車鏜專機PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

/《PLC應(yīng)用技術(shù)設(shè)計與實踐》課程設(shè)計說明書課題：《PLC應(yīng)用技術(shù)設(shè)計與實踐》課程設(shè)計說明書課題：車鏜專機PLC限制系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：2013年09月2日至本次設(shè)計的車鏜專機是用來對臺式鉆床的立柱進行鏜孔加工的一種自動化加工設(shè)備。設(shè)計的內(nèi)容包括硬件電路的設(shè)計，PLC程序的設(shè)計以及上位監(jiān)控軟件的設(shè)計。要求設(shè)計的車鏜專機能夠在沒有人工干預(yù)的狀況下自動的完成工件的加工；能夠?qū)ぜM行粗鏜或同時進行粗鏜和精鏜；在出現(xiàn)故障的的狀況下能夠手動限制專機的運動。對于上位機界面，要求能夠?qū)崿F(xiàn)上位機對工業(yè)現(xiàn)場的限制以及實現(xiàn)上位機限制就地限制的切換；同時要求能夠以動畫的形式實時反映現(xiàn)場的狀況。

書目第一章方案確定 41.1車鏜專機簡介 41.2車鏜轉(zhuǎn)機的限制要求 4其次章PLC限制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 52.1主電路的設(shè)計 52.2不進PLC的限制電路和信號電路 52.3IO接線圖 5第三章PLC限制系統(tǒng)程序設(shè)計 63.1自動限制程序 6全自動限制循環(huán)程序 63．1.2I工位循環(huán)限制程序 63.2手動限制程序 63.3上下位機協(xié)作限制程序 73.4愛惜程序 7第四章監(jiān)控軟件的設(shè)計 84.1監(jiān)控軟件的功能 84.2歡迎界面 84.3監(jiān)控界面 9第五章設(shè)備運用及維護說明 105.1設(shè)備運用說明 105.2設(shè)備運用及維護留意事項 11第七章設(shè)計小結(jié) 11附錄一：主電路 13附錄二：限制和信號電路 14附錄三：I/O接線圖 15附錄四：程序流程圖 16附錄五程序流程圖 19

第一章方案確定1.1車鏜專機簡介 車鏜專機是用來對臺式鉆床的立柱進行鏜孔加工，同時對孔的右端面進行車削加工的一種自動加工設(shè)備。 加工工件的示意圖如圖1-1所示 圖1-11.2車鏜轉(zhuǎn)機的限制要求要求有自動和點動兩種工作方式，自動工作方式又有三種形式：全自動循環(huán)、Ⅰ工位循環(huán)。當(dāng)車鏜轉(zhuǎn)機處于全自動循環(huán)過程為：從Ⅰ工位→Ⅱ工位→Ⅰ工位處于Ⅰ工位循環(huán)時只在Ⅰ工位上循環(huán)加工。處于點動工作方式要求有左、右主軸的點動對刀，左、右動力頭的快進和快退點動，手動松開工件、手動移位等。車鏜專機的自動加工過程為：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，左、右兩邊同時起先Ⅰ工位加工（粗鏜）。左動力頭快進→工進→快退。右動力頭快進→工進→橫進→橫退+快退。3）左、右動力頭全部加工完畢，退出工件后工作臺前進到Ⅱ工位，起先Ⅱ工位加工（精鏜）。4）左、右兩邊同時起先Ⅱ工位加工。左動力頭快進→工進→停留→快退。右動力頭快進→工進→停留→快退。5）左、右動力頭全部加工完畢，退出工件后工作臺退回到Ⅰ工位，工件松開，一個自動工作循環(huán)結(jié)束。6）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。 自動加工的過程如圖1-2所示1.3方案確定 本系統(tǒng)利用七臺電機分別來限制油泵的啟動，機床左右側(cè)的快進、工進以及主軸的旋轉(zhuǎn)，同時利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)兩工位的轉(zhuǎn)換、加工工件的夾緊和松開、油路卸荷以及對于工件右端面的加工。 對于這些輸出端口的限制，才接受三菱FX2N系列PLC進行限制，避開接受電器限制而導(dǎo)致的困難的硬件電路。但是對于照明電路，油壓指示，電源指示，油泵電機限制這些部分由于限制關(guān)系比較簡潔，因此不須要耗費PLC寶貴的IO資源，干脆利用電器空置來實現(xiàn)相應(yīng)功能即可。此外，主電路的快進電機須要能正反轉(zhuǎn)，因此還應(yīng)留意電氣互鎖。 