课程设计论文千斤顶液压缸加工机床电气控制系统设计.docx

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课程设计论文千斤顶液压缸加工机床电气控制系统设计

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控制系统设计

学生姓名：

学号：

20094805

专业班级：

机制F09

指导教师：

2012年12月13日

内容摘要

在本设计中采用装在动力滑台上左，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。

液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法

实现位置控制。

主要介绍了通过PLC控制系统，设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制，

并设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制梯形图，千斤顶液压缸加工机床控制硬件配置

连线图，基于PLC的机床电气控制系统的控制图。

关键字：

液压缸；PLC控制系统；梯形图；主电路图；硬件配置连线图

1.1PLC的基本概念1

1.2PLC的基本结构1

1.3PLC的工作原理2

第2章设计思路4

2.1设计要求4

2.2控制要求4

2.3硬件系统设计6

第3章电路设计9

3.1主电路图9

3.2硬件配置接线图10

第4章程序设计10

4.1程序梯形图11

4.2程序指令表19

结论26

设计总结27

谢辞28

..29

参考文献

第1章引言

本课程设计的内容是千斤顶液压缸加工机床电气控制系统的设计。

其要求如下：

1.控制要求：

（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，才能进行其他的控制。

（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保护，还有显示与安全照明。

2.控制过程及原理：

千斤顶液压缸两端面的加工，采用装在动力滑台的左、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。

至原来左、右滑台分别停止，并将工件放松取下，工作循环结束。

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的基本概念

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,PLC）它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC

1.2PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

a、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

一般交流电压波动+10%（+15%范围内、，可以不采取其它措施而将PLC直接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的控制中枢。

它按照PLC系

统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；当PLC投入运行时，首

先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

用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释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、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

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与现场控制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、选通电路和中断请求电路集成，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控制信号。

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，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

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阶段。

输入采样阶段在输入采样阶段，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。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，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不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，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控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；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特殊功能指令。

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不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储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

如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。

即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

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，采用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。

液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。

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控制，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控制要求

控制要求如下：

（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，才能进行其他的控制。

（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。

要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。

控制信号说明如相关参数：

1动力头电动机

2冷却泵电动机

3液压泵电动机

表2-2所示。

M1:

M2

M3

4电磁阀YV1〜YV5

5指示灯HL1〜HL8

Y100L-6,1.5kW，AC380V4.0A。

JCB-22，0.15kW,AC380V0.43A。

Y801-4，0.55kW,AC380V1.6A。

100mAAC220V

10mADC24V

表2-2控制信号说明

输入

输出

文字

符号

说明

文字

符号

说明

SA1-1

机床半自动循环控制转换开关

KM1

动力头M1、冷却泵M2接触器

SA2-1

手动定位控制转换开关

KM2

液压泵M3接触器

SA3-1

手动入位控制转换开关

YV1

1#电磁阀

SA3-2

手动工进控制转换开关

YV2

2#电磁阀

SA3-3

手动退位控制转换开关

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

2.3硬件系统设计

231I/O点数确定及PLC机型选择

由上述控制要求可知系统可采用自动工作方式，也可以采用手动工作方式.

