多工位組合機床PLC控制系統(tǒng)設計.doc

重慶科技學院畢業(yè)設計（論文） 題 目 多工位組合機床PLC控制系統(tǒng)設計 院 （系） 機械與動力工程學院 專業(yè)班級 機電普2008-02 學生姓名 江 曉杰 學號 2008440849 指導教師 沈 穎 職稱 副教授 評閱教師 楊 孟濤 職稱 講 師 2012年 6 月 1 日 注 意 事 項1.設計（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數要求：理工類設計（論文）正文字數不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它學生畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明本人以信譽聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在導師的指導下進行的設計（研究）工作及取得的成果，設計（論文）中引用他（她）人的文獻、數據、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結論和結果為本人獨立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學院或其它教育機構的學位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設計（研究）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。畢業(yè)設計（論文）作者（簽字）： 年 月 日摘要組合機床及其自動線在當今機械制造業(yè)中扮演著越來越重要的角色，其技術性能和綜合自動化水平在很大程度上決定著相關部門的發(fā)展。隨著科學技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的以繼電器控制為基礎的組合機床愈加與先進生產力不相適應，在這種情況下，可編程序控制技術以其靈活性好，可靠性高，通用性強，逐漸取代了繼電器控制方式，成為當代工業(yè)控制的主要發(fā)展方向。本論文詳細敘述了組合機床的PLC控制系統(tǒng)的設計,分析了系統(tǒng)的主電路及控制電路圖，并根據系統(tǒng)運行要求，確定了機床及控制系統(tǒng)的元件型號，作出了PLC的外部接線圖。軟件設計分別從全線自動，單機半自動，單機手動三種工作方式對裝卸、打中心孔、鉆孔、倒角、擴孔以及鉸孔加工六工位組合機床的PLC控制進行了敘述，完成了各工作方式下的功能圖表，梯形圖及指令表。關鍵詞： 組合機床 PLC 程序設計AbstractNowadays , modular machine tool and its automatic lines play a more and more important role in machine manufacturing industry, its technique function and automate level decide the development of the related section to a large extent.Along with the development of science technique, traditional combined machine based on relay-control cannot adapt to the advanced productivity , in that case, the programmable controlling technique ,with its flexiblity, high reliability,good generalization,gradually replaced the relay-control, becoming the main development direction of the contemporary industry control. This paper introduces in detail about the design of PLC on the control system ,analyzes the diagram of main electric circuit and the controlling electric circuit of the system,and determines the type of apparatus,makes out the connecting-line diagram of the PLC.Then the software design descripes the PLC