28號PLC雙面鉆課程設計(楊力)

1、湖 南 工 程 學 院課 程 設 計課程名稱 電氣控制與PLC 課題名稱 全自動雙面鉆電氣控制系統(tǒng)設計 專業(yè)班級 自動化1191班 姓 名 楊力 學 號 201101029128 指導教師 賴指南、劉星平、譚梅、周向紅 2014年3月6日湖 南 工 程 學 院課程設計任務書課程名稱 電氣控制與PLC 課題名稱 全自動雙面鉆電氣控制系統(tǒng)設計 專業(yè)班級 自動化1191班 姓 名 楊力 學 號 201101029128 指導教師 賴指南、劉星平 審 批 黃峰、汪超、劉星平 任務書下達日期2014年2月24日課程設計完成日期2014年3月7日設計內容與要求一. 課程設計的性質與目的 本課程設計是自動化

2、專業(yè)教學計劃中不可缺少的一個綜合性教學環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)理論與實踐相結合的重要手段。它的主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用本課程所學知識和技能去分析和解決本課程范圍內的一般工程技術問題，建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序和方法。通過課程設計使學生得到工程知識和工程技能的綜合訓練，獲得應用本課程的知識和技術去解決工程實際問題的能力。 二. 課程設計的內容 1.根據(jù)控制對象的用途、基本結構、運動形式、工藝過程、工作環(huán)境和控制要求，確定控制方案。2.繪制全自動雙面鉆控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。 3.選擇電器元件，列出電器元件明細表。 4.編寫設計說明書。 三. 課程設計的要求

3、 1.所選控制方案應合理，所設計的控制系統(tǒng)應能夠滿足控制對象的工藝要求，并且技術先進，安全可靠，操作方便。 2.所繪制的設計圖紙符合國家標準局頒布的GB472884電氣圖用圖形符號、GB698887電氣制圖和GB715987電氣技術中的文字符號制定通則的有關規(guī)定。 3.所編寫的設計說明書應語句通順，用詞準確，層次清楚，條理分明，重點突出，篇幅不少于7000字。主要設計條件1.電氣控制技術課程設計題選（賴指南編，本院印刷廠印）一本。2.參考文獻若干。設計說明書裝訂順序1.課程設計說明書封面。2.課程設計任務書。3.說明書目錄。4.正文（按設計內容逐項書寫）。5.參考文獻。6.附錄。7.課程設計評

4、分表。設計進度安排第1周：1.星期一上午：課題內容介紹。2.星期一下午：仔細閱讀設計任務書，明確設計任務與要求，收集設計資料，準備設計工具。3.星期二星期五：確定控制方案。繪制全自動雙面鉆電氣控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。設計控制系統(tǒng)的工藝圖紙。選擇電器元件，列出電器元件明細表。第2周：4.星期一：上機調試程序。5.星期二星期五：編寫設計說明書,答辯。參考文獻1廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用M.重慶：重慶大學出版社2萬太福.可編程序控制器及其應用M. 重慶：重慶大學出版社3劉祖潤.畢業(yè)設計指導.北京：機械工業(yè)出版社4謝桂林.電力拖動與控制. 北京：中國礦

5、業(yè)大學出版社5工廠常用電氣設備手冊編寫組.工廠常用電氣設備手冊. 北京：水利電力出版社前 言在20世紀六七十年代，為了適應計算機、數(shù)字控制、機器人、大規(guī)模集成電路等高新技術的發(fā)展，美國通用汽車公司(GM)為適應汽車型號的不斷翻新，提出了“結合計算機靈活、通用、功能完備以及繼電控制簡單、易懂、操作方便、為大家所熟悉” 優(yōu)點，面向工業(yè)現(xiàn)場、面向控制過程、面向實際問題，即使是不熟悉計算機的人，經(jīng)過簡單訓練也可直接編程的一種新型電子化的自動控制裝置來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電-接觸控制的設想。隨著電子信息與計算機技術的迅速發(fā)展，機加工設備的控制也不斷向自動化、集成化、智能化方向邁進?？删幊绦蚩刂破?PLC)與智能化

