组合机床的电气与PLC控制系统设计.docx

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组合机床的电气与PLC控制系统设计

摘要

可编程控制器（plc）是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，其具有逻辑控制、计时、计数、数据处理、联网与通信等强大功能，同时，由于plc具有很高的可靠性和极大的应用灵活性，用它来替代传统的继电接触控制系统巳成为必然。

大量采用传统继电一接触控制系统的设备通过改造更新，成为plc控制的自动化系统，而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特点。

本文介绍双面钻孔组合机床的电气控制系统设计与应用。

双面钻孔组合机床是在工件两相对表面上钻孔的一种高效率自动化专用加工设备。

本次课程设计的内容是对双面钻孔组合机床电气控制系统的设计。

在机床电气控制系统中既有自动控制又有手动控制方式因此在本次设计中对控制系统既有自动控制方式的设计也有手动方式的设计。

本次设计采用PCL控制系统来实现双面钻孔组合机床的电气系统控制，包含控制系统的硬件电路设计和软件电路设计两个部分，本设计以PCL控制系统为核心列出了PCL的输入输出点分配表，绘制了PCL的输入输出点接线图和控制状态转移图，编写了PCL控制程序的梯形图和指令表。

关键字：

双面钻孔组合机床；PCL；可编程控制器；

第1章设计目的要求和概述3

1.1设计目的3

1.2双面钻孔组合机床的概述3

1.3设计要求与任务分配3

第2章双面钻孔组合机床的控制要求5

2.1双面钻孔组合机床的工作流程5

2.2电动机控制要求5

2.3机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置控制要求6

第3章PLC的简介与选择8

3.1PLC8

3.2PLC简介8

3.3PLC的结构及基本配置8

3.4PLC选择9

第4章双面钻孔机床左机钻孔顺序动作PLC控制10

4.1双面钻孔组合机床的左机钻孔自动控制PLC输入输出点分配10

4.2状态继电器的分配10

第5章双面钻孔组合机床的PLC控制实现14

5.1并行分支状态转移14

5.2PLC控制考虑上双面钻孔组合机床的手动方式控制14

第6章总结21

参考文献22

第1章设计目的要求和概述

1.1设计目的

1、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。

2、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。

3、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

4、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

1.2双面钻孔组合机床的概述

双面钻孔组合机床主要用于在工件的两相对表面上钻孔。

双面钻孔组合机床电气主电路有4台电动机:

液压泵电动机M1，用以驱动机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置等动作。

左机刀具电动机M2，右机刀具电动机M3分别启动左右面钻头，提供切削动力。

切削液泵电动机M4，提供切削液，冷却加工表面。

1.3设计要求与任务分配表

1.完成组合机床电气控制系统设计；

2.完成相关PLC程序设计；

3.完成课程设计说明书一份；

4.完成相关图纸；

5.绘制I/O分配；

6.设计梯形图；

7.指令语句；

刘金保（05）：

组长

分配任务，全面负责

宋雪晴（02）

绘制接线图

孙淑丽（01）

设计梯形图及指令语句

徐鑫（03）

分析资料、查找资料

刘强（04）

整理成书面材料

周喜营（06）

绘制原理图

第2章双面钻孔组合机床的控制要求

2.1双面钻孔组合机床的工作流程

双面钻孔组合机床的工作流程示意如图2―1所示。

图2—1双面钻孔组合机床的工作流程

2.2电动机控制要求

（1）双面钻孔组合机床各电动机只有在液压泵电动机M1正常启动运转、机床供油系统正常供油后才能启动。

（2）刀具电动机M2、M3应在滑台进给循环开始时启动运转，滑台退回原位后停止运转。

（3）切削液泵电动机M4可以在滑台工进时自动启动，在工进结束后自动停止，也可以用手动方式控制其启动停止。

2.3机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置控制要求

机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置由液压系统驱动。

电磁阀YV1和YV2控制定位销液压缸活塞运动方向；YV3、YV4控制夹紧液压缸活塞运动方向；YV5、YV6、YV7为左机滑台油路中的转向电磁阀；YV8、YV9、YV10为右机滑台油路中的转向电磁阀。

