齊齊哈爾機(jī)床廠四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計( (論文論文) ) 題題目：齊齊哈爾機(jī)床廠四工位目：齊齊哈爾機(jī)床廠四工位 組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)學(xué)院：信息工程學(xué)院院：信息工程學(xué)院 專專業(yè)：自動化業(yè)：自動化 學(xué)學(xué)號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 二二九九 年年 五五 月月 二十二十 日日 齊齊哈爾機(jī)床廠四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 本論文設(shè)計的組合機(jī)床是由通用部件組合而成,其控制系統(tǒng)是采用電氣、液 壓、機(jī)械組合的控制方式.在此我主要是針對該控制系統(tǒng)的電氣控制電路進(jìn)行設(shè) 計，機(jī)械、液壓控制系統(tǒng)僅作基本說明. 本論文設(shè)計的控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計方面，首先確定電力拖動方案與電動機(jī)

2、選 擇，然后確定繼電-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計方案，最后對主電路，變壓器，控制電 路等進(jìn)行設(shè)計，同時控制系統(tǒng)的核心控制由德國的西門子（SIEMENS）公司的 S7 系列可編程控制器（PLC）完成. 在軟件設(shè)計方面采用老改新法設(shè)計和創(chuàng)新法設(shè)計梯形圖（功能表圖） ，使用 SIMATIC S7-200 的專用編程軟件 STEP 7-Micro/WIN V3.1 對程序進(jìn)行編寫、調(diào)試、 寫入. 本論文對四工位組合機(jī)床和 編程控制器（PLC）的基本知識進(jìn)行介紹，具體 說明本論文 涉及的 SIMATIC S7-200 模塊、功能、使用方法和編程軟件 STEP 7- Micro/WIN V3.2 的使用方法.詳細(xì)

3、闡述了組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括設(shè) 計思想及步驟硬件設(shè)計部分、軟件設(shè)計部分、元件選型等. 關(guān)鍵字：四工位組合機(jī)床、機(jī)械控制、電氣控制、可編程控制器（PLC） Qiqihaer Machine Tool Plant Four-Machine Control System Design Chen Cheng Abstract In this paper, a combination of machine tool design is a combination of common components, the control system is the use of electrical,

4、 hydraulic, mechanical control portfolio. I was mainly in the control system for electrical control circuit design, mechanical, hydraulic control system for a basic description only. In this paper, the design of the control system in hardware design, first of all to identify with the electric drive

5、motor options, and then determine the relay - contactor control system design, the last of the main circuit, transformers, control circuit design, etc. At the same time, control system the core of the control of Siemens from Germany SIEMENSs S7 Series Programmable Logic Controller (PLC) to complete.

6、 In software design using the old design to new and innovative design ladder diagram (Chart menu), the use of SIMATIC S7-200 special programming software STEP 7-Micro/WIN V3.1 on the procedures to prepare, debug, write. In this paper, the four-station modular machine tool and programming controller

7、(PLC) to introduce basic knowledge of the specific implications of this thesis SIMATIC S7-200 modules, functions, use of methods and programming software STEP 7-Micro/WIN V3.2. Combination of detailed design of machine control systems, including design concepts and hardware design steps of the part

8、of software design, component selection and so on. Keyword：four worktable assorted mashinetool、mechanical control、 Electric Control、Programmed controller (PLC) 目 錄 第 1 章 引 論.1 1.1 四工位組合機(jī)床概述.1 1.2 可編程控制器概況.2 1.3 SIMATIC S7-200（PLC）簡介.3 1.3.1 產(chǎn)品概述.3 1.3.2 SIMATIC S7-200 CPU.3 1.3.3 S7-200 擴(kuò)展模塊 .4 1.4

9、編程軟件 STEP 7-MICRO/WIN 介紹.6 1.4.1 計算機(jī)配置要求.6 1.4.2 STEP 7-Micro/WIN 基本操作 .6 第 2 章 四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計概述.10 2.1 設(shè)計思想及步驟.10 2.2 電氣硬件設(shè)計部分.10 2.2.1 電力拖動方案確定和電動機(jī)選擇.10 2.2.2 繼電-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計方案確定.10 2.2.3 主電路設(shè)計.11 2.2.4 變壓器的設(shè)計.12 2.2.5 控制電路設(shè)計.13 2.2.6 液壓回轉(zhuǎn)工作臺的電氣控制電路設(shè)計.15 2.2.7 液壓動力頭電氣控制電路設(shè)計.19 2.2.8 指示燈電路設(shè)計.22 2.2.9

10、總電路設(shè)計.22 2.3 新舊標(biāo)準(zhǔn)對照表.25 2.4 PLC 軟件編程設(shè)計 .25 2.4.1 老改新法設(shè)計.25 第 3 章 結(jié)束語.33 致謝.34 參考文獻(xiàn).35 附錄.37 第 1 章 引 論 1.1 四工位組合機(jī)床概述 一般通用機(jī)床適用于生產(chǎn)批量不大的單件,小批量甚至成批生產(chǎn)的機(jī)械加工中,隨 著生產(chǎn)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,產(chǎn)品往往是大批量生產(chǎn),為此設(shè)計和生產(chǎn)了各種 專用機(jī)床和自動線. 組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)是由通用的控制機(jī)構(gòu)或典型環(huán)節(jié)所組成.組合機(jī)床的 控制一般均采用機(jī)械,液壓,電氣相結(jié)合的控制方式.其中電氣控制往往起著連接 中樞的作用. 四工位組合機(jī)床是對特定的工件進(jìn)行加工的一種

