基于PLC的金屬切削機械控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、 PLC控制技術(shù)課程設(shè)計說明書 題 目： 基于PLC的動力頭控制系統(tǒng)設(shè)計 系 部： 信息與控制工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 三 學(xué)生姓名: 夏陽 學(xué) 號: 09032130138 指導(dǎo)教師: 張海燕 2012年 6 月 2 日目 錄1緒論11.1 控制系統(tǒng)在動力頭機床中的作用與地位11.2 控制系統(tǒng)的類型、特點及應(yīng)用場合11.2.1 繼電器控制系統(tǒng)11.2.2 計算機控制系統(tǒng)21.2.3 可編程序控制器控制系統(tǒng)22 控制系統(tǒng)方案論證與選擇42.1電動機拖動部分52.2液壓拖動部分53 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1電動機電器控制線路的設(shè)計6電動機和電器元件的配置6電動機型號的選擇7電器元件型

2、號的選擇8主電路和控制電路電源的確定10主電路設(shè)計10控制電路設(shè)計11其他電路的設(shè)計123.2攻絲電機及液壓拖動部分的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計13系統(tǒng)輸入元件和輸出元件型號的確定。133.2.2 PLC機型的選擇133.2.3 PLCI/O元件的分配143.2.4 PLC的I/O接線圖174 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計與調(diào)試174.1 PLC程序的總體結(jié)構(gòu)174.2各部分程序的作用及設(shè)計過程18公用程序18全機半自動程序20單機單步程序29全機自動回原點程序335 總結(jié)與展望366 參考文獻371 緒論可編程控制器(Programmable logic Control-ler,簡稱PLC)是以微處理機為基

3、礎(chǔ),綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置, 其具有邏輯控制、計時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)與通信等強大功能,用來替代傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)。同時,由于PLC具有很高的可靠性和極大的應(yīng)用靈活性,在各行各業(yè)的控制領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,并與CAD/CAM和機器人技術(shù)一起被譽為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之一。大量采用傳統(tǒng)繼電接觸控制系統(tǒng) 的設(shè)備通過改造更新,成為PLC控制的自動化系統(tǒng),而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特點。本文介紹基于PLC的動力頭控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。 1.1 控制系統(tǒng)在動力頭機床中的作用與地位控制系統(tǒng)是動力頭機床的指揮控制中心。

4、動力頭機床對產(chǎn)品所有零件的加工只有在控制系統(tǒng)的指揮下才能進行。因此,控制系統(tǒng)性能的好壞、自動化水平的高低直接影響到機床的整體性能及加工質(zhì)量。此外，控制系統(tǒng)性能的好壞對于提高勞動產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量也有著極大地影響。當然也會影響到該企業(yè)的市場競爭力。所以對動力頭機床控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作要引起足夠的重視。要提高機床的性能，除了要提高該機床機械部分的性能外，還要提高該機床的控制系統(tǒng)的性能。 1.2 控制系統(tǒng)的類型、特點及應(yīng)用場合目前就控制系統(tǒng)來說,有三種可供選擇：繼電器控制系統(tǒng)；計算機控制系統(tǒng)；可編程序控制器控制系統(tǒng)。PLC程序控制器以其可靠性高、適應(yīng)性強、設(shè)計調(diào)試方便等優(yōu)點，在很多工業(yè)部門已經(jīng)取代前兩

5、種控制系統(tǒng)。 1.2.1 繼電器控制系統(tǒng)繼電器是一種用弱電信號控制強電信號的電磁開關(guān)3。繼電器控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件繼電器（或稱物理繼電器）實現(xiàn)的。多年來，人們用電磁繼電器控制順序型的設(shè)備和生產(chǎn)過程。就單臺繼電器控制系統(tǒng)而言，其工作可靠性是比較高的。而且繼電器本身也不貴。所以對于小型的、要求不復(fù)雜的控制對象來說，采用繼電器控制系統(tǒng)是可行的。但是對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)來說，所需的繼電器很多。任何一個繼電器的故障都會影響到整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往是非常困難的；由于該控制系統(tǒng)靠硬件接線，所以程序的更改比較困難，所以它的適應(yīng)性比較差，不適應(yīng)經(jīng)常要求變更程序的產(chǎn)品的設(shè)計。當要求生產(chǎn)小批量、

6、多品種的產(chǎn)品時，繼電器控制系統(tǒng)是不能夠滿足要求的。 1.2.2 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的程序采用指令編程，程序可以替代一部分硬件，而且程序便于維修。與繼電器控制系統(tǒng)相比較，其控制電路的故障點相應(yīng)減少；其適應(yīng)性、通用性與靈活性都有提高；而且因為它是由電子器件組成，所以比繼電器控制系統(tǒng)體積小、重量輕而且耗能少。但是計算機控制系統(tǒng)對環(huán)境的要求比較高，其抗干擾能力不強；在制作中還需要印刷電路板，其外部I/O接線需要用插座從一雙電路板上引出，既不方便也不可靠；在編程的時候用的是匯編語言或C語言，比較麻煩，不易被工廠的電氣人員掌握。因此計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍還是很受限制。 1.2.3 可編程序控制