controlling of Handling and unloading, playing center hole, drilling, chamfering, reaming and reaming respectively from the whole line auto/ half auto, single machine half auto and single machine hand,then completes the function diagram,trapezoid diagram and the instruction form.Key words: modular machine tool; PLC ; program design目錄摘要IAbstractII1 引言11.1 研究背景及意義11.2 國內外研究現狀分析11.3 論文主要內容22 六工位組合機床工藝要求及液壓系統(tǒng)說明42.1 組合機床的概述42.1.1組合機床的簡介42.1.2組合機床的加工方式42.1.3組合機床的發(fā)展42.2工藝要求及動作流程42.3該六工位組合機床液壓系統(tǒng)的工藝特點62.4該機床液壓系統(tǒng)說明62.4.1回轉工作臺的液壓回路62.4.2液壓滑臺的液壓回路73 PLC控制系統(tǒng)硬件設計83.1PLC的簡介83.1.1 PLC的定義83.1.2 PLC的特點83.1.3 PLC控制系統(tǒng)以繼電器控制系統(tǒng)的比較93.2控制系統(tǒng)主電路設計103.3可編程控制器選型及端口設計113.3.1可編程控制器選型113.3.2三菱FX2N-80MR簡單介紹113.3.3可編程控制器I/0端口分配133.4電氣元件選型173.4.1電動機173.4.2熔斷器183.4.3接觸器183.4.4行程開關184 PLC控制系統(tǒng)軟件設計194.1編程軟件GX Developer說明194.2工作流程圖214.3梯形圖224.4梯形圖控制說明274.4.1主電動機起?？刂?74.4.2液壓滑臺的控制284.4.3回轉工作臺的回轉控制295 系統(tǒng)調試305.1調試軟件說明305.2程序調試315.2.1連續(xù)全自動工作循環(huán)325.2.2單機半自動工作循環(huán)365.2.3手動循環(huán)386 結論41參考文獻42致謝43附錄441 引言1.1 研究背景及意義 機床是制造產品的機械，也稱作為工作的母體，是裝備制造業(yè)的核心設備。最初的機床是由蒸汽機集中提供的能源，此時可以進行車削、鉆削、銑削齒輪加工等工藝但是精度和效率都很低，交流電動機的問世，機床開始有電力拖動，通過齒輪變速，因此，大大地改善了機床的效率和精度，此時出現了組合機床，但機床都采用傳統(tǒng)的繼電器控制，繼電器控制方式雖有結構簡單，價格便宜的優(yōu)點，但存在著觸頭易磨損，壽命短的缺點。特別是在更換產品時更加容易磨損。隨著人們對生產要求的進一步的提高，已繼電器控制的組合機床已不適應社會的需要。這時出現了以計算機技術和電子機械技術的不斷發(fā)展，從而緩解了這一現象，此時出現了以PLC控制的組合機床。它是充分利用計算機技術和電子技術與機械電子，以軟件代替部分硬件，以電子器件代替部分機械傳動，從而提高了機床的性能。目前一般企業(yè)都擁有一定數量的用繼電器控制的組合機床。繼電器控制方式雖然有結構簡單、價格便宜的優(yōu)點，但存在著接觸器觸點磨損快、壽命短、可靠性差等缺點。特別是在更換產品而改變動作循環(huán)時，需重新設計、安裝、調試，不能適應現代生產要求。造成了這些企業(yè)的生產率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購買新的數控車床。因此，當務之急就是對這些普通車床進行技術改造，以提高企業(yè)的設備利用率，提高產品的質量和產量。 而采用PLC改造機床，可去掉了機床的中間繼電器、時間繼電器、順序控制二極管及電阻，使線路簡化。同時，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還具有信號指示，這不僅使電氣故障次數大大減少，而且還能給準確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便?？刂葡到y(tǒng)可靠性好、故障率低、工藝參數調整方便等特點。因為可編程控制器的抗干擾能力強，可靠性高，且配置靈活，已在工控領域廣泛應用。這不僅可以實現生產過程的自動控制，還可以構成適合工業(yè)環(huán)境的實時網絡。 使用PLC控制機床電氣系統(tǒng)后為了充分發(fā)揮設備效能，迅速提升加工技術與精度，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術對傳統(tǒng)老式組合機床進行技術改造，取得了良好的效果。