输入有16点，输出有15点，并考虑余量要求，因此系统采用24输入，16输出的

PLC.所以系统属于小型控制系统，其中选型范围较宽，现选用西门子公司的S7-200,

CPU22饉PLC

2.3.2I/O分配表

千斤顶液压缸加工机床电气控制系统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

机床半自动循环控制转换开关

I0.5

SA2-1

手动定位控制转换开关

I0.6

SA3-1

手动入位控制转换开关

I0.7

SA3-2

手动工进控制转换开关

I1.0

SA3-3

手动退位控制转换开关

I1.1

FR1

动力头M1冷却泵M2过载信号

I1.4

SQ

动力头工进终点位置检测信号

I1.5

SQ1

定位终点位置检测信号

I1.6

SQ2

入位终点位置检测信号

I1.7

SQ3

液压夹紧检测信号

I2.0

SQ4

退位终点检测信号

I2.1

千斤顶液压缸加工机床电气控制系统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

Q1.0

YV2

2#电磁阀

Q1.1

YV3

3#电磁阀

Q1.2

YV4

4#电磁阀

Q1.3

YV5

5#电磁阀

Q1.4

KM1

动力头M1、冷却泵M1接触器

Q1.5

KM2

液压泵M3接触器

Q1.6

2.4程序流程图

当夹具松开之后，若再来一个零件则重新定位，开始循环。

若需要手动调节，则在每步动作时按下相应的转换开关，执行相应的工序。

开始

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，才能进行其他的控制。

主电路图如下所示。

图3-1主电路图

3.2硬件配置接线图

根据信号输入输出的类型及控制的主电路，绘制I/O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程序梯形图

将零件装入夹具中，按下液压泵M3的启动按钮SB3（IO.3）启动电机M3接触器KM2（Q1.6）得电自锁，KM2闭合，当压力达到一定值之后，KP（IO.O）闭合，

当半自动转换开关闭合（I0.5），定位转换开关SA2-1（IO.6）闭合，从而使电磁阀YV1（Q1.0）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（Q1.1）开始得电，加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KM1启动，接触器KM1得电，指示灯HL1亮，同时入位转换开关SA3-2（IO.7）闭合，电磁阀YV4,YV5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（QO.4）亮.

入位之后，当工进转换开关SA3-3（I1.0）得电时，电磁阀YV4（Q1.3）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，此时检测开关SQ1（I1.5）得电闭合使YV4复位断电，延时30S后复位KM1断.

