畢業(yè)設計（論文）-仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計.doc

仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計合肥工業(yè)大學2011屆畢業(yè)論文第0頁共29頁開題報告一、背景、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向?？删幊炭刂破饕云浜唵我锥⒉僮鞣奖?、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列優(yōu)點，在汽車、鋼鐵、航空航天、船舶、化工、紡織、食品、造紙、軍工等工業(yè)領域獲得了廣泛的應用，它的功能豐富，滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)。PLC應用于銑床，使銑床自動化程度得到提高。PLC易學易懂、控制簡單，可使數(shù)控銑床使用得到普及，提高生產效率。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產過程成為可能，這很適合多品種、小批量的生產場合。這樣使得機床的靈活性增強，適應現(xiàn)在市場多變，產品跟新速度快的現(xiàn)象。二、設計目的通過本次畢業(yè)設計使自己對PLC在數(shù)控銑床中的應用有更加充分的認識，進一步掌握系統(tǒng)工作流程圖的制作，PLC的選型、程序的編制。三、設計工作1、概述2、整體設計3、硬件設計4、PLC控制軟件設計四、時間安排第一周：查閱并收集資料，確定設計題目。第二周：確定整體設計方案并編寫設計開題報告。第三七周：具體硬件、軟件設計，實現(xiàn)控制要求。仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計合肥工業(yè)大學2011屆畢業(yè)論文第1頁共29頁目錄摘要21概述31.1銑床的介紹31.2自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀32整體設計43硬件設計43.1PLC的特點及主要功能43.2PLC型號的選擇53.3液壓仿形銑床行程分析83.4PLC的I/O地址分配圖133.5PLC外部接線圖154PLC控制軟件設計164.1系統(tǒng)工作流程圖164.2梯形圖17結論19謝辭19參考文獻20外文資料21中文翻譯27仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計合肥工業(yè)大學2011屆畢業(yè)論文第2頁共29頁仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計摘要：介紹銑床的定義及自動化銑床的發(fā)展和現(xiàn)狀，詳細的介紹了液壓仿形銑床的工作原理并且以一維仿形為例詳細的介紹了仿形銑床的工作過程及過程分析；PLC的特點（體積小，重量輕，能耗低可靠性高，抗干擾能力強；配套齊全，功能完善，適用性強易學易用，深受工程技術人員歡迎；系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造）主要功能（步進順序控制，數(shù)據(jù)處理，限時控制，條件控制，計數(shù)控制，模/數(shù)和數(shù)/模轉換）以及PLC型號選擇所要注意的事項（容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力）；根據(jù)仿形銑床的工作流程制作流程圖，編寫程序制作梯形圖，繪制I/O地址分配圖。關鍵詞：仿形液壓銑床；PLC；流程圖；梯形圖Abstract：Describesthedefinitionandautomationofmillingmachinemillingmachinedevelopmentandcurrentsituation,describedindetailtheworkingprincipleofhydrauliccopymillingmachine,andcopyingaone-dimensionalcasedescribedindetailtheprocessofcopyingtheworkofmillingandprocessanalysis；PLCcharacteristics(volumeSmall,lightweight,lowenergyconsumption,highreliability,stronganti-interference；fullyfurnished,perfectfunction,applicabilityandeasytouse,welcomedbytheengineeringandtechnicalpersonnel；systemdesign,constructionworkissmall,easymaintenance,easytransformation)themainfunction(stepsequencecontrol,dataprocessing,limitedcontrol,conditionalcontrol,countcontrols,analog/digitalanddigital/analogconversion)andthePLCmodeltoselectthedesirednote(capacity,I/Omodule,powermodulespecialfunctionmodules,communicationnetworkingcapabilities)；copymillingmachineaccordingtotheworkflowflowcharts,programmingproductionladder,drawingI/Oaddressassignmentmap.Keywords：hydrauliccopyingmillingmachine；PLC；flow；Ladder仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計合肥工業(yè)大學2011屆畢業(yè)論文第3頁共29頁1概述1.1銑床的介紹銑床是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)的對象以實現(xiàn)生產過程自動化的技術裝置。電氣系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應用。隨著電子技術的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應用于機械、電子加工與設備電氣改造中。銑床作為機械加工的通用設備在內燃機配件的生產中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護方便，運轉費用低的特點，已成為現(xiàn)代生產中的主要設備。自動銑床控制系統(tǒng)的設計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設計方案也越來越先進，越來越趨于完美，各種參考文獻也數(shù)不勝數(shù)。