用PLC模塊、變頻驅動技術、操控監(jiān)控設備等組成電氣數字控制系統(tǒng)，以實現編程輸入、人機交互、自動化加工的控制方式，擴大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進行技術改造的有效途徑。1.2 國內外研究現狀分析 在我國，組合機床的科研和生產都具有相當的基礎，應用也已深入到很多行業(yè)。是當前機械制造業(yè)實現產品更新，進行技術改造，提高生產效率和高速發(fā)展必不可少的設備之一。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。 由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產品，是根據用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家要相對落后，國內所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產品生產成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝，研制新產品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛柔兼?zhèn)涞淖詣踊b備。 近年來，PLC在工業(yè)中異軍突起，特別是在組合機床的運用上，它是充分利用計算機技術和電子技術與機械電子，以軟件代替部分硬件，以電子器件代替部分機械傳動，從而提高了機床的性能。以其獨特的控制優(yōu)勢，廣泛地應用在機械制造業(yè)中。特別是在組合機床的控制中，以其編程簡單、可靠性高、功能齊全、適應性強、輸出形式多樣等優(yōu)點，很快取代了傳統(tǒng)的繼電器控制中的主導地位。21 世紀，PLC 會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向。1.3 論文主要內容 本論文詳細敘述了多工位組合機床的PLC控制系統(tǒng)的設計,分析了機床的工藝要求和動作流程，設計主電路控制電路及機床液壓系統(tǒng)說明，并根據系統(tǒng)運行要求，確定了機床及控制系統(tǒng)的元件型號，并對PLC的I/O端口進行分配。軟件設計分別從連續(xù)全自動工作循環(huán)、單機半自動循環(huán)和手動循環(huán)三種工作方式對裝卸、打中心孔、鉆孔、倒角、擴孔以及鉸孔加工六工位組合機床的PLC控制進行了敘述，完成了各工作方式下的流程圖和梯形圖，并對梯形圖進行了說明。2 六工位組合機床工藝要求及液壓系統(tǒng)說明 2.1 組合機床的概述 2.1.1組合機床的簡介 組合機床transfer and unit machine，以系列化和標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件對一種或多種工件按預先確定的工序進行切削加工的機床。兼有萬能機床和專用機床的優(yōu)點。通用零部件通常占整個機床零部件的7090，只需要根據被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專用部件就可以部分或全部進行改裝，從而組成適應新的加工要求的設備。由于在組合機床上可以同時從幾上方向采用多把刀具對一個或數個工件進行加工，所以可減少物料的搬運和占地面積，實現工序集中，改善勞動條件，提高生產效率和降低成本。將多臺組合機床聯在一起，就成為自動生產線。組合機床廣泛應用于需大批量生產的零部件，如汽車等行業(yè)中的箱體等。另外在中小批量生產中也可應用成組技術將結構和工藝相似的零件歸并在一起，以便集中在組合機床上進行加工。 2.1.2組合機床的加工方式 組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經標準化和系列化，可根據需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉，由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉，由刀具作進給運動，也可實現某些回轉體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。 2.1.3組合機床的發(fā)展為了使組合機床能在中小批量生產中得到應用，往往需要應用成組技術，把結構和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉塔式組合機床。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節(jié)拍；采用數字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。