专用镗孔机床的电气控制系统设计.doc

摘 要2一、设计目的2二、设计要求2三、设计分析2硬件的设计：3软件的设计：4PLC的通信：4四、设计方法及步骤44、1 专用镗孔机床的硬件设计44、1-1 PLC的选择44、1-2 专用镗孔机床PLC控制I/O分配表54、1-3 PLC控制系统硬件接线图54、1-4 PLC控制系统安装注意事项64、2 专用镗孔机床的软件设计64、2-1 常用的编程方法64、2-2 专用镗孔机床PLC控制工作流程图74、2-3 专用镗孔机床PLC控制顺序功能图94、2-4 专用镗孔机床PLC控制梯形图10五、总结11六、参考文献12摘 要 本篇文章介绍了专用镗孔机床PLC控制系统设计方案，并且叙述了PLC的基本原理、PLC的工程设计步骤。整个系统采用了一台PLC控制，整个控制系统设一个控制室。利用PLC控制专用镗孔机床运行，实现了机床急促、启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且能自动控制机床的运行，从而实现了铣床运行的自动化功能。PLC控制的特点使原机床控制大大的简单化,并且维修方便,易于检查。节省大量的继电器元件,使机床的工作效率大大提高。关键词：可编程序控制器， 专用镗孔机床， 电气控制系统一、设计目的课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统的设计过程、设计要求、应完成的工作内容及具体的设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，以此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。二、设计要求1、主轴为单向运转，停车要求制动（采用能耗制动）。2、主轴电动机与静压电动机的联锁要求是：先开静压电动机，静压建立后（由3、油压继电器控制）才能启动主轴电动机，而停机时，要求先停主轴电动机，后停静压电动机。4、主轴加工操作，采用两地控制。加工结束自动停止，手动快退之原位。5、根据加工动作流程要求，设置镗孔加工及铰孔加工选择。6、应有照明及工作状态显示。7、有必要的电气保护和联锁。三、设计分析 专用镗孔机床应用于大批量生产某零件的镗孔于铰孔加工工序。其加工精度及效率的要求均较高，宜采用专业设备。机床主运动采用动力头，由Y100L-6型（1.5kw，4A）三相异步电动机拖动，单向运转，采用能耗制动。该设备能进行镗孔加工，当更换道具和进给速度时，又能进行铰孔加工，既有镗孔与铰孔加工选择。进给系统采用液压泵拖动电机Y801-2型（750W，1.9A），由电磁阀（YV1YV4）控制进给速度，为提高加工精度，主轴采用静压轴承，主轴为单向运转，停车要求制动，主轴加工操作，采用两地控制。加工结束自动停止，手动快退至原位。由Y801-2型电动机拖动高压液压泵产生静压油膜。该镗孔专业机场还要求有照明以及工作状态的显示，以便工人的操作，有必要的电气保护和联锁，主轴电动机与静压电动机的联锁要求是：先开静压电动机，静压建立后(由油压继电器控制)才能启动主轴电动机，而停机时，要求先听主轴电动机，后停静压电动机，防止事故发生。加工动作流程如图：手动操作SQ2工进快进SQ4停原位SQ5启动快退手动操作SQ1工进快进SQ3停原位SQ5启动快退（a） （b）液压控制要求： YV1 YV2 YV3 YV4快进 + - + +工进（镗孔） + - - -工进（铰孔） + + - - 停 - - - - 快退 + - + -硬件的设计：1、PLC的选型2、PLC类型的选择3、I/O点数的确定4、按装形式的选择5、PLC存储容量的确定6、输入接口电路形式的选择7、输出接口电路形式的选择8、PLC供电方式的选择9、PLC拓展模块的选择10、PLC的I/O地址分配表，根据实际所需分配地址11、绘制I/O设备与PLC的连线图12、电气系统的设计软件的设计：1、经验设计法2、继电器-接触器控制线路转换设计法3、逻辑设计方法4、状态转移图设计法本次决定用继电器-接触器控制线路转换设计法PLC的通信：1、计算机链接通信协议采用专用通信协议，由计算机发出读写PLC数据的命令帧，PLC收到后自动生成和返回响应帧，但计算机的程序仍需用户编写。