在我國7080年代大多數(shù)銑床中,大多數(shù)的開關量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當一部分輔機系統(tǒng)是采用繼電控制。因此,繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經(jīng)濟運行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進行改造已是大勢所趨。1.2自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀從上世紀80年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對自動控制技術和自動銑床床一直給予不是很大的關注。經(jīng)過九五自動車床和加工中心包括自動銑床的產業(yè)化生產基地的形成，所生產的中檔普及型自動銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強的市場競爭力。但在中高檔自動銑床方面與國外一些先進產品相比仍存在較大差距。這是由于歐美日等先進工業(yè)國家于80年代先后完成了自動機床產業(yè)進程，其中一些著名機床公司致力于科技創(chuàng)新和新產品的研發(fā)引導著數(shù)控機床技術發(fā)展，如美國英格索爾公司和德國惠勒喜樂公司對用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展日本牧野公司對高效精密加工中心所作的貢獻，德國瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對高效復合加工的推進等等。相比之下，我國大部分數(shù)近代機床產品在技術處于跟蹤階段。表1以中擋銑床為例列出國內外先進產品主要技術指標，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明顯差。隨著科學技術的不斷發(fā)展，生產工藝的不斷發(fā)展改進，特別是計算機技術的應用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從策重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計算機為中心的網(wǎng)絡化自動控制系統(tǒng)。X62W銑床綜合了計算機技術、微電子技術、檢測技術、自動控制技術、智能技術、通信技術、網(wǎng)絡技術等先進的科學技術成果。工業(yè)、農業(yè)、科學和國防現(xiàn)代化建設要求機械產業(yè)不斷地提供各種先進的設備。如電力機床、內燃機車、工程機械等設備。利用刀具對金屬毛坯進行切削，從而加工出機械零件的工作機械稱為金屬切削機床，簡稱機床。機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設備，在一般機械制造廠中，機床所擔負的加工工作量約占機械制造總工作量的40%60%。機床的性能直接影響機械產品的性能、質量和經(jīng)濟性。因此，它是國民經(jīng)濟中具有戰(zhàn)略意義的基礎工業(yè)，機床的擁有量及其先進程度將直接影響到國民經(jīng)濟各部門生產發(fā)展和技術仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計合肥工業(yè)大學2011屆畢業(yè)論文第4頁共29頁進步的能力。仿形銑床是由普通機床發(fā)展而來。它集于機械、液壓、氣動、伺服驅動、精密測量、電氣自動控制、現(xiàn)代控制理論、計算機控制等技術于一體，是一種高效率、高精度能保證加工質量、解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產設備。仿形銑床的廣泛應用，給機械制造業(yè)的生產方式、產品機構和產業(yè)機構帶來了深刻的變化，其技術水平高低和擁有量多少，是衡量一個國家和企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。2整體設計PLC控制液壓泵電機、驅動主軸電機、驅動進給電機、驅動冷卻泵電機。PLC控制液壓泵電機啟動帶動仿形指接觸要被仿形的工件，驅動主軸電機、驅動進給電機、驅動冷卻泵電機根據(jù)仿形形式進行運動。3硬件設計3.1PLC的特點及主要功能3.1.1PLC的一般特點3.1.1.1編制程序簡單。PLC一般采用易于理解和掌握的梯形語言及面向工業(yè)控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀。對于小型PLC而言，幾乎不需要任何專門的計算機知識，特別適合現(xiàn)場工程技術人員使用。3.1.1.2控制系統(tǒng)構成簡單、通用性強。雖然PLC種類繁多，但由于其產品的系列化和模塊化，且軟件包齊全，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。用戶在硬件設計方面，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。當控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，只要改變存貯器中的控制程序即可。PLC的輸入、輸出可直接與交流220V、直流24V等強電相連，并有較強的帶載能力。3.1.1.3抗干擾能力強、可靠性高。PLC是專為工業(yè)控制設計的。能適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。在PLC的設計和制造過程中，采取了多層次抗干擾及精選元器件等措施，使PLC的平均無故障時間通常在2000小時以上，這是一般的其他電氣設備做不到的。絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選取控制裝置的首要條件，因此PLC在硬件和軟件方面均采取了一系列的抗干擾措施。在硬件方面，PLC采取的抗干擾措施主要是隔離和濾波技術。PLC的輸入和輸出電路一般都用光電耦合器傳遞信號，使CPU與外部電路完全切斷電的聯(lián)系，有效地抑制外部干擾源對CPU的影響。在PLC的電源電路和I/O接口中，還設置了多種濾波電路，以抑制高頻干擾信號。在軟件方面，PLC設置了故障檢測及自診斷程序、用來檢測系統(tǒng)硬件是否正常，用戶程序是否正確，便于自動地做出相應的處理，如報警、封鎖輸出、保護數(shù)據(jù)等。3.1.1.4易于操作及維護。PLC的控制程序可通過其專用的編程器輸入到PLC的用戶程序存貯器中。編程器不僅能對PLC控制程序進行寫入、讀出、檢測、修改等操作，還能對PLC的工作進行監(jiān)控。使得PLC的操作及維護都很方便。PLC還具有很強的自診斷能力，能隨時檢查出自身的故障，并顯示給操作人員，使操作人員能迅速檢查、判斷故障原因。