PLC在三面组合铣床中的设计和控制系统.docx

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PLC在三面组合铣床中的设计和控制系统

《PLC应用技术》课程设计

题目：

PLC三面铣组合机床

专业：

电子信息工程

班级：

电子1201

学号：

（第4组）

姓名：

郭宝娟、江尧

许志明、沈桢

指导老师：

李天健

2015年6月18-25日

目录

1课程设计1

1.1课程设计目的1

1.2三面铣床概述1

1.3控制要求3

1.4课程设计任务及要求3

1.5设计思路3

2软硬件电路设计4

2.1主电路4

2.2单循环自动工作与手动工作5

3项目总结11

3.1如何解决PLC中的干扰问题11

3.2台达PLC的特点12

3.3小结12

3.4心得体会13

附录14

1.课程设计

1.1课程设计的目的

1.进一步巩固本课程所学知识。

2.掌握一般生产机械PLC控制系统的设计与调试方法。

3.掌握一般生产机械电气线路的施工设计。

4.培养查阅图书资料、工具书的能力。

5.培养工程绘图、书写技术报告的能力。

1.2三面铣组合机床概述

三面铣组合机床是用来对Z512W型台式钻床主轴箱的Φ80、Φ90孔端面及定位面进行铣削加工的一种自动加工设备。

下图1为加工工件的示意图

图1加工工件示意图

1、基本结构

机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件夹紧液压缸等组成。

机床底座上安放有床身，床身上安装有液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。

床身的两边各安装有一台铣削头，上方有立铣头、液压站在机床附近。

2、加工过程

三面铣组合机床的加工过程如图1.2所示。

图2加工过程

ⅰ操作者将要加工的零件放在工件台的夹具中，在其它准备工作就绪后，发出加工指令。

ⅱ工件夹紧后压力继电器动作，液压动力滑台开始快进，到位转工进，同时启动左和右1铣头开始加工，加工到某一位置，立铣头开始加工，加工又过一定位置右1铣头停止，右2铣头开始加工，加工到终点三台电动机同时停止。

ⅲ待加工完全停止后，滑台快退回原位，工件松开，一个自动工作循环结束。

ⅳ操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新发出加工指令重复上述加工过程。

3、液压系统

三面铣组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的。

其液压元件动作情况如表所示。

液压原件动作表

元件

工序

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

BP1

BP2

原位

—

（+）

—

—

—

—

—

夹紧

+

—

—

—

—

—

+

快进

（+）

—

+

—

—

—

+

工进

（+）

—

+

—

+

—

+

死挡铁停留

（+）

—

+

—

+

+

+

快退

（+）

—

—

+

—

—

+

松开

—

+

—

—

—

—

—

4、主要电器参数电机、滑台、电磁阀参数如下：

ⅰ左、右2铣削头电动机：

J02-41-4,4KW,1440r/min,380V,8.4A;

ⅱ立、右1铣削头电动机：

J02-32-4,3kW,1430r/min,380V,6.5A;

ⅲ液压泵电动机：

J02-22-4,1.5KW,1410r/min,380V,3.49A;

ⅳ电磁阀:

二位二通阀Z22DO-25,直流24V,0.6A,14.4W;二位四通阀Z24DW-25,直流24V,0.6A,14.4W；二位二通阀Z22DO-25,直流24V,0.6A,14.4W。