11、高效率,自動化的專用加工設(shè) 備,這種機(jī)床是具有自動工作循環(huán),并能實現(xiàn)自動調(diào)整的加工設(shè)備,它能夠用十幾 把甚至幾十把刀具同時進(jìn)行加工. 本組合機(jī)床是由通用部件組合而成,其控制系統(tǒng)是采用電氣,液壓,機(jī)械組合的 控制方式.在此我們主要是對電氣控制電路的設(shè)計.液壓系統(tǒng)只作為參閱使用, 該組合機(jī)床由液壓動力頭和液壓回轉(zhuǎn)工作臺兩大部分組合而成,它用來加工一 種輪轂工件上十二葛孔所用的專用機(jī)床,立式動力頭上裝有 36 把刀具,其中 12 把 鉆頭,12 把擴(kuò)鉆頭和 12 把鉸刀,加工位共有四個:第一個是裝卸工件;第二個是鉆 孔 工序;第三個是擴(kuò)孔工序;第四個工位是鉸孔工序. 加工工位布置圖見下圖（圖 1-1

12、）所示 圖 1-1 四工位組合機(jī)床工作臺示意圖 1.2 可編程控制器概況 可編程控制器（Programmable Controller，簡稱 PC）.與個人計算機(jī)的 PC 相區(qū)別，用 PLC 表示.PLC 是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計 算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用 來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng). 國際電工委員會（IEC，International Electrical Committee）頒布了對 PLC 的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用 而設(shè)計.它采用可

13、編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、 定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制 各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工控 制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計. 相對一般意義上的計算機(jī)，可編程控制器并不僅僅具有計算機(jī)的內(nèi)核，實質(zhì) 上是它經(jīng)過一次開發(fā)的工業(yè)控制用計算機(jī).從另一個方面來說，它是一種通用機(jī)， 不經(jīng)過二次開發(fā)，它就不能在任何具體的工業(yè)設(shè)備上使用.PLC 具有通用性強(qiáng)、使 用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點.再加上其體積 小，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，控制功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)，安裝接

14、線簡單等眾多 優(yōu)點，可編程控制器在問世后的短短 30 年中獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在工業(yè)控 制中得到了非常廣泛的應(yīng)用.可以預(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用 必將形成世界潮流. PLC 程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應(yīng)用程序，系統(tǒng)程 序提供運行平臺，同時，還為 PLC 程序可靠運行及信息與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公 共處理.用戶程序由用戶按控制要求自行設(shè)計. 1.3 SIMATIC S7-200（PLC）簡介 1.3.1 產(chǎn)品概述 S7-200系列是一種可編程序邏輯控制器（Micro PLC）.它能夠控制各種設(shè)備 以滿足自動化控制需求.S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、

15、計數(shù)器、定時器、 復(fù)雜數(shù)學(xué)運算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)， 改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的.緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7- 200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案1. 1.3.2 SIMATIC S7-200 CPU S7-200 CPU 將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量 I/O 點集成在一個緊 湊的封裝中，從而形成了一個功能強(qiáng)大的微型 PLC.參見圖 1-2.在下載了程序之 后，S7-200 將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備. 圖 1-2 S7-200 微型 CPU Siemens公司提供多種類型的CPU以適應(yīng)各種應(yīng)用.表1-1中

16、對各種CPU的特性 作一簡單比較. 注：藍(lán)色框內(nèi)所選為本論文設(shè)計的控制系統(tǒng)所用的 S7-200 的 CPU. CPU 224 接線圖如圖 1-3 所示： 圖 1-3 CPU 224 接線圖 1.3.3 S7-200 擴(kuò)展模塊 S7-200系列提供多種類型的擴(kuò)展模塊.可以利用這些擴(kuò)展模塊完善CPU的功能.表 1-1列出了現(xiàn)有的擴(kuò)展模塊. 表1-1 S7-200擴(kuò)展模塊 1、數(shù)字?jǐn)U展模塊 數(shù)字?jǐn)U展模塊如表 1-2 所示: 表 1-2 數(shù)字?jǐn)U展模塊 注：藍(lán)色框內(nèi)所選為本論文設(shè)計的控制系統(tǒng)所選用的 S7-200 的擴(kuò)展模塊. 2、EM223 擴(kuò)展模塊的接線圖 EM223 擴(kuò)展模塊的接線圖如圖 1-4

17、所示: 圖 1-4 EM223 擴(kuò)展模塊的接線圖 1.4 編程軟件 STEP 7-Micro/WIN 介紹 1.4.1 計算機(jī)配置要求 計算機(jī)配置要求如圖 1-5 所示: 圖 1-5 計算機(jī)配置要求 1.4.2 STEP 7-Micro/WIN 基本操作 1、打開STEP 7-Micro/WIN 點擊STEP 7-Micro/WIN的圖標(biāo)，打開一個新的項目，圖1-6所示為一個新項 目.注意左側(cè)的操作欄.可以用操作欄中的圖標(biāo)，打開STEP 7-Micro/WIN項目中 的組件.點擊操作欄中的通訊圖標(biāo)進(jìn)入通訊對話框.可以用這個對話框為STEP 7-Micro/WIN 設(shè)置通訊參數(shù). 2、為 STE

18、P 7-Micro/WIN 設(shè)置通訊參數(shù) 圖 1-6 新建 STEP7-Micro/WIN 項目 在示例項目中使用的是STEP 7-Micro/WIN和RS-232/PPI多主站電纜的缺省 設(shè)置.按圖1-7檢查下列設(shè)置： PC/PPI電纜的通訊地址設(shè)為0. 接口使用COM1. 傳輸波特率用 9.6Kbps. 圖 1-7 通訊設(shè)置 3、與 S7-200 建立通訊用通訊對話框與 S7-200 建立通訊： 在通訊對話框中雙擊刷新圖標(biāo). STEP 7-Micro/WIN搜尋并顯示所連接的S7-200站的CPU圖標(biāo). 選擇S7-200站并點擊OK. 如果STEP 7-Micro/WIN未能找到S7-20