圖1-2其次章PLC限制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1主電路的設(shè)計 主電路的設(shè)計應(yīng)考慮以下兩個因素：1）短路和過載愛惜 對于電機的過載愛惜，利用熱繼電器來完成，因此在每臺電機的進線端串入熱繼電器來完成愛惜。短路愛惜主要是利用熔斷器來完成的。由于主軸電機和進給電機在功率上右較大區(qū)分，因此設(shè)計的時候?qū)膳_主軸電機上單獨加上熔斷器，而左右快進和工進電機分別共用一組熔斷器。油泵電機單獨用一組熔斷器。在電路的總進線出加上帶漏電愛惜器的斷路器可以完成總電路的短路、過載、漏電愛惜以及斷相愛惜。2）電機的接法。 由于電機的啟動功率較小，本設(shè)計接受干脆啟動的方式。啟動時將斷路器閉合即可。但對于快速進給電機由于機床上要求能夠快進合快退，因此要求快速進給電機能夠正反轉(zhuǎn)。 主電路設(shè)計圖詳見附圖12.2不進PLC的限制電路和信號電路 本設(shè)計中照明，油泵限制和指示，電源指示干脆由硬件電路限制。 照明電路的限制干脆由轉(zhuǎn)換開關(guān)限制即可。 電源以及油泵工作指示燈由220VAC-24VDC供電，這樣可以保證人員在操作面板上操作時的平安。電源指示燈干脆接入，而油泵工作指示燈由幫助繼電器的常開出觸點限制。 油泵限制由常用的啟動-保持-停止電路來完成。同時將幫助繼電器的線圈和接觸器線圈并聯(lián)，已完成油泵工作指示。 限制和信號電路的設(shè)計圖詳見附圖2。2.3IO接線圖IO接線圖設(shè)計時應(yīng)考慮以下因素：輸入觸點的復(fù)用。一些只在自動狀態(tài)下會運用到的輸入端口和一些只在手動狀態(tài)下用到的端口可以共用同一個輸入端。輸出端口電源的選擇。用于驅(qū)動電機的IO應(yīng)運用溝通110V電源，而限制液壓系統(tǒng)的輸出端運用直流24V電源。輸出端口的愛惜。溝通負(fù)載輸出口接受阻容愛惜，直流負(fù)載的輸出口接受二級管愛惜。左右兩端的快進和快退應(yīng)加入電氣互鎖，以防止電機正反轉(zhuǎn)切換時發(fā)生短路。IO接線圖設(shè)計詳見附圖3第三章PLC限制系統(tǒng)程序設(shè)計3.1自動限制程序全自動限制循環(huán)程序 本次設(shè)計中程序主要是利用依次限制設(shè)計法來進行實現(xiàn)的。 PLC開機后，系統(tǒng)進入S0初始化狀態(tài)，之后檢測液壓是否到位（X0），假如X0=1，則進入S20，此時推斷手自動切換開關(guān)是否的電（X10），如過X10=1，則進入手動狀態(tài)S21否則進入S22，接著推斷工件是否處于原位，（X2，X6,X4,X14），假如不處于原位，則進入并行序列S51，S52,S53返回原位，假如已經(jīng)處于原位，則進入S29，此時Y11得電，工件被松開，工人在此階段內(nèi)完成工件的裝填后按下起先按鈕進入狀態(tài)S30，工件又被重新夾緊，接著檢測壓力繼電器（X1）是否的電，若X1=1，則進入并行序列S31，S36，分別完成工件左側(cè)和右側(cè)的加工。 并行序列左側(cè)進入S31后接通Y1，機床快進，接著行程開關(guān)SQ9（X7）接通后進入S32，Y0（主軸電機）和Y3接通，起先工進，進行工件左側(cè)的加工，行程開關(guān)SQ10（X13）接通后，則進入S33，Y2和Y0接通，工件快退，再次接通X7時左側(cè)機床停止，進入S35狀態(tài)。 右側(cè)也同理進行加工，但由于右側(cè)還要進行端面的加工，因此應(yīng)增加橫進和橫退兩個狀態(tài)。左右兩側(cè)都退回到工進位置時，退出該并行序列。 當(dāng)左側(cè)和右側(cè)都完成相應(yīng)的動作后，工件依靠液壓系統(tǒng)移動到Ⅱ工位（Y13），Ⅱ工位的行程開關(guān)（X5）動作后，再次起先工進加工，進入一個和上述類似的并行序列。但在Ⅱ工位上右側(cè)不須要再進行端面加工，同樣由于已經(jīng)處于工進位置，不須要再進行快進。完成加工后，左右車床退回原位。行程開關(guān)SQ8（X6）SQ1（X2）的電后，退出并行序列，接著Y12得點，工件返回I工位（X4）。若X4=1，則說明工件已經(jīng)返回原位，此時回到上述的S29狀態(tài)即可。 程序流程圖詳見附圖4，完整程序見附圖53．1.2I工位循環(huán)限制程序 I工位循環(huán)限制程序的設(shè)計和上述的全自動循環(huán)的程序設(shè)計類似。已左側(cè)機床為例，只須要在上述的S33狀態(tài)后加入推斷，假如開關(guān)SA2（X21）接通，則須要返回原位（X6）后進入S56狀態(tài)，之后松開工件，等待工人完成裝填后在回到S31狀態(tài)，進行循環(huán)。 