PLC控制液壓滑臺式自動攻螺紋機課程設計

1、PLC控制的液壓滑臺式自動攻螺紋機的設計1.基礎知識介紹1.1液壓滑臺式組合機床1.1.1 組合機床概述組合機床（圖1.1.1）是以通用部件為基礎，配以按工件特定外形和加工工藝設計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序或多工位加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。圖1.1 組合機床實物圖1.1.2 組合機床部件分類組合機床通用部件按功能可分為以下五類：(1）動力部件主要有動力箱、切削頭和動力滑臺，是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。（2）支承部件有側底座、中間底座、支架、可調支架、立柱和立柱底座等。（3）輸送部件主要有分度回轉工作臺、環(huán)形分

2、度回轉工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等，是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件。（4）控制部件有液壓站、電氣柜和操縱臺等，是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件。（5）輔助部件主要就是有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。1.1.3 組合機床的特點組合機床與一般專用機床比較，組合機床具有以下特點：（1）設計組合機床只需要選用通用零部件和設計少量專用零部件，所以時間與制造周期短，經濟效果好。（2）組合機床的通用部件是經過長期實踐考驗的，因此結構穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便，通用部件可以成批制造，成本較低。（3）當被加工的零件變換時，組合機床的通用部件和標準零件可以重復使用，不必重新設計和制作。（4）

3、組合機床易于聯成組合機床自動線，以適應大規(guī)模生產的需要。1.2 PLC控制器1.2.1 PLC簡介PLC（Programmable logic Controller）可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統(tǒng)。它使用了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數和演算等功能。其有以下等特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強電氣控制設備的一個關鍵性能就是高可靠性。PLC的I/O采用了隔離措施，并應用大規(guī)模集成電路，能適應各種惡劣的環(huán)境，能直接安裝在機器上運行。（2）編程簡單，易學易用PLC作為工業(yè)控制計算機的一種，梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，具有電工知識的

4、人員可在短時間學會并應用自如。（3）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經形成了各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。不同的控制對象，可以采用相同的硬件，就可實現不同的控制。（4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短。PLC一般采用模塊結構，又具有自診斷功能，判斷故障迅速方便，維修時只需更換插入式模塊，因而維修十分方便。更重要的是使同一設備經過改變程序來改變生產過程成為可能。（5）體積小，容量大，重量輕，能耗低 ，成本低目前新出產的超小型PLC品種底部尺寸小于10

5、0MM，重量小于150g，功耗僅數瓦。而其成本僅相當于相同功能繼電器系統(tǒng)的（1030），由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。1.2.2 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則在實際設計過程中會涉及很多方面，其中最基本的可以歸納為以下4點： (1)可靠性原則確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性。(2)完整性原則最大限度的滿足工業(yè)生產要求或機械設備的控制要求。(3)經濟型原則力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。(4)發(fā)展性原則適當考慮生產發(fā)展和工藝改進的需要。1.2.3 PLC控制系統(tǒng)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計。硬件設計是指PLC外部設備的設計；而軟件設計即PLC應用程序的設計。

6、系統(tǒng)的設計可分以下6步進行。（1）熟悉被控對象這一階段要對被控對象所有功能進行全面的了解，對對象的各種動作及動作時序、動作條件、必要的互鎖與保護、電氣系統(tǒng)與機械、液壓、氣動及各儀表等系統(tǒng)間的關系、PLC與其他設備的關系，PLC之間是否通信聯網、系統(tǒng)的工作方式及人機界面、需要顯示的物理量及顯示方式等進行了解。（2) 評估控制任務根據系統(tǒng)所需完成的控制任務，對被控對象的生產工藝及特點進行詳細分析，特別是從可靠性要求、工藝復雜程度、控制規(guī)模等方面進行考慮。(3) 硬件選擇.系統(tǒng)I/O設備的選擇輸入設備包括位置開關、轉換開關及各種傳感器等。輸出設備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等。

7、.選擇PLCPLC的選擇包括對PLC的機型、I/O模塊、容量、電源等的選擇,計數器、定時器及內部輔助繼電器的地址分配。.繪制PLC外圍硬件線路圖畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括電氣主電路和未進入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經確定。(4) 編寫應用程序 根據控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設計方法來設計PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現各控制功能或各子任務的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。(5) 程序調試程序調試分為模擬調試和現場調試2個階段。程序模擬調試是模擬產生現場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造

8、必要的環(huán)境條件。根據現場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 硬件模擬法是使用一些硬件設備（用另一臺PLC或一些器件等）模擬產生現場信號，并將這些信號以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時效性較強。 軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現場信號，其簡單易行，但時效性不易保證?，F場調試：當控制臺及現場施工完畢，程序模擬調試完成后，就可以進行現場調試，如不能滿足要求，須檢查程序和接線，及時更正軟硬件方面的問題。（6)編寫技術文件技術文件包括設計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、PLC程序、電氣元件明細表以及使用說明書等。1.3 設計的任務要求 動力滑臺是組合

