自动螺纹加工系统实训报告.docx

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自动螺纹加工系统实训报告

摘要

近年来，随着科学技术的进步和微电子技术的迅速发展，可编程序控制技术已广泛应用于自动化控制领域，可编程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作简便等特点，已经形成了一种工业趋势。

可编程控制器是一种新型的通用控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，这一新型的通用自动控制装置以其高可靠性、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性能，深受自动化领域技术人员的普遍欢迎。

本文所设计的自动螺纹加工系统是基于西门子的PLC，通过电气控制与PLC技术实现了机床自动螺纹加工的功能。

在PLC的控制下，实现了机床的滑台的快进、工进、快退运动，丝锥正反转运动，并且顺利的实现相互之间的转化。

根据所需加工螺纹的长度尺寸要求设置所需的行程开关位子，使机床有更好适应性。

在此系统中，主要使机床完成下列几个工作。

第一：

实现机床滑台快进运动，由于机床开启的时候，机床处于最左端，而工件处于机床的右端，两者之间的距离较远，因此要使滑台靠近工件，选择滑台快进运动，节约时间提高加工效率。

第二：

实现机床滑台的工进，当滑台靠近工件时要使机床速度降低，如果滑台速度过大，其的惯性也越大，无法实现机床滑台的准停，会产生过冲现象。

在靠近工件时必须由快进向工进转化。

第三：

实现滑台的准停并且实现丝锥正转，当滑台到达预定位子后准停，丝锥电机开始正转对螺纹进行加工。

第四：

丝锥到达右行程后，丝锥电机停止转动，并在原地停3秒。

第五：

3秒后，实现电机反转，丝锥后退。

第六：

丝锥后退到达左行程后，实现滑台快退回到机床的原点。

通过上诉的几个工作步骤，能顺利实现机床自动对螺纹的加工工作，而工人只需按下启动按钮，就可以实现螺纹自动加工的过程。

关键词：

可编程控制器（PLC）；自动控制；自动螺纹加工；行程开关

2.3控制要求及加工系统图.........................................................................................6

第1章自动螺纹加工设计

1.1实训题目

基于PLC的自动螺纹加工控制装置设计

1.2实训目的

目的：

机电一体化综合训练是一个阶段性的综合训练环节，大学三年级上学期开设。

通过综合训练，首先让学生了解一般机电控制系统的组成和控制方法，建立机电一体化系统控制的概念；其次通过学生综合运用所学机电专业相关理论知识，根据机电一体化系统上的机械结构及控制部分的工作原理，自己动手设计各个机械部件的动作控制流程，最后在典型机电一体化系统仿真试验台上进行仿真实验，锻炼学生的理论联系实际能力及综合应用知识的能力。

1.3实训任务

任务：

包括机电一体化系统电气控制系统搭建及PLC应用训练、设计PLC程序机电系统的过程控制、在仿真试验台上运行程序并进行仿真实验。

任务分配：

职称

姓名

任务

组长

总体整合

成员

程序编写

成员

系统接线

成员

模拟仿真

成员

文件的整理

成员

查找资料

第2章课程设计的方案

2.1概述

自动螺纹加工是工业螺纹加工的主要设备之一。

广泛应用于自动生产线，早期螺纹加工系统多为车削加工，这种加工必须有专人负责操作。

后来，单片机应用到自动螺纹加工控制系统中。

单片机有优异的性能价格比、集成度高、体积小、有很高的可靠性、控制功能强、低功耗、低电压，便于生产便携式产品，外部总线增加了IC及SPI，单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。

单片机编程方法复杂，不容易上手，使用于简单应用。

将PLC应用到自动螺纹加工控制系统，可实现自动螺纹加工的自动化控制，降低系统的运行费用。

PLC自动螺纹加工控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。

2.2工艺要求及动作流程

PLC控制自动螺纹加工系统图如图2.1所示：

图2.1PLC控制自动螺纹加工系统图

图中SQ1、SQ2和SQ3是检测滑台运行位置的行程开关，SQ4、SQ5是检测丝锥运行位置的行程开关，。

滑台的运动是由3个电磁阀打开和关闭油路控制，丝锥的运动是由一台电动机进行正反转控制。

初始位置为：

滑台处于原位SQ1，丝锥处于原位SQ4处。

当按下起动按钮后，第一个电磁阀打开，油压将滑台快速推进到SQ2，此时第二个电磁阀打开，滑台变为慢速前进。

到SQ3时，丝锥电动机正转前进。

到达终点SQ5后电动机停止。

3S之后丝锥电动机反转，后退到SQ4，并再次电动机停止。

此时第三个电磁阀打开，油压将滑台快速推回到原位，整个加工过程停止。

2.3控制要求及加工系统图

PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

（1）按下启动按扭，机床滑台快进运动。

（2）到达SQ2机床滑台由快进运动转为工进运动。

（3）到达SQ3后，滑台的准停并且实现丝锥正转，开始进行螺纹加工。

（4）丝锥正转前进到达行程终点SQ5电机停止，并在此停留3秒。

（5）3S之后丝锥反转开始后退，后退到SQ4，丝锥电机再次停止。

（6）丝锥到达SQ4后，滑台开始快退回到机床的原点。

PLC控制自动螺纹加工系统图如图2.2所示

图2.2PLC控制自动螺纹加工系统图

第3章硬件设计

3.1可编程控制器（PLC）

可编程控制器，英文称ProgrammableController，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。

