深孔鉆組合機(jī)床的plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　2013屆畢業(yè)生</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　題 目: 深孔鉆組合機(jī)床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)院名稱： 電氣工程學(xué)院 班 級(jí)： 自動(dòng)F0904 </p><p>　

2、　2013 年 5 月 20 日</p><p><b>　　目 次</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景和主要研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　1.2 深孔鉆技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r介紹1</p><p>　

3、　1.3 PLC在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀介紹2</p><p><b>　　2 方案論證5</b></p><p>　　3 深孔鉆組合機(jī)床介紹6</p><p>　　3.1 深孔鉆組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)6</p><p>　　3.2 深孔鉆組合機(jī)床的控制方式7</p><p>　　4 PL

4、C控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟9</p><p>　　4.2 深孔鉆組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的控制要求11</p><p>　　4.3 PLC的選型11</p><p>　　4.4 PLC的I/O分配表12</p><p>　　4.5 PLC的I/

5、O接線圖12</p><p>　　4.6 主要電器元件選型13</p><p>　　5 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)18</p><p>　　5.1 深孔鉆組合機(jī)床邏輯控制流程18</p><p>　　5.2 程序設(shè)計(jì)20</p><p><b>　　總 結(jié)22</b></

6、p><p><b>　　致 謝23</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)24</p><p>　　附錄一 語(yǔ)句表25</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景和主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　

7、隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制器（PLC）被越來(lái)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)[1]。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[4]。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，

8、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。</p><p>　　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(lái)，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(jiǎn)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[11]?；谶@種考慮，本文提出了一種基于PLC的控制系統(tǒng)，來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器

9、-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(jiǎn)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。</p><p>　　1.2 深孔鉆技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r介紹</p><p>　　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(zhǎng)徑比”。然而在深孔加工中，長(zhǎng)徑比往往大于十

10、。</p><p>　　深孔加工技術(shù)有廣義和狹義之分。從狹義上來(lái)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(lái)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。</p><p>　　深孔

11、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)[15]。好的加工設(shè)備不僅加工出來(lái)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

12、孔加工這項(xiàng)工藝。</p><p>　　1.3 PLC在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀介紹</p><p>　　1.3.1 PLC發(fā)展歷程</p><p>　　PLC是可編程控制器的英文簡(jiǎn)稱，全稱是Programmable Logic Controller[2]。它使用了可以編程的基本功能指令，用來(lái)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(lái)控制各種機(jī)械生產(chǎn)過程

13、。</p><p>　　早期的PLC功能極為有限，只能進(jìn)行簡(jiǎn)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(jiǎn)單，主要由中小規(guī)模集成電路和分立元件組成。后來(lái)，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(yǔ)言，此時(shí)的PLC是微機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定階段的

14、產(chǎn)物。</p><p>　　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。</p><p>　　1980年以后，在一些發(fā)達(dá)國(guó)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(lái)越多的國(guó)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

15、器性能越來(lái)越高，產(chǎn)品規(guī)模也越來(lái)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?，F(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。</p><p>　　我國(guó)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(lái)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(guó)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

16、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(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。</p><p>　　1.3.2 PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC是一種用于新型自動(dòng)控制裝

17、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，其中基本單元又包含中央處理單元、電源、I/O接口、存儲(chǔ)器[7]。如圖1.1為PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖1.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.3.3 PLC的特點(diǎn)</p><p><b>　　PLC的特點(diǎn)如下：</b&g

18、t;</p><p>　?。?）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　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。采用直流低電壓輸入，更安全、可靠。對(duì)于工業(yè)環(huán)境方面，采取諸如濾波、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。</p><p>　?。?）質(zhì)量輕

19、，體積小，功耗低</p><p>　　因?yàn)椴捎昧藛纹瑱C(jī)等一些集成芯片，所以它的體積較小，結(jié)構(gòu)緊密，功耗較低。</p><p>　?。?）編程簡(jiǎn)單，容易掌握</p><p>　　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(jiǎn)單，看起來(lái)直觀，一般人掌握起來(lái)比較容易。</p><p><b>　?。?）功能完善&l

20、t;/b></p><p>　　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。</p><p>　　1.3.4 PLC發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。

21、以下是可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)：</p><p>　　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；</p><p>　　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(chǎng)合的需求；</p>&

22、lt;p>　　從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；</p><p>　　從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)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(Distributed control system)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)

23、展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)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(lái)越大的作用[12]。</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　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[10]。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

