自动插管机控制系统设计_带图纸
自动插管机控制系统设计[20191210110504]
摘要
彩色笔是一种需求量很大的文具用品，在彩色笔生产过程中，为了高效完成加工制造过程，需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上，以便批量加注彩色料到笔筒中。本课题设计的自动插管机，就是用来完成该任务的自动化专用设备。这项目需要绘出电气控制系统原理图，电气接线图等，完成电子元器件选型，列出电子元器件清单，进行PLC程序设计和触摸屏的制作，最后完成毕业设计论文。采用触摸屏完成控制参数的设定和交互功能。高效完成加工制造过程。该自动插管机的控制，需要完成的动作有：（1）抖笔筒（2）控制气缸推笔筒（一般有12排）到托盘上（3）步进电机控制托盘上升（24mm）（4）再次推笔筒到托盘。（5）重复动作，一直到完成12排供144支笔筒插入到托盘上。（6）人工取走托盘，再次放入托盘后，开始下一个循环
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:可编程控制控制系统彩笔组态Designofcontrolsystemofautomaticallyinsertingmachineforpen
目 录
1 引言 1
1.1 插管机的应用与发展 1
1.2 研究自动化插管机的目的和意义 2
2 控制系统的设计要求及设计方案 4
2.1 控制方案的对比选择 4
2.1.1 PLC与继电器控制系统的比较 4
2.1.2 PLC与继电器控制的优缺点 4
2.2 控制系统的设计方案 5
2.2.1 控制系统方案的确定 5
2.2.2 控制系统设计方案示意图 5
2.3 控制系统设计 5
2.3.1 控制系统设计对象与要求 5
2.3.2 PLC原理图 7
2.3.3 端口及软元件说明 8
2.3.4 电气元件说明 10
2.3.5 PLC气动原理图 11
2.3.6 电气元件的布置图 12
3 控制系统的选型分析 14
3.1 PLC控制系统设计的基本原则 14
3.2 PLC的选型 15
3.2.1 PLC的控制功能概述 15
3.2.2 PLC输出类型选择 15
3.3 气缸的选用 19
3.3.1 主气缸的选用 19
3.3.2 插笔盘升降气缸的选用 21
3.3.3 抖笔气缸的选用 22
3.4 HG系列线性滑轨的选择 22
3.4.1 HG系列线性滑轨说明 22
3.4.2 HG系列线性滑轨特点 22
3.4.3 HG系列滑轨的分类说明 23
3.5 滚珠丝杠的选用 24
3.5.1 滚珠丝杠的说明 24
3.5.2 滚珠丝杠与滑动丝杠对比特点： 24
3.6 步进电机及驱动器 25
3.6.1 步进电机 25
3.6.2 确定电动机的型号 25
3.6.3 步进电机驱动器的选择 28
3.7 传感器的选用 29
3.7.1 磁性传感器的选用 29
3.7.2 机械式传感器的选用 30
4 控制系统的程序设计 32
4.1 控制系统PLC程序软件介绍 32
4.2 PLC程序的编写 32
4.2.1 控制系统PLC程序的流程图 33
4.3 主要动作PLC程序说明 34
4.3.1 手动上升S110 34
4.3.2 手动下降S120 36
4.3.3 自动上升S130 37
4.4 程序调试过程 38
4.4.1 急停程序添加 38
4.4.2 手动抖笔 39
4.4.3 WDT功能 39
5 三维实体造型 41
5.1 软件简介 41
5.2 系统三维造型 42
6 触摸屏编程 44
6.1 软件简介 44
6.2 触摸屏选型 44
6.3 Touchwin具体应用介绍 44
6.4 触摸屏问题与说明 48
6.5 触摸屏操作说明 50
小结 53
参考文献 54