各电磁阀动作状态如表2-1所示。

表2-1各电磁阀动作状态表

定位

夹紧

左机滑台

右机滑台

转换开关

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7

YV8

YV9

YV10

工件定位

SB4

工件夹紧

SQ2

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7

YV8

YV9

YV10

滑台快进

滑台工进

SQ3SQ6

滑台快退

SQ4SQ7

松开工件

SQ5SQ8

拔定位销

SQ9

停止

SQ1

说明:

表中“+”表示电磁阀线圈接通。

当电磁阀YV1通电时,机床工件定位装置将工件定位。

当电磁阀YV3通电时,机床工件夹紧装置将工件夹紧。

当电磁阀YV3、YV5、YV7通电时,左机滑台快速移动。

当电磁阀YV3、YV8、YV10通电时，右机滑台快速移动。

当电磁阀YV3、YV5或YV3、YV8通电时,左机滑台或右机滑台工进。

当电磁阀YV3、YV6或YV3、YV9通电时,左机滑台或右机滑台快速后退。

当电磁阀YV4通电时，松开定位销。

当电磁阀YV2通电时，机床拔定位销。

定位销松开后，撞击行程开关SQ1，机床停止运行。

第3章PLC的简介与选择

3.1PLC

3.2PLC简介

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。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

可以预料：

在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。

3.3PLC的结构及基本配置

一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。

但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。

对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。

无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。

CPU：

PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU。

与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。

它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

存储器：

可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。

I/O模块：

PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。

电源模块：

有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源以其输入类型有：

交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。

PLC的外部设备：

外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它一共有四大类组成：

1.编程设备2.监控设备3.存储设备.4.输入输出设备.

3.4PLC选择

考虑到工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作，同时考虑到工作流程和造价。

所以我们采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC（16点输入、16点输出）。

三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中最高档次的超小型程序装置。

性能规格：

FX2N性能规格运转控制方法通过储存的程序周期运转I/O控制方法批次处理方法（当执行END指令时）I/O指令可以刷新运转处理时间基本指令：

0.08μs应用指令：

1.52至几百微秒，指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量8000步内置。

第4章双面钻孔机床左机钻孔顺序动作PLC控制

4.1双面钻孔组合机床的左机钻孔自动控制PLC输入输出点分配

输入信号

输出信号

名称

代号

输入点编号

名称

代号

输出点编号

液压系统自动按钮

SB3

工件夹紧指示灯

松开工件定位行程开关

SQ1

X14

电磁阀

YV1

工件定位行程开关

SQ2

X15

电磁阀

YV2

左机滑台快进结束行程开关

SQ3

X16

电磁阀

YV3

左机滑台工进结束行程开关

SQ4

X17

电磁阀

YV4

左机滑台快退结束行程开关

SQ5

X20

电磁阀

YV5

工件压紧原位行程开关

SQ6

X24

电磁阀

YV6

工件夹紧压力继电器

X25

电磁阀

YV7

——

液压泵电动机M1接触器

KM1

Y13

——

左机刀具电动机M2接触器

KM2

Y14

——

切削液泵电动机M4接触器

KM4

Y16

双面钻孔组合机床的左机和右机钻孔顺序动作自动控制基本相同，现以左机钻孔顺序动作自动控制为例进行设计。

表3-1双面钻孔组合机床的左机钻孔自动控制PLC输入输出点分配表

4.2状态继电器的分配

1.首先根据左机自动钻孔的整个过程，将其中每个工序对应一个状态，并分配状态元件如下：

初始状态S2

定位状态S20

夹紧状态S21

左机滑台快进状态S22

左机滑台工进状态S23

左机滑台快退状态S24

松开工作状态S28

拔定位销状态S29

2.弄清每个状态的功能作用具体如下：

S2机床处于初始状态

S20工件定位

S21工件夹紧

S22左机滑台快进

S23左机滑台工进

S24左机滑台快退

S28工件松开

S29拔定位销

各个状态的功能是通过PLC驱动其各种负载来完成的。

负载可由状态元件直接驱动，也可由其它软元件的逻辑组合驱动。

3.找出每个状态的转移条件。

状态转移条件即在什么条件将下个状态“激活”。

状态转移

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