基于PLC的機(jī)械手控制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(終稿)

畢業(yè)設(shè)計(jì)課題M7120平面磨床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)機(jī)電一體化班級院（系）機(jī)械與電子信息工程分院指導(dǎo)教師職稱二○一四年十二月二十日附件2：畢業(yè)設(shè)計(jì)真實(shí)性承諾及指導(dǎo)教師聲明學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)真實(shí)性承諾本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，內(nèi)容真實(shí)可靠，不存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。如被發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為，本人愿承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任和一切后果。學(xué)生（簽名）： 日期：指導(dǎo)教師關(guān)于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)真實(shí)性審核的聲明本人鄭重聲明：已經(jīng)對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格審核，確定其成果均由學(xué)生在本人指導(dǎo)下取得，對他人論文及成果的引用已經(jīng)明確注明，不存在抄襲等學(xué)術(shù)不端行為。指導(dǎo)教師（簽名）： 日期： 注：此聲明由指導(dǎo)教師和學(xué)生本人親筆簽名。第一章引言改變零部件外部幾何形態(tài)和機(jī)械性能的制造工業(yè)在通過各種變化將原材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為目的的過程工業(yè)中，大量的開關(guān)量順序控制功能，外部邏輯條件進(jìn)行順序動作，按照邏輯關(guān)系控制連鎖保護(hù)動作，大量離散量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集。傳統(tǒng)意義上，生產(chǎn)廠家都是通過氣動和電氣控制來實(shí)現(xiàn)這些順序控制及數(shù)據(jù)采集功能的。隨著產(chǎn)品機(jī)型的更新?lián)Q代，車間生產(chǎn)線對產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)管越來越高，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機(jī)械制造設(shè)備按照新的工藝要求進(jìn)行加工，傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)是固定接線式控制器，難以適應(yīng)隨時(shí)市場的生產(chǎn)工藝要求。大型自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用過多的繼電器，這種觸點(diǎn)式電器工作頻率較低，在頻繁生產(chǎn)的生產(chǎn)情況下壽命較短，從而容易引發(fā)系統(tǒng)故障，大大降低生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性，不利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展壯大?，F(xiàn)代生產(chǎn)工藝中，PLC的出現(xiàn)解決了這一問題。PLC在數(shù)字運(yùn)算能力、處理模擬數(shù)據(jù)量能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)連接能力等方面較大幅度的提高了生產(chǎn)要求，產(chǎn)品的質(zhì)量生產(chǎn)率得到了質(zhì)的飛躍，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在很多生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用中取代了在過程控制領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位的DCS系統(tǒng)。