6、人機界面的結合將使工業(yè)控制技術得到全新發(fā)展。雙面鉆床是對棒料兩面同進行鉆孔或擴孔的專用機床，要求改造設計成具有良好人機界面的全自動床我們將觸摸屏和可編程序控制器相結合應用于該機床控制控制系統(tǒng)中，僅可以替代傳統(tǒng)的控制面板、開關、按鈕、和一般的鍵盤操作，替代笨重的繼電器控制柜，而且可將控制參數(shù)和工作狀態(tài)等在線顯示，還可以動畫和曲線的形式描繪自動控制的過程，使操作更為簡單，性能更為優(yōu)越。PLC課程設計是電氣控制類專業(yè)學生需要完成的教學實踐任務，主要是通過使用PLC語言設計規(guī)定任務的電氣控制裝置，是有關專業(yè)教學重要的實踐環(huán)節(jié)。目 錄第1章 概述11.1 被控對象概述11.2 設計要求31.2.1 對工

7、作循環(huán)的設計要求31.2.2 對單機控制的要求31.2.3 對特殊環(huán)節(jié)的要求31.3 設計任務3第2章 控制方案確定42.1 繼電器控制方案42.2 微機控制方案42.3 PLC控制方案52.4 結論6第3章 控制系統(tǒng)的硬件設計73.1 電動機主電路和控制電路的設計73.1.1電動機主電路和控制電路電器元件的選擇73.1.2 電動機主電路和控制電路的設計73.2 PLC控制系統(tǒng)設計8第4章 控制系統(tǒng)的軟件設計104.1 軟件的組成部分104.2 手動子程序設計104.3 自動子程序設計114.4 公用子程序設計144.5 控制系統(tǒng)順序功能圖設計14第5章 控制系統(tǒng)的調試165.1 公用子程序調

8、試165.2 自動子程序調試165.3 手動子程序調試17結束語18致 謝19參考文獻20電氣信息學院課程設計評分表21第1章 概述1.1 被控對象概述全自動雙面鉆是針對棒料兩面同時進行鉆孔或擴孔加工的專用機床，這種機床自動化程度高，能自動上、下料，自動進、退，并具有可靠的危險區(qū)保護措施，其結構示意圖如圖1所示。 全自動雙面鉆是由液壓系統(tǒng)來控制其進給運動的。動力頭主軸由電動機(JQ2Z14，1.5KW)拖動旋轉，液壓電磁閥和電動機由行程開關、壓力繼電器和接觸器控制，其液壓原理圖如圖2所示。油泵電機為3KW。圖1 全自動雙面鉆結構示意圖全自動雙面鉆的工作過程如下： 如圖2所示，當液壓泵電機M，左

9、、右動力頭主軸電機M1和M2均啟動完畢時，按下啟動按鈕SB，YV1通電，送料機構送料。送料到位時，碰SQ1，YV1斷電，送料機構自動返回。在送料機構返回的同時，YV2通電，夾緊機構對工件夾緊。當夾緊到位時，碰SQ2；當對工件有足夠的夾緊力時，壓力繼電器KP動作。此時，YV3和YV5通電，左、右動力頭同時向前進給，開始對工件進行鉆削加工。當左、右動力頭將要進入危險區(qū)時，右動力頭碰SQ6，使YV5斷電，右動力頭停止進給，而左動力頭繼續(xù)進給。當左動力頭鉆至整個孔深的一半時，碰SQ4，使YV3斷電，YV4通電，左動力頭停止進給并快速返回。當左動力頭返回到原位時，碰SQ3，于是YV4斷電，左動力頭停在原

10、位。同時YV5重新通電，使右動力頭再次進給。當右動力頭將孔的余下部分鉆穿時，碰SQ7，使YV5斷電，YV6通電，右動圖2 液壓系統(tǒng)原理圖力頭停止進給并快速返回。當右動力頭返回到原位時，碰SQ5，使YV6斷電，右動力頭停止后退。同時 YV2斷電，夾緊機構開始松開。經(jīng)過1.5秒鐘，夾緊機構完全松開。至此，全自動雙面鉆完成了一個循環(huán)的加工。1.2 設計要求1.2.1 對工作循環(huán)的設計要求 (1) 全自動循環(huán)：在料抖中有料的情況下，按下啟動按鈕時，要求全自動雙面鉆能夠自動地對成批工件進行加工，即實現(xiàn)機床的全自動循環(huán)。 (2) 一次循環(huán)：當只要求加工一個工件時，機床在加工完成，并返回原位時應能自動停止。

