全自動雙面鉆控制系統(tǒng)設(shè)計說明書(修改版2)

1、開封大學機械與汽車工程學院機電一體化技術(shù)專業(yè)2016屆畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 開 封 大 學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書題目：全自動雙面鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計說明書學 院 機械與汽車工程學院 專 業(yè) 機電一體化技術(shù) 班 級 2013級機電班 學 號 2013501332 姓 名 杜仲 指導教師 陳巖 2016年 5 月 20 日目 錄 論文摘要11、 全自動雙面鉆概況22、 全自動雙面鉆工作過程23、 課程設(shè)計目的及內(nèi)容5（1） 概述5（2） 設(shè)計步驟6（3） 機電傳動控制概述6（4） 課程設(shè)計7（5） 總體設(shè)計8（6） 局部設(shè)計9（7） 原理圖繪制9（8） 接線圖繪制14（9） 元件選型144、 控制

2、方案論證17（1） 繼電器控制方案17（2） 微機控制方案17（3） PLC控制方案18（4） 結(jié)論195、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計19（1） PLC控制系統(tǒng)電器元件的選擇19（2） 控制系統(tǒng)PLC I/O接線圖設(shè)計196、 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計21（1） 軟件的組成部分21（2） 手動子程序設(shè)計21（3） 自動子程序設(shè)計22（4） 公用子程序設(shè)計237、 軟件的調(diào)試24（1） 公用子程序調(diào)試24（2） 自動子程序調(diào)試258、 小結(jié)259、 參考文獻2610、 附錄27附表1：元器件選型明細表27附圖1：原理圖28附圖2：接線圖29開封大學機械與汽車工程學院機電一體化技術(shù)專業(yè)2016屆畢業(yè)設(shè)計（論文）

3、說明書論 文 摘 要 為提高機床在實際生產(chǎn)中的自動化程度和工作效率，迅速提升工件加工技術(shù)與精度，設(shè)計了一種全自動氣動鉆床，該機床能對工件完成快速定位、夾緊以及鉆削加工等工作。本文設(shè)計的全自動氣動鉆床通過PLC來控制機床動作，通過氣壓傳動來傳遞動力。實現(xiàn)了PLC與PC的高效結(jié)合，簡化了機床的電氣控制系統(tǒng)，提高了機床的生產(chǎn)效率,達到了理想的效果。關(guān)鍵詞：PLC（可編程控制器） 雙面鉆孔組合機床0全自動雙面鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計說明書杜仲（開封大學 機械與汽車工程學院)一 全自動雙面鉆概況 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

4、有可靠的危險區(qū)保護措施，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1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(zhuǎn)，液壓電磁閥和電動機由行程開關(guān)、壓力繼電器和接觸器控制，其液壓原理圖如圖1-2所示。油泵電機為3KW。圖1-1全自動雙面鉆結(jié)構(gòu)示意圖2 全自動雙面鉆的工作過程 快進 快進 工進 工進 快退快退 圖1-2動作順序圖 如圖1-2所示，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，YV1通電，送料機構(gòu)送料。送料到位時，碰SQ2，YV1斷電，送料機構(gòu)自動返回。當返回到原位時，碰SQ 1，YV2通電，夾緊機構(gòu)對工件夾緊。當

5、夾緊到位時，碰SQ4；當對工件有足夠的夾緊力時，壓力繼電器KP1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SQ8，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SQ6，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SQ5，于是YV4斷電，左動力頭停在原位。同時YV5重新通電，使左動力頭在此進給。當右動力頭將孔的余下部分鉆穿時，碰SQ9，使YV5斷電，YV6通電，右動力頭停止進給并快速返回。當右動力頭返回到原位時，碰SQ7，使YV6斷電，右動

6、力頭停止。同時 YV2斷電，夾緊機構(gòu)松開。當夾緊機構(gòu)完全松開時，碰SQ3。至此，全自動雙面鉆完成了一個循環(huán)的加工。圖1-3液壓系統(tǒng)原理圖41三課程設(shè)計目的及內(nèi)容（1） 概述本課程是本專業(yè)的專業(yè)必修課。課程設(shè)計的目的和任務(wù)在于使學生掌握機械設(shè)備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計的基本能力。加深學生對課程內(nèi)容的理解，驗證理論和鞏固、擴大所學的基本理論知識。本機為專用千斤頂油缸兩端面鉆孔加工的組合機床，采用裝在動力滑臺上的左、右兩個動頭（電機均為1.5KW）同時進行切削。動力頭為單向運轉(zhuǎn)，停車采用能耗制動；只有在油泵工作，油壓達到一定的壓力后（由油壓繼電器控

