基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、貴州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第59頁(yè) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 設(shè)計(jì)題目：基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2014

2、年 5月 21日 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 誠(chéng)信責(zé)任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。 特此聲明。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日 期： 目 錄 摘要 III Abstract IV 第一章 緒論 5 1.1組合機(jī)床概述 5 1.2 PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義 5 1.3 PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨

3、勢(shì) 6 第二章 四工位組合機(jī)床原理及液壓系統(tǒng) 8 2.1四工位組合機(jī)床的工作原理與過程分析 8 2.1.1 回轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理 9 2.1.2 鉆孔工作原理 9 2.1.3 擴(kuò)孔工作原理 9 2.2 四工位組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng) 11 第三章 PLC概述與方案論證 13 3.1 PLC概述 13 3.1.1 PLC基本介紹 13 3.1.2 PLC硬件組成 13 3.2方案論證 17 3.2.1 PLC與繼電器-接觸器相比較： 17 3.2.2 PLC與單片機(jī)比較 18 第四章 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 4.1選擇PLC機(jī)型 20 4.1.1 結(jié)構(gòu)選擇 20

4、4.1.2 I/O點(diǎn)選取原則 20 4.1.3確定PLC機(jī)型及擴(kuò)展模塊 21 4.2設(shè)計(jì)I/O分配表 22 4.3設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖 24 4.3.1 PLC的詳細(xì)接線圖 24 4.3.2 電機(jī)電氣原理圖 26 4.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板 26 4.5相關(guān)元器件的選擇 28 4.5.1電氣元件的選取 28 4.5.2液壓元器件的選擇 29 第五章 部分程序的分析以及程序調(diào)試結(jié)果 30 5.1 以下程序段的分析： 30 5.2 此次設(shè)計(jì)的程序建立以及調(diào)試結(jié)果分析如下： 32 第六章 設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì) 34 6.1設(shè)計(jì)總結(jié) 34 6.2心得體會(huì) 35

5、參考文獻(xiàn) 36 致謝 37 附錄一 38 附錄二 52 基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 文章以四工位組合機(jī)床為研究對(duì)象,四工位主要包括鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲、機(jī)械手上下料等工位，通過對(duì)主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式的探究以及對(duì)機(jī)床的工作過程和控制要求分析,給出了機(jī)床動(dòng)作循環(huán)圖、液壓元件動(dòng)作表以及四工位組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng);并采用PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法, 進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),列出了PLC的I/O地址分配表,繪制了PLC的I/O分配圖和單循環(huán)自動(dòng)工作流程圖，編寫PLC控制程序的梯形圖和指令表;由操作面板組成的人機(jī)界面，使整個(gè)控制系統(tǒng)的操作變得簡(jiǎn)單，方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化

6、程度和實(shí)用性。 關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC)，四工位組合機(jī)床，控制系統(tǒng)，人機(jī)界面。 Four labour modular machine tool control system design based on PLC Abstract Combination machine tools based on four location as the research object, Four station mainly include drilling, reaming,

7、 tapping, manipulator up-down material such as location，and through the main structure and form of movement of exploration and for machine tools work process and control requirements analysis is presented, the machine operating cycle diagram, hydraulic components action list and four for the hydraul

8、ic control system of modular machine tool, And PLC control system design method of software and hardware design, lists the PLC I/O address allocation worksheets, painted PLC I/O assignment graph and single automatic work flowchart, write PLC control program ladder diagram and instructions list,Compo

9、sed of man-machine interface operation panel,make the whole control system operation simple, convenient, greatly improved the system automation degree and practicability. Keywords: programmable controller (PLC), four location combination machine tools, control system, the man-machine interfac

10、e. 第一章 緒論 1.1組合機(jī)床概述 組合機(jī)床是針對(duì)特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備，這類設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具有自動(dòng)循環(huán)的功能。 組合機(jī)床是隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，由通用機(jī)床、專用機(jī)床發(fā)展起來的。通用機(jī)床一般用一把刀具進(jìn)行加工，自動(dòng)化程度低、輔助時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低，但通用機(jī)床能夠重新調(diào)整，以適應(yīng)加工對(duì)象的變化。專用機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)的多刀切削，自動(dòng)化程度較高，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率也較高。但是，專用機(jī)床的設(shè)計(jì)，制造周期長(zhǎng)，造價(jià)高，工作可靠性也較差。專用機(jī)床是針對(duì)某工件的一定工序設(shè)計(jì)的，當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，工件的結(jié)構(gòu)，尺寸稍有變化

11、時(shí)，它就不能繼續(xù)使用。在綜合了通用機(jī)床、專用機(jī)床優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了組合機(jī)床。組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專用部件組合構(gòu)成，動(dòng)力部件采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作自動(dòng)循環(huán)的控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備。 常見的組合機(jī)床，標(biāo)準(zhǔn)通用部件有動(dòng)力滑臺(tái)各種加工動(dòng)力頭以及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，可用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可用液壓驅(qū)動(dòng)。各標(biāo)準(zhǔn)通用動(dòng)力部件組合構(gòu)成一臺(tái)組合機(jī)床時(shí)，該機(jī)床的控制電路可由各動(dòng)力部件的控制電路通過一定的連接電路組合構(gòu)成。 多動(dòng)力部件構(gòu)成的組合機(jī)床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是動(dòng)力部件的點(diǎn)動(dòng)和復(fù)位控制。第二方面是動(dòng)力部件的半自動(dòng)循環(huán)控制。第三方面