7、器控制系統(tǒng)可編程序控制器的特點：(1) 可靠性高，抗干擾能力強PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計的，在硬件方面采用了電磁屏蔽、光電隔離、模擬量和數(shù)字量濾波、優(yōu)化電源電路等措施，并對元件進行了嚴格的篩選；在軟件方面則采取了警戒時鐘、故障診斷、自動恢復(fù)等措施，利用后備電池對程序和動態(tài)數(shù)據(jù)進行保護。因此，PLC是有其他工業(yè)控制設(shè)備無可比擬的高可靠性。(2) 編程方法簡單易學(xué) 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時，用結(jié)實程序?qū)⑺胺g”成匯編語言再去執(zhí)行。由于可編程序控制器運算速度的不斷提高，對于

8、一般的控制設(shè)備來說，執(zhí)行速度完全滿足要求。PLC使用簡單，一般情況下，不需要考慮接口問題，只需要用螺絲刀就可以完成全部接線工作。PLC可以采用一種面向控制過程的梯形圖語言，它與繼電器原理圖非常接近，電氣工人可以在短時間內(nèi)學(xué)會。因此，世界上許多國家的可編程序控制器生產(chǎn)公司都將梯形圖語言作為第一用戶語言。(3)功能完善，應(yīng)用靈活PLC的基本功能包括數(shù)字和模擬量輸入/輸出、算術(shù)和邏輯運算、定時、計數(shù)、移位、比較、代碼轉(zhuǎn)換等，其擴展功能有批數(shù)據(jù)傳送、排序查表、中斷控制、函數(shù)運算、通信聯(lián)網(wǎng)、PID閉環(huán)控制、監(jiān)控報警等，可以組成功能完善的控制系統(tǒng)。(4) 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少可編程序控制器用軟件

9、功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。可編程序控制器的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖所花的時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路花的時間要少得多?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蚩梢栽趯嶒炇夷M實驗，調(diào)試好后再將可編程序控制器安裝在現(xiàn)場調(diào)試。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決。(5) 環(huán)境要求低，適應(yīng)性強可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場。可編程序控制器已被廣大用戶人為最可靠的工業(yè)

10、控制設(shè)備之一。(6) 維修工作量小，維修方便可編程序控制器的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能。可編程序控制器或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。正因為它的這些優(yōu)點，幾乎所有自動化領(lǐng)域內(nèi)的控制系統(tǒng)的設(shè)計，可編程序控制器都能夠做到。繼電器控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)不能做到的，它也可以做到。可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域：（1）開關(guān)量邏輯控制可編程序控制器具有“與”、“或”、“非|等邏輯指令，可以實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯、定時控制與順序邏輯控制。開關(guān)量邏輯控制可以

11、用于單臺設(shè)備，也可以自動生產(chǎn)線。（2）運動控制可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，使運動控制與順序控制功能有機地結(jié)合在一起?？删幊绦蚩刂破鞯倪\動控制功能廣泛用于各種機械。（3）閉環(huán)過程控制可編程序控制器通過模擬量I/O模塊，實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的AD轉(zhuǎn)換和DA轉(zhuǎn)換，并且對模擬量實行閉環(huán)PID控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能?？删幊绦蚩刂破鞯哪M量PID控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成形機等設(shè)備，以及輕工、化工等行業(yè)。（4）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的可編程序控制器具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳誦、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)

12、據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)。（5）通信聯(lián)網(wǎng)可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設(shè)備之間的通信。可編程序控制器與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。2 控制系統(tǒng)方案論證與選擇伴隨著加工件的日益復(fù)雜化、精度等級以及加工效率的提高，多軸向、高轉(zhuǎn)速成為工具機必備的條件，除了加工中心機走向機能復(fù)合化外，車床方面已由早期的臥式車床開發(fā)出許多新的加工形態(tài)，例如雙刀塔、立式車床、倒立車床、以及車銑復(fù)合機種，以順應(yīng)新時代加工方式的需求。其中車銑新概念復(fù)合機無

13、疑是一項新技術(shù)結(jié)合的工具機杰作，最大的優(yōu)點在于可輕易地在同一機臺上做復(fù)雜零件的加工，可同時進行車削、鉆孔、攻牙、端面切槽、側(cè)面切槽、側(cè)面銑削、角度鉆孔、曲線銑削等等。藉由一臺工具機即可完成一個零件的所有加工流程，大大降低上下料換機臺加工的時間，以及減少人為公差的機會，達到“Do In One”的加工概念。在新世代車銑復(fù)合機中，不論是具分度的C軸頭部、副主軸、Y軸等，都必須搭配動力刀塔才能具備車銑復(fù)合的功能，因此一款功能性佳、精度高的C軸動力刀塔，將使新世代車銑復(fù)合機更臻完善。 2.1電動機拖動部分液壓電機、冷卻電機、擴孔電機、鉆孔電機根據(jù)它們的設(shè)計要求,可以采用“起保停”電路設(shè)計。因為這種控制