7、制）才能進行其它控制；專用機床能進行半自動循環(huán)，又能對各個動作單獨進行調(diào)整；需要一套局部照明裝置以及工作狀態(tài)指示燈；有必要的過電流保護和聯(lián)鎖；鉆孔過程中需用冷卻泵進行冷卻，冷卻泵電動機功率為0.125kw；繪制電氣原理圖 (A3)；列出元件明細表；繪制電氣接線圖(A3)；（2） 設(shè)計步驟電動機的選擇：根據(jù)設(shè)計要求需配備4臺電動機，油泵電機M1，冷卻泵電動機M2，動力頭電動機M3、M4。根據(jù)設(shè)計要求查閱相關(guān)手冊選擇電機型號，注明所查閱的手冊的名稱、頁碼。繪制工步循環(huán)圖：根據(jù)系統(tǒng)的動作狀態(tài)表繪制工步循環(huán)圖。電氣原理圖的設(shè)計（要求有詳細的分析過程）：主電路設(shè)計控制電源的設(shè)計控制電路的設(shè)計（根據(jù)設(shè)計要

8、求列出各執(zhí)行電器的邏輯表達式）局部照明與信號指示電路的設(shè)計機床工作原理分析電氣元件型號的選擇：電源開關(guān)的選擇熱繼電器的選擇接觸器的選擇繼電器的選擇行程開關(guān)的選擇熔斷器的選擇按鈕的選擇照明燈及燈開關(guān)的選擇指示燈的選擇控制變壓器的選擇電氣接線圖的繪制：電器元件按外形繪制，并與布置圖一致，偏差不要太大所有電器元件及其引線應(yīng)標注與電氣原理圖相一致的文字符號及接線回路標號接線圖中應(yīng)標出配線用的各種導線的型號、規(guī)格、截面積及顏色等。（3） 機電傳動控制概述機電傳動（又稱電力傳動或電力拖動）是指以電動機為原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)之總稱。它的目的是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、停止以及速度調(diào)節(jié)，滿足

9、各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程正常運行。在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的要求，機電傳動不僅包括拖動生產(chǎn)機械的電動機，而且包括控制電動機的一整套控制系統(tǒng)。也就是說，現(xiàn)代機電傳動是和由各種控制元件組成的自動控制系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起的，所以，本課程被命名為機電傳動控制（也稱為機械電氣控制）。從現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求出發(fā)，機電傳動控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)，從廣義上講，就是要使生產(chǎn)機械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化；從狹義上講，則專指控制電機驅(qū)動生產(chǎn)機械，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)量的增加、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、生產(chǎn)成本的降低工人勞動條件的改善以及能源的合理利用。例如，一些精密機床要求加工精度達百分之幾毫米，

10、甚至幾微米；重型鏜床為保證加工精度和控制表面粗糙度，要求能在極慢的穩(wěn)速下進給，即要求能在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速；軋鋼車間的可逆式軋機及其輔助操作頻繁，要求在不到一秒的時間內(nèi)疚能完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程，即要求能迅速地啟動、制動和反轉(zhuǎn)；對于電梯和提升機，要求啟動和制動平穩(wěn)，能并能準確地停止在給定的位置上；對于冷、熱連軋機以及造紙機的各機架或各部分，要求它們的轉(zhuǎn)速保持一定的比例關(guān)系，以便進行協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)；為了提高效率，要求對由數(shù)臺或數(shù)十臺設(shè)別組成的生產(chǎn)自動線實行統(tǒng)一控制和管理。諸如此類要求，都是靠電動機及其控制系統(tǒng)和機械傳動裝置來實現(xiàn)的。在近代機械工業(yè)的發(fā)展過程中，機電傳動的發(fā)展，經(jīng)歷了一個復雜的過程：1 電

