28号PLC双面钻课程设计杨力.docx
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28号PLC双面钻课程设计杨力
湖南工程学院
课程设计
课程名称电气控制与PLC
课题名称全自动双面钻电气控制系统设计
专业班级自动化1191班
姓名杨力
学号201101029128
指导教师赖指南、刘星平、谭梅、周向红
2014年3月6日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称电气控制与PLC
课题名称全自动双面钻电气控制系统设计
专业班级自动化1191班
姓名杨力
学号201101029128
指导教师赖指南、刘星平
审批黄峰、汪超、刘星平
任务书下达日期2014年2月24日
课程设计完成日期2014年3月7日
设计内容与要求
一.课程设计的性质与目的
本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。
它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。
通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。
二.课程设计的内容
1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。
2.绘制全自动双面钻控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
3.选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.编写设计说明书。
三.课程设计的要求
1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
主要设计条件
1.《电气控制技术课程设计题选》（赖指南编，本院印刷厂印）一本。
2.参考文献若干。
设计说明书装订顺序
1.课程设计说明书封面。
2.课程设计任务书。
3.说明书目录。
4.正文（按设计内容逐项书写）。
5.参考文献。
6.附录。
7.课程设计评分表。
设计进度安排
第1周：
1.星期一上午：
课题内容介绍。
2.星期一下午：
仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。
3.星期二～星期五：
确定控制方案。
绘制全自动双面钻电气控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
设计控制系统的工艺图纸。
选择电器元件，列出电器元件明细表。
第2周：
4.星期一：
上机调试程序。
5.星期二～星期五：
编写设计说明书,答辩。
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[3]刘祖润.毕业设计指导.北京：
机械工业出版社
[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：
中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：
水利电力出版社
前言
在20世纪六七十年代，为了适应计算机、数字控制、机器人、大规模集成电路等高新技术的发展，美国通用汽车公司（GM）为适应汽车型号的不断翻新，提出了“结合计算机灵活、通用、功能完备以及继电控制简单、易懂、操作方便、为大家所熟悉”优点，面向工业现场、面向控制过程、面向实际问题，即使是不熟悉计算机的人，经过简单训练也可直接编程的一种新型电子化的自动控制装置来代替传统继电-接触控制的设想。
随着电子信息与计算机技术的迅速发展，机加工设备的控制也不断向自动化、集成化、智能化方向迈进。
可编程序控制器（PLC）与智能化人机界面的结合将使工业控制技术得到全新发展。
双面钻床是对棒料两面同进行钻孔或扩孔的专用机床，要求改造设计成具有良好人机界面的全自动床我们将触摸屏和可编程序控制器相结合应用于该机床控制控制系统中，仅可以替代传统的控制面板、开关、按钮、和一般的键盘操作，替代笨重的继电器控制柜，而且可将控制参数和工作状态等在线显示，还可以动画和曲线的形式描绘自动控制的过程，使操作更为简单，性能更为优越。
PLC课程设计是电气控制类专业学生需要完成的教学实践任务，主要是通过使用PLC语言设计规定任务的电气控制装置，是有关专业教学重要的实践环节。
第1章概述
1.1被控对象概述
全自动双面钻是针对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床，这种机床自动化程度高，能自动上、下料，自动进、退，并具有可靠的危险区保护措施，其结构示意图如图1所示。
