(論文)分度盤磨銑專用機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計論文(2013年優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計論文)

畢業(yè)設(shè)計說明書 課 題 分度盤磨銑專用機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級 指導(dǎo)老師 設(shè)計完成日期 上海建橋?qū)W院機電工程系畢業(yè)論文（設(shè)計、作業(yè)）任務(wù)書（任務(wù)書須經(jīng)指導(dǎo)教師指導(dǎo)、審查并簽名）學(xué)生姓名彭懿順專業(yè)及班級機電05-1班畢業(yè)論文（設(shè)計、作業(yè)）題目分度盤磨銑專用機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書內(nèi)容：（主要研究內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等）1、 學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和設(shè)計流程2、 學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和內(nèi)容3、 根據(jù)分度盤磨銑專用機床的控制要求，進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，包括以下內(nèi)容 PLC選型和輸入、輸出地址分配 設(shè)計電氣控制原理圖和PLC接線圖 設(shè)計控制梯形圖主要參考資料： 1、可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 張萬忠主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2、可編程控制器及特殊功能模塊應(yīng)用技術(shù)（上冊） 李世基主編 3、電氣控制與可編程控制器技術(shù) 史國生主編 化學(xué)工業(yè)出版社 畢業(yè)論文（設(shè)計、作業(yè)）進度計劃：1、期限：自 2008 年 4 月 1 日起至 2008 年5 月 23 日2、具體進度安排：年 / 月 / 日計 劃 完 成 內(nèi) 容2008年4 月 11日學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和設(shè)計流程2008年4 月 25日學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和內(nèi)容2008年5 月 09日根據(jù)分度盤磨銑專用機床的控制要求，進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計2008年5 月 16日編寫畢業(yè)設(shè)計說明書2008年5 月 23日畢業(yè)設(shè)計說明書修改完善、準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日分度盤磨銑專用機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計摘要本篇文章介紹了一種利用先進的PLC技術(shù)對分度盤磨銑專用機床進行技術(shù)改造的方案；并且敘述了PLC的基本原理、PLC的工程設(shè)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)利用PLC控制液壓閥，實現(xiàn)了磨頭的上、下，工作臺升、降，液壓缸轉(zhuǎn)位、液壓缸復(fù)位的功能，從而實現(xiàn)了分度盤磨銑專用機床控制系統(tǒng)的自動化功能。關(guān)鍵詞：可編程控制器，步進指令，分度盤磨銑專用機床目 錄1. 緒論-11.1 專用機床的現(xiàn)狀-11.2 可編程控制器控制系統(tǒng)的意義-12. 總體方案的確定-1 2.1 可編程控制器的硬件和工作原理-1 2.2 系統(tǒng)的總體框圖-23. 硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)-3 3.1 硬件系統(tǒng)的構(gòu)成-3 3.2 可編程控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計-54軟件的實現(xiàn)-7 4.1 可編程控制器的編程方法-7 4.2 梯形圖-75. 結(jié)論-9參考文獻-101. 緒論 1.1 專用機床的現(xiàn)狀機床是制造產(chǎn)品的機械，也稱為工作的母體，是裝備制造業(yè)的核心設(shè)備。