仿形液压铣床的PLC控制系统设计毕业设计 精品.docx

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仿形液压铣床的PLC控制系统设计

开题报告

一、背景、现状及发展趋势

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

21世纪，PLC会有更大的发展。

从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用，它的功能丰富，渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业。

PLC应用于铣床，使铣床自动化程度得到提高。

PLC易学易懂、控制简单，可使数控铣床使用得到普及，提高生产效率。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能，这很适合多品种、小批量的生产场合。

这样使得机床的灵活性增强，适应现在市场多变，产品跟新速度快的现象。

二、设计目的

通过本次毕业设计使自己对PLC在数控铣床中的应用有更加充分的认识，进一步掌握系统工作流程图的制作，PLC的选型、程序的编制。

三、设计工作

1、概述

2、整体设计

3、硬件设计

4、PLC控制软件设计

四、时间安排

第一周：

查阅并收集资料，确定设计题目。

第二周：

确定整体设计方案并编写设计开题报告。

第三～七周：

具体硬件、软件设计，实现控制要求。

摘要········································································2

1概述········································································3

1.1铣床的介绍·····························································3

1.2自动铣床的发展及现状···················································3

2整体设计····································································4

3硬件设计···································································4

3.1PLC的特点及主要功能···················································4

3.2PLC型号的选择·························································5

3.3液压仿形铣床行程分析···················································8

3.4PLC的I/O地址分配图···················································13

3.5PLC外部接线图························································15

4PLC控制软件设计····························································16

4.1系统工作流程图························································16

4.2梯形图································································17

结论·········································································19

谢辞·········································································19

参考文献·····································································20

外文资料·····································································21

中文翻译·····································································27

仿形液压铣床的PLC控制系统设计

摘要：

介绍铣床的定义及自动化铣床的发展和现状，详细的介绍了液压仿形铣床的工作原理并且以一维仿形为例详细的介绍了仿形铣床的工作过程及过程分析；PLC的特点（体积小，重量轻，能耗低可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造）主要功能（步进顺序控制，数据处理，限时控制，条件控制，计数控制，模/数和数/模转换）以及PLC型号选择所要注意的事项（容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力）；根据仿形铣床的工作流程制作流程图，编写程序制作梯形图，绘制I/O地址分配图。

关键词：

仿形液压铣床；PLC；流程图；梯形图

Abstract：

Describesthedefinitionandautomationofmillingmachinemillingmachinedevelopmentandcurrentsituation,describedindetailtheworkingprincipleofhydrauliccopymillingmachine,andcopyingaone-dimensionalcasedescribedindetailtheprocessofcopyingtheworkofmillingandprocessanalysis;PLCcharacteristics（volumeSmall,lightweight,lowenergyconsumption,highreliability,stronganti-interference;fullyfurnished,perfectfunction,applicabilityandeasytouse,welcomedbytheengineeringandtechnicalpersonnel;systemdesign,constructionworkissmall,easymaintenance,easytransformation）themainfunction（stepsequencecontrol,dataprocessing,limitedcontrol,conditionalcontrol,countcontrols,analog/digitalanddigital/analogconversion）andthePLCmodeltoselectthedesirednote（capacity,I/Omodule,powermodulespecialfunctionmodules,communicationnetworkingcapabilities）;copymillingmachineaccordingtotheworkflowflowcharts,programmingproductionladder,drawingI/Oaddressassignmentmap.

Keywords：

hydrauliccopyingmillingmachine;PLC;flow;Ladder

1概述

1.1铣床的介绍

铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置。

电气系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用。

随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。

铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。

自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。

自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。

在我国70～80年代大多数铣床中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。

因此,继电器本身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用PLC对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。

1.2自动铣床的发展及现状

从上世纪80年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予不是很大的关注。

经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。

但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。

这是由于欧美日等先进工业国家于80年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。

相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。

表1以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。

随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。

在控制方法上，从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。

X62W铣床综合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。

工业、农业、科学和国防现代化建设要求机械产业不断地提供各种先进的设备。

如电力机床、内燃机车、工程机械等设备。

利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械称为金属切削机床，简称机床。

机床是现代机械制造业中最重要的加工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量约占机械制造总工作量的40%~~60%。

机床的性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性。

因此，它是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床的拥有量及其先进程度将直接影响到国民经济各部门生产发展和技术进步的能力。