11、 (3) 單機手動：要求能對送料機構，夾緊機構，左、右動力頭的主軸電動機和滑臺進行手動操作，以便能對鉆孔深度等進行調整。1.2.2 對單機控制的要求 (1) 主軸電機只要求單向運轉。 (2) 可對左、右動力頭進行在線/離線設置。1.2.3 對特殊環(huán)節(jié)的要求 (1) 能對機床進行預停和緊急停止操作。 (2) 具有危險區(qū)保護措施。 (3)完善的故障保護環(huán)節(jié)。1.3 設計任務 1. 選擇電氣元件，編制電氣元件明細表。 2. 繪制電氣原理圖或PC I/O接線圖、順序功能圖和梯形圖，編寫指令程序清單。 3. 設計并繪制工藝圖紙(只要求選擇下列項目中的任意一項即可)： (1) 電氣板元件布置圖和電氣底板零

12、件加工圖。 (2) 電氣板接線圖。 (3) 控制面板元件布置圖、接線圖和面板零件加工圖。 4. 上機調試程序。5. 編寫設計說明書。第2章 控制方案確定2.1 繼電器控制方案 在邏輯控制方面，繼電器是利用電器件機械觸點的串、并聯(lián)組合成邏輯控制。采用硬線連接，連線多而復雜，對今后的邏輯修改、增加功能很困難。在控制速度上，依靠機械觸電的吸合動作來完成控制的繼電器的控制系統(tǒng)，工作效率低，工作速度慢。在順序控制方面，繼電器控制是利用時間繼電器的滯后動作來完成時間上的順序控制，時間繼電器內部的機械結構容易受環(huán)境和溫度變化的影響，造成定時的精度不高。在靈活性可擴展性方面，繼電器安裝后，受電氣設備觸點數(shù)目的

13、有限性和連線復雜等原因的影響，系統(tǒng)在今后的靈活性、擴展性很差。雖然繼電器控制可實現(xiàn)邏輯功能，但不具備計數(shù)的功能，另外，繼電器控制使用大量的機械觸點，觸點在開閉時會產生電弧，造成損傷并伴有機械磨損，使用壽命短，運行可靠性差，不易維護。繼電器控制歷史長久，有較為成熟和固定的設計方法，易于掌握，尤其適合邏輯控制，但如果是時序、步進性控制和過程控制則或是構成系統(tǒng)較復雜，或難以單獨實現(xiàn)需要借助過程儀表等。這種系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性差，運行有較多的噪聲，外部硬接線為主，不具有良好的柔性，一旦電路結構完成就要相對固定下來，需要更改時會很麻煩。繼電器觸點有過載、發(fā)熱粘連等缺點，維護量較大。一般用于結構簡單,電流量

14、小的場合。2.2 微機控制方案微機控制，成本比PLC低,邏輯針對性高，所以要在對整個系統(tǒng)非常了解的時候才會使用，智能化比PLC高，專業(yè)應用的時候，實現(xiàn)的功能要比PLC多，具有安全性可靠性最高的特點，輸入輸出信號還可以實現(xiàn)一體化隔離，通訊組態(tài)模式最多。開發(fā)周期最長，一旦要有變化修改比較麻煩。一旦實現(xiàn)自有批量生產，如果不包括軟件附加值，成本甚至比繼電器控制還要低。微機最突出的特點是具備計算機的運算能力和存儲容量, 適用于復雜應用和大量數(shù)據(jù)處理.。微機系統(tǒng)也具有軟硬件結合實現(xiàn)功能的特點，而且目前的微機系統(tǒng)有專業(yè)的工控機適用于工業(yè)控制環(huán)境，其抗干擾能力、運行穩(wěn)定性等都比最初使用商用機好得多了。而硬件上