24、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[10]。根據(jù)對(duì)控制對(duì)象的分析，本文設(shè)計(jì)了兩種方案，如下。</p><p>　　方案一 根據(jù)深孔鉆組合機(jī)床的工藝流程，可以選擇4臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作。其中，有主軸電動(dòng)機(jī)，控制主軸的旋轉(zhuǎn)；快進(jìn)（快退）電動(dòng)機(jī)，通過接觸器之間的互鎖控制鉆頭的快退與快進(jìn)；工進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制鉆頭進(jìn)行工進(jìn)運(yùn)動(dòng)；切削液泵電動(dòng)機(jī)，當(dāng)鉆頭進(jìn)行工進(jìn)工作時(shí)，對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻。本方案是通過四臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間的配合完成

25、深孔鉆組合機(jī)床的工藝過程。</p><p>　　方案二 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。</p><p>　　通過對(duì)以上兩種方案的分析，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)可以提供很大的動(dòng)力，并且運(yùn)動(dòng)傳遞平穩(wěn)，控制方便，因此我選擇方案二[1

26、2]。該控制系統(tǒng)的框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)框圖</p><p>　　3 深孔鉆組合機(jī)床介紹</p><p>　　3.1 深孔鉆組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)</p><p>　　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

27、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。</p><p>　　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)

28、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)床工藝流程如圖3.1所示，組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.1 深孔鉆組合機(jī)床工藝流程圖</p><p>　　圖3.2 深孔鉆組合機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　液壓、機(jī)械、電氣三種控制相結(jié)合的控制方式非常好，能夠很好地對(duì)深孔鉆組合機(jī)床進(jìn)行控制。并且，由于

29、它是有三種控制方式組合而成，各個(gè)控制方式都能發(fā)揮他的優(yōu)勢(shì)，相輔相成，效果更好[10]。電磁閥動(dòng)作表如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 電磁閥動(dòng)作表</p><p>　　注：表中“+”表示電磁閥線圈通電，“-”表示電磁閥線圈斷電。</p><p>　　3.2 深孔鉆組合機(jī)床的控制方式</p><p>　　由于深孔鉆組合機(jī)床配置的

30、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[1]。設(shè)計(jì)的主電路如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3深孔鉆組合機(jī)床電氣主電路</p><p>　　在圖3.3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)中用到的熱繼電器。電動(dòng)機(jī)M1-M3分別由接觸器KM1-

31、KM3來(lái)控制，達(dá)到完美的控制效果。</p><p>　　4 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟</p><p>　　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)：</p><p>　　可靠性原則。需要保證PLC控制

32、系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用起來(lái)安全可靠有保證。</p><p>　　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(jiǎn)單實(shí)用。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><

33、p>　　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。整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

34、 </p><p>

35、;　　4.2 深孔鉆組合機(jī)床PLC控制系統(tǒng)的控制要求</p><p>　?。ㄒ唬┥羁足@組合機(jī)床電動(dòng)機(jī)控制要求</p><p>　　電動(dòng)機(jī)M1首先啟動(dòng)，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常同時(shí)機(jī)床供油系統(tǒng)正常后，電動(dòng)機(jī)M2和M3方可啟動(dòng)。主軸電動(dòng)機(jī)M2只是在工作臺(tái)進(jìn)給循環(huán)開始時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)工作臺(tái)加工完工件退回原位后，M2停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)M3在工作臺(tái)工進(jìn)時(shí)自行啟動(dòng)，當(dāng)工進(jìn)完成后立刻停止。</p><p

36、>　?。ǘA緊工件裝置和定位工件裝置及機(jī)床滑臺(tái)控制要求</p><p>　　以上說明的工作滑臺(tái)或者與工件夾緊定位相關(guān)的裝置都是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的[6]。而且在定位銷工作期間，我們通過控制電磁閥線圈YV1和YV2的通斷來(lái)控制液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)方向，繼而控制定位銷進(jìn)行工作。在夾緊裝置工作期間，我們通過控制控制電磁閥線圈YV3和YV4。YV5和YV6、YV7為換向電磁閥線圈。</p><p>

37、　　4.3 PLC的選型</p><p>　　統(tǒng)計(jì)深孔鉆組合機(jī)床輸入輸出設(shè)備和I/O點(diǎn)數(shù)，如表4.1所示。</p><p>　　表4.1 總計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)表</p><p>　　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)自日本三菱公司的可編程控制器，型號(hào)為FX2N–32MR。該型號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù)16個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)16個(gè)，輸出形式是繼電器輸出。選擇

38、這種型號(hào)的PLC不僅滿足了設(shè)計(jì)要求，而且為將來(lái)該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的更新保留了一些適當(dāng)?shù)目臻g[12]。</p><p>　　4.4 PLC的I/O分配表</p><p>　　如表4.2所示，為PLC的輸入 /輸出分配表</p><p>　　表4.2 輸入 /輸出分配表</p><p>　　4.5 PLC的I/O接線圖</p>&

