《可编程序控制器应用技术》课程设计实习 2.docx
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《可编程序控制器应用技术》课程设计实习2
PLC课程设计
课题：
三面铣组合机床PLC控制系统设计
系别：
电子信息与电气工程系
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气0604
指导老师：
马莹李天健陈炜
学生：
1
1
1
目录
一方案的确定1
1.1三面铣简介1
1.2三面铣控制要求1
1.3设计要求
1.4设计方案的确定
二PLC控制系统硬件电路设计3
2.1主电路3
2.2不进PLC的控制电路和信号电路3
2.3I/O接线图：
4
三PLC控制系统程序设计5
3.1自动控制程序5
3.1.1全自动循环控制程序5
3.2手动控制程序8
3.1.3其他程序10
3.2组态设计10
3.2.1组态王简介10
3.2.2人机界面设计11
四、施工设计18
4.1主电路:
见附录图纸18
4.2控制电路:
见附录图纸18
4.2输入/输出分配表:
见附录图纸18
五、设备使用及维护说明18
5.1设备使用说明18
5.2使用维护要求及注意事项19
六、设计小结22
七、附录图纸24
图1-1加工对象
一方案的确定
图1-2三面铣组合机床的组成
1.1三面铣简介
三面铣简介
三面铣组合机床是用来对Z512W型台式钻床主轴箱的Ф80、Ф90孔端面及定位面进行铣销加工的一种自动加工设备。
机床主要结构部件：
底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件松紧油缸等组成。
机床底座上安放有床身，床身上一头安装有液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。
床身的两边各安装有一台铣销头，上方有立铣头，液压站在机床附近。
①操作者将要加工的零件放在工作台的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令。
②工件夹紧后压力继电器动作，液压动力滑台（工作台）开始快进，到位转工进，同时起动左和右1铣头开始加工，加工到某一位置，立铣头开始加工，加工又过一定位置右1铣头停止，右2铣头开始加工，加工到终点三台电机同时停止。
③待电机完全停止后，滑台快退回原位，工件松开，一个自动工作循环结束。
④操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新发出加工指令重复上述工作过程。
1.2三面铣控制要求
①五台电机均为单向旋转。
②机床要求有单循环自动工作点动两种工作方式，油泵电机在自动加工一个循环后不停机。
③单循环自动工作过程见机床动作循环图。
④点动工作包括：
四台主轴电机均能点动对刀、滑台快速（快进、快退）点动调整、松紧油缸的调整（手动松开与手动夹紧）。
⑤电源、油泵工作、工件夹紧、加工等信号指示。
⑥照明电路
⑦必要的联锁环节与保护环节
1.3设计要求
①油泵电动机在一个工作循环结束后不停机。
②手动与自动工作互不影响、干扰。
③滑台工进到终点必须等四个铣削动力头停止不动后才能发出快退信号。
④必须等油泵电动机启动后，才能开始工件的加工。
⑤在加工过程中，一旦发生工件松开（BP2-），主运动与进给运动应全部停止。
⑥一旦发生短路或过载现象，应停止主运动和进给运动。
⑦不同负载的供电电源不同。
⑧点动快进与快退应有限位保护。
⑨自动加工开始前应有原位判断。
1.4设计方案的确定
主电路上由四台电机、液压系统的电磁阀、机床加工指示灯与工件夹紧指示灯、照明系统组成，其中四台电机、液压系统的电磁阀、机床加工指示灯与工件夹紧指示灯是由plc控制的。
四台电机控制机床上的三个方向的四把铣刀分别是左铣刀、右1铣刀、右2铣刀、立面铣刀。
电磁阀用于控制工件的夹紧、松开与工件的快进/工进和快退。
2电气原理图设计
2.1电气主电路
主电路包括液压泵电机、四台工作电机及照明电路，加紧、工作两个指示灯。
主电路部分有熔断器，用于短路保护。
继电器KM1、KM2等，具有欠电压，零电压，过电压保护。
各台电机上装有一个电流热继电器具有过载、断相保护。
机床的电机、滑台、电磁阀参数
（1）左、右2铣削头电动机
JO2-41-44.0kw1440转/分380V8.4A
（2）右1，立铣削头电动机
JO2-32-43.0kw1430转/分380V6.5A
（3）液压泵电动机
JO2–22-41.5kw1410转/分380V3.49A
图2-1三面铣组合机床电气主电路接线图
2.2
图2-2三面铣组合机床电气控制电路接线图
控制电气部分主要采用PLC进行控制，油泵电机就靠SA按钮直接对电机进行控制，不受PLC控制。
