四工位组合机床的plc控制系统设计

湖南生物机电职业技术学院毕业设计报告书题目：四工位组合机床控制系统设计专业机电一体化班级一体化11510班姓名梁巨江指导教师王少华年月日目录第1章绪论..............................................11.1组合机床概述......................................11.2控制流程..........................................22.2控制电路设计......................................32.3电控系统输入输出信号.............................5第3章PLC概述与方案论证................................83.1PLC概述..........................................83.2方案论证..........................................8第4章电气控制系统硬件设计.............................124.1选择PLC机型.....................................124.1.1结构选择....................................124.1.2I/O点选取原则..............................124.1.3确定PLC机型及扩展模块......................134.2设计输入输出信号地址表...........................134.3设计PLC控制系统电气原理图.......................154.4设计PLC控制系统操作面板.........................16第5章控制系统软件设计.................................185.1设计PLC控制系统工作循环流程图...................185.2设计PLC控制系统初始化梯形图程序.................195.3设计PLC控制系统手动及显示梯形图程序.............195.4设计PLC控制系统状态转移图与梯形图程序...........195.5实验室电气原理图仿真及程序调试...................25结论.................................................26参考文献..............................................271第1章绪论1.1组合机床概述组合机床是针对特定工件，进行特定加工而设计的一种高效率自动化专用加工设备，这类设备大多能多刀同时工作，并且具有自动循环的功能。组合机床是随着机械工业的不断发展，由通用机床、专用机床发展起来的。通用机床一般用一把刀具进行加工，自动化程度低、辅助时间长、生产效率低，但通用机床能够重新调整，以适应加工对象的变化。专用机床可以实现的多刀切削，自动化程度较高，结构较简单，生产效率也较高。但是，专用机床的设计，制造周期长，造价高，工作可靠性也较差。专用机床是针对某工件的一定工序设计的，当产品进行改进，工件的结构，尺寸稍有变化时，它就不能继续使用。在综合了通用机床、专用机床优点的基础上产生了组合机床。组合机床通常由标准通用部件和加工专用部件组合构成，动力部件采用电动机驱动或采用液压系统驱动，由电气系统进行工作自动循环的控制，是典型的机电或机电液一体化的自动加工设备。常见的组合机床，标准通用部件有动力滑台各种加工动力头以及回转工作台等，可用电动机驱动，也可用液压驱动。各标准通用动力部件组合构成一台组合机床时，该机床的控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合构成。多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是动力部件的点动和复位控制。第二方面是动力部件的半自动循环控制。第三方面是整批全自动工作循环控制。组合机床具有生产率高、加工精度稳定的优点。因而，在汽车、柴油机、电机、机床等一些具有一定生产批量的企业中得到了广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔和性化方向发展。本文所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器，四个辅助装置以及冷却和液压系统共14个部分。机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面以及中心2孔进行加工，一次加工完成一个零件，由上料机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，零件每小时可加工80件。该机床的俯视示意图如下：图1.1四工位组合机床示意图1.工作台2.主轴3.夹具4.上料机械手5.进料器5.下料机械手1.2控制流程当按下启动按钮后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具夹紧零件，进料装置进料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，加工完成后，各工作滑台退回原位，接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手带料退回原位并松开，完成一个工作循环。要求组合机床能以手动、半自动、全自动三种工作方式工作。全自动工作方式为一个工作循环结束后，自动进入下一个工作循环；半自动工作方式为一个工作循环结束后，机床将停车于初始状态；手动方式是用于手动调整的。3第2章电路设计2.1主电路设计（一）设计要求(1)主轴电动机单方向起动，要求有过载及短路保护。(2)液压泵电动机单方向起动，过载及短路保护。(3)冷却泵电动机单向工作，过载及短路保护。（二）元件选用根据上面要求，要选用三台电动机：M1——控制主轴的电动机；M2——控制液压泵的电动机；M3——控制冷却泵的电动机。