组合机床的电气与PLC控制系统设计.docx
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组合机床的电气与PLC控制系统设计
组合机床的电气与PLC控制系统设计
摘要
可编程控制器(plc)是以微处理机为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置,其具有逻辑控制、计时、计数、数据处理、联网与通信等强大功能,同时,由于plc具有很高的可靠性和极大的应用灵活性,用它来替代传统的继电接触控制系统巳成为必然。
大量采用传统继电一接触控制系统的设备通过改造更新,成为plc控制的自动化系统,而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特点。
本文介绍双面钻孔组合机床的电气控制系统设计与应用。
双面钻孔组合机床是在工件两相对表面上钻孔的一种高效率自动化专用加工设备。
本次课程设计的内容是对双面钻孔组合机床电气控制系统的设计。
在机床电气控制系统中既有自动控制又有手动控制方式因此在本次设计中对控制系统既有自动控制方式的设计也有手动方式的设计。
本次设计采用PCL控制系统来实现双面钻孔组合机床的电气系统控制,包含控制系统的硬件电路设计和软件电路设计两个部分,本设计以PCL控制系统为核心列出了PCL的输入输出点分配表,绘制了PCL的输入输出点接线图和控制状态转移图,编写了PCL控制程序的梯形图和指令表。
关键字:
双面钻孔组合机床;PCL;可编程控制器;
目录
第1章设计目的要求和概述3
1.1设计目的3
1.2双面钻孔组合机床的概述3
1.3设计要求与任务分配3
第2章双面钻孔组合机床的控制要求5
2.1双面钻孔组合机床的工作流程5
2.2电动机控制要求5
2.3机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置控制要求6
第3章PLC的简介与选择8
3.1PLC8
3.2PLC简介8
3.3PLC的结构及基本配置8
3.4PLC选择9
第4章双面钻孔机床左机钻孔顺序动作PLC控制10
4.1双面钻孔组合机床的左机钻孔自动控制PLC输入输出点分配10
4.2状态继电器的分配10
第5章双面钻孔组合机床的PLC控制实现14
5.1并行分支状态转移14
5.2PLC控制考虑上双面钻孔组合机床的手动方式控制14
第6章总结21
参考文献22
第1章设计目的要求和概述
1.1设计目的
1、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力,拓宽和深化学生的知识。
2、培养学生树立正确的设计思想,设计构思和创新思维,掌握工程设计的一般程序规范和方法。
3、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算,数据处理,编写技术文件等方面的工作能力。
4、培养学生进行调查研究,面向实际,面向生产,向工人和技术人员学习的基本工作态度,工作作风和工作方法。
1.2双面钻孔组合机床的概述
双面钻孔组合机床主要用于在工件的两相对表面上钻孔。
双面钻孔组合机床电气主电路有4台电动机:
液压泵电动机M1,用以驱动机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置等动作。
左机刀具电动机M2,右机刀具电动机M3分别启动左右面钻头,提供切削动力。
切削液泵电动机M4,提供切削液,冷却加工表面。
1.3设计要求与任务分配表
1.完成组合机床电气控制系统设计;
2.完成相关PLC程序设计;
3.完成课程设计说明书一份;
4.完成相关图纸;
5.绘制I/O分配;
6.设计梯形图;
7.指令语句;
刘金保(05):
组长
分配任务,全面负责
宋雪晴(02)
绘制接线图
孙淑丽(01)
设计梯形图及指令语句
徐鑫(03)
分析资料、查找资料
刘强(04)
整理成书面材料
周喜营(06)
绘制原理图
第2章双面钻孔组合机床的控制要求
2.1双面钻孔组合机床的工作流程
双面钻孔组合机床的工作流程示意如图2―1所示。
图2—1双面钻孔组合机床的工作流程
2.2电动机控制要求
(1)双面钻孔组合机床各电动机只有在液压泵电动机M1正常启动运转、机床供油系统正常供油后才能启动。
(2)刀具电动机M2、M3应在滑台进给循环开始时启动运转,滑台退回原位后停止运转。
(3)切削液泵电动机M4可以在滑台工进时自动启动,在工进结束后自动停止,也可以用手动方式控制其启动停止。
2.3机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置控制要求
机床动力滑台、工件定位装置、夹紧装置由液压系统驱动。
电磁阀YV1和YV2控制定位销液压缸活塞运动方向;YV3、YV4控制夹紧液压缸活塞运动方向;YV5、YV6、YV7为左机滑台油路中的转向电磁阀;YV8、YV9、YV10为右机滑台油路中的转向电磁阀。