2.2工藝要求及動作流程 六工位組合機床可完成工件裝卸、打中心孔、鉆孔、倒角、擴孔以及鉸孔加工。具體加工過程為:回轉工作臺上升在工位拆卸和裝夾零件回轉工作臺回轉到工位下降工位對零件進行打中心孔回轉工作臺上升回轉到工位下降工位鉆孔加工回轉工作臺上升回轉到工位下降工位倒角加工回轉工作臺上升回轉到工位下降工位擴孔加工回轉工作臺上升回轉到工位下降工位鉸孔加工,如此循環(huán)實現對不同零件、不同工位的同步加工?？刂葡到y(tǒng)共有連續(xù)全自動工作循環(huán)、單機半自動循環(huán)和手動循環(huán)三種工作方式。手動控制方式主要用于檢查和維修。半自動方式也可以用于維修和單個零件的修復加工。每按一次啟動按鈕,回轉工作臺回轉一個工位。 控制對象為:油泵電動機、冷卻泵電動機和五個刀具電動機。五個工作滑臺采用帶終點停留一次工進加工方式。因為各控制對象所處位置比較集中,各個工位之間相隔60,且相互之間的動作存在一定的順序關系,所以采用集中式控制系統(tǒng),用一臺PLC控制多臺設備。 圖2.1加工工位布置示意圖2.3該六工位組合機床液壓系統(tǒng)的工藝特點該六工位組合機床主要控制包括回轉工作臺的自動回轉控制和各個工位上液壓滑臺、動力頭的控制。由于工件在各個工位上刀具的快進、工進、快退的距離可能各不相同，進給速度也可能各不相同，所以每個動力頭需要采用不同的液壓控制系統(tǒng)，協同控制來完成。2.4該機床液壓系統(tǒng)說明回轉工作臺及5個液壓滑臺的液壓系統(tǒng)原理圖如下圖所示，包括回轉工作臺的液壓回路和液壓滑臺的液壓回路。下面介紹液壓回路的工作情況。2.4.1回轉工作臺的液壓回路回轉工作臺的液壓回路主要為四個液壓缸的運動提供動力，分別為回轉工作臺夾緊1G、定位銷伸縮缸2G、回轉缸3G、離合器分離用液壓缸4G四個液壓回路。1）1G液壓回路。1G的作用是實現工作臺的夾緊和松開，在每次轉位之前必須松開工作臺，然后才能回轉；在轉位之后，工件加工過程中，又必須夾緊，以防工作臺發(fā)生位移運動，影響加工質量。其松開油路是：液壓泵，電磁閥YV1左位，1G下腔，抬起工作臺。其油路是：液壓泵，電磁閥YV1右路，1G上腔，向下夾緊工作臺。2）2G液壓回路。2G的作用是實現定位銷的伸縮運動，在每次轉位之前，需要將定位銷往下縮回，不要擋住定位塊，以便定位塊和工作臺一起轉動。當轉位到一定距離后，定位銷在2G的帶動下向上伸出，擋住下一工位上的定位塊，實現定位。其向下縮回右路是：液壓泵，電磁閥YV1左路，2G上腔，活塞桿克服彈簧下移。伸出時是靠彈簧作用，將伸縮銷彈回復位。3）3G液壓回路。3G的作用是通過3G活塞桿上的齒條帶動齒輪轉動，經過離合器和工作臺下面的齒輪帶動工作臺轉動，當活塞桿向右移動時，工作臺順時針轉動；當活塞桿左移時，工作臺逆時針轉動，實現反靠。其右移液壓油路是：液壓泵，減壓閥JF，電磁閥YV3左位，3G左腔，活塞桿右移。3G右腔的油經過節(jié)流閥L流回油箱，則活塞桿右移速度慢；經過電磁閥YV2流回油箱，則速度較快。其左移液壓油路是：液壓泵，減壓閥JF，電磁閥YV3右位，節(jié)流閥L，3G右腔，活塞桿左移，主要是實現反靠。4）4G液壓回路.4G的主要作用是把離合器分開或者結合。在正?；剞D時，離合器應該結合，4G在彈簧作用下處于復位狀態(tài)。當回轉結束后，為了讓液壓缸3G的活塞桿回到左端，又不至于帶動工作臺轉動，此時，需要將離合器分開。分開時油路：液壓泵，減壓閥JF，電磁閥YV4左位，4G下腔，活塞桿上移，克服彈簧作用帶動離合器上把部分結構移動，脫離嚙合。待3G復位之后，YV4處于右位，4G在彈簧作用下下移，離合器又結合。 2.4.2液壓滑臺的液壓回路三個液壓滑臺的液壓回路是帶動對應的滑臺做快進，工進，快退。分別用各自液壓缸完成。以打中心孔液壓缸為例簡單介紹其液壓油路。1）快進時：液壓泵，電磁閥YV5左位，打中心孔缸左腔，活塞桿右移。進給液壓缸右腔的油經過YV5左位，再經過YV6左位流回進給液壓缸左腔，形成差動油路，速度較快。2）工進時：流入進給液壓缸的油路和快進時一樣，不同之處是，從進給液壓缸流出的油不經過YV6，而是經過節(jié)流閥L1流回油箱。由于經過節(jié)流閥的節(jié)流作用，所以液流速度慢，活塞桿移動速度慢。3）快退時：液壓泵，電磁閥YV5右位，液壓缸右腔，活塞桿左移。進給液壓缸左腔的油直接經過YV5流回油箱，流速較快，滑臺快速退回。其他滑臺的液壓油路類似。