1、本科毕业设计 (论文 )开题报告 电气工程及自动化 基于 PLC 控制的自动打孔机 一、课题研究意义及现状 在现代科学技术的许多领域中，为了满足人类的需要，机电一体化 起着 愈来愈重要的作用，并且，随着生产和科学技术的发展，机电一体化的技术水平也越来越高。目前，滚珠轴承采用人工打孔、开孔、扩孔等操作，工作效率低下，精确度不高，在这种情况下，如何提高生产效率和精确度，减少材料的浪费是一个急需解决的问题。在当今节能减排的大环境下，自动打孔机将在特定的行业中发挥着举足轻重的作用。 本设计基于 PLC控制的自动打 孔机系统就是采用机电一体化应用技术来实现功能的。机电一体化控制技术是从系统的观点出发，综
2、合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。它把一个本来由人来判断和手动操作的环节实现了机械自动化。形成一个整体系统构架，并且认真整理相应的资料，统筹方案，选择出最优化合理的 方案。研发出的机械设备就大大提高了生产的效率，大大降低了人工量的投入，同时减少了人工成本，而且生产加工 整个过程速度快、精度高、安全稳定、报废率低，节约了钢材等原材料。使机电
3、控制技术在该领域又进一步深化发展。 目前市场上有供应自动打孔机，该类打孔机 由电机带动在金属材料上加工出孔的自动化设备。有自动 钻孔机 、自动扩孔机、自动铣孔机 等 几种 。该类 自动打孔机由加工工作台，控制电脑，旋转电机，振动电机，加工工具头，气动装置，自动转盘，固定夹具等组成。 主要用于铝制材料，不锈钢合金等材料，但不针对滚珠轴承的，正在研 究自动打孔机的有天津市工业自动化仪表研究所、深圳市长亚科技有限公司、深圳科毅达电子科技有限公司等。每个公司研制的核心重点都不同，各有各的特色。深圳科毅达电子科技有限公司研究的重点是以工控机为核心控制器，价格比较昂贵。 自动打孔机是适应制造业应用自动化设
4、备替代人手的趋势而发展起来的，用来解决传统打孔、钻孔、扩孔、铣孔等加工环节中的人手打孔问题。随着自动化技术和网络技术的 不断 发展 及 应用，自动打孔机 逐渐趋 向无人值守和 远程控制等方面的发展 。 本课题是基于 PLC、步进电机、触摸屏等技术控制，由于 PLC可靠性好，抗干扰 性强，编程简单，维护方便等优点，被电气工程人员广泛用于工业控制领域。步进电机定位准确，能够达到精确打孔，非常适合用于打孔机的定位控制并且价格合理等优点。触摸屏可由管理员修改相应的数据参数，方便快捷，界面清晰、友好。 二、课题研究的主要内容和预期目标 本课题为基于 PLC、步进电机、触摸屏等技术控制设计，在设计过程中学
5、习机械结构的原理与设计、关于 三菱 PLC原理与应用、步进电机及驱动器的原理及选型、台达触摸屏应用技术与应用、 AutoCAD画图原理与方法等方面的知识，完成基于 PLC控制的自动打孔机的系统的（软件与硬 件）设计、触摸屏控制画面的设计及调试。 毕业设计的具体内容 ： 1） 三菱 可编程序控制器 FX2N-32MT为控制系统的主控器； 2） DY3E-30三相混合式步进电机驱动器及步进电机，确定步进电机驱动器的控制参数； 3）用台达 DOP-B05S100触摸屏为人机界面对铜型材料的长度、分度、排数、孔数、直径等工作参数和控制开关的设置进行设计，并设计触摸屏登入、监控及控制界面； 4) 用 A
6、utoCAD软件画出机械结构图及电路设计原理图，准确显示正常工作的机械状态和电路接线图； 5）完成硬件系统的线路设计，列出 PLC输入 和输出的地址分配表； 6）利用 PLC编程设计，实现手动操作控制和自动操作控制两种方式，完成控制程序的流程框图和详细控制源程序。 7）整个系统实验调试。 毕业设计的预期目标 ： 完成上述基于 PLC控制的自动打孔机系统的（硬件和软件）设计与调试及触摸屏控制画面的设计，通过实验测试合格，并提供控制详细的技术文件（硬件原理图、接线图、连接图和电器元件详细清单，控制程序的流程框图和详细控制源程序），完成毕业论文撰写，准备毕业设计答辩。 课题研究的方法及措施 利用 P
7、LC 和步进电机、触摸屏等技术控制进行设计，采用 PLC 控制 技术现实手动控制操作和自动控制操作，选用步进电机驱动器对步进电机进行驱动，合理设置步距角等参数。本设计主要难点在于对系统控制程序和控制画面的设计与调试。 采用对比选择，模块独立，综合处理的研究方法。通过翻阅大量的相关文献资料，分析整理出有关信息，在此基础上列出不同的解决方案，结合实际情况对比方案优劣选出最优方案，并构思出大体设计框架： 1） PLC 型号的选择 方案一：选择以 三菱 Q 系 PLC 为 主控制器，运行速度快、能控制 非常 多的 I/O 口数量，并且资源丰富、适合用于各种复杂的控制需求，主要 适用于大型系统中，但价
