PLC在车镗专机控制系统中的应用论文.docx

1、PLC在车镗专机控制系统中的应用论文目 录 第一章 设计方案的确定 1 1.1 车镗专机概述 1 1.1.1 车镗专机的基本组成 1 1.1.2 加工过程 1 1.1.3 液压系统 2 1.2 课程设计任务与要求 2 1.2.1 车镗专机的控制要求 2 1.2.2 实践任务与要求 3 1.3 设计方案的确定 3第二章 车镗控制系统电路设计 3 2.1 电气主电路 3 2.2 部分硬件设备参数确定 7 2.2.1 指示灯的选择 7 2.2.2 熔断器的选择 7 2.2.3 组合开关与万能转换开关的选择 7 2.3.1 控制电路简介 8 2.3.2 可编程序控制器（PC）主机 10 第三章 软件设

2、计 11 3.1 I/O的确定与分配 11 3.2 设计方法 12 3.2.1 自动加工设计方式 12 3.2.2 手动加工设计方式 13 3.3 外围设备接线图 14 第四章 课程设计心得体会 15 参考文献： 16第一章 设计方案的确定1.1 车镗专机概述车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车销加工的一种自动加工设备，加工工件如图1-1所示。1-1 工件示意图1.1.1 车镗专机的基本组成车镗专机的基本组成如图1-2所示。左、右机械动力头各有三台电动机（快速电动机、工速电动机、主轴电动机），液压站由一台电动机拖动。1-2 车镗专机的基本组成示意图1.1.2 加工

3、过程加工过程如图1-3所示。操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令（按下按钮）。工件自动夹紧，压力继电器动作，左、右协力头同时开始镗销加工。左动力头快进，工进至终点后，快退回原位：而右动力头快进、工进至终点后还应进行右端面的车削加工（车刀横进、横退）后才快退。当两动力头都退回原位，此时工位的粗加工结束，工作台移到工位，开始进行精镗加工。左、右动力头重新起动，快进，工进到终点延时后快退回原位，工位加工结束，工作台退到工位，松开工件，一个自动工作循环结束。1-3 车镗专机的加式过程1.1.3 液压系统车镗专机中工作位的转换和加工工件的夹紧与松开是由液压系统实现

4、的，车镗专机液压系统元件如表所示。 车镗专机液压系统元件表YV1 +卸荷SP1 +油压到信号YV2 + ()工件松开 （夹紧）SP2 +工件紧信号YV3 +向工位YV5 +横 进YV4 +向工位YV6 +横 退注：表中“”表示得电，“”表示断电。1.2 课程设计任务与要求1.2.1 车镗专机的控制要求1）本系统有七台电机：油泵电机、右主轴电机、右快速电机、右工速电机、左主轴电机、左快速电机、左工速电机。2）工作台有两个工位，由液压系统实现两工位的转换和加工工件的夹紧与松开。3）有自动和点动两种工作方式，其中自动工作方式又有三种形式：全自动循环、工位循环、工位循环工作。全自动循环过程是从工位到工

5、位再到工位，工位循环、工位循环工作是指工件只在工位或工位时的加工循环。4）手动工作方式包括左、右主动轴的点动对刀，左、右动力头的快进与快退点动，手动松开工件、手动移位等。5）左、右床习导轨应具有自动润滑功能（YV7、YV8）。6）左、右快速电动机均采用电磁铁抱闸制动（YB1、YB2）。7）油泵起动后，液压系统要有一定的压力缓冲，才允许开始工作，工作结束要卸荷。8) 具有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号的指示。9) 具有照明和必要的联锁环节和保护环节。1.2.2 实践任务与要求1）根据设备工艺要求，制定合理的改造方案；2）确定输入/输出设备，正确选用PLC；3）PLC I/O点分配，并绘制I