同時，右側(cè)機床也做同樣的處理。但須要留意的是，在進行程序設(shè)計時應(yīng)留意左右兩側(cè)機床的協(xié)調(diào)限制，只有在左右兩側(cè)機床都完成加工且退回原位的狀況下才可以進行下一個工件的裝填和加工。3.2手動限制程序 手動限制程序都集中寫在狀態(tài)S21中。在S21中利用閱歷設(shè)計法對各個手動動作進行設(shè)計即可。但須要留意的是應(yīng)對各個動作進行限位愛惜。當(dāng)X10失電時，PLC退出狀態(tài)S21，結(jié)束手動限制。3.3上下位機協(xié)作限制程序 由于上位機不行以干脆限制輸入端口，因此須要利用響應(yīng)的幫助繼電器觸點并在程序的輸入觸點上（常開觸點對應(yīng)常開觸點，常閉觸點對應(yīng)常閉觸點），這樣就可以使上位機所限制的幫助觸點和輸入觸點在程序在有同樣的邏輯作用。同時利用幫助繼電器M70的常開和常閉觸點來完成上位限制和下位限制的切換，如圖3-1所示 圖3-13.4愛惜程序 愛惜程序主要是保證在加工過程中假如突然遇到工件沒有被夾緊或是液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法保證工件加工的正常進行時，應(yīng)剛好停止工件的加工。主要利用的是ZRST指令，在輸入信號X0（液壓）或X1（工件夾緊）信號出現(xiàn)下降沿時，講狀態(tài)寄存器復(fù)位，重新回到初始化狀態(tài)S0，已使機床的全部動作停止。但要留意的時某些狀態(tài)下工件是允許被松開的，在這些狀態(tài)下X1的下降沿信號應(yīng)予以解除。程序如圖3-2,3-3所示。 圖3-2 圖3-3 第四章監(jiān)控軟件的設(shè)計4.1監(jiān)控軟件的功能監(jiān)控軟件的設(shè)計運用了組態(tài)王來開發(fā)。組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動限制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為限制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接限制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測和限制，且在自動限制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，接受組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者供應(yīng)了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，便利地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示限制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈敏的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。打開組態(tài)王后：

第一，先進行設(shè)備的連接，設(shè)置串口—

COM1，選擇好合適的波特率，數(shù)據(jù)位和停止位，奇偶校驗選擇偶校驗。再新建一個設(shè)備配置向?qū)?，選擇三菱的型號，命名為PLC。

其次，點擊數(shù)據(jù)詞典，定義變量。對要運用到的變量進行定義，有跟PLC聯(lián)系的I/O變量和干脆上位機操作的內(nèi)存變量。4.2歡迎界面歡迎界面的設(shè)計運用了簡潔的點位圖作為背景加‘用戶登錄’按鈕和‘退出程序’按鈕，一目了然。如下圖4-1所示 圖4-11）‘用戶登錄’按鈕，按下動作中編寫程序：LogOn();畫面程序運行時單擊此按鈕，彈出“登錄”對話框如圖4-2所示 圖4-2工程人員在此對話框中輸入用戶名和口令，以獲得操作權(quán)限。通過推斷當(dāng)前權(quán)限是否為設(shè)定好的程序，若權(quán)限正確則跳出登錄成功提示如圖4-3 圖4-33秒后關(guān)閉歡迎界面，打開主監(jiān)控界面。這里分別運用了ClosePicture("畫面名");和ShowPicture("畫面名")；2）‘程序退出’按鈕，運用了Exit(Option);函數(shù)，當(dāng)Option為0的時候是退出程序。4.3監(jiān)控界面（一）主監(jiān)控界面。