39、lt;p>　　圖4.2 深孔鉆組合機(jī)床PLC的I/O接線圖</p><p>　　4.6 主要電器元件選型</p><p>　　4.6.1 電動(dòng)機(jī)選擇</p><p>　　首先，選擇電動(dòng)機(jī)的類型。類型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(jiǎn)單、容易維修等特點(diǎn)

40、，因此，選擇三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　其次，正確選擇額定功率。一般有四種方法選擇功率：1）類比法。參照同類生產(chǎn)機(jī)械決定電動(dòng)機(jī)的額定功率。2）統(tǒng)計(jì)法。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析從中找出電動(dòng)機(jī)的額定功率與生產(chǎn)機(jī)械主要參數(shù)之間的計(jì)算公式，按此公式計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的額定功率。3）實(shí)驗(yàn)法。用一臺(tái)同類型或相近類型的生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)出所需功率的大小。4）計(jì)算法。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，從電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過載能力和啟動(dòng)能力等方面考慮

41、，通過計(jì)算求出所需要的額定功率。</p><p>　　最后，額定電壓的選擇。主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率和供電電壓的情況選擇電動(dòng)機(jī)的額定電壓。本設(shè)計(jì)需要用到三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其中M1選擇的是由浙江臺(tái)州恒富電動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)的Y132M-4三相異步電動(dòng)機(jī)，技術(shù)參數(shù)如下：額定電壓為AC380V，額定功率為1.5KW，額定電流為2A，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，M1的主要功能是用來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓泵。電動(dòng)機(jī)M2選擇的是由臺(tái)州恒富電動(dòng)機(jī)廠生

42、產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y132M-4，技術(shù)參數(shù)如下：額定電壓為AC380V，額定功率為7.5KW，額定電流15A，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，電動(dòng)機(jī)M2的主要功能是主運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)M3選擇的是由臺(tái)州恒富電動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y80M1-4，技術(shù)參數(shù)如下：額定電壓為AC380V，額定功率為0.55KW，額定電流1.5A，額定轉(zhuǎn)速為1390r/min，電動(dòng)機(jī)M3的主要功能是驅(qū)動(dòng)冷卻泵噴出冷卻液為鉆頭降溫。</p>

43、;<p>　　4.6.2 熱繼電器的選擇</p><p>　　熱繼電器是一種保護(hù)電器，專門用來(lái)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(jiǎn)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。熱繼電器的機(jī)構(gòu)主要有三部分組成：動(dòng)作機(jī)構(gòu)；加熱元件；復(fù)位機(jī)構(gòu)。熱繼電器的動(dòng)作機(jī)構(gòu)一般都設(shè)有溫度補(bǔ)償

44、裝置，這主要是保證其特性在一定溫度范圍內(nèi)基本不變。在熱繼電器使用過程中，熱繼電器的整定值一般參考電動(dòng)機(jī)的額定電流選取，大約是是后者額定電流的（0.95-1.05）倍。本設(shè)計(jì)選用的三個(gè)熱繼電器都是由上海富繼電氣有限公司生產(chǎn)的JR36系列的，型號(hào)為JR36-20/3D，其中FR1的技術(shù)參數(shù)是整定電流是2.1A，F(xiàn)R2的技術(shù)參數(shù)為整定電流是15.75A，F(xiàn)R3的整定電流是1.57A。熱繼電器FR1-FR3主要是為電動(dòng)機(jī)M1-M3提供過載保護(hù)和

45、電源斷相保護(hù)。</p><p>　　4.6.3 接觸器的選擇</p><p>　　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)。接觸器的型號(hào)說明如圖4.3所示。</p>

46、<p>　　圖4.3 接觸器型號(hào)說明</p><p>　　本文選用的接觸器是由浙江永華電氣有限公司生產(chǎn)的CJ20系列交流接觸器，其中KM1的型號(hào)是CJ20-10，額定電壓是380V，額定電流是10A，線圈額定電壓是220V；KM2的型號(hào)是CJ20-16，額定電壓是380V,額定電流是25A，線圈額定電壓是220V。KM3與KM1的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)相同。接觸器KM1-KM3分別用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)M1-M3的運(yùn)

47、轉(zhuǎn)。</p><p>　　4.6.4 熔斷器選擇</p><p>　　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(jiǎn)單有效的保護(hù)電路，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)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

