深孔鉆組合機(jī)床PLC控制畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研…………1課題背景和主要研究內(nèi)容………1課題調(diào)研…………2調(diào)研總結(jié)…………6第二部分設(shè)計(jì)說明……………………71、方案選擇…………72、深孔加工的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用……………………73、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟……………94、深孔鉆組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的控制要求……105、主要元件選型……………………11第三部分設(shè)計(jì)成果……………………131、PLC的I/O分配表………………132、PLC的I/O接線圖………………133、順序功能圖…………………144、梯形圖………………………15第四部分結(jié)束語………………………21第五部分致謝……………22第六部分參考文獻(xiàn)…………………23第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1、課題背景和主要研究內(nèi)容自動(dòng)動(dòng)化技術(shù)是本世紀(jì)以來發(fā)展極迅速和影響極大的科學(xué)技術(shù)之一?，F(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)是一種完全新型的生產(chǎn)力，是直接創(chuàng)造社會(huì)財(cái)富的主要手段之一，對(duì)人類的生產(chǎn)活動(dòng)和物質(zhì)文明起著極大的推動(dòng)作用。因此，自動(dòng)化技術(shù)受到世界各國的廣泛重視和越來越多的應(yīng)用。機(jī)械自動(dòng)化，主要指在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)加工對(duì)象的連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化有效的自動(dòng)生產(chǎn)過程，加快生產(chǎn)投入物的加工變換和流動(dòng)速度。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，是機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造、技術(shù)進(jìn)步的主要手段和技術(shù)發(fā)展的主要方向。機(jī)械自動(dòng)化的技術(shù)水準(zhǔn)，不僅影響整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門的技術(shù)進(jìn)步有很大的直接影響。因此，發(fā)展我國的機(jī)械制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，符合我國社會(huì)主義的基本原則，符合我國現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展規(guī)律。機(jī)械自動(dòng)化,主要指在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù),實(shí)現(xiàn)加工對(duì)象的連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)優(yōu)化有效的自動(dòng)生產(chǎn)過程,加快生產(chǎn)投入物的加工變換和流動(dòng)速度。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,是機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造、技術(shù)進(jìn)步的主要手段和技術(shù)發(fā)展的主要方向。機(jī)械自動(dòng)化的技術(shù)水準(zhǔn),不僅影響整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展,而且對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門的技術(shù)進(jìn)步有很大的直接影響。如何發(fā)展我國的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù),應(yīng)實(shí)事求是,一切從我國的具體國情出發(fā),做好各項(xiàng)基礎(chǔ)工作,走中國的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展之路。先進(jìn)制造技術(shù)的全部真諦在于應(yīng)用。發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù),應(yīng)以企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展的實(shí)際需要及具體條件為導(dǎo)向。只有對(duì)合適的產(chǎn)品采用與之相適應(yīng)的自動(dòng)化方式進(jìn)行生產(chǎn),才能收到良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。我國發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù),應(yīng)結(jié)合實(shí)際,注重實(shí)用,即對(duì)國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生實(shí)際效益。那種盲目搞自動(dòng)化、搞自動(dòng)線的做法,全年生產(chǎn)任務(wù)只需1~2個(gè)月就完成的低負(fù)荷率生產(chǎn)也要搞的傾向應(yīng)當(dāng)糾正,對(duì)國民經(jīng)濟(jì)不產(chǎn)生顯著促進(jìn)、效率低下的要緩搞。我們要的是效益,而不單純的是速度。