基于PLC的千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)設計

1、機電工程學院課程設計說明書設計題目: 千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)設計 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 王宗才 2011年 12 月 08 日25內(nèi)容摘要在本設計中采用裝在動力滑臺上左，右兩個動力頭同時進行切削。動力頭的快進、工進及快退由液壓缸驅(qū)動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調(diào)整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。主要介紹了通過plc控制系統(tǒng)，設計了千斤頂液壓缸加工機床電氣控制，并設計了千斤頂液壓缸加工機床電氣控制梯形圖，千斤頂液壓缸加工機床控制硬件配置連線圖，基于plc的機床電氣控制系統(tǒng)的控制電路圖。關鍵字： 液壓缸；plc控制系統(tǒng)；梯形圖；主電路圖；硬件配置連線圖目 錄第

2、1章 引言11.1 plc的基本概念21.2 plc的基本結(jié)構(gòu)21.3 plc的工作原理2第2章 設計思路42.1設計要求42.2控制要求52.3 硬件系統(tǒng)設計5第3章 電路設計83.1主電路圖83.2硬件配置接線圖9第4章 程序設計104.1程序梯形圖104.2程序指令表18設計總結(jié)22謝辭23附錄24參考文獻25第1章 引言本課程設計的內(nèi)容是千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)的設計。其要求如下：1.控制要求：(1) 左右動力頭旋轉(zhuǎn)切削由電動機m1集中傳動，切削時冷卻泵電動機同時運轉(zhuǎn)。(2) 只有在液壓泵電動機m3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢測）后，才能進行其他的控制。(3) 機床即能

3、半自動循環(huán)工作，又能對各個動作單獨進行調(diào)整。(4) 要求有必要的電氣連鎖與保護，還有顯示與安全照明。2.控制過程及原理：千斤頂液壓缸兩端面的加工，采用裝在動力滑臺的左、右兩動力頭同時進行加工切削，機床屬于雙面單工位組合機床。千斤頂液壓缸兩端面加工機床由兩個液壓滑臺、動力箱、固定式夾具、底座、床身和液壓站等部件組成。千斤頂液壓缸兩端面加工時，將工件放在工作臺上并加緊，當工件加緊后發(fā)出加工命令，左、右滑臺開始快進，當接近加工位置時，左、右滑臺變?yōu)楣みM進給，直到加工完成后再快退返回。至原來左、右滑臺分別停止，并將工件放松取下，工作循環(huán)結(jié)束。即工作循環(huán)如下：工件定位 - 工件夾緊- 滑臺入位 - 加工

4、零件 - 滑臺復位- 夾具松開。1.1 plc的基本概念早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller,plc)它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個人計算機(personal computer)的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱plc。1.2 plc的基本結(jié)構(gòu)plc實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： a、電源 plc的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作

5、用。一般交流電壓波動+10%(+15%)范圍內(nèi)、，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去。b、中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；當plc投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行c、存儲器 存

6、放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。d、輸入輸出接口電路1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是plc與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用plc通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。e、功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊。f、通信模塊1.3 plc的工作原理當plc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方

7、式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram

8、存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即i/o指令則可以直接存取i/o點。即使用i/o指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直

9、接從i/o模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是plc的真正輸出。第2章 設計思路2.1設計要求本機床用于千斤頂液壓缸兩個端面的加工，采用裝在動力滑臺上的左、右兩個動力頭同時進行切削。動力頭的快進、工進及快退由液壓缸驅(qū)動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調(diào)整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。機床的工作程序是：(1)工件定位 人工將零件裝入夾具后，定位液壓缸動作，工件定位。(2)工件夾緊 零件定位后，

10、延時15s，夾緊液壓缸動作使零件固定在夾具內(nèi)，同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位。(3)滑臺入位 滑臺帶動動力頭一起快速進入加工位置。(4)加工零件 左右動力頭進行兩端面切削加工，動力頭到達加工終點位置即停止工進，延時30s后停轉(zhuǎn)，快速退回原位。(5)滑臺復位 左右動力頭退回原位后，滑臺復位。(6)夾具松開 當滑臺復位后夾具松開，取出零件。以上各種動作由電磁閥控制，電磁閥動作要求見表2-1。表2-1 電磁閥動作要求yv1yv2yv3yv4yv5定位夾緊入位工進退位復位放松注：“+”號表示電磁閥得電。2.2 控制要求控制要求如下： (1)左右動力頭旋轉(zhuǎn)切削由電動機m1集中傳動，切削時冷卻泵電動機同

11、 時運轉(zhuǎn)。 (2)只有在液壓泵電動機m3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢 測）后，才能進行其他的控制。 (3)機床即能半自動循環(huán)工作，又能對各個動作單獨進行調(diào)整。 (4)要求有必要的電氣連鎖與保護，還有顯示與安全照明。 (5)控制信號說明如 表2-2所示。 (6)相關參數(shù)： 動力頭電動機m1：y100l-6，1.5 kw，ac380v，4.0a。 冷卻泵電動機m2：jcb-22，0.15kw，ac380v，0.43a。 液壓泵電動機m3：y801-4，0.55kw，ac380v，1.6a。 電磁閥yv1yv5：100ma，ac220v。 指示燈hl1hl8：10ma，dc24v。 表2-2

