深孔鉆組合機(jī)床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 2013屆畢業(yè)生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書題 目 : 深孔鉆組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱:電氣工程學(xué)院 班 級(jí):自動(dòng) F09042013 年 5 月 20 日目 次1 緒論 . . 1 1.1 課題背景和主要研究?jī)?nèi)容 . . 1 1.2 深孔鉆技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r介紹 . . 11.3 PLC 在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀介紹 . 22 方案論證 . . 53 深孔鉆組合機(jī)床介紹 . . 6 3.1 深孔鉆組合機(jī)床的結(jié)構(gòu) . . 63.2 深孔鉆組合機(jī)床的控制方式 . . 74 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 9 4.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟 . 9 4.2 深孔鉆組合機(jī)床 P

2、LC 控制系統(tǒng)的控制要求 . 11 4.3 PLC 的選型 . 11 4.4 PLC 的 I/O分配表 . 12 4.5 PLC 的 I/O接線圖 . 124.6 主要電器元件選型 . . 135 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . 18 5.1 深孔鉆組合機(jī)床邏輯控制流程 . . 18 5.2 程序設(shè)計(jì) . . 20 總 結(jié) . . 22 致 謝 . . 23 參 考 文 獻(xiàn) . . 24 附錄一 語(yǔ)句表 . . 251 緒論1.1 課題背景和主要研究?jī)?nèi)容隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展,可編程邏輯控制器(PLC 被越來(lái)越多地應(yīng)用于機(jī)械加 工設(shè)備和其它電氣控制系統(tǒng)中。 現(xiàn)在人們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中所使用的機(jī)械加

3、工設(shè)備, 它的控制 系統(tǒng)有些已經(jīng)落后,而使用 PLC 則可以對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí) 1。經(jīng)過(guò) PLC 改造過(guò) 的機(jī)械加工設(shè)備,其生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率會(huì)明顯提高,降低了設(shè)備故障率,能夠 給企業(yè)創(chuàng)造更多的價(jià)值 4。使用深孔鉆組合機(jī)床,可以完成一些高精密零件的加工任務(wù)。 有很多方法可以實(shí)現(xiàn)深孔鉆組合機(jī)床的自動(dòng)化,采用 PLC 對(duì)深孔鉆組合機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化 控制,是一種比較好的控制方式。本課題的目的是把深孔鉆組合機(jī)床的控制與 PLC 結(jié)合起來(lái),以實(shí)現(xiàn)深孔鉆組合機(jī)床 的自動(dòng)控制。以前的深孔鉆組合機(jī)床使用的是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的繼電器 -接觸器 電氣控制系統(tǒng),這種傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)布線比較復(fù)雜,靈活

4、性很差,并且容易損壞元器件, 可靠性差,經(jīng)濟(jì)效益低 11。基于這種考慮,本文提出了一種基于 PLC 的控制系統(tǒng),來(lái)代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器 -接觸器控制系統(tǒng)。 PLC 以軟件手段實(shí)現(xiàn)各種控制功能,具有靈活性高、 抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便等突出優(yōu)點(diǎn)。與繼電器接觸器控制系統(tǒng)相比,極大地 提高了靈活性。1.2 深孔鉆技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r介紹在機(jī)械制造業(yè)中, 人們一般把那些孔的深度對(duì)孔的直徑的比值大于五的圓柱形的孔叫 做深孔,而孔深與孔徑的比值被人們稱為“長(zhǎng)徑比” 。然而在深孔加工中,長(zhǎng)徑比往往大 于十。深孔加工技術(shù)有廣義和狹義之分。 從狹義上來(lái)講, 深孔加工就是指使用切削加工的方 法和工業(yè)設(shè)備進(jìn)行深孔加

5、工的技術(shù)。 從廣義上來(lái)講, 深孔加工技術(shù)不僅包括用于此加工的 設(shè)備和生產(chǎn)原理, 還包括生產(chǎn)過(guò)程中的一些工作章程和操作技巧。 隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā) 展, 上世紀(jì)末出現(xiàn)了一些能夠用于深孔加工的新技術(shù), 這些技術(shù)增加了深孔加工的功能性, 極大地拓展了深孔加工技術(shù)的領(lǐng)域。深孔鉆組合機(jī)床是進(jìn)行深孔加工的專用設(shè)備。 加工質(zhì)量和工作效率是衡量深孔加工性 能的兩個(gè)指標(biāo) 15。好的加工設(shè)備不僅加工出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量很高,并且加工效率也很高。 但是鉆頭的冷卻和排屑深深地影響著深孔加工的性能, 為了使深孔加工能正常進(jìn)行, 進(jìn)而生 產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品,必須想出可行的辦法很好地解決這兩個(gè)問(wèn)題。即使在機(jī)械加工中,深 孔鉆都是一