14、電路無須任何中間繼電器，接線方便，設(shè)計安裝量也不大。因此宜采用繼電器控制方案來控制。其最大的優(yōu)點就是能節(jié)省開支。若用單片機控制方案，會增大接口電路的設(shè)計；若用PLC控制方案，會占用輸入點，引起投資的增大。因此不宜用這兩種控制方案。攻絲電機因為有“正轉(zhuǎn)”與“反轉(zhuǎn)”之分，需要根據(jù)機械設(shè)備的工作進程來決定其“正、反轉(zhuǎn)”15。若采用繼電器控制方案，則需一定數(shù)量的中間繼電器，這會使設(shè)計、安裝、接線工作量增大，程序更改不方便。而且容易出故障；若采用單片機控制方案，對環(huán)境的要求高，抗擾能力差，也不適宜采用。所以采用PLC來控制。 2.2液壓拖動部分在液壓拖動部分，各工位動力頭滑臺、轉(zhuǎn)位機構(gòu)的向前與向后、夾緊

15、與松開等運動都是由液壓系統(tǒng)拖動。這些動作都是根據(jù)條件一步步進行的。因為液壓拖動部分的每一步都需要根據(jù)一定的條件來轉(zhuǎn)換，所以如果采用繼電器控制方案，則需要用到大量的中間繼電器，那樣安裝、接線工作量會很大，而且更改程序也極不方便，當出現(xiàn)故障時也不易查找和排除。若采用單片機控制方案，則需要為其設(shè)計制作印刷電路板和接口電路等，還要焊接，設(shè)計安裝工作量大，而且對工作環(huán)境要求比較高。就動力頭機床所在的工業(yè)現(xiàn)場而言，采用該方案時，其可靠性不能得到保證。因此，對液壓拖動部分也不宜采用單片機控制方案來控制。根據(jù)設(shè)計的實際要求，需要的是能適應(yīng)經(jīng)常變動、可靠性強、易于維修的控制系統(tǒng)。因此選擇采用可編程序控制器方案來

16、控制最合適。這是因為該控制方案的可靠性高，抗干擾能力強，無需擔心工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境會對PLC設(shè)備產(chǎn)生影響；編程方法簡單易學(xué)，采用形象直觀，易學(xué)易懂的梯形圖語言；系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少，用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少；環(huán)境要求低，適應(yīng)性強可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場；維修工作量小，維修方便可編程序控制器的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能。3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1電動機電器控制線路的設(shè)計動力頭機床電器控制線路包

17、括液壓泵電機、冷卻泵電機、鉆孔、擴孔、攻絲動力頭主軸電機的主電路、控制電路和輔助電路三個部分。主電路、控制電路和輔助電路的設(shè)計內(nèi)容包括這些電路電器元件的配置、型號的選擇以及線路中的主電路、控制電路、輔助電路原理圖的設(shè)計。 3.1.1電動機和電器元件的配置在電器控制線路中,應(yīng)配置以下元件:三相鼠籠式異步電動機、刀開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、二位置旋鈕、按鈕、接觸器、熱繼電器、熔斷器、控制變壓器等。這些元件的作用如下：1.刀開關(guān)：在機床上，主要用作電源開關(guān),起隔離電源、安全檢修的作用。2.萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)：(1)工作方式選擇開關(guān)：用于各種工作方式的選擇?！盎卦c”、“手動”、“單機”、“自動”、“半自動”的相

18、互轉(zhuǎn)換。(2)單機選擇開關(guān)：用于各單機的選擇?！般@孔”、“擴孔”、“攻絲”電機的選擇。3. 二位置旋鈕： SA3、SA4、SA5、SA6分別對回轉(zhuǎn)工作臺鉆孔電機、擴孔電機、攻絲電機作在/離線選擇；SA7、SA8分別控制HL、EL；SA9控制PLC電源的通斷。4按鈕：用來接通或斷開電路中的電流。5接觸器：用來接通或斷開電動機或其他負載主回路的自動切換電器。KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分別對液壓泵電機、冷卻泵電機、鉆孔、擴孔、攻絲動力頭主軸電機起控制作用。6、熱繼電器：根據(jù)對象的溫度變化來控制電流流通的繼電器，即是利用電流的熱效應(yīng)而動作的電器，它主要用來保護電動機的過載。8、熔斷

