或停止CPU、读CPU的状态、强制输入输出、对开关量和模拟量进行读写。3、与数字处理器交换信息过程这种信息交换也是通过窗口方式进行，主要用于数字处理
23、器的数字文件或寄存器信息与CPU的内存信息或输入输出信息之间的交换。4、与通信处理器交换信息过程一般的PLC都设计有一个窗口，与专用的通信处理器进行信息交换，将要送出的数据送入通信处理器，并从通信处理器读取所需要的数据。当数据交换完成或窗口服务时间到，就结束窗口服务。5、用户程序执行过程用户程序是由应用程序设计人员根据实际工艺过程的需要而编制的，存放在内存中。CPU对用户程序的执行是严格按用户程序实际结构的逻辑关系从前向后逐步扫描处理的，并将处理结果装入输出映象区和相应内存中。在一个扫描周期中，CPU对整个用户程序只执行一遍，控制系统的全部控制功能都是在循环执行这一过程中实现的。6、输入输出接
24、口服务在一般情况下，PLC的用户程序使用的输入信号状态都不是直接从实际的输入模板读到的，运算结果也不直接送给输出模板。用户程序都是从输入映像区读取输入信号状态，经过运算，将处理结果装入输出映像区中。而输入输出映像区与输入输出模板之间的信息交换则是通过输入输出接口服务实现的，即在输入输出接口服务时一次性地将所有输入点的状态全部装入到输入映像区中，将所有的输出映像区中的内容全部输出到实际输出点中。2.5.2顺序功能图顺序功能图是描述控制系统的控制过程，功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。用顺序功能流程图来为顺序控制编写程序比直接用操作指令编写程序更简单，结构更清晰，可以省
25、去许多繁琐的逻辑判断和调用操作。顺序功能流程图的主要元素有3个：步、有向连接转换/转换条件、动作。步是顺序功能流程图中最基本的组成部分，它包括在某种顺序条件下为完成相应控制功能而设计的独立控制程序。起始和结束是两个特殊的步，它们标志着一个顺序控制过程的开始与结束，以及顺序控制过程自动循环的起始和终点。转换是某一步操作完成后起动下一步的条件。当条件满足时，上一步被封锁，下一步被激活，转向下一步执行新的控制程序，条件不满足则继续执行上一步的功能。转换关系表示了各种功能之间的连接顺序关系，包括选择路径和并行路径。选择路径之间的关系是逻辑“或“的关系，哪条路径的转换条件先得到满足，就选中哪条路径，程序
26、就按这条路径向下执行。并行路径之间的关系是逻辑“与”的关系，只要转换条件得到满足，其下面的所有路径都同时被执行。PLC对顺序功能流程图的扫描是从上至下、从左至右的，首先从起始步开始向下执行，遇到选择路径就转换条件去执行相应路径上的步；遇到并行路径就先执行最左边的路径，然后依次向右执行，知道完成全部并行路径再向下执行。当执行到结束步时，如果没有其他转向就返回执行起始步,依次循环直至结束步转换为真时顺序控制才结束。本次毕业设计过程就是使用顺序功能控制方法来控制顶弯拉伸机的执行过程，具体介绍将在软件设计那一章节描述。2.6电气安全和安全用电为了保证拉伸机的安全，根据有关规定，说明在选用安装和维护电气
27、设备时，突出考虑的共同性问题是：高度可靠性；防止引发火灾；避免人身触电伤害。拉伸机电气设备的工作环境要比一般设施条件要难度大，拉伸机存在着机械振动和冲击。 (1)适应振动和冲击的条件(2)适应环境温度条件(3)防护要求第三章 硬件设计3.1 系统硬件控制原理本设计采用西门子公司的S7-200（CUP226）型机。液压站由一台15KW和一台30KW的主电机、十二个电磁铁、六个压力继电器、两个油位继电器、一个温度继电器组成。系统输入由各泵控制按钮、各控制阀控制按钮和系统控制按钮等组成，此外，输入系统还有温度传感器、液位传感器和压力传感器，他们也被当作输入信号进入PLC控制系统并接受系统处理。当有信