由于PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示能力，當PLC或外部的輸入裝置及執(zhí)行機構發(fā)生故障時，如果是PLC本身的原因，在維修時只需要更換插入式模塊及其它易損件即可，既仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計合肥工業(yè)大學2011屆畢業(yè)論文第5頁共29頁方便又減少影響生產的時間。3.1.1.5設計、技工、調試周期短。用PLC完成一項控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設計和施工可同時進行。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線，實現(xiàn)控制功能，使得控制柜的設計及安裝接線工作量大為減少，縮短了施工周期。同時，由于用戶程序大都可以在實驗室模擬調試，調好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產現(xiàn)場進行聯(lián)機調試，使得調試方便、快捷、安全，因此大大縮短了設計和投運周期。3.1.2PLC的主要功能PLC是采用微電子技術來完成順序控制功能的自動化設備，可以在現(xiàn)場的輸入信號作用下，按照預先輸入的程序。控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構按照一定規(guī)律進行動作。其主要功能如下：3.1.2.1開關量控制。這是PLC最基本最廣泛的應用領域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)、實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它既可用于單機控制或多機控制，又可用于自動化生產線的控制。PLC可根據(jù)操作按鈕、限位開關及其他現(xiàn)場給出的指令信號或檢測信號，控制機械運動部件進行相應的動作。3.1.2.2限時控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時器，并設置了計時指令，一般可實現(xiàn)0.1-999.9s及0.001-99.99s的定時控制，也可按一定方式進行定時時間的擴展。PLC的限時控制精度高、定時時間設定方便、靈活，同時，PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于精確的定時控制。3.1.1.3計數(shù)控制PLC為用戶提供的計數(shù)器分為普通計數(shù)器、可逆計數(shù)器、高速計數(shù)器等、以完成不同用途的技術控制。當計數(shù)器的當前計數(shù)值變?yōu)?（或設定值）或在某一數(shù)值范圍時，發(fā)出控制指令。計數(shù)器的計數(shù)值可以在運行中被讀出，也可以在運行中進行修改。3.1.1.4步進控制PLC能通過移位寄存器方便地完成步進控制功能。有些PLC專門設有步進控制指令，使得編程更為方便。此功能在進行順序控制時非常有效。3.1.1.5數(shù)據(jù)處理大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，如F2系列、C系列、S5系列等均能完成數(shù)據(jù)運算，如加、減、乘、除、乘方、開方等，邏輯運算如與、或、異或、求反等，以及數(shù)據(jù)的移位、比較、傳遞等操作。3.1.1.6模擬量處理。目前很多PLC甚至小型機都具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。這里，模擬量一般為4-20mA的電流，或1-5V的電壓；數(shù)字量為8位或12位二進制數(shù)。用PLC進行模擬量控制的優(yōu)點是：在進行模擬量控制的同時，開關量也可以控制。這個優(yōu)點是別的控制器所不具備的，或實現(xiàn)起來不如PLC方便。3.2PLC型號的選擇隨著PLC技術的發(fā)展，PLC產品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結構形式、性能、容量、系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，使用的場合也各有不同，適用的場合也各有側重。隱刺，合格選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有著重要的意義。PLC的選擇主要應用于PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。3.2.1根據(jù)PLC機型選擇PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮一下幾點：3.2.1.1合理的結構型式。PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設計合肥工業(yè)大學2011屆畢業(yè)論文第6頁共29頁整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程比較固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便，在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般與不交復雜的控制系統(tǒng)。3.2.1.2安裝方式的選擇PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式，遠程式I/O式以及多天PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設置驅動遠程I/O硬件，系統(tǒng)反應快、成本低；遠程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，單需要增設驅動器和遠程I/O電源；多天PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要互相聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。3.2.1.3相應的功能要求一般小型（抵檔）PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)功能，對于只需要開關量控制的設備都可以滿足。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉換單元，具有加減算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復雜，要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制。通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)