千斤顶液压缸加工机床电气控制系统设计.docx

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千斤顶液压缸加工机床电气控制系统设计

XXXXX学院

课程设计说明书

设计题目:

千斤顶液压缸加工机床电气控制系统设计

学生姓名：

XXXXX

学号：

XXXXX

专业班级：

XXXXX

指导教师：

XXXXX

2012年12月13日

内容摘要

在本设计中采用装在动力滑台上左，右两个动力头同时进行切削。

动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。

液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。

主要介绍了通过PLC控制系统，设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制，并设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制梯形图，千斤顶液压缸加工机床控制硬件配置连线图，基于PLC的机床电气控制系统的控制电路图。

关键字：

液压缸；PLC控制系统；梯形图；主电路

第1章引言

1.1设计内容

千斤顶液压缸加工机床电气控制系统的设计。

1.2控制要求

本机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。

动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。

液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。

机床的工作程序是：

（1）工件定位人工将零件装入夹具后，定位液压缸动作，工件定位。

（2）工件夹紧零件定位后，延时15s，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具内，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。

（3）滑台入位滑台带动动力头一起快速进入加工位置。

（4）加工零件左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点位置即停止工进，延时30s后停转，快速退回原位。

（5）滑台复位左右动力头退回原位后，滑台复位。

（6）夹具松开当滑台复位后夹具松开，取出零件。

以上各种动作由电磁阀控制，电磁阀动作要求见表1-1。

表1-1电磁阀动作要求

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

定位

＋

夹紧

＋

入位

＋

＋

工进

＋

退位

＋

复位放松

注：

“+”号表示电磁阀得电。

（1）左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。

（2）只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力（压力继电器检测）后，才能进行其他的控制。

（3）机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。

（4）要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。

（5）相关参数：

①动力头电动机M1：

Y100L-6，1.5kW，AC380V，4.0A。

②冷却泵电动机M2：

JCB-22，0.15kW，AC380V，0.43A。

③液压泵电动机M3：

Y801-4，0.55kW，AC380V，1.6A。

④电磁阀YV1～YV5：

100mA，AC220V。

⑤指示灯HL1～HL8：

10mA，DC24V;安全照明：

10W，6.3V。

第2章系统总体方案设计

2.1设计思路

千斤顶液压缸两端面的加工，采用装在动力滑台的左、右两动力头同时进行加工切削，机床属于双面单工位组合机床。

千斤顶液压缸两端面加工机床由两个液压滑台、动力箱、固定式夹具、底座、床身和液压站等部件组成。

千斤顶液压缸两端面加工时，将工件放在工作台上并加紧，当工件加紧后发出加工命令，左、右滑台开始快进，当接近加工位置时，左、右滑台变为工进进给，直到加工完成后再快退返回。

至原来左、右滑台分别停止，并将工件放松取下，工作循环结束。

即工作循环如下：

工件定位---工件夹紧---滑台入位---加工零件---滑台复位---夹具松开。

2.2系统硬件配置

该控制系统主要硬件为S7—200系列PLC。

PLC采用循环扫描的工作方式，对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符号后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。

每一个循环称为一个扫描周期。

一个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。

该系统的工作过程为：

当按下启动按钮后，各控制信号的状态在PLC的输入采样阶段被存入PLC内部的I区，然后PLC逐条执行程序，在输出刷新阶段将I区的状态输出到Q区，Q区的状态控制各继电器线圈，进而控制各电磁阀和电动机的工作。

第3章PLC控制系统设计

3.1主电路图的设计

电动机M1带动动力头，M2带动冷却泵，M3带动液压泵。

KM1为M1，M2的接触器。

KM2为M3的接触器。

左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机M2同时运转。

M3带动液压泵，只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力（压力继电器检测）后，才能进行其他的控制。

主电路图如3-1所示。

图3-1主电路图

3.2确定I/O数量，选择PLC类型

由上述控制要求可知系统可采用自动工作方式，也可以采用手动工作方式.输入有18点，输出有16点，并考虑余量要求，因此系统采用24输入，16输出的PLC.所以系统属于小型控制系统，其中PLC的选型范围较宽，现选用西门子公司的S7-200，CPU226型PLC。

3.3I/O地址的分配

千斤顶液压缸加工机床电气控制系统PLC输入地址分配表如表3-3所示:

