機(jī)電一體化專業(yè)綜合實驗液壓PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 機(jī)電一體化專業(yè)綜合實驗液壓plc控制系統(tǒng)設(shè)計 目 錄一、實驗總體規(guī)劃11.1實驗?zāi)康?1.2實驗器材11.3實驗要求11.4實驗內(nèi)容1二、系統(tǒng)設(shè)計22.1 總體方案設(shè)計22.2 零件圖22.3 加工示意圖、動作循環(huán)圖22.3.1加工工藝流程設(shè)計22.3.2工件加工工藝過程設(shè)計22.3.3動作循環(huán)圖32.4液壓回路設(shè)計42.4.1 設(shè)計思路42.4.2 液壓回路得電順序表62.5 plc控制系統(tǒng)設(shè)計62.5.1系統(tǒng)功能設(shè)計62.5.2 i/o口的點數(shù)及地址分配、plc選型72.6 電氣原理回路設(shè)計（見附錄）82.8 plc程序設(shè)計102.8.1流程圖102.8.2 全局變量表112.8.3程序

2、設(shè)計12三、plc程序設(shè)計、調(diào)試遇到的問題19四、結(jié)論19五、自我總結(jié)20一、實驗總體規(guī)劃1.1、實驗?zāi)康?、能熟悉基于plc控制的液壓系統(tǒng)開發(fā)流程，并設(shè)計一個具體的液壓系統(tǒng)；2、熟悉并掌握各種液壓元件的技術(shù)參數(shù)和使用方法；3、熟練掌握相關(guān)plc軟件及編程方法；4、能熟練使用梯形圖編寫液壓系統(tǒng)的控制軟件；5、搭建具體硬件（含油、電路）連接，并完成軟硬件的聯(lián)調(diào)。1.2、實驗器材計算機(jī)、液壓泵、各種液壓閥、油管、液壓接頭、plc實驗板、導(dǎo)線1.3、實驗要求設(shè)計一個零件的某一工序在鉆床及相關(guān)輔助部件上實現(xiàn)批量生產(chǎn)加工工藝流程方案。要求采用液壓系統(tǒng)作為動力部件，設(shè)計系統(tǒng)的工藝過程、動作循環(huán)及系統(tǒng)液壓控

3、制油路、電磁閥的得電順序表、系統(tǒng)功能設(shè)計、系統(tǒng)動作流程圖、plc控制電路原理圖、plc編程及系統(tǒng)調(diào)試。1.4、實驗內(nèi)容1.4.1熟悉實驗?zāi)康?、實驗器材、實驗要求?.4.2系統(tǒng)設(shè)計；1）、設(shè)計產(chǎn)品的加工工藝過程，畫出零件圖、加工示意圖以及動作循環(huán)圖；2）、根據(jù)加工工藝過程設(shè)計液壓回路；3）系統(tǒng)功能設(shè)計；4）、i/o口的點數(shù)確定，根據(jù)點數(shù)進(jìn)行plc的選型設(shè)計，進(jìn)行i/o口地址分配；5）、畫出電氣原理圖；6）、程序設(shè)計與調(diào)試；1.4.3.系統(tǒng)調(diào)試；1.4.4.結(jié)論；1.4.5.自我總結(jié)。 2、 系統(tǒng)設(shè)計2.1零件圖 主視圖 左視圖零件工藝要求：1）孔徑公差允許控制在（+0.5，0）mm內(nèi)，孔深允許

4、在（+1，0）mm內(nèi)，孔位垂直偏差允許在0.2以內(nèi)。2）孔位表面無崩爛、毛刺等缺陷。3）零件裝夾夾具與零件充分接觸，保證夾緊位置精度。2.2總體方案設(shè)計設(shè)計上述零件在鉆床及相關(guān)輔助部件上實現(xiàn)批量鉆孔加工工藝流程方案。采用帶傳動輸送工件，工件到位后，液壓缸1控制夾具進(jìn)行裝夾。裝夾完后，液壓缸2控制鉆頭進(jìn)行加工，加工完畢后，液壓缸3控制擋板向右運動，工件自動掉落至下一生產(chǎn)線。缸1控制夾具回原位，原位傳感器動作，啟動帶電機(jī)傳送工件，然后進(jìn)入下一循環(huán)。2.3 加工示意圖、動作循環(huán)圖2.3.1加工工藝流程設(shè)計 加工工藝示意圖2.3.2、工件加工工藝過程設(shè)計 工藝過程：（1） 帶傳動帶動工件，傳感器1有信