6、/O接线图以及其它外部硬件图；4）绘制系统功能表图；5）设计梯形图并模拟调试；6）正确计算选择电器元件，列出电器元件一览表；7）绘制电气接线图，接线并调试；8）整理技术资料，编写使用说明书。1.3 设计方案的确定根据上述车镗专机的控制要求再加上对车镗专机的工作情况的分析后， 程序较为复杂，且应用的步骤较多，故放弃使用电气控制法，而采用PLC控制。我确立了如下的设计方案：1）首先我对整个机床设备需要有过流、过载保护。因此需要对这些元气件进行选择。 2）对于急停功能我们采用断电源的方法，因此对于急停功能的处理就不进PLC。这样也可以省下PLC的一个输入点。还有照明电路、抱闸制动、润滑和一些指示电路

7、是为了工作的方便而设计的电路，也不进入PLC。3）其他控制电路则通过PLC编程器来完成。由于机床有两种工作方式：手动和自动。手动控制采用经验设计法而自动控制以顺序控制法为主。本次设计中自动工作方式的形式主要全自动循环，全自动循环工作过程为：从工位工位工位。手动和自动工作方式可通过工作方式选择开关SA1选择或者不选择来确定是进行手动或自动控制。第二章 车镗控制系统电路设计2.1 电气主电路主电路（如图2-1）由七台电机控制。M1为油泵电机，M2控制右主轴的转动，M3控制右工进，M4控制右快进，M5控制左主轴的转动，M6控制左工进，M7控制左快进。接触器KM1KM9的主触点控制电机的转动。其中KM

8、2触点闭合，右主轴电机转动；KM3触点闭合，右工进电机转动；KM4KM5触点闭合，右快进和右快退电机转动；KM6触点闭合，左主轴的转动；KM7触点闭合，左工进电机转动；KM8KM9触点闭合，左快进、左快退电机转动；KM1触点闭合，油泵电机起动；熔断器在电路中进行过流保护。热继电器FR1FR7分别对七台电动机负载的过载保护。图2-1 主电路图设计方案 2.2 部分硬件设备参数确定2.2.1 指示灯的选择1、额定电压：交流 6/12/24/36/48/110/220/380V 直流 6/12/24/36/48/110/220V2、尺寸：10/12 /16 /22 /25/303、形状：球形/园平头

9、/方形/长方形4、颜色：红、绿、黑、黄、白、蓝等5、发光源：LED、白炽灯泡和氖泡2.2.2 熔断器的选择 1、熔体额定电流的选择熔体额定电流与负载大小、负载性质有关。对于一般照明电路、电热电路等负载：可按负载电流大小来确定熔体的额定电流对于电动机负载: 单台:INP =（1.52.5）INM 多台:INP =（1.52.5）INMmax+INM2、熔断器额定电流与额定电压的选择 熔断器额定电流大于或等于熔体的额定电流 熔断器额定电压大于或等于电路的工作电压3、是否带指示等功能2.2.3 组合开关与万能转换开关的选择 1、组合开关参数选择：位数（2 4）、极数（1 4）、额定电流( 100A)

10、、额定电压（380V)、通断能力等 2、组合开关类型选择： HZ5系列普通型组合开关(10A/20A/40A/60A) HH10系列组合开关(10A/25A/60A/100A) 3、万能转换开关参数选择： 位数，接线图编号，额定电流，额定电压，通断能力等。 车镗专机电机、电磁阀参数（如下表所示）设备名称参数左、右主轴电机4.0KW、1440转/分、380V、8.4A左、右快速电机2.2KW、1440转/分、380V、4.9A左、右工速电机1.1KW、1440转/分、380V、3.0A油 泵 电 机1.1KW、1440转/分、380V、3.0A电 磁 阀-24V、0.6A、14.4W制动电磁铁-