致谢 55
附录 56
附录一 程序梯形图 56
附录二 触摸屏界面 67
1 引言
1.1 插管机的应用与发展
彩色笔是一种需求量很大的文具用品，在彩色笔生产过程中，为了高效完成加工制造过程，需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上，以便批量加注彩色料到笔筒中。本课题设计的自动插管机，就是用来完成该任务的自动化专用设备。在中国，已经形成了基础设施基本完善的插管机行业，整体的社会环境也较为良好，市场的潜力巨大，已建立健全相关的体系，插管机行业发展一直受到国家的重点关注，中国还陆陆续续发布了一些利好的法律政策，大大促进了我国插管机行业的发展。
参考中国插管机行业市场综合报告，想要在插管机行业中立足，并想要有机会独占鳌头必须具备以下几点：
（1）行业地位是独占鳌头的关键，品牌效应不可忽视
（2）科学技术实力要突出，要求争取引领行业发展
我国的插管机公司很多是有这多年行业发展经验的老企业，科学技术的发展加之自身实力的明显提升，有些公司已经颇具规模，做的有声有色，其中，有的公司可以与一些国际大公司相抗衡，跻身世界领先行业之列，当然这样一来，企业和公司的理念被大家所熟知，形象被大家接受，还有一点更主要的是现在的一些中国新兴企业知道超前意识的重要性，把这个意识作为公司的创新源泉。另外，行业的先进科技的累积也是重中之重，就比如步进电机、传感器、原材料和材料这一系列产品都为新型的产品和技术提供强有力的支持
（3）销售网络是法宝，产品质量是关键
我国插管机公司的产品要有质的改变，不能总是单一的拷贝，没有科学技术的创新，这样迟早会被淘汰。要做足市场的调查，生产出来的产品还是销量飘红的可能。当然，不同层次的产品共同拥有且永远不变的只有一项，这就是产品的质量，公司要指定符合法律条例甚至远高于法律要求的相关检测，从而来保证售给消费者的产品的质量。
（4）提前先做足市场调查，做好灵活改变策略的准备
我国插管机行业的公司必须深入市场，做足市场的调查和研究，并以次为基础致力于打造完善的市场信息互享的网络平台，就好比如今的电商网购，可以让消费者及潜在客户在家里就可以了解公司及产品的情况，与此同时加强平台的自我建设，吸取其他平台的经验，更可以收集广大消费者的建议和意见来加以改进，毕竟产品的生产是为了满足他们的需求。如此一来，既给公司的发展方向指出明路，也能更好的与消费者沟通交流，最终实现双赢。
（5）完善的销售服务模式
第一 客户是公司能够得以生存的必须且唯一出路，公司一定要把客户的要求放在第一位。
第二 灵活的公司政策，更好的把握市场动态以提高利润，更好的经营公司。
第三 网络平台的打造是我国插管机行业公司的新时期新目标。
（6）拥有极高的用户忠诚度
（7）拥有强大的研发团队
（8）拥有良好的供销管理机制
1.2 研究自动化插管机的目的和意义
课题要求使用可编程控制器（简称PLC）来完成一系列自动化过程并采用采用触摸屏来控制参数的设定以及人机交互功能，从而大大提高了效率来完成加工制造过程。
彩色笔是一种需求量很大的文具用品，在彩色笔生产过程中，为了高效完成加工制造过程，需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上，以便批量加注彩色料到笔筒中。本课题设计的自动插管机，就是用来完成该任务的自动化专用设备。要完成整个自动插管机控制系统设计，主要内容包括：
（1）本课题国内外的现状的分析；
（2）本课题需求分析，和方案论证；
（3）自动插管机控制系统设计。绘出主电路即电气原理图，程序流程图，电子器件布置图等。
（4）电子元器件的选型，列出电子元器件清单
（5）进行程序设计和利用软件来完成触摸屏的制作；
（6）最后完成毕业设计论文的撰写。