5、號后，帶傳動停止，工件到位；（2） 夾具快進(jìn)裝夾工件，傳感器2有信號后，夾具開始工進(jìn)，夾緊工件；（3） 到達(dá)設(shè)定壓力后，壓力繼電器發(fā)出信號，通知工件裝夾完畢；（4） 鉆頭快進(jìn)；（5） 傳感器3有信號后，鉆頭工進(jìn)開始鉆孔；（6） 傳感器4有信號后，鉆孔完成，鉆頭工退；（7） 傳感器3有信號后，鉆頭快退；（8） 傳感器5有信號后，鉆頭原位停止，夾具松開，擋板右移，工件掉落零件箱；（9） 擋板右移到位后延時2秒后復(fù)位停止，傳感器6有信號后，夾具復(fù)位停止，帶傳動帶動下一工件到位，進(jìn)行下一循環(huán)；2.3.3、動作循環(huán)圖 動作循環(huán)示意圖2.4液壓回路設(shè)計2.4.1 設(shè)計思路： 完成以上動作需3個液壓缸控制，

6、1缸為夾具控制缸。缸在夾緊工件時，當(dāng)系統(tǒng)壓力到達(dá)一定程度時，壓力繼電器工作，缸1控制夾具在工件加工過程中都處于夾緊狀態(tài)。為縮短工時，1缸和3缸設(shè)計了兩種速度：即工進(jìn)和快進(jìn)?？紤]到工件的工藝合理性，3缸還設(shè)置了一個工退速度。2缸用于是控制擋板工作，所以采用單一速度，其速度可由調(diào)速閥設(shè)定。3個液壓缸都由兩位三通閥來控制液路是否為前進(jìn)或者后退。在手動模式下，只需要控制缸1和缸3液壓控制油路的兩位兩通閥ya3、ya8，來實現(xiàn)快、慢速度的選擇。 液壓回路圖說明：1） 帶傳動帶動工件，傳感器1有信號后，帶傳動停止，工件到位。2） 液壓缸1推入工件，ya1、ya3得電，夾具快進(jìn)。傳感器2接收信號，ya1得電

7、，夾具工進(jìn)。壓力繼電器作用，夾緊工件。3） 液壓缸3快進(jìn)，ya7、ya8得電。傳感器3有信號，ya6得電，缸3工進(jìn)。傳感器4有信號，鉆孔加工完成。ya7、ya8得電，缸3快退。4） 傳感器5有信號，鉆頭退到原位，ya4得電，缸2快進(jìn)，擋板右移，工件掉落。ya2、ya3得電，缸1快退。5） 傳感器6有信號，夾具退到原位。ya5得電，缸2 快退，擋板回到原位。帶傳動啟動，進(jìn)入下一個動作循環(huán)。2.4.2 液壓回路得電順序表 得電順序表狀況動作ya1ya2ya3ya4ya5ya6ya7ya8缸1快進(jìn)+-+-缸1工進(jìn)+-缸3快進(jìn)-+-+缸3工進(jìn)-+-缸3工退-+-缸3快退-+缸2快進(jìn)-+-缸2快退-+-

8、缸1快退-+-缸1工退-+-停留-2.5 plc控制系統(tǒng)設(shè)計2.5.1系統(tǒng)功能設(shè)計根據(jù)工件加工工藝過程分析，系統(tǒng)功能設(shè)置如下：1、帶電機(jī)、泵電機(jī)、鉆頭電機(jī)啟動、停止、急停；2、自動功能：系統(tǒng)默認(rèn)撥動開關(guān)處于手動狀態(tài)，把撥動開關(guān)撥至循環(huán)位置sa1-1處，實現(xiàn)自動運行功能。3、手動功能：系統(tǒng)默認(rèn)撥動開關(guān)處于手動狀態(tài)下，夾具、鉆頭沒處于原位或者自動運行出現(xiàn)故障時，可以經(jīng)過相應(yīng)的液壓缸控制撥動開關(guān)sa3-1、sa3-2、sa3-3，然后通過進(jìn)/退按鈕sb4/sb5實現(xiàn)手動回位和相應(yīng)的功能。4、快、慢速功能：系統(tǒng)默認(rèn)所有部件動作處于慢速狀態(tài)，可以根據(jù)現(xiàn)實需要撥動快速撥動開關(guān)sa2-1，實現(xiàn)相應(yīng)的快速進(jìn)給

9、功能。5、單獨控制功能：在手動狀態(tài)或者在自動運行出現(xiàn)故障時，可以根據(jù)實際需要選擇液壓缸控制撥動開關(guān)sa3-1、sa3-2、sa3-3控制缸1、缸2、缸3，進(jìn)行相應(yīng)的動作。6、系統(tǒng)自檢功能：在系統(tǒng)開始進(jìn)行自動功能時，夾具和鉆頭必須處于原位，否則相應(yīng)的傳感器沒有信號，無法進(jìn)行下一操作。2.5.2 i/o口的點數(shù)及地址分配、plc選型輸入輸出名稱plc對應(yīng)輸入端口說明輸出端口中間繼電器plc對應(yīng)輸出端cgq1x0夾具原位傳感器y0ka0帶傳動電機(jī)cgq2x1鉆頭原位傳感器y1ka1泵電機(jī)cgq3x2夾具工進(jìn)傳感器y2ka2鉆頭電機(jī)cgq4x3鉆頭工進(jìn)傳感器y3ka3電磁鐵1ya按鈕sb1x4帶電機(jī)y