11、機的拖動的發(fā)展過程如下：成組拖動多電機拖動（不同機構(gòu)由單獨電機拖動）單電機拖動2 控制系統(tǒng)的發(fā)展過程如下：繼電器控制接觸器控制電機放大機控制磁放大器控制電力功率晶體管控制計算機數(shù)字控制（PLC）由整個發(fā)展過程，不難看出，隨著機械加工要求不斷提高，機電傳動控制系統(tǒng)的復雜度也在不斷增加。本課程的重點在與控制部分，如何利用電氣元件或計算機控制電氣來拖動機械實現(xiàn)所要求的功能。在設(shè)計控制系統(tǒng)時，就要求設(shè)計人員對執(zhí)行元件（電動機）、控制元件的熟練掌握與運用，同時也要求對控要求進行了解。（4） 課程設(shè)計在本次課程設(shè)計中，我們完成的是“全自動雙面鉆床控制系統(tǒng)”的設(shè)計任務(wù)。此次課程設(shè)計的目的旨在學會利用電氣元件

12、（繼電器接觸器）的控制方法，故在整個設(shè)計過程中，要求使用的元件為傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的繼電器、接觸器來實現(xiàn)鉆床的全自動工作過程。另外，在本次課程設(shè)計中，我們還應(yīng)學會如何設(shè)計主回路、控制回路以及輔助回路（照明與顯示）。同時，在回路的總體連接上，要熟悉設(shè)計的技巧；在液壓控制回路的設(shè)計中，要學會利用“起保?！彪娐穪韺崿F(xiàn)液壓系統(tǒng)的控制。通過本次課程設(shè)計，除了復習掌握已學過的電氣知識外，還應(yīng)熟悉控制系統(tǒng)的設(shè)計流程與設(shè)計方法，從而增加自己的閱歷，提高自己的工作能力。（5） 總體設(shè)計1 控制要求的分析任務(wù)書中的控制要求有以下幾點：動力頭位單向運轉(zhuǎn)，停車采用能耗制動；只有在油泵工作，油壓達到一定壓力后（由油壓繼電器

13、控制）才能進行其他的控制；專業(yè)機床能進行半自動循環(huán)，又能各個動作單獨進行調(diào)整；需要一套局部照明裝置以及工作狀態(tài)指示燈；有必要地過電流保護和連鎖；鉆孔過程中需用冷卻泵進行冷卻，冷卻泵電動機功率為0.125kW。由上述控制要求，可分析出以下幾點：在主回路中僅需對電機的啟停進行控制和對動力頭電機進行能耗制動的設(shè)計，不需控制正反轉(zhuǎn)；在液壓回路的液壓泵附近處應(yīng)添加壓力繼電器，并在液壓控制回路的首端加入該壓力繼電器的常開觸點，以實現(xiàn)滿足油壓后才能進行其他控制的要求；對于機床的半自動循環(huán)，可以采用起保停電路來實現(xiàn)，而對于各個動作的單獨調(diào)整則可在控制首端加入萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，并對各個動作設(shè)置手動按鈕來實現(xiàn)該控制要

14、求；控制回路中可添加輔助回路，以控制照明和顯示功能；在每個電動機的連接處，均接入一個適合的熱繼電器，以實現(xiàn)過熱保護，在主回路中各個支路與主電源相連接處均接入一個適合的熔斷器，以實現(xiàn)過流保護（短路保護），而在控制回路與變壓器相連處也應(yīng)接入適合的熔斷器，同樣實現(xiàn)過流保護；增選一個冷卻泵，并接入主回路，在控制回路中加設(shè)一支路，通過按鈕控制冷卻泵的啟停。液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達式據(jù)分析，電磁閥被控邏輯表達式如下：（6） 局部設(shè)計在局部設(shè)計中，我們主要完成三部分內(nèi)容：原理圖、設(shè)計元器件選型、接線圖的設(shè)計。這三部分內(nèi)容是整個設(shè)計的核心部分，通過這部分，我們得出了整個設(shè)計的結(jié)果：兩張A3圖紙，一張元

15、器件明細表。（見附錄）（7） 原理圖繪制在原理圖的設(shè)計部分，我們將其分為3大模塊進行分工設(shè)計。其中包括有主電路模塊的設(shè)計、控制電路模塊的設(shè)計與輔助電路模塊的設(shè)計三部分。而在控制電路模塊中，我們將其又分為電機控制電路與液壓控制回路兩部分。輔助回路中主要包括有照明與顯示電路部分。1.主電路主電路的設(shè)計中主要應(yīng)滿足一下幾點要求：動力頭電機應(yīng)實現(xiàn)能耗制動；動力頭電機、液泵電機、冷卻泵電機三者應(yīng)分開接向主電源，并由不同的接觸器控制；三種電機君應(yīng)實現(xiàn)短路保護（過流保護）與 過熱保護；電源處應(yīng)有一個總閘控制電源的關(guān)斷。對于要求（1）我們將左右動力頭的兩電機接在同一個接觸器上進行控制，然后在接觸器的首位接上一