本课题要求完成自动化插管机系统控制设计。此系统将主要用到可编程控制器、工控组态软件、传感器等多种技术。整个制作过程，不仅可以更加深入的了解，把理论知识融入实践中，在大学学习的机电一体化专业学习中比如电气与应用控制、气动传动、电机驱动、传感器与检测技术、组态等多种知识，更能考验动手能力，以实际项目来打开探索世界之门。
2 控制系统的设计要求及设计方案
2.1 控制方案的对比选择
在本次设计中，需要控制的对象主要有步进电机和气缸，步进电机负责插笔盘的上下升降运动，而气缸负责轴向以及抖笔的运动，以下两种方案的对比。
2.1.1 PLC与继电器控制系统的比较
表2.1 两种控制系统概述
PLC控制继电器控制
控制方式由于采用存储逻辑，和继电器对应的软接线，即通过改变程序实现控制逻辑的改变通过既定的硬件接线，由触点的串联或并联加上延时来完成既定的逻辑控制
速度控制由程序驱动，控制半导体电路实现触点的机械动作实现
延时控制半导体集成定时器，且脉冲由晶体振荡器发出由时间继电器滞后动作实现
2.1.2 PLC与继电器控制的优缺点
表2.2 PLC与继电器控制的优缺点
PLC控制 继电器控制
优点 1. 在控制方式上采用由程序来改变控制逻辑的方式 2. 控制速度快，微秒级，而且同步准确，没有抖动现象 3. 故障率低，减少维修工作量 4. 功能强大，能实现非常复杂的控制功能 5. 可靠性高，抗干扰能力强 1. 单个成本低，简单的项目比较合算 2. 尺寸相对较小，减少控制柜体积
缺点 1. PLC成本相对较高，对于简单的项目，有点功能过剩 2. 要学会PLC编程语言，对控制有一定要求 3. 更多的控制要求用户会相应的软件如触摸屏等 1. 在控制方式上只能实现设置好的逻辑控制 2. 控制速度相对慢。毫秒级且伴有抖动现象 3. 故障率相对高，由于设计复杂，维修工作量大 4. 可靠性低，受环境影响较大
2.2 控制系统的设计方案
2.2.1 控制系统方案的确定
综合上述表格，本次的设计要求控制方式较为灵活，可以根据不同的要求而改变控制逻辑，本次设计在响应时间和速度上还要求反应快，速度相对迅速，因为要投入大量的生产当中，运行时间较长所以要求控制系统要稳定，故障率相对低且要考虑维修费用和难度都要低，最后本次的自动插管机运行的作用复杂且要配合触摸屏的设计，综合考虑后决定用PLC系统控制
2.2.2 控制系统设计方案示意图
使用可编程控制器PLC软件进行编程实现自动插管机的功能，利用笔记本上软件和实验室PC已安装PLC软件和无锡信捷官网下载的组态软件来进行控制。
图2.1 控制方案示意图
2.3 控制系统设计
2.3.1 控制系统设计对象与要求
彩色笔是一种需求量很大的文具用品，在彩色笔生产过程中，为了高效完成加工制造过程，需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上，以便批量加注彩色料到笔筒中。本课题设计的自动插管机，就是用来完成该任务的自动化专用设备。
本次设计的控制对象：
1.步进电机（86BYG450A）：由相应的步进电机驱动器（DP-508）来驱动，并有PLC程序进行控制，由步进电机实现的动作是插笔盘的上升和下降，这样就实现了12排的插笔。
图2.2 步进电机与笔盘
2.气缸：主气缸即负责主气缸通过磁性传感器（CS1F-SC80H）感应来发出信号，然后电磁阀4V230-08控制换向来实现送笔和退笔。
图2.3 主气缸
3.还有分别是抖笔气缸SDA 100x30-s和辅助气缸SDA 40x20-s，抖笔气缸负责抖动放入的笔，防止有卡笔等现象。
自动插管机的整个运行过程包括以下几个步骤：
第一步骤 初始等待状态S0；
第二步骤 按下启动X0并进入自动或手动模式(由X10来控制)；
第三步骤 1.选择自动模式（当选择手动模式时单独控制）
2.进入自动抖笔状态S10；