6、項(xiàng)比較難的工藝,因?yàn)樗粌H對(duì)設(shè)備的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給等性能要求極高,而且對(duì)鉆 頭的要求業(yè)極高,只有高性能的設(shè)備才能非常完美的完成深孔加工這項(xiàng)工藝。1.3 PLC在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀介紹1.3.1 PLC發(fā)展歷程PLC 是可編程控制器的英文簡(jiǎn)稱,全稱是 Programmable Logic Controller2。它使用了 可以編程的基本功能指令,用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯、順序等功能。并且通過(guò)數(shù)字或模擬量的輸 入和輸出來(lái)控制各種機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程。早期的 PLC 功能極為有限, 只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的定時(shí)計(jì)數(shù)以及邏輯控制。 并且當(dāng)時(shí)的 PLC 結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單, 主要由中小規(guī)模集成電路和分立元件組成。 后來(lái), 隨著微處理器的出現(xiàn)

7、, 人們很快地把微處理器引入到可編程控制器中,將其作為可編程控制器的核心,使 PLC 增加了數(shù)據(jù)傳送和處理等功能。最后, PLC 發(fā)展成為了一種全新的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。 梯形圖是可編程控制器的主要編程語(yǔ)言,此時(shí)的 PLC 是微機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。 由于科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,可編程控制器的發(fā)展也不甘落后。在上個(gè)世紀(jì) 70年 代中期以后, 可編程控制器的功能得到進(jìn)一步完善, 發(fā)展迅速, 進(jìn)入了全面的實(shí)用性階段。 1980年以后,在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,他們的工業(yè)發(fā)展比較迅速,很多已經(jīng)在廣泛的使用可編 程控制器。 在這個(gè)關(guān)鍵性的時(shí)期, 越來(lái)越多的國(guó)家和企業(yè)在可編程控制器這一領(lǐng)域進(jìn)行科 學(xué)研究,快

8、速發(fā)展,使可編程控制器性能越來(lái)越高,產(chǎn)品規(guī)模也越來(lái)越大。這個(gè)階段,可 編程控制器的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟?，F(xiàn)在,在一些機(jī)械和化工領(lǐng)域,可編程控制器的應(yīng) 用發(fā)展更為迅速。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引 進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 PLC 的應(yīng)用。目前,我國(guó)已經(jīng)可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn) 的 CF 系列、 杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、 大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列、 蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了 應(yīng)用。此外

9、,無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的 PLC 生 產(chǎn)廠家。可以預(yù)期,隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入, PLC 在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.3.2 PLC的結(jié)構(gòu)PLC 是一種用于新型自動(dòng)控制裝置,其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)相比基本上相同。 PLC 系統(tǒng)主要由基本單元、 外部設(shè)備和 I/O擴(kuò)展單元組成, 其中基本單元又包含中央處理單元、 電源、 I/O接口、存儲(chǔ)器 7。如圖 1.1為 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)圖。 輸入電路 CPU RAM EPR OM 基本單元 輸出電路各 種 外設(shè)接口 內(nèi) 部 電 源擴(kuò)展I/O接口 主機(jī) 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)擴(kuò)展鏈 接電纜 輸出信號(hào) 編程器打印機(jī) PC 機(jī)現(xiàn)

10、場(chǎng) 輸入 信號(hào) 擴(kuò)展單 元 至 其 他 擴(kuò) 展 單 元 . . . . . . . 輸出電路 輸入電路 輸出信號(hào) . . . . . . 圖 1.1 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)圖1.3.3 PLC的特點(diǎn)PLC 的特點(diǎn)如下:(1可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)使用軟件編程可以實(shí)現(xiàn)大量的模擬量邏輯運(yùn)算, 解決了因繼電器觸頭接觸不良導(dǎo)致的 一些問(wèn)題。采用直流低電壓輸入,更安全、可靠。對(duì)于工業(yè)環(huán)境方面,采取諸如濾波、屏 蔽、隔離等在內(nèi)的多種抗干擾的措施,以適應(yīng)多種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。與傳統(tǒng)的繼電器 -接 觸器控制系統(tǒng)相比,更加卓越。(2質(zhì)量輕,體積小,功耗低因?yàn)椴捎昧藛纹瑱C(jī)等一些集成芯片,所以它的體積較小,結(jié)構(gòu)緊密,功耗較

11、低。(3編程簡(jiǎn)單,容易掌握PLC 采用梯形圖的方式編寫應(yīng)用程序,與繼電器控制的邏輯設(shè)計(jì)相似,編寫簡(jiǎn)單,看 起來(lái)直觀,一般人掌握起來(lái)比較容易。(4功能完善由于 PLC 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,不僅具有步進(jìn)、開關(guān)量邏輯控制和計(jì)數(shù)功能,同時(shí)還有處理模擬量、網(wǎng)絡(luò)通信、溫度控制和位置控制等功能。在使用過(guò)程中,不僅可以單機(jī)運(yùn) 行,而且可以聯(lián)網(wǎng)使用。在使用過(guò)程中,操作員可以隨時(shí)修改控制邏輯,比較方便。1.3.4 PLC發(fā)展趨勢(shì)21世紀(jì), PLC 會(huì)有更大的發(fā)展。以下是可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì): 從技術(shù)上看, 計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上, 會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種