圖2.2液壓原理圖3 PLC控制系統(tǒng)硬件設計3.1PLC的簡介 3.1.1 PLC的定義 1980年可編程控制器問世后，美國電氣制造商協會對其做過如下定義“是一種數字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現邏輯運算、順序運算、計數、計時和算式運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制?！?1982年，國際電工委員會頒布了可編程控制器標準草案第一稿，將其定義為“是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計數、計時和算式運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產過程。及其有關的外圍設備都應按照易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設計。 可見，是能直接運用于工業(yè)環(huán)境的一種數字電子裝置，具有與其它順序控制裝置明顯不同的特點。 目前，在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為開關量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數據處理、通信及聯網這六類。正是由于的使用范圍廣泛，優(yōu)點眾多，才成為解決自動控制問題的最有效工具。 3.1.2 PLC的特點 PLC 主要是用在自動化生產方面的控制器件，和計算機的控制方式十分相似。PLC 和 PC 差不多，主要使用 CPU 來當處理器，進行各種各樣的運算和控制。 PLC 具有以下描述的集中特點：1 可靠性 對 PLC 來講，它的可維修性和有效性相當重要。1) PLC 用不著大量的各種其他元器件，這樣就使得線路十分簡單，維修起來也就非常方便了；2) PLC 的設計方法非?？煽?，例如，冗余設計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，提高了 MTTR 等的。3) PLC 上手十分容易，因為它的編程方法很簡單，操作方式也不復雜，維修容易，基本上不會發(fā)生故障；4) PLC 是具有精簡編程語言的、專門為工業(yè)生產而制造的、非?？煽康囊环N控制器件，它十分的穩(wěn)定，發(fā)生故障的概率非常低。5) PLC 在制造的時候，硬件上面采用了很多先進的技術，來保障其可靠性，降低硬件出錯的可能性。6) 在軟件的制作方面，PLC 也采用了很多先進的方法來保證他的穩(wěn)定可靠。2 易操作性1) 編程方便它的編程語言的選擇很多，一般都是用梯形圖編程。2) 維修方便它在發(fā)生故障的時候會自我診斷，這樣就更方便維修。3) 操作方便它的操作很方便，可以通過編程軟件對程序進行修改，也可以根據屏幕的現實，直接按鍵來修改。3 靈活性1) 擴展的靈活性。它可以根據用戶的需要，自由的增加或者減少各種模塊。2) 操作的靈活性。操作簡單靈活，方便監(jiān)控。3) 編程的靈活性。它有很多編程語言來選擇，編程人員可根據自身情況和實際需求來進行自由選擇。4 能耗低、體積小、重量輕、使用方便5 功能強，具有良好的通用性 PLC系統(tǒng)集體積小、速度快、標準化、具有網絡通信能力等優(yōu)點于一身，功能強，可靠性高。模塊化、開放性設計的系統(tǒng)，各單獨模塊之間可進行廣泛組合構成不同的系統(tǒng)更是能滿足各類不同性能要求的應用。隨之而開發(fā)的人機界面軟件，開放性設計、界面友好、操作簡單，在一定程度上也助推了系統(tǒng)的開發(fā)利用，大大縮短了項目開發(fā)周期，其高可靠性的應用表現得以在工業(yè)系統(tǒng)中迅速推廣使用。 3.1.3 PLC控制系統(tǒng)以繼電器控制系統(tǒng)的比較1 繼電器控制的優(yōu)點1) 所有信號處理和控制功能都由硬件實現，線路直觀，便于理解和掌握，易于被一般技術人員及技術工人掌握2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修以及故障檢查等不需要較高的技術和特殊的工具與儀器3) 大部分電器都是常用控制電器，便于更換并且價格較便宜4) 技術成熟，這類機床已形成系列化產品，各項技術資料齊全，熟悉、掌握的人員較多2 繼電器控制的缺點1) 接線多而復雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構成后想再改變或增加功能都很困難2) 繼電器觸點數目有限，且容易燒壞磨損，靈活性和擴展性很差，技術水平難以提高3) 電磁機構及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)的控制精度難以得到提高且工作頻率低4) 系統(tǒng)結構龐大、能耗較高、機械動作噪音大5) 線路復雜，容易出現故障且維修周期長，因此保養(yǎng)維修工作量大。