各电磁阀动作状态如表2-1所示。
表2-1各电磁阀动作状态表
定位
夹紧
左机滑台
右机滑台
转换开关
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
YV6
YV7
YV8
YV9
YV10
工件定位
+
SB4
工件夹紧
+
SQ2
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
YV6
YV7
YV8
YV9
YV10
滑台快进
+
+
+
+
+
KP
滑台工进
+
+
+
SQ3SQ6
滑台快退
+
+
+
SQ4SQ7
松开工件
+
SQ5SQ8
拔定位销
+
SQ9
停止
SQ1
说明:
表中“+”表示电磁阀线圈接通。
当电磁阀YV1通电时,机床工件定位装置将工件定位。
当电磁阀YV3通电时,机床工件夹紧装置将工件夹紧。
当电磁阀YV3、YV5、YV7通电时,左机滑台快速移动。
当电磁阀YV3、YV8、YV10通电时,右机滑台快速移动。
当电磁阀YV3、YV5或YV3、YV8通电时,左机滑台或右机滑台工进。
当电磁阀YV3、YV6或YV3、YV9通电时,左机滑台或右机滑台快速后退。
当电磁阀YV4通电时,松开定位销。
当电磁阀YV2通电时,机床拔定位销。
定位销松开后,撞击行程开关SQ1,机床停止运行。
第3章PLC的简介与选择
3.1PLC
3.2PLC简介
可编程控制器(简称PLC):
是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
可以预料:
在工业控制领域中,PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
3.3PLC的结构及基本配置
一般讲,PLC分为箱体式和模块式两种。
但它们的组成是相同的,对箱体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,当然按CPU性能分成若干型号,并按I/O点数又有若干规格。
对模块式PLC,有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无任哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构,其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
CPU:
PLC中的CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每台PLC至少有一个CPU。
与通用计算机一样,主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,还有外围芯片、总线接口及有关电路。
它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。
内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
存储器:
可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。
I/O模块:
PLC的对外功能,主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。
电源模块:
有些PLC中的电源,是与CPU模块合二为一的,有些是分开的,其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源以其输入类型有:
交流电源,加的为交流220VAC或110VAC,直流电源,加的为直流电压,常用的为24V。
PLC的外部设备:
外部设备是PLC系统不可分割的一部分,它一共有四大类组成:
1.编程设备2.监控设备3.存储设备.4.输入输出设备.
3.4PLC选择
考虑到工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性,采用PLC作为核心控制器,各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作,同时考虑到工作流程和造价。
所以我们采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。
三菱FX2N系列可编程控制器是小型化,高速度,高性能的产品,是FX系列中最高档次的超小型程序装置。
性能规格:
FX2N性能规格运转控制方法通过储存的程序周期运转I/O控制方法批次处理方法(当执行END指令时)I/O指令可以刷新运转处理时间基本指令:
0.08μs应用指令:
1.52至几百微秒,指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量8000步内置。
第4章双面钻孔机床左机钻孔顺序动作PLC控制
4.1双面钻孔组合机床的左机钻孔自动控制PLC输入输出点分配
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
液压系统自动按钮
SB3
X4
工件夹紧指示灯
HL
Y0
松开工件定位行程开关
SQ1
X14
电磁阀
YV1
Y1
工件定位行程开关
SQ2
X15
电磁阀
YV2
Y2
左机滑台快进结束行程开关
SQ3
X16
电磁阀
YV3
Y3
左机滑台工进结束行程开关
SQ4
X17
电磁阀
YV4
Y4
左机滑台快退结束行程开关
SQ5
X20
电磁阀
YV5
Y5
工件压紧原位行程开关
SQ6
X24
电磁阀
YV6
Y6
工件夹紧压力继电器
KP
X25
电磁阀
YV7
Y7
——
——
——
液压泵电动机M1接触器
KM1
Y13
——
——
——
左机刀具电动机M2接触器
KM2
Y14
——
——
——
切削液泵电动机M4接触器
KM4
Y16
双面钻孔组合机床的左机和右机钻孔顺序动作自动控制基本相同,现以左机钻孔顺序动作自动控制为例进行设计。
表3-1双面钻孔组合机床的左机钻孔自动控制PLC输入输出点分配表
4.2状态继电器的分配
1.首先根据左机自动钻孔的整个过程,将其中每个工序对应一个状态,并分配状态元件如下:
初始状态S2
定位状态S20
夹紧状态S21
左机滑台快进状态S22
左机滑台工进状态S23
左机滑台快退状态S24
松开工作状态S28
拔定位销状态S29
2.弄清每个状态的功能作用具体如下:
S2机床处于初始状态
S20工件定位
S21工件夹紧
S22左机滑台快进
S23左机滑台工进
S24左机滑台快退
S28工件松开
S29拔定位销
各个状态的功能是通过PLC驱动其各种负载来完成的。
负载可由状态元件直接驱动,也可由其它软元件的逻辑组合驱动。
3.找出每个状态的转移条件。
状态转移条件即在什么条件将下个状态“激活”。
状态转移图就是由状态,状态转移条件和转移方向构成的流程图,弄清转移条件是必要的。
根据控制要求分析可得,双面钻孔组合的机床左机钻孔顺序自动控制状态转移条件如下:
S2转移条件X4
S20转移条件X15
S21转移条件X25
S22转移条件X16
S23转移条件X17
S24转移条件X18
S28转移条件X24
S29转移条件X14
状态转移条件可以是单一的,也可以由多个元件的串,并连组合。
经过以上三步,可得到双面钻孔组合机床的左机钻孔顺序自动控制的状态转移图如图3-1(a)所示。
4.根据步进顺控指令的梯形图表示形式,可得双面钻孔组合机床上的左机钻孔自动控制顺控梯形图如图3-1(b)
图3-1双面钻孔组合机床上的左机钻孔自动控制状态转移图和状态梯形图
5.双面钻孔组合机床的左机钻孔自动控制指令表如下:
SETS2
LDX4
SETS20
STLS20
OUTY1
LDX15
SETS21
STLS21
SETY3
OUTY0
LDX25
SETS22
STLS22
SETY14
OUTY14
OUTY5
OUTT7
LDX16
SETS23
STLS23
OUTY5
LDX17
SETS24
STLS24
LDIX20
OUTY6
LDX20
SETS28
STLS28
RSTY14
RSTY3
LDIY3
OUTY4
LDX24
SETS29
STLS29
LDX14
OUTS2
RET
END
第5章双面钻孔组合机床的PLC控制实现
5.1并行分支状态转移
多个流程分支可同时执行的分支流程称为并行分支。
如双面钻孔组合机床对工件定位夹紧后,左机、右机同时对工件的两个面进行钻孔,左机和右机同时执行各自分支流程。
这就属于多流程并行分支:
它的状态图如图5-1所示。
图5-1双面钻孔组合机床自动控制PLC控制状态转移图
5.2PLC控制考虑上双面钻孔组合机床的手动方式控制
完整的双面钻孔组合机床PLC控制如下:
1、双面钻孔组合机床PLC输入\输出点分配表5—1所示。
2、双面钻孔组合机床PLC输入输出点接线图如图5-2所示。
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输入点编号
工件手动加紧按钮
SB0
X0
工件夹紧指示灯
HL
Y0
总停止按钮
SB1
X1
电磁阀
YV1
Y1
液压泵电动机M1启动按钮
SB2
X2
电磁阀
YV2
Y2
液压系统停止按钮
SB3
X3
电磁阀
YV3
Y3
液压系统启动按钮
SB4
X4
电磁阀
YV4
Y4
左刀具电动机M2电动按钮
SB5
X5
电磁阀
YV5
Y5
左刀具电动机M3电动按钮
SB6
X6
电磁阀
YV6
Y6
夹紧松开手动按钮
SB7
X7
电磁阀
YV7
Y7
左机快进点动按钮
SB8
X10
电磁阀