12、出現(xiàn);從產(chǎn)品規(guī)模上看,會(huì)進(jìn)一步向 超小型及超大型方向發(fā)展; 從產(chǎn)品的配套性上看,產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全,完美的人機(jī)界面、完 備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求; 從市場(chǎng)上看,各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破,會(huì) 出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面,會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言; 從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看,可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控 制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS(Distributed control system中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。 伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展, 可編程控制器 作為自動(dòng)化控制網(wǎng)

13、絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分, 將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā) 揮越來(lái)越大的作用 12。2 方案論證我們都知道,大多組合機(jī)床的控制系統(tǒng)都是采用機(jī)械、液壓或氣動(dòng)、電氣相結(jié)合的控 制方式 9。其中,電氣控制就像是人類的大腦,起著核心作用。因此,當(dāng)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的 控制系統(tǒng)時(shí),應(yīng)當(dāng)注意分控制系統(tǒng)與機(jī)械、液壓或氣動(dòng)部分之間的相互關(guān)系 9。根據(jù)對(duì)控 制對(duì)象的分析,本文設(shè)計(jì)了兩種方案,如下。方案一 根據(jù)深孔鉆組合機(jī)床的工藝流程,可以選擇 4臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作。其中,有 主軸電動(dòng)機(jī),控制主軸的旋轉(zhuǎn);快進(jìn)(快退電動(dòng)機(jī),通過(guò)接觸器之間的互鎖控制鉆頭的 快退與快進(jìn);工進(jìn)電動(dòng)機(jī),控制鉆頭進(jìn)行工進(jìn)運(yùn)動(dòng);切削液泵電動(dòng)機(jī),

14、當(dāng)鉆頭進(jìn)行工進(jìn)工 作時(shí), 對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻。 本方案是通過(guò)四臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間的配合完成深孔鉆組合機(jī)床的工藝 過(guò)程。方案二 根據(jù)深孔鉆組合機(jī)床的工藝流程,可以選擇 3臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作。其中,主 軸電動(dòng)機(jī)控制主軸的旋轉(zhuǎn);液壓泵電動(dòng)機(jī),控制液壓傳動(dòng)過(guò)程,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)深孔鉆組合機(jī) 床滑臺(tái)的快進(jìn)、快退、工進(jìn)進(jìn)行控制;冷卻泵電動(dòng)機(jī),對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻。通過(guò)對(duì)以上兩種方案的分析, 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)可以提供很大的動(dòng)力, 并且運(yùn)動(dòng)傳遞平穩(wěn), 控制方便,因此我選擇方案二 12。該控制系統(tǒng)的框圖如圖 2.1所示。PLCPLC 按鈕按鈕 行程開關(guān)行程開關(guān) 電源電源 交流接觸器交流接觸器 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 電磁閥 電磁閥 深孔鉆組合機(jī)床深

15、孔鉆組合機(jī)床圖 2.1 系統(tǒng)框圖3 深孔鉆組合機(jī)床介紹3.1 深孔鉆組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)機(jī)床的主電路是由 3臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)及控制元件組成, 由于各電動(dòng)機(jī)的功率均 在 10kw 以下,可以采用直接啟動(dòng)方法。液壓工作臺(tái)和電動(dòng)機(jī)之間的配合與連鎖必須符合 深孔鉆組合機(jī)床的工藝要求。 工藝要求機(jī)床滑臺(tái)在工件定位夾緊后快進(jìn), 到達(dá)指定位置進(jìn) 行工進(jìn)開始鉆孔加工,經(jīng)過(guò)三次循環(huán)操作,鉆孔完成之后,機(jī)床滑臺(tái)退回原位。控制回路 出了電氣基本保護(hù)外,還設(shè)置了“電隔離保護(hù)” ,以提高安全性。深孔鉆組合機(jī)床為臥式機(jī)床,在啟動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī) M1以后,夾緊工件后,電動(dòng)機(jī) M2自行啟動(dòng),由液壓進(jìn)給系統(tǒng)推動(dòng)主軸前進(jìn),當(dāng)?shù)竭_(dá)指定

16、位置時(shí),帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加 工,電動(dòng)機(jī) M3在電動(dòng)機(jī) M2啟動(dòng)后方可啟動(dòng),加工完成后機(jī)床滑臺(tái)后退到原位,松開工 件,拔出定位銷。組合機(jī)床工藝流程如圖 3.1所示,組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 3.2所示。 SQ6SB1圖 3.1 深孔鉆組合機(jī)床工藝流程圖 圖 3.2 深孔鉆組合機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖液壓、機(jī)械、電氣三種控制相結(jié)合的控制方式非常好,能夠很好地對(duì)深孔鉆組合機(jī)床 進(jìn)行控制。并且,由于它是有三種控制方式組合而成,各個(gè)控制方式都能發(fā)揮他的優(yōu)勢(shì), 相輔相成,效果更好 9。電磁閥動(dòng)作表如表 3.1所示。表 3.1 電磁閥動(dòng)作表 注:表中“ +”表示電磁閥線圈通電, “ -”表示電磁閥線圈斷電 。3.2 深孔