PLC的供电电压为220V交流电，通过电压互感器把电压降成24V的交流电，然后经过开关电源得到一个稳定的直流电源，开关电源的稳定性比其他三端稳压电源抗干扰力强很多，通过开关电源可以得到一个24V的稳压电源,做PLC的输入端口的电压。
PLC上有指示灯。
2.3PLC的I/O接线图：
PLC的输入端接7个按钮开关，4个转换开关，2个开关，以及4个行程开关，2个压力继电器。
输出端接5个直流24V接触器，2盏24V指示灯。
PLC的I/O接线图详见附录一
三、PLC控制系统程序设计
3.1全自动循环控制程序
本程序为三面铣组合机床PLC控制，程序较为复杂，且应用的步骤较多，故放弃使用经验设计法，通过顺序控制设计法实现
本程序分为自动多动力循环，手动控制，点动控制等，以下分为几个单元分别进行阐述。
其具体过程图如下图所示：
图3-1三面铣组合机床动作循环图
程序中用5个继电器表示液压系统的工作模式，其具体得失电所代表的工作方式如下图所示：
表3-1机床液压原件动作表
3.1.1自动程序
1）多动力自动控制
图3-2初始化程序
首先利用M8002进行初始化操作，只有将程序激活，之后的程序才能实现。
图3-3判断执行自动还是手动程序
X13为原位行程开关。
当物件还没在原位时，原位行程开关未被按下，电机自动启动快退程序，工件送往原位。
当物件到达原位时，行程开关被按下。
图3-4判断工件是否在原位
判断工件是否在原位，否，将执行快退程序，将工件快退至原位物件处于原位，继电器Y6得电，液压阀松开，可放置将需加工的物件放置加工槽中
图3-5夹紧程序
当按下启动开关X5后，加紧继电器Y5得电，工件被加紧，准备进行加工。
此时继电器Y13Y7得电，物件快进。
图3-6左铣头、右1铣头启动程序
物件快进到一定距离后，碰到工进行程开关X7，左铣头和右铣头1Y7启动，对物件进行第一次加工。
图3-7立铣头启动程序
随着进程的深入，物件碰到立铣行程开关X10，工件进行第二次加工
图3-8右铣头2启动程序
当工件碰到右铣2的行程开关X11后，右2铣头启动，对物件进行第三次加工。
右1铣头停止工作，立铣头和左铣头继续工作。
图3-9碰死挡板程序
工件云运行到最后会碰到死挡板X12，停止同时启动延时继电器。
30S后，快退继电器Y5，Y10得电，工件快退，同时左、右1、右2、立铣头同时停止工作。
图3-10快退、松开程序
当工件快退回到原位并按下原位行程开关X13后，继电器Y6得电，液压阀松开，可取加工好的工件，此时，全循环自动控制结束，可准备下一轮的加工。
3）手动程序
点动程序
根据程序的需求，为测试电机及其继电器的好坏，程序中设计了电动程序。
当手自动开关没被按下时，程序进入点动模式。
图3-15点动左铣头程序
当按钮SB2按下时，点动左铣头
图3-16点动右铣头1程序
当按钮SB3按下时，点动右铣头1
图3-17点动右铣头2程序
当按钮SB4按下时，点动右铣头2
图3-18点动立铣头程序
当按钮SB5按下时，点动立铣头
图3-19点动快进程序
当按钮SB6按下时，点动快进
图3-20点动快退程序
当按钮SB7按下时，点动快退
图3-21点动松开程序
图3-15点动左铣头程序
当按钮SB8按下时，点动松开
图3-22点动夹紧程序
当按钮SB9按下时，点动夹紧
图3-23延时程序
3）其他程序
在工件前进至碰到死挡铁时，全部刀具停止，同时开始延时2秒后，工件开始快退，直至原位后松开。
四、施工设计
4.1主电路:
见附录图纸
4.2控制电路:
见附录图纸
4.2输入/输出分配表:
见附录图纸
五、设备使用及维护说明
5.1设备使用说明
三面铣组合机床组成主要由底座、床身、铣削动力头、机械动力滑台、工件松紧油缸等组成。
机床底座上安放有床身，床身上一头安装有动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。
床身的两边各安装有一台铣销头，上方有立铣头，液压站在机床附近。
组合机床是由一些通用部件及少量专用部件组成的。
多轴、多刀、多工序同时加工。
组合机床控制系统大多采用机械、液压、电气或气动相结合的控制方式，其中电气控制起着重要的作用。
组合机床上最主要的通用部件是动力头和动力滑台，它们是完成刀具切削运动和进给运动的部件。
动力滑台的基本工作循环形式有：
（1）一次工作进给 快进→工作进给→快退；
（2）双向工作进给 快进→工作进给→反向工作进给→快退；
（3）二次工作进给 快进→一次工进→二次工进→快退；
（4）跳跃进给 快进→工进→快进→工进→快退；
（5）分级进给 快进→工进→快退→快进→工进→快退…快进→工进→快退。
工件加工过程 如下：
（1）操作者将要加工的零件放在工作台的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令。
（2）工件夹紧后，动力滑台（工作台）开始快进；
（3）到位转工进，同时起动左和右1铣头开始加工；