28、息输入时，信息通过PLC控制系统的继电器控制各输出。比如说，当按下电机泵的启动按钮开始工作时，通过继电器控制启动装置，进而启动电动机，主电机泵开始工作；再比如说，当温度传感器把感受到的温度做出温度状态显示后，经过PLC的控制系统，将输出温度控制。温度高于65时，系统报警指示灯会变亮。以此类推，任何输入信号通过PLC控制系统都将做出相应的输出反映。系统设置了许多状态指示灯，也作为输出；同时，在设置系统的各个控制按钮时，设置了按钮指示灯，这样当按钮被按下时，指示灯将变亮，做出显示。这样，一旦系统出现故障，便很容易被检测出。系统总体框图如图3-1 所示。图3-1 系统总体框图3.2 主电机泵控制原理
29、本系统主回路的电源为三相交流电，来自车间。电源开关为带有热继电器的自动空气开关，热继电器起保护电源的作用。主电机为三相鼠笼式异步电动机，MA1的功率是15KW，MA2的功率是30W,主电机泵与电源总线间加有热继电器RF，用来保护主电机泵电路。电路图如图 3-2 所示：图3-2 控制主回路按下启动按钮SB12。中间继电器KA13得电使得YKM1得电闭合，并自保380V交流电被变为220V之后，通过23、24号线被输送到控制回路，控制系统被启动。SB13为系统总的停止按钮，被按下后，整个系统停止工作。YQF1是马达保护开关。当马达保护开关因各种不利条件（尤其是过载的情况下）而启动保护装置使得其动断
30、触头断开时，1号主电机启动/停止控制回路便自动断开，保护电路以免受到损害。2号主电机和加热器的控制原理与1号主电机的基本一样。3.3弱电控制回路3.3.1控制回路电源工作原理控制回路主要是为控制系统的核心部件PLC供电的线路，本系统的控制回路的电源为三相交流电380V，来自车间。电源开关为带有热继电器的自动空气开关YQF0(125A)，热继电器起保护电源的作用。380V的线路中还设有马达保护开关YQF4(1A)通过TR1的变压控制器将交流380V转变为交流220V，在220V的线路中也设置了马达保护开关YQF5(1A)。220V的交流电通过功率为100W的交直流变压器TR2将其转换为24V的直
31、流电压。24V电压将被用做继电器控制电路的控制电源和电磁阀的驱动电源。下图中的VD1-VD4为四个二极管组成的桥式整流电路，电路原路图和简化图如下图所示：U2正半周期时，D1,D4导通，D2和D3截止。U2负半周期时，D2和D3导通，D1和D4截止。整流输出电压为输入电压的0.9倍。滤波电路采用RC滤波及电容滤波电路，电容滤波电路的特点如下：（1） 输出电压平均值与RC的值有关。RC越大-电容放电慢-输出电压平均值越大（2） 流过二极管瞬时电流很大。RC越大-负载电流平均值越大。（3） 二极管承受的最高反向电压为输入电压的1.414倍。也可以采用多级滤波电路及RC-型滤波电路。控制回路电源图如
32、下3-3所示图3-3 控制回路电路图3.3.2 输入输出端口本系统采用西门子的S7-200型软件，共用了I/O口数是32/24，其中输入口扩展了2个单元（8口），输出口扩展了1个单元，现就几点详细说明一下。控制系统的电源接入24V直流电压，主要的输入主要是两台电机的手动控制按钮、电磁铁开关、压力继电器输入信号、各种保护信号，控制总停的按钮和几个指示灯开关。输入口情况如下图3-4：SB1-SB13是实现顶弯拉伸机手动控制的操作按钮，SA1是控制手动或自动的旋钮，SP1-SP6是控制系统用的压力继电器，主要是为系统的各个动作的切换提供信号，SL1-SL2是液压油液位继电器。 图3-4 基本输入口输
33、出口情况如下3-5：KA1-KA15是中间继电器，用来控制电磁阀的得电和失电，由于输出端的电流比输入端大，所以用到的公共端口也比较多。图3-5 基本输出口由于S7-200自身所拥有的I/O口不够，所以本次设计扩展了I/O口如下图所示。扩展输入口情况如下：扩展模块一中的SQ1-SQ3是接近开关，主要是负责左夹紧缸，右夹紧缸和顶升缸的快进和工进之间切换的依据。扩展模块二中的YQF1，FR，YQF3，SA1都是负责保护控制系统的继电器。扩展输出口情况如下：扩展模块一及前半部分的所有输出口都是关于系统过载，油位低等情况的指示灯显示，具体的工作原理将在下面介绍。扩展了I/O口如图 3-6 所示图3-6