19、0 CPU，請核對通訊參數(shù)設(shè)置，并重 復(fù)以上步驟.建立與S7-200的通訊之后，就可以創(chuàng)建并下載示例程序. 4、創(chuàng)建一個例子程序 這個例子程序在三個程序段中用6條指令，完成了一個定時器自啟動、自復(fù)位 的簡單功能.在本例中，用梯形圖編輯器來錄入程序.下面給出了完整的梯形圖和 語句表程序.語句表中的注釋，解釋了程序的邏輯關(guān)系.時序圖顯示了程序的運行 狀態(tài).圖1-8為該例的程序. 圖 1-8 示例程序 5、打開程序編輯器 點擊程序塊圖標(biāo)，打開程序編輯器，見圖1-9.注意指令樹和程序編輯器.可以 用拖拽的方式將梯形圖指令插入到程序編輯器中.在工具欄圖標(biāo)中有一些命令的 快捷方式.在輸入和保存程序之后，可

20、以下載程序到S7-200中. 圖 1-9 程序編輯器 第 2 章 四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計概述 2.1 設(shè)計思想及步驟 由于四工位組合機(jī)床是由一些電氣控制基本環(huán)節(jié)組成.我們可以利用這些基本 環(huán)節(jié)的組合對組合機(jī)床進(jìn)行設(shè)計，然后將各部分聯(lián)系起來，再根據(jù)要求對整體電 路進(jìn)行分析，進(jìn)行修正，直至達(dá)到控制要求，作出繼電接觸器原理圖.在高技術(shù) 日新月異發(fā)展的今天，可編程邏輯控制器（PLC）作為現(xiàn)代工業(yè)自動化的一個主 要手段，正在越來越廣泛地在我國推廣和使用，為此采用“老改新法”-翻成 梯形圖，編寫程序，作現(xiàn)場接線圖，并在 PLC 機(jī)中進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)行修改，直至達(dá) 到控制要求為止. 2.2 電氣硬件設(shè)計部

21、分 2.2.1 電力拖動方案確定和電動機(jī)選擇 1、機(jī)床的主電路由三臺三相交流籠型異步電動機(jī)及其附屬電氣元件組成，由于 電動機(jī)容量都不大，故可采用直接起動控制. 2、根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的技術(shù)要求，選擇電動機(jī). 主軸電動機(jī)為立式，防護(hù)式，斷續(xù)周期性工作制，額定電壓為 380V，功率 P=0.0646 kw(D 的單位為 mm)的交流異步電動機(jī). 19 . 1 D 液壓泵電動機(jī)為臥式，封閉式，連續(xù)工作制，額定電壓為 380V 的交流異步電 動機(jī). 2.2.2 繼電-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計方案確定 1、為滿足生產(chǎn)機(jī)修額的工藝要求，應(yīng)充分了解工作性能，結(jié)構(gòu)特點，運動情況， 加工工藝過程及加工情況.考慮控制方案時，

22、采用必要的聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)，保 證生產(chǎn)工藝要求. 2、為滿足控制電路的電壓值要求，采用降壓變壓器，二次電壓為 AC28V,AC220V 三種電壓，28V 電壓在經(jīng)橋式全波整流為 24V 直流輸出供給電磁閥電路. 3、為保證控制電路工作的可靠性，對電器元件的連接要求需考慮，應(yīng)盡量減少 觸電數(shù)和連接導(dǎo)線長度和導(dǎo)線數(shù)，防止出現(xiàn)寄生電路.各種指示燈與控制電路 分開供電. 4、為了說明機(jī)床工作在什么狀態(tài)，并便于維修，設(shè)置了 9 個指示燈，它們分別 為電源，主軸，液壓泵，冷卻泵，回轉(zhuǎn)，夾緊，快進(jìn)，工進(jìn)，快退.采用安全 電壓 DC24V 單獨供電. 5、為了保證操作人員，電氣設(shè)備，生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的安全，并能有效

23、地制止事故 的擴(kuò)大，在電氣控制電路中，采取了一定的保護(hù)措施，有短路保護(hù)，過載保 護(hù)，失電壓，欠電壓，零電壓保護(hù)，聯(lián)鎖保護(hù)，限位保護(hù)，過電流保護(hù)等.同 時為了保證安全， 系統(tǒng)設(shè)置了急停按鈕， 當(dāng)系統(tǒng)異常情況時，按下SB急停 時，直接切斷硬件電源，以防止事故的發(fā)生2. 6、從操作與維修人員工作出發(fā)，在滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下做到電路簡單， 工作可靠，經(jīng)濟(jì)合理. 2.2.3 主電路設(shè)計 1、設(shè)計要求 主軸電動機(jī)單方向起動，要求有短路及過載保護(hù). 液壓泵電動機(jī)單方向起動，有短路及過載保護(hù). 冷卻泵電動機(jī)單向工作，有短路及過載保護(hù). 2、元件選用 根據(jù)上述要求，我們選用三臺電動機(jī)： M1-控制主軸的電動

24、機(jī)； M2-控制液壓泵的電動機(jī)； M3-控制冷卻泵的電動機(jī). 再根據(jù)電動機(jī)的控制要求選元件： QF-控制總電源的斷路器，實現(xiàn)短路與過載保護(hù)； FU1-FU3控制各電動機(jī)短路保護(hù)； KM1-控制主軸電動機(jī)單向工作； KM2-控制液壓泵電動機(jī)工作； KM1-控制冷卻泵電動機(jī)工作； FR1-FR3-用于各電動機(jī)的過載保護(hù)控制. 作出電路草圖 根據(jù)上面所選元件作出主電路，如圖 2-1 所示. 圖 2-1 主電路 2.2.4 變壓器的設(shè)計 1、設(shè)計要求 主電路要求供電電壓為交流 380V. 控制電路要求供電電壓為交流 220V. 直流控制電路（電磁閥電路）供電為直流 24V，由橋整電路供給（整流之前為