再根据电动机的控制要求选择元件：QF——控制总电源的断路器，实现短路和过载保护；FU1～FU3——控制各电动机短路保护；KM1——控制主轴电动机单向工作；KM2——控制液压泵电动机工作；KM3——控制冷却泵电动机工作；FR1～FR3——用与各电动机的过载保护控制。（三）作出草图如下图1.2主电路图2.2控制电路设计1）设计要求主轴电动机M1和液压泵电动机M2可以同时起停，也可以单独起4停。要求在动力头工作进给时，冷却泵电动机M3才接通，但也可以随时调整。2）元件选用KM1～KM3——控制M1～M3单向起动动作接触器；SB1——总停按钮；SB2、SB3——M1与M2起动按钮；SB4、SB5——M1与M2停止按钮；SB6——冷却泵电动机（M3）调整按钮；SB7——冷却泵电动机单独停止按钮；SA1——控制M1与M2的同时与单独起停开关；SA2—实现动力头工进时自动起动与手动调整的开关；FR1～FR3——M1～M3过载保护热继电器；SA3——照明开关；HL1——电源指示灯；EL——照明灯。3）控制电路草图根据所选元件与工作要求画出控制电路图，如下图：图1.3控制电路图2.2.4工作原理(1)主轴起动5首先合QF→HL1灯亮，表示电源供电正常按下SB2→KM1（+）→KM1主闭→M1起动运转，拖动主轴旋转，KM1辅闭自锁。(2)主轴停止按SB4（或SB1）→KM1（–）→KM1主复位→M1停止。(3)液压泵起动按SB3→KM2（+）KM2主闭→M2起动，提供高压油，为液压系统工作准备，KM2辅闭自锁。(4)液压泵停止按SB5→KM2（–）→RM2主复位→M2停止。(5)主轴与液压泵同时工作首先将SA1打开向左位置按SB2→KM1（+）→KM1主闭→M1起动工作，同时KM2（+）→KM2主闭→M2同时起动工作。(6)冷却泵手动控制首先将SA2打在M位置，然后按SB6→KM3（+）→M3起动，提供冷却液，KM3辅闭自锁。停止冷却泵按SB7即可。(7)冷却泵自动控制首先将SA2打在A位置，当动力头工作进给时KA2（+）→KA2常开闭合→KM3（+）→KM3主闭→M3自行起动工作，提供冷却液。2.3电控系统输入输出信号1、输入信号（共42个）。其中：SQ、YJ为位置检测传感器开关；SA为选择开关；SB为按钮。功能器件功能器件功能器件功能器件滑台1原位1SQ下料器终点12SQ滑台1进5SB主轴4点动16SB滑台1终点2SQ夹紧1YJ滑台1退6SB夹紧17SB滑台2原位3SQ进料2YJ主轴1点动7SB松开18SB滑台24S放料3Y滑台28SB上料19SB62输出信号（共27个）。其中：YV为电磁阀；KM为接触器；HL为指示灯随着科学技术的发展，生产工艺不断提出新的要求，机床电气控终点QJ进器进滑台3原位5SQ润滑压力4YJ滑台2退9SB上料器退20SB滑台3终点6SQ润滑液面开关5YJ主轴2点动10SB进料21SB滑台4原位7SQ总停1SB滑台3进11SB放料22SB滑台4终点8SQ启动2SB滑台3退12SB冷却开23SB上料器原位9SQ预停3SB主轴3点动13SB冷却停24SB上料器终点10SQ润滑故障撤除4SB滑能4进14SB下料器原位11SQ选择开关1SA滑台4退15SB功能器件功能器件功能器件功能器件夹紧1YV上料退8YV放料15YV润滑电动机6KM松开2YV下料进9YV进料16YV润滑显示灯1HL滑台1进3YV下料退10YV1主轴1KM1、3工位原位指示2HL滑台1退4YV滑台2进11YV2主轴2KM2、4工位原位指示3HL滑台3进5YV滑台2退12YV3主轴3KM上料原位指示4HL滑台3退6YV滑台4进13YV4主轴4KM下料原料指示5HL上料进7YV滑台4退14YV冷却电动机5KM7制装置也不断更新。在控制方法上主要从手动控制到自动控制；在控制功能上，是从简单到复杂；在操作上由笨重到轻松，从控制原理上，由单一的有触点硬接线继电器控制系统转为以微处理器为中心的软件控制系统。在上世纪的20年代到30年代，借助继电器、接触器、按钮和行程开关等组成继电器-接触器控制系统，实现对机床的启动、停车、有级调速等控制。继电器-接触器控制的优点是：结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰性能力强。因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触器控制仍然是机床和其它机械设备最基本的电气控制形式之一。继电器-接触器控制系统的缺点是：由于固定接线形成，故在进行程序控制时，改变控制程序不方便，灵活性差。故在实际生产中，由于大量存在一些开关量控制的简单程序控制过程，而实际生产工艺和流程，又是经常变化的。因而传统的继电器-接触器控制系统常常不能满足这种需求。电子计算机控制系统的出现提高了电气控制的灵活性和通用性，其控制功能和控制精度都得到很大的提升。然而在其初期，存在着系统复杂、使用不方便、抗干扰能力差、成本较高等缺陷，尤其对上述简单的过程控制有“大材小用”和不经济等问题。因而60年代出现了一种能够根据需要，方便的改变控制系统，而又要比计算机系统结构简单，价格低廉的自动化装置——顺序控制器。它能通过组合逻辑元件插接或变成来实现继电器-接触器控制线路功能的装置，它能满足成组经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用性，但它还是使用硬件手段，装置体积大，功能也受到了一定的限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展和应用。上述控制技术也发生了根本变化。在70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能，以微处理器为核心的新兴工业控制器——可编程程序控制器（PLC）。这种期间完全能够适应恶劣的工业环境，由于它兼备了计算机控制和继电器-接触器控制两方面的优点，故目前世界各国将其作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。8第3章PLC概述与方案论证3.1PLC概述可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用一种可编程程序的存储器，在其内部存储执行逻辑算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备和生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是它应该易与工业