17、鉆組合機(jī)床的控制方式由于深孔鉆組合機(jī)床配置的電動(dòng)機(jī)均在 10kw 以下,滿足電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的要求,所 以可采用直接啟動(dòng)方式。 電氣控制電路有基本的保護(hù)環(huán)節(jié), 例如過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)等 1。 設(shè)計(jì)的主電路如圖 3.3所示。L1L2L3液壓泵電動(dòng)機(jī) 主軸電動(dòng)機(jī) 冷卻泵電動(dòng)機(jī)FU0圖 3.3深孔鉆組合機(jī)床電氣主電路在圖 3.3中, FU1-FU3是電動(dòng)機(jī)短路保護(hù)環(huán)節(jié)中用到的熔斷器。 FR1-FR3是電動(dòng)機(jī)過(guò) 載保護(hù)環(huán)節(jié)中用到的熱繼電器。電動(dòng)機(jī) M1-M3分別由接觸器 KM1-KM3來(lái)控制,達(dá)到完 美的控制效果。 4 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟為了完美的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)

18、程的工藝要求, 進(jìn)而提升產(chǎn)品的質(zhì)量和效率, 在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò) 程中, PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則主要有四點(diǎn):a. 可靠性原則。需要保證 PLC 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使用起來(lái)安全可靠有保證。b. 經(jīng)濟(jì)型原則。 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)不僅要考慮其實(shí)現(xiàn)的功能, 更要考慮到使用者的經(jīng)濟(jì)能力, 盡量簡(jiǎn)單實(shí)用。c. 完整性原則。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,要盡量滿足工業(yè)生產(chǎn)的控制要求。d. 可持續(xù)發(fā)展原則。 應(yīng)該考慮到生產(chǎn)工藝改進(jìn)等方面的需求, 注意保留適當(dāng)?shù)纳?jí)空間。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩方面,一是硬件設(shè)計(jì),二是軟件設(shè)計(jì) 8。硬件設(shè)計(jì),就 是設(shè)計(jì) PLC 的外部設(shè)備,而軟件設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì) PLC 的應(yīng)用程序。

19、整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步 驟如圖 4.1所示。 圖 4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖4.2 深孔鉆組合機(jī)床 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求(一深孔鉆組合機(jī)床電動(dòng)機(jī)控制要求電動(dòng)機(jī) M1首先啟動(dòng),當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常同時(shí)機(jī)床供油系統(tǒng)正常后,電動(dòng)機(jī) M2和 M3方可 啟動(dòng)。主軸電動(dòng)機(jī) M2只是在工作臺(tái)進(jìn)給循環(huán)開始時(shí)啟動(dòng),當(dāng)工作臺(tái)加工完工件退回原位 后, M2停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī) M3在工作臺(tái)工進(jìn)時(shí)自行啟動(dòng),當(dāng)工進(jìn)完成后立刻停止。 (二夾緊工件裝置和定位工件裝置及機(jī)床滑臺(tái)控制要求以上說(shuō)明的工作滑臺(tái)或者與工件夾緊定位相關(guān)的裝置都是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的 6。而且 在定位銷工作期間, 我們通過(guò)控制電磁閥線圈 YV1和 YV2的通斷來(lái)

20、控制液壓缸活塞運(yùn)動(dòng) 方向,繼而控制定位銷進(jìn)行工作。在夾緊裝置工作期間,我們通過(guò)控制控制電磁閥線圈 YV3和 YV4。 YV5和 YV6、 YV7為換向電磁閥線圈。4.3 PLC的選型統(tǒng)計(jì)深孔鉆組合機(jī)床輸入輸出設(shè)備和 I/O點(diǎn)數(shù),如表 4.1所示。表 4.1 總計(jì) I/O點(diǎn)數(shù)表 根據(jù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)對(duì) I/O點(diǎn)數(shù)的要求,本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則,本文選用產(chǎn)自日本三 菱公司的可編程控制器,型號(hào)為 FX2N 32MR 。該型號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù) 16個(gè),輸出點(diǎn)數(shù) 16個(gè),輸出形式是繼電器輸出。選擇這種型號(hào)的 PLC 不僅滿足了設(shè)計(jì)要求,而且為將來(lái)該 PLC 控制系統(tǒng)的更新保留了一些適當(dāng)?shù)目臻g 12。4.4 PLC的