當(dāng)歡迎界登錄成功后就進入主監(jiān)控界面，主監(jiān)控界面排版的功能分區(qū)如圖4-4所示 圖4-4實際界面如圖4-5所示1）設(shè)備圖形動畫。原本接受3D圖形，但實際設(shè)計后，若只是簡潔繪圖發(fā)覺不是很美觀，若要做到每 圖4-5個動作都很完備的話，工作量太大，比較難在短時間內(nèi)完成設(shè)計。所以這里接受了2D圖形，看起來簡潔美觀，又不失檔次。微小環(huán)節(jié)動作如主軸電機轉(zhuǎn)動，工作臺的加緊松開、移位，橫刀的移動等都用另畫一個圖形動畫特地表示，并在每個動作位都設(shè)了指示燈提示，一目了然。2）操作面板。也是依據(jù)老師的指導(dǎo)來完成的，自動和手動操作按鈕分排在操作面板兩邊，并且操作習(xí)慣符合正常人的思索。上下位機切換開關(guān)設(shè)置在了監(jiān)控界面的右上角，因為比較不會被用到。3）導(dǎo)航條。通過導(dǎo)航條，可以便利切換到其它監(jiān)控界面，查看其它數(shù)據(jù)記錄。放在了畫面的最下方，操作簡潔。（二）另外做了‘歷史登錄’界面，可以便利查看誰登錄過軟件，在什么時間登陸過，這樣就可以進行一些責(zé)任的追究。并且可以將數(shù)據(jù)保存到上位機進行備份。記錄界面如圖4-6所示。第五章設(shè)備運用及維護說明5.1設(shè)備運用說明 本設(shè)備是用來對臺式鉆床的立柱進行鏜孔加工，同時對孔的右端面削加工的一種自動加工設(shè)備。有三種工作方式，分別為全自動循環(huán)加工，I工位循環(huán)加工，手動工作。 假如要進行三種工作方式的切換，可統(tǒng)一在裝填工件時進行。假如SA1接通，則進行 圖4-6手動操作，假如SA2接通，則進行I工位循環(huán)加工。假如SA1、SA2都沒接通時，進行全自動加工。假如兩者都接通了，則仍是進行手動操作。手動操作結(jié)束后，只須要重新斷開SA1即可在自動復(fù)位后回到自動工作狀態(tài)。 留意，假如在I工位循環(huán)的過程中切換SA2有可能導(dǎo)致加工流程無法進行，此時可機床斷電后再上電，由系統(tǒng)將設(shè)備復(fù)位后重新加工新的工件即可。5.2設(shè)備運用及維護留意事項 1）開機前，了解鏜孔專機的結(jié)構(gòu)性能和各個開關(guān)的用途，閱讀系統(tǒng)運用說明書，熟悉操作程序。2）開機前，檢查導(dǎo)軌處潤滑狀況（進行手動潤滑）。3）開機前，檢查行程限制部分各處螺釘有無松動；檢查快速行程、工作行程是否對。檢查電機導(dǎo)線、開關(guān)是否受潮，絕緣是否達到要求，電源是否正常。4）機床空運轉(zhuǎn)半小時，如不發(fā)生局部發(fā)熱或不正常的雜音，就可以正常運用。5）為保持機床精度，應(yīng)留意細(xì)心運用，留意潤滑和清潔，工作完畢應(yīng)剛好清除切削及冷卻液，并在機床導(dǎo)管上涂一層機油。6）禁止超負(fù)荷運用機床，裝卸工件7）非機床運用人員，禁止開動機床；操作人員若因事離開時，應(yīng)關(guān)上機床電源開關(guān)。8）機床若發(fā)生故障，應(yīng)立刻停車，并通知有關(guān)部門進行修理，生產(chǎn)工人不得自行修理或拆卸機床。 第七章設(shè)計小結(jié)通過本次課程設(shè)計，我對PLC程序限制乃至整個電氣限制系統(tǒng)設(shè)計都有了進一步的了解。同時也對機床的設(shè)計及其工藝有所了解，詳細(xì)說明如下：起先設(shè)計之前應(yīng)充分理解設(shè)備的加工工藝，例如在本次設(shè)計中，應(yīng)理解設(shè)備加工工件的過程，理解七臺電機以及液壓系統(tǒng)的各個電磁閥的作用，之后才能進行設(shè)計。進行硬件電路設(shè)計時，應(yīng)考慮以下因素：a經(jīng)濟性。在滿足性能要求的前提下應(yīng)盡可能的降低成本。例如在設(shè)計主電路時功率相差不大的2-3組電機可以共用一組熔斷器（本次設(shè)計中時快進和工進電機），又如在進行限制系統(tǒng)的設(shè)計時一下限制關(guān)系簡潔的被控量可以不進PLC，已節(jié)約PLC寶貴的IO資源。此外，還可以通過分組的方式來復(fù)用PLC的IO。b平安性。在硬件電路的各個環(huán)節(jié)應(yīng)進行愛惜和自鎖，已保證系統(tǒng)能夠長時間正常運行，也保證在出現(xiàn)故障時能夠?qū)⑾鄳?yīng)的損失降到最小，保障操作人員的人生平安。本次設(shè)計中在各個環(huán)節(jié)都對設(shè)