09541 分度盘磨铣专用机床PLC控制系统设计.docx
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09541分度盘磨铣专用机床PLC控制系统设计
上海建桥学院
毕业设计说明书
课题分度盘磨铣专用机床PLC控制系统设计
学生姓名彭懿顺
学号0506261119
专业班级机电05-1班
指导老师孙建华
设计完成日期2008年5月23日
上海建桥学院机电工程系
毕业论文（设计、作业）任务书
（任务书须经指导教师指导、审查并签名）
学生姓名
彭懿顺
专业及班级
机电05-1班
毕业论文（设计、作业）题目
分度盘磨铣专用机床PLC控制系统设计
任务书内容：
（主要研究内容、基本要求、主要参考资料等）
1、学习PLC控制系统设计的基本原则和设计流程
2、学习PLC控制系统的设计步骤和内容
3、根据分度盘磨铣专用机床的控制要求，进行PLC控制系统设计，包括以下内容
1PLC选型和输入、输出地址分配
2设计电气控制原理图和PLC接线图
3设计控制梯形图
主要参考资料：
1、可编程控制器使用技术张万忠主编化学工业出版社
2、可编程控制器及特殊功能模块使用技术（上册）李世基主编
3、电气控制和可编程控制器技术史国生主编化学工业出版社
毕业论文（设计、作业）进度计划：
1、期限：
自2008年4月1日起至2008年5月23日
2、具体进度安排：
年/月/日
计划完成内容
2008年4月11日
学习PLC控制系统设计的基本原则和设计流程
2008年4月25日
学习PLC控制系统的设计步骤和内容
2008年5月09日
根据分度盘磨铣专用机床的控制要求，进行PLC控制系统设计
2008年5月16日
编写毕业设计说明书
2008年5月23日
毕业设计说明书修改完善、准备答辩
指导教师意见：
指导教师（签名）：
年月日
分度盘磨铣专用机床PLC控制系统设计
摘要
本篇文章介绍了一种利用先进的PLC技术对分度盘磨铣专用机床进行技术改造的方案；并且叙述了PLC的基本原理、PLC的工程设计步骤。
该系统用三菱公司的FX2N系列PLC作为控制核心，整个系统利用PLC控制液压阀，实现了磨头的上、下，工作台升、降，液压缸转位、液压缸复位的功能，从而实现了分度盘磨铣专用机床控制系统的自动化功能。
关键词：
可编程控制器，步进指令，分度盘磨铣专用机床
1.绪论-------------------------------------------------------------1
1.1专用机床的现状-----------------------------------------------1
1.2可编程控制器控制系统的意义-----------------------------------1
2.总体方案的确定---------------------------------------------------1
2.1可编程控制器的硬件和工作原理---------------------------------1
2.2系统的总体框图-----------------------------------------------2
3.硬件系统的实现---------------------------------------------------3
3.1硬件系统的构成-----------------------------------------------3
3.2可编程控制器控制系统的设计-----------------------------------5
4．软件的实现-------------------------------------------------------7
4.1可编程控制器的编程方法---------------------------------------7
4.2梯形图-------------------------------------------------------7
5.结论-------------------------------------------------------------9
参考文献-----------------------------------------------------------10
1.绪论
1.1专用机床的现状
机床是制造产品的机械，也称为工作的母体，是装备制造业的核心设备。
由于科技的发展，机床能源的供应装置由原来蒸汽机到交流电动机，大大地改善了机床的效率和精度。
此时出现了专用机床，但机床都采用传统的继电器——接触器控制，其虽结构简单，但存在着触头易磨损，寿命短的缺点。
随着人们对生产要求的进一步提高，继电器控制已不在适应社会的需要，此时出现了以可编程控制器控制的专用机床，它是充分利用计算机技术和电子技术和机械电子，以软件代替部分硬件，以电子器件代替部分机械传动，从而提高机床的性能。
1.2可编程控制器控制系统的意义
可编程控制器（PLC）是一种新型的通用控制装置，他将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、可靠性强、环境适应性好、编成简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。
近年来，随着可编程控制器的日渐成熟，越来越多设备的控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制，并取得了很好的经济效益。