表3-3I/O地址分配表

控制信号

信号名称

元件名称

元件符号

地址编码

输入信号

油压检测信号

继电器

KP

I0.0

M1，M2启动

常开按钮

SB1

I0.1

M1，M2停止

常开按钮

SB2

I0.2

M3启动

常开按钮

SB3

I0.3

M3停止

常开按钮

SB4

I0.4

机床半自动转换

转换开关

SA1-1

IO.5

手动定位控制信号

转换开关

SA2-1

I0.6

手动入位控制信号

转换开关

SA3-1

I0.7

手动工进控制信号

转换开关

SA3-2

I1.0

手动退位控制信号

转换开关

SA3-3

I1.1

工进终点位置检测

限位开关

SQ

I1.5

定位终点位置检测

限位开关

SQ1

I1.6

入位终点位置检测

限位开关

SQ2

I1.7

液压缸夹紧检测

限位开关

SQ3

I2.0

退位终点位置检测

限位开关

SQ4

I2.1

输出信号

动刀头M1,M2运行

指示灯

HL1

Q0.0

M3运行指示

指示灯

HL2

Q0.1

半自动循环工作指示

指示灯

HL3

Q0.2

定位指示

指示灯

HL4

Q0.3

入位指示

指示灯

HL5

Q0.4

工进指示

指示灯

HL6

Q0.5

退位指示

指示灯

HL7

Q0.6

故障指示

指示灯

HL8

Q0.7

1#电磁阀接通

电磁阀

YV1

Q1.0

2#电磁阀接通

电磁阀

YV2

Q1.1

3#电磁阀接通

电磁阀

YV3

Q1.2

4#电磁阀接通

电磁阀

YV4

Q1.3

5#电磁阀接通

电磁阀

YV5

Q1.4

M1，M2控制接触器

接触器

KM1

Q1.5

液压泵M3控制接触器

接触器

KM2

Q1.6

3.4元器件明细表

元器件明细表列出了电气系统所用的电器元件的名称、文字符号和数目，方便施工人员进行元器件的采购。

表3-4为元器件明细表包含了元器的详细信息。

表3-4元器件明细表

元件名称

符号

数量

继电器

KM

2

电磁阀

YV

5

指示灯

HL

8

限位开关

SQ

5

转换开关

SA

5

常开按钮

SB

4

熔断器

FU

2

3.5硬件配置接线图

根据信号输入输出的类型及控制的主电路，绘制I/0连接图如图3-5所示。

图3-5I/O接线图

3.6控制程序梯形图与语句表

在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。

梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。

梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。

它来源于继电器逻辑控制系统的描述。

在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。

梯形图由触点、线圈和应用指令等组成。

触点代表逻辑输入条件。

CPU运行扫描到触点符号时，便转到触点位指定的存储器位访问（即CPU对存储器的读操作）。

在用户程序中常开触点和常闭触点可以使用无数多次。

线圈通常代表逻辑输出结果和输出标志位，当线圈左侧接点组成的逻辑运算结果为“1”时，“能流”可以到达线圈，使得线圈得电动作，则CPU将线圈的位地址指定的存储器的位置为“1”，逻辑运算结果为“0”时，线圈断电，存储器的位置为“0”。

3.6.1梯形图

STEP7-Micro/WIN32软件是西门子S7-200PLC的开发工具，主要用于开发程序，也可用于实时监控用户程序的执行状态。

将零件装入夹具中，按下液压泵M3的启动按钮SB3（I0.3）启动电机M3，接触器KM2（M0.0）得电自锁，KM2闭合，然后按下循环控制按钮SA1-1（I0.5），循环工作指示灯HL3（Q1.1）和M3工作指示灯HL2亮。

当压力达到一定值之后，KP（I0.0）闭合，定位转换开关SA2-1（I0.6）闭合，从而使电磁阀YV1（Q1.0）得电闭合，定位指示灯HL4（Q0.3）亮，工件开始定位.

零件定位之后，开始延时，延时15S之后电磁阀YV2（Q1.1）开始得电，加紧液压缸动作使零件固定在夹具里，同时定位液压缸退出以保证滑台入位.

然后按下动力头M1，冷却泵M2的启动按钮SB1（I0.1）启动，接触器KM1得电，指示灯HL1亮，同时入位转换开关SA3-1（I0.7）闭合，电磁阀YV2得电，滑台带动动力头一起快速进入加工位置,入位指示灯HL5（Q0.4）亮.

入位之后，当工进转换开关SA3-2（I1.0）得电时，电磁阀YV3（Q1.3）置位，同时工进指示灯HL6（Q0.5）亮，左右动力头开始进行两端面切削加工.当动力头到达加工终点位置即停止工进，此时检测开关SQ1（I1.5）得电闭合使YV4（Q1.4）复位断电，延时30S后复位KM1断.