19、器：主要用于短路保護。FU1對電源板、整個線路起短路保護作用；FU2用于控制電路的短路保護；FU3用于控制變壓器的短路保護；FU4用于照明回路的短路保護；FU5用于信號燈供電電路的短路保護。9、控制變壓器：根據(jù)負載電壓的要求調(diào)節(jié)電壓。TC的副邊為電源指示燈HL提供6.3V電壓，為機床照明指示燈EL提供36V電壓。 3.1.2電動機型號的選擇1.電動機的選擇：電動機是機床電力拖動系統(tǒng)的拖動元件，在電動機的選擇內(nèi)容中，功率的選擇是首要的，同時，電機的轉(zhuǎn)速、型式、電壓等的選擇也是必要的7。液壓泵電機與冷卻泵電機都是按經(jīng)驗選擇。液壓泵電機選擇額定容量為3KW，冷卻泵電機選擇額定容量為90W。另三個電機

20、的選擇如下：（0.8） (1)鉆孔動力頭主軸拖動電動機M3的選擇鉆孔動力頭主軸拖動電動機功率的計算公式P=0.0646D1.19 式中 P主拖動電動機功率,KW；D最大鉆孔直徑，m 。該機床鉆孔動力頭加工的孔的最大直徑為45mm，需要的拖動功率為1.95KW,因此選擇額定功率為3KW的電動機。(2)擴孔動力頭主軸拖動電動機M4的選擇擴孔動力頭主軸拖動電動機功率的計算公式P=0.035D1.225式中 P主拖動電動機功率,KW；D最大擴孔直徑，m 該機床擴孔動力頭最大擴孔的直徑是25mm，需要的拖動功率為2.11KW，因此選擇額定功率為3KW的電動機。(3)攻絲動力頭主軸拖動電動機M5的選擇攻絲

21、動力頭主軸拖動電動機功率的計算公式P=0.004D1.7式中 P主拖動電動機功率,KW；D最大攻絲深度，m 。該機床攻絲動力頭攻絲的最大深度為35mm，需要的拖動功率為1.98KW,因此選擇額定功率為3KW的電動機。 3.1.3電器元件型號的選擇1.刀開關(guān)QS：不帶融斷器式刀開關(guān)主要有HD型及HS型，帶融斷器式刀開關(guān)有HR3系列10。）IN。式中IN-異步電動機的額定電流。3.接觸器：機床用的是交流接觸器。常用的有CJ10、CJ12、CJ20等系列交流接觸器。交流接觸器主觸點電流可根據(jù)下面經(jīng)驗公式進行選擇：IN=PN×1000/KUN4、熱繼電器：熱繼電器的額定電壓和額定電流應(yīng)大于或

22、等于被保護電動機的額定電壓和額定電流。從一個產(chǎn)品系列中選擇熱繼電器的具體規(guī)格時，主要是依據(jù)額定電流值。5、中間繼電器：選用中間繼電器的主要依據(jù)，一是繼電器觸點的額定電流應(yīng)滿足被控電路的要求；二是繼電器觸點的品種和數(shù)量必須滿足控制電路的要求。6、控制變壓器：在選用控制變壓器時，首先應(yīng)滿足副邊線圈的個數(shù)和電壓值以及原邊電源電壓的數(shù)值。該機床所用到的電動機和電器元件型號的選擇見表3.111。表3.1 電器元件明細表序號電器元件名稱電器元件代號型號數(shù)量技術(shù)數(shù)據(jù)1刀開關(guān)QSHR3-100/341220V， 100A2工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1LAY3-X/21220V， 10A3單機選擇開關(guān)SA2LAY3-

23、X/21220V， 10A4在/離線選擇開關(guān)SA3-SA6LAY3-X/24220V， 10A5工作開關(guān)SA7、SA8、SA9KN3-2-13220V，5A6功能按鈕SB1-3；SB5-23LA19-1122220V， 5A7急停按鈕SB4LA19-01JZ1220V， 10A8限位開關(guān)SQ1-SQ5SQ11-SQ13SQ21-SQ23SQ31-SQ34LX5-1115220V，15A9液壓電機M1Y132M-413KW，6A10冷卻電機M2AOB-25190W，0.5A11鉆孔電機M3Y100L-213KW，5A12擴孔電機M4Y100L-213KW，5A13攻絲電機M5Y100L-213K

24、W，5A14液壓電機接觸器KM1CJ20-631f=1200,380V63A,電壽命120萬次15冷卻電機接觸器KM2CZ0-40/021f=600,380V,40A,電壽命30萬次16鉆孔電機接觸器KM3CZ0-40/201f=1200,380V,40A,電壽命50萬次17擴孔電機接觸器KM4CZ0-40/201f=1200,380V,40A,電壽命50萬次18攻絲電機接觸器KM5CZ0-40/201f=1200,380V,40A,電壽命50萬次19攻絲電機接觸器KM6CZ0-40/201f=1200,380V,40A,電壽命50萬次20熱繼電器FR1JR16B-1502380V，150A2

