基于PLC的四级皮带运输机控制系统的设计与实现

基于PLC的滚珠丝杆运动控制系统

尚磊 张可菊* 沈阳工学院信息与控制学院摘要：随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高。数控系统本身将普遍实现自动编程PLC (可编程控制器) 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。关键词：可编程控制器 数控系统 数字运算1 引言滚珠丝杆是将角位移转化为线位移，或将线位移转化为角位移的理想产品，可以使传动和定位在同一零件上得到实现。另外，滚珠丝杠不但能作定位，传动零件，还可以起到定位的作用。由于使用滚珠作为其传递运动的媒介，使得滑动运动变为滚动运动，从而大大减少了摩擦作用，提高了传动的效率。滚珠丝杠有效率高、精度高、微给进、使用寿命长等特点，因此，它成为了工具机械和精密机械上最常使用的传动元件。2 系统工作原理运动控制通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动。一般表现为直接对电动机的控制，使其完成位置、速度及加速度等实时控制过程，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。运动控制系统是以机械运动的驱动设备——电动机作为控制对象，以控制器为核心，以电力电子、功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电气传动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，对被控机械实现精确的位置、速度、加速度、转矩或力控制，以及这些被控量的综合控制。基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统是由三相电源、变压器、接触器等电子设备和上位计算机、PMAC2运动控制卡型控制器、驱动器、电机、滚珠丝杆、编码器、接近开关以及光栅尺等机械器件组成的。三相电源380V经过变压器变压分别给电动机、驱动器和控制电路供电，接近开关对工作台的行程位置进行限位控制；上位计算机进行系统管理、任务协调和人机交互，运动控制器的主要任务是根据作业的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑／数算，将分析、计算所得出的运动命令以数字脉冲信号或模拟量的形式送到驱动器中，为电机驱动装置提供正确的控制信号。驱动器进行功率变换，并驱动电动机按照控制指令转动，并且带动滚珠丝杆以一定的精确度运动；编码器和光栅尺主要对滚珠丝杆的速度、位置信息进行反馈，让控制器或者驱动器对反馈的信息进行比较并发出纠正命令，保证滚珠丝杆的精确度，进而保证工件的精确度。基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统是全闭环控制系统，采用编码器对滚珠丝杆的运行速度进行反馈，从而驱动器可以随时更正命令参数使运动达到指定的精度；采用光栅尺等检测元件直接对滚珠丝杆进行位置检测，从而可以消除从电动机到被控单元之间整个机械传动链中的传动误差得带很高的静态定位精度。但其缺点是稳定性不高，系统设计和调整也相当复杂。3 系统电气图电气控制系统为整个控制系统提供电源，并对电源进行合理分配，以保证控制系统安全可靠地工作，同时它也是控制系统的执行部分。机床电气控制部分主要实现系统总电源控制、急停、系统冷却控制、系统润滑控制、变压控制、电主轴变频器开关控制、伺服电动机上点控制、系统冷却风扇控制、状态显示灯控制、控制方式选择等功能。主要采用按钮开关、断路器（或空气开关）、电磁继电器、接触器等机床电气元件实现各种控制功能。电气控制部分为系统的各部分提供不同的电源，包括24V直流稳压电源用于PLC部分、三相交流220V电压用于伺服系统、三相交流380V用于电主轴变频器和冷却润滑系统等。系统电气图如下图所示。 QF10为控制电路提供短路和过电流保护。开机时按下开机按钮SB2，接触器KM1线圈通电，主触点闭合，主电路电源接通。当开机按钮弹起时接触器KM1线圈由自身的辅助触点保持电路的接通，系统交由软件控制。关机时按下关机按钮SB1，主电路断电。软件控制系统启动时，将中间断电器KA11线圈使能，其常开触点闭合，使关机按钮失效，防止由于误操作关机按钮造成系统突然断电故障。当控制系统可以接受关机操作时，软件控制系统使中间断电器KA11线圈禁能，其常开触点断开；使关机按钮有效。当系统发成异常时，可按下急停按钮使主电路断电。在主控制电路中串联了两个急停按钮SE1和SE2，将它们分别装在电控制柜操作面板上和机床上，以方便操作。现代数控机床中，滚珠丝杆起了及其重要的作用。它作为数控机床运动系统中的传动，定位部件，其精度的高低往往直接决定着数控机床的加工精度。由于制造工艺和制造手段的，滚珠丝杠制造精度的提高已经变得十分困难，所以，高精度的滚珠丝杠检测手段就成为了补偿数控机床加工误差，提高机床加工精度的重要方式。另外，出于满足滚珠丝杠制造商对其出厂产品检验的需要，设计一种高性能的丝杆检验设备也是十分必要的。参考文献[1]张凤珊，电气控制及可编程序控制器[M]北京： 中国轻工业出版社，2003.作者简介尚磊，1997年出生，男，沈阳工学院，学生。张可菊（通讯作者），1978年5月出生，女，汉族，辽宁人，沈阳工学院，副教授。基于PLC的四级皮带运输机控制系统的设计与实现

辛鹏举 魏颖 沈阳工学院信息与控制学院摘要：本文选择欧姆龙系列PLC，欧姆龙CP1H PLC系列CPU模块的CUP224有14输入，10输出，并且符合使用要求还有剩余，确保不会影响控制程序设计，实现四级皮带运输机控制系统的正常运作。关键词：CP1H PLC系列 软件CX-Programmer 控制系统1硬件方案设计