仿形铣床是由普通机床发展而来。

它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。

仿形铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。

2整体设计

PLC控制液压泵电机、驱动主轴电机、驱动进给电机、驱动冷却泵电机。

PLC控制液压泵电机启动带动仿形指接触要被仿形的工件，驱动主轴电机、驱动进给电机、驱动冷却泵电机根据仿形形式进行运动。

3硬件设计

3.1PLC的特点及主要功能

3.1.1PLC的一般特点

3.1.1.1编制程序简单。

PLC一般采用易于理解和掌握的梯形语言及面向工业控制的简单指令编制程序，非常形象直观。

对于小型PLC而言，几乎不需要任何专门的计算机知识，特别适合现场工程技术人员使用。

3.1.1.2控制系统构成简单、通用性强。

虽然PLC种类繁多，但由于其产品的系列化和模块化，且软件包齐全，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。

用户在硬件设计方面，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。

当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存贮器中的控制程序即可。

PLC的输入、输出可直接与交流220V、直流24V等强电相连，并有较强的带载能力。

3.1.1.3抗干扰能力强、可靠性高。

PLC是专为工业控制设计的。

能适应工业现场的恶劣环境。

在PLC的设计和制造过程中，采取了多层次抗干扰及精选元器件等措施，使PLC的平均无故障时间通常在2000小时以上，这是一般的其他电气设备做不到的。

绝大多数用户都将可靠性作为选取控制装置的首要条件，因此PLC在硬件和软件方面均采取了一系列的抗干扰措施。

在硬件方面，PLC采取的抗干扰措施主要是隔离和滤波技术。

PLC的输入和输出电路一般都用光电耦合器传递信号，使CPU与外部电路完全切断电的联系，有效地抑制外部干扰源对CPU的影响。

在PLC的电源电路和I/O接口中，还设置了多种滤波电路，以抑制高频干扰信号。

在软件方面，PLC设置了故障检测及自诊断程序、用来检测系统硬件是否正常，用户程序是否正确，便于自动地做出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。

3.1.1.4易于操作及维护。

PLC的控制程序可通过其专用的编程器输入到PLC的用户程序存贮器中。

编程器不仅能对PLC控制程序进行写入、读出、检测、修改等操作，还能对PLC的工作进行监控。

使得PLC的操作及维护都很方便。

PLC还具有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员，使操作人员能迅速检查、判断故障原因。

由于PLC的故障率很低，并且有完善的诊断和显示能力，当PLC或外部的输入装置及执行机构发生故障时，如果是PLC本身的原因，在维修时只需要更换插入式模块及其它易损件即可，既方便又减少影响生产的时间。

3.1.1.5设计、技工、调试周期短。

用PLC完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行。

由于用软件编程取代了继电器硬接线，实现控制功能，使得控制柜的设计及安装接线工作量大为减少，缩短了施工周期。

同时，由于用户程序大都可以在实验室模拟调试，调好后再将PLC控制系统在生产现场进行联机调试，使得调试方便、快捷、安全，因此大大缩短了设计和投运周期。

3.1.2PLC的主要功能

PLC是采用微电子技术来完成顺序控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序。

控制现场的执行机构按照一定规律进行动作。

其主要功能如下：

3.1.2.1开关量控制。

这是PLC最基本最广泛的应用领域，用来取代继电器控制系统、实现逻辑控制和顺序控制。

它既可用于单机控制或多机控制，又可用于自动化生产线的控制。

PLC可根据操作按钮、限位开关及其他现场给出的指令信号或检测信号，控制机械运动部件进行相应的动作。

3.1.2.2限时控制PLC为用户提供了一定数量的定时器，并设置了计时指令，一般可实现0.1-999.9s及0.001-99.99s的定时控制，也可按一定方式进行定时时间的扩展。

PLC的限时控制精度高、定时时间设定方便、灵活，同时，PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于精确的定时控制。