25、1熱繼電器FR2-FR5JR16-20/303380V，60A22熔斷器FU1、FU2、FU3BZ0023熔體10A23熔斷器FU4、FU5BZ0012熔體5A24變壓器TCYH-60B1220V, 35W25信號燈HLA57-4367V，1W26照明燈ELDH3132136V，1W27蜂鳴器BU701-2型124，0.15A29電鈴BEVC41-75型124V 3.1.4主電路和控制電路電源的確定機床主電路采用380220V三相交流電源。是鑒于以下兩個原因1：（1） 該機床選擇的電動機是額定電壓為380V的三相鼠籠式異步電動機（2） 380220V三相交流電源易獲取。（3） 220V向控制電

26、路和降壓變壓器供電。 3.1.5主電路設(shè)計液壓泵電動機的作用是：拖動液壓泵；為液壓系統(tǒng)提供動力2。冷卻泵電動機的作用是：對工具和加工面進行冷卻，起保護作用，同時確保了加工的精度。鉆孔、擴孔、攻絲電動機的作用是：為鉆孔、擴孔、攻絲動力頭主軸的旋轉(zhuǎn)提供動力。其原理圖如圖3.1所示。圖3.1 主電路原理圖機床主電路為380V三相交流電源，接地類型是TN-S型?？傠娫从傻堕_關(guān)QS引入。交流接觸器KM1是液壓電動機M1接通和斷開的接觸器，F(xiàn)U1對電源板、整個線路起短路保護作用，F(xiàn)R1、FR2、FR3、FR4、FR5是其對應(yīng)的電機M1、M2、M3、M4、M5過載保護用熱繼電器。攻絲要求電動機能正反轉(zhuǎn)，所以

27、M5電動機要有兩個接觸器KM5、KM6。 3.1.6控制電路設(shè)計 控制電路對主電路各電動機的啟動、停止進行控制，其原理圖見圖3.21?？刂圃砣缦拢核膫€電機都采用“起、保、?！彪娐愤M行控制。液壓電動機的控制：按下按鈕SB14，接觸器KM1得電，液壓電機轉(zhuǎn)動，同時其常開觸點閉合，在電路中 “自鎖”。按下停止按鈕SB15，接觸器KM1線圈斷電而釋放。當電機過載時，通過FR1使KM1失電，使電機停下來。冷卻電機、鉆孔電機、擴孔電機的控制與液壓機的控制相同。這一電路有失壓保護功能，當電源電壓過低或消失時，接觸器KM1、KM2、KM3、KM4因電磁力不足釋放，在電壓恢復(fù)正常時，啟動按鈕SB2沒有被按下，

28、接觸器不會得電動作。若使電動機重新啟動，必須重新按啟動按鈕SB2。圖3.2 控制電路原理圖 3.1.7其他電路的設(shè)計1. 照明電路變壓器副邊為機床照明指示燈EL提供36V電壓， EL由開關(guān)SA8控制。2提供信號燈電源的電路變壓器副邊為電源指示燈HL提供6.3V電壓，HL由開關(guān)SA7控制。3. PLC及其負載的電源電路PLC供電線路的設(shè)計直接影響控制系統(tǒng)的可靠性，需要保證當其他系統(tǒng)供電中斷時，不會影響PLC的供電。該部分電路原理圖見圖3.3。圖3.3 輔助電路原理圖 3.2攻絲電機及液壓拖動部分的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計攻絲電機及液壓拖動部分的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的內(nèi)容包括：PLC輸入、輸出元件

29、型號的確定、PLC機型的選擇、PLCI/O元件的分配、PLC的I/O接線圖。 3.2.1系統(tǒng)輸入元件和輸出元件型號的確定。在PLC控制系統(tǒng)中，所需要的輸入元件有：按鈕、指令開關(guān)、限位開關(guān)；輸出元件有：接觸器、電磁閥、指示燈、蜂鳴器。這些元件的選擇見表3.1 3.2.2 PLC機型的選擇PLC機型選擇應(yīng)考慮以下因素8：（1）物理結(jié)構(gòu)根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可編程序控制器分為整體式和模塊式兩種。對于該機床這種小型控制系統(tǒng)而言，選擇整體式PLC有優(yōu)勢。采用整體式PLC，I/O點數(shù)夠用，設(shè)計好后，功能不需要再擴充。其價格便宜，安裝也非常方便。（2）指令功能的選擇FX系列可編程序控制器提供了具有不同檔次功能的幾個

30、子系列，可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選用滿足要求的子系列。不需要聯(lián)網(wǎng)通信的小型開關(guān)量控制系統(tǒng)，可以選用價格便宜的FXOS系列；I/O點數(shù)多、控制功能復(fù)雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)可以選擇FX2N系列。（3）I/O點數(shù)的確定確定I/O點數(shù)時，應(yīng)準確地統(tǒng)計出被控設(shè)備對可編程序控制器輸入/輸出點數(shù)的總需求，在次基礎(chǔ)上，應(yīng)留有10%-20%的裕量，以備今后對系統(tǒng)改進和擴充時使用。整體式可編程序控制器的基本單元、擴展單元的輸入點數(shù)和輸出點數(shù)的比例是固定的。（4）存儲器容量的選擇在初步估算時，對于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng)，將I/O點數(shù)乘以8，就是所需的存儲器的字數(shù)。鑒于以上幾個原因，本設(shè)計選用的PLC是FX2N-128M