第二章M7120型平面磨床的電氣原理圖與元件明細(xì)表2.1M7120型平面磨床的電氣控制原理圖2.2M7120型平面磨床的電氣控制原理圖明細(xì)表序號元件名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1電動機(jī)JW-6134180W只42交流接觸器CJX1-1210A110V只63熱繼電器JR36B-20/31.5A只34按鈕LAY8-11綠只25按鈕LAY8-11紅只36按鈕LAY8-11黃只27按鈕LAY8-11黑只38急停按鈕LAY8-11/S紅只19整流橋4X2CZ11C20A只110中間繼電器直流DC110VJZ7-44只211熔斷器RT18-32/3N熔體10A只112熔斷器RT18-32/2N熔體2A只113熔斷器RT18-32/N2A只614漏電保護(hù)器DZ47-63C10只115電壓表85L17450V只116電源插板只217故障考核套件只118變壓器BK-150380/110V.24V.6V只119電阻300Ω/30W只120電容250V5μF只121指示燈LD11-22/25D-6V紅只122指示燈LD11-22/25D-6V綠只223指示燈LD11-22/25D-6V黃只124指示燈LD11-22/25D-6V白只125指示燈LD11-22/25D-24V綠只1代照明燈26接線端子TB2504L只127接線端子TB2503L只428導(dǎo)軌卡座429實(shí)驗(yàn)桌SL136130實(shí)驗(yàn)屏SL1361第三章M7120型平面磨床的型號含義與基本概述3.1M7120型平面磨床的原理磨床是用砂輪的周邊或端面進(jìn)行機(jī)械加工的精密機(jī)床。根據(jù)用途不同，磨床可分外圓磨床、內(nèi)圓磨床，平面磨床、無心磨床以及一些專用磨床，如螺紋磨床。球面磨床、齒輪磨床、導(dǎo)軌磨床等。砂輪作為磨床上的主切削工具，一般不需要調(diào)速，都采用三相異步電動機(jī)拖動。磨床的加工形式是磨削加工，砂輪的旋轉(zhuǎn)是主運(yùn)動。輔助運(yùn)動為砂輪架的上下移動，砂輪架的橫向（前后）進(jìn)給和工作臺縱向（左右）進(jìn)給。平面磨是用砂輪磨削加工各種零件的平面。M7120型平面磨床是平面磨床中使用較為普遍的一種，它的磨削精度和光潔度都比較高，操作方便，適于磨削精密零件和各種工具，并可作鏡面磨削。型號意義M7120磨床類工作臺的工作面寬200mm平面磨床組臥軸矩臺式3.2主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式M7120型平面磨床的基本結(jié)構(gòu)如圖所示：它由1—床身、2—工作臺、3—電磁吸盤、4—砂輪箱、5—砂輪箱橫向移動手輪、6—滑座、7—立柱、8—工作臺換向撞塊、9—工作臺往復(fù)運(yùn)動換向手柄、10—活塞桿、11—砂輪箱垂直進(jìn)刀手輪3.3M7120型平面磨床的主要結(jié)構(gòu)及作用1、砂輪架—安裝砂輪并帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)。2、滑座—安裝砂輪架帶動砂輪架沿立柱導(dǎo)軌作上下垂直運(yùn)動。3、立柱—支承滑座砂輪架。4、工作臺—是安裝工件或夾具的重要基面。5、床身—支承工作臺、安裝其它結(jié)構(gòu)部件，用以安裝立柱、工作臺、液壓系統(tǒng)、電氣元件和其它操作結(jié)構(gòu)。6、冷卻液系統(tǒng)—向磨削區(qū)提供冷卻液（皂化油）。7、液壓傳動系統(tǒng)—能傳動平穩(wěn)，擁有過載保護(hù)，可以在較大范圍實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)。第四章M7120型平面磨床的電氣控制線路分析M7120型平面磨床電氣控制線路由主電路、控制電路、電磁吸盤控制電路和輔助電路四部分組成。4.1主電路分析主電路中共有4臺電動機(jī)。其中M1為液壓泵電動機(jī)，用來拖動工作臺和砂輪的往復(fù)運(yùn)動，由KM1主觸點(diǎn)控制；M2為砂輪電動機(jī)，用來帶動砂輪做高速旋轉(zhuǎn)；M3為冷卻泵電動機(jī)，用以供給砂輪和磨削工件冷卻液，同時(shí)帶走磨削屑，保證磨削環(huán)境，同由KM2的主觸點(diǎn)控制；M4為砂輪箱升降電動機(jī)，控制砂輪做上下垂直運(yùn)動，由KM3、KM4的主觸點(diǎn)分別控制。FU1對4臺電動機(jī)和控制電路進(jìn)行短路保護(hù)，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別對M1、M2、M3進(jìn)行過載保護(hù)。砂輪升降電動機(jī)因運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間很短，所以不設(shè)置過載保護(hù)。4.2控制電路分析當(dāng)電源正常時(shí)，合上電源總開關(guān)QS1，電壓繼電器KV的常開觸點(diǎn)閉合，可進(jìn)行操作。4.2.1液壓泵電動機(jī)M1控制液壓泵電動機(jī)M1的控制：合上總開關(guān)QS1后，整流變壓器一個副邊輸出110伏交流電壓，經(jīng)橋式整流器VC整流后得到直流電壓，使電壓繼電路KA獲電動作，其常開觸頭（155-156）閉合，為啟動電機(jī)做好準(zhǔn)備。