全自动双面钻是由液压系统来控制其进给运动的。
动力头主轴由电动机（JQ2－Z1－4，1.5KW）拖动旋转，液压电磁阀和电动机由行程开关、压力继电器和接触器控制，其液压原理图如图2所示。
油泵电机为3KW。
图1全自动双面钻结构示意图
全自动双面钻的工作过程如下：
如图2所示，当液压泵电机M，左、右动力头主轴电机M1和M2均启动完毕时，按下启动按钮SB，YV1通电，送料机构送料。
送料到位时，碰SQ1，YV1断电，送料机构自动返回。
在送料机构返回的同时，YV2通电，夹紧机构对工件夹紧。
当夹紧到位时，碰SQ2；当对工件有足够的夹紧力时，压力继电器KP动作。
此时，YV3和YV5通电，左、右动力头同时向前进给，开始对工件进行钻削加工。
当左、右动力头将要进入危险区时，右动力头碰SQ6，使YV5断电，右动力头停止进给，而左动力头继续进给。
当左动力头钻至整个孔深的一半时，碰SQ4，使YV3断电，YV4通电，左动力头停止进给并快速返回。
当左动力头返回到原位时，碰SQ3，于是YV4断电，左动力头停在原位。
同时YV5重新通电，使右动力头再次进给。
当右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰SQ7，使YV5断电，YV6通电，右动
图2液压系统原理图
力头停止进给并快速返回。
当右动力头返回到原位时，碰SQ5，使YV6断电，右动力头停止后退。
同时YV2断电，夹紧机构开始松开。
经过1.5秒钟，夹紧机构完全松开。
至此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。
1.2设计要求
1.2.1对工作循环的设计要求
（1）全自动循环：
在料抖中有料的情况下，按下启动按钮时，要求全自动双面钻能够自动地对成批工件进行加工，即实现机床的全自动循环。
（2）一次循环：
当只要求加工一个工件时，机床在加工完成，并返回原位时应能自动停止。
（3）单机手动：
要求能对送料机构，夹紧机构，左、右动力头的主轴电动机和滑台进行手动操作，以便能对钻孔深度等进行调整。
1.2.2对单机控制的要求
（1）主轴电机只要求单向运转。
（2）可对左、右动力头进行在线/离线设置。
1.2.3对特殊环节的要求
（1）能对机床进行预停和紧急停止操作。
（2）具有危险区保护措施。
（3）完善的故障保护环节。
1.3设计任务
1.选择电气元件，编制电气元件明细表。
2.绘制电气原理图或PCI/O接线图、顺序功能图和梯形图，编写指令程序清单。
3.设计并绘制工艺图纸（只要求选择下列项目中的任意一项即可）：
（1）电气板元件布置图和电气底板零件加工图。
（2）电气板接线图。
（3）控制面板元件布置图、接线图和面板零件加工图。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
第2章控制方案确定
2.1继电器控制方案
在逻辑控制方面，继电器是利用电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。
采用硬线连接，连线多而复杂，对今后的逻辑修改、增加功能很困难。
在控制速度上，依靠机械触电的吸合动作来完成控制的继电器的控制系统，工作效率低，工作速度慢。
在顺序控制方面，继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制，时间继电器内部的机械结构容易受环境和温度变化的影响，造成定时的精度不高。
在灵活性可扩展性方面，继电器安装后，受电气设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。
虽然继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能，另外，继电器控制使用大量的机械触点，触点在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。
继电器控制历史长久，有较为成熟和固定的设计方法，易于掌握，尤其适合逻辑控制，但如果是时序、步进性控制和过程控制则或是构成系统较复杂，或难以单独实现需要借助过程仪表等。
这种系统稳定性、可靠性差，运行有较多的噪声，外部硬接线为主，不具有良好的柔性，一旦电路结构完成就要相对固定下来，需要更改时会很麻烦。
继电器触点有过载、发热粘连等缺点，维护量较大。
一般用于结构简单,电流量小的场合。
2.2微机控制方案
微机控制，成本比PLC低,逻辑针对性高，所以要在对整个系统非常了解的时候才会使用，智能化比PLC高，专业应用的时候，实现的功能要比PLC多，具有安全性可靠性最高的特点，输入输出信号还可以实现一体化隔离，通讯组态模式最多。