31、R-001系列。 3.2.3 PLCI/O元件的分配為了便于施工接線和閱讀的方便，根據(jù)以上PLC及其I/O元件選擇的結(jié)果，可將輸入/輸出元件分別列入PLC輸入/輸出元件的分配表中。各輸入/輸出元件在PLC輸入/輸出點上的分配應(yīng)該遵循以下原則：（1）按元件的操作順序來安放輸入/輸出點。先操作的元件放在編號小的輸入/輸出點上；后操作的元件放在編號大的輸入輸出點上。（2）同一類元件集中分配在連續(xù)編號的一組輸入/輸出點上。（3）盡可能以單機為單位進行分配。（4）不同電壓等級的輸入/輸出元件不能放在同一組。PLC輸入元件分配表如表3.2所示,PLC輸出元件分配表如表3.3所示12。表3.2 PLC輸入元

32、件分配表輸入元件輸入點編號輸入元件輸入點編號工作方式選擇開關(guān) 回原點SA1X0單步按鈕SB12X30工作方式選擇開關(guān) 單步SA1X1單步按鈕SB13X31工作方式選擇開關(guān) 單機SA1X2單步按鈕SB14X32工作方式選擇開關(guān) 半自動SA1X3行程開關(guān)SQ1X33工作方式選擇開關(guān) 自動SA1X4行程開關(guān)SQ2X34單機選擇開關(guān) 回轉(zhuǎn)臺SA2X5行程開關(guān)SQ3X35單機選擇開關(guān) 鉆孔SA2X6行程開關(guān)SQ4X36單機選擇開關(guān) 擴孔SA2X7行程開關(guān)SQ5X37單機選擇開關(guān) 攻絲SA2X10行程開關(guān)SQ11X40在/離線選擇開關(guān) 回轉(zhuǎn)臺SA3X11行程開關(guān)SQ12X41在/離線選擇開關(guān) 鉆孔SA4X

33、12行程開關(guān)SQ13X42在/離線選擇開關(guān) 擴孔SA5X13行程開關(guān)SQ21X43在/離線選擇開關(guān) 攻絲SA6X14行程開關(guān)SQ22X44預(yù)開按鈕 SB1X15行程開關(guān)SQ23X45啟動按鈕SB2X16行程開關(guān)SQ31X46預(yù)停按鈕SB3X17行程開關(guān)SQ32X47急停按鈕SB4X20行程開關(guān)SQ33X50緊急后退按鈕SB5X21行程開關(guān)SQ34X51預(yù)留按鈕SB6X22行程開關(guān)SQ35X52單步/停止SB7X23熱繼電器FR1X53單步按鈕SB8X24熱繼電器FR2X54單步按鈕SB9X25熱繼電器FR3X55單步按鈕SB10X26熱繼電器FR4X56單步按鈕SB11X27熱繼電器FR5X5

34、7單步按鈕SB12X30壓力繼電器KPX60表3.3 PLC輸出元件分配表輸出元件輸出點編號輸出元件輸出點編號M5接觸線圈Y0M5滑臺原位顯示Y34M6接觸線圈Y1回轉(zhuǎn)臺微臺顯示Y35電磁閥YV01Y2回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)顯示Y36電磁閥YV02Y3回轉(zhuǎn)臺低回顯示Y37電磁閥YV03Y4回轉(zhuǎn)臺反靠顯示Y40電磁閥YV04Y5回轉(zhuǎn)臺夾緊顯示Y41電磁閥YV05Y6回轉(zhuǎn)臺脫離顯示Y42電磁閥YV06Y7回轉(zhuǎn)臺活返顯示Y43電磁閥YV11Y10M3快進顯示Y44電磁閥YV12Y11M3工進顯示Y45電磁閥YV13Y12M3快退顯示Y46電磁閥YV21Y13M4快進顯示Y47電磁閥YV22Y14M4工進顯示Y5

35、0電磁閥YV23Y15M4快退顯示Y51電磁閥YV31Y16M5快進顯示Y52電磁閥YV32Y17M5工進顯示Y52電磁閥YV33Y20M5正轉(zhuǎn)攻絲顯示Y54預(yù)開預(yù)停提示BEY21M5反轉(zhuǎn)退絲顯示Y55故障報警Y22M5快退顯示Y56全機全自動顯示Y23M1過載顯示Y57全機半自動顯示Y24M2過載顯示Y60單機半自動顯示Y25M3過載顯示Y61單機單步顯示Y26M4過載顯示Y62全機自動回原點顯示Y27M5過載顯示Y63全機原位顯示Y30超節(jié)拍預(yù)停顯示Y64回轉(zhuǎn)臺原位顯示Y31夾緊力不足顯示Y65M3滑臺原位顯示Y32工作周期到顯示Y66M4滑臺原位顯示Y33 3.2.4 PLC的I/O接線

