六工位组合机床PLC电气控制系统设计毕业设计论文.doc
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1、目 录第一部分 设计任务与调研2第二部分 设计说明6第三部分 设计成果12第四部分 结束语19第五部分 致谢20第六部分 参考文献21第一部分 设计任务与调研1、毕业设计的主要任务 设计一台能完成设计一台能完成装卸、打中心孔、钻孔、倒角、扩孔以及铰孔加工六工位组合机床的PLC电气控制系统。的PLC电气控制系统。六工位组合机床完成装卸、打中心孔、钻孔、倒角、扩孔以及铰孔加工。具体加工过程为:回转工作台上升在工位拆卸和装夹零件回转工作台回转到工位下降工位对零件进行打中心孔回转工作台上升回转到工位下降工位钻孔加工回转工作台上升回转到工位下降工位倒角加工回转工作台上升回转到工位下降工位扩孔加工回转工作
2、台上升回转到工位下降工位铰孔加工,如此循环实现对不同零件、不同工位的同步加工。 六工位组合机床完成装卸、打中心孔、钻孔、倒角、扩孔以及铰孔加工。因为各控制对象所处地理位置比较集中,各个工位之间相隔60,且相互之间的动存在一定的顺序关系,所以采用集中式控制系统,用一台PLC控制多台设备。各电动机和工作台的运动在工艺上都应具备必要的配合和联锁。2、设计的思路、方法与步骤 2.1 思路依托电工实训中心和自动化设备维修实训中心的铣床、钻床、镗床、PLC等实训设备,充分运用所学专业知识和实践技能,详细制定设计方案和阶段进度计划,通过程序设计、模拟调试、修订完善,设计出能实现六工位加工系统功能的组合机床P
3、LC电气控制系统。2.2方法:文献检索、图书馆借阅、手册查询、设备选型、PLC编程、PLC实训室程序调试。2.3步骤:分析工艺与控制流程、分析控制要求与方式、分析系统设计的原则和方法、确定PLC输入输出设备和I/O点数及选择PLC机型、硬件系统设计 、软件程序设计、绘制控制系统接线图、电器元件的选择、程序调试。3、本课题相关资料 3.1组合机床概述 组合机床是机械制造业中的主要加工工具, 因为绝大多数机械零件都是由机床加工而成的。组合机床水平的高低, 对提高生产率, 提高产品质量, 减轻工人的体力劳动等方面起着重要的作用。传统的控制方式是利用继电器接触器设计的控制系统, 由于组合机床要实现多种
4、操作方式, 传统的控制系统已不能满足目前技术发展的需要。本文提出采用PLC控制技术, 它能对零件进行铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位、钻深孔等工序的加工设备。它具有全自动、半自动、手动三种工作方式。整个过程具有预开、启动、预停、紧急停止、紧急后退和记数等功能, 具有各动力头在线/离线选择、超节拍保护、短路保护、过载保护、失压保护、液压过大保护、夹紧力不足保护等功能, 具有故障报警和故障显示功能, 具有工作方式显示、工作状态显示等功能。对六工位组合机床运行状态进行监控, 能够实时看到机床现场的运行状况, 不仅节省了人力, 更重要的是改善了工人的工作环境, 提高了工作效率和经济效益。PL
5、C控制的专用组合机床和从前的杠杆加工设备相比, 大大提高了生产效率, 缩短了加工时间, 提高了加工质量和精度, 提高了设备的可靠性, 减轻了劳动强度, 降低了生产成本。 常见的组合机床,标准通用部件有动力滑台各种加工动力头以及回转工作台等,可用电动机驱动,也可用液压驱动。各标准通用动力部件组合构成一台组合机床时,该机床的控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合构成。多动力部件构成的组合机床,其控制通常有三方面的工作要求:第一方面是动力部件的点动和复位控制。第二方面是动力部件的半自动循环控制。第三方面是整批全自动工作循环控制。本机床对零件进行铣端面、打中心孔、攻丝等工序的加工, 采
6、用上料 下料机械手传送工件, 按照工位要求进行加工, 并安排下料机械手取走加工完的工件。整个的工作过程是这样的: 在自动线起动前,先起动液压泵电机和冷却泵电机,再接通PLC电源,PLC开始运行,其初始化辅助继电器发出初始化脉冲,使PLC用户程序进入初始步。在上述6个初始条件全部具备后,按下自动线起动按钮,控制系统即发出输送带向前主令,于是输送带向前,将工件送人各加工工位。当工件被送人加工工位后,控制系统发出定位主令,各工位定位机构对工件定位后,控制系统发出夹紧主令。夹紧机构对工件夹紧后,控制系统发出输送带向后,各动力头快进。检查机构向前,转位机构抬起主令。此后,各动力头、检查机构、转位机构按各