25、交流 28V）. 指示燈電路供電電壓為直流 24V. 2、元件選用 TC-選用輸出端的變壓器，分別輸出為 220V,28V. VC-橋式整流裝置，輸出為直流 24V. 3、作變壓器草圖 根據(jù)以上所選元件作出變壓器草圖，如圖 2-2 所示. 圖 2-2 變壓器電路 2.2.5 控制電路設(shè)計 1、設(shè)計要求 主軸電動機(jī) M1 和液壓泵電動機(jī) M2 可以同時起停，也可以單獨起停. 要求在動力頭工作進(jìn)給時，冷卻泵電動機(jī) M3 才接通，但也可以隨時調(diào)整. 2、元件選用 KM1-KM3 控制 M1-M3 單向起動工作接觸器； SB1-總停按鈕； SB2，SB3-M1 與 M2 起動按鈕； SB4，SB5-M

26、1 與 M2 停止按鈕； SB6-冷卻泵電動機(jī)（M3）調(diào)整按鈕； SB7-冷卻泵電動機(jī)單獨停止按鈕； SA1-控制 M1 與 M2 的同時與單獨起停開關(guān)； SA2-實現(xiàn)動力頭工進(jìn)時自動起動與手動調(diào)整的開關(guān)； FR1-FR3-M1-M3 過載保護(hù)熱繼電器； SA3-照明開關(guān)； HL1-電源指示燈； EL-照明燈. 3、作控制電路草圖 根據(jù)所選元件與工作要求畫出控制電路圖，如圖 2-3 所示. 圖 2-3 控制電路 4、工作原理 主軸起動 首先合 QFHL1 燈亮，表示電源供電正常 按下 SB2KM1（+） 主軸停止 SB4（或 SB1）KM1(-)KM1 主復(fù)位M1 停止. 液壓泵起動 按 SB

27、3KM2（+） 液壓泵停止 按 SB5KM2(-)RM2 主復(fù)位M2 停止. 主軸與液壓泵同時工作 首先將 SA1 打在向左位置 按 SB2 冷卻泵手動控制 首先將 SA2 打在 M 位置，然后 按 SB6KM3(+) 停止冷卻泵按 SB7 即可. 冷卻泵自動控制 首先將 SA2 打在 A 位置，當(dāng)動力頭工作進(jìn)給時 KA2（+）KA2 常開閉合 KM3(+)KM3 主閉M3 自行起動工作，提供冷卻液. 2.2.6 液壓回轉(zhuǎn)工作臺的電氣控制電路設(shè)計 1、設(shè)計要求 液壓回轉(zhuǎn)臺是靠油路來實現(xiàn)工作臺轉(zhuǎn)位工作，液壓系統(tǒng)的動作循環(huán)是靠電氣 電路控制. 液壓回轉(zhuǎn)工作臺上加工工位有四個，一是裝卸工件，二是鉆孔

28、，三是擴(kuò)孔， 四是鉸孔. KM1 主閉 M1 起動運轉(zhuǎn) 拖動主軸旋轉(zhuǎn) KM1 輔閉自鎖 M2 起動，提供高壓油，為液壓系統(tǒng)工作準(zhǔn)備KM2 主閉 KM2 輔閉自鎖 KM1(+) KM2(+) KM1 主閉M1 起動工作 M2 同時起動工 作 KM2 主閉 KM3 輔閉自鎖 KM3 主閉 M3 起動，提供冷卻 液 回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)臺動作自鎖銷脫開回轉(zhuǎn)臺抬起回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)及緩沖回轉(zhuǎn)臺 反靠回轉(zhuǎn)工作臺夾緊向動力頭發(fā)出工作信號. 注：回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)位的液壓原理圖參閱圖 2-3. 圖 2-3 回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)位的液壓原理圖 回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)位必須動力頭在原位時才可以實現(xiàn). 根據(jù)上述情況，可畫出回轉(zhuǎn)臺循環(huán)圖 2-4，工作順序圖 2-5.

29、2、元件選用 根據(jù)回轉(zhuǎn)臺的工作狀態(tài)表與電路工作要求選擇元件.要求中電磁閥及行程開關(guān) 動作狀態(tài)已給出.故在此我們僅選用.一般電磁閥均由中間繼電器控制，實現(xiàn)對各 種現(xiàn)場信號的傳遞轉(zhuǎn)換及放大功能.現(xiàn)選： KA4-回轉(zhuǎn)臺抬起； KA5-回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)； KA6-回轉(zhuǎn)臺反靠； KA7-回轉(zhuǎn)臺夾緊； 圖 2-4 回轉(zhuǎn)臺工作循環(huán)圖 圖 2-5 回轉(zhuǎn)臺工作順序圖 KA8-動力頭退回原位； SA1-回轉(zhuǎn)臺手動，自動工作選擇開關(guān)； SA2-回轉(zhuǎn)臺調(diào)整開關(guān)； SB8-回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)按鈕. 注：回轉(zhuǎn)臺的工作狀態(tài)表參閱下表 2-1 表 2-1 電磁閥及限位開關(guān)工作狀態(tài)表 3、作液壓回轉(zhuǎn)工作臺電氣控制電路草圖 由回轉(zhuǎn)工作臺的工作

30、狀態(tài)表,循環(huán)圖順序圖及所選元件一起來作液壓回轉(zhuǎn)臺電 氣控制電路草圖,電路中一并考慮了各工作狀態(tài)之間的保護(hù),如圖 2-6 所示. 4、工作原理 本液壓回轉(zhuǎn)臺可實現(xiàn)自動循環(huán)與調(diào)整的功能,由轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 實現(xiàn),SA1 打在 M 檔,按動調(diào)整按鈕 SB8 即可實現(xiàn)調(diào)整,若 SA1 打在 A 檔,當(dāng)動力頭快退至原位,則 回轉(zhuǎn)工作臺課自動回轉(zhuǎn). 當(dāng)動力頭退回至原位,壓下行程開關(guān) SQ1,同時由于回轉(zhuǎn)臺在原位 SQ9 被壓合, KA8 得電,使 YV5 得電,回轉(zhuǎn)工作臺抬起,自鎖銷脫開,壓下 SQ5,由于 KA5 處于失電 狀態(tài),電磁閥 YV7 得電,回轉(zhuǎn)工作臺由于 YV10 不得電,離合器合著而回轉(zhuǎn),