36、圖 根據(jù)PLC輸入/輸出元件的分配表繪出PLC的I/O接線圖,如附圖6所示。4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計與調(diào)試 4.1 PLC程序的總體結(jié)構(gòu)本切削機床控制系統(tǒng)的軟件由公用程序、全機自動/半自動程序、單機手動程序、單機半自動程序、全機自動回原點程序、信號顯示和故障報警程序等六個部分組成。圖4.1是本控制系統(tǒng)的PLC梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)圖。任務(wù)書要求本人設(shè)計的程序部分是：公用程序、單機單步程序、全機半自動程序、全機自動回原點程序。圖4.1 PLC程序的總體結(jié)構(gòu)圖 4.2各部分程序的作用及設(shè)計過程 公用程序.1公用程序的作用公用程序主要用來對各種信號進行處理, 并將處理結(jié)果作為自動線啟動、停止、程序轉(zhuǎn)換或故

37、障報警等的一個依據(jù)6。這些信號包括:自動線的預(yù)開、預(yù)停、緊急停止和緊急后退等操作信號、各單機的原位信號、自動線啟動前應(yīng)具備的各種初始信號、由全機半自動工作方式轉(zhuǎn)換為單機單步或全機自動回原點工作方式時，使全機半自動程序復(fù)位的信號。.2公用程序的設(shè)計公用程序采用經(jīng)驗法設(shè)計，根據(jù)其所起的作用，公用程序的設(shè)計結(jié)果如圖4.2所示。圖4.2 公用程序圖4.2中，第一邏輯行中M100的線圈控制回路用來向動力頭機床發(fā)出 “預(yù)開”信號。在機床處于初始狀態(tài)、且各主軸電動機未發(fā)生過載故障、未按預(yù)停按鈕的情況下，在輔助繼電器M100的線圈回路中，除預(yù)開按鈕X15(SB1)和M100的觸點外，其余所有觸點均處于閉合狀態(tài)

38、。此時，按下預(yù)開按鈕X15，可使繼電器M100和Y21通電動作，其中，M100動作可為自動線啟動做好準備，Y21動作可接通電鈴BE的電源，向機床周圍的人員發(fā)出機床將要開車的音響預(yù)告信號。在按下啟動按鈕X16（SB2）以前，若想取消預(yù)開命令，只要按下預(yù)停按鈕X17（SB3），即可使M100斷電。第三邏輯行M8034是禁止輸出繼電器，在任何工作方式下，只要按下緊急停止按鈕X20（SB4），即可使M8034通電動作，通過系統(tǒng)程序使PLC的全部輸出繼電器復(fù)位，從而使機床緊急停車。此后，若按下啟動按鈕X16（SB2）或急退/回原點按鈕X21（SB15），可使機床繼續(xù)工作（在全機半自動工作方式下），或使機

39、床繼續(xù)回原點（在全機自動回原點工作方式下）。第四邏輯行中M102的線圈控制回路用來向機床發(fā)出 “急退”命令。第五邏輯行中的定時器T0用來對機床進行超節(jié)拍監(jiān)視。第六邏輯行是機床半自動工作方式的控制程序的復(fù)位控制回路。在工作方式選擇開關(guān)置于“回原點（X0）”或“單步（X1）”工作方式的操作位置，或同時按下“急停按鈕（X20）”和按下“急退按鈕（X21）”后，除半自動程序的初始步外，可使半自動工作方式的控制程序中的其余所有各步的編程元件全部復(fù)位。第七邏輯行是對初始步M0的置位控制回路14。在PLC由STOP狀態(tài)轉(zhuǎn)為RUN狀態(tài)，或者機床處于原點狀態(tài)時，初始化脈沖M8002或機床所有單機的原位信號都能將

40、初始步M0置位，為在半自動工作方式下轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)作好準備。 全機半自動程序.1全機半自動程序的作用全機半自動程序主要用于機床控制系統(tǒng)安裝接線或檢修完成后，以及工人交接班時對產(chǎn)品進行單件檢查，以檢查整個機床能否正常地運行一個完整的循環(huán)。.2全機半自動程序的設(shè)計在全機半自動工作方式下，機床對控制系統(tǒng)的要求是，在機床具備了所有初始條件后，按下預(yù)開按鈕X15（SB1），電鈴Y21（BE）應(yīng)響（見公用程序），以發(fā)出機床將要開車的預(yù)告信號。之后，按下啟動按鈕X16（SB2），機床即應(yīng)按下述工藝過程運行：回轉(zhuǎn)工作臺自動微抬回轉(zhuǎn)工作臺自動轉(zhuǎn)位定位夾緊各工位動力頭按自己的程序進行加工，加工完成后自動回到各自的初始