21、 I/O分配表如表 4.2所示,為 PLC 的輸入 /輸出分配表表 4.2 輸入 /輸出分配表 4.5 PLC的 I/O接線圖SB0SB1SB2SB3SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8KPX0X1X3X11X2X4X5X6X7X10X12X13X14COM Y0Y2Y4Y5Y6Y1Y3Y7Y10Y11Y12COM1 COM3COM2 AC220VFR1FR2FR3DC24V HL YV6YV2YV3YV4YV5YV1KM1KM2F X 2N -32M R2000.1F2000.1F200 0.1F2A阻容保護(hù)阻容保護(hù)阻容保護(hù)AC220VLN圖 4.2 深孔鉆組合機(jī)床 PLC 的

22、I/O接線圖4.6 主要電器元件選型4.6.1 電動(dòng)機(jī)選擇首先,選擇電動(dòng)機(jī)的類型。類型的選擇不僅考慮電動(dòng)機(jī)的特性,而且要考慮初期投資 和運(yùn)行成本等因素。 由于本設(shè)計(jì)對(duì)啟動(dòng)調(diào)速等性能沒(méi)有特殊要求, 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)具 有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易維修等特點(diǎn),因此,選擇三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。其次,正確選擇額定功率。一般有四種方法選擇功率:1類比法。參照同類生產(chǎn)機(jī) 械決定電動(dòng)機(jī)的額定功率。 2統(tǒng)計(jì)法。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析從中找出電動(dòng)機(jī)的額定功率與生產(chǎn)機(jī) 械主要參數(shù)之間的計(jì)算公式,按此公式計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的額定功率。 3實(shí)驗(yàn)法。用一臺(tái)同 類型或相近類型的生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)出所需功率的大小。 4計(jì)算法。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的

23、負(fù)載情況,從電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過(guò)載能力和啟動(dòng)能力等方面考慮,通過(guò)計(jì)算求出所需要的額定功率。最后, 額定電壓的選擇。 主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率和供電電壓的情況選擇電動(dòng)機(jī) 的額定電壓。本設(shè)計(jì)需要用到三臺(tái)電動(dòng)機(jī),其中 M1選擇的是由浙江臺(tái)州恒富電動(dòng)機(jī)廠生 產(chǎn)的 Y132M-4三相異步電動(dòng)機(jī), 技術(shù)參數(shù)如下:額定電壓為 AC380V , 額定功率為 1.5KW , 額定電流為 2A ,額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min, M1的主要功能是用來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓泵。電動(dòng)機(jī) M2選擇的是由臺(tái)州恒富電動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī),型號(hào)為 Y132M-4,技術(shù)參數(shù)如下:額定電壓為 AC380V ,額定功率為 7.5KW ,額定

24、電流 15A ,額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min,電動(dòng) 機(jī) M2的主要功能是主運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī) M3選擇的是由臺(tái)州恒富電動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)的三相異步電 動(dòng)機(jī),型號(hào)為 Y80M1-4,技術(shù)參數(shù)如下:額定電壓為 AC380V ,額定功率為 0.55KW ,額 定電流 1.5A ,額定轉(zhuǎn)速為 1390r/min,電動(dòng)機(jī) M3的主要功能是驅(qū)動(dòng)冷卻泵噴出冷卻液為 鉆頭降溫。4.6.2 熱繼電器的選擇熱繼電器是一種保護(hù)電器, 專門用來(lái)對(duì)過(guò)載機(jī)電源斷相進(jìn)行保護(hù), 以防止電動(dòng)機(jī)因上 述故障導(dǎo)致過(guò)熱而損壞。熱繼電器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低等特點(diǎn),選擇適當(dāng)?shù)臒?元件可得良好的反時(shí)限特性。 所謂反時(shí)限特性就是指熱繼電器動(dòng)作時(shí)

25、間隨電流的增大而減 小的性能。熱繼電器的機(jī)構(gòu)主要有三部分組成:動(dòng)作機(jī)構(gòu);加熱元件;復(fù)位機(jī)構(gòu)。熱繼電 器的動(dòng)作機(jī)構(gòu)一般都設(shè)有溫度補(bǔ)償裝置,這主要是保證其特性在一定溫度范圍內(nèi)基本不 變。在熱繼電器使用過(guò)程中,熱繼電器的整定值一般參考電動(dòng)機(jī)的額定電流選取,大約是 是后者額定電流的(0.95-1.05倍。本設(shè)計(jì)選用的三個(gè)熱繼電器都是由上海富繼電氣有限 公司生產(chǎn)的 JR36系列的,型號(hào)為 JR36-20/3D,其中 FR1的技術(shù)參數(shù)是整定電流是 2.1A , FR2的技術(shù)參數(shù)為整定電流是 15.75A , FR3的整定電流是 1.57A 。 熱繼電器 FR1-FR3主要 是為電動(dòng)機(jī) M1-M3提供過(guò)載保