12、是整批全自動(dòng)工作循環(huán)控制。 組合機(jī)床具有生產(chǎn)率高、加工精度穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。因而，在汽車、柴油機(jī)、電機(jī)、機(jī)床等一些具有一定生產(chǎn)批量的企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，組合機(jī)床的研制正向高效、高精度、高自動(dòng)化和柔和性化方向發(fā)展。 1.2 PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義 目前一般企業(yè)都擁有一定數(shù)量的用繼電器控制的組合機(jī)床。繼電器控制方式雖然有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但存在著接觸器觸點(diǎn)磨損快、壽命短、可靠性差等缺點(diǎn)。特別是在更換產(chǎn)品而改變動(dòng)作循環(huán)時(shí)，需重新設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求。造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購(gòu)買新的數(shù)控車床。因此，當(dāng)務(wù)

13、之急就是對(duì)這些普通車床進(jìn)行技術(shù)改造，以提高企業(yè)的設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。而采用PLC改造機(jī)床，可去掉了機(jī)床的中間繼電器、時(shí)間繼電器、順序控制二極管及電阻，使線路簡(jiǎn)化。同時(shí)，由于PLC的高可靠性，輸入／輸出部分還具有信號(hào)指示，這不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還能給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便?？刂葡到y(tǒng)可靠性好、故障率低、工藝參數(shù)調(diào)整方便等特點(diǎn)。因?yàn)榭删幊炭刂破鞯目垢蓴_能力強(qiáng)，可靠性高，且配置靈活，已在工控領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。這不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，還可以構(gòu)成適合工業(yè)環(huán)境的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制。??? 另外使用PLC控制機(jī)床電氣系統(tǒng)后為了充分發(fā)揮設(shè)備效能，迅速提升加工技術(shù)與

14、精度，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)老式組合機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造，取得了良好的效果。用PLC模塊、變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)、操控監(jiān)控設(shè)備等組成電氣數(shù)字控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)編程輸入、人機(jī)交互、自動(dòng)化加工的控制方式，擴(kuò)大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造的有效途徑。因此設(shè)計(jì)性價(jià)比較高的基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得尤其重要。 1.3 PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 在我國(guó)，組合機(jī)床的科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于

15、一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)。在工藝裝備方面；它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床

16、越來越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配合可編程序控制器（PLC），能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)（清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線）等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。? ? 由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國(guó)組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家要相對(duì)落后，國(guó)內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從

17、國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場(chǎng)要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。? ? 近年來，PLC在工業(yè)中異軍突起，特別是在組合機(jī)床的運(yùn)用上，它是充分利用計(jì)算 機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)與機(jī)械電子，以軟件代替部分硬件，以電子器件代替部分機(jī)械傳動(dòng)，從而提高了機(jī)床的性能。以其獨(dú)特的控制優(yōu)勢(shì)，廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造業(yè)中。特別是在組合機(jī)床的控制中，以其編程簡(jiǎn)單、可靠性高、功能齊全、適應(yīng)性強(qiáng)、輸出形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，很快取代了傳統(tǒng)的繼電器控制中的主導(dǎo)地位。? 21世紀(jì)，PL

18、C會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。 第二章 四工位組合機(jī)床原理及液壓系統(tǒng) 2.

19、1四工位組合機(jī)床的工作原理與過程分析 此次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行鉆孔,擴(kuò)孔,攻絲等工序的加工,采用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳送零件,按照工藝流程分三個(gè)加工工位,并安排一個(gè)裝卸工位來裝卸工件，即四個(gè)工位的組合機(jī)床。 ? 當(dāng)用人工將一個(gè)工件安裝在夾具上,且三個(gè)加工工位的動(dòng)力頭已加工完成,并退回到原位后,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自動(dòng)微抬，抬起到位,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自動(dòng)回轉(zhuǎn)到加工位置后,自動(dòng)定位夾緊.夾緊后,即向各工位發(fā)出向前主令,各工位動(dòng)力頭按自己的程序進(jìn)行加工.與此同時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)自動(dòng)復(fù)位,為下次轉(zhuǎn)位做準(zhǔn)備.各工位加工完成,向系統(tǒng)匯報(bào)完成信號(hào).同時(shí)各工位動(dòng)力頭自動(dòng)退回原位,回到原位后，即向系統(tǒng)匯報(bào)原位信號(hào).當(dāng)所有工位動(dòng)力頭都回

20、到原位,裝卸工位又裝好了新的工件時(shí),則系統(tǒng)又開始進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的加工。該組合機(jī)床的俯視示意圖如圖2.1.1所示： 圖2.1.1 1.工作臺(tái) 2. 主軸 3. 上，下料機(jī)械手 4. 夾具 2.1.1 回轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理 按下回轉(zhuǎn)臺(tái)工作按鈕后，電磁閥S01通電，使得回轉(zhuǎn)臺(tái)微抬，碰到行程開關(guān)SQ02，電磁閥S01, S03通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)開始快速回轉(zhuǎn)，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ03，電磁閥S01, S03, S05通電，使得回轉(zhuǎn)臺(tái)低速回轉(zhuǎn)；離開行程開關(guān)SQ03電磁閥S01, S04, S05通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)；碰到行程開關(guān)SQ04,電磁閥

