畢業(yè)設計（論文）-自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計.doc

目錄第1章自動銑床的概述-21.1自動銑床的發(fā)展及現狀-21.2銑床的主要結構-3第2章可編程序控制器（PLC）的概況-42.1PLC的概念及發(fā)展-42.1.1PLC發(fā)展回顧-42.1.2PLC發(fā)展過程-42.1.3PLC在中國的發(fā)展-52.1.4PLC的現狀-52.1.5PLC的發(fā)展趨勢-62.1.6軟PLC技術-72.2可編程序控制器的結構及工作原理-72.2.1可編程序控制器的基本結構-72.3PLC的應用領域-92.4可編程序控制器與計算機之間的通信-9第3章系統(tǒng)總體設計-113.1銑床生產流程及控制系統(tǒng)構成-12第4章硬件設計-134.1可編程序控制器PLC的選型-134.1.1可編程序控制器物理結構及控制方式的選擇-134.1.2CPU的能力-144.1.3I/O點數的確定-144.1.4響應速度-154.1.5存儲器容量的選擇-154.1.6可編程序控制器的指令系統(tǒng)-164.1.7機型選擇的其他考慮-164.2電動機的選型-174.2.1主運動電動機功率的確定-174.2.2進給運動電動機容量的確定-174.3銑床電動機組的設計-184.4銑床常用電器的選型-194.4.1按鈕-194.4.2刀開關-194.4.3組合開關-194.4.4行程開關-194.4.5接觸器-204.4.6熱繼電器-204.4.7中間繼電器-214.4.8熔斷器-214.5系統(tǒng)供電-224.6輸入/輸出接口電路-23第5章軟件設計-245.1銑床電力拖動和控制任務-245.2PLC輸入/輸出地址分配-245.3系統(tǒng)程序的設計-255.3.1控制系統(tǒng)的公共程序-255.3.2控制系統(tǒng)的自動程序-26第6章控制面板的設計-27第7章PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施-287.1硬件抗干擾措施-287.1.1抑制電源系統(tǒng)引入的干擾-287.1.2抑制接地系統(tǒng)引入的干擾-287.1.3抑制輸入輸出電路引入的干擾-297.1.4抑制外部配線干擾的措施-297.2軟件抗干擾措施-29第8章PLC系統(tǒng)的程序調試-31第9章銑床常見故障及分析-349.1銑床電機、電器故障分析-349.1.1電動機故障-349.1.2電器故障-349.2銑床電氣線路的故障-359.3人為故障-36附錄A梯形圖-37附錄B指令表-38附錄CPLC外接線圖-41附錄D電動機組啟動接線圖-42參考文獻-43自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計李張峰1自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計摘要：本篇文章介紹了自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計方案，并且敘述了銑床運行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程設計步驟。該系統(tǒng)用三菱公司的FX2N系列PLC作為控制核心，整個系統(tǒng)采用了一臺PLC控制，整個控制系統(tǒng)設一個控制室。利用PLC控制銑床運行，實現了銑床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動控制和自動控制兩種控制方式，從而實現了銑床運行的自動化功能。PLC控制的特點使原機床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件,使機床的工作效率更高。關鍵詞：可編程序控制器；銑床；電氣控制系統(tǒng)；自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計李張峰2第1章自動銑床的概述隨著電子技術的發(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，現在隨著各種先進精確的諸多控制儀器的出現，銑床控制的設計方案也越來越先進，越來越趨于完美，各種參考文獻也數不勝數。在我國7080年代大多數銑床中,大多數的開關量控制系統(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。1.1自動銑床的發(fā)展及現狀從上世紀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較大的關注。經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，我國大部分數近代機床產品在技術處于跟蹤階段。表1-1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。表1-1技術指標對比項目國內外國主軸最高轉速/r.min-16000100001000040000快移速度/m.min-124306090定位精度/mm(全行程)0.010.0160.0040.006重復定位精度/mm0.0050.0080.0020.003平均無故障運行時間MTBF/h5006001000基于這一現實為了加速振興我國的機床制造業(yè)當前宜加強如下五方面的研究和發(fā)展工作1以高速化為先導提高數控機床的綜合性能2加快數控機床向高效柔性化和高精化發(fā)展的步伐推進m級精度機床工程的規(guī)劃和實施3加強發(fā)展多功能復合加工的數控機床來提高單件和中小批量生產的加工精度和高自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計李張峰3效柔性化4對于中大批量生產發(fā)展快速重組制造系統(tǒng)和可重構機床將是一個合理的解決5發(fā)展網絡制造單元以適應數字化企業(yè)的構建1.2銑床的主要結構銑床主要由工作機構、傳動機構、和自動控制系統(tǒng)三部分組成。工作機構的主要部件有底座、床身、主軸、懸梁、縱向工作臺、回轉盤、床鞍和升降臺組成。