深孔钻电气控制系统设计35页doc.docx
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深孔钻电气控制系统设计35页doc
湖南工程学院
课程设计
课程名称电气控制与PLC
课题名称深孔钻电气控制系统设计
专业班级自动化
姓名
学号200701020
指导教师
2011年1月21日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称电气控制与PLC
课题名称深孔钻电气控制系统设计
专业班级自动化
姓名
学号
指导教师
审批
任务书下达日期2011年1月10日
课程设计完成日期2011年1月21日
设计内容与要求
一.课程设计的性质与目的
本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。
它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。
通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。
二.课程设计的内容
1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。
2.绘制深孔钻控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
3.选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
三.课程设计的要求
1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
主要设计条件
1.PLC实验设备若干。
2.参考文献若干。
设计说明书装订顺序
1.课程设计说明书封面。
2.课程设计任务书。
3.说明书目录。
4.正文（按设计内容逐项书写）。
5.参考文献。
6.附录。
7.课程设计评分表。
设计进度安排
1.第一周星期一上午：
课题内容介绍。
2.第一周星期一下午：
仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。
3.第一周星期二～第一周星期五：
确定控制方案。
绘制深孔钻电气控制系统的电气原理图、控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.第二周星期一：
试验调试
5.第二周星期二～第二周星期五：
编写设计说明书,答辩。
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[M].重庆：
重庆大学出版社
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[3]刘祖润.毕业设计指导.北京：
机械工业出版社
[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：
中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：
水利电力出版社
前言
人类对深孔加工技术的需求至少可以上溯到14世纪欧洲滑膛枪的问世，远比第一次产业革命现代化机械技术革命来的要早。
至上世纪60年代深孔加工技术被用来应用于石油、煤炭采掘、水火力发电机组制造、船舶、航空航天、冶金化工、木材加工机械、饲料机械、等不同行业的装备制造。
以深孔零件外特征的民品装备不断涌现出新的品种，成为20世纪下半页装备制造业中的一只新秀。
深孔钻是加工深孔的专用设备。
钻深孔时为保证加工质量、提高工效，加工中钻头的冷却和定时排屑是需要解决的主要问题。
传统的控制方案是采用继电器－接触器控制与液压控制相结合的方法，由于进给次数多，且有快进、快退、工进等多种进给速度的变换，控制系统较复杂，大量的硬件系统接线使系统的可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率，影响了设备的加工质量。
本次课程设计维持两周，在老师的辛勤布置和指导下，我们采用可编程控制器与液压相结合可以较好的解决这一问题，可大大的减少系统的硬件接线，提高了工作可靠性。
而且在加工工艺改变时，只需要修改程序，就可适应新的加工要求，大大的提高了工作效率。
可编程控制器是应用最广泛的以计算机技术为核心的自动控制装置。
我们这次课程设计采用西门子公司的S7-200系列小型PLC,S7-200的编程软件为PID控制、网络通信、高速输入输出、位置控制、文本显示器等提供了大量的向导，只需要在向导的对话框中输入一些参数，就可以自动生成用户程序。
3.1电动机控制线路设计………………………………………10
3.2液压拖动PLC控制部分设计………………………………11
3.2.1PLC、I/O接线图………………………………………11
3.2.2元件选择………………………………………………13
4.3.1整体设计………………………………………………22
4.3.2手动工作程序…………………………………………23
4.3.3自动程序设计…………………………………………25
7、致谢…………………………………………………………29
1、深孔钻的概述
深孔钻是钻深孔的专用设备。
在钻深孔时，为保证零件加工质量，减小负载扭矩，以防钻头扭断，需要对钻头进行冷却和定时排屑。
设计时，应根据机械、液压和电气的密切配合要求来实现自动定时排屑。
目前实现定时排屑所采用的控制原则主要有时间原则、功率原则和过扭矩原则，而这几种控制原则所采用的电气元件分别是时间继电器，功率继电器和过扭矩继电器。
本深孔钻要求采用时间继电器来控制。
图1是本深孔钻的分级进给机构原理图。
图2是其工作循环图，表1是其执行电器状态表。
图1-1深孔钻分级进给机构原理图