3.1.1.3计数控制PLC为用户提供的计数器分为普通计数器、可逆计数器、高速计数器等、以完成不同用途的技术控制。

当计数器的当前计数值变为0（或设定值）或在某一数值范围时，发出控制指令。

计数器的计数值可以在运行中被读出，也可以在运行中进行修改。

3.1.1.4步进控制PLC能通过移位寄存器方便地完成步进控制功能。

有些PLC专门设有步进控制指令，使得编程更为方便。

此功能在进行顺序控制时非常有效。

3.1.1.5数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能，如F2系列、C系列、S5系列等均能完成数据运算，如加、减、乘、除、乘方、开方等，逻辑运算如与、或、异或、求反等，以及数据的移位、比较、传递等操作。

3.1.1.6模拟量处理。

目前很多PLC甚至小型机都具有模拟量处理功能，而且编程和使用都很方便。

这里，模拟量一般为4-20mA的电流，或1-5V的电压；数字量为8位或12位二进制数。

用PLC进行模拟量控制的优点是：

在进行模拟量控制的同时，开关量也可以控制。

这个优点是别的控制器所不具备的，或实现起来不如PLC方便。

3.2PLC型号的选择

随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。

不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、系统、编程方式、价格等也各有不同，使用的场合也各有不同，适用的场合也各有侧重。

隐刺，合格选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要的意义。

PLC的选择主要应用于PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。

3.2.1根据PLC机型选择

PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。

选择时主要考虑一下几点：

3.2.1.1合理的结构型式。

PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。

整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程比较固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般与不交复杂的控制系统。

3.2.1.2安装方式的选择

PLC系统的安装方式分为集中式，远程式I/O式以及多天PLC联网的分布式。

集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，单需要增设驱动器和远程I/O电源；多天PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要互相联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。

3.2.1.3相应的功能要求

一般小型（抵档）PLC具有逻辑运算、定时、计数功能，对于只需要开关量控制的设备都可以满足。

对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算数运算、数据传送功能的增强型低档PLC。

对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制。

通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或者高档PLC。

但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

3.2.1.4响应速度要求

PLC是为永夜自动化设计的通用遥控器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足去应用范围内的需要。

遇过跨范围使用PLC，或者某些功能或者信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，课选用具有高速I/O处理功能的PLC，或者选用具有快速响应模块和终端输入模块的PLC等。

3.2.1.5系统可靠性的要求

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。

对于可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或者热备用系统。

3.2.1.6机型尽量统一

一个企业，赢精良做到PLC的机型统一。

主要考虑到以下问题：

机型统一，其模块可互为备用，便于备品件的采购和管理；机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高；机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上为计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。

在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型比较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、PID调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用PLC控制是很必要的。

3.2.2根据I/O模块选择

目前，国内众多的生产厂家提供了很多系列功能各异的PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从。

所以全面衡量利弊、合理地选择机型残能达到经济实用的目的。

一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目的贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。

机型的选择可以从以下几个方面考虑。

盲目的选择点数多的机型会造成一定的浪费。

要先弄清楚控制系统的I/O点总数，在按实际所需要点数的15%-30%流出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC点数。

另外要注意，一些高密度输入点的模块对同事接通的输入点数有限制，一般同事接通的驶入点不得超过总输入点的60%；PLC每个输出点的驱动能力（A/点）也是悠闲地，有的PLC其每点输出电流的大小随所加负载电压的不同而异；一般PLC的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。

在选机型时要考虑这些问题。

PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式集中几种接法。

隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级。

单这种PLC平均每点的价格较高。

如果输出信号之间不需要隔离，则应该选择前两种输出方式的PLC。

3.2.3根据存储容量选择

对用户存储容量只能做粗略的估计。

在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输出总点数乘10字/点+输出总点数乘5字/点开估计；计数器/定时器（3-5）字/个估计；有运算处理时按（5-10）字/量估算；再有模拟量输入/输出的提供中，可以按每个/（或输出）一路模拟量约（80-100）字左右的存储容量估算；有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算。

随后一般按估算容量的50-100%留有余量，对缺乏经验的设计者，选择容量时要有较大的富余。

3.2.4根据I/O响应时间选择

PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在2-3个扫描周期）等。

对于开关量控制的系统，PLC和I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，不必考虑I/O响应问题。

单对于模拟量控制系统、特别是闭环系统就要考两次这个问题。

3.2.5根据输出负载的特点选型

不同的负载对PLC的输出方式有响应的要求。

例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。

但继电器输出型的PLC有许多优点，如导通压降下，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电电压和过电电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。

所以动作不频繁的交。

直流负载可以选择继电器输出型PLC.