PLC是用于工业现场的电控制器。

它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。

它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。

PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：

（1）逻辑处理功能；

（2）数据运算功能；

（3）准确定时功能；

（4）高速计数功能；

（5）中断处理（可以实现各种内外中断）功能；

（5）程序与数据存储功能；

（6）联网通信功能；

（7）自检测、自诊断功能。

可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。

像PLC这样。

集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。

丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。

3.2选择PLC

可编程控制器（简称PLC）：

是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。

输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。

PLC的基本结构图如图3.1所示：

图3.1PLC的结构图

S7-200系列PLC输入输出特性

特性

CPU221

CPU222

CPU224

CPU226

本机I/O

6输入/4输出

8输入/6输出

14输入/10输出

24输入/14输出

扩展模块数量

无

2

7

7

通信口数量

1

1

1

2

考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响。

每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。

当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

本设计选取CPU222，它有8输入/6输出，I/O共计14点。

和CPU221相比，存储容量增大，并且有2个扩展模块，，是应用较广泛的s7-200产品。

3.3I/O口及定时器说明

本控制系统的输入有1个启动按钮开关、5个行程开关、共6个输入点。

控制系统需要控制的外部设备只有控制丝锥运动的三相异步电动机一个。

对应的地址分配表如表3.1所示：

表3.1I/O地址分配表

输

出

滑台电机

Q0.0

滑台快进

滑台电机

Q0.1

滑台工进

丝锥电机

Q0.2

丝锥正转

丝锥电机

Q0.3

丝锥反转

滑台电机

Q0.4

滑台快退

输

入

SB1

I0.0

启动按钮

SQ2

I0.1

行程开关SQ2

SQ3

I0.2

行程开关SQ3

SQ5

I0.3

行程开关SQ5

SQ4

I0.4

行程开关SQ4

SQ1

I0.5

行程开关SQ1

定时器说明：

类别

器件号

设定值

作用

定时器

T37

3秒

丝锥停止计时

3.4电动机的接线图：

自动螺纹加工的电动机为交流三相异步电动机，电机正转，丝锥前进，反之丝锥后退。

电动机的接线图为

第4章软件设计

4.1自动螺纹加工控制系统梯形图

第五章程序调试及结果分析

5.1程序调试:

1）按照PLC图的I/O端对应的外部接线图连接硬件电路，检查无误后实验装置上电。

2）打开SIEMENSS7-200PLC编程软件，键入所编程序。

经编译检查无误后，把编写好的程序下载到西门子S7-200的PLC中进行调试。

3）程序调试：

按下I0.0，Q0.0得电滑台快进，碰到行程开关I0.1后滑台工进，工进碰到行程开关I0.2后结束工进，丝锥电机开始正转，正转结束碰到行程开关I0.3丝锥电机停止正转并接通时间继电器T37，延时3S后丝锥电机开始反转，碰到行程开关I0.4反转结束，同时滑台开始快退，碰到行程开关I0.5快退结束，完成整个工作循环。

5.2结果分析：

以上程序经模拟调试和现场运行均达到了理想的效果，自动螺纹加工机能够按照控制要求运行，实现了PLC对其的控制要求。

第6章实训心得体会

通过这次机电一体化实训。

我们复习了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实训以前，我们对知识的撑握都是理论的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序放到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果与要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

此次实训在王仲文和宋鸣老师的指导下，我收获颇多。

在系统设计过程中，我遇到了很多设计方面的问题。

为了弄懂相关的知识，掌握相关技术，我翻阅了大量的书籍和资料，并积极利用互联网丰富的资源找取答案，并且在老师的帮助下我还学会了子程序调用的编程方法。

让我对PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。

另外，我和小组成员们还在宇龙仿真软件上进行仿真加工过程。

每班各组成员间还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。

多和同学讨论。

我们在做实训的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，就不会使自己在做的过程中没有方向。

讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。

多改变自己的设计方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。

我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。

学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。

这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。

从这次实训中我有了很深的体会，任何事情都不是一蹴而就的，都需要付出很艰辛的努力。

我会更加努力的学习专业知识，充实自己！

参考文献

《电器控制与PLC应用技术》机械工业出版社田效伍主编

《机电一体化控制技术》高等教育出版社陈瑞阳主编

《机械设备控制技术》机械工业出版社陈鼎宁主编

[1]齐占庆等.电气控制技术[J].机械工业出版社，2002。

[2]余雷声等.电气控制与PLC应用[M].机械工业出版社，2001。

[3]现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版社，2005。

[4]PLC应用开发技术与工程实践[M]，人民邮电出版社

[5]高钟毓.机电控制工程（第二版）[M].清华大学出版社，2002。

致　　谢

首先衷心地感谢老师。

本文从选题到完成，从理论上的探讨到实际问题的解决，无处不饱含着老师的心血。

老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持，使我受益匪浅，在此论文完成之际，谨向老师致以深深的谢意和崇高的敬意！

附录

自动螺纹加工仿真视频