1.3三面铣组合机床的控制要求

1、有单循环自动工作、单铣头自动循环工作、点动三种工作方式。

2、单循环自动工作过程如图所示，油泵电机工作一个循环后不停机。

3、单铣头自动循环工作包括：

左铣头单循环工作，右1铣头单循环工作，右2铣头单循环工作，立铣头单循环工作。

单铣头自动循环工作时，要考虑各铣头的加工区间。

4、点动工作包括：

四台主轴电动机均能点动对刀、滑台快速点动调整、松紧液压缸的调整。

5、五台电动机均能单向旋转。

6、要求有电源、液压泵工作、工件夹紧、加工等信号指示。

7、要求有照明电路和必要的连锁环节与保护环节。

1.4课程设计的任务和要求

1、根据要求，画出工作循环图、工作流程图；

2、确定可编程控制器机型，画出输入/输出分配表；

3、绘制控制线路（主电路、控制电路、照明电路）；

4、编制PLC梯形图（总体结构图、各功能表图、梯形图程序）；

5、正确选择电器元件，列出电器元件、设备清单；

6、绘制操作面板、电气接线图；整理技术资料，编写使用说明书。

1.5设计思路

自动：

SA旋转开关默认打向自动，按下SB按钮启动，机器自动运行，机器运行过程能实现自动到手动的模式转换。

并且当松紧油缸或液压系统断电时，机器能自行停止。

手动：

能实现从手动到自动的模式转换，并且当松紧油缸或液压系统断电时，机器能自行停止。

采用互锁和自锁对电路进行保护。

线圈的控制采用点动的起停控制电路，快进快退采用双重互锁保护。

2.软硬件电路设计

2.1主电路

2.1.1电机电路

由5台电机工作带动机器的运行，M1为左铣头电机，M2为右2铣头电机，M3为右1铣头电机，M4为立铣头电机，M5为液压泵电机。

2.1.2照明电路

主接线单相交流220V通过变压器转换为AC24V供电，为机器工作提供照明。

2.1.3液压系统电磁阀电路

主接线单相交流220V供电直流电源，直流电源提供DC24V为电磁阀供电。

设置热继电保护、熔断保护装置。

2.1.4油泵电路

主接线单相交流220V供电。

设置热继电保护、熔断保护装置。

2.1.5指示电路

主接线单相交流220V供电直流电源，通过变压器引出直流电源提供DC24V为指示灯供电源指示

图3电机主电路

液压泵

立铣头

右1铣头

右2铣头

左铣头

图4照明指示主电路

2.2单循环自动工作与手动工作

2.2.1总体思路

自动操作是由机器自行完成的工作状态，只需进行相应的自动复位与检测就可自行完成工作过程。

手动操作是人工完成工作过程的状态，每个工作步骤的进行都要进行手动控制，每次只能执行一个工作步骤。

设计过程中应考虑一系列因素的影响，考虑到各种工作状态下的恢复和自动工作时各种问题的解决方法。

另外，还要考虑两种状态的转换关系，以便于流程图的设计。

2.2.2自动工作

图2.1I/O接线图

i.首先对PLC进行接线，以实现下一步的程序检测与运行。

ii.接着根据要求画出功能表图

图2.2自动工作功能表图

图2.3手动工作功能表图

iii．根据功能表图设计并画出梯形图。

本程序为三面铣组合机床PLC控制，程序较为复杂，且应用的步骤较多，因此放弃用经验设计法，通过顺序控制设计法来实现。

首先利用M1002进行初始化操作，只有将程序激活，之后的才能工作。

手自动开关的切换X7，因为这部分是自动控制，所以不用按X7。

X2是判断机床是否在原位，当物件还没在原位时，原位行程开关未被按下，电动机自启动快退程序，将物件送回原位，机器松开物件。

当物件到达原位时，行程开关被按下。

图2.4原位判定

如果按下X7，系统跳转到手动部分。

按下启动开关X6，先夹紧物件Y4启动，当触碰到BP1时，说明夹紧了。

图2.5启动自动程序

在启动Y6快进，当触碰到SQ2时，左铣Y0和右1铣Y3开始工作，当触碰到SQ3时，立铣Y2开始工作。

图2.6铣床工作过程

当触碰到SQ4时，右1铣停止运行，右2铣开始工作。

直到触碰到BP2终端，利用定时器来保证所有机器停止运行。

最后快退回原位。

图2.7单循环工作结束

2.2.3手动工作

图2.8手动工作

点动程序：

根据程序的需求，为测试电机及其继电器的好坏，程序中设计了电动程序。

当手自动开关没被按下时，程序进入点动模式。

互锁程序：

电机的快进与快退是两个互斥的事件，不能同时发生，所以可以采用机械互锁实现进退的相互控制。

如图所示，通过X7对三面铣组合机床进行手自动的转换。

按下X7则进入手动检测状态。

当X14按下时，快退。

当X15按下时，快进。

当X16按下时，点动松开

；当X16按下时，点动夹紧。

当X7按下时，回到自动状态。

图2.6互锁程序

3.项目总结

3.1如何解决PLC中的干扰

1、PLC系统中干扰的主要来源

1）辐射干扰。

2）来自系统外部电源、信号线等的干扰：

a）来自电源的干扰。

 b）来自信号线的干扰。

 c）来自不规范接地的干扰。

 d）来自相邻变频器的干扰。

 2、抗干扰的措施

 抗干扰的措施，主要分为两种，一是硬件方面；二是从软件方面。

下面逐一对这两个方面进行分析：

1）从硬件方面来说在设计PLC控制系统时，通过在正确选择PLC、合理配置供电电源、正确选择接地点、接地方式和输入输出配线等措施，可有效提高系统的抗干扰能力。

 a）PLC的选择：

选用PLC时，要选择有较高抗干扰能力、尤其是外部抗干扰能力以及包括电磁兼容性（EMC）好的产品，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC品牌。

