千斤顶液压缸加工机床电气设计系统说明书.docx

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千斤顶液压缸加工机床电气设计系统说明书

千斤顶液压缸加工机床电气设计系统说明书

机电工程学院

课程设计说明书

设计题目:

千斤顶液压缸加工机床电气操纵系统设计

学生姓名：

学号：

202048050606

专业班级：

机制F1003班

指导教师：

王宗才

2021年12月19日

内容摘要

PLC=ProgrammableLogicController，可编程逻辑操纵器，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。

它采纳一类可编程的储备器，用于其内部储备程序，执行逻辑运算，顺序操纵，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/输出操纵各种类型的机械或生产过程。

其是工业操纵的核心部分，在机床加工中应用极其广泛。

在本设计中，采纳装在动力滑台上左、右两个动力头同时进行切削。

动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。

液压系统采纳两位四通电磁阀操纵，并用调整死挡铁的方法实现位置操纵。

要紧介绍了PLC操纵系统的差不多知识，并依照要求进行了千斤顶液压缸加工机床电气操纵系统主电路设计和硬件配置连线图，利用STEP7-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计和调试。

关键字：

液压缸；PLC操纵系统；梯形图；主电路图；硬件配置连线图

第1章引言

课程设计的内容是千斤顶液压缸加工机床电气操纵系统的设计。

其要求如下：

1.操纵要求：

（1）左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。

（2）只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力〔压力继电器检测〕后，才能进行其他的操纵。

（3）机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。

（4）要求有必要的电气连锁与爱护，还有显示与安全照明。

2.操纵过程及原理：

千斤顶液压缸两端面的加工，采纳装在动力滑台的左、右两动力头同时进行加工切削，机床属于双面单工位组合机床。

千斤顶液压缸两端面加工机床由两个液压滑台、动力箱、固定式夹具、底座、床身和液压站等部件组成。

千斤顶液压缸两端面加工时，将工件放在工作台上并加紧，当工件加紧后发出加工命令，左、右滑台开始快进，当接近加工位置时，左、右滑台变为工进进给，直到加工完成后再快退返回。

至原先左、右滑台分别停止，并将工件放松取下，工作循环终止。

即工作循环如下：

工件定位---工件夹紧---滑台入位---加工零件---滑台复位---夹具松开。

1.1PLC的差不多概念

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采纳能够编制程序的储备器，用来在其内部储备执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，操纵各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业操纵系统形成一个整体，易于扩展其功能的原那么而设计。

早期的可编程操纵器称作可编程逻辑操纵器（ProgrammableLogicController,PLC）它要紧用来代替继电器实现逻辑操纵。

随着技术的进展，这种采纳微型运算机技术的工业操纵装置的功能差不多大大超过了逻辑操纵的范畴，因此，今天这种装置称作可编程操纵器，简称PC。

然而为了幸免与个人运算机（PersonalComputer）的简称混淆，因此将可编程序操纵器简称PLC。

1.2PLC的差不多结构

PLC实质是一种专用于工业操纵的运算机，其硬件结构差不多上与微型运算机相同，差不多构成为：

a、电源:

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用,一样交流电压波动+10%（+15%）范畴内，能够不采取其它措施而将PLC直截了当连接到交流电网上去。

b、中央处理单元（CPU）:

中央处理单元（CPU）是PLC的操纵中枢,它按照PLC系统程序给予的功能接收并储备从编程器键入的用户程序和数据；当PLC投入运行时，第一它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序储备器中逐条读取用户程序，通过命令说明后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行

c、储备器:

存放系统软件的储备器称为系统程序储备器。

d、输入输出接口电路:

1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场操纵的接口界面的输入通道。

2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断要求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的操纵信号。

e、功能模块:

如计数、定位等功能模块。

f、通信模块:

1.3PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一样分为三个时期，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个时期。

完成上述三个时期称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个时期。

（1）输入采样时期：

在输入采样时期，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样终止后，转入用户程序执行和输出刷新时期。

在这两个时期中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也可不能改变。

因此，假如输入是脉冲信号，那么该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情形下，该输入均能被读入。

〔2〕用户程序执行时期：

在用户程序执行时期，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的操纵线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的操纵线路进行逻辑运算，然后依照逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM储备区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的专门功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据可不能发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM储备区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中假如使用赶忙I/O指令那么能够直截了当存取I/O点。

即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值可不能被更新，程序直截了当从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被赶忙更新，这跟赶忙输入有些区别。

〔3〕输出刷新时期：

当扫描用户程序终止后，PLC就进入输出刷新时期。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

第2章设计思路

2.1设计要求

本机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工，采纳装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。