26、護(hù)和電源斷相保護(hù)。4.6.3 接觸器的選擇接觸器是一種能夠反復(fù)的斷開和接通距離遠(yuǎn)的用電設(shè)備主電路或其他比較大的容量 的用電回路的自動(dòng)控制的電氣裝置。它分為交流和直流兩類,其主要以電燈、電動(dòng)機(jī)等為 主要的控制對(duì)象。接觸器主要有三部分組成,第一部分是滅弧裝置;第二部分是是觸頭系 統(tǒng);第三部分是電磁機(jī)構(gòu)。接觸器的型號(hào)說(shuō)明如圖 4.3所示。14CJ設(shè)計(jì)序號(hào)ZX 消弧 B 柵片去游離滅弧 T 表示改型后的極數(shù)(以數(shù)字表示,三 極產(chǎn)品不注明數(shù)字 A/B改型產(chǎn)品Z 直流線圈S 帶鎖扣額定電流(A CZ設(shè)計(jì)序號(hào)動(dòng)斷主觸頭 數(shù)量動(dòng)合主觸頭數(shù)量 C 不帶輔助觸頭額定電流 (AC/22帶輔助觸頭D-不帶輔助觸頭D/

27、22帶輔助觸頭圖 4.3 接觸器型號(hào)說(shuō)明本文選用的接觸器是由浙江永華電氣有限公司生產(chǎn)的 CJ20系列交流接觸器,其中 KM1的型號(hào)是 CJ20-10, 額定電壓是 380V , 額定電流是 10A , 線圈額定電壓是 220V ; KM2的型號(hào)是 CJ20-16,額定電壓是 380V , 額定電流是 25A ,線圈額定電壓是 220V 。 KM3與 KM1的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)相同。接觸器 KM1-KM3分別用來(lái)控制電動(dòng)機(jī) M1-M3的運(yùn)轉(zhuǎn)。 4.6.4 熔斷器選擇熔斷器是一種串聯(lián)于電路中利用金屬導(dǎo)體作為熔體, 當(dāng)短路或過(guò)載電流通過(guò)時(shí), 由于 發(fā)熱致其熔斷,從而斷開電路達(dá)到保護(hù)目的的電器。熔斷器是一

28、種簡(jiǎn)單有效的保護(hù)電路, 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、價(jià)格低廉,廣泛的使用在工業(yè)生產(chǎn)中。熔斷器的主要作用 是用來(lái)進(jìn)行短路保護(hù),偶爾也可以進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。熔斷器主要有兩部分組成,一是安裝熔 體的熔管,二是熔體;其中熔體俗稱保險(xiǎn)絲,熔管又叫熔座。熔斷器型號(hào)說(shuō)明如圖 4.4所 示。R熔斷器 類型代號(hào)熔體額定電流 熔斷器額定電流 設(shè)計(jì)代號(hào)圖 4.4 熔斷器型號(hào)說(shuō)明選擇熔斷器時(shí), 必須保證其額定電壓大于電路工作電壓, 額定電流等于或大于所裝熔 體額定電流。本設(shè)計(jì)中所使用的熔斷器是由華通機(jī)電集團(tuán)生產(chǎn)的 RT14系列的,其中 FU0選擇的型號(hào)是 RT14-32,額定電流是 32A ; FU1選擇的是 RT14-

29、20,額定電流是 4A ; FU215選擇的是 RT14-20,額定電流是 20A ; FU3選擇的是 RT14-20,額定電流是 2A 。4.6.5 主令電器選擇主令電器一般是用于發(fā)出命令進(jìn)而分?jǐn)嗪徒油刂齐娐?一般有轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、和 位置開關(guān)等類型。按鈕是一種具有儲(chǔ)能復(fù)位功能并且需要人力來(lái)操作的開關(guān)電器。 按鈕的主要結(jié)構(gòu)是由 復(fù)位彈簧和一些簡(jiǎn)單的裝置等組合而成的。按鈕使用的非常普遍,本設(shè)計(jì)也是用了按鈕。 本文采用的是由上海五九自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 LA19-11A 按鈕, SB0-SB3使用的一 樣,額定電壓是 220V ,額定電流是 11A 。行程開關(guān)又稱限位開關(guān), 是一種在工業(yè)生

30、產(chǎn)中經(jīng)常用到的小電流主令電器, 主要用來(lái) 對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線、 機(jī)床或其他生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行限位及流程控制。 行程開關(guān)還應(yīng)用于重型機(jī)械領(lǐng) 域,對(duì)重型機(jī)械的行程加以控制。在實(shí)際生產(chǎn)中,行程開關(guān)需要被安裝到預(yù)定位置,當(dāng)裝 其被安裝在生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊時(shí), 行程開關(guān)的觸點(diǎn)發(fā)生動(dòng)作, 繼而實(shí)現(xiàn)電路 之間的切換。行程開關(guān)主要有兩種類型:1、滾輪旋轉(zhuǎn)式行程開關(guān) 其復(fù)位方式有非自動(dòng) 和自動(dòng)復(fù)位兩種。 此類行程開關(guān)主要使用在做低速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械中。 2、 直動(dòng)式行程開關(guān) 它 用運(yùn)動(dòng)部件上的撞塊碰撞行程開關(guān)的頂桿, 達(dá)到控制的目的。 這種開關(guān)不能在模塊的移動(dòng) 速度低于 40cm/min的場(chǎng)合中使用。本文所使用的行程開