發(fā)展低成本自動(dòng)化技術(shù),潛力大,前景廣,投資省,見效快,提高自動(dòng)化程度,可以收到事半功倍的經(jīng)濟(jì)效果,適合我國現(xiàn)階段的發(fā)展需要和國情。實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化是一個(gè)由低級(jí)到高級(jí)、由簡單到復(fù)雜、由不完善到完善的發(fā)展過程。當(dāng)機(jī)械的操作采用自動(dòng)控制器后,生產(chǎn)方式才從機(jī)械化逐步過渡到機(jī)械控制(傳統(tǒng))自動(dòng)化、數(shù)字控制自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化。只有建立了自動(dòng)化工廠后,生產(chǎn)過程才能全盤自動(dòng)化,才能使生產(chǎn)率全面提高,達(dá)到自動(dòng)化的高級(jí)理想階段。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅對(duì)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，也對(duì)生產(chǎn)管理提出了更高的要求。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把自動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)結(jié)合起來，集管理和過程控制為一體是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)控制發(fā)展的趨勢(shì)。復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)，常采用兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，底層用現(xiàn)場總線以便控制裝置盡可能靠近被控生產(chǎn)過程現(xiàn)場，上層采用工業(yè)以太網(wǎng)，監(jiān)控級(jí)相對(duì)集中于主控室內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的集中管理和分散控制。這樣構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)，更可靠。為了適應(yīng)這一形式的發(fā)展要求，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，使工科學(xué)生在校期間就能受到良好的工程實(shí)踐鍛煉，因此開發(fā)了基于工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線的過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）被越來越多地應(yīng)用于機(jī)械加工設(shè)備和其它電氣控制系統(tǒng)中?，F(xiàn)在人們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中所使用的機(jī)械加工設(shè)備，它的控制系統(tǒng)有些已經(jīng)落后，而使用PLC則可以對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。經(jīng)過PLC改造過的機(jī)械加工設(shè)備，其生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率會(huì)明顯提高，降低了設(shè)備故障率，能夠給企業(yè)創(chuàng)造更多的價(jià)值。使用深孔鉆組合機(jī)床，可以完成一些高精密零件的加工任務(wù)。有很多方法可以實(shí)現(xiàn)深孔鉆組合機(jī)床的自動(dòng)化，采用PLC對(duì)深孔鉆組合機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化控制，是一種比較好的控制方式。本課題的目的是把深孔鉆組合機(jī)床的控制與PLC結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)深孔鉆組合機(jī)床的自動(dòng)控制。以前的深孔鉆組合機(jī)床使用的是具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的繼電器-接觸器電氣控制系統(tǒng)，這種傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)布線比較復(fù)雜，靈活性很差，并且容易損壞元器件，可靠性差，經(jīng)濟(jì)效益低?；谶@種考慮，本文提出了一種基于PLC的控制系統(tǒng)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。PLC以軟件手段實(shí)現(xiàn)各種控制功能，具有靈活性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、擴(kuò)展方便等突出優(yōu)點(diǎn)。與繼電器接觸器控制系統(tǒng)相比，極大地提高了靈活性。2、課題調(diào)研2.1深孔鉆技術(shù)的發(fā)展情況介紹在機(jī)械制造業(yè)中，人們一般把那些孔的深度對(duì)孔的直徑的比值大于五的圓柱形的孔叫做深孔，而孔深與孔徑的比值被人們稱為“長徑比”。然而在深孔加工中，長徑比往往大于十。深孔加工技術(shù)有廣義和狹義之分。從狹義上來講，深孔加工就是指使用切削加工的方法和工業(yè)設(shè)備進(jìn)行深孔加工的技術(shù)。從廣義上來講，深孔加工技術(shù)不僅包括用于此加工的設(shè)備和生產(chǎn)原理，還包括生產(chǎn)過程中的一些工作章程和操作技巧。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，上世紀(jì)末出現(xiàn)了一些能夠用于深孔加工的新技術(shù)，這些技術(shù)增加了深孔加工的功能性，極大地拓展了深孔加工技術(shù)的領(lǐng)域。