31、回轉(zhuǎn)了 一定角度壓下 SQ6,SQ6 常開閉合,使 KA4 得電并自鎖,由于 KA7,KA6,SQ8 均處于常 態(tài),YV9 得電,回轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)反靠,反靠后壓合行程開關(guān) SQ7,因為 KA4 一直得電,回轉(zhuǎn) 臺自動落下夾緊.當(dāng)回轉(zhuǎn)臺夾緊壓力足夠時,壓力繼電器 KP 合上,KA7 得電,KA7 常 開閉合,YV10 得電,離合器脫開,KA7 常閉斷開,YV9 失電,離合器脫開后壓下 SQ8, 電磁閥 YV8 得電,液壓缸返回,為回轉(zhuǎn)工作臺下次工作做準(zhǔn)備,同時由 KA7 常開觸 點發(fā)出向動力頭工作信號,使動力頭準(zhǔn)備工作. 圖 2-6 液壓回轉(zhuǎn)臺電氣控制電路 若 SA1 打在 M 檔,按下 SB8 實現(xiàn)

32、手動調(diào)整,控制回轉(zhuǎn)工作臺的工作,松開 SB8, 回轉(zhuǎn)臺則停止工作. 注:液壓回轉(zhuǎn)工作臺控制電路采用直流 24V 控制 2.2.7 液壓動力頭電氣控制電路設(shè)計 動力頭是既能完成進(jìn)給運動,又能同時完成道具的切削運動.現(xiàn)設(shè)計的四工位 組合機(jī)床,有三個動力頭,每個動力頭上有 12 把刀,在回轉(zhuǎn)臺夾緊后要求從三個方 向同時對工作進(jìn)行鉆,擴(kuò),鉸功能,從而提高了生產(chǎn)效率. 1、設(shè)計要求 動力頭必須在回轉(zhuǎn)工作臺夾緊后才能起動工作. 要求動力頭能實現(xiàn)點動調(diào)整控制. 要求動力頭在任意時刻實現(xiàn)快退控制. 三個動力頭同步工作，電路相同. 動力頭工作循環(huán)狀態(tài)夾緊信號（KA7 ）動力頭快進(jìn)動力頭工進(jìn)延時停 留 快退至原位

33、. 2、元件選用 已知 SQ1 、SQ2、SQ3 的工作狀態(tài)，在此不再選擇了，其他元件可根據(jù)工作 要求逐一選用. YV1 實現(xiàn)工進(jìn)； YV3 實現(xiàn)快速進(jìn)給； YVZ 實現(xiàn)快退； KT 實現(xiàn)延時停留（等待） ； KA1 控制快進(jìn)電磁閥； KA2 控制工進(jìn)電磁閥； KA3 控制快退電磁閥； SB9 動力頭手動控制按鈕； SB10 動力頭手動快退按鈕. 3、作液壓動力頭電氣控制電路草圖 根據(jù)設(shè)計要求與工作示意圖、工作循環(huán)狀態(tài)作出液壓動力頭電氣控制電路草 圖，如圖 2-7 所示. 4、工作原理 動力頭由液壓缸帶動，可以做前后進(jìn)給運動. 電磁閥 YV1 和 YV2 都斷電時，液壓缸進(jìn)油電磁閥處于中間位置

34、，電磁閥 YV3 斷電時，關(guān)閉回油油路，動力頭在原位停止不動.這時，擋鐵壓動限位開關(guān) SQ1 ，其 SQ1 常閉斷開，切斷動力頭工作電路，保證回轉(zhuǎn)臺工作時，動力頭不工作. 這時回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)油缸活塞返回原位后壓 SQ9 , SQ9 常閉復(fù)位，切斷回轉(zhuǎn)臺的工 作電路，保證動力頭工作時，回轉(zhuǎn)臺不動，SQ9 常開閉合，使 YV1 與 YV3 得電 工作，控制動力頭實現(xiàn)快速進(jìn)給，進(jìn)至碰壓 SQ2 , SQ2 常開閉合，使 KA2 得電， KA2 常閉斷開，使 YV3 失電，關(guān)閉了動力頭拖動液壓缸回油循環(huán)電磁閥，從而減 小了壓力油的流量，使動力頭由快進(jìn)自動轉(zhuǎn)換為工進(jìn)狀態(tài).當(dāng)動力頭工進(jìn)到終點 時，壓動行程開

35、關(guān) SQ3 , SQ3 常開閉合，時間繼電器 KT 得電，KT 瞬時觸點立 即斷開，使中間繼電器 KA1 、KA2 和電磁閥 YV1 、YV3 均斷電釋放，動力頭停 止前進(jìn).經(jīng)過延時，時間繼電器 KT 延時閉合，使電磁閥 YV2 得電動作.壓力油經(jīng) 電磁閥進(jìn) 圖 2-7 液壓動力頭電氣控制電路 入拖動液壓缸右側(cè)，推動活塞向左移動，使動力頭快速退回.退至原位，壓 SQ1 、SQ2 常閉斷開，使 KA3 失電，KA3 常開復(fù)位使 YV2 失電，動力頭停止運動，另 一方面，SQ1 的常開閉合，為回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)位準(zhǔn)備. 動力頭點動控制 將旋鈕開關(guān) SA1 置于“M” 位置，按下 SB4 ，中間繼電器 K