16、個可控的直流電源（由變壓器和整流橋組成）來實現(xiàn)。對于要求（2）我們選用三個接觸器來控制三種不同功率的電動機，并分開三個回路來控制即可。對于要求（3）我們選用合適的熔斷器，在三個回路接向電源出接上相應(yīng)的熔斷器來實現(xiàn)短路保護；再選用合適的熱繼電器，在接向電動機處接如相應(yīng)熱繼電器來實現(xiàn)過熱保護。對于要求（4）我們在電源處，添加一個刀開關(guān)QS即可。具體電路圖如下：圖3-1 主回路電路設(shè)計圖2. 控制電路在控制回路中，主要有兩部分：電機控制回路與液壓控制回路。這兩部分均應(yīng)接向110V交流電壓，故該回路與主回路相連接時，應(yīng)將主電源的L1、L2相接如變壓器來降壓，以提供110V的兩相交流電。（1） 電機控制

17、回路 在控制電機時，為滿足動力頭電機的能耗制動，我們利用時間繼電器來控制直流電源的延時斷開。在三種電機的啟?？刂粕希覀兝媒佑|器的“起保?！彪娐穪砜刂?，我們分別加入啟停按鈕。而在動力頭電機的停止上，我們利用聯(lián)動開關(guān)來控制，以其常閉觸點為停止，常開觸點為直流電源的接入。這樣，保證了動力頭電機的停止，同時也接入了能耗制動。另外，我們在主電路的最后加上了一個急?；芈?，利用接觸器KM0與刀開QS0關(guān)來控制。同時，在控制回路的起始端接入接觸器KM0的常閉觸點，來實現(xiàn)急停功能。具體電路圖如下：圖3-2 電機控制回路設(shè)計圖（2） 液壓控制回路在液壓控制回路中，應(yīng)分為自動控制和手動控制兩部分。在自動控制中，

18、主要由行程開關(guān)（SQ1到SQ6）、壓力繼電器（YJ1與YJ2）和按鈕SB1來共同控制電磁閥（YV1到Y(jié)V5）來實現(xiàn)整個動作。其動作表如下：YV1YV2YV3YV4YV5定位（SB1）+-夾緊（YJ1）+-入位（YJ2）-+-工進（SQ1SQ5）-+-退位（SQ2SQ4）-+-+復位（SQ3SQ6）- 表1 液壓回路電磁閥被控一覽表 由上表可知，在設(shè)計液壓控制回路時，可以直接利用起保停電路直接控制電磁閥的動作。在表中，每一列以第一個“+”為該電磁閥的得電信號，而以連續(xù)“+”后的第一個“-”為失電信號。但應(yīng)該注意的是行程開關(guān)的串并聯(lián)關(guān)系：在夾緊動作時（YV2），若要使其失電，則應(yīng)兩動力頭均達復位位

19、置才可松開，故此時SQ3與SQ6應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系；在工進或退位時（YV4、YV5），若要使其得電，則只要有一個行程開關(guān)的信號，則應(yīng)該立即動作，故SQ1與SQ5或SQ2與SQ4應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系；在要求入位、工進或退位（YV3、YV4、YV5）的停止信號時，必須兩個行程開關(guān)均有信號才可失電，故此時SQ2與SQ4或SQ3與SQ6應(yīng)為串聯(lián)關(guān)系。在手動控制中，我們利用萬能選擇開關(guān)來控制自動與手動的轉(zhuǎn)換。另外，在控制電磁閥（YV1到 YV5）的電路上，我們直接設(shè)計5個按鈕（SB2到SB6）來實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)。在萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)與110V交流電源連接的部分，我們增加一盒壓力繼電器YJ0，以實現(xiàn)在液壓回路中達到一定壓力才進行