41、位置，為下次循環(huán)做準備。據(jù)此，再結(jié)合畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中所給的動力頭機床液壓拖動系統(tǒng)原理圖和圖3.3所示的PLC I/O接線圖，即可繪出機床的全機半自動程序的順序功能表圖，如圖4.3所示。圖4.3 動力頭機床全機半自動工作方式的順序功能圖根據(jù)圖4.3所示的順序功能圖設(shè)計全機半自動工作方式的梯形圖時，對圖中代表步的編程元件的控制回路可采用多種編程方式編寫，本課題采用的是“起，保，?！彪娐返木幊谭绞?。采用這種編程方式編程時，代表步的編程元件的控制回路的編程規(guī)則是：1.起動環(huán)節(jié)：由該步的前級步的編程元件的常開觸點“Mi-1”和代表轉(zhuǎn)換條件的常開觸點Xi串聯(lián)構(gòu)成。2.保持環(huán)節(jié)：由本步編程元件的的常開觸點

42、“Mi”構(gòu)成。3.停止環(huán)節(jié)：由該步的后級步的編程元件的常閉觸點“Mi+1”構(gòu)成。根據(jù)這一編程規(guī)則，代表步的編程元件的控制回路與順序功能圖的關(guān)系如圖4.4所示。 圖4.4 代表步的編程元件的控制回路與順序功能圖根據(jù)圖4.3和圖4.4可以繪出全機半自動程序的梯形圖，見圖4.5。圖4.5 全機半自動程序的梯形圖在全機半自動工作方式的PLC程序中，對機床的各單機編寫了具有“在線/離線”選擇功能以及“緊急后退”的操作功能的程序段。這兩種功能的具體含義是：1.“在線/離線”選擇：當把鉆孔動力頭的“在線/離線”選擇開關(guān)X12（SA4）旋至“在線”位置時，X12為“1”態(tài)。這樣在機床工作過程中，可使鉆孔動力頭

43、執(zhí)行“快進-工進-快退”程序，也即使鉆孔動力頭在線工作；反之，當把選擇開關(guān)X12（SA4）旋至“離線”位置時，X12為“0”態(tài)，此時在機床工作過程中，可使鉆孔動力頭跳過“快進-工進-快退”步而直接進入等待步（即M9步），從機械運動方面看，此時鉆孔動力頭并未隨機床一起工作，而是一直停在原位不動。2.緊急后退：控制系統(tǒng)的這一功能可使機床各工位的單機在向前運行的任何時刻，在按下緊急后退按鈕X21（SB15）時立即后退，退回到原位后自動停止。例如，在擴孔動力頭快進或工進過程中，當按下X21（SB15）時，可使其跳過工進步或立即中止工進步而進入快退步。由于按下X21（SB15）時M102為“1”態(tài)，因此

44、，當鉆孔動力頭、擴孔動力頭、攻絲動力頭都進入等待步時，機床將進展到急退完成后的等待步M27步。此后，若按下啟動按鈕X16（SB2），又可使自動線從M27步進展到M6步（即對回轉(zhuǎn)工作臺夾緊的步），從而使機床繼續(xù)工作。 單機單步程序.1單機單步程序的作用單機單步程序主要用來檢查或調(diào)整各單機每一單步的運行狀態(tài)（如行程的長短、夾緊力的大小等）。.2單機單步程序的設(shè)計圖4.6是本控制系統(tǒng)的單機單步程序的總體結(jié)構(gòu)圖。 圖4.6 單機單步程序的總體結(jié)構(gòu)圖在單機單步工作方式下，為了使每一個單機都能按單步方式運行，應(yīng)給每一個單機設(shè)計一個單機單步程序段。在對單機進行單步檢查或調(diào)試時，因為人的注意力有限，只能將注意

45、力集中到一個單機上來，所以在技術(shù)上必須保證在同一時間只允許一個單機運行。為達此目的，本機床的單機單步程序采用指導(dǎo)老師開發(fā)的設(shè)計方法：跳步設(shè)計法。該程序的結(jié)構(gòu)特點是：各單機的單步程序都由條件跳步指令CJ隔開，并由單機選擇開關(guān)SA2所接的PLC輸入繼電器X5X10的常閉觸點分別作為這些跳步指令的執(zhí)行條件，而每個單機的每一步程序則依次由接入PLC輸入點X24X32的七個手動按鈕SB8SB14來控制13。當欲對機床回轉(zhuǎn)工作臺進行單步檢查或調(diào)整時，可先將工作方式選擇開關(guān)SA1旋至“手動”位置，使X1為“1”態(tài)，以使PLC能夠執(zhí)行跳步區(qū)CJ P0內(nèi)的單機單步程序。再將單機選擇開關(guān)SA2旋至“回轉(zhuǎn)臺”位置，此時，X5X10中，只有X5為“1”態(tài)，其余為“0”態(tài)。因此，PLC只執(zhí)行跳步區(qū)CJ