9、機床加工工件時完成進給運動的動力部件，它采用液壓驅動，這種滑臺具有兩種進給速度，先以快速加工，然后以較慢的速度加工。例如本實例中模擬的自動攻螺紋。實際機械加工中要根據需要啟動冷卻電動機，液壓電動機要在進給電動機啟動后跟著啟動。按下SB_1，接觸器KM1通電閉合，主軸電動機M1開始運轉。當按下SB_3，接觸器KM2通電閉合，進給電動機M2運行，液壓滑臺從原位開始快速起動。當快進到擋鐵壓動到ST_2時，液壓滑臺由快進轉為一次工進。當一次工進到擋鐵壓動ST_3時，液壓滑臺由一次工進轉為二次工進。當二次工進到終點死擋鐵處，壓住ST_4。終點停留6S后，轉為反向快退。到原位后壓下ST_1停止。2.自動攻

10、螺紋機電路的設計2.1 主電路的設計2.1.1 主電路原理圖 根據課程設計題目的要求和總體方案，動力主電路圖如圖2.1所示圖2.1 主電路原理圖 2.1.2 主電路原理圖的構成實驗主回路電源接三路小型斷路器QS1，輸出端為L1、L2、L3，經熔斷器、交流接觸器的主觸頭到電動機M1、M2、M3、M4的三個線端U、V、W的電路，供電線電壓為380V。它是由4臺三相異步電動機，6個交流接觸器，4個按鈕開關，2個熱保護繼電器，6個熔斷器，1個三相斷路器（小型）構成。三相異步電動機的名稱分別是冷卻電動機、主軸電動機、進給電動機和液壓電動機。 三相異步電動機的起動分為直接啟動和降壓啟動。直接起動時，電源電

11、壓全部加在定子繞組上，電動機的起動電流達到額定電流的4-7倍，由于所選的三相異步電動機都屬于小容量電機，所以采用三相異步電動機直接起動方式。 三相異步電動機的調速方法主要有：改變定子繞組聯接方式的變極調速、改變轉子電路電阻調速、電磁轉差率調速、變頻調速和串級調速等。變更轉子外串電阻調速需要改變轉子串聯的電阻，電阻值不同引起電動機的轉速和轉差率發(fā)生變化，從而達到調速的目的，但是這種方法的缺點是對于轉差率的調節(jié)很難實現可控，并且通常采用凸輪控制器進行控制，成本太高，所以沒有采取這種方法。而變極調速從它的原理可以看出，電磁轉差離合器是在普通籠型異步電動機軸上安裝一個電磁轉差離合器由晶閘管控制裝置控制

12、離合器繞組的勵磁電流來實現調速功能。它的缺點是調速效率較低，低速時尤為突出，不宜長期低速運行，且機械特性較軟，這種方法也不宜采用。 綜上所述，我選擇變極調速中的雙速電動機高、低速控制裝置。 變極調速應用在機床中，可以得到較寬的調速范圍，并且在運行過程中，雙速電動機高速運轉時的轉速是低速運轉時的兩倍，速度范圍較廣，且能較好的實現平滑的轉化。圖2.1.2 變極調速的雙速電動機裝置原理圖圖中，用三個接觸器控制電動機定子繞組的聯結。當接觸器KM1的主觸頭閉合，KM2、KM3的主觸頭斷開時，電動機定子繞組為三角形接法，對應“低速”擋；當接觸器KM1的主觸頭斷開，KM2、KM3的主觸頭閉合，電動機定子繞組

13、為雙星型接法，對應“高速”擋。為了避免“高速”擋起動電流對電網的沖擊，本線路在“高速”擋時，先以“低速”起動，待起動電流過去后，再自動切換到“高速”運行。2.2 控制電路2.2.1 控制電路電路圖根據課程設計要求，我選擇三菱公司的PLC作為仿真器件，下圖是三菱PLC控制方式的控制回路原理圖（圖2.2.1）。 圖2.2.1 三菱PLC控制方式的控制方式原理圖2.2.2 PLC的I/O地址分配 由PLC的控制方式原理圖列出PLC資源配置表（圖2.3）。 屬性點數序號三菱位號符號說明（行程開關均用扭子開關代替）輸入點1X0FR主軸熱繼電器2X1SB_1啟動按鈕3X2SB_2停止按鈕4X3SB_3滑臺

14、點動右行5X4SB_4滑臺點動左行6X5ST_1滑臺原位行程開關7X6ST_2滑臺一次工進的行程開關8X7ST_3滑臺二次工進的行程開關9X10ST_4滑臺終點的行程開關10X11K_1方式選擇開關（自動/點動）11X12SB_5冷卻泵開關12X13SB_6液壓泵開關輸出點1Y0KM1主軸電動機M1正轉接觸器2Y1KM2主軸電動機M1反轉接觸器3Y2KM3進給電動機M2低速運轉接觸器4Y3KM4進給電動機M2高速運轉接觸器5Y4HL1 主軸電動機正轉指示燈6Y5HL2 主軸電動機反轉指示燈7Y6HL3 進給電動機低速指示燈8Y7HL4 進給電動機高速指示燈9Y10KM5液壓泵電動機M3接觸器1