由于科技的發(fā)展，機床能源的供應(yīng)裝置由原來蒸汽機到交流電動機，大大地改善了機床的效率和精度。此時出現(xiàn)了專用機床，但機床都采用傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制，其雖結(jié)構(gòu)簡單，但存在著觸頭易磨損，壽命短的缺點。隨著人們對生產(chǎn)要求的進一步提高，繼電器控制已不在適應(yīng)社會的需要，此時出現(xiàn)了以可編程控制器控制的專用機床，它是充分利用計算機技術(shù)和電子技術(shù)與機械電子，以軟件代替部分硬件，以電子器件代替部分機械傳動，從而提高機床的性能。 1.2 可編程控制器控制系統(tǒng)的意義可編程控制器（PLC）是一種新型的通用控制裝置，他將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專為工業(yè)控制而設(shè)計，具有功能強、通用靈活、可靠性強、環(huán)境適應(yīng)性好、編成簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟，越來越多設(shè)備的控制都采用PLC控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，并取得了很好的經(jīng)濟效益。2. 總體方案的確定 2.1 可編程控制器的硬件和工作原理2.1.1可編程控制器的組成可編程控制器雖然外觀各異，但其硬件結(jié)構(gòu)大體相同。主要由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出器件（I/O接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。2.1.2 可編程控制器的工作原理1） 每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。 2） 輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。3） 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 4） 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 5） 掃描周期的長短由三條決定。i. CPU執(zhí)行指令的速度；ii. 指令本身占有的時間；iii. 指令條數(shù) 6） 由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。2.2 系統(tǒng)的總體框圖2.2.1分度盤磨銑專用機床的控制要求分度盤磨銑專用機床是一臺小型八工位回轉(zhuǎn)工作臺式組合機床，磨頭上安裝磨銑刀具，由磨頭電動機驅(qū)動運轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)磨頭的三次上、下運動即是對工件的磨銑加工，這個上、下運動由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)。臺升臺轉(zhuǎn)（45）臺降臺轉(zhuǎn)油缸復(fù)位，實際就是帶動被加工工件回轉(zhuǎn)45，以便進行下一工位的磨銑加工。分度盤磨銑專用機床的每個工位的工作循環(huán)如下圖所示分度盤磨銑專用機床專用機床控制要求如下：1) 反映磨頭上、下運動到位的檢測元件要選用接近開關(guān)。2) 本機床的裝卸由人工進行。裝上元件后要求能自動完成八個工位的加工，進行調(diào)整時則要求能進行一個工位的工作循環(huán)。必須要求考慮假如能重復(fù)進行八個工作循環(huán)后自動停機的控制環(huán)節(jié)。3) 控制線路要在液壓泵電動機啟動工作后才能工作4) 系統(tǒng)具有程序預(yù)選功能。程序選定后，整個加工過程能自動進行。5) 加工過程要求停位準(zhǔn)確。各運動之間應(yīng)有相應(yīng)的互鎖。6) 電源及系統(tǒng)的運行應(yīng)有相應(yīng)的指示。7) 其他必要的電氣保護措施。3. 硬件系統(tǒng)的實現(xiàn) 3.1硬件系統(tǒng)的構(gòu)成3.1.1 分度盤磨銑專用機床電動機及控制方式1. 液壓泵電動機M1液壓泵采用連續(xù)運轉(zhuǎn)工作方式，電動機M1的控制方式為單向連續(xù)工作制。液壓泵電動機輕載起動，且只有2.2KW，可直接全壓起動。用一只交流接觸器來控制液壓泵電動機M1，設(shè)為KM1。2磨頭電動機 M2磨頭采用連續(xù)運轉(zhuǎn)工作方式，電動機M2的控制方式為單向連續(xù)工作制。磨頭電動機輕載起動，也只有3KW，也可直接全壓起動。