21、S02通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊；當(dāng)壓力繼電器KP1發(fā)出信號(hào)，電磁閥S02, S06通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)脫離；碰到行程開關(guān)SQ05，電磁閥S02, S04, S06通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)返回；碰到行程開關(guān)SQ01，回轉(zhuǎn)液壓缸返回原位等待下一次循環(huán)。具體動(dòng)作見四工位組合機(jī)床的控制方案順序功能圖以及液壓控制系統(tǒng)圖。 2.1.2 鉆孔工作原理 按下鉆孔工作按鈕，電磁閥6YA通電，鉆孔工位快進(jìn)；當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ12,電磁閥6YA,12YA通電,調(diào)速閥調(diào)速，鉆孔工位轉(zhuǎn)為工進(jìn)，接觸器線圈KM3通電，同時(shí)鉆孔電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ13，電磁閥7YA通電，鉆孔工位快退；當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ11,接觸器線圈KM3斷電，鉆孔電動(dòng)

22、機(jī)停止，鉆孔工位返回到了原位，具體動(dòng)作見液壓控制系統(tǒng)圖。 2.1.3 擴(kuò)孔工作原理 當(dāng)工作臺(tái)夾緊后，S05、1DP發(fā)出信號(hào)，電磁閥10YA得電，擴(kuò)孔液壓桿快進(jìn)，碰到行程開關(guān)S22，電磁閥10YA，13YA帶電，調(diào)速閥調(diào)速液壓桿工進(jìn)，接觸器線圈KM2通電，同時(shí)擴(kuò)孔電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。碰到行程開關(guān)S23，10YA、13YA斷電，11YA帶電，液壓桿快退。碰到S21,11YA斷電，擴(kuò)孔工位回原位，具體動(dòng)作見液壓控制系統(tǒng)圖。 2.1.4 攻絲工作原理 按下攻絲工作按鈕，電磁閥20YA通電，攻絲工位快進(jìn)；碰到行程開關(guān)SQ32,工位停止，接觸器線圈KM1通電，攻絲電動(dòng)機(jī)正傳開始；碰到行程開

23、關(guān)SQ33，接觸器線圈KM4通電，KM1與KM4觸頭改變?nèi)我鈨上嘞嘈?，攻絲電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；碰到行程開關(guān)SQ34，攻絲電動(dòng)機(jī)停止，電磁閥21YA通電，工位快退；碰到行程開關(guān)SQ31,攻絲工位返回原位停止，等待下次循環(huán)，具體動(dòng)作見液壓控制系統(tǒng)圖。 由以上分析知四工位組合機(jī)床的控制方案順序功能圖如圖2.1.2所示：依次完成微抬，快速回轉(zhuǎn)，慢回，反向定位，夾緊之后由相應(yīng)的限位開關(guān)及控制指令完成鉆孔，擴(kuò)孔，攻絲三道工序，之后由下料機(jī)械手完成下料。每道工序之間存在等待時(shí)間，這要根據(jù)具體要求確定加工時(shí)序，依次重復(fù)上述步驟完成相應(yīng)工件的加工。（備注：S0—S54是為了畫功能圖方便特意添加的輔助繼電器AR對(duì)應(yīng)的注

24、釋說明，不是指繼電器的名稱，具體詳見梯形圖部分。） 圖2.1.2 2.2 四工位組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng) 因?yàn)橐簤嚎刂葡到y(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、可以在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無機(jī)調(diào)速。?? 2、在同等輸出功率下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)性能好。?? 3、采用液壓傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。?? 4、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過載保護(hù)。?? 5、由于一般采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)，因此?液壓元件有自我潤(rùn)滑作用，有較長(zhǎng)的使用壽命。?? 6、液壓元件都是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)用。

25、 因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)在四個(gè)工位加工工件是受力較大，采用普通的電氣系統(tǒng)在此工況下加工誤差較大，結(jié)合以上液壓控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，因此此次設(shè)計(jì)在電機(jī)移動(dòng)與工具夾緊和上料、下料機(jī)械手模塊采用液壓系統(tǒng)，其它模塊采用常規(guī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制。雖然液壓控制系統(tǒng)具有：損失大、效率低、發(fā)熱大、不能得到定比傳動(dòng)、當(dāng)采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)時(shí)還需要注意防火問題、液壓元件加工精度要求高、造價(jià)高等缺點(diǎn)，但是合理設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)還是不錯(cuò)的選擇；因此受力較大的模塊我們依然選擇液壓系統(tǒng)控制。 本次設(shè)計(jì)的四工位組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)包含用三個(gè)液壓缸完成鉆孔，擴(kuò)孔，攻絲三個(gè)電機(jī)的動(dòng)作，通過行程開關(guān)分

26、別控制相應(yīng)的電磁換向閥得電，完成鉆孔，擴(kuò)孔，攻絲三道工序，而電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)則通過PLC進(jìn)行控制。在反饋元件的反饋下精確完成以上三道工序，而對(duì)于另一道工序回轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)作則通過相應(yīng)行程開關(guān)以及電磁換向閥進(jìn)行動(dòng)作，并且完成通過離合器完成工件的夾緊以及裝卸工件，而上料、下料機(jī)械手傳遞工件則是通過行程開關(guān)控制3YA,4YA,5YA的得失電情況來控制油缸ABC的動(dòng)作，達(dá)到完成上料、下料功能；壓力繼電器2DP的安裝位置決定上料、下料機(jī)械手的行程，根據(jù)加工工件尺寸以及機(jī)床高度決定，并且通過節(jié)流閥13可以調(diào)節(jié)機(jī)械手的移動(dòng)速度，該液壓系統(tǒng)還具有相應(yīng)保護(hù)裝置，防止發(fā)生一些不必要事故，其他像冷卻裝置則不需要用液壓系統(tǒng)，直接