如果KA不能可靠動作，各電機(jī)均無法運(yùn)行。因?yàn)槠矫婺ゴ驳墓ぜ恐绷麟姶盼P的吸力將工件吸牢在工作臺上，只有具備可靠的直流電壓后，才允許啟動砂輪和液壓系統(tǒng)，以保證安全。當(dāng)KA吸合后，按下啟動按鈕SB3，接觸器KM1通電吸合并自鎖，液壓油泵電機(jī)M1啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，HL1燈亮。若按下停止按鈕SB2，接觸器KM1線圈斷電釋放，電動機(jī)M1斷停轉(zhuǎn)。4.2.2砂輪電動機(jī)M2的控制按下啟動按鈕SB5，接觸器KM2線圈獲電動作，砂輪電動機(jī)M2啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。4.2.3冷卻泵電動機(jī)M3控制由于冷卻泵電動機(jī)M3通過接插器X1和M2聯(lián)動控制，所以M3與M2同時(shí)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)不需要冷卻時(shí)，可將插頭拉出。按下停止按鈕SB4時(shí)，接觸器KM2線圈斷電釋放，M2與M3同時(shí)斷電停轉(zhuǎn)。兩臺電動機(jī)的熱斷電路FR2和FR3的常閉觸頭都串聯(lián)在KM2電路中，只要有一臺電動機(jī)過載，變使KM2失電。因冷卻液循環(huán)使用，經(jīng)?；煊形酃鸽s質(zhì)，很容易引起電動機(jī)M3過載，故用熱繼電器FR3進(jìn)行過載保護(hù)。4.2.4砂輪電動機(jī)M4控制1.砂輪升降電動機(jī)只有在調(diào)整工件和砂輪之間位置時(shí)使用，所以用點(diǎn)動控制。當(dāng)按下點(diǎn)動按鈕SB6，接觸器KM3線圈獲電吸合，電動機(jī)M4啟動正轉(zhuǎn)，砂輪上升。達(dá)到所需位置時(shí)，松開SB6，KM3圈獲斷電釋放，電動機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升。2.按下點(diǎn)動按鈕SB7，接觸器KM4線圈獲電吸合，電動機(jī)M4啟動反轉(zhuǎn)，砂輪下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需位置時(shí)，松開SB7，KM4線圈斷電釋放，電動機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止下降。3.升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)所有控制功能及信號處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價(jià)格較便宜。多年來我國一直生產(chǎn)這類升降機(jī)，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。4.升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng)存在的問題(1)系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動作噪音大。4.3電磁吸盤控制電路分析電磁吸盤是固定加工工件的一種夾具。利用通電導(dǎo)體在鐵心中產(chǎn)生磁場吸牢鐵磁材料的工件，以便加工。它與機(jī)械夾具比較，具有夾緊迅速，不損傷工件，一次能吸牢若干小工件，以及工件發(fā)熱可以自由伸縮等優(yōu)點(diǎn)。因而電磁吸盤在平面磨床上用得十分廣泛。電磁吸盤外殼是鋼制箱體，中部的芯體上繞有線圈，吸盤的蓋板用鋼板制成，鋼制蓋板用鋼板制成，鋼制蓋板用非磁性材料如鉛錫合金隔離成若干小塊。當(dāng)線圈通上直流電以后，吸盤的芯體被磁化，產(chǎn)生磁場，磁通便以芯體和工件作回路，工件被牢牢吸住。電磁吸盤的控制電路包括整流裝置、控制裝置和保護(hù)裝置三個部分。整流裝置由變壓器TC和單相橋式全波整流器VC組成，供給110伏直流電源?？刂蒲b置由按鈕SB8、SB9、SB10和接觸器KM5、KM6等組成。充磁過程如下：按下充磁按鈕SB8，接觸器KM5線圈獲電吸合，KM5主觸頭（183-186）（185-188）閉合，電磁吸盤YH線圈獲電，工作臺充磁吸住工件。同時(shí)其自鎖觸頭閉合，聯(lián)鎖觸頭斷開。磨削加工完畢，在取下加工好的工件時(shí)，先按SB9，切斷電磁吸盤YH的直流電源，由于吸盤和工件都有剩磁，所以需要對吸盤和工件進(jìn)行去磁。去磁過程如下：按下點(diǎn)按鈕SB10，接觸器KM6線圈獲電吸合，KM6的兩付主觸頭（183-188）（185-186）閉合，電磁吸盤通入反向直流電，使工作臺和工件去磁。去磁時(shí)，為防止因時(shí)間過長使工作臺反向磁化再次吸住工件，因而接觸器KM6采用點(diǎn)動控制。保護(hù)裝置由放電電阻R和電容C以及零壓繼電器KA組成。