退位转换开关SA3-3闭合，退位电磁阀YV4（Q1.3）得电动作，同时退位指示HL7（0.5）亮，动力头开始退回原位。

左右动力头退回原位后，滑台复位，原位检测信号开关SQ2（I1.7）动作，复位接触器Y3，使夹具松开，取出零件。

用STEP7-Micro/WIN32软件编制的该控制系统的程序梯形图如附录1所示。

3.6.2指令表

指令表编程语言类似于计算机中的助记符汇编语言，它是可编程控制器最基础的编程语言。

所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。

语句表通常和梯形图配合使用，互为补充，将该控制系统的梯形图转化为语句表如附录2所示。

3.6.3程序调试

程序调试有模拟器调试和现场调试等方法，根据课程设计要求并结合实际情况使用了STEP 7-Micro/WIN模拟器进行了本程序的调试。

西门子S7－200的仿真软件Simulation1.2版是从西班牙原版1.2直接汉化过来的，支持TD200仿真界面和增减计数器等多种指令。

调试方法如下：

（1）.将在Step 7 MicroWin中编译正确的程序在文件菜单中导出为AWL文件；

（2）.打开仿真软件，点“配置”-“CPU 型号”，然后选择CPU226；

（3）.点“程序”-“载入程序”；

（4）.选择Step 7 MicroWin的版本；

（5）.将先前导出的AWL文件打开；

（6）.点“PLC”-“运行”，开始调试程序；

程序具体运行情况如附录3所示。

结论

本次设计的过程是先设计继电器接触器控制系统，然后根据继电器接触器控制系统设计PLC控制系统。

两种系统虽然控制原理一样，但是所需要的控制元件却有很大不同，尤其是继电器接触器控制系统设计中有很多中间继电器及接触器，而PLC控制系统只有很少。

本次设计的思路是通过时间继电器及中间继电器的控制，使每一个时间继电器的工作时间达到要求值的，然后通过仿真设计的程序看是否能够正确的执行。

通过编程及调试，按下循环按钮，可以实现五台电动机的顺序循环控制，分别按下控制每台电动机的启动按钮，对应的电动机则可以独自启动和停止，满足课题要求。

此次课程实际结果满足要求，但在实际的设计过程中，由于缺乏实际工作的经验，可能没有完全预测到在实际生产过程中可能出现的突发情况，所以该系统的梯形图的编制还要根据实际的工况进行调整和完善。

设计总结

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关PLC应用方面的知识，在设计过程中尤其是自己动手编制程序时，遇到了很多困难，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我掌握的知识不再是纸上谈兵，而是学以致用。

同时，这次课程设计让我感受到了我对所学习的内容是多么的不熟练，在设计过程中总是需要翻书，还总是会出现问题，同时这些问题也提醒了我那些地方没学好，加深了对这部分知识的印象。

课程设计不仅仅是一门专业课，使我学到很多专业知识以及提升了专业技能上，同时又是一门提升自我综合能力的课程，给了我莫大的发展空间，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高；更重要的是，在课程设计中，我们学会了很多学习的方法，而这些都将为日后做准备，会使我们终身都受益匪浅。

面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践，才能在最大程度上发掘自己。

这对于我们的将来也有很大的帮助。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。

谢辞

通过本次课程设计，首先感谢我们的指导老师王宗才老师，这两周里，老师除了上课时间，几乎天天来设计教室对我们进行指导和督促，为我们解答各种疑惑，认真仔细的指出我们犯的各种错误，同学们也很积极，与老师一起讨论研究，气氛十分激烈。

王老师是一个要求高、认真谨慎的老师,在设计过程中王老师多次指出了我的细微不足之处，同时又给我提出了许多宝贵的意见，经过多次修改，学到了不少知识，尽管他平日里工作繁忙，但在课程设计的每个阶段都给予了我们悉心的指导，细心的找出我们设计中的错误，并给与引导正确的理解方向，使我们能过尽快的完成此次设计的内容。