深孔鉆組合機(jī)床是進(jìn)行深孔加工的專用設(shè)備。加工質(zhì)量和工作效率是衡量深孔加工性能的兩個(gè)指標(biāo)。好的加工設(shè)備不僅加工出來的產(chǎn)品質(zhì)量很高，并且加工效率也很高。但是鉆頭的冷卻和排屑深深地影響著深孔加工的性能，為了使深孔加工能正常進(jìn)行，進(jìn)而生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，必須想出可行的辦法很好地解決這兩個(gè)問題。即使在機(jī)械加工中，深孔鉆都是一項(xiàng)比較難的工藝，因?yàn)樗粌H對(duì)設(shè)備的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給等性能要求極高，而且對(duì)鉆頭的要求業(yè)極高，只有高性能的設(shè)備才能非常完美的完成深孔加工這項(xiàng)工藝。圖1.1為設(shè)備示意圖。圖1.1設(shè)備示意圖2.2PLC在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀介紹2.2.1PLC發(fā)展歷程PLC是可編程控制器的英文簡稱，全稱是ProgrammableLogicController。它使用了可以編程的基本功能指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序等功能。并且通過數(shù)字或模擬量的輸入和輸出來控制各種機(jī)械生產(chǎn)過程。早期的PLC功能極為有限，只能進(jìn)行簡單的定時(shí)計(jì)數(shù)以及邏輯控制。并且當(dāng)時(shí)的PLC結(jié)構(gòu)也比較簡單，主要由中小規(guī)模集成電路和分立元件組成。后來，隨著微處理器的出現(xiàn)，人們很快地把微處理器引入到可編程控制器中，將其作為可編程控制器的核心，使PLC增加了數(shù)據(jù)傳送和處理等功能。最后，PLC發(fā)展成為了一種全新的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。梯形圖是可編程控制器的主要編程語言，此時(shí)的PLC是微機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。由于科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，可編程控制器的發(fā)展也不甘落后。在上個(gè)世紀(jì)70年代中期以后，可編程控制器的功能得到進(jìn)一步完善，發(fā)展迅速，進(jìn)入了全面的實(shí)用性階段。1980年以后，在一些發(fā)達(dá)國家，他們的工業(yè)發(fā)展比較迅速，很多已經(jīng)在廣泛的使用可編程控制器。在這個(gè)關(guān)鍵性的時(shí)期，越來越多的國家和企業(yè)在可編程控制器這一領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)研究，快速發(fā)展，使可編程控制器性能越來越高，產(chǎn)品規(guī)模也越來越大。這個(gè)階段，可編程控制器的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟。現(xiàn)在，在一些機(jī)械和化工領(lǐng)域，可編程控制器的應(yīng)用發(fā)展更為迅速。我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國已經(jīng)可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。2.2.2PLC的結(jié)構(gòu)PLC是一種用于新型自動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)相比基本上相同。PLC系統(tǒng)主要由基本單元，外部設(shè)備和I/O擴(kuò)展單元組成，其基本單元又包含中央處理單元，電源，存儲(chǔ)器。如圖1.2為PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖1.2PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖2.2.3PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。使用軟件編程可以實(shí)現(xiàn)大量的模擬量邏輯運(yùn)算，解決了因繼電器觸頭接觸不良導(dǎo)致的一些問題。采用直流低壓電輸入，更安全，可靠。對(duì)于工業(yè)環(huán)境方面，采取諸如慮波，屏蔽，隔離等在內(nèi)的多種抗干擾的措施，以適應(yīng)多種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比，更加卓越。（2）編程簡單，容易掌握。PLC采用梯形圖的方式編寫應(yīng)用程序，與繼電器控制的邏輯設(shè)計(jì)相似，編寫簡單，看起來直觀，掌握起來比較容易。（3）質(zhì)量輕，體積小，功耗低。因?yàn)椴捎昧藛纹瑱C(jī)等一下集成芯片，所以它的體積比較小，結(jié)構(gòu)緊密，功耗極低。（4）功能完善。由于PLC技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不僅具有步進(jìn)，開關(guān)量邏輯控制和計(jì)數(shù)功能，同時(shí)還有處理模擬量、網(wǎng)絡(luò)通信、溫度控制和位置控制等功能。在使用過程中，不僅可以單機(jī)運(yùn)行，而且可以聯(lián)網(wǎng)使用。在使用過程中，操作員可以隨時(shí)修改控制邏輯，比較方便。2.2.4PLC發(fā)展趨勢(shì)21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。