摘要
彩色笔是一种需求量很大的文具用品，在彩色笔生产过程中，为了高效完成加工制造过程，需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上，以便批量加注彩色料到笔筒中。本课题设计的自动插管机，就是用来完成该任务的自动化专用设备。这项目需要绘出电气控制系统原理图，电气接线图等，完成电子元器件选型，列出电子元器件清单，进行PLC程序设计和触摸屏的制作，最后完成毕业设计论文。采用触摸屏完成控制参数的设定和交互功能。高效完成加工制造过程。该自动插管机的控制，需要完成的动作有：（1）抖笔筒（2）控制气缸推笔筒（一般有12排）到托盘上（3）步进电机控制托盘上升（24mm）（4）再次推笔筒到托盘。（5）重复动作，一直到完成12排供144支笔筒插入到托盘上。（6）人工取走托盘，再次放入托盘后，开始下一个循环
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:可编程控制控制系统彩笔组态Designofcontrolsystemofautomaticallyinsertingmachineforpen
目 录
1 引言 1
1.1 插管机的应用与发展 1
1.2 研究自动化插管机的目的和意义 2
2 控制系统的设计要求及设计方案 4
2.1 控制方案的对比选择 4
2.1.1 PLC与继电器控制系统的比较 4
2.1.2 PLC与继电器控制的优缺点 4
2.2 控制系统的设计方案 5
2.2.1 控制系统方案的确定 5
2.2.2 控制系统设计方案示意图 5
2.3 控制系统设计 5
2.3.1 控制系统设计对象与要求 5
2.3.2 PLC原理图 7
2.3.3 端口及软元件说明 8
2.3.4 电气元件说明 10
2.3.5 PLC气动原理图 11
2.3.6 电气元件的布置图 12
3 控制系统的选型分析 14
3.1 PLC控制系统设计的基本原则 14
3.2 PLC的选型 15
3.2.1 PLC的控制功能概述 15
3.2.2 PLC输出类型选择 15
3.3 气缸的选用 19
3.3.1 主气缸的选用 19
3.3.2 插笔盘升降气缸的选用 21
3.3.3 抖笔气缸的选用 22
3.4 HG系列线性滑轨的选择 22
3.4.1 HG系列线性滑轨说明 22
3.4.2 HG系列线性滑轨特点 22
3.4.3 HG系列滑轨的分类说明 23
3.5 滚珠丝杠的选用 24
3.5.1 滚珠丝杠的说明 24
3.5.2 滚珠丝杠与滑动丝杠对比特点： 24
3.6 步进电机及驱动器 25
3.6.1 步进电机 25
3.6.2 确定电动机的型号 25
3.6.3 步进电机驱动器的选择 28
3.7 传感器的选用 29
3.7.1 磁性传感器的选用 29
3.7.2 机械式传感器的选用 30
4 控制系统的程序设计 32
4.1 控制系统PLC程序软件介绍 32
4.2 PLC程序的编写 32
4.2.1 控制系统PLC程序的流程图 33
4.3 主要动作PLC程序说明 34
4.3.1 手动上升S110 34
4.3.2 手动下降S120 36
4.3.3 自动上升S130 37
4.4 程序调试过程 38
4.4.1 急停程序添加 38
4.4.2 手动抖笔 39
4.4.3 WDT功能 39
5 三维实体造型 41
5.1 软件简介 41
5.2 系统三维造型 42
6 触摸屏编程 44
6.1 软件简介 44
6.2 触摸屏选型 44
6.3 Touchwin具体应用介绍 44
6.4 触摸屏问题与说明 48
6.5 触摸屏操作说明 50
小结 53
参考文献 54
致谢 55
附录 56
附录一 程序梯形图 56
附录二 触摸屏界面 67
1 引言