12、 控制信號說明輸入 輸出 文字符號 說明 文字符號 說明sa1-1機床半自動循環(huán)控制轉(zhuǎn)換開關km1動力頭m1、冷卻泵m2接觸器sa2-1手動定位控制轉(zhuǎn)換開關km2液壓泵m3接觸器sa3-1手動入位控制轉(zhuǎn)換開關yv11#電磁閥sa3-2手動工進控制轉(zhuǎn)換開關yv22#電磁閥sa3-3手動退位控制轉(zhuǎn)換開關yv33#電磁閥sb1動力頭m1、冷卻泵m2起動按鈕yv44#電磁閥sb2動力頭m1、冷卻泵m2停止按鈕yv55#電磁閥sb3液壓泵m3起動按鈕hl1動力頭m1、冷卻泵m2運行指示sb4液壓泵m3停止按鈕hl2液壓泵m3運行指示km1動力頭m1、冷卻泵m2運行信號hl3半自動循環(huán)工作指示km2液壓泵

13、m3運行信號hl4定位指示fr1動力頭m1、冷卻泵m2過載信號 hl5入位指示kp壓力繼電器油壓檢測信號hl6工進指示sq動力頭工進終點位置檢測信號hl7退位指示hl8故障指示2.3 硬件系統(tǒng)設計2.3.1 i/o點數(shù)確定及plc機型選擇由上述控制要求可知系統(tǒng)可采用自動工作方式，也可以采用手動工作方式.輸入有18點，輸出有16點，并考慮余量要求，因此系統(tǒng)采用24輸入，16輸出的plc.所以系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，其中plc的選型范圍較寬，現(xiàn)選用西門子公司的s7-200，cpu226型plc。2.3.2 i/o分配表千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)plc輸入地址分配表如下:表2-3 輸入地址分配表

14、文字符號說明輸入地址kp壓力繼電器油壓檢測信號i0.0sb1動力頭m1、冷卻泵m2起動按鈕i0.1sb2動力頭m1、冷卻泵m2停止按鈕i0.2sb3液壓泵m3起動按鈕i0.3sb4液壓泵m3停止按鈕i0.4sa1-1機床半自動循環(huán)控制轉(zhuǎn)換開關i0.5sa2-1手動定位控制轉(zhuǎn)換開關i0.6sa3-1手動入位控制轉(zhuǎn)換開關i0.7sa3-2手動工進控制轉(zhuǎn)換開關i1.0sa3-3手動退位控制轉(zhuǎn)換開關i1.1km1動力頭m1、冷卻泵m1故障信號i1.2km2液壓泵m3故障信號i1.3fr1動力頭m1、冷卻泵m2過載信號i1.4sq動力頭工進終點位置檢測信號i1.5sq1定位終點位置檢測信號i1.6sq2

15、入位終點位置檢測信號i1.7sq3液壓夾緊檢測信號i2.0sq4退位終點檢測信號i2.1千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)plc輸出地址分配表如下:表2-4 輸出地址分配表文字符號說 明輸出地址hl1動力頭m1、冷卻泵m2運行指示q0.0hl2液壓泵m3運行指示q0.1hl3半自動循環(huán)工作指示q0.2hl4定位指示q0.3hl5入位指示q0.4hl6工進指示q0.5hl7退位指示q0.6hl8故障指示q0.7yv11#電磁閥q1.0yv22#電磁閥q1.1yv33#電磁閥q1.2yv44#電磁閥q1.3yv55#電磁閥q1.4km1動力頭m1、冷卻泵m1接觸器q1.5km2液壓泵m3接觸器q1.

16、6第3章 電路設計3.1 主電路圖其中m1帶動動力頭，m2帶動冷卻泵，m3帶動液壓泵。km1為m1，m2的接觸器。km2為m3的接觸器。左右動力頭旋轉(zhuǎn)切削由電動機m1集中傳動，切削時冷卻泵電動機m2同時運轉(zhuǎn)。m3帶動液壓泵，只有在液壓泵電動機m3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢測）后，才能進行其他的控制。主電路圖如下所示。 圖3-1 主電路圖3.2 硬件配置接線圖根據(jù)信號輸入輸出的類型及控制的主電路，繪制i/0連接圖如圖3-2所示。圖3-2 i/o接線圖第4章 程序設計4.1程序梯形圖將零件裝入夾具中，按下液壓泵m3的啟動按鈕sb3（i0.3）啟動電機m3，接觸器km2（m0.0）得電自鎖