用一只交流接觸器來控制磨頭電動機M2，設(shè)為KM2。分度盤磨銑專用機床配置的電動機均在7KW以下，滿足電動機直接起動的要求，可采用直接起動。考慮到短路保護、過載保護、零電壓和欠電壓保護等電氣控制電路的基本保護，設(shè)計主電路如左圖所示。在左圖中，設(shè)置自動空氣斷路器QS為分度盤磨銑專用機床電源開關(guān)，電源開關(guān)本身具有短路和過載的保護功能，使控制系統(tǒng)形成雙重保護，F(xiàn)U12為各電動機短路保護用熔斷器。FR12為各電動機過載保護用熱繼電器，零壓和欠壓保護通過電動機電源繼電器KM12的電磁機構(gòu)來實現(xiàn)。表3-1 分度盤磨銑專用機床行程開關(guān)用途一覽表名 稱用 途SQG1磨頭上升到頂時動作SQG2磨頭下降到頂時動作SQ1回轉(zhuǎn)工作臺上升到頂時動作SQ3回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)到頂時動作 續(xù)表3-1名 稱用 途SQ2回轉(zhuǎn)工作臺下降到頂時動作SQ4液壓缸復(fù)位時壓合SQ7I工位時壓下其余均放開SQ5磨頭上升超行程保護SQ6磨頭下降超行程保護表3-2 執(zhí)行元件電磁閥節(jié)拍表名稱1YV2YV3YV4YV5YV6YV磨頭上+磨頭下+臺升+臺降+液壓缸轉(zhuǎn)位+液壓缸復(fù)位+3.1.2分度盤磨銑專用機床的控制流程1. 分度盤磨銑專用機床的控制流程的邏輯分析及設(shè)備的配置初始步:初始步01步為等待（停止）步，這時組合機床的電源尚未送電，整臺機床處于停止待命狀態(tài)，各種指示燈均在熄滅狀態(tài)。01-02步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件QF）:當(dāng)自動空氣斷路器QF接通時，系統(tǒng)從01步到02步，激活02步，關(guān)斷01步。電源指示燈和按鈕指示燈均點亮并保持，反之亦然。02-03步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件SB2）:按下按鈕SB2，液壓泵電動機電源接觸器KM1線圈得電并自鎖，液壓泵電動機M1起動，為系統(tǒng)輸出壓力油液，液壓系統(tǒng)的電磁閥全部不得電。03-04步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件KM1）:當(dāng)KM1得電后04步被激活，回轉(zhuǎn)工作臺移到到初始位置SQ7。04-05步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件SQ7）回轉(zhuǎn)工作臺移到到初始位置SQ7時，電磁閥2YV通電，切換其回油路，為系統(tǒng)送出壓力油液。磨頭向下移動。05-06步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件SQG2）磨頭移到SQG2時，電磁閥1YV通電，同時關(guān)斷2YV，切換其回油路，為系統(tǒng)送出壓力油液。磨頭向下移動。06-10步的轉(zhuǎn)換同04-06步（轉(zhuǎn)換條件SQG1或SQG2）10-11步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件SQG1）當(dāng)磨頭移到SQG1時，電磁閥3YV通電，切換其回油路，為系統(tǒng)送出壓力油液。工作臺上升。11-12步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件SQ1）當(dāng)工作臺上升到SQ1時，電磁閥3YV，5YV通電，切換其回油路，為系統(tǒng)送出壓力油液。液壓缸開始轉(zhuǎn)位。12-13步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件SQ3）當(dāng)液壓缸轉(zhuǎn)位到SQ3時，電磁閥4YV通電，切換其回油路，為系統(tǒng)送出壓力油液。工作臺下降。13-14步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件SQ2）當(dāng)工作臺下降到SQ2時，電磁閥6YV通電，切換其回油路，為系統(tǒng)送出壓力油液。液壓缸開始復(fù)位。11-12步的轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換條件SQ7）當(dāng)液壓缸復(fù)位到SQ7時，系統(tǒng)停止運行。開始拆裝零件。 3.2可編程控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計控制系統(tǒng)的設(shè)計3.2.1可編程控制器的選擇統(tǒng)計分度盤磨銑專用機床PLC輸入元器件、執(zhí)行元器件及I/O點數(shù)。