三面銑組合機床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

三面銑組合機床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 系別：電子信息與電氣工程系班級：電氣052姓名：陳其榮孫廷津座號：14號36號指導(dǎo)老師：日期：目錄摘要設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)二、硬件設(shè)計1路原理圖的設(shè)計1.2PLC外圍電路及I/O接線圖三、元器件的選擇四、軟件設(shè)計五、人機界面六、設(shè)計小結(jié)七、附錄1．電氣原理圖2．PLCI/O接線圖3．功能表圖摘要可編程控制器以體積小功能強大所著稱，它具有可靠性高、抗干擾能力強，編程簡單、使用方便，功能完善、通用性強，設(shè)計安裝簡單、維護方便，體積小、重量輕、能耗低等優(yōu)點。不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。本次課程設(shè)計是基于PLC的電器控制系統(tǒng)的設(shè)計，是PLC在三面銑組合機床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過PLC的電器控制和上位機的配合，實現(xiàn)上下位機間的通訊，控制。本次的系統(tǒng)是由四臺電機來實現(xiàn)對工件三個面的銑削加工，同時并可實現(xiàn)手動操作控制和自動控制，有單循環(huán)自動工作、單銑頭自動工作和點動三種工作方式。并用組態(tài)王軟件設(shè)計控制面板，來實現(xiàn)對機床工作流程的控制。設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)1.1三面銑組合機床的概述三面銑組合機床是用來對Z512W型臺式鉆床主軸箱的∮80、∮90孔端面及定位面進行銑削加工的一種自動加工設(shè)備。如圖1所示為加工工件示意圖。圖1加工工件示意圖1.2三面銑組合機床的基本組成機床主要由底座、床身、銑削動力頭、液壓動力滑臺、液壓站、工作臺、工件松緊液壓缸等組成。機床底座上安放床身，床身上一頭安裝由液壓動力滑臺，工件及夾緊裝置放于滑臺上。床身的兩邊各安裝一臺銑削頭，上方有立銑頭，液壓站在機床附近。1.3加工過程三面銑組合機床的加工過程如圖2所示。操作者將要加工的零件放在工作臺的夾具中，在其他準(zhǔn)備工作就緒后，發(fā)出加工指令。工件夾緊后壓力繼電器動作，液壓動力滑臺（工作臺）開始快進，到位轉(zhuǎn)工進，同時起動左和右1銑頭開始加工，加工到某一位置，立銑頭開始加工，加工又過一定位置右1銑頭停止，右2銑頭開始加工，加工到終點三臺電動機同時停止。待電動機完全停止后，滑臺快速退回，工件松開，一個自動工作循環(huán)結(jié)束。操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新發(fā)出加工指令重復(fù)上述工作過程。1.4三面銑組合機床的液壓系統(tǒng)三面銑組合機床中液壓動力滑臺的運動和工件松緊是由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的。如表1為液壓系統(tǒng)的原理圖。YV1YV2YV3YV4YV5BP1BP2原位-（+）-----夾緊+-----+快進（+）-+---+工進（+）-+-+-+死擋鐵停留（+）-+-+++快退（+）--+--+松開-+----- 表1液壓元件動作表1）有單循環(huán)自動工作、單銑頭自動循環(huán)工作、點動三種工作方式。2）單循環(huán)工作方式如圖2所示，油泵電機在自動加工一個循環(huán)后不停機。3）單銑頭自動循環(huán)工作包括：左銑頭單循環(huán)工作、右1銑頭單循環(huán)工作、右2銑頭單循環(huán)工作、立銑頭單循環(huán)工作。單銑頭自動循環(huán)工作是時，要考慮各銑頭的加工區(qū)間。