15、，已經(jīng)有多種基于現(xiàn)有總線形式的功能塊可以選用，如數(shù)據(jù)采集卡、運動控制卡、過程控制卡、智能通信卡等，這些功能塊是專業(yè)廠家進行專門設計的，讓用戶可以結合各種通用編程軟件如VC+、VB、Delphi以及各種數(shù)據(jù)庫開發(fā)軟件等即可迅速實現(xiàn)控制系統(tǒng)軟件的設計。不過在造價上恐怕是最高的，而其可靠性雖然已經(jīng)有很大提高能夠適應許多工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境了，但仍然還不足以達到PLC的水平。另外還通過微機直接控制過元器件，他的功能可謂更加強大。但是另一方面他體型大，也太笨拙，一般微機也不適合用于工業(yè)控制場合，但是工業(yè)控制計算機可以。機最突出的特點是具備計算機的運算才干和存儲容量，適用于復雜應用和大量數(shù)據(jù)處置。微電路控制，就

16、是單片機控制，這個系統(tǒng)其把PLC模塊化的各個部分集中在一起，其主要通過一塊電路板實現(xiàn)，空間大大減小，但是由于所有的電路集中在一塊板子上，其實現(xiàn)的功能、輸入輸出的點數(shù)受到限制，而且系統(tǒng)的散熱性，維護性受到考驗，若其中一部分損壞，其只能全部更換。單片機現(xiàn)在主要用在功能單一的小型系統(tǒng)中，如隨小型設備來的控制系統(tǒng)。2.3 PLC控制方案PLC智能化高，邏輯控制可靠度高，具有通訊功能，占體積小，功耗小，PLC是在繼電接觸器控制和計算機控制基礎上開發(fā)的工業(yè)自動控制裝置。PLC最突出的特點是抗干擾能力強, 編程簡單靈活, 適用于大多數(shù)工業(yè)控制場合.。.PLC系統(tǒng)是具有柔性的軟接線系統(tǒng)，多數(shù)情況下通過不算復雜

17、的編程，以軟硬件結合的方式可以實現(xiàn)控制功能，目前應用也極為廣泛，可靠性極高、抗干擾能力強，已經(jīng)被廣泛接受?，F(xiàn)在的PLC可以實現(xiàn)從小到大各種規(guī)模的控制系統(tǒng)，并且除了邏輯控制外，還可以方便的通過各種功能模塊、通信模塊、智能模塊、人機界面等實現(xiàn)過程控制、閉環(huán)控制、通信、位置/伺服控制、人機交互等，功能極為強大。PLC系統(tǒng)更改方便，改動程序可以節(jié)省大量外圍硬接線的改動工作量。但是目前各種廠家的PLC在硬件軟件方面不通用、“各自為政”現(xiàn)象尚難以改觀。在用戶方面各自變得程序也往往不具有通用性，尤其是采用梯形圖編程時程序的“個性”風格十分突出，可移植性、可維護性不如微機控制系統(tǒng)做得好。PLC系統(tǒng)的價格也不是

18、太高，在性價比上應該是最好的。PLC就是為了替代繼電器的缺點而開發(fā)的，其就是可編程控制器，其眾多的邏輯控制在PLC內部來實現(xiàn)，引起大大的節(jié)省了設備空間，其只需要外部的輸入輸出接口來與外界連接，這樣的狀況使整個系統(tǒng)耗電量、可靠性、維護性有到顯著的改善，其最優(yōu)越的特點就是程序更改方便，對待外部實現(xiàn)的功能更加人性化。2.4 結論 通過以上比較了繼電器，微機，PLC控制的特點后，可得出結論，本課題中選用PLC控制為最佳方案。 第3章 控制系統(tǒng)的硬件設計3.1 電動機主電路和控制電路的設計3.1.1電動機主電路和控制電路電器元件的選擇表3-1電動機電路元器件目錄表序號代號名稱數(shù)量規(guī)格型號1M1 M2 M

19、3 M4電動機4JQ2-Z1-42FR14熱繼電器4T163QS1倒順開關1HZ10-10/34SB18按鈕85KM14接觸器4CJ20-256QF斷路器13.1.2 電動機主電路和控制電路的設計電動機主電路圖如圖3-1所示：圖3-1電動機主電路3.2 PLC控制系統(tǒng)設計PLC控制系統(tǒng)電器元件的選擇表3-2 PLC控制系統(tǒng)元器件目錄表序號代號名稱數(shù)量規(guī)格型號1SA轉換開關12QS2電源開關1HZ10-10/33I1.1-1.7按鈕114PLC可編程控制器1CPU226XP5FU熔斷器1RL1-606SQ1SQ7行程開關7LXK2-1317VY1-VY7輸出元件7PLC外部實物連接圖如圖3-2所

