畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

目錄第1章自動銑床的概述-21.1自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀-21.2銑床的主要結(jié)構(gòu)-3第2章可編程序控制器（PLC）的概況-42.1PLC的概念及發(fā)展-42.1.1PLC發(fā)展回顧-42.1.2PLC發(fā)展過程-42.1.3PLC在中國的發(fā)展-52.1.4PLC的現(xiàn)狀-52.1.5PLC的發(fā)展趨勢-62.1.6軟PLC技術(shù)-72.2可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理-72.2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)-72.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域-92.4可編程序控制器與計(jì)算機(jī)之間的通信-9第3章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)-113.1銑床生產(chǎn)流程及控制系統(tǒng)構(gòu)成-12第4章硬件設(shè)計(jì)-134.1可編程序控制器PLC的選型-134.1.1可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)及控制方式的選擇-134.1.2CPU的能力-144.1.3I/O點(diǎn)數(shù)的確定-144.1.4響應(yīng)速度-154.1.5存儲器容量的選擇-154.1.6可編程序控制器的指令系統(tǒng)-164.1.7機(jī)型選擇的其他考慮-164.2電動機(jī)的選型-174.2.1主運(yùn)動電動機(jī)功率的確定-174.2.2進(jìn)給運(yùn)動電動機(jī)容量的確定-174.3銑床電動機(jī)組的設(shè)計(jì)-184.4銑床常用電器的選型-194.4.1按鈕-194.4.2刀開關(guān)-194.4.3組合開關(guān)-194.4.4行程開關(guān)-194.4.5接觸器-204.4.6熱繼電器-204.4.7中間繼電器-214.4.8熔斷器-214.5系統(tǒng)供電-224.6輸入/輸出接口電路-23第5章軟件設(shè)計(jì)-245.1銑床電力拖動和控制任務(wù)-245.2PLC輸入/輸出地址分配-245.3系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)-255.3.1控制系統(tǒng)的公共程序-255.3.2控制系統(tǒng)的自動程序-26第6章控制面板的設(shè)計(jì)-27第7章PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施-287.1硬件抗干擾措施-287.1.1抑制電源系統(tǒng)引入的干擾-287.1.2抑制接地系統(tǒng)引入的干擾-287.1.3抑制輸入輸出電路引入的干擾-297.1.4抑制外部配線干擾的措施-297.2軟件抗干擾措施-29第8章PLC系統(tǒng)的程序調(diào)試-31第9章銑床常見故障及分析-349.1銑床電機(jī)、電器故障分析-349.1.1電動機(jī)故障-349.1.2電器故障-349.2銑床電氣線路的故障-359.3人為故障-36附錄A梯形圖-37附錄B指令表-38附錄CPLC外接線圖-41附錄D電動機(jī)組啟動接線圖-42參考文獻(xiàn)-43自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)李張峰1自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本篇文章介紹了自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并且敘述了銑床運(yùn)行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程設(shè)計(jì)步驟。該系統(tǒng)用三菱公司的FX2N系列PLC作為控制核心，整個系統(tǒng)采用了一臺PLC控制，整個控制系統(tǒng)設(shè)一個控制室。利用PLC控制銑床運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了銑床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動控制和自動控制兩種控制方式，從而實(shí)現(xiàn)了銑床運(yùn)行的自動化功能。PLC控制的特點(diǎn)使原機(jī)床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件,使機(jī)床的工作效率更高。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；銑床；電氣控制系統(tǒng)；自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)李張峰2第1章自動銑床的概述隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、電子加工與設(shè)備電氣改造中。銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。自動銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計(jì)方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美，各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。在我國7080年代大多數(shù)銑床中,大多數(shù)的開關(guān)量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當(dāng)一部分輔機(jī)系統(tǒng)是采用繼電控制。因此,繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢所趨。1.1自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀從上世紀(jì)80年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對自動控制技術(shù)和自動銑床床一直給予較大的關(guān)注。經(jīng)過九五自動車床和加工中心包括自動銑床的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成，所生產(chǎn)的中檔普及型自動銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強(qiáng)的市場競爭力。但在中高檔自動銑床方面與國外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比仍存在較大差距。這是由于歐美日等先進(jìn)工業(yè)國家于80年代先后完成了自動機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，其中一些著名機(jī)床公司致力于科技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)引導(dǎo)著數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展，如美國英格索爾公司和德國惠勒喜樂公司對用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展日本牧野公司對高效精密加工中心所作的貢獻(xiàn)，德國瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對高效復(fù)合加工的推進(jìn)等等。相比之下，我國大部分?jǐn)?shù)近代機(jī)床產(chǎn)品在技術(shù)處于跟蹤階段。表1-1以中擋銑床為例列出國內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明顯差。