4）點動工作包括：四臺主軸電動機均能點動對刀、滑臺快速（快進、快退）點動調(diào)整、松緊液壓缸的調(diào)整（手動松開夾緊）。5）五臺電動機均為單向旋轉(zhuǎn)。6）要求有電源、液壓泵工作、工件夾緊、加工、原位信號指示。7）要求快退回來時要對工作臺進行潤滑。8）要求有照明電路和必要的連鎖環(huán)節(jié)與保護環(huán)節(jié)。三面銑組合機床系統(tǒng)控制的加工部分采用PLC設(shè)計，其中自動加工部分采用順序控制設(shè)計法，手動部分采用經(jīng)驗設(shè)計法。油泵指示、電源指示、油壓指示、原位指示、照明、快退潤滑等在PLC外電路中設(shè)計實現(xiàn)。本實習(xí)采用菱陽FX系列的PLC，并規(guī)定采用I/O口為40點的PLC，其中輸入端口為24點，輸出端口為16點。上位機采用組態(tài)王6.5軟件進行設(shè)計，實現(xiàn)上下位機間的通訊及控制。硬件設(shè)計電路原理圖的設(shè)計1.1主電路圖（見附圖）主電路只要由刀開關(guān)Q、熔斷器FU、熱繼電器FR、交流接觸器KM的主觸點等電器元件及五臺電動機組成。設(shè)計思路：為了確保刀具與工件的安全，在主軸電動機、油泵電動機過載時，除了本電動機停止外，進給電動機（左右工速電機，左右快速電機）也要相應(yīng)的停止。因此必須把進給電動機并聯(lián)在主軸的熔斷器FU之下（如附圖1所示），使主軸電動機和進給電動機有共同的熔斷器FU，保證過載時同時切斷。主電路的保護環(huán)節(jié)：（1）熔斷器主要起短路保護及過載保護；（2）繼電器起自動接通或斷開控制電路和保護電力裝置的作用；（3）接觸器用于遠程控制負(fù)荷，切斷帶負(fù)荷電路； 1.2PLC外圍電路及I/O接線圖（見附圖）PLC外控制電路包含有照明電路、油泵指示及電源指示信號。照明燈用個單獨的開關(guān)來控制，油泵指示燈則由KM5接觸器的常開輔助觸點控制，當(dāng)油泵打開時，KM5常開觸點閉合，油泵指示燈亮，電源指示燈則由線路的總開關(guān)來控制，當(dāng)開關(guān)閉合時，電源指示燈亮。本次設(shè)計的PLC輸入點數(shù)有18個，輸出點數(shù)有17個輸入點數(shù)的確定：（1）手/自動共有的：死檔鐵停留信號BP1、夾緊信號BP2、油壓信號BP3、原位行程開關(guān)SQ1、上下位機切換開關(guān)SA1。（2）自動所特有的：開始按鈕SB5、左銑及右1銑頭行程開關(guān)SQ2、右2銑頭行程開關(guān)SQ3、立銑頭行程開關(guān)SQ4。還有用三個點五種狀態(tài)來實現(xiàn)單循環(huán)自動工作、左銑動力頭自動循環(huán)工作、右1銑動力頭自動循環(huán)工作、右2銑動力頭自動循環(huán)工作、立系動力自動循環(huán)工作之間的切換。（3）手動加工部分有：快進按鈕SB1、快退按鈕SB2、夾緊按鈕SB3、松開按鈕SB4、左動力頭點動按鈕SB6、右1動力頭點動按鈕SB7、右2動力頭點動按鈕SB8、立銑動力頭點動按鈕SB9。為了盡量減少所需的I/O點數(shù)，采用分組輸入的方法來減少輸入點數(shù)。由于三面銑組合機床系統(tǒng)中有自動和手動兩種工作方式，其中動力頭的電動輸入點可以和自動狀態(tài)下的相對應(yīng)的行程開關(guān)輸入點復(fù)用，即X13、X15、X16三個點可以復(fù)用，為了防止出現(xiàn)寄生回路，產(chǎn)生錯誤輸入信號，在共用的輸入端口串聯(lián)二極管。輸出點數(shù)的確定：在輸出端包含有交流110V線圈：左動力頭接觸器線圈KM1、右1動力頭接觸器線圈KM2、右2動力頭接觸器線圈KM3、立銑頭電動機接觸器線圈KM4。直流24V線圈：夾緊電磁閥線圈YV1、松開電磁閥線圈YV2、快進電磁閥線圈YV3、快退電磁閥線圈YV4、工進電磁閥線圈YV5、潤滑電磁閥線圈YV6。還有交流220V的指示燈：原位指示L1、加工指示L2、工件夾緊指示L3、油壓報警指示L4、夾緊報警指示L5、快進報警指示L6、快退報警指示L7。