36、A1 得電.因為回 轉(zhuǎn)臺復(fù)位后，SQ9 一直閉合，所以 YV1 和 YV3 通電動作，使動力頭向前快進(jìn).因 為這時 KA1 沒有自鎖，松開 SB4 ，故動力頭停止運動，實現(xiàn) 3 點動功能. 任意時刻動力頭快退控制 當(dāng)動力頭不在原位時，SQ1 常閉復(fù)位，需要動力頭快退時，按下 SB5 ，中間 繼電器 KA3 得電并自鎖，電磁閥 YV2 通電動作，動力頭快速退回，退到原位后， 壓 SQ1 , KA3 和 YV2 相繼斷電，動力頭停止運動. 2.2.8 指示燈電路設(shè)計 1、設(shè)計要求 為了便于觀察與維修、檢查、故設(shè)置了指示燈電路，對各種狀態(tài)進(jìn)行指示， 我們對本電路列出 9 個狀態(tài)進(jìn)行指示顯示. 指示燈

37、電路用低壓 24V 直流電源獨立供電. 2、元件選用 HL1 電源指示； HL2 回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)位指示； HL3 回轉(zhuǎn)臺夾緊指示； HL4 動力頭工進(jìn)指示； HL5 動力頭快進(jìn)指示； HL6 動力頭快退指示； HL7 主軸電動機(jī)工作指示； HL8 液壓泵電動機(jī)工作指示； HL9 冷卻泵電動機(jī)工作指示. 3、作指示燈電路草圖 根據(jù)上述所選元件及各狀態(tài)指示要求畫出指示燈電路草圖.為了避免發(fā)生寄生 電路，用獨立直流 24 電源供電，如圖 2-8 所示. 2.2.9 總電路設(shè)計 首先將以上所有基本電路組合成一個完整的電路，然后根據(jù)任務(wù)書給出的條 件進(jìn)行逐一分析是否符合控制要求，主要是當(dāng)電路組合成一體后，各環(huán)

38、節(jié)相互之 間的連接、互鎖、保護(hù)等要考慮周全.經(jīng)過反復(fù)多次的修改，最后畫成總電路如 圖 2 一 9 所示電路（注：電路中電容 C 用作電路斷電時的放電作用）. 圖 2-8 指示燈電路 圖 2-9 四工位組合機(jī)床電氣控制原理圖 2.3 新舊標(biāo)準(zhǔn)對照表 雖然現(xiàn)在采用新標(biāo)準(zhǔn)，但在我國很多地區(qū)的很多工廠，特別是 90 年代以前的 機(jī)器，還是采用舊標(biāo)準(zhǔn)畫圖，為了使學(xué)生能適應(yīng)社會的需求，我們采用新舊標(biāo)準(zhǔn) 對照的方法，即將四工位組合機(jī)床電氣原理圖中所用的元件列成表，然后用舊標(biāo) 準(zhǔn)元件符號表明即可，見表 2-1 ，以便讀圖. 表 2-1 新舊標(biāo)準(zhǔn)對照表 2.4 PLC 軟件編程設(shè)計 PLC 控制的設(shè)計有兩種方法

39、：一是將老產(chǎn)品改造成新產(chǎn)品“老改新法” ； 二是根據(jù)條件與要求直接設(shè)計出梯形圖 “創(chuàng)新法”.現(xiàn)僅以老改新法進(jìn)行設(shè)計.電 路圖在前面已設(shè)計出來，以老改新法為重點闡述它的設(shè)計思路、方法. 2.4.1 老改新法設(shè)計 1、采用老改新法設(shè)計梯形圖的一般步驟為： 列出對應(yīng)元件的狀態(tài)表（PLC 與 J-C 對照表）. 根據(jù)狀態(tài)表畫梯形圖. 根據(jù)梯形圖編程. 將程序送入 PLC 機(jī)調(diào)試. 最后畫出現(xiàn)場接線圖. 2、下面具體闡述： 列出 I / O 、TMR / CNT 、內(nèi)部線圈的狀態(tài)表 輸人狀態(tài)表 本論文中我采用德國Siemens公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC 機(jī)型. 首先選機(jī)型.機(jī)型根據(jù)原設(shè)備電氣控制電

40、路中的I / O 點數(shù)來確定.從電氣控 制電路圖中可知，輸人信號有27 點；輸出信號有21 點，總共有48 點，從總點 數(shù)可知，S7-200的CPU選用CPU224本機(jī)數(shù)字量14入10出，同時選用擴(kuò)展數(shù)字模塊 2塊，具體型號為EM223(8I/8Q)，所以PLC機(jī)總共30I26Q ，雖然多出部分點數(shù)， 可以做擴(kuò)展與備用，一般輸入輸出點應(yīng)留有1520 的余量.大型接觸器和電 磁閥的線圈一般不宜作為PLC的直接負(fù)載3，輸出電壓不為直流24V的器件全部采 用接入中間繼電器加二次回路的方法，在這就不在復(fù)述，后面接線圖也僅給出簡 化中間繼電器的直接用電氣元件代替的圖例，具體位置在圖上會標(biāo)出.當(dāng)機(jī)型確 定

41、后可作輸人狀態(tài)表見表2-2 . 注：接觸器，電磁閥較多時，為防止電磁干擾，可以在PLC的輸出端與電磁閥、 接觸器線圈之間增加了固態(tài)繼電器進(jìn)行隔離，這樣就避免了可能產(chǎn)生的誤動作. 實踐證明，這種隔離措施是行之有效4. 輸出狀態(tài)表 在輸出模塊的選用中，為了保護(hù) PLC 機(jī)，可在輸出端處用一中間繼電器（放 大器）進(jìn)行放大與隔離控制，使負(fù)載出現(xiàn)故障時不直接影響 PLC 機(jī)，而由中間繼 電器控制動作.為了使 PLC 機(jī)工作可靠，一般要求采用單獨變壓器供電，分別起 隔離、保護(hù)作用，可使工作穩(wěn)定. 輸出狀態(tài)表見表2-3. 表 2-2 輸人狀態(tài)表 表 2-3 輸出狀態(tài)表 中間元件狀態(tài)表 中間元件狀態(tài)包括中間繼

