三工位旋转工作台控制系统设计

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1、 机电工程学院 课程设计说明书 设计题目: 三工位旋转工作台控制系统设计 学生姓名： 学 号： 20094805 专业班级： 机制F09 指导教师： 2012年 12 月 08 日 内容摘要 本课题中三工位旋转工作台是钻孔加工中在工作台三个不同工位分别同时完成上料、钻孔、卸料等工艺过程的工艺技术，这大大提高了机械加工的效率、提高了生产率。但是新的

2、问题接踵而至：三个工位同时动作就要要求操作工人完成上料、装夹工件、钻孔、卸工件。这样高强度的工作工人是否能承受的了，怎样降低工人的劳动强度呢？提高自动化程度就成了我们面临的首要课题。 随着科技的发展，继电器控制已经逐步被可编程控制器(PLC)控制所代替。PLC是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。 在PLC的支持下，怎样实现操作流程的自动化这个问题迎刃而解。于是在机加工过程中我们可以选择各种控制机制去简化工人操作以及降低工人劳动强度、提高效率等。 关键词：三工位旋

3、转工作台；可编程控制器。 1 目 录 第1章 引 言 1 第2章 整体设计方案论证 2 2.1总体方案说明 2 2.1.1 控制要求 2 2.1.2 制定控制方案 2 2.2控制方式选择 2 第3章 控制系统设计 4 3.1动作特性 4 3.2液压控制部分的设计 4 3.3 控制流程图 5 3.4 I/O地址分配表 7 3.5 I/O接线图 8 3.6梯形图 9 3.7语句表 13 3.8 程序的调试 16 结论 20 设计总结 21 谢辞 22

4、 参考文献 23 24 第1章 引 言 随着科学技术的不断发展，机械加工的方法和手段也逐渐变得丰富起来，各种先进技术被人们引入机械行业中来形成各种新兴学科，机电一体化就是其中一门。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械与电子的有机结合产物。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。 三工位工作台旋转机床

5、设备在机加工等自动化机床设备中得到广泛引用，通过控制工作台旋转，可以实现在加工过程中同时完成上料和卸料工作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率,降低工人劳动强度。若在上料和卸料工位设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料工作。 ＰＬＣ的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛应用。 目前ＰＬＣ已经在工业生产过程中得到广泛应用，它具有结构简单易于编程、性能优越、可靠性能高、维修方便和使用方便

6、的一系列优点。根据课程设计要求，以西门子S7-200系列PLC来实现控制钻床三工位工作台旋转控制设计。 钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。工作台每旋转120°完成一个工位，循环运行。来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。 第2章 整体设计方案论证 2.1总体方案说明 整个方案包括以下几个方面：分析设计要求，控制元件选择，液压控制系统设计，PLC系统设计。 2.1.1 控制要求 （1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 （2）手动调整采用按钮点动的控制方式。包括上料进、退操作、工件夹紧、放松操

7、作，钻头下降、上升操作，卸料进、退操作，工作台旋转操作。 （3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。 （4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。 （5）上料器、夹紧装置、卸料器、钻头上下运动由液压缸驱动。夹紧力由压力继电器检测控制。钻头旋转、工作台旋转由电动机驱动。 2.1.2 制定控制方案 （1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。 （2）手动调整采用按钮点动的控制方式。 （3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。 （4

8、）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。 （5）系统运动不很复杂，采用三台电动机：主动电动机、液压电动机和工作台旋转电动机。除了主轴转动和工作台旋转用电动机拖动外，其他所有所有运动都可以采用液压传动。 （6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主零部件和控制部件，采用进入PLC的控制方式以达到方便控制。 2.2控制方式选择 三工位旋转工作台控制系统的设计任务主要由两大部分，其中最主要的就是PLC梯形图设计，也就是程序设计；其次是液压控制原理图的设计。

9、 第3章 控制系统设计 3.1动作特性 三工位旋转工作台控制动作特性如下： 其工作示意如图3-1所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸料。 图3-1 三工位旋转工作台系统示意图 工位1：工作台旋转到工位1后上料器推进，料到位后退回等待。 工位2：工工作台旋转到工位2后，夹紧装置将料加紧，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后工件松开，放松完成后等待。 工位3：工作台旋转到工位3后，卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。 3.2液压控制部分的设计 根据三工位旋转工作台的动作要求，控制部分大多采用液压电磁阀控制。当送料器送料到位后碰到送料到位

10、行程开关时碰到送料退回电磁阀，使液压阀供油方向发生改变，活塞杆退回。活塞杆退回到位后碰到退回到位行程开关，使液压阀动作处于中间位置，工位1处于等待状态。工位2动作顺序是工作台转动到位后液压阀动作夹紧，夹紧后压力继电器动作使活塞缸处于保压状态，同时使钻头旋转以及下降。等钻头下降达到行程开关位置处钻头停止下降，上升继电器得电转而钻头上升。钻头上升到位碰到行程开关使钻头停止转动和上升，并且活塞杆放松工件。放松完成碰到行程开关使工位2处于等待状态。工位3的动作顺序是工作台旋转结束后活塞缸推动工件开始卸料，到行程开关后活塞杆反行程电磁阀得电退回，退回到位碰到行程开关处于等待状态。等三个工位都停止动作后，