34、扩展输入输出口3.3.3控制回路的指示控制电路为了保证系统的安全和对系统的控制，系统设置了关于缸体正常运行的指示灯，这对系统的手动操作提供了很好的条件，例如，左夹紧缸如果处于夹紧状态，则中间继电器KA3得电闭合后所对应的指示灯也会变亮，如果没亮说明左夹紧缸出问题了。同理其它缸原理同上,原理图如图3-7所示图3-7 控制回路指示灯原理图当1号主电机泵被启动时，线圈KA13得电闭合，1号电机指示灯变亮，当按动按钮时，指示灯变亮，如果不亮，则说明系统的相关部件出现了故障，需要检修。2号主电机和加热器运行的指示灯工作原理与1号主电机泵指示灯工作原理相似。当左缸运行时KA3得电闭合指示灯变亮，右缸和顶升
35、缸的指示灯与左缸的同理。除运行正常指示灯之外还有一部分报警指示灯及不正常运行的指示灯直接作为本控制系统PLC的输出端，主要是起到对系统的运行是否良好的指示作用如下图 3-8所示图3-8 报警指示灯油污阻塞输油管道会严重影响系统的工作效率，因此系统必须设有滤油阻塞指示灯，当管道被阻塞时阻塞信号使指示灯LD01变亮，这时就需要清理管道，以免故障发生。液压油低或过低时都会使系统发生故障，因此液位指示就非常重要了。如图所示，液压油低时，报警指示灯LD02变亮，提醒工作人员给系统加油。当油位过低时，报警指示灯LD03变亮，系统将停止工作。当温度达到65上限时，PLC控制系统输出端使得报警指示灯LD04变
36、亮,提示工作人员系统温度太高。其他的指示灯原理和以上所述相同。3.4 电器元件的选型(1) PLC的选型系统用到的可编程控制器有36个输入口，24个输出口。在PLC的选型上遵守这样一个经验公式所选I/0口一般是实际用的1.2-1.5倍，所以选择PLC的型号为：S7-200（CPU 226），额定电压为DC24V。该PLC有24个输入和16个输出而且可以扩展7个模块满足设计的要求。(2)主回路电气元件选型电线的选取：铜芯电线一般为每平方MM载流量46A间选取，线路长取小值，线路短取大值。断路器的选型可以根据经验公式：空气开关脱扣器的瞬时动作额定电流IZKIq，式中，K为安全系数，可取1.5 1.
37、7，Iq为电动机的启动电流。所以，对主回路起保护用的断路器YQF0,额定电流为=1.560+30+5=125A。熔断器的选型可以根据经验公式：熔体额定电流=（1.5 2.5）最大电动机额定电流+其他电动机额定电流。马达保护断路器：根据经验公式：额定电流= 2电动机额定功率。可求的YQF1-YQF6的值。(3)控制回路电气元件选型交流接触器的选型可以根据经验公式：触点的额定电流I=P/(KU)1000I主触头的额定电流（A） P被控制电动机的额定功率（kW） U被控制电动机的额定电压（V） K系数，取11.4。故YKM1的额定电流为39.4A，同理可算出YKM2与YKM3的额定电流值。直流电源选
38、型：控制回路的电气元件需要直流24V电源。如电磁阀，压力继电器，按钮等。电气柜的选型：以上的电气元件基本都需要放置在电气柜中。根据以上电气的数量和尺寸，选择电气柜的型号为：尺寸为540300630 （长宽高）。电气元件目录表如下表3-1所示：表3-1 电源回路电器目录表序号文字符号名称数量备注1YQF0空气开关1额定工作电流为25A2YQF1马达保护开关1额定工作电流30A3YQF2马达保护开关1额定工作电流60A4YQF3马达保护开关1额定工作电流5A5YQF4马达保护开关1额定工作电流1A6YQF5马达保护开关1额定工作电流1A7YQF6马达保护开关1额定工作电流4A8YKM1-YKM3交
39、流接触器3额定工作电流60A9M1电动机1额定功率为15KW10M2电动机1额定功率为30W11H1-H2电加热器2额定功率为2KW12TR1交流变压器1额定电流200VA13TR2交直流变压器1额定功率100W14VD1-VD4桥式整流器115C1电容（滤波）1电容值1000uF16C2电容1电容值0.33uF17CW7428三端稳压器118VD5二极管13.5实际硬件接线实际接线就是把液压站、控制台、阀台等用线连接起来，接线最重要一点就是把线号对好，而且在接完以后做细致的检查，如果出现问题，则要查明问题出现在哪一部件，应该怎么解决。一般情况下，因为PLC系统的零部件是买来的，不会出现太大的