20、控制動作的要求。具體電路圖如下：圖3-3 液壓控制回路設(shè)計圖3. 輔助電路（照明顯示）在輔助回路中，主要包含有照明燈的控制與顯示燈的控制。照明燈所需電源為24V交流電，而顯示燈所需電源為6V交流電。故將它們分別有變壓器TC的不同變壓接口引出即可。照明燈應(yīng)與總電源開關(guān)相同時亮滅，故在電源刀開關(guān)QS選型的時候應(yīng)選擇有三個主觸點并帶有一對常開常閉輔助觸點的刀開關(guān)，并將照明燈的控制接入刀開關(guān)QS的輔助常開觸點。在本設(shè)計中，我們共設(shè)置了3個指示燈（HL1、HL2、HL3），分別為啟動、工進與急停。故它們分別由交流接觸器KM1、KM3、KM0的輔助常開觸點來控制。另外，在控制回路的起始端（即由變壓器TC引

21、出的3端110V、24V、6V）應(yīng)設(shè)置短路保護。故在該處分別接上相合適的熔斷器。具體電路圖如下：圖3-4. 輔助回路（照明與顯示）設(shè)計圖（8） 接線圖繪制在接線圖的設(shè)計上，我們首先對箱體內(nèi)元器件進行排版：第一排為總閘、變壓器與熔斷器；第二排為時間繼電器、交流接觸器；第三排為急停閘、整流橋與熱繼電器；第四排為中間繼電器?？偣?排，并在每排間安排走線槽，便于安裝與維修。然后，我們在箱蓋上按功能將按鈕與指示燈排列出來。另外對于放置在其他設(shè)備上的器件，我們也一同畫在了接線圖的左端。在以上兩部分的中間，我們選用一個接線端子來將其進行連接。該接線端子的作用主要是將電柜箱體內(nèi)的線走出來，防止因?qū)Ь€雜亂而造成

22、的事故發(fā)生。在接線圖的下部分，放置了萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)與接地銅板，它同樣是放在箱體內(nèi)部的。這樣排版是為了方便接線工人識圖。最后我們將原理圖中各線編號，以該編號對應(yīng)在接線圖上進行連線。另外，在萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的編號中，由于該開關(guān)有外線與內(nèi)線之分，故我們以4位數(shù)將其編號，前兩位為外線號，后兩位為內(nèi)線號。（9） 元件選型1.電動機的選型根據(jù)任務(wù)書中要求得知液泵電動機M1的功率為370W，冷卻泵電動機M2的功率為0.125kW，動力頭電動機M3、M4的功率均為1.5kW。而工業(yè)用電一般都為380V三相交流電，故查3，選擇功率相近的電動機得一下結(jié)果：M1：Y2-90L-8M2：Y2-801-8M3、M4：Y2-1

23、00L1-4其中，M1功率0.55kW，轉(zhuǎn)速660r/min；M2功率0.18kW，轉(zhuǎn)速630r/min；M3、M4功率2.2kW，轉(zhuǎn)速1430r/min。（注：在實際設(shè)計當中，應(yīng)同時考慮工況、班制等選擇因素）熔斷器的選型根據(jù)選擇出的電機型號，可大致計算該電機工作時的最大電流：再根據(jù)以下經(jīng)驗公式，計算出所需熔斷器的最大允許電流值：故計算得：另外，根據(jù)經(jīng)驗，控制回路中的電流最大不會超法國5A，照明顯示回路電流最大不會超過2A，故查2，并選擇熔斷器結(jié)果如下FU1：RL-15/4,最大熔斷電流4A；FU2：RL-15/2,最大熔斷電流2A；FU3：RL-60/25,最大熔斷電流25A；FU4：RL-

24、15/6,最大熔斷電流6A；FU5：RL-15/2最大熔斷電流2A。熱繼電器的選型根據(jù)前面算出的電動機工作電流，查2可直接選出熱繼電器，得如下結(jié)果：FR1：LR1-D09307，整定電流范圍1.62.5；FR2：LR1-D09306，整定電流范圍11.6；FR3：LR1-D09310，整定電流范圍46；FR4：LR1-D09310，整定電流范圍46。交流接觸器、中間繼電器與時間繼電器的選型根據(jù)前面計算出的電動機工作電流值，可知交流接觸器的工作電流應(yīng)在10A以內(nèi)，而由設(shè)計的原理圖知交流接觸器所需要的主觸點為3對輔助觸點不超過2常開2常閉，再根據(jù)380V三相交流電的要求，查2，可選出交流接觸器如下