費用高且檢查故障困難，費時費工3 PLC控制的優(yōu)點1) 采用對電梯進行控制，并且對電梯的自動控制通過軟件來實現，這樣做可大大提高電梯運行的可靠性2) 可對故障進行自動檢測并顯示報警，大大提高了機床運行的安全性3) 本身工作穩(wěn)定，不容易出現死機問題4) 由于除去了大部分繼電器及選層器，控制系統(tǒng)的結構變得簡單，外部線路也得到了簡化5) PLC編程靈活，程序出了問題可以修改，適應性強6) 更改控制方案時無需對硬件連線進行改動。7) 在軟件設計方面，同樣采取了一些提高系統(tǒng)可靠性的舉措。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程程序、信息保護和恢復、報警和運行信息的顯示等3.2控制系統(tǒng)主電路設計 主電路主要有五個電機以及PLC模塊接口和照明系統(tǒng)等,其中包括油泵電動機M6,用來為五個動力滑臺和回轉工作臺提供液壓力;M1 M5分別為五個加工工位動力頭的驅動電機;M7為冷卻泵電機,控制加工冷卻液的啟閉。每個電機支路上安裝有熱繼電器,對電機起到過載保護作用; 在主電路中設有熔斷器起短路保護作用;接觸器線圈需要交流110V，電磁鐵為直流24V， PLC由外部提供交流220V電壓進行工作。圖3.1主電路圖3.3可編程控制器選型及端口設計 3.3.1可編程控制器選型經過統(tǒng)計和分配輸入、輸出元件端口；考慮指示燈和其他因素選總點數為80的三菱FX2N-80MR。電源類型有：PLC需要交流220V,接觸器線圈需要交流110V，電磁鐵為直流24V。 3.3.2三菱FX2N-80MR簡單介紹 FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N性能規(guī)格如下表。表3.1FX2N性能規(guī)格表項目規(guī)格備注運轉控制方式通過儲存的程序周期運轉I/O控制方法批次處理方法(當執(zhí)行END指令時)I/O指令可以刷新運轉處理時間基本指令：0.8s/指令應用指令：1.52至幾百s/指令編程語言邏輯梯形圖和指令清單使用步進梯形圖能生成SFC類型程序程式容量8000步內置使用附加寄存盒可擴展到16000步指令數目基本順序指令：27步進梯形指令：2應用指令：128最大可用298條應用指令I/O配置最大硬體I/O配置點256，依賴于用戶的選擇（最大軟件可設定地址輸入256、輸出256）輔助繼電器（M線圈）一般500點M0至M499鎖定2572點M500至M3071特殊256點M8000至M8255狀態(tài)繼電器（S線圈）一般490點S0至S499鎖定400點S500至S899初始10點S0至S9信號報警器100點S900至S999定時器（T）100毫秒范圍：0至3276.7秒200點T0至T19910毫秒范圍：0至327.67秒46點T200至T2451毫秒保持型范圍：0至32.767秒4點T246至T249100毫秒范圍：0至3276.7秒6點T250至T255計數器（C）一般16位范圍：0至32767數200點C0至C199類型：16位上計數器鎖定16位100點（子系統(tǒng)）C100至C199類型：16位上計數器一般32位15點C200至C219類型：16位上/下計數器鎖定32位15點C220至C234類型：16位上/下計數器高速計數器（C）單相范圍：-2147483648至+2147483647數一般規(guī)則：選擇組合計數頻率不大于20KHz的計數器組合注意所有的計數器鎖定C235至C240 6點單相c/w起始停止輸入C241至C245 5點雙相C246至C250 5點A/B相C251至C255 5點數據寄存器（D）一般200點D0至D199類型：32位元件的16位數據存儲寄存器對鎖定7800點D200至D7999類型：32位元件的16位數據存儲寄存器對文件寄存器7000點D1000至D7999通過14塊500程式步的參數設置類型：16位數據存儲寄存器特殊256點從D8000至D8255類型：16位數據存儲寄存器變址16點V0至V7以及Z0至Z7類型：16位數據存儲寄存器指標（P）用于CALL128點P0至P127用于中斷6輸入點、3定時器、6計數器100*至150*和16*至18*(上升觸發(fā)*=1，下降觸發(fā)*=0，*=時間(單位：毫秒)嵌套層次用于MC和MRC時8點N0至N7常數十進位K16位：-32768至+3276832位：-2147483648至+2147483647十六進位H16位：0000至FFFF32位：00000000至FFFFFFFF浮點32位：1.175*10-38，3.403*10-38（不能直接輸入） 3.3.3可編程控制器I/0端口分配PLC主要完成回轉工作臺的抬起、回轉、落下和復位,五個工作滑臺的快進、工進和快退以及冷卻泵電機的控制。運動部件到達一定的位置時,觸發(fā)相應的行程開關SQ,系統(tǒng)捕捉到相應的信息反饋給PLC控制系統(tǒng), PLC內部的中央處理單元運行事先輸入的程序,得出一定的結果,從輸出端口發(fā)出相應的控制命令,控制電機作出相應的動作,從而實現自動和半自動控制。