技师论文李迎春.docx
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技师论文李迎春
技师评审论文
专业：
数控加工与维修
基于三菱FX（2n）PLC钻孔钻头控制系统设计
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摘要
根据设计要求，从提高产品的生产效率和精度的角度出发，确定采用PLC控制的自动控制系统。
控制系统具有完成钻孔钻头自动打孔功能。
论述了系统软件的设计方法和过程。
利用三菱FX（2N）PLC控制一台伺服电机，两台步进电动机，实现三轴联动，解决了人工控制工业生产中遇到的生产周期时间长，效率低，产品精密度低，安全隐患大，系统故障高等难题。
关键词：
钻孔钻头控制系统PLC接触器限位开关
第一章可编程控制器
1.1可编程控制器概述
1969年美国数据通信公司（DEC公司）研制出第一台可编程控制器，在GM公司生产线上获得成功。
其后日本、德国等相继引入，可编程控制器迅速发展起来。
这一时期它主要用于顺序控制。
虽然也采用了计算机的设计思想，但是当时只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为PLC（ProgrammableLgicController）。
对于PLC的定义，国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的可编程控制器标准的第三稿中写道：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用设计的。
它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
目前，PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、电力和轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具，加速了机电一体化的进程。
1.2可编程控制器的基本结构及工作原理
1.2.1可编程控制器的基本结构
目前，PLC的类型很多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。
其基本结构如图1-1所示。
图1-1PLC的基本结构
由图1-1可以看出，PLC采用了典型的计算机结构，主要包括中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入/输出接口电路、编程器、电源、I/O扩展口以及外部设备接口等。
其内部采用总线结构进行数据和指令的传输。
PLC系统有输入变量→PLC→输出变量组成。
外部的各种开关信号模拟信号以及传感器检测的各种信号均作为PLC的输入变量，它们经过PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算处理后送到输出端子，作为PLC的输出变量对外围设备进行各种控制。
1.2.2可编程控制器的工作原理
1.工作原理
PLC被认为是一个用于工业控制的数字运算操作装置。
利用PLC制作控制系统时，控制任务所要求的控制逻辑通过用户编制的控制程序来描述，执行时PLC根据输入设备状态，结合控制程序描述的逻辑，运算得到向外部执行与案件发出的控制指令，以此来实现控制。
图1-2给出了PLC的工作原理示意图。
图1-2PLC的工作原理示意图
分析PLC工作原理时，常用到继电器的概念，但在PLC内部没有传统的实体继电器，仅是一个逻辑概念，因此被称为“软继电器”。
这些“软继电器”实质上是由程序的软件功能实现的存储器，它有“1”和“0”两种状态，对应于实体继电器线圈的“ON”（接通）和“OFF”（断开）状态。
在编辑时，“软继电器”可向PLC提供无数动合（常开）触点和动断（常闭）触点。
PLC进入工作状态后，首先通过其输入端子，讲外部输入设备的状态收集并存入对应的输入继电器，如图1-7中的XO被写入“0”，并由此时写入的值决定程序中XO触点的状态。
输入信号采集后，CPU会结合输入的状态，根据语句排序逐步进行逻辑运算，产生确定的输出信号，再将其送到输出部分，从而控制执行元件动作。
2.工作方式
PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
微机一般采用等待命令的工作方式，而CPU则采用循环扫描的工作方式。
在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始按指令步序号进行周期性的循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符号后又返回第一条指令，周而复始不断循环，因此称为循环扫描工作方式。
一个完整的工作过程主要分为三个阶段（如图1-3）。
图1-3PLC的工作过程示意图
（1）输入采样阶段
CPU扫描所有的输入端口，读取其状态并输入寄存器。
完成输入端采样后，关闭输入端口，转入程序执行阶段。
在程序执行期间无论输入端状态如何变化，输入状态寄存器的内容不会改变，直到下一个扫描周期。
（2）程序执行阶段
在程序执行阶段，根据用户输入的程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部副主存储器和输出状态寄存器。
当最后一条控制程序执行完毕后，即转入数出刷新阶段。
（3）输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容依次送到输出锁存电路，通过一定方式输出，驱动外部负载，形成PLC的实际输出。
输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC的一个循环工作周期。
扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：
一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。
显然，程序程序越长，扫描周期越长，响应速度越慢。
第二章课题的任务分析
2.1基于三菱FX（2N）系列PLC钻孔钻头控制系统分析
2.1.1概述