11、24V、1.1A、27.0 W2.3 电气控制电路2.3.1 控制电路简介控制电路（如图2-2所示）的主控制器为西门子S7-226 CPU226 PLC（6ES7216-2AD21-0XB0），而有一部分控制电路与信号指示电路是不用进入PLC。例如，照明电路要使用手工控制，因此供电电压必须是安全交流24V电压。控制电路、电源和油泵指示灯则使用交流220V供电。而控制电路的供电电压是从三相电动机的任意两相引出，线电压为交流380V。液压电磁阀的供电电压是直流24V，.因此必须采用控制变压器，通过变压器把电压降成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

12、电源抗干扰力强很多，通过开关电源就可以得到一个24V的稳压电源。只有当液压泵电动机得电启动后，液压达到一定的压力后才能按下启动按钮使PLC控制机床开始加工工件，液压泵的启动和停止可以当作机器的启动和停止条件，不进入 PLC控制而直接在控制面板上手工控制，这样简化了PLC控制程序也降低了对设备的要求。左右床身导轨的自动润滑功能和左右快速电动机采用的电磁铁抱闸制动也在控制电路中。润滑动作在快退期间启动，抱闸动作通过行程开关触发。图2-2 控制电路图设计 2.3.2 可编程序控制器（PC）主机选用的PC主机是SIMATIC S7-200 CPU226，有24个输入点，16个输出点，可采用助记符和梯形

13、图两种编程方式。PLC主机面板图如图2-1所示图2-1注：图中输出接线端；输出端口状态指示；输入接线端；输入端口状态指示；主机状态指示及可选卡插槽；有三个指示灯SF/DIAG ：系统错误，当出现错误时点亮（红色）；RUN ：运行，绿色，连续点亮；STOP : 停止，橙色，连续点亮；可选卡插槽有 ：EEPROM卡，时钟卡，电池卡；模式选择开关（运行、停止）、模拟电位器、I/O扩展端口；通讯口1；通讯口0；第3章 软件设计3.1 I/O的确定与分配开关量的输入模块是用来接收现场输入设备的的开关信号，将信号转换成为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。在选择输入口时留下10%2

14、0%的余量，因而选择20个输入口。开关量的输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外部信号的电气隔离。根据该控制系统的设计要求，通过按钮以及各种开关的数目来确定与PLC有关的输入输出设备，确定PLC的I/O点数。I/O分配表如下图所示：输入口编号名称用途I0.1KP1油压信号I0.2KP2夹紧信号I0.3SQ5I工位I0.4SQ6II工位I0.5SQ8左原点I0.6SQ1右原点I0.7SQ9左快工I1.0SQ2右快工I1.1SQ7横刀终位I1.2SQ4横刀原点I1.3SQ10、SB2左工退/松开工作I1.4SQ3、SB3右工手动移位I1.5SB4左点动I

15、1.6SB5右点动I1.7SB6左快进I2.0SB7左快退I2.1SB8右快进I2.2SB9右快退I2.3SA1自/手切换I0.0SB1启动输出口编号名称用途Q0.1KM1左主轴Q0.2KM2左快进Q0.3KM3左快退Q0.4KM4左工进Q0.5KM5右主轴Q0.6KM6右快进Q0.7KM7右快退Q1.0KM8右工进Q1.1YV2夹紧Q1.2YV3向I工位Q1.3YV4向II工位Q1.4YV5横进Q1.5YV6横退Q2.2YW1工作指示灯Q2.3YW2原位指示灯3.2 设计方法3.2.1 自动加工设计方式按下工作启动按钮SB1（I0.1），M0.4、YV2得电，工件开始夹紧。当工件紧信号SP2

16、（I1.7）得电，M0.5得电，T37开始计时，此时网络23中的线圈Q0.1、网络24的Q0.5得电,左右主轴电机开始转动。5秒后T37定时结束，M0.6得电，此时网络36、37的线圈Q0.6、Q0.2同时得电，左右动力头开始快进。当工进行程开关SQ2或SQ9闭合，线圈Q0.8、Q0.4同时得电，左右动力头开始工进。左动力头碰到SQ10（I1.5），线圈M1.0得电，网络37的线圈Q0.7得电，左动力头快退。当碰到SQ8（I1.3）时，M1.1得电，Q0.7失电，左动力头停止。右动力头碰到SQ3（I0.6）时，M1.3、电磁阀YV5得电，进行车削加工。当车刀碰到SQ4（I0.7）时,M1.4、