42、電器、時間繼電器等 PLC 內(nèi)部元件的編號.注意： 在 J 一 C 電路中，時間繼電器 KT 既有延時觸點，又有瞬動觸點.在 PLC 中我 們?nèi)绾谓鉀Q這一問題呢？我們采用內(nèi)部線圈的對應(yīng)觸點作為定時器的瞬動觸點 使用. 下面我們作出中間元件狀態(tài)表，見表 2-4 . 表 2-4 中間元件狀態(tài)表 作梯形圖 根據(jù)繼電接觸器電氣控制電路圖與所作的各狀態(tài)表來畫梯形圖.在作梯形圖時， 首先按電氣原理圖直接畫出，然后再整理.本機(jī)床電路中有幾個手動及自動切換 開關(guān).在梯形圖中，分別用常開表示手動（M），常閉表示自動（A）.另外，電 源指示燈在電氣控制電路中是直接接在母線上，所以梯形圖中不表示出來. 編制程序 梯

43、形圖編制程序見附錄 程序調(diào)試 分部調(diào)試 將各個基本環(huán)節(jié)的程序送 PLC 機(jī)調(diào)試，然后根據(jù)工作流程順序調(diào)整，直至符 合各基本工作條件為止. 整體調(diào)試 將全部程序送人 PLC 機(jī)調(diào)試.在調(diào)試過程中主要注意各基本環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)系 是否滿足控制要求，有無失步現(xiàn)象.要考慮各細(xì)微動作后產(chǎn)生的相互影響，要將 各輸人信號一個一個動作，看其輸出的反應(yīng)是否符合控制要求. 作輸入輸出現(xiàn)場接線圖 我們根據(jù)前面定義號的確定可知，需要采用S7-200 型PLC 機(jī)(CPU223 14I/10Q)的7槽框架的模塊，其中輸人輸出模塊選用兩塊直流24V 模塊 EM223(8I/8Q).選好后，只要根據(jù)前面列出的輸人輸出狀態(tài)表，

44、對號入座，即可 作出現(xiàn)場接線圖，如圖2-10 所示. 1、電磁閥 根據(jù)設(shè)計要求，電磁閥需 24V 直流電壓，查手冊電磁閥選用 MFZ1-07 直流電 磁閥，吸合力為 7N ，吸合距離 4 mm ，額定直流電壓 24V ，消耗功率 1OW ，消 耗電流 0.4A . 2、行程開關(guān) 根據(jù)控制要求，選用直流 24V ，阻抗小于 2k ，兩線制.查手冊選用 LXJ-1A ，一開一閉觸點. 4、壓力繼電器 根據(jù)控制要求，需要壓力繼電器.查手冊選用 DP - 63B 型. 5、自動空氣開關(guān)（斷路器） 因電動機(jī)額定電流是 5A ，考慮到起動時電流較大，所以選用 DZ5 - 20 自動 空氣開關(guān).主觸點額定電

45、流為 2OA ，能滿足起動電動機(jī)電流的需要，輔助觸點為 一常開與一常閉，額定電流 5A ，也能滿足控制要求. 6、接觸器 根據(jù)控制要求選用 CJX1 - 12 ，主觸點額定電流 12A ，線圈使用交流 22OV 能接通 12 ( 144A ) ，分?jǐn)?10 ( 120A ）滿足控制要求，消耗功率 65VA N I N I ，消耗電流 0.35A . 7、主電路熔斷器 對于單臺電動機(jī)，熔體額定電流，選用 1.52.5 倍電動機(jī)額定電流.根據(jù)控 制要求，電動機(jī)額定電流 5A，所以選用 RL1 - 15 型熔斷器，熔管額定電壓 380V ，額定電流 15A，熔體額定電流選擇 15A. 8、變壓器 根

46、據(jù)控制要求，需直流 4V , 交流 220V 電源.查手冊選用 BK-100 型，規(guī)格 380/220 - 127 - 110 - 36 - 28 - 12 的小型控制變壓器. 圖2-10 PLC現(xiàn)場接線圖 9、主控制電路（AC22OV ）熔斷器 因為主接觸器線圈只需消耗 0.35A 電流，所以選擇 RL1 - 15 型熔斷器， 體選擇 2A , 即能滿足要求. 10、照明電路熔斷器 照明電路電壓 AC220V ，選用 40W 燈泡，消耗電流 0 .18A ，故選用 RM10 - 15 型熔斷器，熔體電流為 2A . 11、中間繼電器 控制需要有 4 開 4 閉觸點的中間繼電器，所以選用 HH

47、54 型中間繼電器，線 圈額定電壓直流 24V ，觸點有 4 開 4 閉，額定電流 3A ，能滿足控制要求. 12、繼電器 根據(jù)控制要求，KT 選用 ST3PC ，有一對瞬動觸點，一對延時觸點，即能滿 足控制要求. 13、直流 24V 控制電路熔斷器 考慮到最多工作時，有兩個中間繼電器.兩個電磁閥線圈得電，電流大約為 2A ，故選用 RL1-15 型熔斷器，熔體電流選用 4A ，出現(xiàn)運行故障時，既能保護(hù)， 又能滿足控制要求. 14、直流 24V 信號燈電路熔斷器 考慮到最多工作時，有兩只信號燈，再加上電源，液壓泵共有 4 只指示燈亮， 電流為 2A 左右.選用 RL1-15 型熔斷器，額定電流