10、4ka4電磁鐵2ya按鈕sb2x5泵電機(jī)y5ka5電磁鐵3ya按鈕sb3x6鉆頭電機(jī)y6ka6電磁鐵4ya按鈕sb4x7前進(jìn)y7ka7電磁鐵5ya按鈕sb5x10后退y10ka8電磁鐵6ya按鈕sb6x11急停y11ka9電磁鐵7ya撥動開關(guān)sa1-1x12工作方式選擇y12ka10電磁鐵8ya撥動開關(guān)sa2-1x13快速撥動開關(guān)sa3-1x141缸選擇撥動開關(guān)sa3-2x152缸選擇撥動開關(guān)sa3-3x163缸選擇壓力繼電器x17cgq5x20工件到位傳感器cgq6x21鉆頭工進(jìn)停止傳感器 由上圖可以看出輸入點為18個，輸出點為11個，根據(jù)零件加工工藝特性、控制要求以及輸入輸出點數(shù)的情況，并

11、考慮以后擴(kuò)大功能，留%10%15的余量，選定plc型號為愛默生ec10-2416bta晶體管輸出，輸入為24個點，輸出為16個點，滿足方案要求。2.6 畫出電氣原理回路設(shè)計主電路圖控制電路圖 2.8 plc程序設(shè)計2.7 流程圖2.8.1 全局變量表：序號變量地址注釋序號變量地址注釋1m0帶電機(jī)停止26x5泵啟動2m1自動缸1快進(jìn)27x6鉆頭電機(jī)啟動3m2自動缸1工進(jìn)28x7手動缸進(jìn)4m3壓力繼電器29x10手動缸退5m4自動缸3快進(jìn)30x11急停6m5自動缸3工進(jìn)31x12程序自動循環(huán)7m6缸3工進(jìn)停止32x13手動快速8m7自動缸3工退33x14手動缸19m10自動缸3快退34x15手動缸

12、210m11自動缸2快進(jìn)35x16手動缸311m12自動缸2快退36x17壓力繼電器12m13自動缸1快退37x20工件到位13m14夾具歸原位38x21鉆頭工進(jìn)到位14m15手動缸1進(jìn)39y0帶電機(jī)15m16手動缸1退40y1泵電機(jī)16m17手動缸2進(jìn)41y2鉆頭電機(jī)17m20手動缸2退42y3ya118m21手動缸3進(jìn)43y4ya219m22手動缸3退44y5ya320m23快速選擇45y6ya421x0夾具處于原位46y7ya522x1鉆頭處于原位47y10ya623x2夾具工進(jìn)位置48y11ya724x3鉆頭工進(jìn)位置49y12ya825x4帶電機(jī)啟動2.8.2 程序如下：程序解釋：ne

13、twork02：為帶電機(jī)啟動、泵電機(jī)啟動、鉆頭電機(jī)啟動，而整個自動模式的循環(huán)啟動通過m14來實現(xiàn)。系統(tǒng)的急停和停止通過x11來實現(xiàn)。network3：為自動模式的選擇，自動的選擇是通過mc0 mcr0來實現(xiàn)的。系統(tǒng)默認(rèn)手動模式，當(dāng)把撥動開關(guān)x12打到自動檔，就可以實現(xiàn)自動模式。如果mc0 mcr0沒接通在當(dāng)中的程序就不會執(zhí)行，這樣就完全避免了在手動操作模式中傳感器對動作的影響；network4 ：帶傳動輸送工件到位，傳感器1觸發(fā)，m0中間繼電器得電并自鎖。并與帶電機(jī)互鎖，實現(xiàn)帶電機(jī)的停止控制。network57：夾具處于原位，再按下帶電機(jī)啟動按鈕x4，中間繼電器m1得電并自鎖，缸1 實現(xiàn)快進(jìn)。