油泵电机为JD3—100，容量为3KW；主轴拖动电机为JD2—31—6，容量为1.5KW；电磁阀采用24伏直流电源。
深孔钻工作原理如下：
1.原位
如图1（a）所示，原位挡铁32压着原位开关21（SQ1），慢进给挡铁34支承在向前挡铁33上，终点复位接铁38被杠杆39顶住。
2.快速向前慢进给钻入
如图1（b）所示，向前电磁铁24（YV1）得电，换向阀11右移，主轴快进，带着拉杆31进。
当慢进给挡铁34压下慢进给开关22（SQ2）时，慢进给电磁铁
图1-2深孔钻工作循环图
表1深孔钻执行电器状态表
快进
慢进
一工进
快退
快进
二工进
快退
快进
慢进
钻出
快退
复位
YV1
+
+
+
+
+
+
+
YV2
+
+
YV3
+
+
+
+
YV4
+
+
+
26（YV2）得电；而工作进给挡铁35压下工作进给开关28（SQ3），工作进给电磁铁27（YV3）得电，主轴转为慢进给。
此时，工作进给挡铁35与死挡铁40的距离为2毫米。
3.工作进给
如图1（c）所示，工作进给挡铁35继续压着工作进给开关28（SQ3），并顶在死挡铁40上，拉杆31被主轴带着继续前进，向前挡铁33脱离慢进给挡铁34，慢进给开关22（SQ2）被松开，慢进给电磁铁26（YV2）断电，主轴转为正常工作进给速度，对工件进行钻削加工。
4.快退排屑快速向前
如图1（d）所示，时间继电器KT或过扭矩继电器发出信号时，向前电磁铁24（YV1）断电，后退电磁铁25（YV4）得电，主轴快速向后排屑。
当向前挡铁33压下原位开关21（SQ1）时，后退电磁铁25（YV4）断电，向前电磁铁24（YV1）得电，主轴又一次快速向前。
5.重复进给慢进给钻出
如图1（e）所示，工作进给挡铁35压下工作进给开关28（SQ3），工作进给电磁铁27（YV3）得电，主轴再次转为工作进给。
经多次重复后，终点挡铁36之凸块拨转慢进给挡铁34，压下慢进给开关22（SQ2），主轴慢进给钻出。
到达终点时，终点螺钉37推转杠杆39，放开终点复位挡铁38，压下终点开关23（SQ4），向前电磁铁24（YV1）断电，后退电磁铁25（YV4）得电，主轴快速后退。
6.复位
如图1（f）所示，工作进给挡铁35后退10毫米，被终点复位挡铁38钩住，沿拉杆31滑动，向前挡铁33通过原位开关（这时终点开关23（SQ4）被压着，故原位开关21（SQ1）这时不起作用）顶开终点复位铁38，放开工作进给挡铁35和终点开关23（SQ4），杠杆39顶住复位挡铁38。
此时，向前挡铁33与工作进给挡铁35的距离恢复到原始状态（20毫米），顶起慢进给挡铁34。
复位挡铁压下原位开关21（SQ1），后退电磁铁25（YV4）断电，主轴停止后退，恢复原位。
如果在加工过程中出现故障，可按停止按钮，使主轴停止进给，然后，再按动力头上的复位推杆41，拨动终点复位挡铁38，压下终点开关23（SQ4），发出向后主令，恢复到原始状态。
2、控制方案的确定
如图1.1，机床的初始位置在原位。
按下启动按钮后，将依次完成：
夹紧工件→动力头快进→加工工件→动力头快退→原位停止→放松工件。
完成机的一个工作周期。
机床动力头由快进转为加工工件，以及结束工件的加工，均由行程开关来控制。
而在加工工件的过程中是采用的分级进给，所以需要用定时器来控制。
为保证工作安全，在工作台上安装了压力继电器，以检测工件是否夹紧。
只有在工件夹紧后，动力头才能进行进给运动。
机床各电动机的起动停止，动力头的进给运动，工作台的夹紧放松由PLC控制，并按一定的顺序进行工作。
为满足生产要求，PLC控制系统设置了两种工作方式,手动和自动工作方式。
手动工作方式：
利用按钮对的每一动作进行单独的控制。
例如，按“快进”按钮，机床动力头快速前进。
按“放松”按钮，工作台放松工件。
自动工作方式：
按下起动按钮后，机床从原点开始运行，按自动运行控制程序进行工作。
自动工作方式的工作流程图如图2所示。
图2工作流程图
采用PLC与采用继电器控制方案相比，继电器控制系统是以“并行”方式工作的，即同一电路的各组触点同步动作，其逻辑运算过程是并行的。
继电器线圈从通电到触点的闭合或打开，有一段吸合时间；而线圈断电时，从线圈断电到触点打开，有一段释放时间。
（通常触点的通断时间为15ms/次）正是因为这些时间，造成了某些继电器控制电路中存在了“触点竞争”是继电接触器控制电路设计时应该避免的。
有时甚至会因操作时用不用了把按钮按到底都会导致控制结果不一样。
继电器有触点，这样时间长了就会有机械损耗。
PLC控制系统中，是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时工作的原理，每一时刻执行一个操作，随着时间的延伸，一个动作接一个动作顺序的进行。
这种分时操作过程，称为扫描过程。
它是分三个阶段——输入刷新阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段“串行”工作的，以扫描的方式，循环的、连续的、顺序的逐条执行程序。
并且PLC中软触点的动作可以认为是瞬间的（扫描速度为1.6us/步）并能将本次动作的结果记忆到下次扫描运算为止。
也就是说它有记忆功能。
这种运行方式当然不存在“触点竞争”问题、也不存在操作用不用力的问题。
PLC功能强大、可靠性高、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一，用PLC取代旧的继电器控制系统，可以有效地提高控制系统的可靠性和经济效应。
利用逻辑函数将继电器电路图转换为梯形图的设计方法，一方面不用改动控制面板，保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯，另一方面基本不用重新设计控制程序。
缩短了设计、安装和
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