2.总体方案的确定
2.1可编程控制器的硬件和工作原理
2.1.1可编程控制器的组成
可编程控制器虽然外观各异，但其硬件结构大体相同。
主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/O接口）、电源及编程设备几大部分构成。
2.1.2可编程控制器的工作原理
1）每次扫描过程。
集中对输入信号进行采样。
集中对输出信号进行刷新。
2）输入刷新过程。
当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。
只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4）元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5）扫描周期的长短由三条决定。
i.CPU执行指令的速度；ii.指令本身占有的时间；iii.指令条数
6）由于采用集中采样。
集中输出的方式。
存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
2.2系统的总体框图
2.2.1分度盘磨铣专用机床的控制要求
分度盘磨铣专用机床是一台小型八工位回转工作台式组合机床，磨头上安装磨铣刀具，由磨头电动机驱动运转；旋转磨头的三次上、下运动即是对工件的磨铣加工，这个上、下运动由液压系统实现。
台升－台转（45º）－台降—台转油缸复位，实际就是带动被加工工件回转45º，以便进行下一工位的磨铣加工。
分度盘磨铣专用机床的每个工位的工作循环如下图所示
分度盘磨铣专用机床
专用机床控制要求如下：
1）反映磨头上、下运动到位的检测元件要选用接近开关。
2）本机床的装卸由人工进行。
装上元件后要求能自动完成八个工位的加工，进行调整时则要求能进行一个工位的工作循环。
必须要求考虑假如能重复进行八个工作循环后自动停机的控制环节。
3）控制线路要在液压泵电动机启动工作后才能工作
4）系统具有程序预选功能。
程序选定后，整个加工过程能自动进行。
5）加工过程要求停位准确。
各运动之间应有相应的互锁。
6）电源及系统的运行应有相应的指示。
7）其他必要的电气保护措施。
3.硬件系统的实现
3.1硬件系统的构成
3.1.1分度盘磨铣专用机床电动机及控制方式
1.液压泵电动机M1
液压泵采用连续运转工作方式，电动机M1的控制方式为单向连续工作制。
液压泵电动机轻载起动，且只有2.2KW，可直接全压起动。
用一只交流接触器来控制液压泵电动机M1，设为KM1。
2．磨头电动机M2
磨头采用连续运转工作方式，电动机M2的控制方式为单向连续工作制。
磨头电动机轻载起动，也只有3KW，也可直接全压起动。
用一只交流接触器来控制磨头电动机M2，设为KM2。
分度盘磨铣专用机床配置的电动机均在7KW以下，满足电动机直接起动的要求，可采用直接起动。
考虑到短路保护、过载保护、零电压和欠电压保护等电气控制电路的基本保护，设计主电路如左图所示。
在左图中，设置自动空气断路器QS为分度盘磨铣专用机床电源开关，电源开关本身具有短路和过载的保护功能，使控制系统形成双重保护，FU1～2为各电动机短路保护用熔断器。
FR1～2为各电动机过载保护用热继电器，零压和欠压保护通过电动机电源继电器KM1～2的电磁机构来实现。
表3-1分度盘磨铣专用机床行程开关用途一览表
名称
用途
SQG1
磨头上升到顶时动作
SQG2
磨头下降到顶时动作
SQ1
回转工作台上升到顶时动作
SQ3
回转工作台回转到顶时动作
续表3-1
名称
用途
SQ2
回转工作台下降到顶时动作
SQ4
液压缸复位时压合
SQ7
I工位时压下其余均放开
SQ5
磨头上升超行程保护
SQ6
磨头下降超行程保护
表3-2执行元件电磁阀节拍表
名称
1YV
2YV
3YV
4YV
5YV
6YV
磨头上
+
磨头下
+
台升
+
台降
+
液压缸转位
+
+
液压缸复位
+
3.1.2分度盘磨铣专用机床的控制流程
1.分度盘磨铣专用机床的控制流程的逻辑分析及设备的配置
初始步:
初始步01步为等待（停止）步，这时组合机床的电源尚未送电，整台机床处于停止待命状态，各种指示灯均在熄灭状态。
01-02步的转换（转换条件QF）:
当自动空气断路器QF接通时，系统从01步到02步，激活02步，关断01步。
电源指示灯和按钮指示灯均点亮并保持，反之亦然。
02-03步的转换（转换条件SB2）:
按下按钮SB2，液压泵电动机电源接触器KM1线圈得电并自锁，液压泵电动机M1起动，为系统输出压力油液，液压系统的电磁阀全部不得电。
03-04步的转换（转换条件KM1）:
当KM1得电后04步被激活，回转工作台移到到初始位置SQ7。
04-05步的转换（转换条件SQ7）
回转工作台移到到初始位置SQ7时，电磁阀2YV通电，切换其回油路，为系统送出压力油液。
磨头向下移动。
05-06步的转换（转换条件SQG2）
磨头移到SQG2时，电磁阀1YV通电，同时关断2YV，切换其回油路，为系统送出压力油液。
磨头向下移动。
06-10步的转换同04-06步（转换条件SQG1或SQG2）
10-11步的转换（转换条件SQG1）
当磨头移到SQG1时，电磁阀3YV通电，切换其回油路，为系统送出压力油液。
工作台上升。
11-12步的转换（转换条件SQ1）