當回轉工作臺觸發(fā)SQ5時,系統(tǒng)發(fā)出抬起命令,回轉工作臺抬起;觸發(fā)SQ6 時,回轉工作臺回轉; 觸發(fā)SQ7時,回轉工作臺下落;觸發(fā)SQ9時,引起各加工工位的快進、工進和快退反應。加工動力頭電機的控制同樣是通過觸發(fā)相應的行程開關,提供反饋信息給PLC,再由PLC處理后發(fā)出相應的控制命令來實現的,具體各工位相應的控制電磁閥和行程開關見下表。表3.2電氣元件表和邏輯元件表電氣元件邏輯元件作用電氣元件邏輯元件作用SB1X0起動按鈕KM1Y0打中心孔動力頭控制SB2X1復位按鈕KM2Y1鉆孔動力頭控制SB3X2液壓泵起動按鈕KM3Y2倒角動力頭控制SB4X3液壓泵、冷卻泵停止按鈕KM4Y3擴孔動力頭控制SB5X4動力頭電機停止按鈕KM5Y4鉸孔動力頭控制SB6X5動力頭電機起動按鈕KM6Y5液壓泵控制接觸器SB7X6回轉工作臺轉動控制按鈕KM7Y6冷卻泵控制接觸器SB8X7冷卻泵起動按鈕YA1Y7打中心孔前進電磁鐵SA3X44全自動工作循環(huán)、單機半自動循環(huán)模式切換開關YA2Y10打中心孔工進電磁鐵SB9X45液壓滑臺手動控制YA3Y11打中心孔后退電磁鐵SA1X10液壓滑臺自動手動轉換開關Y12SA2X11液壓滑臺總控開關YA5Y13回轉臺微抬SA4X12打中心孔單循環(huán)開關YA6Y14回轉臺夾緊SQ1X13打中心孔滑臺原位YA7Y15回轉臺回轉SQ2X14打中心孔滑臺快進到位YA8Y16回轉臺返回SQ3X15打中心孔滑臺工進到位YA9Y17低速回轉SQ5X16微抬到位YA10Y20離合器脫開SQ6X17回轉到位YA11Y21鉆孔前進電磁鐵SQ7X20回轉臺反靠到位YA12Y22鉆孔工進電磁鐵SQ8X21離合器脫開YA13Y23鉆孔后退電磁鐵SQ9X22回轉缸原位行程開關YA14Y24倒角前進電磁鐵SA5X23鉆孔單循環(huán)開關YA15Y25倒角工進電磁鐵 SQ10X24鉆孔滑臺原位YA16Y26倒角后退電磁鐵SQ11X25鉆孔滑臺快進到位YA17Y27擴孔前進電磁鐵SQ12X26鉆孔打中心孔滑臺工進到位YA18Y30擴孔工進電磁鐵SA6X27倒角單循環(huán)開關YA19Y31擴孔后退電磁鐵SQ13X30倒角滑臺原位YA20Y32鉸孔前進電磁鐵SQ14X31倒角滑臺快進到位YA21Y33鉸孔工進電磁鐵SQ15X32倒角打中心孔滑臺工進到位YA22Y34鉸孔后退電磁鐵SA7X33擴孔單循環(huán)開關SQ16X34擴孔滑臺原位SQ17X35擴孔滑臺快進到位SQ18X36擴孔打中心孔滑臺工進到位SA8X37鉸孔單循環(huán)開關SQ19X40鉸孔滑臺原位SQ20X41鉸孔滑臺快進到位SQ21X42鉸孔打中心孔滑臺工進到位KPX43回轉臺壓力繼電器 圖3.2PLC的I/O端口分配圖3.4電氣元件選型 3.4.1電動機 在車床控制系統(tǒng)運行中，電動機類型選擇的原則是，在滿足工作機械對于拖動系統(tǒng)要求的前提下，所選電動機應盡可能結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉。因此，在選用電動機種類時，若機械工作對拖動系統(tǒng)無過高要求，應優(yōu)先選用三相交流電異步動機。 還需依據電動機容量選擇的原則。在控制系統(tǒng)運行中，電動機的選擇主要是容量的選擇，如果電動機的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機械設備的能力，使生產效率降低，另一方面電動機經常在過載下運行，會使它過早損壞，同時還出現啟動困難、經受不起沖擊負載等故障。如果電動機的容量選大了，則不僅使設備投資費用增加，而且由于電動機經常在輕載下運行，運行效率和功率因數都會下降。除正確選擇電動機的容量外，還需要根據生產機械的要求，技術經濟指標和工作環(huán)境等條件，來正確選擇電動機的種類、電壓和轉速。查該類機床的性能參數：液壓站壓力PBt為3-7MPa（可調），液壓站流量qBt為50L/min即 。則液壓泵要求的額定工作壓力為：系統(tǒng)壓力為PB時要求的流量為驅動電機的功率 根據機械傳動要求，油泵電動機9.13kW。考慮設備使用環(huán)境，油泵電動機選用Y160M-4，額定功率11kW,同步轉速1500r/min. 3.4.2熔斷器 由單臺電動機熔體額定電流計算公式I=(1.52.5)IN，系數取值視負載輕重而定。油泵電動機熔體額定電流： 實際選用RT14-63/50A型熔體。 3.4.3接觸器 接觸器線圈取交流110V，接觸器主觸頭通斷負載額定電壓380V，主觸頭通斷電流由經驗公式：但是考慮同一控制系統(tǒng)中，元器件規(guī)格盡可能一致，因此選擇時PN按最大的油泵電動機11kW計算： 選用B37型交流接觸器，主觸頭額定電壓為380V，主觸頭額定電流為37A。 