27、采用電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制，因此此次設(shè)計(jì)的基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)如下圖2.2.1所示。 圖2.2.1液壓控制系統(tǒng)圖 第三章 PLC概述與方案論證 3.1 PLC概述

28、

29、

30、 3.1.1 PLC基本介紹 可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是它應(yīng)該易與工業(yè)控制聯(lián)成一個(gè)整體且具有擴(kuò)充功能。PLC產(chǎn)品能直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。PLC體積小、功能強(qiáng)、速度快，可靠性高，又具有較大的靈活性和擴(kuò)展性。PLC還有一個(gè)重要特性是它具有

31、在線修改功能。它借助于軟件來實(shí)現(xiàn)重復(fù)的控制，軟件本身具有修改性，所以PLC具有靈活性。從而使PLC具有廣泛的工業(yè)通用性，同時(shí)簡(jiǎn)化了硬件電路，也提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)X系列PLC平均故障間隔大于20000~50000h，而平均修復(fù)時(shí)間則小于10min；PLC機(jī)能處理工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)電信號(hào)，如交流220V、直流24V，并可直接驅(qū)動(dòng)功率部件，可長(zhǎng)期工作在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境能夠中。編程采用傳統(tǒng)的繼電器符號(hào)語言，便于工程技術(shù)人員掌握，PLC是在按鈕開關(guān)，限位開關(guān)和其它傳感器等發(fā)出的監(jiān)控輸入信號(hào)作用下進(jìn)行工作。根據(jù)信號(hào)，控制器就會(huì)作出反映，通過用戶編程的內(nèi)部邏輯便產(chǎn)生輸出信號(hào)，而且這些輸出信號(hào)

32、可直接控制外部的控制系統(tǒng)負(fù)載，如電機(jī)，接觸器，指示燈，電磁閥等。PLC的控制系統(tǒng)省去了傳統(tǒng)的繼電器控制接線和拆線的麻煩。用PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“間接網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線的自動(dòng)化過程就能隨意去改變，這種性能使PLC具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。目前PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、電子、電力、輕工、建筑建材、交通等幾乎所有的工業(yè)控制領(lǐng)域。 3.1.2 PLC硬件組成 PLC的硬件一般由主機(jī)、I/O擴(kuò)展機(jī)及外部設(shè)備組成，其簡(jiǎn)化框圖如圖3.1.2—1所示。僅有主機(jī)沒有擴(kuò)展機(jī)的構(gòu)成方式稱為基本構(gòu)成，帶有擴(kuò)展機(jī)的構(gòu)成方式稱為擴(kuò)展機(jī)構(gòu)方式。 圖3.1.2-1 主機(jī)（C

33、PU模塊） 在主機(jī)內(nèi)部，由微處理器（MPU）通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線以及輔助電路連接存儲(chǔ)器、接口及I/O單元，診斷PLC的硬件狀態(tài)；借助編程器接收用戶鍵入的程序和數(shù)據(jù)；讀取、解釋并執(zhí)行用戶程序；按規(guī)定的時(shí)序接收輸入狀態(tài)、刷新輸出狀態(tài)，與外部設(shè)備交換信息等。總之，由主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)PLC的控制和管理。 2.電源 PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，電源的交流輸入端一般接有尖峰脈沖吸收電路，以提高抗干擾能力。小型PLC電源的交流輸入電壓范圍一般較寬，如有的小型PLC可在l60VAC~ 260VAC范圍內(nèi)正常工作。 3.輸入／輸出模塊 輸入/輸出模塊是PLC與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間

34、的連接部件。 輸入模塊用于調(diào)理輸入信號(hào)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等，把輸入信號(hào)的邏輯值安全可靠地傳遞到PLC內(nèi)部。輸出模塊用于把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC外部，輸出模塊具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。根據(jù)I/O分配表知道此次設(shè)計(jì)輸入采用直流開關(guān)量輸入模塊，具體原理圖如圖3.1.2-2所示：在該模塊中，R1為限流電阻，R2和C構(gòu)成濾波電路，可過濾掉輸入信號(hào)的高頻抖動(dòng)，D為輸入指示燈，T為直流式光耦合器，輸入模塊的外接直流電源極性任意。當(dāng)輸入開關(guān)閉合時(shí)，經(jīng)R1、T、D構(gòu)成通路，輸入指示燈D亮，表示該路輸入的開關(guān)量狀態(tài)為ON。輸入信號(hào)經(jīng)T隔離后，再