表1-1技術(shù)指標(biāo)對比項(xiàng)目國內(nèi)外國主軸最高轉(zhuǎn)速/r.min-16000100001000040000快移速度/m.min-124306090定位精度/mm(全行程)0.010.0160.0040.006重復(fù)定位精度/mm0.0050.0080.0020.003平均無故障運(yùn)行時間MTBF/h5006001000基于這一現(xiàn)實(shí)為了加速振興我國的機(jī)床制造業(yè)當(dāng)前宜加強(qiáng)如下五方面的研究和發(fā)展工作1以高速化為先導(dǎo)提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能2加快數(shù)控機(jī)床向高效柔性化和高精化發(fā)展的步伐推進(jìn)m級精度機(jī)床工程的規(guī)劃和實(shí)施3加強(qiáng)發(fā)展多功能復(fù)合加工的數(shù)控機(jī)床來提高單件和中小批量生產(chǎn)的加工精度和高自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)李張峰3效柔性化4對于中大批量生產(chǎn)發(fā)展快速重組制造系統(tǒng)和可重構(gòu)機(jī)床將是一個合理的解決5發(fā)展網(wǎng)絡(luò)制造單元以適應(yīng)數(shù)字化企業(yè)的構(gòu)建1.2銑床的主要結(jié)構(gòu)銑床主要由工作機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、和自動控制系統(tǒng)三部分組成。工作機(jī)構(gòu)的主要部件有底座、床身、主軸、懸梁、縱向工作臺、回轉(zhuǎn)盤、床鞍和升降臺組成。傳動機(jī)構(gòu)主要由主軸傳動系統(tǒng)和進(jìn)給傳動系統(tǒng)構(gòu)成。主軸傳動是由一臺7.5KW、1450r/min的主電動機(jī)驅(qū)動，主軸旋轉(zhuǎn)方向的改變由主電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)給傳動是由一臺1.5KW、1410r/min的進(jìn)給電動機(jī)驅(qū)動，它主要用于工作臺縱向、橫向和垂直三個方向的進(jìn)給運(yùn)動和快速傳動。自動控制系統(tǒng)主要以PLC為核心，配合智能儀表，實(shí)現(xiàn)對自動銑床的自動控制以及運(yùn)行狀態(tài)的檢測功能和顯示功能。自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)李張峰4第2章可編程序控制器（PLC）的概況2.1PLC的概念及發(fā)展可編程控制器(ProgrammableLogicController，簡稱PLC)，是1種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀(jì)60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，取代各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程的繼電器控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)的。2.1.1PLC發(fā)展回顧現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。2.1.2PLC發(fā)展過程1968年，美國通用汽車公司(GM)為適應(yīng)汽車型號的不斷翻新，想尋找一種能減少重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時間的措施，并設(shè)想把計(jì)算機(jī)功能的完備、靈活通用和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上策1臺PLC，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用，獲得成功。從此，這項(xiàng)新技術(shù)便迅速發(fā)展起來。1971年日本從美國引進(jìn)了該項(xiàng)新技術(shù)，很快就研制出了日本第1臺PLC。19731974年，西德和法國也相繼研制出了自己的第1臺PLC。中國從1974年開始研制，1977年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。限于當(dāng)時的元器件條件和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。19691973年是PLC的初創(chuàng)時期。在這個時期，PLC從有觸點(diǎn)不可編程的硬接線順序控制器發(fā)展成為小型機(jī)的無觸點(diǎn)可編程邏輯控制器，可靠性比以往的繼電器控制系統(tǒng)有較大提高，靈活性也有所增強(qiáng)。其主要功能限于邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和順序控制，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。19741977年是PLC的發(fā)展中期。在這個時期，由于8位單片CPU和集成存儲器芯片的出現(xiàn)，PLC得到了迅速發(fā)展和完善，并逐步趨向系列化和實(shí)用化，普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制。PLC除了原有功能外，又增加了數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)的傳遞和比較、模擬量的處理自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)李張峰5和控制等功能，可靠性進(jìn)一步提高，開始具備自診斷功能。1978一1983年，PLC進(jìn)入成熟階段。這個時期，微型計(jì)算機(jī)行業(yè)已出現(xiàn)了16位CPU，MCS5l系列單片機(jī)也由Intel公司推出，使PLC也開始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展，PLC的生產(chǎn)量在國際上每年以30的遞增量迅速增長。在結(jié)構(gòu)上，PLC除了采用微處理器及EPROM，EEPROM，CMCSRAM等LSI電路外，還向多微處理器發(fā)展，使PLC的功能和處理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮點(diǎn)運(yùn)算、平方、三角函數(shù)、相關(guān)數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換等，初步形成了分布式可編程控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有通訊功能和遠(yuǎn)程I/O處理能力，編程語言較規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。此外自診斷功能及容錯技術(shù)發(fā)展迅速，使PLC系統(tǒng)的可靠性得到了進(jìn)一步提高。2.1.3PLC在中國的發(fā)展在中國，大約從1974年、1975年在北京和上海開始開發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應(yīng)用。但一直未能形成批量生產(chǎn)。在改革開放剛起步的1979年，在當(dāng)時的機(jī)械部儀表局的推動下，開始從美國MODICON引進(jìn)584的PLC，并首先在電站的輔機(jī)如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應(yīng)用，從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運(yùn)用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個項(xiàng)目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。自1985年開始，小型PLC首先是日本有關(guān)公司的產(chǎn)品進(jìn)入中國市場。不到3、4年時間，小型PLC就形成了大面積的推廣應(yīng)用局面。1990年以后，Siemens、AllenBradley以及其它知名品牌開始大舉進(jìn)入中國市場，占據(jù)中、大型的PLC的較大份額。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。且至今沒有很大改變。PLC在中國已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的應(yīng)用市場，但并末建立批量生產(chǎn)、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。應(yīng)指出的是：在國內(nèi)，PLC的應(yīng)用水平還是不低的，自主設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場投運(yùn)的能力，可以說與國際主流水平同步；PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，覆蓋冶金、電力、化工、石油化工、機(jī)械、輕工、電子、電工、建材水泥等工業(yè)，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械和其它應(yīng)用。近年來環(huán)保工業(yè)也有廣泛應(yīng)用，發(fā)展勢頭很猛；在國內(nèi)有一