YV8
Y10
左机快退点动按钮
SB9
X11
电磁阀
YV9
Y11
右机快进点动按钮
SB10
X12
电磁阀
YV10
Y12
右机快退点动按钮
SB11
X13
液压泵电动机M1接触器
KM1
Y13
松开工件定位行程开关
SQ1
X14
左机刀具电动机M2接触器
KM2
Y14
工件定位行程开关
SQ2
X15
右机刀具电动机M3接触器
KM3
Y15
左机滑台快进结束行程开关
SQ3
X16
切削液泵电动机M4接触器
KM4
Y16
左机滑台工进结束行程开关
SQ4
X17
左机滑台快退结束行程开关
SQ5
X20
右机滑台快进结束行程开关
SQ6
X21
右机滑台工进结束行程开关
SQ7
X22
右机滑台快退结束行程开关
SQ8
X23
工件压紧原位行程开关
SQ9
X24
工件夹紧压力继电器
KP
X25
手动和自动选择开关
SA
X26
表5-1双面钻孔组合机床PLC输入/输出点分配表
图5-2双面钻孔组合机床PLC输入输出点接线图
3、根据双面钻孔组合机床的控制要求,图5—1为双面钻孔组合机床PLC自动控制状态转移图。
图5-3(a)为双面钻孔组合机床PLC控制程序总框图;图5-3(b)为双面钻孔组合机床PLC手动控制程序梯形图。
(a)控制程序总框图(b)手动控制程序梯形图
图5-3双面钻孔组合机床PLC控制梯形图
4、双面钻孔组合机床PLC总控制梯形图如图5-4所示,图中标出了各逻辑行所控制机床的各个状态。
图5-4双面钻孔组合机床PLC控制步进梯形图
5)双面钻孔组合机床PLC控制指令语言表如下:
0LDX2
1ORY13
2ANIX1
3OUTY13
4LDIX26
5ANDY13
6ANIY14
7SETS2
9STLS2
10LDX4
11SETS20
13STLS20
14OUTY1
15LDX15
16SETS21
18STLS21
19SETY3
20OUTY0
21LDX25
22SETS22
24SETS25
26STLS22
27SETY14
28OUTY5
29OUTY7
30LDX16
31SETS23
33STLS23
34OUTY5
35OUTY16
36LDX17
37SETS20
39STLS24
40LDIS20
41OUTY6
42STLS25
43SETY15
44OUTY10
45OUTT12
46LDX21
47SETS26
49STLS26
50OUTY10
51OUTY16
52LDX22
53SETS27
55STLS27
56LDIX23
57OUTY11
58STLS24
59STLS27
60LDX20
61ANDX23
62SETS28
64STLS28
65RSTY14
66RSTY15
67RSTY3
68LDIY3
69OUTY4
70LDX24
71SETX29
73STLX29
74OUTY2
75LDX14
76SETX2
77LDX26
78ANDY13
79OUTM0
80LDMO
81MPS
82ANDX0
83OUTY3
84MRD
85ANDX5
86OUTY14
87MRD
88ANDX6
89OUTY15
90MRD
91ANDX7
92OUTY4
93MRD
94ANDX10
95OUTY5
96OUTY7
97MRD
98ANDX11
99OUTY6
100MRD
101ANDX12
102OUTY10
103OUTY12
104MPP
105ANDX13
106OUTY11
107END
第6章总结
回顾这十几天来的学习,感觉有点收获。
经过两周辛苦的课程设计,我将学过的基础理论知识进行了综合的应用,培养了自己的逻辑思维能力。
当然,我也深深地认识到自己学习上的不足,书到用时方恨少,只有在真正用到的时候才能发现。
比如在查阅资料及处理资料信息或者在设计过程中都遇到了一些问题,这些问题无疑使我们清楚地看到了自己的缺点,当然我也会在接下来的工作学习中改正。
在这次课程设计中我学到了很多,感谢老师的督促指导,感谢我们同组同学的帮组。
我深知这次课程设计在机械与电气行业可谓是冰山一角,所以我们学习之路还遥远,我会更加努力,为今后遇到的重重困难做好充分的准备!
参考文献
[1]陶亦亦.电气控制与PLC应用[M].北京:
清华大学出版社,2010.
[2]田效伍.电气控制与PLC应用技术[M].北京:
机械工业出版社,2006.
[3]李道霖.工厂电气控制技术[M].北京:
中国电力出版社,2006.
[4]张万忠.可编程序控制器应用技术[M].北京:
化工工业出版社,2002.
[5]王炳实.机床电气控制[M].北京:
机械工业出版社,2004.
[6]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京:
化工工业出版社,2004.
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