25、：KM04：CJ20-10，允許功率4kW，輔助觸點2常開2常閉。由于控制回路中，電壓為110V交流電，且根據(jù)控制回路設(shè)計圖得知中間繼電器所需觸點不超過4常開4常閉，故查2，可選擇中間繼電器如下：KA15：JZ14-44J/Z，110V吸引線圈電壓，觸點數(shù)4常開4常閉。由于動力頭電動機的能耗制動時間較短，故可確定在0.460s的范圍內(nèi)。根據(jù)110V交流電，同樣查2，選擇時間繼電器如下：KT：JS7-1A，110V吸引線圈電壓，定時時間調(diào)節(jié)范圍0.460s。照明與顯示燈的選型根據(jù)經(jīng)驗，一般照明燈使用的是24V交流電，故查2得，照明燈選擇型號為：AD1-22/11。在我們設(shè)計的系統(tǒng)中，有三種指示燈

26、：啟動、工進以及急停。根據(jù)經(jīng)驗，啟動指示燈一般用綠色，工進用黃色，急停用紅色。而工廠中，一般指示燈使用電壓為6V。故查2，選擇指示燈型號如下：啟動：AD1-22/11，電壓6V，綠色；工進：AD1-22/11，電壓6V，黃色；急停：AD1-22/11，電壓6V，紅色。變壓器的選型由于我們設(shè)計的系統(tǒng)中，需要將380V三相交流電轉(zhuǎn)換成110V、24V、6V等三種不同壓值的交流電，故選擇變壓器時應(yīng)同時考慮考慮變壓器的容量與接處的點數(shù)。查3，選擇變壓器結(jié)果如下：TC：BK-100，4變壓接出頭。按鈕及刀開關(guān)的選型在液壓控制回路中，共有6個常開按鈕。其中SB2SB6為手動控制按鈕，故可選擇黃色；SB1為

27、定位啟動按鈕，故選擇綠色。在電機控制回路中，共有3個常開按鈕、2個常閉按鈕與1個聯(lián)動開關(guān)。其中SB11、SB21、SB31為電機啟動按鈕，故可選擇綠色；SB10、SB20為電機停止按鈕，故選擇紅色；SB30為聯(lián)動開關(guān)，控制動力頭電機的停止，同時也開始能耗制動，故也選擇紅色。查2，選擇按鈕型號如下：SB1：LA19-11，綠色；SB2SB6：LA19-11，黃色；SB11、SB21、SB31：LA19-11，綠色；SB10、SB20：LA19-11，紅色；SB30：LAZ-11A/XR，紅色。而在整個設(shè)計中，我們用到了兩個刀開關(guān)，總閘一個（即控制電源，又控制照明燈），急停一個。故總閘刀開關(guān)QS選

28、用藍色；急停刀開關(guān)QS0選用紅色色。查2選擇刀開關(guān)如下：QS：DZ20-100/3，藍色；QS0：DZ20-100/3，紅色。四控制方案論證（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(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)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(shè)備觸點數(shù)目的有限性和連線復

29、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(chǎn)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(shè)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單,電流量小的場合。（2

30、） 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(yīng)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(chǎn)，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(yīng)用和大量數(shù)據(jù)處理.。微機系統(tǒng)也具有軟硬件結(jié)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，已經(jīng)有多種基

31、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(shè)計的，讓用戶可以結(jié)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(shè)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(yīng)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(yīng)用和大量數(shù)據(jù)處置。微電路控制，就是單片機控制，

32、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(shè)備來的控制系統(tǒng)。（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(chǔ)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的編程，以軟硬

33、件結(jié)合的方式可以實現(xiàn)控制功能，目前應(yīng)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)的價格也不是太高，在性價比

34、上應(yīng)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(nèi)部來實現(xiàn)，引起大大的節(jié)省了設(shè)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。（4） 結(jié)論通過以上比較了繼電器，微機，PLC控制的特點后，可得出結(jié)論，本課題中選用PLC控制為最佳方案。5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計（1） PLC的選擇：機型選擇： 該系統(tǒng)以開關(guān)量為主，可選用F1、F2、FX、GE1、C20、S5101、TI100、EX40等產(chǎn)品。容量估算： 由經(jīng)驗計算公式，即總存儲器字