动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。

液压系统采纳两位四通电磁阀操纵，并用调整死挡铁的方法实现位置操纵。

机床的工作程序是：

（1）工件定位人工将零件装入夹具后，定位液压缸动作，工件定位。

（2）工件夹紧零件定位后，延时15s，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具内，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。

（3）滑台入位滑台带动动力头一起快速进入加工位置。

（4）加工零件左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点位置即停止工进，延时30s后停转，快速退回原位。

（5）滑台复位左右动力头退回原位后，滑台复位。

（6）夹具松开当滑台复位后夹具松开，取出零件。

以上各种动作由电磁阀操纵，电磁阀动作要求见表2-1。

表2-1电磁阀动作要求

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

定位

＋

夹紧

＋

入位

＋

＋

工进

＋

退位

＋

复位放松

注：

〝+〞号表示电磁阀得电。

2.2操纵要求

操纵要求如下：

（1）左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。

（2）只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力〔压力继电器检测〕后，才能进行其他的操纵。

（3）机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。

（4）要求有必要的电气连锁与爱护，还有显示与安全照明。

（5）操纵信号说明如表2-2所示。

表2-2操纵信号说明

输入

输出

文字符号

说明

文字符号

说明

SA1-1

机床半自动循环操纵转换开关

KM1

动力头M1、冷却泵M2接触器

SA2-1

手动定位操纵转换开关

KM2

液压泵M3接触器

SA3-1

手动入位操纵转换开关

YV1

1#电磁阀

SA3-2

手动工进操纵转换开关

YV2

2#电磁阀

SA3-3

手动退位操纵转换开关

YV3

3#电磁阀

SB1

动力头M1、冷却泵M2起动按钮

YV4

4#电磁阀

SB2

动力头M1、冷却泵M2停止按钮

YV5

5#电磁阀

SB3

液压泵M3起动按钮

HL1

动力头M1、冷却泵M2运行指示

SB4

液压泵M3停止按钮

HL2

液压泵M3运行指示

KM1

动力头M1、冷却泵M2运行信号

HL3

半自动循环工作指示

KM2

液压泵M3运行信号

HL4

定位指示

FR1

动力头M1、冷却泵M2过载信号

HL5

入位指示

KP

压力继电器油压检测信号

HL6

工进指示

SQ

动力头工进终点位置检测信号

HL7

退位指示

HL8

故障指示

（6）相关参数：

①动力头电动机M1：

Y100L-6，1.5kW，AC380V，4.0A。

②冷却泵电动机M2：

JCB-22，0.15kW，AC380V，0.43A。

③液压泵电动机M3：

Y801-4，0.55kW，AC380V，1.6A。

④电磁阀YV1～YV5：

100mA，AC220V。

⑤指示灯HL1～HL8：

10mA，DC24V；安全照明：

10W，6.3V。

2.3程序流程图

当夹具松开之后，连续加工零件那么重新定位，开始循环。

假设需要手动调剂，那么在每步动作时按下相应的转换开关，执行相应的工序。

2.4硬件系统设计

2.4.1CPU的选择

由上述操纵要求可知系统可采纳自动工作方式，也能够采纳手动工作方式.输入有16点，输出有15点，并考虑余量要求，因此系统采纳24输入，16输出的PLC.因此系统属于小型操纵系统，现选用西门子公司的S7-200，CPU226型PLC。

CPU221

CPU222

CPU224

CPU226

程序储备器

2048字节

4096字节

用户数据储备器

1024字节

2560字节

用户储备器类型

EEPROM

数据后备典型时刻

50h

190h

I/O

6输入4输出

8输入6输出

14输入10输出

24输入16输出

扩展模块数量

无

2个

7个

数字量I/O印象区大小

256（128入/128出）

模拟量IO印象区大小

无

16入/16出

32入/32出

33Hz布尔指令执行速度

0.37/微妙/指令

内部继电器

256

计数器/定时器

256/256

顺序操纵继电器

256

2.4.2I/O分配表

千斤顶液压缸加工机床电气操纵系统PLC输入地址分配表如下:

表2-3输入地址分配表

文字符号

说明

输入地址

KP

压力继电器油压检测信号

I0.0

SB1

动力头M1、冷却泵M2起动按钮

I0.1

SB2

动力头M1、冷却泵M2停止按钮

I0.2

SB3

液压泵M3起动按钮

I0.3

SB4

液压泵M3停止按钮

I0.4

SA1-1

机床半自动循环操纵转换开关

I0.5

SA2-1

手动定位操纵转换开关

I0.6

SA3-1

手动入位操纵转换开关

I0.7

SA3-2

手动工进操纵转换开关

I1.0

SA3-3

手动退位操纵转换开关

I1.1

FR1

动力头M1、冷却泵M2过载信号

I1.4

SQ1

动力头工进终点位置检测信号

I1.5

SQ2

定位终点位置检测信号

I1.6

SQ3

入位终点位置检测信号

I1.7

SQ4

液压夹紧检测信号

I2.0

SQ5

退位终点检测信号

I2.1

千斤顶液压缸加工机床电气操纵系统PLC输出地址分配表如下:

表2-4输出地址分配表

文字符号

说明

输出地址

HL1

动力头M1、冷却泵M2运行指示

Q0.0

HL2

液压泵M3运行指示

Q0.1

HL3

半自动循环工作指示

Q0.2

HL4

定位指示

Q0.3

HL5

入位指示

Q0.4

HL6

工进指示

Q0.5

HL7

退位指示

Q0.6

HL8

故障指示

Q0.7

YV1

1#电磁阀

Q1.1

YV2

2#电磁阀

Q1.2

YV3

3#电磁阀

Q1.3

YV4

4#电磁阀

Q1.4

YV5

5#电磁阀

Q1.5

KM1

动力头M1、冷却泵M1接触器

Q1.6

KM2

液压泵M3接触器

Q1.7

第3章电路设计

3.1主电路图

其中M1带动动力头，M2带动冷却泵，M3带动液压泵。

KM1为M1，M2的接触器。

KM2为M3的接触器。

左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机M2同时运转。

M3带动液压泵，只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力〔压力继电器检测〕后，才能进行其他的操纵。

主电路图如下所示。

图3-1主电路图

3.2硬件配置接线图

依照信号输入输出的类型及操纵的主电路，绘制I/0连接图如图3-2所示。

图3-2I/O接线图

第4章程序设计

4.1程序的实现

将零件装入夹具中，按下液压泵M3的启动按钮SB3〔I0.3〕启动电机M3，接触器KM2〔M0.0〕得电自锁，KM2闭合，然后按下循环操纵按钮SA1-1〔I0.5〕，循环工作指示灯HL3（Q0.2）和M3工作指示灯HL2（Q0.1）亮。

当压力达到一定值之后，KP（I0.0）闭合，定位转换开关SA2-1（I0.6）闭合，从而使电磁阀YV1（Q1.1）得电闭合，定位指示灯HL4（Q0.3）亮，工件开始定位。

零件定位之后，开始延时，延时15S之后电磁阀YV2（Q1.2）开始得电，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具里，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。

然后按下动力头M1，冷却泵M2的启动按钮〔I0.1〕启动，接触器KM1〔M0.1〕得电，指示灯HL1（Q0.0）亮，同时入位转换开关SA3-1（I0.7）闭合，电磁阀YV4（Q1.4），YV5（Q1.5）得电，滑台带动动力头一起快速进入加工位置,入位指示灯HL5（Q0.4）亮。

入位之后，当工进转换开关SA3-2（I1.0）得电时，电磁阀YV4（Q1.4）置位，同时工进指示灯HL6（Q0.5）亮，左右动力头开始进行两端面切削加工.当动力头到达加工终点位置即停止工进，现在检测开关SQ1（I1.5）得电闭合使YV4复位断电，延时30S后复位KM1断，同时，动力头冷却泵停转。