开发周期最长，一旦要有变化修改比较麻烦。
一旦实现自有批量生产，如果不包括软件附加值，成本甚至比继电器控制还要低。
微机最突出的特点是具备计算机的运算能力和存储容量,适用于复杂应用和大量数据处理.。
微机系统也具有软硬件结合实现功能的特点，而且目前的微机系统有专业的工控机适用于工业控制环境，其抗干扰能力、运行稳定性等都比最初使用商用机好得多了。
而硬件上，已经有多种基于现有总线形式的功能块可以选用，如数据采集卡、运动控制卡、过程控制卡、智能通信卡等，这些功能块是专业厂家进行专门设计的，让用户可以结合各种通用编程软件如VC++、VB、Delphi以及各种数据库开发软件等即可迅速实现控制系统软件的设计。
不过在造价上恐怕是最高的，而其可靠性虽然已经有很大提高能够适应许多工业现场的环境了，但仍然还不足以达到PLC的水平。
另外还通过微机直接控制过元器件，他的功能可谓更加强大。
但是另一方面他体型大，也太笨拙，一般微机也不适合用于工业控制场合，但是工业控制计算机可以。
机最突出的特点是具备计算机的运算才干和存储容量，适用于复杂应用和大量数据处置。
微电路控制，就是单片机控制，这个系统其把PLC模块化的各个部分集中在一起，其主要通过一块电路板实现，空间大大减小，但是由于所有的电路集中在一块板子上，其实现的功能、输入输出的点数受到限制，而且系统的散热性，维护性受到考验，若其中一部分损坏，其只能全部更换。
单片机现在主要用在功能单一的小型系统中，如随小型设备来的控制系统。
2.3PLC控制方案
PLC智能化高，逻辑控制可靠度高，具有通讯功能，占体积小，功耗小，PLC是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置。
PLC最突出的特点是抗干扰能力强,编程简单灵活,适用于大多数工业控制场合.。
.PLC系统是具有柔性的软接线系统，多数情况下通过不算复杂的编程，以软硬件结合的方式可以实现控制功能，目前应用也极为广泛，可靠性极高、抗干扰能力强，已经被广泛接受。
现在的PLC可以实现从小到大各种规模的控制系统，并且除了逻辑控制外，还可以方便的通过各种功能模块、通信模块、智能模块、人机界面等实现过程控制、闭环控制、通信、位置/伺服控制、人机交互等，功能极为强大。
PLC系统更改方便，改动程序可以节省大量外围硬接线的改动工作量。
但是目前各种厂家的PLC在硬件软件方面不通用、“各自为政”现象尚难以改观。
在用户方面各自变得程序也往往不具有通用性，尤其是采用梯形图编程时程序的“个性”风格十分突出，可移植性、可维护性不如微机控制系统做得好。
PLC系统的价格也不是太高，在性价比上应该是最好的。
PLC就是为了替代继电器的缺点而开发的，其就是可编程控制器，其众多的逻辑控制在PLC内部来实现，引起大大的节省了设备空间，其只需要外部的输入输出接口来与外界连接，这样的状况使整个系统耗电量、可靠性、维护性有到显著的改善，其最优越的特点就是程序更改方便，对待外部实现的功能更加人性化。
2.4结论
通过以上比较了继电器，微机，PLC控制的特点后，可得出结论，本课题中选用PLC控制为最佳方案。
第3章控制系统的硬件设计
3.1电动机主电路和控制电路的设计
3.1.1电动机主电路和控制电路电器元件的选择
表3-1电动机电路元器件目录表
序号
代号
名称
数量
规格型号
1
M1M2M3M4
电动机
4
JQ2-Z1-4
2
FR1~4
热继电器
4
T16
3
QS1
倒顺开关
1
HZ10-10/3
4
SB1~8
按钮
8
5
KM1~4
接触器
4
CJ20-25
6
QF
断路器
1
3.1.2电动机主电路和控制电路的设计
电动机主电路图如图3-1所示：
图3-1电动机主电路
3.2PLC控制系统设计
PLC控制系统电器元件的选择
表3-2PLC控制系统元器件目录表
序号
代号
名称
数量
规格型号
1
SA
转换开关
1
2
QS2
电源开关
1
HZ10-10/3
3
I1.1-1.7
按钮
11
4
PLC
可编程
控制器
1
CPU226XP
5
FU
熔断器
1
RL1-60
6
SQ1~SQ7
行程开关
7
LXK2-131
7
VY1-VY7
输出元件
7
PLC外部实物连接图如图3-2所示：
第4章控制系统的软件设计
4.1软件的组成部分
控制系统主程序如下：
4.2手动子程序设计
控制系统手动子程序如下：
4.3自动子程序设计
控制系统自动子程序如下：
4.4公用子程序设计
控制系统公共子程序如下：
4.5控制系统顺序功能图设计
控制系统的顺序功能图如图4-5所示：
图4-5控制系统顺序功能图
第5章控制系统的调试