8、格比较昂贵。 方案二、采用 三菱 FX2N-32MT 为主控制器， 是小型化，高速度，高性能 ，适用于小型设备中，价格便宜。通过 综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于 PLC的选择，所以本次设计采用 三菱 FX2N-32MT PLC 为主控制器。 2） 定位系统的选择 方案一：采用步进电机进行定位，通过步进电机驱动器对步进电机进行精确驱动， 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信 号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周
9、期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机控制非常简单。 方案二：采用 伺服定位，主要靠脉冲来控制定位，伺服电机本身和步进电机结构类似，是不具备发送脉冲功能的，但由于有伺服电机上有配备编码器，所以有脉冲反馈回来，通过伺服驱动器的反馈脉冲，可以与系统之间实现半闭环架构，系统就使 PLC 给定的脉冲数与反馈到 PLC 的脉冲数进行比较 ,直到相等时停止电机转动 ,就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，但其价格贵。 方案三：采用 限位开关定位，通过 PLC 程序的设计使限位开关准确的控制电机位置的移动，由于本设计需要轴进和分度两个方面的位置的控制，需要多个限位开关
10、，使用繁琐，精度低，其优点价格便宜。 通过综合比较方案一、方案二与方案三，方案一更适合本设计系统对定位系统的选择，所以本次设计采用步进电机进行定位控制。 本课题选用实验室已有的 三菱 FX2N-32MT 为主控器的控制系统设计，实现手动操作控制和自动操作控制，本系统都采用两个步进电机和一个大功率钻孔电机，其中一个步进电机是用来控制轴进的，另一个步进电机是用来控制分度的。对控制程序先在 三 菱GX+Developer+8.86 软件通过编程与测试，再利用实验室现有的相关设备调试及修改。另外，结合台达 DOP-B 触摸屏为人机界面实现铜材料、系统状况显示等工作参数的设置，并设计触摸屏控制界面。设计
11、完成操作简便显示清晰的友好界面。用三相混合式步进电机驱动器对步进电机驱动，并合理设置步距角等参数。 系统的结构原理图： 四、课题研究进度计划 2011 年 9 月 10 日至 10 月 20 日： 明确任务，收集资料，确定系统总体设计方案，完成外文翻译、文献综述及开题报告。 2011 年 10 月 21 日至 2012 年 4 月 20 日 1） 10 月 21 日 12 月 20：完成 PLC控制系统硬件设计和接线； 2） 12 月 21-12 年 1 月 20 日：完成控制系统的软件设计，同时通过实验模拟测试，完 成触摸屏控制菜单制作； 3） 1 月 20 日 -2 月 1：在实验室完成整
12、个系统，获得指导教师收验通过； 4） 2 月 2 日 -4 月 1 日：撰写毕业论文，完善与修改毕业论文； 做好论文答辩的 PPT 资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。 五、参考文献 1张建民 .机电一体化系统设计 M.北京：北京理工大学出版社， 2006， 2. 2 陈伯时 .电力拖动自动控制系 统 -运动控制系统 M.北京 :机械工业出版社 ,2008， 7. 3 巫莉 .电气控制与 PLC应用 M.中国电力出版社 ,2008， 5. 4 张运刚，宋小春 .从入门到精通 触摸屏技术与应用 M.北京 :人民邮电出版社 2007， 1. 5付敬奇 .执行器及其应用 M.机械工业出版社， 2
13、009,4. 6高安邦 .三菱 PLC 工程应用设计 M.机械工业出版社， 2011,1. 7郁汉琪等，电气控制与可编程控制器应用技术 M.南京：东南大学出版社， 2009,9. 8 杨黎明 .机电传动控制技术 M.北京：国防工业出版社， 2007， 8. 9 阮友德 . PLC、变频器、触摸屏综合应用实训 M.北京 :中国电力出版社 ,2009， 1. 10肖世德，唐猛，孟祥印，黄慧萍 .机电一体化系统监测与控制 M.成都：西南交通大学出版社， 2011， 1. 11 Jia Guxi. Automatic metering and dosing control system based on PLC J. JOURNAL OF TEXTILE RESEARCH,2007,（ 02） :28 410. 12Chuenchom T,Kota S.Synthesis of Programmable Mechanisms Using Adjustable Dyads ASME TransactionsJ.Journal of Mechanical Design,1997,119:232 237.