7、自的程序运行。当各动力头加工完成,检查头检查完成,转位机构转位完成,并都返回各自的原位而进入等待步后,控制系统发出拔销、松开主令。各工位的定位、夹紧机构拔销松开后,自动线的一个工作循环即告结束。图1-1 六工位组合机床图 3.2 PLC概述 可编程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统,它采用一种可编程程序的存储器,在其内部存储执行逻辑算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字式、模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备和生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是它应该易与工业控制联
8、成一个整体且具有扩充功能。PLC产品能直接在工业环境中应用,对环境的适应能力强。PLC体积小、功能强、速度快,可靠性高,又具有较大的灵活性和扩展性。PLC还有一个重要特性是它具有在线修改功能。它借助于软件来实现重复的控制,软件本身具有修改性,所以PLC具有灵活性。从而使PLC具有广泛的工业通用性,同时简化了硬件电路,也提高了PLC系统的可靠性。据不完全统计,FX系列PLC平均故障间隔大于2000050000h,而平均修复时间则小于10min;PLC机能处理工业现场的强电信号,如交流220V、直流24V,并可直接驱动功率部件,可长期工作在严酷的工业环境能够中。编程采用传统的继电器符号语言,便于工
9、程技术人员掌握,PLC是在按钮开关,限位开关和其它传感器等发出的监控输入信号作用下进行工作。根据信号,控制器就会作出反映,通过用户编程的内部逻辑便产生输出信号,而且这些输出信号可直接控制外部的控制系统负载,如电机,接触器,指示灯,电磁阀等。PLC的控制系统省去了传统的继电器控制接线和拆线的麻烦。用PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“间接网络”,这样生产线的自动化过程就能随意去改变,这种性能使PLC具有较高的经济效益。 3.3 PLC硬件结构包括:1、电源2、中央处理单元;3、存储器4、输入输出接口电路;5、功能模块6、通信模块。 3.4 PLC工作原理:当可编程逻辑控制器投入运行后,其工作
10、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,可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。4、调研的目的和总结 4.1目的:设计一台能完成装卸、打中心孔、钻孔、倒角、扩孔以及铰孔加工六工位组合机床的PLC电气控制系统;实现六工位组合机床的PLC电气控制系统设计,程序模拟调试获得成功。 4.2 总结:三菱FXON系列 PLC在六工位组合机床控制系统中的运用,分析了控制的内容以及控制要求,设计了控制电路,采用梯形图编程方式,用顺序控制的设计思路开发了控制程序,介 绍了实现PLC控制的过程,实现了机床的自动循环
11、加工。并对整个系统进行了运行和调试,结果表明将PLC控制技术应用于六工位组合机床的控制系统中, 它借助于软件来实现重复的控制,软件本身具有修改性,所以PLC具有灵活性。从而使PLC具有广泛的工业通用性,同时简化了硬件电路,也提高了PLC系统的可靠性,大大 提高了其自动化程度和工作效率,同时减少了大量继电器的硬件接线,提高了系统的可靠性。第二部分 设计说明1、 理论分析 合理选择PLC的型号,对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。选择机型的基本原则是在功能满足要求的前提下,保证可靠,维护使用方便以及最佳功能价格比。1.1 PLC主要有整体式和模块式整体式PLC:整体式PLC的每一个点
12、的平均价格比模块式的便宜,且体积相对小,一般用于系统工艺过程较为固定,环境条件较好,维修量较小的小型控制系统中。模块式PLC:模块式PLC功能扩展灵活方便。在点数上,输入点数,输出点数的比例,模块的种类方面选择余地大,且维修方便,一般用于较复杂的控制系统。对于组合机床,选用整体式PLC较好。1.2 I/O点选取原则PLC平均的I/O点价格比较高,因此应该合理选用PLC的I/O点数量,在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少,但必须留有一定余量。通常I/O点数是根据被控制对象的输入输出信号的实际需要,再加上10%-20%的余量来确定。由PLC组成的四工位组合机床控制系统有输入信号42个,均为
13、开关量。其中检测元件17个,按钮开关24个,选择开关1个。电控制系统有输出信号27个,其中电磁阀16个,六台电动机的接触器和5个指示灯。根据I/O点数的选取原则考虑10%-20%的I/O点数余量输入点数可选取46-50个输出点数可选取29-33个。1.3 确定PLC机型及扩展模块根据(1)(2)及实际PLC机型点数,选用FX2N-64MR主机和一个16点的输入扩展模块(FX-16EX)这样共有输入点(32+16)。输出点就是主机的32。足够可以满足42个输入,27个输出的要求,而且留有一定余量。2、设计方案2.1方案论证组合机床的电气控制,理论上讲,可以采用继电器接触器电气控制系统,单片机控制