1.1 插管机的应用与发展
彩色笔是一种需求量很大的文具用品，在彩色笔生产过程中，为了高效完成加工制造过程，需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上，以便批量加注彩色料到笔筒中。本课题设计的自动插管机，就是用来完成该任务的自动化专用设备。在中国，已经形成了基础设施基本完善的插管机行业，整体的社会环境也较为良好，市场的潜力巨大，已建立健全相关的体系，插管机行业发展一直受到国家的重点关注，中国还陆陆续续发布了一些利好的法律政策，大大促进了我国插管机行业的发展。
参考中国插管机行业市场综合报告，想要在插管机行业中立足，并想要有机会独占鳌头必须具备以下几点：
（1）行业地位是独占鳌头的关键，品牌效应不可忽视
（2）科学技术实力要突出，要求争取引领行业发展
我国的插管机公司很多是有这多年行业发展经验的老企业，科学技术的发展加之自身实力的明显提升，有些公司已经颇具规模，做的有声有色，其中，有的公司可以与一些国际大公司相抗衡，跻身世界领先行业之列，当然这样一来，企业和公司的理念被大家所熟知，形象被大家接受，还有一点更主要的是现在的一些中国新兴企业知道超前意识的重要性，把这个意识作为公司的创新源泉。另外，行业的先进科技的累积也是重中之重，就比如步进电机、传感器、原材料和材料这一系列产品都为新型的产品和技术提供强有力的支持
（3）销售网络是法宝，产品质量是关键
我国插管机公司的产品要有质的改变，不能总是单一的拷贝，没有科学技术的创新，这样迟早会被淘汰。要做足市场的调查，生产出来的产品还是销量飘红的可能。当然，不同层次的产品共同拥有且永远不变的只有一项，这就是产品的质量，公司要指定符合法律条例甚至远高于法律要求的相关检测，从而来保证售给消费者的产品的质量。
（4）提前先做足市场调查，做好灵活改变策略的准备
我国插管机行业的公司必须深入市场，做足市场的调查和研究，并以次为基础致力于打造完善的市场信息互享的网络平台，就好比如今的电商网购，可以让消费者及潜在客户在家里就可以了解公司及产品的情况，与此同时加强平台的自我建设，吸取其他平台的经验，更可以收集广大消费者的建议和意见来加以改进，毕竟产品的生产是为了满足他们的需求。如此一来，既给公司的发展方向指出明路，也能更好的与消费者沟通交流，最终实现双赢。
（5）完善的销售服务模式
第一 客户是公司能够得以生存的必须且唯一出路，公司一定要把客户的要求放在第一位。
第二 灵活的公司政策，更好的把握市场动态以提高利润，更好的经营公司。
第三 网络平台的打造是我国插管机行业公司的新时期新目标。
（6）拥有极高的用户忠诚度
（7）拥有强大的研发团队
（8）拥有良好的供销管理机制
1.2 研究自动化插管机的目的和意义
课题要求使用可编程控制器（简称PLC）来完成一系列自动化过程并采用采用触摸屏来控制参数的设定以及人机交互功能，从而大大提高了效率来完成加工制造过程。
彩色笔是一种需求量很大的文具用品，在彩色笔生产过程中，为了高效完成加工制造过程，需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上，以便批量加注彩色料到笔筒中。本课题设计的自动插管机，就是用来完成该任务的自动化专用设备。要完成整个自动插管机控制系统设计，主要内容包括：
（1）本课题国内外的现状的分析；
（2）本课题需求分析，和方案论证；
（3）自动插管机控制系统设计。绘出主电路即电气原理图，程序流程图，电子器件布置图等。
（4）电子元器件的选型，列出电子元器件清单
（5）进行程序设计和利用软件来完成触摸屏的制作；
（6）最后完成毕业设计论文的撰写。