 b）电源的选择和抗干扰方法：

首先电源的选择上要选择抗干扰能力强的电源，它可以抑制电网引入的干扰（来自PLC供电电源的干扰）。

电网引入的干扰在各种干扰中占有较高的比例。

2）从软件设计方面提高系统抗干扰能力PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作，提高系统的抗干扰能力。

a）延时控制：

控制器的外部开关量和模拟量输入信号，由于噪声、干扰、开关的误动作、模拟信号误差等因素的影响，不可避免会形成输入信号的错误，引起程序判断失误，造成事故。

b）封锁控制：

某些干扰是可以预知的，例如可编程序控制器的输出命令驱动大功率器件动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使可编程序控制器接收错误的信息。

 c）软件滤波：

对于模拟信号，可采用多种软件滤波方法来提高数据的可靠性。

连续采样多次，采样间隔根据A/D转换时间和信号的频率而定。

采样数据先后存放在不同的数据寄存器中，经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。

常用的滤波方法有：

（1）程序判断滤波；

（2）中值滤波；（3）滑动平均值滤波；（4）去极值平均滤波；（5）算术平均值滤波；（6）防脉冲干扰平均值滤波。

3.2台达plc的特点

可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，控制程序可变，使用方便：

功能强，适应面广；编程简单，容易掌握；减少了控制系统的设计及施工的工作量；体积小、重量轻、功耗低、维护方便。

3.3小结

1、设计初期虽然遇到了一些困难，但是在组员的共同合作之下，查阅了相关资料，并结合了部分案例，使得问题得到了及时的解决。

2、复习巩固了机电传动控制的各方面内容，对PLC设计的流程有了一定的了解。

3、对PLC的应用有了进一步的认识，把PLC与实际生活的事物可以联系起来。

4、本次设计内容需要在网上查阅有关的知识，来丰富及完善自己的设计。

5、通过不断的发现与解决问题，逐渐掌握更多的知识。

3.4心得体会

郭宝娟：

在这个实训过程中，我们体验到了凡事做什么都要有平时的慢慢积累，看起来挺简单的电路，以为可以轻松解决，在实际操作中才会发现原来并不是自己所想象的那样，还有许多小细节要去注意！

比如电脑程序线路的顺序问题，输出口的数不能超过8，这些都是容易被忽略而往往造成错误！

这次实训重点也在培养团队精神！

我们虽然成绩是最后一组，但是我们力求每个组员都能弄清楚它的工作原理，实训重要的是过程而不是结果！

很感谢老师的认真与不惜辛苦的教导，让我们有所启发。

江尧：

通过这次实训，我觉得自己成长了一点，变得敢于承担了，明白了即使遇到再大的困难，只要自己坚持下去，问题总是会迎刃而解的。

能自己探索并解决大部分的问题与设计，感觉自己棒棒哒，并且觉得自己在PLC这一科目上并没有白白浪费时间，学到了，也掌握了很多知识，这些都是靠着上课和实践的结合深深的刻印在我的脑袋里，相信在以后很长的一段时间内我也不会忘记我在这里学到的这些经验。

严厉的老师，是好老师！

许志明：

通过这次实训，对三面铣组合机床的慨况有了更确切的理解，复习巩固了PLC软件的控制使用，感受到了PLC在机电控制中所起的重要作用。

更加会到机械半自动化向自动化演变的未来进程。

实验过程中我们也遇到许多的困难，这也培养和磨练我们自学能力、分析能力、解决问题的能力。

团队的配合也是实验的关键之处，过程中的互帮互助大可抵过结果的不完美。

老师的坚持与严格也是为了能够确保我们真真切切的学到知识，也算是最让我印象深刻的一次实训了。

无论如何，实践才能出真知，知识需要与应用相结合。

更需要我们足够的知识储备才能走的更远，PLC的课程和生活也是有着紧密联系，如果可以，也会说明知识创造财富。

最后感谢同学老师的帮助，完成了这次实训。

我们应该培养信心，在今后学习生活中以积极的态度迎接挑战。

沈桢：

通过这次实训使我进一步巩固PLC所学的知识，从开始的一窍不通，通过老师讲解以及查阅资料和组员互相帮助，慢慢的知道了，PLC在三面铣组合机床控制系统的应用，其加工过程，主电路，外部控制电路，I/O图，功能表图，梯型图，并进行调试。

我们这组虽然出现过错误，但是我们坚持不懈，慢慢的把PLC实现三面铣组合机床弄清楚，培养了我们的工程绘图能力，培养了我们查阅资料的能力和团队合作的精神，通过一步一步的操作下来，检验了在课堂上学到的知识和补充了不足，通过短短的实训时间使我在多方面都受益匪浅，很珍惜学校给我们安排这次实训的机会。

[参考文献]

[1]李建兴主编可编程序控制器应用技术北京：

机械工业出版社