35、經(jīng)濾波器濾波，轉(zhuǎn)換成5V的直流輸入信號(hào)，經(jīng)輸入選擇器與CPU總線相連接，將外部輸入開關(guān)的狀態(tài)輸入到PLC內(nèi)部；完成PLC的信號(hào)輸入。各輸入信號(hào)回路有一個(gè)公共點(diǎn)，即圖中的COM點(diǎn)，這種輸入模塊稱為匯點(diǎn)式輸入模塊。各輸入信號(hào)回路相互獨(dú)立的輸入模塊，稱為分隔式輸入模塊，另外有的輸入模塊不需要外接電源，稱為無源式輸入模塊。此次設(shè)計(jì)采用的是匯點(diǎn)式輸入模塊。 圖 3.1.2-2 而對(duì)于輸出模塊，包含直流開關(guān)量輸出模塊、交流開關(guān)量輸出模塊 、繼電器輸出模塊，根據(jù)此次組合機(jī)床的設(shè)計(jì)輸出特點(diǎn)，我選擇了繼電器輸出模塊，該模塊原理圖如圖3.1.2-3所示：繼電器輸出模塊采用繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，它采用繼電器

36、觸點(diǎn)的形式輸出，外加負(fù)載電源根據(jù)負(fù)載的情況確定，可為交流也可為直流電源。繼電器輸出模塊為有觸點(diǎn)開關(guān)式輸出模塊，使用壽命相對(duì)于無觸點(diǎn)輸出模塊而言較短，開關(guān)動(dòng)作一般為五千萬次左右，但其使用比較靈活，因此，此次設(shè)計(jì)輸出動(dòng)作要求不是很頻繁的場(chǎng)合選擇繼電器輸出模塊是可行的。在繼電器輸出模塊中，D1為輸出指示燈，J1為輸出驅(qū)動(dòng)放大繼電器。當(dāng)對(duì)應(yīng)J1的內(nèi)部繼電器為ON時(shí)，D1指示燈亮，J1得電吸合，其觸點(diǎn)閉合，負(fù)載L1得電；當(dāng)對(duì)應(yīng)J1的內(nèi)部繼電器為OFF時(shí)，D1指示燈滅，J1失電，其觸點(diǎn)斷開，負(fù)載L1 失電。PLC先將輸出鎖定在輸出鎖存器里，之后控制輸出驅(qū)動(dòng)放大繼電器完成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)負(fù)載的任務(wù)。 圖 3

37、.1.2-3 4． 功能模塊 除開關(guān)量輸入/輸出外，PLC的其他輸入/輸出功能由功能模塊來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)功能模塊占用多個(gè)輸入／輸出通道，因此在組合式PLC中對(duì)功能模塊的使用數(shù)量存在限制，而對(duì)開關(guān)量輸入/輸出模塊的數(shù)量不加限制。一般地，除編程器以外的外部設(shè)備需經(jīng)功能模塊才能與主機(jī)總線連接。因此，對(duì)應(yīng)于各種外設(shè)以及PLC要完成的特殊輸入／輸出功能，有多種功能模塊。 5．?dāng)U展口 擴(kuò)展口是PLC的總線接口。主機(jī)與近程擴(kuò)展機(jī)之間利用擴(kuò)展口相連接。 6． 編程器 編程器是PLC最常用的外設(shè)，也是PLC中唯一不需要通過功能模塊而直接與總線相連接的外設(shè)。 編程器上的方式選擇開關(guān)，可依次實(shí)現(xiàn)以下

38、三種位置方式： 編程位置：PLC主機(jī)處于編程方式。用戶可通 過編程器向PLC輸入、查詢、修改用戶程序，但PLC不運(yùn)行用戶程序； 監(jiān)控位置：PLC主機(jī)處于監(jiān)控方式。PLC已運(yùn)行用戶程序，用戶不能輸入和修改用戶程序，但可查詢用戶程序，干預(yù)戶程序運(yùn)行。 運(yùn)行位置：PLC主機(jī)處于運(yùn)行方式。PLC運(yùn)行用戶程序，用戶不能輸入和修改用戶程序，也不能干預(yù)用戶程序的運(yùn)行情況，只能查詢用戶程序并監(jiān)視其狀態(tài)。 7． 其他外設(shè) PLC可帶打印機(jī)、CRT顯示器、鍵盤等外設(shè)，這些外設(shè)需通過相應(yīng)的功能模塊與PLC連接。 3.2方案論證 組合機(jī)床的電氣控制,理論上講,可以采用繼電器接觸器電氣控制系

39、統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC與單片機(jī)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： 3.2.1 PLC與繼電器-接觸器相比較： 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下： (1) 控制邏輯 繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸

40、點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場(chǎng)接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能夠增加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差。 可編程控制器采用存儲(chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場(chǎng)連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長(zhǎng)一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對(duì)控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且PLC是由中大規(guī)模集成電路組裝

41、成的，因此，功耗小，體積小。 (2) 控制速度 繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級(jí)。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。 而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)。由于PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。 (3) 定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制： 繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊

42、的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，定時(shí)范圍廣。 (4) 可靠性和維護(hù)性。 繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。 PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。 總之，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)

43、試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。 3.2.2 PLC與單片機(jī)比較 單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機(jī)不是專門針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)： (1) 單片機(jī)不如PLC容易掌握 使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要求設(shè)計(jì)人員要有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。對(duì)于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)才能掌握。 而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對(duì)于使用者來說，無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)，而只

44、要用較短時(shí)間去熟悉PLC的簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。 (2) 單片機(jī)不如PLC使用簡(jiǎn)單 使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮工程現(xiàn)場(chǎng)與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場(chǎng)連接起來，調(diào)試也較繁瑣。 而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關(guān)直接連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場(chǎng)的干擾信號(hào)不容易進(jìn)入PLC。 (3) 單片機(jī)不如