40、问题，所以只是按钮的指示没安紧，或者哪根线掉了之类的小问题。整个系统是有一个强电控制柜、液压站及控制台组成。控制台可以控制强电控制柜和液压系统的一些动作，只有强电控制柜的强电总闸打开，整个系统才能正常工作。控制台面板上有强电控制柜中动作情况的状态显示，它们之间的控制输出是用1,2，3等，强电控制柜与液压站之间的电线连接如U22,V22,W22等如图3-5所显示的线连接的。值得注意的是控制回路中的线标号要连接一直，24v直流电源引出的线号8,9在后面的指示灯控制回路，电磁阀控制回路，输入口/输处口等回路中都用到了。需要指出的是接线时，一般要留出两根备用线图3-10 系统接线总图第四章 软件设计4
41、.1程序编制可编程序控制器的程序设计是硬件知识和软件知识的综合体现，它是驱动硬件系统动作的原动力，没有程序的支持，硬件系统就是一套没用的废铁。因此把程序编制得准确无误是非常重要的。4.1.1程序顺序功能图 图4-1 系统顺序功能图如上图4-1所示，本次控制系统软件设计采用顺序功能图来描述软件设计的总体方案，在编程时要注意，有的动作环节是相互独立的（夹紧缸和顶升缸），有的则是同步进行的，如左右夹紧缸的动作就是同步的（快进，夹紧，松开），所以在相互独立的动作环节中要有互锁环节。还要注意的是有关手动和自动的选择也是相互独立的，这里采用调用子程序来解决，这样可以省掉互锁环节。4.1.2梯形图编制梯形图
42、设计将在3号图纸中详细绘出。现就编制过程中几点心得叙述一下。 本次设计梯形图是采用子程序调用方式设计的，包括两个子程序：手动和自动。所有系统的指示或报警信号都在主程序里，用到了2个定时指令定时2S。主程序梯形图如图4-2所示：图4-2 主程序梯形图下面介绍一下主程序：打开空气开关YQF0，主回路通电，按下按钮I2.6，中间继电器KA13得电使一号泵接通并保持，按下按钮I2.7后中间继电器KA13失电使得一号泵断开，I3.2是急停按钮，2号泵同理。下面的程序是选择自动或手动子程序，旋钮打到I1.0执行手动子程序，I1.1执行自动子程序。下面的程序都是关于系统的状态显示和异常报警包括泵过载，油温太
43、高，液压油位低等。手动操作是按钮控制来完成顶弯拉伸控制系统的夹紧，顶升和回退动作以及快进和快退等动作。手动子程序的程序的原理如图4-3所示：图4-3 手动子程序手动子程序4-3续图续图4-3 手动子程序当旋钮处于I1.0时，系统自动从主程序自动调用手动子程序，按下左夹紧缸夹紧按钮I1.5或右加紧缸按钮后电磁阀YV1，YV2，YV3和YV5得电，左右夹紧缸快进直到夹紧缸碰到行程开关I3.3和I3.4，电磁阀YV1失电，左右夹紧缸开始慢速夹紧工件后一直保持且左右夹紧缸处的压力继电器I0.0和I0.1向控制系统发信号（左右缸已经夹紧工件）此时按下顶升按钮I2.1后顶升动作才有效，YV1，YV7和YV
44、9得电顶升缸和随动缸开始快进直到顶升接近开关I3.5得电后电磁阀YV1失电后开始慢速顶升到位后，顶升缸压压力继电器I0.2和随动缸压力继电器I0.3得电。按下充压按钮I2.5，系统开始充压直到充压达到一定的压力后压力继电器I0.4得电后系统开始保压。保压一定时间后按下动作返回按钮I1.4，系统开始动作返回。顶升缸和顶升随动缸开始快速回退（YV1，YV8和YV10得电）完成后系统利用定时器T1来完成定时2S后分别按下左右夹紧缸回退按钮，夹紧缸开始回退。下面以手动子程序为例说明一下梯形图中左右缸和顶升缸，充压动作的的互锁关系如图4-4 所示。I1.5或I1.7得电后，Q11.2(充压动作)Q11.3(点动顶升)在失电的情况下是闭合的，左右夹紧缸开始夹紧拉伸件，在此时如果不小心按下了顶升动作和充压动作的按钮后Q11.2或Q11.3会得电而断开，这样左右缸就不可能动作了。同理，如果没有按下左右缸夹紧动作按钮，则直接按下