加工到某一位置，立铣头开始加工；
加工又过一定位置右1铣头停止，右2铣头开始加工；
4）加工到终点三台电机同时停止；
5）待电机完全停止后，滑台快退回原位，工件松开，一个自动工作循环结束。
操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新发出加工指令重复上述工作过程
各种工作模式如下：
（1）多动力自动模式
按下油压信号按钮开关→按下自动按钮开关→按下多动力循环按钮开关→按下原位行程开关→按下电动启动按钮开关→按下夹紧信号按钮开关→原位行程开关复位→点动快进或工进行程开关→立铣头行程开关→电动右1铣头停右2铣头转行程开关→按下死挡板按钮并且保持→死挡板按钮复位→结束
（2）单动力循环模式
（1）单动力头左铣头循环
按下油压信号按钮开关→按下自动按钮开关→按下单动力循环按钮开关→按下原位行程开关→电动启动按钮开关→按下夹紧信号按钮开关→原位行程开关复位→点动快进或工进行程开关→点动立铣头行程开关→按下死挡板按钮→死挡板按钮复位→结束
（2）单动力头右1铣头循环
按下油压信号按钮开关→按下自动按钮开关→按下单动力循环按钮开关→按下原位行程开关→电动启动按钮开关→按下夹紧信号按钮开关→原位行程开关复位→点动快进、工进行程开关→点动立铣头行程开关→按下死挡板按钮并且保持→死挡板按钮复位→结束
（3）单动力头立铣头循环
按下油压信号按钮开关→按下自动按钮开关→按下单动力循环按钮开关→按下原位行程开关→电动启动按钮开关→按下夹紧信号按钮开关→原位行程开关复位→点动快进、工进行程开关→点动立铣头行程开关→按下死挡板按钮→死挡板按钮复位→结束
（4）单动力头右2铣头循环
按下油压信号按钮开关→按下自动按钮开关→按下单动力循环按钮开关→按下原位行程开关→电动启动按钮开关→按下夹紧信号按钮开关→原位行程开关复位→点动快进、工进行程开关→点动右1铣头停右2铣头转行程开关→按下死挡板按钮→死挡板按钮复位→结束
5.2使用维护要求及注意事项
1）严格遵守操作规程和日常维护制度
2）应尽量少开数控柜和强电柜的门
在机加工车间的空气中一般都会有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。
有的用户在夏天为了使数控系统能超负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热，这是一种极不可取的方法，其最终将导致数控系统的加速损坏。
3）定时清扫数控柜的散热通风系统
应该检查数控柜上的各个冷却风扇工作是否正常。
每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，若过滤网上灰尘积聚过多，不及时清理，会引起数控柜内温度过高。
4）数控系统的输入/输出装置的定期维护
80年代以前生产的数控机床，大多带有光电式纸带阅读机，如果读带部分被污染，将导致读入信息出错。
为此，必须按规定对光电阅读机进行维护。
5）直流电动机电刷的定期检查和更换
直流电动机电刷的过渡磨损，会影响电动机的性能，甚至造成电动机损坏。
为此，应对电动机电刷进行定期检查和更换。
数控车床、数控铣床、加工中心等，应每年检查一次。
6）定期更换存储用电池
一般数控系统内对CMOSRAM存储器件设有可充电电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。
在一般情况下，即使尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统正常工作。
电池的更换应在数控系统供电状态下进行，以防更换时RAM内信息丢失。
7）备用电路板的维护
备用的印制电路板长期不用时，应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防损坏。
2. 机械部件的维护
1）主传动链的维护
定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打滑造成的丢转现象；检查主轴润滑的恒温油箱、调节温度范围，及时补充油量，并清洗过滤器；主轴中刀具夹紧装置长时间使用后，会产生间隙，影响刀具的夹紧，需及时调整液压缸活塞的位移量。
2）滚珠丝杠螺纹副的维护
定期检查、调整丝杠螺纹副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；定期检查丝杠与床身的连接是否有松动；丝杠防护装置有损坏要及时更换，以防灰尘或切屑进入。
3）刀库及换刀机械手的维护
严禁把超重、超长的刀具装入刀库，以避免机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具发生碰撞；经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整；开机时，应使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作；检查刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。