3.4.4行程開關 考慮到該機床要求較為精密，行程開關選用LXW5-11Z。該行程開關重復誤差較小。4 PLC控制系統(tǒng)軟件設計4.1編程軟件GX Developer說明GX Developer是一個功能強大的PLC開發(fā)軟件，具有程序開發(fā)、監(jiān)視、仿真調試以及對可編程控制器CPU的讀寫等功能。 進入GX Developer所示界面。圖4.1軟件界面 單擊“工程”，選擇“創(chuàng)建新工程”，彈出圖2所示對話框，在“PLC系列”下拉選項中選擇“FXCPU”，“PLC類型”中選擇“FX2N（C）”，“程序類型”選擇“梯形圖邏輯”。在“設置工程名”一項前打勾，可以輸入工程要保存到的路徑（E:stepper）和名稱(stepper)。圖4.2創(chuàng)建新工程 點擊“確定”后，進入梯形圖編輯界面，如圖3所示， 圖4.3梯形圖編輯界面 當梯形圖內的光標為藍邊空心框時為寫入模式，可以進行梯形圖的編輯，當光標為藍邊實心框時為讀出模式，只能進行讀取、查找等操作，可以通過選擇“編輯”中的“讀出模式”或“寫入模式”進行切換。 梯形圖的編輯可以選擇工具欄中的元件快捷圖標，也可以點擊“編輯”，選擇“梯形圖標記”中的元件項，也可以使用快捷鍵F5F10，shift+F5F10,或者在想要輸入元件的位置雙擊鼠標左鍵，彈出圖4所示對話框，在下拉列表中選擇元件符號，編輯欄中輸入元件名，按確定將元件添加到光標位置。圖4.4對話框 編輯過的梯形圖背景為灰色，如圖5所示，在調試用下載程序之前，需要對程序進行變換，點擊“變換”，選擇“變換”，或者直接按F4，對已編輯的梯形圖進行變換，如果梯形圖語法正確，變換完成后背景變回白色，如有語法錯誤，則不能完成變換，系統(tǒng)會彈出消息框提示。點擊快捷鍵“梯形圖/列表顯示切換”（圖5中紅框標記）可以在梯形圖程序與相應的語句表之前進行切換。此外GX Developer具備返回、復制、粘貼、行插入、行刪除等常用操作，具體可參考GX Developer用戶操作手冊。圖4.5編輯界面4.2工作流程圖 圖4.6工作流程圖4.3梯形圖 液壓泵控制梯形圖，如圖4.7圖4.7液壓泵控制梯形圖 冷卻泵控制梯形圖，如下圖4.8 圖4.8冷卻泵控制梯形圖 動力頭控制-全自動循環(huán)梯形圖，如下圖4.9 圖4.9動力頭控制-全自動循環(huán)梯形圖動力頭控制-單機半自動循環(huán)梯形圖，如下圖4.10 圖4.10動力頭控制-單機半自動循環(huán)梯形圖 液壓滑臺前進控制-全自動循環(huán)梯形圖，如下圖4.11 圖4.11 液壓滑臺前進控制-全自動循環(huán)梯形圖 液壓滑臺前進控制-單機半自動循環(huán)梯形圖，如下圖4.12 圖4.12液壓滑臺前進控制-單機半自動循環(huán)梯形圖 液壓滑臺工進控制梯形圖，如下圖4.13 圖4.13液壓滑臺工進控制梯形圖 液壓滑臺后退控制梯形圖，如下圖4.14 圖4.14液壓滑臺后退控制梯形圖 回轉臺微抬和回轉梯形圖，如下圖4.15圖4.15 回轉臺微抬和回轉梯形圖 低速回轉和活塞返回梯形圖，如下圖4.16圖4.16低速回轉和活塞返回梯形圖 回轉臺夾緊和離合器脫開梯形圖，如下圖4.17圖4.17回轉臺夾緊和離合器脫開梯形圖4.4梯形圖控制說明 4.4.1主電動機起停控制液壓泵的起?？刂疲喊聪掳粹oSB3輸入繼電器X2為ON輸出繼電器Y5線圈邏輯回路接通接觸器KM6線圈得電并自鎖液壓泵電動機M6主電路接通工作為液壓系統(tǒng)提供液壓油按下按鈕SB4輸入繼電器X3為ONX3的常閉觸點斷開Y5線圈邏輯回路斷開接觸器KM6線圈斷電液壓泵電動機停止轉動。動力頭電動機的起?？刂?按鈕SA3未按下輸入繼電器X44為OFF動力頭為全自動循環(huán)控制模式按下按鈕SB6輸入繼電器X5為ON輸出繼電器Y0、Y1、Y2、Y3、Y4線圈邏輯回路接通接觸器KM1、KM、KM3、KM4、KM5線圈得電并自鎖5個動力頭電動機M1、M2、M3、M4、M5轉動。按下按鈕SA3輸入繼電器X44為ON動力頭為單機半自動循環(huán)控制模式按下按鈕SB6輸入繼電器X5為ON分別按下按鈕SA4/SA5/SA6/SA7/SA8輸入繼電器X12/X23/X27/X33/X37分別為ON輸出繼電器Y0/Y1/Y2/Y3/Y4線圈邏輯回路分別接通接觸器KM1/KM/KM3/KM4/KM5線圈分別得電并自鎖動力頭電動機M1/M2/M3/M4/M5轉動。按下按鈕SB4或SB5輸入繼電器X3、X4為ONX3、X4的常閉觸點斷開輸出繼電器Y0、Y1、Y2、Y3、Y4線圈斷開接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5線圈斷電動力頭停止轉動。冷卻泵電動機的控制：系統(tǒng)啟動冷卻泵電動機就啟動。 4.4.2液壓滑臺的控制為了能夠實現回轉工作臺和液壓滑臺的分開調整和循環(huán)過