15、0Y11KM6冷卻泵電動機M4接觸器圖2.3 PLC的I/O地址分配表2.2.3 控制電路的構成自動攻螺紋機控制回路由4個指示燈，4個按鈕開關，1個兩相斷路器、三菱可編程序控制器,一臺安裝有GX Developer編程軟件和GX-Simulator6調試軟件的PC機組成。它是從220V交流電源小型斷路器QS2輸出端L、N供給PLC電源，同時L亦作為PLC輸出公共端。常開按鈕SB_1、SB_2、SB_3、SB_4、SB_5、SB_6、FR、ST_1、ST_1、ST_2、ST_3連接在PLC的輸入端。PLC輸出端和接觸器KM1、KM2線圈及4個指示燈相連。3.控制程序的設計3.1 梯形圖設計程序由

16、主電路圖以及控制電路的設計要求和I/O口分配方案，其設計方案如下：程序段一：初始化程序（圖3.1.1）圖3.1.1 初始化程序按下啟動按鈕SB_1，輔助線圈M0得電，完成系統(tǒng)初始化。程序段二：點動與自動的方式選擇（圖3.1.2）圖3.1.2 點動與自動方式選擇輔助線圈M0得電，通過點動/自動按鈕選擇，K_1得電，則選擇點動模式；反之，則選擇自動模式。使用自保持和解除指令SET,RST進行控制，并設置通用性輔助繼電器線圈M100。程序段三：點動控制（圖3.1.3）圖3.1.3 點動控制按下SB_3,主軸電動機正轉，模擬滑臺前進狀態(tài)，松開SB_3，電機停止；按下SB_4，主軸電動機反轉，模擬滑臺后

17、退狀態(tài)，松開SB_4，電機停止。SB_3，SB_4實現互鎖，并且主軸電動機接觸器Y0，Y1實現自鎖功能。程序段四：自動控制（圖3.1.4）圖3.1.4 自動控制將點動/自動扭子開關撥為OFF為自動狀態(tài)。按下啟動按鈕SB_1，此時滑臺處于原始狀態(tài)，將ST_1壓合，主軸電動機將正向運轉;當快進到擋鐵壓動到ST_2時，液壓滑臺由快進轉為一次工進，此時主軸電動機停止運轉，進給電動機開始低速運行;當一次工進到擋鐵壓動ST_3時，液壓滑臺由一次工進轉為二次工進，此時進給電動機開始高速運行;當二次工進到終點死擋鐵處，壓住ST4，在終點停留6S后，轉為反向快退，此時進給電動機停止運行，主軸電動機反向運行，到達

18、原位后壓下ST1電機停止運行。程序段五：控制冷卻泵和液壓泵電動機（3.1.5）圖3.1.5 冷卻泵和液壓泵控制按下SB_5，接觸器KM5得電；同理，按下SB_6，KM6得電，液壓泵電動機起動。4.調試及結果分析4.1 三菱PLC軟件仿真GX-Simulator是配合三菱PLC軟件GX Developer的專用仿真軟件，GX Simulator作為GX Developer的一個插件，反映在“工具”菜單中“梯形圖邏輯測試啟動(L)”中。我就是利用這個邏輯測試進行仿真。圖4.1 梯形圖邏輯測試4.2 仿真結果分析仿真一：初始化程序如圖4.2.1，按下SB_1，即X1得電，由仿真可知M0得電；因為點動

19、/自動方式選擇當K_1為OFF時，輔助繼電器M100自保持得電，并且在M0斷電時，仍可以保持。圖4.2.1 初始化程序測試仿真二：點動程序測試如圖4.2.2，按下SB_3按鈕，X3得電,則主軸電動機Y0與指示燈Y4同時動作，并且Y0完成自鎖；此時常閉觸點M100失電，即按下SB_3,主軸電動機正轉，模擬滑臺前進狀態(tài)，松開SB_3，電機停止；同理，主軸電動機反轉原理相同。圖4.2.2 點動程序測試仿真三：自動程序測試如圖4.2.3，按下啟動按鈕SB_1，X1得電，將ST_1壓合，X5得電，則主軸電動機Y0得電，且X6完成互鎖。圖4.2.3 自動程序測試如圖4.2.4，當擋鐵壓動到ST_2時，即X6得電，經過時間繼電器延時3秒，液壓滑臺由快進轉為一次工進，此時進給電動機繼電器Y2得電，且指示燈Y6動作;圖4.2.4 自動程序測試如圖4.2.5，當一次工進到擋鐵壓動ST_3時，即X7得電，液壓滑臺由一次工進轉為二次工進，此時經時間繼電器3秒延時，進給電動機Y7得電開始高速運轉;圖4.2.5 自動程序測試如圖4.2.6，當二次工進到終點死擋鐵處，壓住ST4，即X10得電，時間繼電器在終點停留6S后，主軸電動機Y1得電反向運行，且反向運行指示燈Y5亮起。 圖