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双面钻说明书汇总

设计说明书

《电气控制与仪表》课程设计

课题：

全自动双面钻电气控制系统设计

学院：

学号：

专业（方向）年级：

学生姓名：

福建农林大学机电工程学院电气工程系

2013年1月13日

一、设计任务

1.1基本情况介绍·······························2

1.2拖动情况介绍·······························2

1.3设计要求···································3

二、设计过程

2.1总体方案选择说明···························3

2.2控制方式选择·······························4

2.3主电路设计·································5

2.4控制电路设计·······························5

2.5控制系统硬件及软件设计·····················10

2.6检查动作程序·······························15

2.7操作面板设计·······························16

2.8编制元件明细表·····························17

三、设计小结··································17

四、参考文献··································18

一、设计的任务

1.1基本情况介绍

全自动双面钻是对棒料两面同事进行钻孔或扩孔加工的专用机床。

这种机床的自动程度高。

能自动上、下料，自动进、退倒，并且有可靠的危险区保护装置。

其结构示意图如图1所示。

双面钻是由液压系统控制进给运动，动力头的主轴由Y100L1—4（2.2kW）电动机驱动，各运动采用行程原则控制，动力头进退及上、下料采用液压传动，液压泵电动机为Y100L2—4（3kW）。

1.2拖动情况介绍

根据切削工艺要求，动力头的前进运动和后退运动能够进行半自动循环控制，其控制过程如下：

①定位：

当系统内油压达到工作要求时（YJ3闭合），按下SB1，电流继电器KA1和电磁铁YV1得电，KA1的常开触点闭合，零件被准确定位。

②夹紧：

由于电磁铁YV1的得电，当压力继电器YJ1的常开触点闭合，使YV2得电，定位工序结束，指示灯HL1亮。

由于KA2开始得电，其常开触点闭合，系统进入夹紧工序，零件被夹紧。

③入位：

由于电磁铁YV2得电，，当压力继电器YJ2的常开触点闭合，表明零件已被夹紧，夹紧指示灯HL2亮。

此时KA3开始得电,KA1和KA2保持得电状态，滑台入位，带动夹具一起进入加工位置.

④工进：

滑台入位后压下限位开关SQ1/SQ5，其常开触点SQ1/SQ5闭合，使YV4得电，系统进入工进环节。

⑤退位：

拖板左右两边的动力头对零件进行两端面铣削加工（工进），当动力头达到加工终点时，压下限位开关SQ2/SQ4，其常开触点SQ2/SQ4闭合，使YV5得电，系统进入退位环节。

⑥复位：

当动力头退回原位时，压下限位开关SQ3/SQ6，其常闭触点SQ3/SQ6断开，则复位工序结束，同时夹紧工序也结束，指示灯HL2灭，夹具打开，取出零件。

经过上述六个步骤，机床的一次进给循环即完成。

1.3设计要求

1）料斗中有料时，按下开工按钮后，能自动工作下去，实现自动循环。

2）当只要求加工一只零件时，要求加工完毕能自动退回原味，并自动停车。

3）动力头主轴、滑台能点动操作，以便调整钻孔深度。

4）主轴主要求单向运转，离开原位能自动启动，回到原位则自动停止。

5）单机操作能进行一面加工，并且能实现自动循环。

6）具有紧急停止和危险区保护环节。

7）具有必要的显示、保护、连锁环节。

二、设计过程

2.1总体方案选择说明

据动作流程，可以用以下一些方案。

方案一：

单片机控制方案

方案二：

继电器——接触器控制方案

方案三：

PLC控制方案

在传统的继电器-接触器控制系统和PLC控制系统、微机控制系统这三种控制方式中，究竟选哪种更合适，这需要从技术上的实用性，经济性上的合理性进行各方面的比较论证。

该系统动作过程，左右动力头前进后退夹紧机构夹紧和放松返回原位。

放松和夹紧共用一个线圈，线圈得电时放松、失电时夹紧，所以夹紧不作为输出信号。

右动力头进入危险区送料到位夹紧回原位夹紧左动力头到位右动力头原位孔余下部分他们分别用八个限位开关SQ、SQ1、SQ2、SQ3、SQ11、SQ12、SQ21、SQ22，1个光电开关控制。

单片机控制方案：

它是用程序实现各种复杂的控制，功能最强。

工作方式采用中断处理，响应也较快，价格比PLC要低。

但它的程序修改难度较大，可靠性比PLC要差，也需要设计专门的接口电路和抗干扰措施。

在使用时要求有较好的工作环境，维护技术也较高，系统设计较复杂，调试技术难度大，需要有系统的计算机知识。

它需要设计和制作输入接口电路、输出接口电路、放大电路和印刷电路板，设计制作工作量大，周期长，而且它的抗扰能力很弱，对环境的适应性差。

继电器——接触器控制方案：

继电器控制设计出的线路比较复杂，电器控制装置的制造周期较长，造价相应较高，维修也不方便。

控制系统完成后，若控制任务发生变化，如某些生产工艺流程的变动，则必须通过改变接线才能实现。

另外接线程序控制系统中器件、接线较多，所以其平均无故障时间较短。

所以采用继电器控制方案有如下缺点：

继电器本身容易出现误动作，特别是触头氧化及铁芯与衔铁弄脏后的吸力不足，机械运动部件运动不灵活而出现被卡烧坏线圈等故障，给维护过程带来极大不便，甚至会影响正常营运工作，而且势必使硬件接线量大且复杂，进而容易诱发以下问题：