45、PLC可靠 使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差，而PLC是專門用于工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了抗干擾性措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。 通過上面的比較，針對(duì)組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然PLC的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以采用PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床設(shè)計(jì)顯得更合適，更體現(xiàn)出本次設(shè)計(jì)的實(shí)際意義。 第四章 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.1選擇PLC機(jī)型 合理選擇PLC的型號(hào)，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。選擇機(jī)型的基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠

46、，維護(hù)使用方便以及最佳功能性價(jià)比。 4.1.1 結(jié)構(gòu)選擇 PLC種類很多，其實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外形等方面存在較大的差異。PLC按結(jié)構(gòu)形式主要有整體式和模塊式。 整體式PLC：整體式PLC將CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出安裝在同一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，每一個(gè)點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的小型控制系統(tǒng)中。 模塊式PLC：模塊式PLC為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個(gè)總線槽，每個(gè)總線槽上可安裝一個(gè)PLC模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能，PLC的CPU、存儲(chǔ)器和電源等做成一個(gè)模塊，該模塊在總線板上的安裝位置一般來說

47、是固定的，而且該模塊也是構(gòu)成模塊式PLC所必需的，其它的模塊可根據(jù)PLC的控制規(guī)模和實(shí)現(xiàn)的功能選取，安裝在總線板的其他任一總線槽上。該種PLC具有功能擴(kuò)展靈活方便。在點(diǎn)數(shù)上，輸入點(diǎn)數(shù)，輸出點(diǎn)數(shù)的比例，模塊的種類方面選擇余地大，且維修方便，可構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的PLC，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)；但是價(jià)格較高。 根據(jù)以上分析，對(duì)于此次組合機(jī)床，選用整體式PLC較好。因?yàn)樾詢r(jià)比高，且體積小，另外該組合機(jī)床的加工工藝是固定的，環(huán)境條件較好，其控制系統(tǒng)并不是很復(fù)雜，因此直接選擇整體式PLC較好。 4.1.2 I/O點(diǎn)選取原則 PLC平均的I/O點(diǎn)價(jià)格比較高，因此應(yīng)合理選用PLC的I

48、/O點(diǎn)數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定余量。通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控制對(duì)象的輸入輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10%-20%的余量來確定。 由PLC組成的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)37個(gè)，均為開關(guān)量。電控制系統(tǒng)有輸出信號(hào)15個(gè)，具體輸入/輸出信號(hào)見I/O表4.2，根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的選取原則考慮10%-20%的I/O點(diǎn)數(shù)余量輸入點(diǎn)數(shù)可選取60個(gè)點(diǎn)的PLC。 4.1.3確定PLC機(jī)型及擴(kuò)展模塊 歐姆龍PLC系列中CPM 1A與CPM 2A是小型整體式PLC，市場(chǎng)上應(yīng)用也比較廣泛，資料也比較豐富，指令豐富，處理速度快，而CPM 2A是CPM 1A的改進(jìn)型，有

49、4種不同I/O點(diǎn)數(shù)（20點(diǎn),30點(diǎn),40點(diǎn),60點(diǎn)）的CPU主機(jī)箱，還有擴(kuò)展模塊，內(nèi)置RS232通信接口，可構(gòu)成計(jì)算機(jī)—PLC網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)1：1的PC鏈接和PLC—PT（可編程終端）鏈接。根據(jù)上述分析以及4.1.1與4.1.2分析知，此次設(shè)計(jì)我采用歐姆龍CPM2A-60CDR-A型號(hào)的PLC作為控制器控制四工位組合機(jī)床的電氣系統(tǒng)，因?yàn)樵撔吞?hào)的PLC主機(jī)的輸入點(diǎn)為36個(gè)小于37個(gè)，還需要選擇一個(gè)20點(diǎn)的擴(kuò)展模塊這樣共有輸入點(diǎn)48個(gè)（36+12）。共有輸出點(diǎn)32個(gè)（24+8）。因?yàn)樵撓盗械腜LC最多可以擴(kuò)展3個(gè)單元，擴(kuò)展連接方式如圖4.1所示：每個(gè)單元是固定的20點(diǎn)，其中輸入12點(diǎn)，輸出8個(gè)點(diǎn)，因

50、此此次選擇的CPM2A-60CDR-A及其擴(kuò)展一個(gè)單元足夠可以滿足37個(gè)輸入，15個(gè)輸出的要求，而且留有一定余量，方便以后其它功能的擴(kuò)展；且輸出形式依然選擇繼電器輸出。 圖4.1 4.2設(shè)計(jì)I/O分配表 因?yàn)镃PM系列的I/O區(qū)分配的通道號(hào)為000—019，其中000—009為輸入通道，010—019為輸出通道。000和001通道用作CPU主機(jī)的輸入通道，002用于1號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入通道，003用于2號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入通道，004用于3號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入通道；010和011通道用作CPU主機(jī)的輸出通道，012用于1號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸出通道，013用于2號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)

51、的輸出通道，014用于3號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入通道。內(nèi)部輔助繼電器區(qū)有32個(gè)通道200—231，共計(jì)512點(diǎn)，用于一般內(nèi)部繼電器，另外，輸入、輸出繼電器區(qū)未被使用的通道也可作為一般內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)以上分析輸入主要用0.00-9.15，輸出主要用10.00-19.15表示，根據(jù)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)分析，需要輸入信號(hào)37個(gè)，均為開關(guān)量。輸出信號(hào)17個(gè)，因此輸入為0.00—0.15（16個(gè)）、1.00-1.15（16個(gè)）與2.00—2.03（4個(gè)）以及1號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入2.04（1個(gè)）；輸出為10.00-19.15。 表 4.2 I/O分配 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 0.00 手動(dòng)攻絲