如表3-3所示表3-3 PLC輸入元器件、執(zhí)行元器件及I/O點數(shù)輸入部分點數(shù)按鈕SB3行程開關(guān)9總計12 續(xù)表3-3輸出部分點數(shù)接觸器KM2電磁閥YV6指示燈HL1總計9輸入部分點數(shù)根據(jù)分度盤磨銑專用機床工藝要求, 液壓泵電動機M1的電源接觸器KM1，起動按鈕SB2，停止按鈕SB1，指示燈HL的按鈕SB3等都不進入PLC的控制程序參照PLC的I/O點數(shù)，選用三菱FX2N-32MR型PLC作為組合機床PLC控制系統(tǒng)的機型。其包括16個輸入點和16個輸出點。3.2.2 可編程控制器控制的I/O分配4軟件的實現(xiàn) 4.1可編程控制器的編程方法 4.1.1 順序控制設(shè)計法1步的劃分順序控制設(shè)計法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步，并且用編程元件（輔助繼電器M或狀態(tài)器S）來代表各步。2轉(zhuǎn)換條件的確定使系統(tǒng)由當(dāng)前步轉(zhuǎn)入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件。轉(zhuǎn)換條件可能是外部輸入信號，也可能是PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號。3功能表圖的繪制根據(jù)以上分析和被控對象工作內(nèi)容、步驟、順序和控制要求畫出功能表圖。繪制功能表圖是順序控制設(shè)計法中最為關(guān)鍵的一個步驟。4梯形圖的編制根據(jù)功能表圖，按某種編程方式寫出梯形圖程序。 4.1.2 FX2N系列PLC的步進指令步進指令是專為順序控制而設(shè)計的指令。在工業(yè)控制領(lǐng)域許多的控制過程都可用順序控制的方式來實現(xiàn)，使用步進指令實現(xiàn)順序控制既方便實現(xiàn)又便于閱讀修改。FX2N中有兩條步進指令：STL（步進觸點指令）和RET（步進返回指令）。STL和RET指令只有與狀態(tài)器S配合才能具有步進功能。如STL S200表示狀態(tài)常開觸點，稱為STL觸點，它在梯形圖中的符號為 ，它沒有常閉觸點。我們用每個狀態(tài)器S記錄一個工步，例STL S200有效（為ON），則進入S200表示的一步（類似于本步的總開關(guān)），開始執(zhí)行本階段該做的工作，并判斷進入下一步的條件是否滿足。一旦結(jié)束本步信號為ON，則關(guān)斷S200進入下一步，如S201步。RET指令是用來復(fù)位STL指令的。執(zhí)行RET后將重回母線，退出步進狀態(tài)。 4.2 梯形圖4.2.1. 梯形圖的結(jié)構(gòu)規(guī)則梯形圖作為一種編程語言，繪制時有一定的規(guī)則。在編輯梯形圖時，要注意以下幾點。1） 梯形圖的各種符號，要以左母線為起點，右母線為終點（可允許忽略右母線）從左到右分行繪出。2） 觸電應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直分支線上。3） 不包含觸電的分支應(yīng)放在垂直方向，不可水平方向設(shè)置，以便于識別觸電的組合和對輸出線圈的控制路徑。4） 如果有幾個電路塊并聯(lián)時，應(yīng)將觸電最多的支路塊放在最上面。5） 遇到不可編程的梯形圖時，可根據(jù)信號流向?qū)υ菪螆D重新編排，以便于正確進行編程。4.2.2 分度盤磨銑專用機床的PLC控制梯形圖5結(jié)論畢業(yè)設(shè)計總算是完成了，在心情徹底放松一剎那，所感受的是一種收獲后的喜悅。兩個多月的設(shè)計，所期待的不僅僅是一個結(jié)果。在設(shè)計過程中的每一次前進，或許都比那結(jié)果要生動具體得多了。因為這個過程的每一次前進，都是對大學(xué)三年所學(xué)東西的一個深化應(yīng)用的過程。一次前進，就是一筆財富。畢業(yè)設(shè)計是對以前所學(xué)知識的一次融會貫通的全面檢測；是對學(xué)生綜合運用所學(xué)過的知識，提高理論聯(lián)系實際的設(shè)計與分析計算能力的培養(yǎng)；是對學(xué)生圍繞某項專題收集閱讀，分析和運用資料的能力和學(xué)生進行獨立工作，科學(xué)研究和解決工程實際問題的能力的培養(yǎng)。我的課題是分度盤磨銑專用機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。在設(shè)計過程中，真正體會到了實踐的重要性。廣泛深入圖書館，實事求是，認真查閱有關(guān)書籍資料，鍛煉了自己的分析問題、解決問題的能力。不可否認，在這個過程中，也遇到不少