以下是可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)：①從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；②從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；③從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競爭的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；④從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS(Distributedcontrolsystem)中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。3、調(diào)研總結(jié)經(jīng)過一系列的調(diào)研工作我明確了自己的思路，依托電工實(shí)訓(xùn)中心和自動(dòng)化設(shè)備維修實(shí)訓(xùn)中心的鉆床、PLC等實(shí)訓(xùn)設(shè)備，充分運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐技能，詳細(xì)制定設(shè)計(jì)方案和階段進(jìn)度計(jì)劃，通過程序設(shè)計(jì)、模擬調(diào)試、修訂完善，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)深孔鉆系統(tǒng)功能的組合機(jī)床PLC電氣控制系統(tǒng)。方法手段：文獻(xiàn)檢索、圖書館借閱、手冊(cè)查詢、設(shè)備選型、PLC編程、PLC實(shí)訓(xùn)室程序調(diào)試；分析工藝與控制流程、分析控制要求與方式、分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和方法、確定PLC輸入輸出設(shè)備和I/O點(diǎn)數(shù)及選擇PLC機(jī)型、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)、繪制控制系統(tǒng)接線圖、電器元件的選擇、程序調(diào)試。進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，來適應(yīng)日異月新的機(jī)械制造業(yè)。第二部分設(shè)計(jì)說明1、方案選擇我們都知道，大多組合機(jī)床的控制系統(tǒng)都是采用機(jī)械、液壓或氣動(dòng)、電氣相結(jié)合的控制方式。其中，電氣控制就像是人類的大腦，起著核心作用。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意分控制系統(tǒng)與機(jī)械、液壓或氣動(dòng)部分之間的相互關(guān)系。根據(jù)對(duì)控制對(duì)象的分析，本文設(shè)計(jì)如下方案。根據(jù)深孔鉆組合機(jī)床的工藝流程，可以選擇3臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作。其中，主軸電動(dòng)機(jī)控制主軸的旋轉(zhuǎn)；液壓泵電動(dòng)機(jī)，控制液壓傳動(dòng)過程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)深孔鉆組合機(jī)床滑臺(tái)的快進(jìn)、快退、工進(jìn)進(jìn)行控制；冷卻泵電動(dòng)機(jī)，對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻。圖2.1控制系統(tǒng)框圖。圖2.1控制系統(tǒng)框圖2、深孔加工的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用2.1深孔鉆組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)機(jī)床的主電路是由3臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)及控制元件組成，由于各電動(dòng)機(jī)的功率均在10kw以下，可以采用直接啟動(dòng)方法。液壓工作臺(tái)和電動(dòng)機(jī)之間的配合與連鎖必須符合深孔鉆組合機(jī)床的工藝要求。工藝要求機(jī)床滑臺(tái)在工件定位夾緊后快進(jìn)，到達(dá)指定位置進(jìn)行工進(jìn)開始鉆孔加工，經(jīng)過三次循環(huán)操作，鉆孔完成之后，機(jī)床滑臺(tái)退回原位?？刂苹芈烦隽穗姎饣颈Ｗo(hù)外，還設(shè)置了“電隔離保護(hù)”，以提高安全性。深孔鉆組合機(jī)床為臥式機(jī)床，在啟動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)M1以后，夾緊工件后，電動(dòng)機(jī)M2自行啟動(dòng)，由液壓進(jìn)給系統(tǒng)推動(dòng)主軸前進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置時(shí)，帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加工，電動(dòng)機(jī)M3在電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)后方可啟動(dòng)，加工完成后機(jī)床滑臺(tái)后退到原位，松開工件，拔出定位銷。組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.2所示。圖2.2組合機(jī)床結(jié)構(gòu)簡圖2.2深孔加工的特點(diǎn)及應(yīng)用從表象上看，深孔不過是淺孔的延長，深孔加工里當(dāng)是淺孔加工方法的擴(kuò)展應(yīng)用，但實(shí)際上兩者相差甚大。在各種零件中，長徑比不超過5的孔隨處可見，人所知的淺孔是構(gòu)成大多數(shù)零件的不可缺少的因素。進(jìn)一步考察深孔，其主要功能有：在較長距離間傳輸介質(zhì)，并具有密封功能。在較長距離之間傳輸力或進(jìn)行熱交換。在較長距離兩區(qū)域之間傳輸信息。精確導(dǎo)向。2.3深孔鉆組合機(jī)床的控制方式由于深孔鉆組合機(jī)床配置的電動(dòng)機(jī)均在10kw以下，滿足電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的要求，所以可采用直接啟動(dòng)方式。