在輸出（Y10—Y13）中由于是交流線圈輸出，為了防止突然斷電，由于電感的存在（U=L*di/dt），會產(chǎn)生高壓脈沖，損壞PLC，在輸出要并聯(lián)RC電路，起續(xù)流作用。而輸出（Y2—Y7）是直流輸出，同樣要并聯(lián)續(xù)流二極管，保護PLC。元器件的選擇1.PLC的選擇I／O點數(shù)：在滿足控制要求的前提下力爭使用的I／O點最少，但必須留有一定的裕量（10％~15％）?；诒驹O(shè)計I/O口的要求，需18個輸入點，17個輸出點，因此我們選擇了FX-0N這種型號的PLC。2.接觸器的選擇立、右1銑削頭電動機：JO2-32-4，3.0kw，1430r/min，380v，6.5A根據(jù)以上參數(shù)選出接觸器的型號：KM1、KM3的型號CJ20-10，KM2、KM6、KM1的型號CJ20-83.熱繼電器的選擇一般情況下熱元件額定電流按電動機額定電流來選擇。對于過載能力較差的電動機，熱元件額定電流應(yīng)適當(dāng)降低。熱繼電器的額定電流大于等于熱元件的額定電流，熱繼電器的額定電壓大于或等于線路和額定電壓，根據(jù)三面銑組合機床的原理圖及上述電動機的一些參數(shù)其型號可選JR20-10/14R，JR20-10/13R，JR20-10/10R等。4.熔斷器的選擇熔體額定電流與負(fù)載大小、負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。對于一般照明電路、電熱電路等負(fù)載：可按負(fù)載電流大小來確定熔體的額定電流。對于電動機負(fù)載:單臺:INP=（1.5~2.5）INM；多臺:INP=（1.5~2.5）INMmax+∑INM5.開關(guān)選擇5．1刀開關(guān)參數(shù)選擇：極數(shù)，額定電流，額定電壓，通斷能力等5．2組合開關(guān)參數(shù)選擇：位數(shù)（2~4），極數(shù)（1~4），額定電流，額定電壓，通斷能力等。5．3萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)參數(shù)選擇：位數(shù)，接線圖編號，額定電流，額定電壓，通斷能力等。6.主令電器的選擇6．1控制按鈕的選用參數(shù)選擇：額定電壓，額定電流，圓形頭或方形頭、安裝尺寸，結(jié)構(gòu)形式，動作方式等。6．2行程開關(guān)的選擇參數(shù)選擇：操作頭的結(jié)構(gòu)，自動復(fù)位或非自動復(fù)位，長擋鐵與短擋鐵，觸點的數(shù)量。6．3控制變壓器的選擇變壓器一、二次電壓應(yīng)與交流電源電壓、控制電路電壓與輔助電路電壓要求相符。電器元件清單序號名稱符號型號規(guī)格數(shù)量備注1按鈕SB1LA20-11J1SB1用于急停2按鈕SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10LA20-1193行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9、SQ10LX19-111104轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1、SA3、SA4、SA5、SA6HZ10-10/155轉(zhuǎn)換開關(guān)SA7HZ10-10/216轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2LW5-15D17組合開關(guān)QSHK1-6018熔斷器FU1RL6-63/50150A9熔斷器FU2RL6-25/61≈6A10熔斷器FU3、FU5RL6-25/252≈25A11熔斷器FU4、FU6RL6-25/122≈12A12熔斷器FU7、FU8、FU11、FU12RL6-25/2413熔斷器FU9、FU10RL6-25/102≈1014接觸器KM1、KM3、KM4、KM5、KM7、KM8、KM97或CJ20-1015接觸器KM2、KM6CJ20-10216熱繼電器FR1、FR3、FR6JR20-10/9R317熱繼電器FR4、FR7JR20-10/11R2整定范圍：4～5～6/A18熱繼電器FR2、FR5JR20-10/14R2整定范圍：7～8.6～10/A19信號燈HL1、HL2AD1-30/1112額定電壓：XZ36-1.5WE10/1320信號燈HL3、HL4AD1-30/1112額定電壓：220V-5WE1421照明燈EL1、EL2JC1-12額定電壓：36V額定功率35W22變壓器TBK-15001軟件設(shè)計功能表圖（見附圖）發(fā)出加工指令（按下按鈕），YV1得電工件自動夾緊，壓力繼電器BP2動作，YV3得電工作臺快進到達行程開關(guān)SQ2處，YV5得電轉(zhuǎn)為工進，左、右1銑頭開始工作，工作臺運動到SQ3處時立銑頭開始工作，運動到SQ4時，右1動力頭停止，右2動力頭得電工作，直到工作臺運動到終點時，碰到死檔鐵停留，壓力繼電器BP1動作，所有的動力頭都停止，同時，YV4得電快退回原位，YV2得電松開工件，一個工作循環(huán)結(jié)束。功能表圖思路遵循加工過程為：上電后輸入油壓信號，先判斷滑臺是否在原位，不是原位跳到S35待夾緊信號來是退回原位。若在原位，原位指示燈亮，再判斷是手動還是自動，若為手動則，轉(zhuǎn)手動程序，若為自動，按下開始按鈕到S22使工件夾緊，待夾緊信號X1來時，進入下一步S23使工作臺快進，同時夾緊信號燈和加工信號燈亮，接下來要進行工作方式的選擇，當(dāng)條件給定為單循環(huán)自動工作方式時，進入S24、S25、S26，死檔鐵停留油壓繼電器BP1動作時退回。當(dāng)條件給定為左動力頭單循環(huán)工作方式時，進入S28，死檔鐵停留油壓繼電器BP1動作時退回。當(dāng)條件給定為右1動力頭工作方式時進入S29，碰到行程開關(guān)SQ4時退回。當(dāng)條件給定為右2動力頭單循環(huán)工作方式時進入S30，死檔鐵停留油壓繼電器BP1動作時退回。當(dāng)條件給定為立銑頭單循環(huán)工作方式時S31，死檔鐵停留油壓繼電器BP1動作時退回。由S27、S32、S34為快速退回部分。手動與自動的切換，只需一個轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2就可以實現(xiàn)，手動部分無需點開始按鈕，直接對相應(yīng)的按鈕進行操作即可。在手動程序中還包含了，油壓報警，未夾緊報警程序，快進程序報警和快退程序報警。梯形圖初始化程序為了使程序能正常的運行，必需在開啟PLC時使S0被激活，否則程序無法運行，同時也要考慮到，突然斷電時，必需時全部的步復(fù)位，因此采用入下圖的程序：2.2判斷是否在原位的程序若在原位則輸入繼電器X4動作常開觸點閉合，轉(zhuǎn)入自動程序步，若不在原位則輸入繼電器X4不動作使用其常閉觸點，使其轉(zhuǎn)入手動程序步，使得輸出繼電器Y2得電夾緊，待夾緊信號一來，跳到快退程序步。其梯形圖程序如下其中X5為手動與自動轉(zhuǎn)換觸點，當(dāng)輸入繼電器X5不得電時可用X5常閉觸點做為自動連接觸點，當(dāng)輸入繼電器X5得電時，常閉觸點打開，斷開其自動程序：切換到手動狀態(tài)的程序同理，可用輸入繼電器X5的常開觸點做為，手動程序步的連接觸點，當(dāng)輸入繼電器X5得電時，常開觸點閉合，轉(zhuǎn)入手動程序，梯形圖如下：2.4工作方式的切換程序?qū)τ诠ぷ鞣绞降那袚Q，我們用了PLC輸入的三個點X17、X20、X21來組合5種狀態(tài)：單循環(huán)自動工作、左銑動力頭自動循環(huán)工作、右1銑動力頭自動循環(huán)工作、右2銑動力頭自動循環(huán)工作、立系動力自動循環(huán)工作之間的切換。各種工作狀態(tài)的工作區(qū)間可以用行程開關(guān)和壓力繼電器BP1來判斷，比如，立銑頭的工作區(qū)間可以用行程開關(guān)SQ3和壓力繼電器BP1來確定，即X16、X0其梯形圖如下：2.5快速退回程序單每個循環(huán)工作結(jié)束時，要停留2s待動力頭停穩(wěn)后再快速退回，這樣不會損傷工件表面，同時退回的過程要進行潤滑，當(dāng)退回原位時，要自動松開，最后是將所有的電磁閥斷電原位指示燈亮，這就要使最后的程序回到S0。