電阻R和電容C的作用是：電磁吸盤是一個大電感，在充磁吸工件時(shí)，存貯有大量磁場能量。當(dāng)它脫離電源時(shí)的一瞬間，吸盤YH的兩端產(chǎn)生較大的自感電動勢，會使線圈和其他電器損壞，故用電阻和電容組成放電回路。利用電容C兩端的電壓不能突變的特點(diǎn)，使電磁吸盤線圈兩端電壓變化趨于緩慢，利用電阻R消耗電磁能量。如果參數(shù)選配得當(dāng)，此時(shí)R—L—C電路可以組成一個衰減振蕩電路，對去磁將是十分有利的。零壓斷電器KA的作用是：在加工過程中，若電源電壓不足，則電磁吸盤將吸不牢工件，會導(dǎo)致工件被砂輪打出，造成嚴(yán)重事故。因此，在電路中設(shè)置了零壓繼電器KA，將其線圈并聯(lián)在直流電源上，其常開觸頭（155-156）串聯(lián)在液壓泵電機(jī)和砂輪電機(jī)的控制電路中，若電磁吸盤吸不牢工件，KA就會釋放，使液壓泵電機(jī)和砂輪電機(jī)停轉(zhuǎn)，保證了安全。4.4輔助電路分析M7120型平面磨床的電氣控制原理圖中HL為照明燈，其工作電壓為24伏，由變壓器TC供給。SA1為照明負(fù)荷隔離開關(guān)。HL、HL1、HL2、HL3和HL4為指示燈，其工作電壓為6伏，也由變壓器TC供給。五個指示燈的作用是：HL亮表示控制電路的電源正常；不亮，表示電源有故障。HL1亮表示液壓泵電動機(jī)M1處于運(yùn)動狀態(tài)，工作臺正在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動；不亮表示M1停轉(zhuǎn)。HL2亮表示冷卻泵電動機(jī)M3及砂輪電動機(jī)M2處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；不亮表示M2、M3停轉(zhuǎn)。HL3亮，表示砂輪升降電動機(jī)M4處于工作狀態(tài)；不亮，表示M4停轉(zhuǎn)。HL4亮，表示電磁吸盤YH處于工作狀態(tài)（充磁或去磁）；不亮，表示電磁吸盤未工作。第五章電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造5.1PLC控制的I/O分配表輸入信號輸出信號電壓繼電器KVI0.0液壓泵電機(jī)接觸器KM1Q0.0總停按鈕SB1I0.1砂輪電機(jī)接觸器+冷卻液電動機(jī)KM2Q0.1液壓泵電機(jī)M1啟動按鈕SB3I0.2砂輪上升接觸器KM3Q0.2液壓泵電機(jī)M1停止按鈕SB2I0.3砂輪下降接觸器KM4Q0.3砂輪電機(jī)M2啟動按鈕SB5I0.4電磁吸盤充磁接觸器KM5Q0.4砂輪電機(jī)M2停止按鈕SB4I0.5電磁吸盤去磁接觸器KM6Q0.5升降砂輪電機(jī)M4上升按鈕SB6I0.6升降砂輪電機(jī)M4下降按鈕SB7I0.7電磁吸盤充磁按鈕SB9I1.0電磁吸盤停止充磁按鈕SB8I1.1電磁吸盤去磁按鈕SB10I1.2液壓泵電機(jī)M1熱繼電器FR1I1.3砂輪電機(jī)M2熱繼電器、冷卻泵電機(jī)M3熱繼電器FR2、FR3I1.45.2PLC控制的I/O接線圖首先對控制任務(wù)進(jìn)行分析，把I/O點(diǎn)找出來，有開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及這些I/O點(diǎn)的性質(zhì)。輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計(jì)來說，I/O地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。分配輸出點(diǎn)地址時(shí)，要注意負(fù)載類型的問題。在進(jìn)行I/O地址分配時(shí)最好把I/O點(diǎn)的名稱、代碼和地址以表格的形式列寫。5.3PLC控制的梯形圖設(shè)計(jì)總結(jié)在這次分析改造過程中我對M7120型平面磨床的結(jié)構(gòu)及工作原理有了更深一步的認(rèn)識，同時(shí)對利用可編程控制器PLC進(jìn)行工業(yè)機(jī)械控制的設(shè)計(jì)有了更加深刻的認(rèn)識，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)施，系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過程來進(jìn)行。從中提高了我的思考判斷能力和網(wǎng)絡(luò)編程能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對實(shí)際應(yīng)用設(shè)備的不了解等等。雖然即將畢業(yè)，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，將自己所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，努力使自己成為一個對社會有所貢獻(xiàn)的人。