48、為 2A ，分?jǐn)嚯娏鳛?3A ，即 可滿足要求. 15、信號燈 根據(jù)控制要求，選用日本派特萊的完全模塊結(jié)構(gòu)的信號燈，燈具體型號為 LU7-02FB，采用 24VDC 供電, 1W ，消耗電流為 O.5A 左右 .有紅色、黃色、綠 色、藍(lán)色和透明選擇，F(xiàn)B 型:提供兩種不同的報警音，音量可在 70-90 分貝之間 調(diào)節(jié). 16、按鈕 根據(jù)控制要求，選用 LA2 型，開起式，規(guī)格為 500V、5A ，觸點數(shù)量是一開 一閉，具有一個按鈕數(shù).其中：起動按鈕選綠色調(diào)整按鈕選黑色停止按鈕選紅色 17、轉(zhuǎn)換開關(guān). 考慮到起動循環(huán)與切換自動手動使用較頻繁，且分?jǐn)嚯娏髑以?1A 以上，5A 以下，而且都具有兩對

49、觸點座，故選擇 LW6 一 2/B，具有兩對觸點座，手柄交換 位置左右各 30 . 18、自動空氣開關(guān) 因為主電路有三臺電動機(jī)，故選用 DZ5 - 20 型自動空氣開關(guān)，具有短路、 過載保護(hù).選用自復(fù)式、DZS - 20 /330 型，能切斷 20A 電流，能滿足需要. 19、二極管 因為控制電路需直流 24V ，將變壓器輸出交流 28V 進(jìn)行橋式整流成直流 24V ，故選用 ZDZ17A-X ，額定正向整流電流量 5A ，散熱器面積是 100 mm x 10mm. 20、電容 選耐壓 50V , 470F 的電解電容即可滿足輸出直流 24V 的要求.列明細(xì)表 根據(jù)上述所選元件，列出元件明細(xì)表

50、 2 - 5 ，以便查閱. 表 2-5 元件明細(xì)表 名稱元件符號型號與規(guī)格數(shù)量 刀開關(guān) QFDZ5-20/3301 熔斷器 FU1-5RL1-1513 熔斷器 FU6BLX-12 按鈕 SB LA2 型，開起式，500V，5A 6 轉(zhuǎn)換開關(guān) SALW6-2/B7 行程開關(guān) SQLXJ-1A8 接觸器 KMCJX1-123 壓力繼電器 KPDP-63B1 電動機(jī) MJO2-31-43 電磁閥 YVMFZ1-0.79 中間繼電器 KAHH549 指示燈 HLLU7-02FB9 變壓器 TCBK-100 380/220-110-36-28-121 時間繼電器 KTST3PC4 二極管 VDZPZ17

51、A-X1 電容 C50V,470F1 照明燈 EL 普通型號 第 3 章 結(jié)束語 經(jīng)過半個月的相關(guān)資料收集，消化，一個月的設(shè)計開發(fā)與整理，齊齊哈爾機(jī) 床廠四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)各項功能開發(fā)完畢.在此之中我遇到了很多困難， 論文也是經(jīng)過數(shù)次修改才得以定稿，之所以可以完成這篇論文除去自己的努力， 就是老師與同學(xué)的幫助，感謝對我給予幫助的老師和同學(xué).在寫這篇論文的時候 我學(xué)習(xí)到了很多知識，也逐步的養(yǎng)成了從實際出發(fā)的設(shè)計思想，具體的說在設(shè)計 中我首要考慮的就是這個設(shè)計是否實際去出發(fā)，包括安全問題，簡單性問題，穩(wěn) 定性問題，必要的冗余設(shè)計，造價問題. 在做完本論文后我有幾點遺憾，其一，本論文側(cè)重于電氣的

52、設(shè)計，對機(jī)械， 液壓系統(tǒng)并未詳細(xì)說明，使得我對該知識沒有深刻體會；其二，由于條件有限， 我僅僅只能對程序進(jìn)行調(diào)試，并不能軟硬件結(jié)合一齊調(diào)試，所以設(shè)計一定存在不 足；其三，我認(rèn)為本論文創(chuàng)新程度上存在不足，在本篇論文的基礎(chǔ)之上還可以完 善組態(tài)監(jiān)控，故障自診斷自修復(fù)，和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的新技術(shù)，據(jù)我了解本論文設(shè)計出 來的控制系統(tǒng)僅僅停留在我國 1990-2000 年的水平，從國外的技術(shù)文獻(xiàn)中了解， 國外對于機(jī)床等復(fù)雜的控制已在逐步淘汰 PLC 技術(shù)，應(yīng)用更新的技術(shù). 由于時間和自身能力方面的原因，該系統(tǒng)的設(shè)計方面也存在很多不足之處， 希望在各位評審的指導(dǎo)下能得到進(jìn)一步的改進(jìn).最后，再次感謝老師與同學(xué)寶貴 意

53、見與熱情幫助. 致謝 感謝 教授，她在百忙之中抽出時間認(rèn)真閱讀了我的論文，指出了論文的不 足，并且提出了寶貴的修改意見. 感謝 可教授，他對我的電氣部分提出若干修改意見，使我的論文更加完善. 感謝其他老師給予的幫助和熱情的教導(dǎo). 參考文獻(xiàn) 1SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊DB.2007年9月版. 2凌岳山.PLC在組合機(jī)床改造中的應(yīng)用J.機(jī)電工程技術(shù)，2008年第37卷第07 期：78. 3盧國華.PLC控制系統(tǒng)在多工位組合機(jī)床中的應(yīng)用J.電氣時代，2008年第三 期：112. 4劉長敏, 吉紅濤.PLC在四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.科技技術(shù)廣場， 2005年3月：32. 5劉美俊,胡俊達(dá),章紹東,黃菊生. PLC 在四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.組 合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2003 年 05 期：75-76. 6李耀剛.鼓輪式組合機(jī)床的 PLC 控制J.機(jī)床與液壓，2004 年 08 期：12. 7王小平,王大承.可編程控制器在臥式七工位組合機(jī)