5.1公用子程序调试
公用子程序的程序语句比较少，因此调试也相对简单。
调试的具体过程如下：
按下启动按钮SB（I0.0）,接通SQ3（I0.3）,SQ5（I0.5）,使左动力头，右动力头处于初始位置。
接通输入点I0.3,I0.5，此时线圈V1.7通电；线圈V1.7通电后常开触点V1.7接通，常闭触点V1.7断开，此时V1.5,V1.6复位，V0.0置位。
按下I2.6，其输出线圈Q0.1-0.7复位。
5.2自动子程序调试
自动子程序是系统能自动执行的主要程序，程序语句较多，因此调试也相对复杂些。
调试的具体过程如下：
当液压泵电机M，左、右动力头主轴电机M1和M2均启动完毕时，按下启动按钮SB（I0.0），调至自动挡（I2.0）,YV1（Q0.1）通电，送料机构送料。
送料到位时，碰SQ1（I0.1），YV1断电，送料机构自动返回。
在送料机构返回的同时，YV2（Q0.2）通电，夹紧机构对工件夹紧。
当夹紧到位时，碰SQ2（I0.2）；当对工件有足够的夹紧力时，压力继电器KP动作。
此时，YV3（Q0.3）和YV5（Q0.5）通电，左、右动力头同时向前进给，开始对工件进行钻削加工。
当左、右动力头将要进入危险区时，右动力头碰SQ6（I0.6），使YV5断电，右动力头停止进给，而左动力头继续进给。
当左动力头钻至整个孔深的一半时，碰SQ4（I0.4），使YV3断电，YV4（Q0.4）通电，左动力头停止进给并快速返回。
当左动力头返回到原位时，碰SQ3（I0.3），于是YV4断电，左动力头停在原位。
同时YV5重新通电，使右动力头再次进给。
当右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰SQ7（I0.7），使YV5断电，YV6（Q0.6）通电，右动力头停止进给并快速返回。
当右动力头返回到原位时，碰SQ5（I0.5），使YV6断电，右动力头停止后退。
同时YV2断电，夹紧机构开始松开。
经过1.5（T37）秒钟，夹紧机构完全松开。
5.3手动子程序调试
手动子程序的调试也相对简单。
调试的具体过程如下：
按下启动按钮SB（I0.0），调至手动档（I2.1）,按下按钮I1.1,VY1（Q0.1）送料线圈接通；按下I1.2,VY2（Q0.2）工件夹紧线圈置位；按下I1.3，VY3（Q0.3）左动力头向前线圈接通；按下I1.4,VY4（Q0.4）左动力头向前线圈接通；按下I1.5,VY5（Q0.5）右动力头向前线圈接通；按下I1.6,VY6（Q0.6）右动力头返回线圈接通；按下I1.7，VY2（Q0.2）工件夹紧线圈复位。
结束语
我想说：
“我高估自己的能力了。
”本以为可以一星期搞完的课程设计，如果不是主动地去问我们的指导老师，可能两星期也完不成。
这次的课程设计是一次教训，在以后的学习中应该戒骄戒躁，谦虚谨慎，毕竟学习来不得马虎，一马虎就学成了半桶水，最终提高不了能力和水平。
这次的课程设计也让我明白：
PLC技术是一门在工业领域应用非常广泛的一门技术，掌握好这门技术可以让自己在今后的就业道路上有更广的的空间，所以，现在的我应该加强动手能力的培养以及理论知识的学习，这样才能实现自己的工程师梦！
致谢
完成了这次的课程设计，我想：
“如果没有这么多在背后给予我帮助的人，我是不会一步步完成任务的。
”其中，我最要感谢的是我的指导老师赖老师和刘老师，两个星期的细心指导，孜孜不倦地给我们解答疑惑，让我们得到知识的同时也让我们感受到了一位认真负责的老师的伟大；同时，我还要感谢的是我的同学，是他们在我遇到操作难题时毫不犹豫的帮忙，让我感受到了集体的温暖。
最后，祝我们的赖老师，刘老师工作顺心，身体健康；祝我们的同学学习进步，心想事成！
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[3]刘祖润.毕业设计指导.北京：
机械工业出版社
[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：
中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：
水利电力出版社
电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案合理性与创造性（10%）
开发板焊接及其调试完成情况*（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（20%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
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