17、，km2閉合，然后按下循環(huán)控制按鈕sa1-1（i0.5），循環(huán)工作指示燈hl3(q1.1)和m3工作指示燈y10亮。當壓力達到一定值之后，kp(i0.0)閉合，定位轉(zhuǎn)換開關sa2-1(i0.6)閉合，從而使電磁閥yv1(q0.0)得電閉合，定位指示燈hl4(q1.2)亮，工件開始定位.零件定位之后，開始延時，延時15s之后電磁閥yv2(q0.1)開始得電，加緊液壓缸動作使零件固定在夾具里，同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位.然后按下動力頭m1，冷卻泵m2的啟動按鈕km1啟動，接觸器km1得電，指示燈hl1亮，同時入位轉(zhuǎn)換開關sa3-2(i0.1)閉合，電磁閥yv4，yv5得電，滑臺帶動動力頭一起

18、快速進入加工位置,入位指示燈hl5(q1.3)亮.入位之后，當工進轉(zhuǎn)換開關sa3-3(i1.1)得電時，電磁閥yv4(q0.3)置位，同時工進指示燈hl6(q1.4)亮，左右動力頭開始進行兩端面切削加工.當動力頭到達加工終點位置即停止工進，此時檢測開關sq1(i1.6)得電閉合使yv4復位斷電，延時30s后復位km1斷.退位轉(zhuǎn)換開關sa3-3閉合，退位電磁閥yv3(q0.2)得電動作，同時退位指示燈hl7亮，動力頭開始退回原位。 左右動力頭退回原位后，滑臺復位，原位檢測信號開關sq2(i1.7)動作，復位接觸器y3，使夾具松開，取出零件。根據(jù)pcl編程要求以及本設計要求，設計程序如下： 4.2

19、 程序指令表根據(jù)梯形圖，可得語句表如下： network 1 / 網(wǎng)絡標題/ m3啟動ld i0.3o m0.0an i0.4an i1.3an i1.4= m0.0network 2 ld m0.0= q0.6= q1.0network 3 / 動力頭動作ld i0.1o m0.1an i0.2an i1.2an i1.4= m0.1network 4 ld m0.1lpsan m5.5= q0.5lpp= q0.7network 5 / 半自動手動轉(zhuǎn)換ld m0.0a i0.0lpsa i0.5= m1.0lppan i0.5= m2.0= q1.1network 6 / 手動定位ld m

20、1.0a i0.6lpsan m5.0= m3.0lrda i1.6= m1.1lpp= q1.2network 7 / 自動定位ld m2.0lpsan m5.1= m3.1lrda i1.6= m2.1lpp= q1.2network 8 ld m1.1o m2.1an t37ton t37, +150network 9 ld t37o m1.2= m1.2network 10 ld t37o m2.2= m2.2network 11 / 手動夾緊ld m1.2lpsan m5.7= m3.2lrda i2.0= m1.3lpp= m5.0network 12 / 自動夾緊ld m2.2l

21、psan m6.1= m3.3lrda i2.0= m2.3lpp= m5.1network 13 / 手動入位ld m1.3a i0.7lpsan m5.4= m3.4lrdan m5.2= m3.5lrda i1.7= m1.4lpp= q1.3network 14 / 自動入位ld m2.3lpsan m5.4= m3.6lrdan m5.3= m3.7lrda i1.7= m2.4lpp= q1.3network 15 / 手動工進ld m1.4a i1.0lpsan m5.4= m3.4lrda i1.5= m1.5lrd= m5.2lpp= q1.4network 16 / 自動工

22、進ld m2.4lpsan m5.4= m3.6lrda i1.5= m2.5lrd= m5.3lpp= q1.4network 17 / 工進停止ld m1.5o m2.5= m5.4network 18 ld m1.5o m2.5an t38ton t38, +300network 19 ld t38o m1.6= m1.6network 20 ld t38o m2.6= m2.6network 21 / 動力頭停轉(zhuǎn)（手動）ld m1.6= m5.5= m1.7network 22 / 手動退位ld m1.7a i1.1lpsan m3.4= m4.0lrda i2.1= m7.0lpp=

23、 q1.5network 23 / 夾緊缸松開ld m7.0= m5.7network 24 / 動力頭停轉(zhuǎn)（自動）ld m2.6= m5.5= m2.7network 25 / 自動退位ld m2.7lpsan m3.4= m4.1lrda i2.1= m7.1lpp= q1.5network 26 ld m7.0= m6.1network 27 / 電磁閥動作ld m3.2o m3.3= q0.1network 28 ld m3.4o m3.6= q0.3network 29 ld m3.5o m3.7= q0.4network 30 ld m4.0o m4.1= q0.2network 31 / 故障指示ld i1.2o i1.3o i1.4= q0.6設計總結(jié)通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關plc應用方面的知識，在設計過程中尤其是自己動手編制程序時，遇到了很多困難，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我掌握的知識不再是紙上談兵，而是學以致用。同時，這次課程設計讓我感受到了我對所學習的內(nèi)容是多么的不熟練，在設計過程中總是需要翻書，還總是會出現(xiàn)問題，同時這些問題也提醒了我那些地方?jīng)]學好，加深了對這部分知識的印象。課程設計