48、是熔體；其中熔體俗稱保險(xiǎn)絲，熔管又叫熔座。熔斷器型號(hào)說明如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 熔斷器型號(hào)說明</p><p>　　選擇熔斷器時(shí)，必須保證其額定電壓大于電路工作電壓，額定電流等于或大于所裝熔體額定電流。本設(shè)計(jì)中所使用的熔斷器是由華通機(jī)電集團(tuán)生產(chǎn)的RT14系列的，其中FU0選擇的型號(hào)是RT14-32，額定電流是32A；FU1選擇的是RT14-20，額定電流是4A；F

49、U2選擇的是RT14-20，額定電流是20A；FU3選擇的是RT14-20，額定電流是2A。</p><p>　　4.6.5 主令電器選擇</p><p>　　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。</p><p>　　按鈕是一種具有儲(chǔ)能復(fù)位功能并且需要人力來(lái)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(jiǎn)單的

50、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。本文采用的是由上海五九自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LA19-11A按鈕，SB0-SB3使用的一樣，額定電壓是220V，額定電流是11A。</p><p>　　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(lái)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)

51、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(chǎng)合中使用。本文所使用的行程開關(guān)是由上海五久自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的。

52、行程開關(guān)的型號(hào)為L(zhǎng)X5-11N2，技術(shù)參數(shù)為：主要用于交流電壓至380V，電流至3A的控制電路中。</p><p>　　本文所涉及到的主要元器件選擇如表4.3所示。</p><p>　　表4.3 元器件選型表</p><p>　　5 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 深孔鉆組合機(jī)床邏輯控制流程</p>

53、<p>　　首先啟動(dòng)刀開關(guān)QS，系統(tǒng)由停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到激活等待狀態(tài)。按下啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1的按鈕SB1，然后接觸器KM1的線圈得電并進(jìn)行自鎖。同時(shí)液壓泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，為液壓系統(tǒng)的起動(dòng)做好充分的準(zhǔn)備。</p><p>　　KM1得電后，按下啟動(dòng)液壓系統(tǒng)按鈕SB2，液壓系統(tǒng)開始供油，為機(jī)床滑臺(tái)工作做準(zhǔn)備。此時(shí)，YV1得電，工件定位。當(dāng)工件定位行程開關(guān)SQ1接通后，表示工件已處于規(guī)定位置，此時(shí)電磁閥YV3得電，執(zhí)行工

54、件夾緊命令。待工件夾緊壓力繼電器檢測(cè)到壓力變化達(dá)到規(guī)定值時(shí)，表示工件夾緊，壓力繼電器KP動(dòng)作，主軸電動(dòng)機(jī)的電源接觸器KM2得電，同時(shí)YV5和YV7得電，工作臺(tái)快進(jìn)。當(dāng)滑臺(tái)快進(jìn)到預(yù)定位置壓下快進(jìn)結(jié)束行程開關(guān)SQ3，使YV7斷電，YV5通電，工作臺(tái)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)。與此同時(shí)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3的電源接觸器KM3得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)開始工作。等到工作臺(tái)工進(jìn)到規(guī)定位置時(shí)開始進(jìn)行鉆孔加工。工件第一次工進(jìn)到特定位置，滑臺(tái)壓下行程開關(guān)SQ4，電動(dòng)機(jī)M3停止，

55、電磁閥YV6得電，滑臺(tái)快速后退，定時(shí)器T0線圈通電，開始計(jì)時(shí)。經(jīng)過一定的時(shí)間后，計(jì)時(shí)結(jié)束，T0動(dòng)作，常開觸頭閉合，電磁閥YV6失電，YV5得電，工作臺(tái)二次工進(jìn)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3的電源接觸器KM3得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)開始工作。到達(dá)特定位置壓下行程開關(guān)SQ5，電磁閥YV5失電，YV6得電，冷卻電動(dòng)機(jī)M3停止，工作臺(tái)快退，同時(shí)定時(shí)器T1的線圈通電，計(jì)時(shí)開始。經(jīng)過特定的時(shí)間</p><p>　　本控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)流程圖如

56、圖5.1所示。</p><p><b>　　0</b></p><p>　　圖5.1 狀態(tài)流程圖</p><p><b>　　5.2 程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制程序梯形圖如圖5.2所示。</p><p><b>　　圖5.2 梯形圖

57、</b></p><p><b>　　語(yǔ)句表見附錄一。</b></p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　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

58、應(yīng)的功耗就低。使用PLC來(lái)控制深孔鉆組合機(jī)床，非常方便，不僅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且效率很高，同時(shí)容易進(jìn)行保養(yǎng)和維修。</p><p>　　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機(jī)床