由于接线复杂，需要工程技术人员有足够的耐心，稍有不慎就会出现错误。

一旦接线出现问题，要查找故障也是一项艰巨的工作，这样我们的工作效率必然受到影响。

在单机调试时，难免要对其中的线路进行改进，这也给工程技术人员带来很大的麻烦。

由于中间继电器教多，这必然会增大控制柜的体积，增加产品的生产成本。

总之，继电器控制系统的灵活性和通用性较低，故障率较高。

PLC控制方案：

它的编程方法简单易学，梯形图语言形象直观，易学易懂；功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量少，维修方便；体积小，能耗低。

综上所述，PLC在这些方面功能比前两种方案强，我们决定采用PLC控制方案。

2.2控制方式选择

PLC的选择：

PLC是整个控制系统的核心，采用西门子公司的S7—200系列的主控模块CPU226和数字量输入扩展模块EM221，8点DC输入（8×24V/DC）。

CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

26K字节程序和数据存储空间。

用于较高要求的控制系统，具有更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

2.3主电路设计

1）由接触器KM1,KM2,KM3，KM4分别控制液压泵电动机、冷气泵电动机、主电动机的运转

2）由熔断器FU1,FU2,FU3,FU4实现短路保护,由热继电器FR1,FR2,FR3实现过载保护；

3）由隔离开关QF作为电源控制；

4）为保证准确停位,并考虑前进与后退运动均由同一型号的电动机拖动,故停车时可采用一直流电源实现能耗制动,直流电源可采用低压交流电源经单相桥式整流得到，能耗制动由接触器KM4控制。

2.4控制电路设计

（1）电机控制电路的设计：

1）油泵和冷却泵的运转情况分别由KM1,KM2控制，并且使用基本的“启—保—停”的控制电路；油泵电机的开关分别为SB8和SB10，冷却泵的开关分别为SB7和SB9。

2）为保证两台电动机同时启动，同时停车，两台同型号的动力头电动机的运转由一个接触器KM3控制，其中能耗制动过程由KM4控制，制动时间由时间继电器KT来确定；过载保护由FR3常闭触头串在动力头及能耗控制回路中实现；SB5为启动按钮，SB6为停止按钮。

（2）电磁阀控制电路的设计：

（电磁阀控制）

（中间继电器）

由于电磁阀无自锁功能，故引入中间继电器，由于加工工程工步数N=6,故选用中间继电器个数，通电域m=3（传递电磁阀工步数），继电器成菱形。

其动作表如下表所示：

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

KA1

KA2

KA3

定位（SB1）

夹紧（YJ1）

入位（YJ2）

工进（SQ1\SQ5）

退位（SQ2\SQ4）

复位（SQ3\SQ6）

表1-电磁阀控制逻辑状态表

1）根据切削工艺要求，动力头的前进运动和后退运动能够进行半自动循环控制，其控制过程如下：

①定位：

当系统内油压达到工作要求时（YJ3闭合），按下SB1，电流继电器KA1和电磁铁YV1得电，KA1的常开触点闭合，零件被准确定位。

②夹紧：

由于电磁铁YV1的得电，当压力继电器YJ1的常开触点闭合，使YV2得电，定位工序结束，指示灯HL1亮。

由于KA2开始得电，其常开触点闭合，系统进入夹紧工序，零件被夹紧。

③入位：

由于电磁铁

得电，，当压力继电器YJ2的常开触点闭合，表明零件已被夹紧，夹紧指示灯HL2亮。

此时KA3开始得电,KA1和KA2保持得电状态，滑台入位，带动夹具一起进入加工位置.

④工进：

滑台入位后压下限位开关SQ1/SQ5，其常开触点SQ1/SQ5闭合，使YV4得电，系统进入工进环节。

⑤退位：

⑥复位：

当动力头退回原位时，压下限位开关SQ3/SQ6，其常闭触点SQ3/SQ6断开，则复位工序结束，同时夹紧工序也结束，指示灯HL2灭，夹具打开，取出零件。

经过上述六个步骤，机床的一次进给循环即完成。

2）因设备调整需要，系统定位，夹紧，入位，工进及退位/复位操作环节既可实现半自动循环，又可实现单独的控制，用SA2,SB2,SB3,SB4分别对其完成进行手动控制。