梯形圖如下：2.6手動程序手動程序中包含，快進點動，快退點動，手動夾緊，手動松開以及各個動力頭的點動操作其梯形圖如下：報警程序這部分程序主要包括油壓報警、夾緊報警、快進報警、快退報警，當(dāng)油壓突然消失時要使油壓報警燈閃爍，沒有松開時也要使夾緊報警燈閃爍，當(dāng)快進時間超過一定是時間，要使快進報警燈閃爍，同理快退也時一樣，梯形圖如下：程序調(diào)試調(diào)試步驟：（1）打開GXDeveloper，創(chuàng)建新工程。（2）輸入梯形圖程序，輸入好后點擊程序變換/編譯按鈕（3）將程序?qū)懭隤LC。點擊[在線]，[PLC寫入]，選擇[MAIN]，點擊[執(zhí)行]。若程序有錯，PLC上有指示燈提示，修改錯誤，點擊[診斷]，[PLC診斷]，修改好錯誤后重新寫入。若PLC輸出結(jié)果與實際要求結(jié)果不同，必須從邏輯上修改程序。梯形程序出錯改正的：梯形程序中手動程序必須有電氣互瑣，例如快進的常開觸點要串聯(lián)快退的常閉觸點，否則會產(chǎn)生沖突，程序必須有自瑣保持信號的。程序開始時必須對繼電器復(fù)位ZRSTS0S35，程序的后面要有返回的程序SETS0。輸入程序時會出現(xiàn)漏行，漏觸點，邏輯錯誤等情況，都容易產(chǎn)生錯誤，以致調(diào)試結(jié)果不符合，補齊程序，修改程序后結(jié)果才能符合。人機界面1．組態(tài)王簡介1.1概述隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件的出現(xiàn)很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題解決實際工程出現(xiàn)的問題，比如開發(fā)周期長，重復(fù)使用率低，價格非常昂貴等，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。

組態(tài)軟件組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務(wù)的過程。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。組態(tài)軟件是一個使用戶能快速建立自己的人機接口軟件HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。（1）延續(xù)性和可擴充性（2）封裝性（易學(xué)易用）（3）通用性按照系統(tǒng)環(huán)境劃分，組態(tài)軟件由以下兩大部分構(gòu)成的：1）系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：是自動化工程設(shè)計工程師為實施其控制方案，在組態(tài)軟件的支持下進行應(yīng)用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng),供系統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境由若干個組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序等。2）系統(tǒng)運行環(huán)境：在系統(tǒng)運行環(huán)境下，目標(biāo)應(yīng)用程序被裝入計算機內(nèi)存并投入實時運行。系統(tǒng)運行環(huán)境由若干個運行程序組成，如圖形界面運行程序、實時數(shù)據(jù)庫運行程序和I/O驅(qū)動程序等。其中I/O驅(qū)動程序是組態(tài)軟件中必不可少的組成部分，用于和I/O設(shè)備通訊，互相交換數(shù)據(jù)。2．人機界面設(shè)計介紹。人機界面設(shè)計主要包括三個方面：（1）設(shè)計軟件構(gòu)件之間的接口（2）設(shè)計模塊和其他非人的信息生產(chǎn)者和消費者的界面（3）設(shè)計人（如用戶）和計算機間的界面本次上位機設(shè)計了兩個界面：歡迎界面和三面銑組合機床控制系統(tǒng)界面（1）歡迎界面設(shè)