机械工程实验教学中心油缸液压回路油缸液压回路PLCPLC控制实验控制实验机械工程实验教学中心实验目的实验目的l 为了提高综合运用各科知识的能力，结合机电传动控制，液压传动与气压传动课程所学的内容，通过对组合机床动力滑台液压系统的分析，结合现有的液压元件，对原液压系统进行简化，设计出能实现机床的一个典型运动轨迹的运动方案通过对该液压系统的组装、调试,使之最终能够实现预期的运动轨迹l 通过本实验，除了进一步熟悉常用液压元件的性能和使用方法，油缸的速度控制、定位控制的基本方式外，重点要求掌握可编程控制器的电气连接方法和梯形图编程技巧把电气控制和液压传动知识有机结合起来进行一次小型工程设计、制作训练锻炼大家的动手能力，以及分析和排除故障的能力机械工程实验教学中心实验简介实验简介l 组合机床是由通用部件和某些专用部件所组成的高效率和自动化程度较高的专用机床它能完成钻、镗、铣、刮端面、倒角、攻螺纹等加工和工件的转位、定位、夹紧、输送等动作l 动力滑台是组合机床的一种通用部件在滑台上可以配置各种工艺用途的切削头，例如安装动力箱和主轴箱、钻削头、铣削头、镗削头、镗孔、车端面等在组合机床液压动力滑台上可以实现多种不同的工作循环，其中一种比较典型的工作循环是：快进-一工进-二工进-死挡铁停留-快退-停止。
完成这一动作循环的动力滑台液压系统采用限压式变量叶片泵供油，并使液压缸差动联接以实现快速运动由电液换向阀换向，用行程阀、液控顺序阀实现快进与工进的转换，用二位二通电磁换向阀实现一工进和二工进之间的速度换接机械工程实验教学中心实验要求实验要求l 熟悉液压元件，电气元件和可编程控制器的性能、结构原理l 能根据提供的元件和可编程控制器设计一个液压系统的动作循环，可参照油缸“快进-一工进-二工进-停留-快退-原位停止”的速度控制和往复位移控制方案，也可自行选题l 掌握OMRON公司的CPM2A可编程控制器电气连接方法和梯形图编程软件CX-Programmer的编程方法，并利用该软件调试程序l完成一个从方案设计、油路设计、电气控制回路设计、程序设计到油路、电气控制回路的组装、连接以及系统调试、优化等涵盖工程设计实施全过程的训练机械工程实验教学中心实验原理实验原理l本实验可参考以下液压系统原理、电气控制回路原理：图1 液压系统的动作循环快进快退工进机械工程实验教学中心图2 液压系统原理图实验原理实验原理机械工程实验教学中心节流阀串联速度换接回路电气接线图5432COMCOMCOMCOM+-COM01 03 05 07 091101 03NC00 02 04 06 08 10 0004 NC020CH1CH24VDC01 03 05 07 09 11COM00 02 04 06 08 10NCCHNCCOMNC00COMCOM01020405070306COMCHNC 00 01 02 04 05000702NCCOM030601 0310CH11CH20EDR1CPM2A+V-VNL24V220VINOUT05接近开关11121011-SB1 泵站启动2-SB2 单周期触发3-SB3 急停4-SB4 循环触发5-SB5 手动快退复位1YA 三位四通(换)2YA 三位四通(直)3YA 二位二通内部已接好4YA 二位二通红色:黄色B:兰色实验原理实验原理机械工程实验教学中心实验器材和设备实验器材和设备n机电液综合实验台 一台n液压泵站（含油箱、液压泵、电动机等）一套n五通接头 若干n油管（含快换接头）若干n油缸、三位四通换向阀，溢流阀 各一个n两位两通换向阀，节流阀 各二个n电源板（含空气开关、保险、计时器ZN48-FX、AC360V、AC220V电源）一个nPLC主机板（含DC24V电源、CPM2A主机单元、CPM1A-20EDR1扩展单元）一个n可编程控制器输入板（含按钮开关、热继电器、交流接触器）一个n计算机（附带RS232数据线一根）一台n霍尔传感器（即行程限位开关）四个n导线（强电、弱电）若干n直尺 一根机械工程实验教学中心实验预备知识实验预备知识 1、PLC概述概述lPLC即可编程控制器（Programmable Logic Controller）,它实际上是一种工业控制微机，其组成如图：机械工程实验教学中心实验预备知识实验预备知识 1、PLC概述概述l一般的CPU单元内部结构机械工程实验教学中心实验预备知识实验预备知识 1、PLC概述概述lPLC的工作很像一个继电器系统，其工作等效继电器系统见下图：机械工程实验教学中心实验预备知识实验预备知识 1、PLC概述概述lPLC的工作方式为周期扫描各端口，再逐条执行，从而实现周期自动控制。