20、示：第4章 控制系統(tǒng)的軟件設計4.1 軟件的組成部分控制系統(tǒng)主程序如下：4.2 手動子程序設計控制系統(tǒng)手動子程序如下：4.3 自動子程序設計控制系統(tǒng)自動子程序如下： 4.4 公用子程序設計控制系統(tǒng)公共子程序如下：4.5 控制系統(tǒng)順序功能圖設計 控制系統(tǒng)的順序功能圖如圖4-5所示：圖4-5 控制系統(tǒng)順序功能圖第5章 控制系統(tǒng)的調試5.1 公用子程序調試 公用子程序的程序語句比較少，因此調試也相對簡單。調試的具體過程如下： 按下啟動按鈕SB(I0.0),接通SQ3(I0.3),SQ5(I0.5),使左動力頭，右動力頭處于初始位置。接通輸入點I0.3,I0.5，此時線圈V1.7通電；線圈V1.7通電

21、后常開觸點V1.7接通，常閉觸點V1.7斷開，此時V1.5,V1.6復位，V0.0置位。按下I2.6，其輸出線圈Q0.1-0.7復位。5.2 自動子程序調試 自動子程序是系統(tǒng)能自動執(zhí)行的主要程序，程序語句較多，因此調試也相對復雜些。調試的具體過程如下： 當液壓泵電機M，左、右動力頭主軸電機M1和M2均啟動完畢時，按下啟動按鈕SB(I0.0)，調至自動擋（I2.0),YV1(Q0.1)通電，送料機構送料。送料到位時，碰SQ1(I0.1)，YV1斷電，送料機構自動返回。在送料機構返回的同時，YV2(Q0.2)通電，夾緊機構對工件夾緊。當夾緊到位時，碰SQ2(I0.2)；當對工件有足夠的夾緊力時，壓

22、力繼電器KP動作。此時，YV3(Q0.3)和YV5(Q0.5)通電，左、右動力頭同時向前進給，開始對工件進行鉆削加工。當左、右動力頭將要進入危險區(qū)時，右動力頭碰SQ6(I0.6)，使YV5斷電，右動力頭停止進給，而左動力頭繼續(xù)進給。當左動力頭鉆至整個孔深的一半時，碰SQ4(I0.4)，使YV3斷電，YV4(Q0.4)通電，左動力頭停止進給并快速返回。當左動力頭返回到原位時，碰SQ3(I0.3)，于是YV4斷電，左動力頭停在原位。同時YV5重新通電，使右動力頭再次進給。當右動力頭將孔的余下部分鉆穿時，碰SQ7(I0.7)，使YV5斷電，YV6(Q0.6)通電，右動力頭停止進給并快速返回。當右動力

23、頭返回到原位時，碰SQ5(I0.5)，使YV6斷電，右動力頭停止后退。同時YV2斷電，夾緊機構開始松開。經(jīng)過1.5（T37)秒鐘，夾緊機構完全松開。5.3 手動子程序調試手動子程序的調試也相對簡單。調試的具體過程如下：按下啟動按鈕SB(I0.0)，調至手動檔(I2.1),按下按鈕I1.1,VY1(Q0.1)送料線圈接通；按下I1.2,VY2(Q0.2)工件夾緊線圈置位；按下I1.3，VY3(Q0.3)左動力頭向前線圈接通；按下I1.4,VY4(Q0.4)左動力頭向前線圈接通；按下I1.5,VY5(Q0.5)右動力頭向前線圈接通；按下I1.6,VY6(Q0.6)右動力頭返回線圈接通；按下I1.7，VY2(Q0.2)工件夾緊線圈復位。結束語我想說：“我高估自己的能力了?！北疽詾榭梢砸恍瞧诟阃甑恼n程設計，如果不是主動地去問我們的指導老師，可能兩星期也完不成。這次的課程設計是一次教訓，在以后的學習中應該戒驕戒躁，謙虛謹