其次要感谢河南工业大学对我们的培养，给我们提供了很多便利的条件。

本次课程设计过程中我们班同学给予了很多帮助，没有他们的帮助，我不会如此顺利得完成本次课程设计，在此，向他们致以真诚的感谢。

老师和同学们所体现出的治学严谨和科学研究的精神也是我学习的榜样，将积极的影响我今后的学习和工作。

附录1

根据PCL编程要求以及本设计要求，设计程序如下：

附录2

Network1//NetworkTitle

//液压泵电动机M3启动

LDI0.3

OM0.0

ANI0.4

=M0.0

Network2

LDM0.0

=Q0.1

=Q1.6

Network3

//动刀头动作

LDI0.1

OM0.1

ANI0.2

=M0.1

Network4

LDM0.1

LPS

ANM5.5

=Q0.0

LPP

=Q1.5

Network5

//手动自动转换

LDM0.0

AI0.0

LPS

AI0.5

=M1.0

LPP

ANI0.5

=M2.0

=Q0.2

Network6

//手动定位

LDM1.0

AI0.6

LPS

ANM5.0

=M3.0

LRD

AI1.6

=M1.1

LPP

=Q1.0

Network7

//自动定位

LDM2.0

LPS

ANM5.1

=M3.1

LRD

AI1.6

=M2.1

LPP

=Q1.0

Network8

//延时15秒

LDM1.1

OM2.1

ANT37

TONT37,+150

Network9

LDT37

OM1.2

=M1.2

Network10

LDT37

OM2.2

=M2.2

Network11

//夹紧

LDM1.2

AI0.6

LPS

ANM5.2

=M3.2

LPP

=Q1.1

Network12

LDM2.2

LPS

ANM5.3

=M3.3

LPP

=Q1.1

Network13

//手动入位

LDM1.2

AI0.7

LPS

ANM5.4

=M3.4

LRD

ANM5.2

=M3.5

LRD

AI1.7

=M1.4

LPP

=Q1.2

Network14

//自动入位

LDM2.2

LPS

ANM5.4

=M3.6

LRD

ANM5.3

=M3.7

LRD

AI1.7

=M2.4

LPP

=Q1.2

Network15

//手动工进

LDM1.4

AI1.0

LPS

ANM5.4

=M3.4

LRD

=M5.2

LRD

AI1.5

=M1.5

LPP

=Q1.3

Network16

//自动工进

LDM2.4

LPS

ANM5.4

=M3.6

LRD

=M5.3

LRD

AI1.5

=M2.5

LPP

=Q1.3

Network17

//停止工进

LDM1.5

OM2.5

=M5.4

Network18

//延时30秒

LDM1.5

OM2.5

ANT38

TONT38,+300

Network19

LDT38

OM1.6

=M1.6

Network20

LDT38

OM2.6

=M2.6

Network21

//退位

LDM1.6

=M5.5

=M1.7

Network22

//手动滑台复位

LDM1.7

AI1.1

LPS

ANM3.4

=M4.0

LRD

AI2.1

=M7.0

LPP

=Q1.4

Network23

//夹紧缸松开

LDM7.0

=M5.7

Network24

//自动滑台复位

LDM2.6

=M5.5

=M2.7

Network25

LDM2.7

LPS

ANM3.4

=M4.1

LRD

AI2.1

=M7.1

LPP

=Q1.4

Network26

LDM7.1

=M6.1

Network27

LDM3.0

OM3.1

=Q0.3

Network28

LDM3.5

OM3.7

=Q0.4

Network29

LDM3.4

OM3.6

=Q0.5

Network30

LDM4.0

OM4.1

=Q0.6

附录3

按下液压泵M3的启动按钮SB3（I0.3）启动电机M3，接触器KM2（M0.0）得电自锁，KM2闭合，然后按下SB1（I0.1）启动电机M1，M2，接触器KM1得电，M1,M2和M3工作指示灯HL1,HL2亮

位转换开关SA2-1（I0.6）闭合，从而使电磁阀YV1（Q1.0）得电闭合，定位指示灯HL4（Q0.3）亮，工件开始定位.

零件定位之后，开始延时，延时15S之后电磁阀YV2（Q1.1）开始得电，加紧液压缸动作使零件固定在夹具里，同时定位液压缸退出以保证滑台入位.

入位之后，当工进转换开关SA3-2（I1.0）得电时，电磁阀YV3（Q1.3）置位，同时工进指示灯HL6（Q0.5）亮

退位转换开关SA3-3闭合，退位电磁阀YV4（Q1.3）得电动作，同时退位指示HL7（0.5）亮，动力头开始退回原位。

参考文献

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电子工业出版社.2011.

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清华大学出版社.2004.

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冶金工业出版社,1997.

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机械出版社，2002.

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中国电力出版社，2005.

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清华大学出版社.2003.

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电子工业出版社,2003.

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