全自动双面钻可编程序控制系统设计.docx

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1、全自动双面钻可编程序控制系统设计电自082 （10083064）吴栩立摘要： 本文研究了双面钻机床电气控制的全部过程，将利用电气元件来实现对双面钻工作路径的自动与手动控制，选用了继电-接触系统来完成这一控制目的，它的优点是线路直观，大部分电器均为常用电器，更换方便，价格较便宜，通过反复的实验与论证结果证实所用电气元件能准确对双面钻机床进行有效控制，对机床控制的改进有一定的参考价值。关键词：双面钻电气控制 自动控制液压泵电动机1 研究背景随着世界经济的飞速发展，控制技术在其中起了无可替代的作用，它的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，它是一种集机、电、液、光、计算机

2、、自动控制技术为一体的知识密集型技术，它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础，同时也是提高产品质量，提高生产率必不可少的物质手段。世界制造业由于数控技术的广泛应用，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控设备所替代。数控技术在机械制造业的广泛应用，已成为国民经济发展的强大动力。在发达国家中，数控机床已经普遍大量使用，而我国数控技术的应用及推广同发达国家相比差距很大，因此，加快数控技术人员的培养步伐，培养符合现代化制造要求的各层次的数控人才已成为当务之急。2 PLC介绍可编程逻辑控制器PLC = Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电

3、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。是工业控制的核心部分 PLC = Programmable Logic Controller，可编程控制器 另外PLC还有以下几个名称： PLC = Power Line Communication，电力线通信，即我们俗称的“电力线上网”。 PLC = Public Limited Company，公共有限公司，股票上市公司。 PLC = Power-line Carrier，输电线载波，电力线

4、载波，电源线车。 PLC = Power Loading Control，动力负载控制。 PLC = Preparative Layer Chromatography，制备层色谱法。 PLC = Programming Language Committee，程序设计语言委员会美。2.1 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经

5、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(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。2.2 PLC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：电源：PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+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

6、网上去。 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；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。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。 为了进一步提高PLC的可靠性，

7、近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 输入输出接口电路： 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。 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。功能模块：如计数、定位等功能模块。通信模块：如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。2.3 PLC的工作原理2.3.1 扫描

8、技术 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， PLC总是按由

9、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，

10、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。2.4 PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内

11、部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下： 步骤一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之

12、运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。2.5 PLC目前的主要品牌美国AB，ABB，松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷等。3 设计要求3.1前言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。机床的两个液压动力滑台对面布

13、置，左、右刀具电动机分别固定在两边的滑台上，中间底座上装有工件定位夹紧装置。3.2设计内容介绍3.2.1设备概况介绍全自动双面钻是对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床。这种机床的自动程度较高，能自动上、下料，自动进退刀，并且有可靠的危险区保护装置。其结构示意图如图8-16所示。3.2.1设计要求料斗中有料时，按下开工按钮后，能自动工作下去，实现自动循环。当只要求加工一只零件时，要求加工完毕能自动退回原位，并自动停车。动力头主轴、滑台能点动操作，以便调整钻孔深度。主轴只要求单向运转，离开原位能自动起动，回到原位则自动停止。单机操作能进行一面加工，并且能实现自动循环。具有紧急停止和危险区保护

14、环节。具有必要的显示、保护、联锁环节。3.2.3设计任务根据控制要求设计程序及必要的硬件系统。PLC选型及IO口分配、电器元件选择。绘制梯形图。设计并绘制以下工艺图纸中的一种：元器件配置图、底板加工图；控制面板布置及接线图、面板加工图；电气箱图，总接线图。编写设计、使用说明书、设计小结及参考资料目录。4 设计过程4.1总体方案选择说明 4.1.1元件的选择电动机的选择：选2台YR132M2-4，电机参数为额定功率5.5KW，满载时转速1440(r/min)。电流12.6A，效率86%，功率因数0.77，最大转矩3.0 n*m，转子电压272V、 电流13A，质量95Kg。电源开关的选择：选用H

15、Z10-25/3型，额定电流为25A，三极组合开关。热继电器的选择：选用FR1、FR2，选两个JR20107，参数为电流范围7.829A接触器的选择：KM1选2个CJ2025，参数为额定工作电压380V，额定制动功率为11KW ，不间断制下的额定工作电流32A。KM2、KM3、KM4选3个CJ179，参数为额定工作电压380V，主触头额定电流9A，辅助触头额定电流4A，吸引线圈电压为110V，控制功率在4KW内。继电器的选择：选用JZ11系列中间继电器5个，吸引线圈额定电压交流110V 触点额定电流5A，触点数量为常开6个，常闭2个，操作频率2000次/h。机械寿命1000万次，电寿命100万