35、節(jié)=I/O點數(shù)和×10模擬量點數(shù)×150 然后按計算總存儲器字節(jié)的25%考慮裕量。該控制系統(tǒng)內(nèi)存容量大約在150B。I/O模塊： 該系統(tǒng)現(xiàn)場與輸入模塊距離不太遠（不超過10m），因此采用低電平即可。采用繼電器輸出模塊，其優(yōu)點是適用電壓范圍寬，導通壓降損失小，價格便宜。在設(shè)計時用到了20個輸入點，7個輸出點，考慮25%的裕量，該系統(tǒng)的PLC采用FX2N-48MR-001（24點輸入，24點輸出，繼電器輸出）即可滿足要求。（2） PLC I/O接線圖設(shè)計（3） PLC控制系統(tǒng)電器元件清單序號名 稱符號型號數(shù)量01行程開關(guān)SQ，SQ1，SQ2，SQ3，SQ11，SQ12，SQ21

36、，SQ22JLXK1-111802按鈕SB0SB8LA10-1903熔斷器FURL1-60104熱繼電器FRJR0-20/305壓力繼電器KPJYL-2006轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1HJ10107接觸器KM，KM0KM2CJ0-20408可編程控制器PLCFX2N -48MR001109油泵電機MJQ2-Z1-4110冷卻電機M0JQ2-Z1-4111主軸電機M1、M2JQ2-Z1-42（4） I/O點編號分配表輸入設(shè)備 輸入點編號輸出設(shè)備輸出點編號起動按鈕X0報警控制器YV0Y0停止按鈕X1送料YV1Y1送料限位開關(guān)SQ1X2夾緊限位開關(guān)SQ3X3夾緊電磁閥YV2Y2壓力繼電器開關(guān)KPX4左動力頭進給

37、電機YV3Y3左、右動力頭危區(qū)限位開關(guān)SQX5左動力頭返回電機YV4Y4左孔鉆一半SQ12X6右動力頭進給電機YV5Y5左回原位SQ11X7右動力頭返回電機YV6Y6右余下部分SQ22X10右原位SQ21X11夾緊原位SQ2X12自動/單機點動切換開關(guān)X13單周期X14連續(xù)X15接觸器KM的輔助常開觸點X16夾緊限位按鈕X20左動力頭進給限位按鈕X21左動力頭返回限位按鈕X22右動力頭進給限位按鈕X23右動力頭返回限位按鈕X24緊急停止按鈕X252.4操作面板3.2 單機點動 單周期 自 動X20夾緊 X21左進 X22左退 X0啟動 負載電源X23右進 X24右退 X1停止 緊急停車2.5主

38、電路繼電器接線圖注：M為油泵電機，M0為冷卻電機，M1、M2為主軸電機M1、M2在上電工作時一直在運轉(zhuǎn)，直到按下停止按鈕時，主軸電機才停止6 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計（1） 公共程序根據(jù)要求，該控制系統(tǒng)有自動程序和手動程序。用公用程序來實現(xiàn)其自動和點動的切換。1.自動/點動程序結(jié)構(gòu)圖如下：其中X13是自動/點動切換開關(guān)，當X13為ON時將跳過自動程序，執(zhí)行單機點動程序，當X13為OFF時，去執(zhí)行自動程序。公用程序用于自動程序和點動程序相互切換的處理。開始執(zhí)行時，要求系統(tǒng)處于自動方式運行。當需要點動操作時，使X13為ON時，系統(tǒng)進入初始狀態(tài)后再切換到單機點動方式運行。2.公共程序梯形圖如下：其主要功能

39、是起超節(jié)拍報警，夾緊機構(gòu)一開始夾緊工件，輔助繼電器M20自保啟動定時器T0工作（設(shè)加工一個零件的時間為65秒）。一旦某一步發(fā)生故障，超過了預定的定時時間，T0常開觸點接通，接通Y0繼電器，開始報警，直到按下緊急按鈕X25才停止報警，要求檢修故障并排除。公共程序指令表如下：M2M3Y1M1M6M5M1M4M7SETM1Y2M1Y3Y5M1M8Y3Y73M7Y4M7Y5M7Y6M7RSTSETM1Y2M1X2X3·X4X5X6X7X10X11M0X0·X16 M8002X0(C0+X14)·X12C0·X12·X15C0K21.雙面鉆控制系統(tǒng)自動程