3.液压、气压系统维护
定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或分滤网进行清洗或更换；定期对液压系统进行油质化验检查和更换液压油；定期对气压系统分*滤气器放水；
4. 机床精度的维护
定期进行机床水平和机械精度检查并校正。
机械精度的校正方法有软硬两种。
其软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母副预紧调整反向间隙等。
六、设计小结
此次实习是针对自己的PLC课程而展开的为期一周半软硬件结合操作过程，在此过程中我注意向同学请教，并加强理论和实践的学习,经过这些日子的参观和学习，我感到受益匪浅。
总结这些日子的所感所得如下：
①随时学习。
程序设计是一项看似简单实则十分复杂的工作，有时候看到的听到的当时有所感，却并没有或者很少能真正转化成自己的东西。
这就要求我们必须作好前期工作，要作到提前了解各种知识，虽说学了一个学期的PLC课程，但拿到设计的基本项目时还是十分茫然，不知如何下手，理论与实际还是有很大的差别！
很感谢老师能在我们实习前给我们上一课，讲解有关的知识，让我能在之后的设计与学习中轻松不少，更学到了用多种方法解决同种问题的思路。
而在设计中的学习更是频繁，不断向周围的人学习，与同伴一起讨论解决问题，将自己的程序与别人的相比较，找出自己的不足，总带着为什么别人的程序比我短却能和我的实现同种功能这类问题向周遭的同学请教，在受挫中不断进步。
②越学习，越发现自己的无知。
引用笛卡尔的话并无道理，此次的课程设计更像一个学习的过程。
学习过后才知道自己是多么的无知，一个人的视野和认识是有限的，只有与别人加强交流，才能以另外一种眼光看自己眼中的世界，这对我们发现自己的缺点，保持进步的动力很有好处。
同样是实现同种功能，却有两种做法，理解完别人中断计时时才明白其与扫描计时相比的优势，这类的情况也时常出现在日常的一些程序讨论上。
③缺乏对市场的敏锐度。
生活在象牙塔里的我们根本不懂这个市场经济下产品的功能的诠释，特别在产品的验收时表现的特别明显，出现的BUG基本上就十分低级的，增加几行程序就能避免，可是我们就是缺少了这方面的敏锐度。
希望以后老师在上课时能增加一些这些方面的知识，以便我们在上课学理论的同时能接触到社会的产品信息。
④态度认真，坚持到底。
一周半短暂的课程设计很快就结束了，但我却收获很多，一个认真的态度可以让自己学到许多东西，特别是当自己的一段程序是从别人那借鉴来说时，则需不耻下问才能获得自己所缺少的知识。
坚持就是胜利，可是从今天回想过去的两周，能坚持每天都在调试的能有几人，也许每个人都能在验收时满分通过，只需平时加以10倍的细心与耐心，可能做到的又有几人呢？
想起马云先生说过的一句话，今天很残酷，明天更残酷，后天很美好，但大多数人死在明天晚上。
希望老师能体谅下学生的一点，减轻点任务难度，让更多人不太痛苦。
以上是此次设计中我一点点的感受，难于面面俱到。
通过这段时间的实习，我们在一定程度上对三菱PLC有了更近一步的认识，完善了自己的知识体系。
不管以后的学习生活或工作中是否还能接触到微机这类课程的学习，不可置疑，这已成为我知识中不可或缺的一部分。
七、附录图纸
附录一：
PLCI/O接口分配表
附录二：
PLCI/O接线图
附录三：
PLC功能表
附录四：
电气控制主线路与控制线路图
附录五：
PLC程序
I/O编号
功能
符号
I/O编号
功能
符号
X0
死挡板信号
BP1
X17
松开点动按钮
SB9
X1
夹紧信号
BP2
X20
手自动切换按钮
SA1
X2
油泵信号
BP3
X21
单动力单循环切换按钮
SA2
X3
原位行程开关
SQ0
X22
单动力选择按钮
SA3
X4
左、右铣头1启动行程开关
SQ1
X23
SA4
X5
立铣头行程开关
SQ2
Y1
继电器YV1
KM1
X6
右铣头2行程开关
SQ3
Y2
继电器YV2
KM2
X7
启动按钮
SB1
Y3
继电器YV3
KM3
X10
左铣头点动按钮
SB2
Y4
继电器YV4
KM4
X11
右铣头1点动按钮
SB3
Y5
继电器YV5
KM5
X12
右铣头2点动按钮
SB4
Y10
左铣头工作
KM6
X13
立铣头点动按钮
SB5
Y11
右铣头1工作
KM7
X14
快进点动按钮
SB6
Y12
右铣头2工作
KM8
X15
快退点动按钮
SB7
Y13
立铣头工作
KM9
X16
夹紧点动按钮
SB8
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