59、進(jìn)行三次進(jìn)給循環(huán)運(yùn)動(dòng)，不僅可以排屑，而且能夠?qū)︺@頭進(jìn)行充分的冷卻，以確保其能以最佳狀態(tài)進(jìn)行深孔加工。本設(shè)計(jì)還有一些不足之處，工件的放入和取出都是由人工進(jìn)行的，沒能實(shí)現(xiàn)全面的自動(dòng)化加工，是個(gè)遺憾。深孔加工技術(shù)是一項(xiàng)很重要的加工工藝，PLC控制系統(tǒng)起著關(guān)鍵的作用，希望以后能對(duì)PLC控制系統(tǒng)的不足之處加以完善和改進(jìn)，使之能更好的服務(wù)。</p><p><b>　　致 謝</b></p>

60、;<p>　　本文是在導(dǎo)師林琪老師的精心指導(dǎo)下完成的。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的幾個(gè)月里，林琪老師在每個(gè)環(huán)節(jié)里對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)心地講解，告訴我設(shè)計(jì)的大致方向和思路，使我對(duì)本課題有了更為深刻的認(rèn)識(shí)和理解。在此期間，林老師對(duì)我完成的每一項(xiàng)任務(wù)都進(jìn)行了仔細(xì)的檢查和說明，以便我進(jìn)行改進(jìn)。在此，對(duì)在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成期間給予我極大幫助的林琪老師說聲謝謝，老師，您辛苦了！</p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)，我對(duì)以前所學(xué)的理論知

61、識(shí)有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)踐，培養(yǎng)了我查閱資料和獨(dú)立完成任務(wù)的能力。并且在此期間，我得到了一些同學(xué)的幫助，在此對(duì)他們表示深深的感謝!</p><p>　　最后，謝謝各位老師參加我的論文答辯，非常感謝！</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　胡俊達(dá).PLC在專用雙面銑床電氣控制中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)

62、化加工技術(shù)，2003，(12)35-37.</p><p>　　常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　尹昭輝，姜福詳，高安邦.數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化改造設(shè)計(jì)[J].電腦學(xué)習(xí)，2006(4)，8.</p><p>　　呂棟騰，劉曉青.基于PLC控制的普通臥式銑床電氣化改造[J].新技術(shù)新工藝，2011(6)31-3

63、3.</p><p>　　李明建.基于PLC三面銑組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2012(12)93.</p><p>　　劉春林，閔文林，林科錢，肖柳蔭.液壓-機(jī)械式滾齒機(jī)自動(dòng)夾緊裝置[J].液壓氣動(dòng)與密封，2012(4)60-61.</p><p>　　曾葵.基于PLC技術(shù)的機(jī)床控制應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012(10)129，137.

64、</p><p>　　鄭鳳翼，金沙.圖解西門子S7-200系列PLC應(yīng)用88例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　賀哲榮.機(jī)床電氣控制線路試圖技巧[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　曹春宜.雙面鉆孔組合機(jī)床的改造[J].大眾科技，2010(1)108-109</p><p>　　呂棟騰，孫永芳

65、.普通臥式車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造[J].科技信息，2001(7)89-92.</p><p>　　王立峰.千米瀝青碳纖維收絲系統(tǒng)控制與試驗(yàn)研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2009</p><p>　　金大青．PLC在機(jī)床電氣控制中應(yīng)用[J]木工機(jī)床，2011．(3)．</p><p>　　候正坤，盛洪斌. PLC在深孔鉆機(jī)床控制電路中的應(yīng)用[J].一重技術(shù),2

66、008(2)88-89</p><p>　　劉燕平.PLC在深孔鉆組合機(jī)床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)床電器，2005.(3)42-43</p><p>　　葉曉光 .PLC在組合機(jī)床的控制應(yīng)用探討[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011.（10）146-148</p><p>　　王雅紅，蔡善樂.深孔鉆專用機(jī)床PLC控制[J]礦山機(jī)械，2008（8）66-67</p&g

67、t;<p>　　Belen Curto Diego· Vidal Moreno Rodilla ·Carlos Fernandez Carames ·Anibal Chehayeb Moran · Raul Alves Santos.Applying a software framework for supervisory control of a PLC-based flexib

68、le manufacturing systems[J].Int J Adv Manuf Technol (2010) 48:663–669</p><p>　　LU Zhi-jiang. PLC Application in the Automatic Straight-line Welder [J]. Occupation,2010,02(01):159.(in Chinese).

69、 </p><p>　　GE Xiao-zhong, MA Jun. Design of Minitype Three-dimensional Storage Base on Kingview6.5 and PLC [J] . Machine Building & Automation, 2009,06(02):143-145.</p><p><b>　　附錄一