傳動機構主要由主軸傳動系統(tǒng)和進給傳動系統(tǒng)構成。主軸傳動是由一臺7.5KW、1450r/min的主電動機驅動，主軸旋轉方向的改變由主電動機正、反轉來實現。進給傳動是由一臺1.5KW、1410r/min的進給電動機驅動，它主要用于工作臺縱向、橫向和垂直三個方向的進給運動和快速傳動。自動控制系統(tǒng)主要以PLC為核心，配合智能儀表，實現對自動銑床的自動控制以及運行狀態(tài)的檢測功能和顯示功能。自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計李張峰4第2章可編程序控制器（PLC）的概況2.1PLC的概念及發(fā)展可編程控制器(ProgrammableLogicController，簡稱PLC)，是1種數字運算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，取代各種類型的機械或生產過程的繼電器控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設計的。2.1.1PLC發(fā)展回顧現代社會要求生產廠家對市場的需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們去尋找一種新的控制裝置取而代之。2.1.2PLC發(fā)展過程1968年，美國通用汽車公司(GM)為適應汽車型號的不斷翻新，想尋找一種能減少重新設計控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時間的措施，并設想把計算機功能的完備、靈活通用和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，制成一種通用控制裝置，并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計算機的人也能方便地使用。1969年美國數字設備公司(DEC)研制出了世界上策1臺PLC，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用，獲得成功。從此，這項新技術便迅速發(fā)展起來。1971年日本從美國引進了該項新技術，很快就研制出了日本第1臺PLC。19731974年，西德和法國也相繼研制出了自己的第1臺PLC。中國從1974年開始研制，1977年應用于工業(yè)生產。限于當時的元器件條件和計算技術的發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。19691973年是PLC的初創(chuàng)時期。在這個時期，PLC從有觸點不可編程的硬接線順序控制器發(fā)展成為小型機的無觸點可編程邏輯控制器，可靠性比以往的繼電器控制系統(tǒng)有較大提高，靈活性也有所增強。其主要功能限于邏輯運算、計時、計數和順序控制，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。19741977年是PLC的發(fā)展中期。在這個時期，由于8位單片CPU和集成存儲器芯片的出現，PLC得到了迅速發(fā)展和完善，并逐步趨向系列化和實用化，普遍應用于工業(yè)生產過程控制。PLC除了原有功能外，又增加了數值運算、數據的傳遞和比較、模擬量的處理自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計李張峰5和控制等功能，可靠性進一步提高，開始具備自診斷功能。1978一1983年，PLC進入成熟階段。這個時期，微型計算機行業(yè)已出現了16位CPU，MCS5l系列單片機也由Intel公司推出，使PLC也開始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展，PLC的生產量在國際上每年以30的遞增量迅速增長。在結構上，PLC除了采用微處理器及EPROM，EEPROM，CMCSRAM等LSI電路外，還向多微處理器發(fā)展，使PLC的功能和處理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮點運算、平方、三角函數、相關數、查表、列表、脈寬調制變換等，初步形成了分布式可編程控制器的網絡系統(tǒng)，具有通訊功能和遠程I/O處理能力，編程語言較規(guī)范和標準化。此外自診斷功能及容錯技術發(fā)展迅速，使PLC系統(tǒng)的可靠性得到了進一步提高。2.1.3PLC在中國的發(fā)展在中國，大約從1974年、1975年在北京和上海開始開發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應用。但一直未能形成批量生產。在改革開放剛起步的1979年，在當時的機械部儀表局的推動下，開始從美國MODICON引進584的PLC，并首先在電站的輔機如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應用，從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個項目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。自1985年開始，小型PLC首先是日本有關公司的產品進入中國市場。不到3、4年時間，小型PLC就形成了大面積的推廣應用局面。1990年以后，Siemens、AllenBradley以及其它知名品牌開始大舉進入中國市場，占據中、大型的PLC的較大份額。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。且至今沒有很大改變。PLC在中國已經形成了規(guī)模巨大的應用市場，但并末建立批量生產、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。應指出的是：在國內，PLC的應用水平還是不低的，自主設計、系統(tǒng)集成和現場投運的能力，可以說與國際主流水平同步；PLC的應用領域也很廣泛，覆蓋冶金、電力、化工、石油化工、機械、輕工、電子、電工、建材水泥等工業(yè)，以及現代農業(yè)機械和其它應用。近年來環(huán)保工業(yè)也有廣泛應用，發(fā)展勢頭很猛；在國內有一