2、计算机链接可以用于一台计算机与一台配有RS-232C通信接口的PLC通信，但需要FX-485PC-1F转换器。四、设计方法及步骤4、1 专用镗孔机床的硬件设计4、1-1 PLC的选择在PLC选型是时主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，备件的通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。（1） PLC输入/输出点确定：I/O点数选择时要留出适当余量；由控制要求可知有8个输入口，则输入的点数可选择8点或16点；控制对象可知有5个，则输出点数可以小于8点，可选择8点。综合以上两点，选择输入输出点数16点。（2） PLC存储容量：系统有模拟量信号存在或进行大量数据处理时容量应选择大一些；专用镗孔机床PLC控制程序设计步骤200步之内存储容量小于20K，选择8K即可。(3) 输出类型：通常由于专用镗孔机床由交流220V三相异步电机拖动，则选择继电器输出型MR（有触点，可带交直流负载）或双向晶闸管输出型MS(无触点，可带交流负载)都可。（4） 存储维持时间：一般存储约保持13年（与使用次数有关）。若要长期或掉电保持应选用EEPROM存储（不需备用电源），也可选外用存储卡盒；PLC的扩展：可通过增加扩展模块、扩展单元与主单元连接的方式。扩展模块有输入单元、输出单元、输入/输出一体单元。扩展部分超出主单元驱动能力时应选用带电源的扩展模块或另外加电源模块给以支持；（5）PLC的联网：PLC的联网方式分为PLC与计算机联网和PLC之间相互联网两种。与计算机联网可通过RS232C接口直接连接、RS422+RS232C/422转换适配器连接、调制解调通讯连接等方式；一台计算机与多台PLC联网，可通过采用通讯处理器、网络适配器等方式进行连接，连接介质为双绞线或光缆；PLC之间互联时可通过专用通讯电缆直接连接、通讯板卡或模块+数据线连接等方式。综上（1）、（2）、（3）、（4）、(5) 所述原因，选择FX2N-16MR-001。4、1-2 专用镗孔机床PLC控制I/O分配表专用镗孔机床PLC控制I/O分配表如表4-1所示：I口接线端O口接线端X000启动按钮SB1Y001电磁阀YV1(KM1)X001行程开关SQ1Y002电磁阀YV2(KM2)X002行程开关SQ2Y003电磁阀YV3(KM3)X003行程开关SQ3Y004电磁阀YV4(KM4)X004行程开关SQ4Y005停止显示灯HLX005手动操作按钮SB2X006行程开关SQ5X007镗孔选择开关SA4、1-3 PLC控制系统硬件接线图专用镗孔机床PLC控制系统硬件接线图如图4-2所示： 图4-2 专用镗孔机床PLC控制系统硬件接线图4、1-4 PLC控制系统安装注意事项专用镗床PLC系统安装时应注意以下几个问题 ：（1）为防止来自电源线的干扰，电源线使用双绞线，每根导线截面应在1.25 mm2以上，电源通过1:1的隔离变压器供给PLC，降低电噪声。另外为了防止电压过高损坏PLC,电源输人端加上压敏电阻。（2）PLC输人线路与动力线路不能位于同一线槽或电线管内，三相动力线路束在一起走线，并且使两部分尽可能相互垂直走线，输人线也可采用屏蔽线，以防动力线路干扰输入线路。 （3）为防止过热,PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，在元器件留有适当空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降热。4、2 专用镗孔机床的软件设计 4、2-1 常用的编程方法对同一功能,PLC控制的编程方法可以有多种,但好的方法可以带来最大的方便。主要介绍了 PLC顺序控制的四种不同编程方法,分别应用于不同的场合。随着工业生产规模的逐步扩大,传统的继电接触器控制系统愈来愈难以适应工业发展的需求。