14、系统和PLC控制系统来实现。但是在实际工程中往往选择一种经济、有效、性能优越的控制方案,考虑到上述几点,PLC较适合组合机床的电气控制。PLC与单片机、继电器-接触器控制系统相比。继电器-接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来,一直是机电控制的主流。由于它的结构简单、使用方便、价格低廉,所以使用广泛。它的缺点是动作速度慢,可靠性差,采用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现,使得继电接触式控制系统更加逊色。PLC等取代继电接触式控制逻辑。具体如下:(1)控制逻辑继电接触式控制系统采用硬接线逻辑,它利用继电器等的触点串联、并联、串并联,利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑,连线复杂、体积大、功耗
15、也大。当一个电气控制系统研制完后,要想再做修改都要随着现场接线的改动而改动。特别是想要能够增加一些逻辑时就更加困难了,这都是硬接线的缘故。所以,继电接触式控制系统的灵活性和扩展性较差。可编程控制器采用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与现场连线以外,而控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的内存当中。若控制逻辑复杂时,则程序会长一些,输入输出的连线并不多。若需要对控制逻辑进行修改时,只要修改程序就行了,而输入输出的连接线改动不多,并且也容易改动,因此,PLC的灵活性和扩展性强。而且PLC是由中大规模集成电路组装成的,因此,功耗小,体积小。(2)控制速度继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来
16、实现的,工作频率低。触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多,反映的速度越慢,还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的,速度相当快。通常,一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于PLC内部有严格的同步,不会出现抖动问题,更不会出现触点拉弧问题。(3)定时控制和计数控制继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不高,定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响。有些特殊的时间继电器结构复杂,维护不方便。而可编程程序控制器使用半导体集成电路作为定时器,时基脉冲由晶体震荡器产生,精度相当
17、高并且定时时间长,定时范围广。 (4)可靠性和维护性继电接触式控制系统使用了大量的机械触点,连线也多。触点在开闭时会受到电弧的损坏,寿命短。因而可靠性和维护性差。PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,可靠性高。PLC还配备了自检和监控功能,能自诊断出自身的故障,并随时显示给操作人员,还能动态的监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便。总之,PLC在性能上均优越于继电接触式控制系统,特别是控制速度快,可靠性高,设计施工周期短,调试方便,控制逻辑修改方便。2.2 PLC与单片机比较单片机具有结构简单,使用方便,价格比较便宜等优点,一般用于数据采集和工业控制。但是
18、,单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的,所以它与PLC比较起来有以下缺点:(1)单片机不如PLC容易掌握使用单片机来实现自动控制,一般要使用微处理器的汇编语言编程。这就要求设计人员要有一定的计算机硬件和软件知识。对于那些只熟悉机电控制的技术人员来说,需要进行相当长一段时间系统地学习单片机的知识才能掌握。而PLC采用了面向操作者的语言编程,如梯形图、状态转移图等,对于使用者来说,无需了解复杂的计算机知识,而只要用较短时间去熟悉PLC的简单指令系统及操作方法,就可以使用和编程。(2)单片机不如PLC使用简单使用单片机来实现自动控制,一般要在输入输出接口上做大量的工作。例如,要考虑工程现场
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