17、YV6得电，车刀横退。碰到SQ7(I.2)时，M1.5以及网络38的Q0.3得电，右动力头快退。当碰到SQ1（I1.4）时，右动力头停止，M1.6、电磁阀YV4得电，工作台开始向II工位进给。当碰到SQ6（I1.1）时，M1.7得电，进给停止，同时第35、36网络的Q0.6、Q0.2得电，左右动力头快进。当碰到SQ2或SQ9时，M2.0得电，左右动力头工进。当右动力头碰到SQ3，M2.3、T39得电当左动力头碰到SQ10时，M2.1、T38得电。T38、T39定时5秒后线圈M2.2、Q0.7和线圈M2.4、Q0.3得电，左右动力头快退，碰到SQ1和SQ8时，M2.5得电，动力头停止，工作台向I

18、工位退回。碰到SQ5,M2.6、T40得电，工作台停止，同时网络5的电磁阀YV2失电，工件松开。T40定时5秒后，线圈M2.7、Q1.1、定时器T41得电，液压系统卸荷。定时5秒后，此次加工结束，等待下一次加工。（按通用逻辑指令顺序编程，当前网络辅助继电器得电，前一网络其常闭断开）3.2.2 手动加工设计方式当转换开关SA切换至手动端时，I0.0得电，线圈M2.7得电。按下左主轴点动按钮SB4(I2.0),M3.1、网络34的Q0.5得电，左主轴电动。按下左动力头点动快进按钮SB5(I2.1)，M3.2、网络35的Q0.6得电，左点动快进。按下左动力头点动快退按钮SB6(I0.7)，M3.3、

19、Q0.7得电，左动力头点动快退。按下右主轴点动按钮SB7(I2.2),M3.4、Q0.1得电，右主轴点动。按下右动力头点动快进按钮SB8(I2.3),M3.5、Q0.2得电，右动力头点动快进。按下右动力头点动快退按钮SB9(I1.5),M3.6、Q0.3得电，右动力头点动快退。按下SB10(I0.4)，M3.7、YV3得电，向II工位移动。按下手动松开按钮SB11(I2.4)，YV2失电，工件松开。3.3 外围设备接线图第四章 课程设计心得体会 此次实习是针对自己的PLC课程而展开的为期两周软硬件结合操作过程，刚接触课题时并不知道具体怎么操作，也不懂得PLC在此电路中有什么作用。接下来所做PL

20、C的设计，让我进一步对PLC的应用及功能做了了解，对GX软件梯形图的应用也变的熟练。在此过程中我们注意向同学请教，并加强理论和实践的学习,经过这些日子的实践和学习，总结这些日子的所感所得如下：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

21、。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。在设计的过程中，遇到了很多问题，T0时间范围内有人来，T0不重新计时，关门的过程中有人来却不开门，这些在经过一次次测试、认真思考和讨论的过程中得到了解答。总之三周的课设，让我觉得很累，但从中收获了很多，最终的成功让我觉得累也是值得的。在此，感谢同学们的帮助以及老师在此次实验中的指导。通过这段时间的实习，我们在一定程度上对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。参考文献：【1】 机电系统PLC控制技术/张广明、李果、朱炜编著.北京：国防工业出版社，2009.4【2】 电器与PLC控制技术/张万忠、刘明芹主编. 2版.北京：化学工业出版社，2008.5【3】 刘敏. 可编程控制器技术M. 北京：机械工业出版社，2000【4】 中国工控网本文是通过网络收集的资料，如有侵权请告知，我会第一时间处理。