40、序的順序功能圖（二）自動程序2.自動程序梯形圖如下：雙面鉆控制系統(tǒng)自動程序的順序梯形圖是用啟保停電路設(shè)計來實現(xiàn)的。其具有全自動多次循環(huán)和單周工作功能。由順序功能圖分析，全自動雙面鉆的工作過程如下：當液壓泵電機M啟動完畢時，開關(guān)X16為ON，按下啟動按鈕X0，輔助繼電器M1通電自保，Y1線圈通電，送料機構(gòu)開始送料。送料到位時，碰SQ1，行程開關(guān)X2為ON，由輔助繼電器互鎖作用，輔助繼電器M1為OFF，Y1線圈斷電，送料機構(gòu)自動返回。同時，輔助繼電器M2通電自保，Y2線圈通電，夾緊機構(gòu)對工件夾緊。當夾緊機構(gòu)已對工件夾緊時，碰SQ3，行程開關(guān)X3為ON；當對工件有一定的夾緊力時，壓力繼電器KP動作，

41、繼電器開關(guān)X4為ON。此時，輔助繼電器M2斷電，輔助繼電器M3通電自保，線圈Y3和Y5通電，左右動力頭同時向前進給，它們的主軸電機M1和M2同時啟動，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SQ，行程開關(guān)X5為ON，輔助繼電器M4通電自保，輔助繼電器M3斷電，使Y5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SQ12，行程開關(guān)X6為ON，輔助繼電器M5通電自保，輔助繼電器M4斷電，使Y3斷電，Y4通電，左動力頭停止進給并快速返回。當左動力頭返回原位時，碰SQ11，行程開關(guān)X7為ON，輔助繼電器M6通電自保，輔助繼電器M5斷電，于是Y4

42、斷電，左動力頭停在原位，同時Y5重新通電，使右動力頭又繼續(xù)進給。右動力頭將孔的余下部分鉆穿時，碰SQ22，行程X10為ON，輔助繼電器M7通電自保，輔助繼電器M6電，使Y5線圈斷電，Y6線圈通電，右動力頭停止進給并快速返回。當右動力頭返回原位時，碰SQ21，行程開關(guān)X11為ON，輔助繼電器M8通電自保，輔助繼電器M7斷電，使Y6斷電，右動力頭停止。同時 Y2斷電，夾緊機構(gòu)松開，C0計數(shù)值加1。當夾緊機構(gòu)返回原位時，碰SQ2，行程開關(guān)X12為ON，發(fā)出夾緊機構(gòu)已返回原位的信號。至此，全自動雙面鉆完成了一個循環(huán)的加工。若需要加工多個工件，則可通過設(shè)置計數(shù)器C0來實現(xiàn)。（為方便調(diào)試，設(shè)C0初值為2）

43、。開關(guān)X15閉合時，可實現(xiàn)自動加工C0個設(shè)定的工件個數(shù)，加工完后返回初始位置。開關(guān)X15斷開，X14為ON時，可實現(xiàn)單周期工作。3.自動程序指令表：（三）點動程序1.點動程序梯形圖如下：2. 點動程序指令表：注：點動程序段的作用主要是用于對主軸電動機、滑臺和夾緊機構(gòu)進行點動操作，以便能對鉆孔深度進行調(diào)整。他的設(shè)計比較復雜，能對主軸電機，左右動力頭的進給和返回具有點動控制。為了保證系統(tǒng)的安全運行，在點動程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖，而且要避免雙線圈的問題出現(xiàn)。7 控制系統(tǒng)總調(diào)試程序調(diào)試過程也是一個復雜的過程，任何一個環(huán)節(jié)出錯都會導致程序不能順利完成。完成了前面的準備工作，緊接下來工作，也是最重要、最關(guān)鍵的就是調(diào)試。首先，對各個部分已編好的程序進行邏輯分析無誤后，將編好的梯形圖程序或指令表程序輸入到計算機PLC軟件上。按照程序要求，連接好外部開關(guān)、按鈕及輸出的模擬指示信號，驗證程序?qū)﹀e。然后，將PLC 的啟動開關(guān)扳到STOP端，單擊軟件主菜單上的PLC下拉菜單，單擊“寫入”命令，在彈出的菜單選擇合適的程序步長度，單擊“確定”，將程序?qū)懭隤LC內(nèi)。完成寫入后，再單擊下拉菜單“監(jiān)控/測試”單擊“開始監(jiān)控”，這時可以觀察到，輔助繼電器M0