31、關(guān)是由上海五久自動(dòng)化設(shè)備有限 公司生產(chǎn)的。行程開關(guān)的型號(hào)為 LX5-11N2,技術(shù)參數(shù)為:主要用于交流電壓至 380V ,電 流至 3A 的控制電路中。本文所涉及到的主要元器件選擇如表 4.3所示。表 4.3 元器件選型表 1617 5 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1 深孔鉆組合機(jī)床邏輯控制流程首先啟動(dòng)刀開關(guān) QS ,系統(tǒng)由停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到激活等待狀態(tài)。按下啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) M1的 按鈕 SB1,然后接觸器 KM1的線圈得電并進(jìn)行自鎖。同時(shí)液壓泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),為液壓系 統(tǒng)的起動(dòng)做好充分的準(zhǔn)備。KM1得電后,按下啟動(dòng)液壓系統(tǒng)按鈕 SB2,液壓系統(tǒng)開始供油,為機(jī)床滑臺(tái)工作做 準(zhǔn)備。此時(shí), YV1得電,工件定

32、位。當(dāng)工件定位行程開關(guān) SQ1接通后,表示工件已處于 規(guī)定位置,此時(shí)電磁閥 YV3得電,執(zhí)行工件夾緊命令。待工件夾緊壓力繼電器檢測(cè)到壓 力變化達(dá)到規(guī)定值時(shí),表示工件夾緊,壓力繼電器 KP 動(dòng)作,主軸電動(dòng)機(jī)的電源接觸器 KM2得電,同時(shí) YV5和 YV7得電,工作臺(tái)快進(jìn)。當(dāng)滑臺(tái)快進(jìn)到預(yù)定位置壓下快進(jìn)結(jié)束 行程開關(guān) SQ3,使 YV7斷電, YV5通電,工作臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與此同時(shí)冷卻泵電動(dòng) 機(jī) M3的電源接觸器 KM3得電,冷卻泵電動(dòng)機(jī)開始工作。等到工作臺(tái)工進(jìn)到規(guī)定位置時(shí) 開始進(jìn)行鉆孔加工。工件第一次工進(jìn)到特定位置,滑臺(tái)壓下行程開關(guān) SQ4,電動(dòng)機(jī) M3停 止,電磁閥 YV6得電,滑臺(tái)快速后退

33、,定時(shí)器 T0線圈通電,開始計(jì)時(shí)。經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間 后, 計(jì)時(shí)結(jié)束, T0動(dòng)作, 常開觸頭閉合, 電磁閥 YV6失電, YV5得電, 工作臺(tái)二次工進(jìn), 冷卻泵電動(dòng)機(jī) M3的電源接觸器 KM3得電,冷卻泵電動(dòng)機(jī)開始工作。到達(dá)特定位置壓下 行程開關(guān) SQ5,電磁閥 YV5失電, YV6得電,冷卻電動(dòng)機(jī) M3停止,工作臺(tái)快退,同時(shí) 定時(shí)器 T1的線圈通電,計(jì)時(shí)開始。經(jīng)過(guò)特定的時(shí)間,定時(shí)器 T1動(dòng)作此時(shí)電磁閥 YV5得 電, YV6失電,工作臺(tái)工進(jìn),冷卻泵電動(dòng)機(jī) M3的電源接觸器 KM3得電,冷卻泵電動(dòng)機(jī) 開始工作。當(dāng)工進(jìn)到規(guī)定位置壓下行程開關(guān) SQ6,此時(shí)電磁閥 YV5失電, YV6得電,冷 卻電動(dòng)機(jī)

34、 M3停止?；_(tái)快退到原位,壓下快退結(jié)束行程開關(guān) SQ7。主軸電動(dòng)機(jī) M2的電 源接觸器 KM2和電磁鐵 YV3失電,松開工件,此時(shí)壓下夾緊原位行程開關(guān) SQ2,使電磁 閥 YV2得電,拔去定位銷,行程開關(guān) SQ8得電,所有開關(guān)復(fù)位,程序停止。本控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)流程圖如圖 5.1所示。18 圖 5.1 狀態(tài)流程圖5.2 程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制程序梯形圖如圖 5.2所示。 圖 5.2 梯形圖語(yǔ)句表見附錄一?？?結(jié)可編程控制器是新型的自動(dòng)控制裝置, 慢慢取代了以前的使用繼電器接觸器控制的系 統(tǒng)。它具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。 PLC 由于使用了單片機(jī)等集成芯 片,因此它質(zhì)量輕,