電氣控制電路有基本的保護(hù)環(huán)節(jié)，例如過載保護(hù)和短路保護(hù)等。圖2.3深孔鉆組合機(jī)床電氣主電路圖。圖2.3深孔鉆組合機(jī)床電氣主電路圖在圖2.3中，F(xiàn)U1-FU3是電動(dòng)機(jī)短路保護(hù)環(huán)節(jié)中用到的熔斷器。FR1-FR3是電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)環(huán)節(jié)用到的熱繼電器。電動(dòng)機(jī)M1-M3分別由接觸器KM1-KM3來控制，達(dá)到完美的控制效果。3、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟為了完美的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的工藝要求，進(jìn)而提升產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則主要有四點(diǎn)：a.可靠性原則。需要保證PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用起來安全可靠有保證。b.經(jīng)濟(jì)型原則。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)不僅要考慮其實(shí)現(xiàn)的功能，更要考慮到使用者的經(jīng)濟(jì)能力，盡量簡單實(shí)用。c.完整性原則。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，要盡量滿足工業(yè)生產(chǎn)的控制要求。d.可持續(xù)發(fā)展原則。應(yīng)該考慮到生產(chǎn)工藝改進(jìn)等方面的需求，注意保留適當(dāng)?shù)纳?jí)空間。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩方面，一是硬件設(shè)計(jì)，二是軟件設(shè)計(jì)[8]。硬件設(shè)計(jì)，就是設(shè)計(jì)PLC的外部設(shè)備，而軟件設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)PLC的應(yīng)用程序。4、深孔鉆組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的控制要求被壓合，近按起動(dòng)按鈕SB2,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。刀具前進(jìn)。前進(jìn)至行程開關(guān)SQ3處，撞擊行程開關(guān)SQ3，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，刀具第一次自動(dòng)退刀。后退至行程開關(guān)SQ1處.SQ1被壓合，第一次退刀結(jié)束，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn).刀具自動(dòng)第二次進(jìn)刀。進(jìn)刀至行程開關(guān)SQ4處，撞擊行程開關(guān)SQ4，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。刀具第二次自動(dòng)退刀。后退至行程開關(guān)SQ1處，SQ1又被壓合.第二次退刀結(jié)束，電動(dòng)控制要求:深孔鉆組合機(jī)床進(jìn)行鉆孔時(shí).為了利于鉆頭排屑及冷卻，需要周期性地從工件中退出鉆頭。

深孔鉆組合機(jī)床工作示意如圖所示。在初始位置O點(diǎn)時(shí)，行程開關(guān)SQ1機(jī)正轉(zhuǎn)，刀具自動(dòng)第三次進(jìn)刀。進(jìn)刀至行程開關(guān)SQ5處，撞擊行程開關(guān)SQ5,電動(dòng)機(jī)又反轉(zhuǎn)，刀其進(jìn)行第三次自動(dòng)退刀。后退至行程開關(guān)SQ1處，SQ1被壓合，第三次退刀結(jié)束。電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，鉆孔完畢，完成一個(gè)鉆孔工作過程。

鉆孔還要求能正反方向手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。當(dāng)按下停止按鈕SB1時(shí)能在任何位置停止。圖2.4工作流程示意圖。圖2.4工作流程示意圖5、主要元件選型5.1plc的選型根據(jù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)的要求，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，本文選用產(chǎn)自德國西門子公司的可編程控制器，型號(hào)為S7—200。該型號(hào)極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。選擇這種型號(hào)的PLC不僅滿足了設(shè)計(jì)要求，而且為將來該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的更新保留了一些適當(dāng)?shù)目臻g。5.2電動(dòng)機(jī)首先，電動(dòng)機(jī)的選擇不僅考慮電動(dòng)機(jī)的特性，而且要考慮初期投資和運(yùn)行成本等因素。由于本設(shè)計(jì)對(duì)啟動(dòng)調(diào)速等性能沒有特殊要求，三相籠型異步電動(dòng)機(jī)具有價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，容易維修等特點(diǎn)，因此，本課題用的是三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。5.3熱繼電器熱繼電器是一種保護(hù)電器，專門用來對(duì)過載機(jī)電源斷相進(jìn)行保護(hù)，以防止電動(dòng)機(jī)因上述故障導(dǎo)致過熱而損壞。