其每个周期包括输入采样、程序执行、输出采样三个阶段下图为PLC周期工作方式l第一步为输入采样阶段，控制器首先以扫描的方式顺序读入所有的输入端的信号状态（1或0），并逐一存入输入状态寄存器，其位数与输入端子的数目相对应，而且即使程序执行期间，输入状态发生变化，输入状态寄存器的状态也不会发生变化l输入采样结束后转入程序执行阶段PLC的用户程序决定了其输入信号与输出信号之间的具体关系组成程序的每条指令都有顺序号，在PLC中称为步序号，指令按步序号依次存入存储单元程序执行期间，在无跳转指令时，地址记数器顺序寻址，依次指向每个存储单元，控制器顺序执行这些指令l最后为输出刷新阶段在所有的指令执行完毕后，输出状态寄存器中的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器，驱动输出线圈，形成PLC实际输出机械工程实验教学中心实验预备知识实验预备知识 1、PLC概述概述lPLC工作过程示意图如下：机械工程实验教学中心实验预备知识实验预备知识 1、PLC概述概述l日本立石的OMRON CPM2A可编程控制器是一种紧凑的、高速的、扩展性好的PLC我们本实验中用到的PLC CPU主机模块的型号为：OMRON CPM2A-30CDT-D，它是由30个 I/O点组成的独立CPU单元，I/O扩展单元型号为：OMRON CPM1A-20EDR1，它是一个20点的I/O单元。
lOMRON CPM2A-30CDT-D的CPU主机模块提供的I/O输入电压电流最大为24V-300mA，而OMRON CPM1A-20EDR1的I/O扩展单元提供的输出电压电流最大可为250V-2A，其性能指标可参看相关的资料l综合考虑实验的需求我们可用OMRON CPM2A-30CDT-D的CPU主机模块及OMRON CPM1A-20EDR1的I/O扩展单元来输入各开关量，对于输出的我们采用OMRON CPM1A-20EDR1的I/O扩展单元控制各电磁铁和继电器的线圈机械工程实验教学中心实验预备知识实验预备知识 2、涡流传感器：、涡流传感器：l我们知道，金属导体置于变化的磁场中，导体内就会有感应电流产生，这种电流的流线在金属体内自行闭合，通常称为电涡流（Eddy current）电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而使激励线圈的阻抗发生变化电涡流式传感器就是基于这种涡流效应的l电涡流式传感器不但具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、抗干扰能力强、体积较小等优点，而且又具有非接触测量的优点电涡流传感器可用来测量振动、位移、厚度、转速、表面温度、硬度等参数，还可以进行无损探伤l电涡流式传感器的结构很简单，其核心是一个固定在框架上的扁平的圆线圈。
线圈用很多股漆包线或银线绕制而成，一般放在传感器的端部l本系统应用涡流传感器完成油缸定位检测控制，如图2液压系统原理图所示将传感器固定在与油缸活塞杆同一平面的若干不同位置上，随着油缸的移动，当油缸活塞杆接近不同的涡流传感器时，传感器就分别输出的控制信号，这些控制信号经导线输出到PLC的输入端，完成油缸位置控制l本试验中用到的涡流传感器的接法如下：机械工程实验教学中心实验预备知识实验预备知识 2、涡流传感器：、涡流传感器：l本试验中用到的涡流传感器的接法如下：机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 一、检查、熟悉实验器材和设备：一、检查、熟悉实验器材和设备：1.熟悉实验台上的所有实验器材和设备的性能、用法2.电源板：实验中使用的电源板是多功能输出电源板，它包含空气开关、保险、计时器（ZN48-FX）、AC380V、AC220V、DC5V、DC12V、DC24V电源输出、电压显示，电流显示等多种功能其中计时器（ZN48-FX）的AC220输入已经连好，不需再连由于实由于实验有强电连接，为了保证人身安全和实验器材的完好，请在实验之前详细阅读实验指导书，验有强电连接，为了保证人身安全和实验器材的完好，请在实验之前详细阅读实验指导书，未经指导老师检查、允许之前切不可擅自通电！违者承担一切后果！未经指导老师检查、允许之前切不可擅自通电！违者承担一切后果！3.PLC主机板：该主机板包含AV220V输入、DC24V电源输出、OMRON CPM2A-30CDT-D CPU主机单元、CPM1A-20EDR1扩展单元。