52、反轉(zhuǎn) 10.00 微抬 0.01 啟動(dòng) 10.01 夾緊 0.02 快速回轉(zhuǎn) 10.02 快速回轉(zhuǎn) 0.03 反向開關(guān) 10.03 反向定位 0.04 反靠開關(guān) 10.04 慢回 0.06 離合器開關(guān) 10.05 鉆孔快進(jìn) 0.06 2DP壓力繼電器 10.06 鉆孔快退 0.07 1DP壓力繼電器 10.07 擴(kuò)孔快進(jìn) 0.08 手動(dòng)攻絲正轉(zhuǎn) 10.08 擴(kuò)孔快退 0.09 工位原點(diǎn) 10.09 鉆孔工進(jìn) 0.10 已快進(jìn) 10.10 擴(kuò)孔工進(jìn) 0.11 已工進(jìn) 10.11 攻絲快進(jìn) 0

53、.12 手動(dòng)攻絲快進(jìn) 10.12 攻絲快退 0.13 手動(dòng)鉆孔快退 10.13 攻絲正轉(zhuǎn) 0.14 手動(dòng)擴(kuò)孔快進(jìn) 10.14 攻絲反轉(zhuǎn) 0.15 反向攻絲 10.15 鉆孔 1.00 齒條原位 11.00 擴(kuò)孔 1.01 工位原點(diǎn) 1.02 已快進(jìn) 1.03 已工進(jìn) 1.04 手動(dòng) 1.05 回原點(diǎn) 1.06 半自動(dòng) 1.07 手動(dòng)擴(kuò)孔快退 1.08 停止 1.09 工位原點(diǎn) 1.10 已快進(jìn)及正向攻絲 1.11 反向攻絲

54、1.12 已快退 1.13 手動(dòng)攻絲快退 1.14 微抬 1.15 手動(dòng)回轉(zhuǎn) 2.00 手動(dòng)反向 2.01 手動(dòng)夾緊 2.02 手動(dòng)返回 2.03 手動(dòng)鉆孔快進(jìn) 2.04 手動(dòng)鉆孔工進(jìn) 4.3設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖 4.3.1 PLC的詳細(xì)接線圖 I/O接口圖它反映的是PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接。PLC的輸入點(diǎn)大部分是共點(diǎn)式，即所有輸入點(diǎn)具有一個(gè)公共端COM。輸出點(diǎn)共用COM1與COM2，該P(yáng)LC采用交流220V進(jìn)行供電，具有緊急停車按鈕，提供安全保障。為了清楚簡(jiǎn)約

55、的表現(xiàn)出CPM2A-60CDR-A及其擴(kuò)展模塊的接線，此次設(shè)計(jì)畫接線圖時(shí)將它們合并在一起了，因此輸入用0.00、1.00等表示，輸出用10.00等表示，加深了程序的可讀性，輸出繼電器與相應(yīng)的KM電機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而電機(jī)的移動(dòng)通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，PLC控制相應(yīng)電磁閥的得、失電情況，達(dá)到控制電機(jī)的目的，最終完成PLC對(duì)四工位組合機(jī)床的控制，因此最終PLC的I/O電氣接口圖如圖4.3.1所示： CPM2A-60CDR-A擴(kuò)展 圖4.3.1 4.3.2 電機(jī)電氣原理圖 由液壓控制系統(tǒng)圖知，液壓系統(tǒng)控制相應(yīng)電機(jī)移動(dòng)，電氣系統(tǒng)控制相應(yīng)電機(jī)

56、轉(zhuǎn)動(dòng)，KM3觸點(diǎn)控制電機(jī)M3完成鉆孔工序，KM2觸點(diǎn)控制電機(jī)M2完成擴(kuò)孔工序，而觸點(diǎn)KM1與KM4分別控制電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)，完成攻絲工序，KM1與KM4是通過改變?nèi)我鈨上嘞嘈蜻_(dá)到電機(jī)正發(fā)轉(zhuǎn)效果。至于上，下料工序則通過液壓系統(tǒng)控制上，下料機(jī)械手進(jìn)行操作。因此此次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床電機(jī)電氣原理圖如圖4.3.2所示： 圖4.3.2 4.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板 我們知道數(shù)控機(jī)床操作面板是數(shù)控機(jī)床的重要組成部件，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行交互的工具，主要有顯示裝置、NC鍵盤、MCP、狀態(tài)燈、手持單元等部分組成。數(shù)控車床的類型和數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，以及各生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的操作面

57、板也不盡相同，但操作面板中各種旋鈕、按鈕和鍵盤的基本功能與使用方法基本相同。因此此次設(shè)計(jì)的基于PLC組合機(jī)床設(shè)計(jì)的操作面板也非常重要，它雖然不像數(shù)控機(jī)床那樣智能化，但是它具有半自動(dòng)化，因此我設(shè)計(jì)了半自動(dòng)，手動(dòng)以及回到原點(diǎn)的旋鈕，各種按鍵可以很方便的實(shí)現(xiàn)所需要的加工功能，具體介紹如下圖4.4所示：該操作面板還具有緊急停車按鈕，相應(yīng)的指示燈等，結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)單，功能豐富，操作方便，給我們提高了很好的人機(jī)界面，便于人和設(shè)備之間的信息交換。 操作面板 手動(dòng) 回原點(diǎn) 半自動(dòng) 負(fù)載電源 1.14 0.02 2.