退位转换开关SA3-3（I1.1）闭合，退位电磁阀YV3（Q1.3）得电动作，同时退位指示灯HL7（Q0.6）亮，动力头开始退回原位。

左右动力头退回原位后，滑台复位，同时夹紧电磁阀复位，夹具松开，取出零件。

4.2程序梯形图

依照PCL编程要求以及本设计要求，设计程序如下：

4.3程序指令表

依照梯形图，可得语句表如下：

Network1//网络标题

//M3启动

LDI0.3

OM0.0

ANI0.4

ANI1.4

=M0.0

Network2

LDM0.0

=Q0.1

=Q1.7

Network3

//动力头m1冷却泵m2启动

LDI0.1

OM0.1

ANI0.2

ANI1.4

=M0.1

Network4

//运行

LDM0.1

ANM5.5

ANM5.6

=Q0.0

=Q1.6

Network5

//半自动手动转换开关

LDM0.0

AI0.0

LPS

AI0.5

=M1.0

LPP

ANI0.5

=M2.0

=Q0.2

Network6

//手动定位

LDM1.0

AI0.6

LPS

ANM1.1

=M3.0

LRD

AI1.6

=M1.1

LPP

ANM1.2

=Q1.1

Network7

//自动定位

LDM2.0

LPS

ANM2.1

=M3.1

LRD

AI1.6

=M2.1

LPP

ANM2.2

=Q1.1

Network8

//定位指示

LDM3.0

OM3.1

=Q0.3

Network9

//延时

LDM1.1

OM2.1

ANT37

TONT37,150

Network10

LDI0.5

AT37

OM1.2

=M1.2

Network11

LDNI0.5

AT37

OM2.2

=M2.2

Network12

//手动夹紧

LDM1.2

LPS

ANM5.1

=Q1.2

LPP

AI2.0

=M1.3

Network13

//自动夹紧

LDM2.2

LPS

ANM6.1

=Q1.2

LPP

AI2.0

=M2.3

Network14

//手动入位

LDM1.3

AI0.7

LPS

ANM1.4

=M3.4

LRD

ANM1.6

=Q1.4

LRD

ANM1.5

ANM1.6

=Q1.5

LPP

AI1.7

=M1.4

Network15

//自动入位

LDM2.3

LPS

ANM2.4

=M3.6

LRD

ANM2.6

=Q1.4

LRD

ANM2.5

ANM2.6

=Q1.5

LPP

AI1.7

=M2.4

Network16

//入位指示

LDM3.4

OM3.6

=Q0.4

Network17

//手动工进

LDM1.4

AI1.0

LPS

=M1.5

ANM1.6

=M3.5

LPP

AI1.5

=M1.6

Network18

//自动工进

LDM2.4

LPS

=M2.5

ANM2.6

=M3.7

LPP

AI1.5

=M2.6

Network19

//工进指示

LDM3.5

OM3.7

=Q0.5

Network20

//延时

LDM1.6

OM2.6

ANT38

TONT38,300

Network21

LDI0.5

AT38

OM1.7

=M1.7

Network22

LDNI0.5

AT38

OM2.7

=M2.7

Network23

//手动停转

LDM1.7

=M5.5

=M5.0

Network24

//自动停转

LDM2.7

=M5.6

=M6.0

Network25

//手动退位

LDM5.0

AI1.1

LPS

ANM5.1

=M3.2

LRD

ANM5.1

=Q1.3

LPP

AI2.1

=M5.1

Network26

//自动退位

LDM6.0

LPS

ANM6.1

=M3.3

LRD

AI2.1

=M6.1

LPP

ANM6.1

=Q1.3

Network27

//退位指示

LDM3.2

OM3.3

=Q0.6

Network28

//故障指示

LDI1.4

=Q0.7

4.4部分模拟调试图

M3启动，液压泵指示Q0.1、接触器Q1.7工作

定位完成后正在延时15S

工进完成后，正在延时30S

退位时，退位指示Q0.6亮

动力头M1冷却泵M2过载时，故障指示Q0.7亮

设计总结

通过此次课程设计，使我更加扎实的把握了有关PLC应用方面的知识，在设计过程中专门是自己动手编制程序时，遇到了专门多困难，但通过一次又一次的摸索，一遍又一遍的检查终于找出了缘故所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和体会不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我把握的知识不再是纸上谈兵，而是学以致用。

同时，这次课程设计让我感受到了我对所学习的内容是多么的不熟练，在设计过程中总是需要翻书，还总是会显现问题，同时这些问题也提醒了我那些地点没学好，加深了对这部分知识的印象。

课程设计不仅仅是一门专业课，使我学到专门多专业知识以及提升了专业技能上，同时又是一门提升自我综合能力的课程，给了我莫大的进展空间，不仅培养了独立摸索、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高；更重要的是，在课程设计中，我们学会了专门多学习的方法，而这些都将为日后做预备，会使我们终身都受益匪浅。

面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践，才能在最大程度上挖掘自己。

这关于我们的今后也有专门大的关心。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有味的情况，发觉其中宝贵的情况。

谢辞

本次课程设计过程，第一要感谢我的指导老师王宗才老师，王老师思维严谨、知识渊博，在我做课程设计的每个时期都给予了我尽心的指导，同时细心的找出我设计中的错误，然后引导我走向正确的道路。

其次要感谢本次课程设计过程中我们班同学给予的关心，没有他们的关心，我可不能如此顺利得完成本次课程设计，在此，向他们致以真诚的感谢。

老师和同学们所表达出的治学严谨和科学研究的精神也是我学习的榜样，将积极的阻碍我今后的学习和工作。

参考文献

[1]王宗才.机电传动与操纵.北京：

电子工业出版社，2020

[2]赵景波.零基础学西门子S7-200PLC.北京：

机械工业出版社，2020.

[3]左建民.液压与气压传动.北京：

机械工业出版社，2007.

[4]高钦和.可编程序操纵器应用技术与设计实例.北京：

人民邮电出版社，2004.

[5]李颖卓.机电一体化系统设计.北京：

化学工业出版社，2020.