由于传统的普通钻床钻孔的精度和效率受到工人的熟练程度、疲劳强度等人力因素影响很大，要想达到高精度和高效率就十分不容易。
随着PLC技术在传统机械上的运用使得生产效率和生产效益明显提高，同时保证了产品的精度，解放了人力，也就是解放了生产力。
从而促进社会的进步。
这次的课题任务是运用三菱FX（2N）PLC初步设计钻孔钻头的控制系统，具体的设计内容是动力头在原位时开关ST3受压，加启动命令后接通电磁阀F1，动力头快进。
动力头碰到限位开关ST1后，接通电磁阀F1和F2，动力头由快进转为工进。
动力头碰到限位开关ST2后，停止进给，延时10S。
延时时间到，接通F3，动力头快速退回。
当原点限位开关ST3接通时，动力头快速退回结束。
根据上述控制要求，用PLC编制程序实现对钻孔动力头的控制。
2.1.2三菱PLC主要特点
1.结构灵活
不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。
2.传输质量高、速度快、带宽稳定
可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。
最新的电力线标准HomePlugAV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlugAV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。
3.范围广
无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。
虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。
而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。
由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。
这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。
终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。
4.低成本
充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。
无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。
相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。
5.适用面广
PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。
它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。
第三章控制系统设计
3.1控制任务
（1）动力头在原位时开关ST3受压，加启动命令后接通接触器KM1，动力头快进；
（2）动力头碰到限位开关ST1后，接通接触器KM1和KM2，动力头由快进转为工进；
（3）动力头碰到限位开关ST2后，停止进给，延时10S；
（4）延时时间到，接通F3，动力头快速退回；
（5）当原点限位开关ST3接通时，动力头快速退回结束。
根据上述控制要求，用PLC编制程序实现对钻孔动力头的控制。
3.2该动力头的加工过程
3.3I/O地址的分配及接线图
3.3.1PLC的输入/输出点分配表
输入信号
名称
代号
输入点编号
启动按钮
启动
X0
停止按钮
停止
X1
原点限位开关
ST3
X2
快进限位开关
ST1
X3
工进限位开关
ST2
X4
输出信号
名称
代号
输出编号
正转接触器
KM1
Y0
正转接触器
KM2
Y1
反转接触器
KM3
Y2
3.3.2PLC控制接线图
3.4电气控制电路图
3.5控制梯形图
3.6指令表
3.7分析所编的程序并阐述系统的工作原理
（1）按下启动按钮，第一逻辑行中的串联接触点X000闭合，M0置1，并联接触点M0闭合，M0自锁。
同时第二逻辑行中的串联接触点M0闭合，Y000置1，Y000的常开触点KM1闭合，快速电机和慢速电机启动，且快速电机拖动慢速电机，钻孔动力头快速进给。
（2）动力头碰到限位开关ST1后，第三逻辑行的串联接触点X003闭合，M1置1，并联接触点M1闭合，M1自锁。
同时第四逻辑行的串联接触点M1闭合，Y001置1，Y001的常闭触点KM2断开，快速电机停止，慢速电机继续，钻孔动力头工进。
（3）动力头碰到限位开关ST2后，第五逻辑行的串联接触点X004闭合，M2置1，并联接触点M2闭合，M2自锁，T0开始计时，同时第一、五逻辑行的串联接触点M0断开，进给电机停转。
延时开始。
（4）10s计时结束，第六逻辑行的串联接触点T0闭合，Y002置1，Y002的常开触点KM2闭合，快速电机和慢速电机反转，且快速电机拖动慢速电机，钻孔动力头快速退回。
（5）动力头碰到原点限位开关ST3后，第五逻辑行的串联接触点X002断开，Y002置0，Y002的常开触点KM3断开，快速电机和慢速电机停转，钻孔动力头停止进给。
结论
我这次设计是做《基于三菱FX（2N）PLC钻孔钻头控制系统设计》。
在这几个月的设计过程中，让我明白一个简单的控制系统设计的过程，知道一个设计所必须要准备些什么，要怎样去安排工作，并学习系统设计的一般方法，掌握系统设计的一般规律；也通过课程设计实践，培养了我综合运用可编程控制器课程和其他选修课程的理论与生产实际知识来分析和解决PLC控制系统设计的能力；学会怎样运用PLC知识来解决基本电气控制问题，并了解了运用PLC来进行基本电气控制系统设计的分析、设计的一系列流程。
除此以外，整个毕设过程也激发了我的学习兴趣，让我加深了对课堂所学内容的理解和掌握。
在设计过程中不可避免的遇到一些困难，但这些困难让我明白了要做好一个控制系统设计是一件不容易的事，必须要有丰富的知识面和实践经验，以及一个好的导师。
设计过程让我感到了学习的紧张，看到了同学们的奋斗努力，让大家很好地回顾、理解、综合以前所学习的理论知识，也明白了只有在学好理论的基础上才能做好设计，
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