58、02 2.03 2.04 0.13 0.14 微抬 快速回轉(zhuǎn) 手動(dòng)返回 鉆孔快進(jìn) 鉆孔工進(jìn) 鉆孔快退 擴(kuò)孔快進(jìn) 0.15 1.07 0.12 1.10 1.11 1.13 0.01 擴(kuò)孔工進(jìn) 擴(kuò)孔快

59、退 攻絲快進(jìn) 攻絲正轉(zhuǎn) 攻絲反轉(zhuǎn) 攻絲快退 啟動(dòng) 緊急停車 圖4.4 4.5相關(guān)元器件的選擇 4.5.1電氣元件的選取 因?yàn)楣ぷ鞴β什皇窍嗖詈艽?，故選擇三個(gè)型號(hào)相同的電機(jī)。所以熱繼電器、接觸器、和熔斷器額型號(hào)都相同。 (1)電動(dòng)機(jī)的選擇： 估算液壓泵的功率：P=q*p=8*1440*80/60=15.5kw 上式中：p：液壓泵的工作壓力 q：液壓泵的實(shí)際流量 電動(dòng)機(jī)名稱

60、 M1 M2 M3 電機(jī)型號(hào) JQ2-64-4 JQ2-64-4 JQ2-64-4 功率 17KW 17KW 17KW 額定電流 32.9A 32.9A 32.9 A 額定轉(zhuǎn)速 1460r/min 1460r/min 1460r/min

61、 額定效率 89% 89% 89% 額定功率因素 0.88 0.88 啟動(dòng)電流/額定電流 7A 7A 7A 啟動(dòng)電流/額定電流 1.3A 1.3A 1.3A 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2N.m 2N.m 2N.m (1

62、) 熱繼電器的選擇： 熱繼電器名稱 FR1 FR2 FR3 型號(hào) LR1-D4053 LR1-D4053 LR1-D4053 額定電流 40A 40A 40A 熱元件號(hào)（規(guī)格數(shù)） 2種 2種 2種 電流調(diào)節(jié)范圍 23—40A 23—

63、40A 23—40A （2）接觸器的選擇： 接觸器名稱 KM1 KM2 KM3 型號(hào) B65 B65 B65 約定發(fā)熱電流 80A 80A 80A 額定工作電壓 380V 380V 380V 額定工作電流 65A

64、 65A 65A (2) 熔斷器的選擇： 熔斷器的名稱 FU1 FU2 FU3 型號(hào) NT1 NT1 NT1 額定電壓 500V 500V 500V 額定電流 250A 250A 250A

65、4.5.2液壓元器件的選擇 名稱 型號(hào) 吸油過濾器 YCX型箱外自封式過濾器 限壓式變量泵 YBP型10MPa 直通式單向閥 AD型直通式單向閥 減壓閥 YJF3溢流減壓閥 順序閥 X2F直控式順序閥 溢流閥 YF溢流閥 三位五通電磁換向閥 DSG型 兩位四通電磁換向閥 DSG型 液壓缸 C—LA—1—125—C—中壓—R 第五章 部分程序的分析以及程序調(diào)試結(jié)果 5.1 以下程序段的分析： 該系的初始化程序用來設(shè)置初始狀態(tài)位置和原點(diǎn)位置條件。梯形圖中AR3.00用來指定與工作方式有關(guān)的輔助繼電器等元件，因此不需要在P

66、LC接線圖上體現(xiàn)，它實(shí)際上指定了AR3.00—AR3.07具有以下意義： AR3.00:手動(dòng) AR3.01:回原點(diǎn) AR3.02:單步 AR3.03：?jiǎn)沃芷冢ò胱詣?dòng)） AR3.04：連續(xù)運(yùn)行（全自動(dòng)） AR3.05:回原點(diǎn)起動(dòng) AR3.06: 自動(dòng)操作起動(dòng) AR3.07:停止 相應(yīng)的工作方式由1.04、1.05、1.06來確定。1.04、1.05、1.06是由一個(gè)三個(gè)觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)只能有一個(gè)工作方式，故后面編程時(shí)特意加入了互鎖。分別實(shí)現(xiàn)了控制面板上的手動(dòng)、回原點(diǎn)、半自動(dòng)功能。 此次設(shè)計(jì)程序初始化后，輔助記憶繼電器（AR）用于系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志作用的AR0.00、AR0.01、AR0.11和下列特殊輔助繼電器被自動(dòng)指定為以下功能，PLC運(yùn)行過程中，這些元件的功能仍保持不變：（備注：為了畫功能圖方便特意添加的輔助繼電器AR對(duì)應(yīng)的注釋說明，不是指繼電器的名稱，只是功能代號(hào)。除了以下三個(gè)功能代號(hào)，其它輔助繼電器均按照先后順序設(shè)置功能代號(hào)，具體結(jié)合功能圖與梯形圖進(jìn)行分析） AR0.00：手動(dòng)操作的初始轉(zhuǎn)太繼電器（注釋功能代號(hào)為S0） AR0.01: 回原點(diǎn)