14、快進(jìn)到位后，傳感器2觸發(fā)，m2得電并自鎖，缸1開始工進(jìn)。夾具對工件進(jìn)行夾緊，當(dāng)系統(tǒng)壓力上升到壓力繼電器x17的設(shè)定值后，壓力繼電器觸發(fā)，m3得電并自鎖，而x17自身也控制該路的斷開。network812：當(dāng)鉆頭處于原位，壓力繼電器觸發(fā)，中間繼電器m4得電并自鎖，缸3快進(jìn)?？爝M(jìn)到位，傳感器3觸發(fā)，中間繼電器m5得電并自鎖，缸3開始工進(jìn)。工進(jìn)到位后，傳感器4觸發(fā)，m6得電并自鎖。計時器工作，鉆頭停留一段時間。計時完畢，m7得電并自鎖，缸3工退。傳感器3觸發(fā)，m10得電并自鎖，缸3快退。network1314：缸3快退至原位，傳感器5觸發(fā)，中間繼電器m11得電并自鎖，缸2控制擋板右移。計時器開始計時

15、，計時完畢后，m12得電并自鎖，缸2控制擋板左移回原位。network1517：缸2快進(jìn)同時，m13得電并自鎖，缸1控制夾具快退。當(dāng)夾具退回至原位后，傳感器6觸發(fā)。缸2快退停止。至此，開始進(jìn)入下一自動循環(huán)。network1823：手動程序的編制是根據(jù)分支結(jié)構(gòu)來編寫?？梢苑謩e選擇缸1、缸2、缸3，然后通過按鈕x13選擇速度快慢，通過x7、x10控制缸的前進(jìn)或后退。network2430：為各程序段輸出。每條程序均有急?？刂?，以保證安全。3、 plc系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試遇到的問題 問題一、在零件設(shè)計的時候沒考慮到液壓系統(tǒng)的特性，出現(xiàn)了包含斜面、曲面的零件。同時思維不夠發(fā)散，僅局限于階梯軸等零件的思考。

16、問題二、零件加工工藝知識掌握不夠全面。在設(shè)計零件加工工藝過程時，零件夾具的液壓控制回路的速度設(shè)置不合理。在靠近工件夾緊時，應(yīng)該把速度放慢。鉆頭加工完畢后，應(yīng)該有一個工退速度，而不能一下子快退。否則會碰壞零件或者鉆頭。 問題三、根據(jù)功能要求，在手動模式下要實現(xiàn)快、慢速度的選擇。在液壓回路的設(shè)計和plc程序編寫時把問題復(fù)雜化，在老師的指點下，我們僅控制閥ya3、ya8便能實現(xiàn)，簡單便捷。 問題四、用急停開關(guān)x11控制各個電機(jī)停止和用帶電機(jī)啟動按鈕x4啟動自動程序是可以實現(xiàn)其功能，但是在實際生產(chǎn)時不可取，應(yīng)該設(shè)置相對應(yīng)的功能按鈕。 問題五、在plc編程時，我們剛開始把自動/手動、快速/慢速功能的實現(xiàn)

17、分部分去編寫。但實際上只用mc0/mcr0指令便可實現(xiàn)。使程序更加簡單易懂。 問題六、在編寫手動控制缸1、缸2、缸3前進(jìn)或后退的程序時，我們按相對關(guān)系去編了6個程序塊去實現(xiàn)，顯得復(fù)雜難以控制。在張老師的啟發(fā)下，我們只用3個程序塊去實現(xiàn)。具體程序參考：network22network22。四、結(jié)論 本次實驗的過程中，雖然出現(xiàn)很多問題，但是在老師的指導(dǎo)下和組員的努力下，達(dá)到了預(yù)期的目的。我們熟悉了液壓plc系統(tǒng)設(shè)計的步驟、液壓回路的設(shè)計、plc程序的編寫和調(diào)試。同時也學(xué)習(xí)了畫圖軟件office visio 的使用，進(jìn)一步熟練掌握plc編程軟件及編程方法，為以后的畢業(yè)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。五、自我總結(jié)四天

18、的機(jī)電綜合實驗已經(jīng)結(jié)束，雖然我們組在大家的共同努力下完成了實驗的要求任務(wù)。完成了確定零件、制定方案、確定加工工藝圖、確定液壓回路、plc程序的編輯以及plc原理圖的繪制、程序的調(diào)試等各個步驟。但還是暴露了很多的缺點和不足。 我主要負(fù)責(zé)方案的制定、確定液壓回路和plc程序的編寫，以及后續(xù)的報告整理工作。同時也參與了其他部分的一些工作，使我受益良多。 下面回顧一下我在實驗的過程出現(xiàn)的問題以及解決方法： 1）方案的確定：初始的方案一直被老師否定，因為思維局限于一些常見的零件加工，后來想到加工的某一道工序也可滿足實驗的要求，于是制定了現(xiàn)有的方案。這些都反映了我平時缺乏對零件和及其生產(chǎn)過程的仔細(xì)觀察，對機(jī)械行業(yè)的關(guān)注度不夠。 2）液壓回路的制定涉及到零件加工工藝過程，但是零件加工工藝這方面的知識是