35、體積小,相應(yīng)的功耗就低。使用 PLC 來(lái)控制深孔鉆組合機(jī)床,非常 方便,不僅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而且效率很高,同時(shí)容易進(jìn)行保養(yǎng)和維修。本文主要是根據(jù)深孔鉆組合機(jī)床的工藝流程,合理的設(shè)計(jì)出深孔鉆組合機(jī)床 PLC 控 制系統(tǒng)的硬件部分,選擇合適的電動(dòng)機(jī)及其它各種元器件,進(jìn)行 PLC 的選型和 I/O分配, 畫出主電氣原理圖和輸入 /輸出接線圖。然后設(shè)計(jì)深孔鉆組合機(jī)床 PLC 控制系統(tǒng)的軟件部 分,畫出梯形圖。本設(shè)計(jì)主要是控制深孔鉆組合機(jī)床進(jìn)行三次進(jìn)給循環(huán)運(yùn)動(dòng),不僅可以排 屑,而且能夠?qū)︺@頭進(jìn)行充分的冷卻,以確保其能以最佳狀態(tài)進(jìn)行深孔加工。本設(shè)計(jì)還有 一些不足之處,工件的放入和取出都是由人工進(jìn)行的,沒(méi)能實(shí)

36、現(xiàn)全面的自動(dòng)化加工,是個(gè) 遺憾。深孔加工技術(shù)是一項(xiàng)很重要的加工工藝, PLC 控制系統(tǒng)起著關(guān)鍵的作用,希望以后 能對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的不足之處加以完善和改進(jìn),使之能更好的服務(wù)。致 謝本文是在導(dǎo)師林琪老師的精心指導(dǎo)下完成的。 在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的幾個(gè)月里, 林琪老師 在每個(gè)環(huán)節(jié)里對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)心地講解, 告訴我設(shè)計(jì)的大致方向和思路, 使我對(duì)本課題 有了更為深刻的認(rèn)識(shí)和理解。 在此期間, 林老師對(duì)我完成的每一項(xiàng)任務(wù)都進(jìn)行了仔細(xì)的檢 查和說(shuō)明,以便我進(jìn)行改進(jìn)。在此,對(duì)在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成期間給予我極大幫助的林琪老師說(shuō) 聲謝謝,老師,您辛苦了!通過(guò)本次設(shè)計(jì),我對(duì)以前所學(xué)的理論知識(shí)有了更為深刻的認(rèn)識(shí),理論聯(lián)系

37、實(shí)踐,培養(yǎng) 了我查閱資料和獨(dú)立完成任務(wù)的能力。并且在此期間,我得到了一些同學(xué)的幫助,在此對(duì) 他們表示深深的感謝 !最后,謝謝各位老師參加我的論文答辯,非常感謝!參 考 文 獻(xiàn) 1 胡俊達(dá).PLC 在專用雙面銑床電氣控制中的應(yīng)用J.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)， 2003， (1235-37. 2 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 3 尹昭輝，姜福詳，高安邦.數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化改造設(shè)計(jì)J.電腦學(xué)習(xí)，2006(4，8. 4 呂棟騰，劉曉青.基于 PLC 控制的普通臥式銑床電氣化改造J.新技術(shù)新工藝， 2011(631-33. 5 李明建.基于 PLC 三面銑組合機(jī)

38、床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究J.無(wú)線互聯(lián)科技， 2012(1293. 6 劉春林，閔文林，林科錢，肖柳蔭.液壓-機(jī)械式滾齒機(jī)自動(dòng)夾緊裝置J.液壓氣動(dòng)與密 封，2012(460-61. 7 曾葵.基于 PLC 技術(shù)的機(jī)床控制應(yīng)用J.制造業(yè)自動(dòng)化，2012(10129，137. 8 鄭鳳翼，金沙.圖解西門子 S7-200 系列 PLC 應(yīng)用 88 例M.北京：電子工業(yè)出版社， 2009 9 賀哲榮.機(jī)床電氣控制線路試圖技巧M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 10 曹春宜.雙面鉆孔組合機(jī)床的改造J.大眾科技，2010(1108-109 11 12 13 14 15 16 17 呂棟騰， 孫永芳.普通臥式車床電氣控制系統(tǒng)的 PLC 改造J.科技信息， 2001(789-92. 王立峰.千米瀝青碳纖維收絲系統(tǒng)控制與試驗(yàn)研究D.北京：北京化工大學(xué)，2009 金大青PLC 在機(jī)床電氣控制中應(yīng)用J木工機(jī)床，2011(3 候正坤，盛洪斌. PLC 在深孔鉆機(jī)床控制電路中的應(yīng)用J.一重技術(shù),2008(288-89 劉燕平.PLC 在深孔鉆組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.機(jī)床電器，2005.(342-43 葉曉光 .PLC 在組合機(jī)