可编程控制器 PLC是以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种通用型的工业控制装置。外部接线简单方便,它的控制主要是程序的设计,编制梯形图是最常用的编程方式,使用中一般有经验设计法,逻辑设计法,继电器控制电路移植法和顺序控制设计法,其中顺序控制设计法也叫功能表图设计法,功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形,它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。有了功能表图后,可以用四种方式编制梯形图,它们分别是:起保停编程方式、步进梯形指令编程方式、移位寄存器编程方式和置位复位编程方式。本文以三菱公司 F1系列PLC为例,说明实现顺序控制的三种编程方式。（1）使用起保停电路的编程方式起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令,无需编程元件做中间环节,各种型号 PLC的指令系统都有相关指令,加上该电路利用自保持,从而具有记忆功能,且与传统继电器控制电路基本相类似,因此得到了广泛的应用 。这种编程方法通用性强,编程容易掌握,一般在原继电器控制系统的 PLC改造过程中应用较多（2）使用步进梯形指令的编程方式步进梯形指令是专门为顺序控制设计提供的指令,它的步只能用状态寄存器 S来表示,状态寄存器有断电保持功能,在编制顺序控制程序时应与步进指令一起使用,而且状态寄存器必须用置位指令 SET置位,这样才具有控制功能,状态寄存器 S才能提供 STL触点,否则状态寄存器 S与一般的中间继电器M相同。在步进梯形图中不同的步进段允许有双重输出,即允许有重号的负载输出,在步进触点结束时要用 RET指令使后面的程序返回原母线 。这种编程方法很容易被初学者接受和掌握,对于有经验的工程师,也会提高设计效率,程序的调试、修改和阅读也很容易,使用方便,程序也较短,在顺序控制设计中应优先考虑,该法在工业自动化控制中应用较多。（3）使用置位复位指令的编程方式在以置位复位指令的编程方式中,用某一转换所有前级步对应的辅助继电器的常开触点与转换对应的触点或电路串联,作为使所有后续步对应的辅助继电器置位和使所有前级步对应的辅助继电器复位的条件。对简单顺序控制系统也可直接对输出继电器置位或复位。该方法顺序转换关系明确,编程易理解,一般多用于自动控制系统中手动控制程序的编程。4、2-2 专用镗孔机床PLC控制工作流程图专用镗孔机床PLC控制工作流程图如图4-3所示： 图4-3 专用镗孔机床PLC控制工作流程图4、2-3 专用镗孔机床PLC控制顺序功能图 专用镗孔机床PLC控制顺序功能图如图4-4所示：图4-4 专用镗孔机床PLC控制顺序功能图4、2-4 专用镗孔机床PLC控制梯形图专用镗孔机床PLC控制梯形图如图4-5所示： 图4-5 专用镗孔机床PLC控制梯形图五、总结通过近一周的努力，我终于成功地完成了这次课设，本次我设计的是专用镗孔机床PLC控制系统，开始我接到这个课题还真不知道该如何下手，因为它涉及到机械类的镗孔机床，我对大型的机床根本没有看到过，更不要说有多了解了，于是我就到图书馆去搜集专用镗孔机床方面的书籍，经过仔细阅读后，我大概了解了专用镗孔机床的构造及其工作原理。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到了许多问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做PLC课设，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。而这次课设也正好锻炼我这一点，这是非常宝贵的经验。 六、参考文献1郁汉琪，电气控制与可编程序控制器应用技术，2009年2鲁远栋，PLC机电控制系统应用设计技术，2006年3王兆义，可编程控制器教程，2001年4齐占庆，电气控制技术，2002年5金续曾，电机电气控制线路图册，2002年6郑德明，可编程序控制器应用技术，2004年7张凤珊，电气控制及可编程序控制器，2003年