设计的硬件整体思路就是通过运输机控制系统的I/0总点数，根据系统设计所需点数，再按照实际所需点数留出备用点数。其次，要求PLC应该具有连接其他PLC、上位计算机及CRT等的接口。最后，在相同功能和相同I/O点数的情况下，选择了高性价比的CP1H PLC系列CPU224作为本设计的CPU模块。本次设计中传输机有四级皮带传输，因此需要四个电机来拖动，同时需要短路、过载等保护，来满足传输机在不同情况下正常运行的要求。四级皮带运输机方案原理图如图1.1所示。 图1.1 PLC的四级皮带运输机控制系统原理图

2软件系统方案

数码世界 P.260

装备技术

2.1 PLC的四级皮带运输机控制系统原理图四级皮带运输机分为四个部分，需要运用四个电机共同完成工作；一部分为传送装置，当启动装置时驱动电机工作带动传送带传送物品时，传感器逐一检测检测到物品到达光电开关位置时传送带停止，当定时器到达时间时，电动机恢复运行传动装置自动启动。当到达下一级传送带光电开关位置时传感器再次发出信号，使传送带停止传动，定时器再次定时，时间结束传送带再次传动，当物品被传送到达计数传感器位置时，计数器进行计数，当要停止机器运行时，按下停止按钮设备停止，工作结束]。PLC的四级皮带运输机控制系统原理图如图2.1所示。 其具体工作的流程图见图2.2。 图2.1 PLC的四级皮带运输机控制系统原理图

图2.2 PLC的四级皮带控制系统流程图3结束语

本文主要阐述PLC在生产线传送带控制系统的程序设计，详细介绍了系统硬件设计以及系统的软件设计方案，通过实验完成了系统的功能实现。参考文献[1]卫若亮．带式输送机拉紧控制系统的研究[D]．西安：西安科技大学．2014．[2]刘晓松．闭式循环柴油机控制与实验研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工程学．2011．[3]郁汉琪．电气控制与可编程序控制器应用技术[M]．南京：东南大学出版社，2003：67-69．作者简介辛鹏举（1995.08），男，河南省漯河市，本科，研究方向：电气工程及其自动化。通讯作者魏颖（1979.9），女，辽宁沈阳人，硕士，讲师，研究方向：电力系统、电气控制。2.2 PLC的四级皮带运输机控制系统I/O地址分配CP1H PLC它适用于一系列机械设备的制造或用作的解决方案，微型自动化系统的组成部分。CP1H PLC系列在集散自动化系统中充分发挥其强大的功能，适用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。CP1H PLC系列的强大功能使其无论在运行中，或项链成网络皆能实现复杂的控制功能。因此，CP1H PLC系列具有极高的性价比。本次设计四级皮带运输机控制系统I/O地址分配表见表2.1。 表2.1 四级皮带运输机控制系统I/O地址分配表

220/60kV降压变电站电气设计

王泽源 郭锐 沈阳工学院信息与控制学院摘要：随着电力工业的持续稳定发展，实现供电安全可靠，同时考虑经济性、技术性的要求，220/60kV降压变电站的建设尤为重要。本文研究变电站所需主变压器的型号、容量和台数；电气主接线的基本形式和选择。关键词：降压变电站 变压器 电气接线 电气设备前言：电力技术已成为世界能源领域的主流技术，电力技术的进步，使供电的能力、质量和可靠性都得到了大大的提高，扩大了电力覆盖范围，因此，变电站的设计也变得尤其重要。变电站的设计是整个工程最基础的环节，完成设计工作，是工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性的重要保证。1主变压器容量选择的有关规定及原则主变压器台数的确定：保证供电的可靠性，变电站一般应装设两台主变压器。变压器形式的选择：一般采用有载调压变压器，对于新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应选用无载调压变压器。根据本变电站实际情况电压等级220/60KV，故选择采用三相双绕组变压器。主变压器容量的确定：主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内应保证用户的一级和二级负荷。即满足SN≥0.7PZMAX(PZMAX为综合最大负荷)。变压器的冷却方式：自然风冷，强迫油循环风冷，强迫油循环水冷，强迫导向油循环冷却。1.1主变压器的选择： 变电站装有两台主变压器，若其中一台因事故停运后，其余主变压器应保证该所全部负荷的70%， SB=0.7Smax=0.7×87536.84KVA。根据以上计算结果，可选择两台型号为SFPZ4-63000/220的有载调压变压器，其参数如表1.1所示。 表1.1 所选SFPZ4—63000/220变压器的主要参数型 号容量（kVA）额定电压（kV）联结组标号损耗(kW)空载电流阻抗电压冷却方式

SFPZ4-63000/22063000高压220±8×1.25%低压66Yn，d11空载P0=87负载Pk=2900.91%14

强迫油循环风冷

2主接线的设计原则及基本要求主接线的设计原则：考虑有无备用容量及备用容量的大小对主接线；考虑出线回数和负荷的重要性分布对主接线的影响；对于一级负荷必须布两个的电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；考虑主变压器台数对主接线的影响；考虑变电站的规模与发展前景。由于线路中有损耗，所以负荷提高5%。 2.1电气主接线的选择本变电站电压等级为220kV/60kV，220kV侧进线为2回；60kV侧出线为14回。Digital Space P.261