11、工作台旋转电磁阀的电，工作台旋转进入下一个循环。根据要求做出合理的液压原理图如图3-2示。 图3-2 液压原理图 3.3 控制流程图 根据三工位旋转工作台的控制要求，在不同的工位能同时进行加料、钻孔加工和卸料。根据课程设计的具体要求，分析并设计如下流程图3-3： 图3-3 控制流程图 三工位旋转工作台控制系统在很大程度上是利用继电器实现的，而最初的PLC就已经有很完善的继电器控制功能了。在这里选用PLC控制完全是对症下药，根据设计内容我们不难发现这个系统有24个输入信号和10个输出信号。而CPU226拥有24个输入端16个输出端，所以在

12、此选用CPU226就能满足要求。 3.4 I/O地址分配表 分配表如下表1所示： 表1：输入输出信号对照表 输入信号名称 外部元件 内部地址 输出信号名称 外部元件 内部地址 手动运行选择 SA4-1 I0.0 送料器推进电磁阀 YA1 Q0.0 半自动运行选择 SA4-2 I0.1 送料退回电磁阀 YA2 Q0.1 全自动运行选择 SA4-3 I0.2 工件夹紧电磁阀 YA3 Q0.2 上料器推进按钮 SB1 I0.3 工件放松电磁阀 YA4 Q0.3 上料器退回按钮 SB2 I0.4

13、 钻头下降电磁阀 YA5 Q0.4 工件夹紧按钮 SB3 I0.5 钻头上升电磁阀 YA6 Q0.5 工件放松按钮 SB4 I0.6 卸料推进电磁阀 YA7 Q0.6 钻头下降按钮 SB5 I0.7 卸料退回电磁阀 YA8 Q0.7 钻头上升按钮 SB6 I1.0 工作台转动电动机转动接触器 KM1 Q1.0 卸料器退出按钮 SB7 I1.1 钻头转动电动机接触器 KM2 Q1.1 卸料器退回按钮 SB8 I1.2 工作台旋转按钮 SB9 I1.3 上料到位行程开关 SQ1 I1.4

14、 上料退回到位行程开关 SQ2 I1.5 钻头下降到位行程开关 SQ3 I1.6 钻头上升到位行程开关 SQ4 I1.7 卸料器推进到位行程开关 SQ5 I2.0 卸料器退回到位行程开关 SQ6 I2.1 工作台旋转到位行程开关 SQ7 I2.2 放松到位行程开关 SQ8 I2.3 压力继电器触点 SP1 I2.4 物件感应器开关 SQ9 I2.5 物件感应器开关 SQ10 I2.6 物件感应器开关 SQ

15、11 I2.7 3.5 I/O接线图 PLC输入输出I/O接线图如图3-4所示： 图3-4 I/O接线图 3.6梯形图 根据课题要求，在软件setp7-Micro/WIN上具体做出控制系统梯形图并且自动生成语句表。三工位旋转工作台控制梯形图如下： 3.7语句表 3.8 程序的调试 根据梯形图，选用S7-200仿真软件进行调试。先将cpu配置为226，数量选择1

16、， 再载入程序进行模拟。 自动控制条件下，完成上料全过程 自动控制条件下，完成物料夹紧，钻孔，放松过程。 自动控制条件下，完成物料卸下全过程。 自动控制条件下，当三个工位全部完成时，工作台旋转，从而进入下一次循环。 结 论 此次课程设计主要其实是对PLC的控制功能进行练习了解掌握，而在三工位工作台旋转工作台的设计中跟多要求的是我们对PLC经典控制模块——继电器控制部分进行设计。设计之初面临着两个不同的选择方案一：在工作循环时只对一个工件进行加工；二、在工作时对三个工件同时加工。在王宗才指导老师的提醒下，我发现第一种方案效率低简单。第二种方案

17、加工效率高但是中间各个工序的加工时间对工作台旋转时间有影响。经过多方面论证，最后我选择了第二种方案提高了生产效率。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。 在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到

18、这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。 设计总结 两周的课程设计很快就结束了，期间遇见了很多麻烦。在老师和同学的帮助下设计了一个比较合理的解决方案。虽然课程设计还不算完美，也许还有很多瑕疵。但是这次课程设计的目的基本上已经达到了，在这两周内我们对PLC控制有了比较熟悉的了解。 通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前

19、，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。 通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。

20、能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。通过此次课设我了解了关于PLC的基本工作方法和原理，从中我学到了很多。 虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。在设计

21、的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆，做事要学思结合。相信在以后投入工作以后我们还是要跟同事合作，不断学习、不断进步。 谢 辞 首先我要感谢学校给我们制定了合理的学习培养计划，让我们在大学四年的学习有迹可循，不至于走过多弯路！其次要特别感谢指导我们课程设计的王宗才老师。在这次课程设计中，老师每天坚持到教室指导学生们做课程设计。这让我们能早第一时间把自己发现的问题解决掉，大大提高了我们做设计的信心。老师以其严谨求实的治学态度、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创

22、新的进取精神对我产生重要影响。 在此还要感谢和我一起讨论各位同学，在大家的共同努力下我们的课程设计最终顺利完成。这次课程设计意义重大，因为这是我们毕业设计前的最后一次课程设计了。这次设计将给我们毕业设计做了最后一次大练兵，希望我们能在最后的毕业设计中继续保持合作，共同探讨、共同进步。 参考文献 [1]王宗才等.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2011. [2]左建民.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，2007. [3]张建民等.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2001. [4]高钦和.可编程序控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004. [5]李颖卓.机电一体化系统设计.北京：化学工业出版社，2008. [6]郭海潮等.西门子S7-200系列PLC应用与开发.北京：中国水利水电出版社，2007.