本课题要求完成自动化插管机系统控制设计。此系统将主要用到可编程控制器、工控组态软件、传感器等多种技术。整个制作过程，不仅可以更加深入的了解，把理论知识融入实践中，在大学学习的机电一体化专业学习中比如电气与应用控制、气动传动、电机驱动、传感器与检测技术、组态等多种知识，更能考验动手能力，以实际项目来打开探索世界之门。
2 控制系统的设计要求及设计方案
2.1 控制方案的对比选择
在本次设计中，需要控制的对象主要有步进电机和气缸，步进电机负责插笔盘的上下升降运动，而气缸负责轴向以及抖笔的运动，以下两种方案的对比。
2.1.1 PLC与继电器控制系统的比较
表2.1 两种控制系统概述
PLC控制继电器控制
控制方式由于采用存储逻辑，和继电器对应的软接线，即通过改变程序实现控制逻辑的改变通过既定的硬件接线，由触点的串联或并联加上延时来完成既定的逻辑控制
速度控制由程序驱动，控制半导体电路实现触点的机械动作实现
延时控制半导体集成定时器，且脉冲由晶体振荡器发出由时间继电器滞后动作实现
2.1.2 PLC与继电器控制的优缺点
表2.2 PLC与继电器控制的优缺点
PLC控制 继电器控制
优点 1. 在控制方式上采用由程序来改变控制逻辑的方式 2. 控制速度快，微秒级，而且同步准确，没有抖动现象 3. 故障率低，减少维修工作量 4. 功能强大，能实现非常复杂的控制功能 5. 可靠性高，抗干扰能力强 1. 单个成本低，简单的项目比较合算 2. 尺寸相对较小，减少控制柜体积
缺点 1. PLC成本相对较高，对于简单的项目，有点功能过剩 2. 要学会PLC编程语言，对控制有一定要求 3. 更多的控制要求用户会相应的软件如触摸屏等 1. 在控制方式上只能实现设置好的逻辑控制 2. 控制速度相对慢。毫秒级且伴有抖动现象 3. 故障率相对高，由于设计复杂，维修工作量大 4. 可靠性低，受环境影响较大
2.2 控制系统的设计方案
2.2.1 控制系统方案的确定
综合上述表格，本次的设计要求控制方式较为灵活，可以根据不同的要求而改变控制逻辑，本次设计在响应时间和速度上还要求反应快，速度相对迅速，因为要投入大量的生产当中，运行时间较长所以要求控制系统要稳定，故障率相对低且要考虑维修费用和难度都要低，最后本次的自动插管机运行的作用复杂且要配合触摸屏的设计，综合考虑后决定用PLC系统控制
2.2.2 控制系统设计方案示意图
使用可编程控制器PLC软件进行编程实现自动插管机的功能，利用笔记本上软件和实验室PC已安装PLC软件和无锡信捷官网下载的组态软件来进行控制。
图2.1 控制方案示意图
2.3 控制系统设计
2.3.1 控制系统设计对象与要求
彩色笔是一种需求量很大的文具用品，在彩色笔生产过程中，为了高效完成加工制造过程，需要将空心塑料笔筒插入一块带有凸起固定端的塑料托盘上，以便批量加注彩色料到笔筒中。本课题设计的自动插管机，就是用来完成该任务的自动化专用设备。
本次设计的控制对象：
1.步进电机（86BYG450A）：由相应的步进电机驱动器（DP-508）来驱动，并有PLC程序进行控制，由步进电机实现的动作是插笔盘的上升和下降，这样就实现了12排的插笔。
图2.2 步进电机与笔盘
2.气缸：主气缸即负责主气缸通过磁性传感器（CS1F-SC80H）感应来发出信号，然后电磁阀4V230-08控制换向来实现送笔和退笔。
图2.3 主气缸
3.还有分别是抖笔气缸SDA 100x30-s和辅助气缸SDA 40x20-s，抖笔气缸负责抖动放入的笔，防止有卡笔等现象。
自动插管机的整个运行过程包括以下几个步骤：
第一步骤 初始等待状态S0；
第二步骤 按下启动X0并进入自动或手动模式(由X10来控制)；
第三步骤 1.选择自动模式（当选择手动模式时单独控制）
2.进入自动抖笔状态S10；
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/jdgc/2022.html