当工作台上升到SQ1时，电磁阀3YV，5YV通电，切换其回油路，为系统送出压力油液。
液压缸开始转位。
12-13步的转换（转换条件SQ3）
当液压缸转位到SQ3时，电磁阀4YV通电，切换其回油路，为系统送出压力油液。
工作台下降。
13-14步的转换（转换条件SQ2）
当工作台下降到SQ2时，电磁阀6YV通电，切换其回油路，为系统送出压力油液。
液压缸开始复位。
11-12步的转换（转换条件SQ7）
当液压缸复位到SQ7时，系统停止运行。
开始拆装零件。
3.2可编程控制器控制系统的设计控制系统的设计
3.2.1可编程控制器的选择
统计分度盘磨铣专用机床PLC输入元器件、执行元器件及I/O点数。
如表3-3所示
表3-3PLC输入元器件、执行元器件及I/O点数
输入部分
点数
按钮SB
3
行程开关
9
总计
12
续表3-3
输出部分
点数
接触器KM
2
电磁阀YV
6
指示灯HL
1
总计
9
输入部分
点数
根据分度盘磨铣专用机床工艺要求,液压泵电动机M1的电源接触器KM1，起动按钮SB2，停止按钮SB1，指示灯HL的按钮SB3等都不进入PLC的控制程序
参照PLC的I/O点数，选用三菱FX2N-32MR型PLC作为组合机床PLC控制系统的机型。
其包括16个输入点和16个输出点。
3.2.2可编程控制器控制的I/O分配
4．软件的实现
4.1可编程控制器的编程方法
4.1.1顺序控制设计法
1．步的划分
顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并且用编程元件（辅助继电器M或状态器S）来代表各步。
2．转换条件的确定
使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。
转换条件可能是外部输入信号，也可能是PLC内部产生的信号。
3．功能表图的绘制
根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出功能表图。
绘制功能表图是顺序控制设计法中最为关键的一个步骤。
4．梯形图的编制
根据功能表图，按某种编程方式写出梯形图程序。
4.1.2FX2N系列PLC的步进指令
步进指令是专为顺序控制而设计的指令。
在工业控制领域许多的控制过程都可用顺序控制的方式来实现，使用步进指令实现顺序控制既方便实现又便于阅读修改。
FX2N中有两条步进指令：
STL（步进触点指令）和RET（步进返回指令）。
STL和RET指令只有和状态器S配合才能具有步进功能。
如STLS200表示状态常开触点，称为STL触点，它在梯形图中的符号为，它没有常闭触点。
我们用每个状态器S记录一个工步，例STLS200有效（为ON），则进入S200表示的一步（类似于本步的总开关），开始执行本阶段该做的工作，并判断进入下一步的条件是否满足。
一旦结束本步信号为ON，则关断S200进入下一步，如S201步。
RET指令是用来复位STL指令的。
执行RET后将重回母线，退出步进状态。
4.2梯形图
4.2.1.梯形图的结构规则
梯形图作为一种编程语言，绘制时有一定的规则。
在编辑梯形图时，要注意以下几点。
1）梯形图的各种符号，要以左母线为起点，右母线为终点（可允许忽略右母线）从左到右分行绘出。
2）触电应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。
3）不包含触电的分支应放在垂直方向，不可水平方向设置，以便于识别触电的组合和对输出线圈的控制路径。
4）如果有几个电路块并联时，应将触电最多的支路块放在最上面。
5）遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程。
4.2.2分度盘磨铣专用机床的PLC控制梯形图
5．结论
毕业设计总算是完成了，在心情彻底放松一刹那，所感受的是一种收获后的喜悦。
两个多月的设计，所期待的不仅仅是一个结果。
在设计过程中的每一次前进，或许都比那结果要生动具体得多了。
因为这个过程的每一次前进，都是对大学三年所学东西的一个深化使用的过程。
一次前进，就是一笔财富。
毕业设计是对以前所学知识的一次融会贯通的全面检测；是对学生综合运用所学过的知识，提高理论联系实际的设计和分析计算能力的培养；是对学生围绕某项专题收集阅读，分析和运用资料的能力和学生进行独立工作，科学研究和解决工程实际问题的能力的培养。
我的课题是分度盘磨铣专用机床PLC控制系统设计。
在设计过程中，真正体会到了实践的重要性。
广泛深入图书馆，实事求是，认真查阅有关书籍资料，锻炼了自己的分析问题、解决问题的能力。
不可否认，在这个过程中，也遇到不少困难，所幸的是有指导老师孙老师的悉心指导，起到了点石成金的作用，大大启发了我，使我能不断前进。
在这里，衷心向他们说声谢谢。
设计的完成，给予了我很大的信心：
我完全有能力利用自己所学的知识和技能去完成我并不熟悉的任务。
从这次设计中所学到的许多东西，是以前从书本上所学不到的。
设计过程中所培养的实事求是、严谨认真的工作作风，将成为我以后工作的行为准则。
再一次对孙老师表示衷心的感谢！
参考文献
[1]李世基主编.可编程控制器及特殊功能模块使用技术（上册）.
[2]张万忠主编.可编程控制器使用技术.化学工业出版社
[3]史国生主编.电气控制和可编程控制器技术.化学工业出版社
[4]
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