16、次，时间继电器KT选用72JS型线圈电压为380V。行程开关的选择熔断器的选择：FU1保护油泵电动机，选RL1-15A/4A型熔断器。FU2保护冷却泵电动机，选RL1-15A/2A型熔断器。FU3、FU4保护动力头电动机，选RL1-60A/20A型熔断器。FU5、FU6为照明、信号灯电路的保护，选RL1-15A/2A型熔断器。7FU为系统控制电路的保护，选RL1-15A/2A型熔断器. 按钮的选择照明灯及灯开关的选择指示灯的选择控制变压器的选择4.1.2控制方式选择 控制系统的可编程控制器设计方案包括可编程控制器的选型，设计控制系统的PLC外部接线图，编写控制系统的梯形图和指令表。4.1.3设

17、计电气原理图 此原理图用于控制钻头加工工件时的钻动以及退刀时反转退出，按动SB1继电器K吸合自锁，接触器KM1吸合，电机顺转。同时时间继电器KT1开始延时，一定时间后切断KM1控制电源，电机失电停止。同时接通KT2开始延时一定时间后接通KM2吸合，电机逆转。同时接通KT3开始延时，一定时间后切断KM2控制电源，电机失电停止。同时接通KT4开始延时，一定时间后触点动作将KT1复位端清零复位，KT1重新开始延时，新一轮的运行开始。这样不断循环，只有按动SB才能全部停机。此原理图是用于加工单一工件时，利用SQ1，SQ2，SQ3，SQ4来控制左右发动机的起动停止。实现加工一只零件时，要求加工完毕能自动

18、退回原位，并自动停车。4.2具体工作流程4.2.1具体工作流程（压紧装置和送料装置未画出）如图所示，共有六个行机床工作过程：首先启动液压泵，按启动按钮后夹紧工件左右动力头同时快进并启动主轴至 SQ5、SQ2 动作工进至 SQ3，SQ4 动 作，死 挡 铁 停 留 分 别 快 退 SQ1，SQ6 为 ON，松开工件，停主轴。如 此 实 现 自 动 循 环。按下停止按钮后，加工停止。各种工序变换均由挡铁控制电磁阀的动作顺序来实现。当切换至单边操作模式后，可以选择左侧单独加工或者右侧单独加工（单侧行程同上）。并且实现自动循环。上料、夹紧动作在工作过程中自动进行，又PLC程序控制电磁阀输出，通过液压控

19、制线路完成一系列动作。根据完成以上要求的动作，进行电气系统及PLC是设计。先选择输入输出的元件及其数量，选定PLC、按钮、开关、传感器等。选择三菱系列FX2N-80MR可编程控制器（输入点数40，输出点数40），外界电压额定值为AC220V。 4.2.2具体I/O表输入 功能 输出 功能 X0 自动加工启动 Y1 左快进 X1 SQ8已上料 Y2 左工进 X2 SQ7已夹紧 Y3 左快退 X3 SQ5左侧快进结束 Y4 右快进 X4 SQ2左侧工进结束 Y5 右工进 X5 SQ1左侧快退结束 Y6 右快退 X6 SQ6右侧快进结束 Y7 夹紧 X7 SQ3右侧工进结束 Y10 上料 X10 S

20、Q4右侧快退结束 Y11 左电机 X11 右加工开关 Y12 右电机 X12 左加工开关 Y13 自动工作指示灯 X13 SQ11料斗有料 Y14 上料工作只是灯 X14 单周期 Y15 夹紧指示灯 X15 连续 Y16 左快进指示灯 X16 回原点 Y17 左工进指示灯 X17 手动 Y20 左快退指示灯 X20 停止 Y21 右快进指示灯 X21 机床进入工作 Y22 右工进指示灯 X22 SQ9已松开 Y23 右快退指示灯 X23 SQ10已下料 Y24 机床工作状态指示灯 X24 手动夹紧 Y25 手动工作指示灯 X25 手动松开 Y26 回原点指示灯 X26 左快进 Y27 油泵电机

21、 X27 左工进 X30 左快退 X31 右快进 X32 右工进 X33 右快退 X34 左电机开 X35 左电机关 X36 右电机开 X37 右电机关 X40 上料 X41 下料 X42 复位 4.2.3编程调试如图所示，顺序功能图的设计方案为左右两侧分别控制，最终汇集到一个点，需要用的并行序列方法。根据此段程序，得到梯形图以及指令表。4.2.4 PLC硬件接线图5 设计小结此次课程设计对我而言是一次挑战，因为很多知识都已模糊了，只能在重新温习了下电学后，查询了一些资料的情况下才开始进行设计。在课程设计的过程中遇到了许多困难，但是经过与同学们相互探讨后终于一一解决。当然这里面还是存在很多的问题，有些问题我自己还在思考中，希望找到更好的解决方法。这次课程设计不仅让我复习了以前所学的知识，还让我知道了与同学相互探讨的重要性。6 参考书目1 电工学 秦曾煌主编 高等教育出版社2工厂电气控制技术 方承远 张振国编著 机械工业出版社3FX系列PLC编程及应用 廖常初主编 机械工业出版社4机电传动控制 邓星钟主编 华中科技大学出版社