对PLC的具体接线参照系统电气控制回路原理图及输入输出接线说明表由于PLC是精密设备，在连线时一定要准确，输入、输出的接线最好用不同颜色的导线进行区分接线完成后一定要在指导老师检查之后才可通电！4.可编程控制器输入板：本实验使用的是专门针对PLC的开关控制量设计的带有16个按钮开关的输入板还包括了对油泵电机进行控制和保护的热继电器、交流接触器5.限位开关：即涡流传感器，或接近开关，发出控制信号，送入PLC的输入端其接法参考上面的图示6.计算机（附带RS232数据线一根）:利用计算机编写PLC的梯形图程序，并通过RS232数据线传送到PLC中执行机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 二、二、组接电路：组接电路：n本实验的电气控制回路比较复杂，而且涉及强电、弱电的混合连接，实验设备也比较精密，这就要求我们接线时一定要仔细检查，切不可在未检查确认无误之前通电n（1）主电路连接：）主电路连接：按照电气控制回路原理图连接电路，输入的三相电源在多功能电源板上，自带保险和空气开关，交流接触器和热继电器在可编程控制器输入板上（内部已接好）n（2）控制电路连接：）控制电路连接：控制电路的电压是不相同的，在接线之前一定要区分开来，切不可接错。
n注：注：PLC内部的电压是内部的电压是DC24V，在，在PLC主机板上已经接好主机板上已经接好nPLC的输入控制电压都是DC24V，采用共阳接法，所有输入端的COM端子都接至DC24V的+极，控制开关应串在DC24的-极与PLC的输入端子之间n应特别注意涡流传感器的接法，具体的接法可参看电气控制回路原理图和涡流传感器接线图nPLC的输出接线比较复杂，应特别注意！的输出接线比较复杂，应特别注意！在油路调试完成、读懂电气控制回路原理图之前切不可接线！输出接线分二种情况：第一：控制油泵电机的交流接触器的线圈，其电压为DC24V，接口地址为12.03，与它串联的PLC输出COM端应接至DC24V；第二：换向阀的线圈，其电压为DC24V，接口地址为12.01、12.00、12.02、12.04，与它串联的PLC输出COM端应接至DC24V；n在电路连接过程中应对照电气控制回路原理图和输入、输出接线说明，连接完毕一定要进行多次校对、确认n实验完成之后，拆除电路，将器材清点无误后，放回原处，并通知指导老师检查机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 三、三、PLC编程：编程：nPLC编程是一项较复杂的工作，在编程之前应阅读OMRON CPM2A的操作手册和编程手册；理解PLC接口地址的含义和梯形图表示的意义；熟悉编程软件CX-Programmer的编程界面和编程方法；掌握几种重要的编程指令。
n日本立石的OMRON CPM2A 可编程控制器的编程指令十分丰富，但本实验所用到的指令不多，大致有以下几条：n梯形图指令：装入 LD；装入非 LD NOT；与 AND；与非 AND NOT；或 OR；与装入 AND LD；或装入OR LDn位控制指令：输出OUT；取反输出OUT NOT；移位寄存器SFT（10）；置位SET；复位RSET；保持KEEP(11)n顺序控制指令：空操作NOP(00)；终止END(01)；跳转JMP(04)；跳转终止JME(05)n定时器/计数器指令：定时器TIM；计数器CNT；可逆计数器CNTR(12)；高速定时器TIMH(15)n其他指令在本实验中少有涉及，故不赘述读者有兴趣可参考相关的资料机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 