退位转换开关SA3-3闭合，退位电磁阀YV3（Q1.2）得电动作，同时退位指示灯HL7亮，动力头开始退回原位。

左右动力头退回原位后，滑台复位，退位终点检测信号开关SQ2（I2.1）动作，复位接

触器丫3,使夹具松开，取出零件。

网络3

动力头ml和m2启动

M0.1

网络4

［动力头血和m拒行

M5.6

M5.5

Q00

|网络6

Il手號位

M1.0I0.6

I111

M1.1M3.0

yI（\

1111

/Ik）

11.6M1.1

I（\

T

II）

M1.2Q1.0

/Ik）

|网络7

卩自动走位

I

M2.0

M2.1

M3.1

II

I}I

I/I

11.6

\）

M2.1

—II—

—<）

M2.2

Q1.0

I

M，i—

—（）

网络9

延时1來

M1.1T37

—I一

IN

TON

150-

PT

100m$

T37

网络

［手动延时

手动夹紧

M1.2M5.1

—II—[―I，IC

U,2oi_（

网络13

I自动夹紧

M2.2M6.1Q1.1

I2.0M2.3

网络14

M1.3

M1.4

M3.4

（）

M1.6

Q1.3

（）

M1.5M1.6

Q1.4

11.7M1.4

IC）

网络15

自动入位

M3.6

（）

Q1.3

（）

M2.4

）

M2.6

Q1.4

冋络17

Il手动d进

M1.4

11.0

M1.5

—II—1

）

M1.6

M3.5

—I）I—

—（）

11.5

M1.6

L—II—

—（）

网络18

丨自动工进

M2.4

M2.5

—1r

p（）

M2.6

M3.7

—1,1—

—（）

11.5

M2.6

—（）

网络19

1tl进指示

M3.5Q0.5

—I一

延时30s

11/1

IMTAM

300-

IIN1UN

PT10Cms

T38

T38

网络21手动延时

T38M1.7

网络23

I手酬转

M1.7

M5.5

）

M5.0

网络24

I自动傳转I

M2.7M5.6

II—pC）

|（M60

网络25

帝卜陣指示

11.4

网络26

I退位指示

4.2程序指令表

TITLE=

Network1//网络标题

//m3启动

LD

I0.3

O

M0.0

AN

I0.4

AN

I1.3

AN

I1.4

=

M0.0

Network2

//M3运行

LDM0.0

=Q0.1

=Q1.6

Network3

//动力头ml和m2启动

LD

I0.1

O

M0.1

AN

I0.2

AN

I1.2

AN

I1.4

=

M0.1

Network4

//动力头ml和m2运行

LDNM5.6

ANM5.5

AM0.1

=QO.O

=Q1.5

Network5

//半自动手动转换

LDM0.0

AI0.0

LPS

AI0.5

=M1.0

LPP

ANI0.5

=M2.0

=Q0.2

Network6

//手动定位

LDM1.0

A10.6

LPS

ANM1.1

=M3.0

LRD

AI1.6

=M1.1

LPP

ANM1.2

=Q1.0

Network7

//自动定位

LDM2.0

LPS

ANM2.1

=M3.1

LRD

AI1.6

=M2.1

LPP

ANM2.2

=Q1.0

Network8

//定位指示

LDM3.0

OM3.1

=Q0.3

Network9

//延时15s

LDM1.1

OM2.1

ANT37

TONT37,150

Network10

//手动延时

LDT37

OM1.2

=M1.2

Network11

//自动延时循环

LDT37

O

M2.2

M2.2

Network12

//手动夹紧

LD

M1.2

LPS

AN

M5.1

=

Q1.1

LPP

A

12.0

=

M1.3

Network13

//自动夹紧

LD

M2.2

LPS

AN

M6.1

=

Q1.1

LPP

A

I2.0

=

M2.3

Network14

//手动入位

LD

M1.3

A

I0.7

LPS

AN

M1.4

=

M3.4

LRD

AN

M1.6

=

Q1.3

LRD

AN

M1.5

AN

M1.6

=

Q1.4

LPP

A

11.7

=

M1.4

Network15

//自动入位

LDM2.3

LPS

ANM2.4

=M3.6

LRD

AN

M2.6

Q1.3

LRD

AN

M2.5

AN

M2.6

=

Q1.4

LPP

A

11.7

=

M2.4

Network16

//入位指示灯

LD

M3.4

O

M3.6

=

Q0.4

Network17

//手动工进

LD

M1.4

A

11.0

LPS

M1.5

AN

M1.6

=

M3.5

LPP

A

11.5

=

M1.6

Network18

//自动工进

LD

M2.4

LPS

M2.5

AN

M2.6

=

M3.7

LPP

A

I1.5

=

M2.6

Network19

//工进指示

LD

M3.5

O

M3.7

=

Q0.5

Network20

//延时

30s

LD

M1.6

O

M2.6

ANT38

TONT38,300

Network21

//手动延时

LDT38

OM1.7

=M1.7

Network22

//自动延时

LDT38

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

//故障指示

LD11.2

OI1.3

O11.4

=Q0.7

Network26

//退位指示

LDM3.2

OM3.3

=Q0.6

Network27

//自动退位

LDM6.0

LPS

ANM6.1

=M3.3

LRD

ANM6.1

=Q1.2

LPP

AI2.1

=M6.1

Network28

//手动退位

LD

M5.0

A

11.1

LPS

AN

M5.1

=

M3.2

LRD

AN

M5.1

=

Q1.2

LPP

A

12.1

=

M5.1

4.3程序运行图

■|C|Pte

CXFtPI1

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1

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结论

本次课程设计是实现液压缸加工机床的电气控制，通过电动机带动动力头进行切削

加工，由液压缸驱动快进，工进及快退。

通过此次设计，了解到了液压缸的原理和工作过程，同时掌握了PLC的设计和编程方法。

这不仅使对知识的掌握更加熟练，同时也学会了一种分析问题，解决问题的方法。

同时在此次设计中还发现一些不足之处：

如对已经学过的知识掌握不牢固，不能很好的把知识运用到实际中去。

设计总结

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关PLC应用方面的知识，在设计过程中尤其是自己动手编制程序时，遇到了很多困难，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我掌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，还总是会出现问题，同时这些问题也提醒了我那些地方没学好，加深了对这部分知识