熱繼電器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低等特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)臒嵩傻昧己玫姆磿r(shí)限特性。所謂反時(shí)限特性就是指熱繼電器動(dòng)作時(shí)間隨電流的增大而減小的性能。5.4接觸器接觸器是一種能夠反復(fù)的斷開和接通距離遠(yuǎn)的用電設(shè)備主電路或其他比較大的容量的用電回路的自動(dòng)控制的電氣裝置。它分為交流和直流兩類，其主要以電燈、電動(dòng)機(jī)等為主要的控制對(duì)象。接觸器主要有三部分組成，第一部分是滅弧裝置；第二部分是是觸頭系統(tǒng)；第三部分是電磁機(jī)構(gòu)。5.5熔斷器熔斷器是一種串聯(lián)于電路中利用金屬導(dǎo)體作為熔體，當(dāng)短路或過載電流通過時(shí)，由于發(fā)熱致其熔斷，從而斷開電路達(dá)到保護(hù)目的的電器。熔斷器是一種簡單有效的保護(hù)電路，其結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、價(jià)格低廉，廣泛的使用在工業(yè)生產(chǎn)中。熔斷器的主要作用是用來進(jìn)行短路保護(hù)，偶爾也可以進(jìn)行過載保護(hù)。熔斷器主要有兩部分組成，一是安裝熔體的熔管，二是熔體；其中熔體俗稱保險(xiǎn)絲，熔管又叫熔座。5.6主令電器主令電器一般是用于發(fā)出命令進(jìn)而分?jǐn)嗪徒油刂齐娐?，一般有轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、和位置開關(guān)等類型。按鈕是一種具有儲(chǔ)能復(fù)位功能并且需要人力來操作的開關(guān)電器。按鈕的主要結(jié)構(gòu)是由復(fù)位彈簧和一些簡單的裝置等組合而成的。按鈕使用的非常普遍，本設(shè)計(jì)也是用了按鈕。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的小電流主令電器，主要用來對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線、機(jī)床或其他生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行限位及流程控制。行程開關(guān)還應(yīng)用于重型機(jī)械領(lǐng)域，對(duì)重型機(jī)械的行程加以控制。在實(shí)際生產(chǎn)中，行程開關(guān)需要被安裝到預(yù)定位置，當(dāng)裝其被安裝在生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)發(fā)生動(dòng)作，繼而實(shí)現(xiàn)電路之間的切換。行程開關(guān)主要有兩種類型：1、滾輪旋轉(zhuǎn)式行程開關(guān)其復(fù)位方式有非自動(dòng)和自動(dòng)復(fù)位兩種。此類行程開關(guān)主要使用在做低速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械中。2、直動(dòng)式行程開關(guān)它用運(yùn)動(dòng)部件上的撞塊碰撞行程開關(guān)的頂桿，達(dá)到控制的目的。這種開關(guān)不能在模塊的移動(dòng)速度低于40cm/min的場合中使用。

第三部分設(shè)計(jì)成果1、PLC的I/O分配表根據(jù)以上分析和結(jié)合深孔鉆組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)得出輸入信號(hào)為八個(gè)，停止按鈕、起點(diǎn)按鈕、退刀行程開關(guān)三個(gè)、正向調(diào)整點(diǎn)動(dòng)按鈕、反向調(diào)整點(diǎn)動(dòng)按鈕、原始位置行程開關(guān)。輸出信號(hào)為兩個(gè)，鉆頭前進(jìn)接觸器線圈、鉆頭后退接觸器線圈。列出的I/O分配表如下。表3.1為PLC輸入/輸出分配表。表3.1PLC輸入/輸出分配表2、PLC外部接線圖根據(jù)表3.1和如上所述知，深孔鉆組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)輸入信號(hào)為八個(gè)輸出信號(hào)為兩個(gè)，則得出深孔鉆組合鉆床PLC控制系統(tǒng)外部接線圖如圖3.2所示。圖3.2為外部接線圖。圖3.2外部接線圖4、順序功能圖根據(jù)深孔鉆組合機(jī)床的控制要求以及動(dòng)作，得出深孔鉆組合鉆床PLC控制順序功能圖如圖3.3所示。圖3.3為順序功能圖。圖3.3順序功能圖4、梯形圖根據(jù)深孔鉆組合機(jī)床的控制要求，設(shè)計(jì)出深孔鉆組合機(jī)床PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)梯形圖如下，并模擬調(diào)試成功。

第四部分結(jié)束語可編程控制器是新型的自動(dòng)控制裝置，慢慢取代了以前的使用繼電器接觸器控制的系統(tǒng)。它具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。PLC由于使用了單片機(jī)等集成芯片，因此它質(zhì)量輕，體積小，相應(yīng)的功耗就低。使用PLC來控制深孔鉆組合機(jī)床，非常方便，不僅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，而且效率很高，同時(shí)容易進(jìn)行保養(yǎng)和維修。本文主要是根據(jù)深孔鉆組合機(jī)床的工藝流程，合理的設(shè)計(jì)出深孔鉆組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的硬件部分，選擇合適的電動(dòng)機(jī)及其它各種元器件，進(jìn)行PLC的選型和I/O分配，畫出主電氣原理圖和輸入/輸出接線圖。然后設(shè)計(jì)深孔鉆組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的軟件部分，畫出梯形圖。本設(shè)計(jì)主要是控制深孔鉆組合