四、设计系统控制流程：四、设计系统控制流程：l系统的控制程序较复杂，因此在编程之前一定要根据自己设计的动作，绘制控制流程框图l以下控制流程图可供参考 机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 四、设计系统控制流程四、设计系统控制流程单周期触发子程序控制流程图机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 四、设计系统控制流程四、设计系统控制流程循环触发子程序控制流程图机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 五、编写、初调程序五、编写、初调程序l根据设计的要求编写自己的梯形图控制程序，编译完毕后通过计算机传送到PLC中。
在新建PLC程序时注意选择:设备型号为CPM2*、网络类型为SYSMAC WAY、驱动器端口名称为COM2、波特率为9600，其余的设置为缺省在传送PLC程序之前应注意设置好PLC的通信开关为ON(通信开关在PLC的RS232接口旁边)再让PLC与计算机保持连接，使PLC工作最后传送完毕后可以监视PLC的工作状态如下图：机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 五、编写、初调程序五、编写、初调程序在编程时可以参考指导教师提供的程序 机械工程实验教学中心实验步骤及内容实验步骤及内容 五、编写、初调程序：五、编写、初调程序：调试步骤：调试步骤：n检查接线，打开总电源，接通AC220V电源(不可接通AC380V!)n连接RS232数据线，打开PLC通信开关，准备传送程序使PLC工作，传送编译好的程序编程软件CX-Programmer会自动转换PLC的状态，由运行状态转到程序传送状态，程序传送完毕又转换回运行状态，最后切换到监视状态注意：在调试程序时一定不能接通油泵电机的电源！注意：在调试程序时一定不能接通油泵电机的电源！接通1.00,（SB1）此时PLC输出端的12.03指示灯应该点亮；接通0.00(SB2),PLC输出端的12.00、12.02指示灯应该点亮；接通0.06(SB5),PLC输出端的12.01、12.02指示灯应该点亮；接通0.04(SB3)，PLC输出端所有的指示灯都应该熄灭。
至此程序初调完成我们在完成前面的油路调试、以及程序初调后，就可以开始进行系统的总调让油缸按照设计的动作进行运动再次确认油路和电路无误后打开AC380V和AC220V电源开关接通1.10（SB1）,此时PLC输出端的12.03指示灯点亮，同时油泵电机启动；接通0.00(SB2),PLC输出端的12.00、12.02指示灯同时点亮，油缸快进；接通0.06(SB5),PLC输出端的12.01、12.02指示灯同时点亮，油缸快速后退；接通0.04(SB3)，PLC输出端的所有指示灯熄灭，油泵电机停止机械工程实验教学中心实验记录数据实验记录数据电磁铁动作状态记录电磁铁动作状态记录电磁铁运动过程1YA2YA3YA4YA：表示得电，：表示失电：表示得电，：表示失电机械工程实验教学中心思考题、预习要求思考题、预习要求思考题思考题n你在PLC电路的组装调试、控制程序的编写、调试过程中遇到哪些问题？原因是什么？n实验之后，你认为目前使用的PLC程序有哪些地方需要改进，请详细说明n通过对本实验中PLC控制方法的学习，请总结一下：如何设计一个PLC控制系统，设计流程是哪些？预习要求预习要求n复习PLC的工作原理及相关编程基础。
n参考相关资料，设计一个液压系统的动作循环,并绘制动作循环图，根据设计的动作循环进行液压回路和控制电路的设计，绘制液压回路原理图及控制电路原理图机械工程实验教学中心注意事项注意事项n必须经过实验老师检查同意后才能开启电源，接通电路尤其是同学在运行自己设计的电路和程序时，一定要征询实验指导老师的意见，在老师检查通过后才可以进行程序的传送，电路连接并要在断电的情况下才能进行拆装、接线n由于电动机的工作电压为380V，因此在电源，尤其是强电电源接通后不要用手接触实验台请大家一定要注意安全。