3）由FU6对控制电路进行短路保护。

4）控制线路逻辑表达式推理：

Y=（开启条件*限制条件+保持）*关闭条件

由逻辑状态表及分析结果可得：

（3）局部照明与信号指示电路的设计

在机床上设置电源接通指示灯HL2（绿色），在电源开关QS接通后，HL2立即发光显示，表示机床电气线路已出入供电状态；设置指示灯HL1（红色），亮时表示电动机M1,M2已运行。

其中指示灯HL1由接触器KM1的常开触点控制通电显示，如电气原理图所示。

设置照明灯EL，供安全照明使用。

（4）按设计要求检查各动作程序，各种保护，联锁等，便于绘制电气控制原理图。

2.5控制系统硬件及软件设计

PLC是整个控制系统的核心，采用西门子公司的S7—200系列的主控模块CPU226和数字量输入扩展模块EM221，8点DC输入（8×24V/DC）。

CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

26K字节程序和数据存储空间。

用于较高要求的控制系统，具有更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

1）PLC输入/输出地址分配表

2）PLC硬件接线图

3）顺序功能图

4）梯形图

2.3.4按设计要求检查各动作程序，各种保护联锁等全部符合要求，绘制电气控制板原理图

2.6检查动作程序

程序调试过程也是一个复杂的过程，任何一个环节出错都会导致程序不能顺利完成。

完成了前面的准备工作，紧接下来工作，也是最重要、最关键的就是调试。

首先，对各个部分已编好的程序进行逻辑分析无误后，将编好的梯形图程序或指令表程序输入到计算机PLC软件上。

按照程序要求，连接好外部开关、按钮及输出的模拟指示信号，验证程序对错。

然后，将PLC的启动开关扳到STOP端，单击软件主菜单上的PLC下拉菜单，单击“写入”命令，在弹出的菜单选择合适的程序步长度，单击“确定”，将程序写入PLC内。

完成写入后，再单击下拉菜单“监控/测试”单击“开始监控”，这时可以观察到，辅助继电器M0为ON，依照程序，接通X16，按下启动按钮X0，观察到辅助继电器M1通电自保，辅助继电器M0由于互锁作用断电，输出继电器Y1通电置位，呈绿色状态，以区别断开状态。

依次按下各个模拟行程开关，观察对应的输出Y是否接通，当前步的辅助继电器M是否接通，即当前步是否为活动步。

同时，其前级步必为不活动步。

如果为“是”则说明程序是正确的，反之，是错误的，必须进行修改。

最后，值得注意的是，在程序有返回或跳转时，按下相应的按钮或开关后，应能返回或跳转到指定的地方。

程序中使用到计数器时，必须在外循环对计数器进行复位操作，否则，再次执行程序时，容易出错。

2.7操作面板设计

3.2

2.8编制元件明细表

三、设计小结

俗话说的好：

学以致用。

学了不能用到生活中不能用到实践中，那么就相当于没有学。

课程设计就是一个很好的学以致用的平台。

在这次的课程设计中我不仅检验了我学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。

“千里之行始于足下”。

通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。

我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

通过这次全自动双面钻电气控制系统课程设计，本人在多方面都有所提高。

这次全自动双面钻电气控制系统课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行全自动电气控制设计，从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了工业电气控制等课程所学的内容，掌握课程设计方法和步骤，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢老师.，老师那严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作和学习中的榜样，老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持。

四、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重庆大学出版社

2.万太福可编程序控制器及其应用重庆大学出版社

3.刘祖润毕业设计指导机械工业出版社

4.李树雄可编程控制器原理及应用程序北京航空航天大学出版社

5.邓星钟机电传动与控制[M].华中科技大学出版社.2009

6.秦曾煌电工学[M].高等教育出版社.2004

7.王积伟液压与气压传动[M].机械工业出版社.2005

8.陈远龄.黎亚元机床电气自动控制[M].重庆大学出版社.1994

9.刘介才现在电工技术手册[M].中国水利水电出版社.1995

姓名

郑文镇

院、系别：

机电工程学

院

专业年

级：

电气工程及其自动化

课程设计题目

全自动双面钻电气控制系统设计

指导老师姓名

林建烽

答

辩

小组意见

经历了一周紧张的准备工作，大家齐心协力完成了本次的课程设计。

在这期间，我们每个人都有自己的任务，当遇到难以解决的问题时，大家能够互相帮助，共同把困难的问题给解决了。

在这次的小组合作中，让我亲身体会到了团结的力量，感受到了团体合作的愉快。

不过在这次的课程设计过程中，我也认识到了自己在理论知识方面掌握的还不够扎实，有待自己利用好时间继续提高自己，并通过实际的实践来检验自己的知识和锻炼自己的动手能力。

签名：

年月日

指

导

老

师

评

语

指导教师签名：

年月日

系

审

查

意

见

、

系领导签名：

年月日

（说明：

本评审意见表应放入学生课程设计资料袋中保存。

）

时间:

机电工程学院电气控制与仪表课程设计评审意见表

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