基于PLC的动力头控制系统设计

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1、PLC控制技术课程设计说明书 PLC控制技术课程设计说明书 题 目： 基于 PLC的动力头控制系统设计 系 部： 专 业： 自动化 班 级： 学生姓名: 学 号: 指导教师:

2、 2012年 6 月 2 日 目 录 1 绪论 1 1.1 研究目的与意义 1 1.2 PLC控制系统在动力头机床中的作用与地位 1 2 控制系统方案论证与选择 2 2.1 动力头的设计要求 2 2.2 控制系统的论证与选择 3 2.2.1 各种控制系统的特点 3 2.2.2 控制系统的选择 4 3 控制系统硬件设计 5 3.1 元器件的选择 5 3.1.1 电动机和电器元件的配置 5 3.1.2 电动机型号的选择 5 3.1.3 电器元件型号的选择 6 3.2 电路设计 8 3.

3、2.1 主电路设计 8 3.2.2 控制电路设计 9 3.3 PLC控制系统硬件设计 10 3.3.1 系统输入输出元件型号的确定 10 3.3.2 PLC机型的选择 10 3.3.3 PLCI/O元件的分配 11 4 控制系统软件设计与调试 13 4.1 PLC程序的总体结构 13 4.2 各部分程序的作用及设计过程 13 5 总结与展望 22 6 参考文献 23 1 绪论 1.1 研究目的与意义 可编程控制器(Programmable logic Control-ler,简称PLC)是以微处理机为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和

4、通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置, 其具有逻辑控制、计时、计数、数据处理、联网与通信等强大功能,用来替代传统的继电—接触控制系统。同时,由于PLC具有很高的可靠性和极大的应用灵活性,在各行各业的控制领域都得到了广泛的应用,并与CAD/CAM和机器人技术一起被誉为现代工业自动化的三大支柱之一。大量采用传统继电—接触控制系统 的设备通过改造更新,成为PLC控制的自动化系统,而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特点。本文介绍基于PLC的动力头控制系统的设计与应用。 1.2 PLC控制系统在动力头机床中的作用与地位 plc控制系统是动力头机床的指挥控制中心。 动力头机床对

5、产品所有零件的加工只有在控制系统的指挥下才能进行。因此,控制系统性能的好坏、自动化水平的高低直接影响到机床的整体性能及加工质量。 此外，控制系统性能的好坏对于提高劳动产品的产量和质量也有着极大地影响。当然也会影响到该企业的市场竞争力。所以对基于plc的动力头控制系统的设计与制作要引起足够的重视。要提高机床的性能，除了要提高该机床机械部分的性能外，还要提高该机床的控制系统的性能。 2 控制系统方案论证与选择 2.1 动力头的设计要求 伴随着加工件的日益复杂化、精度等级以及加工效率的提高，多轴向、高转速成为工具机必备的条件，除了加

6、工中心机走向机能复合化外，车床方面已由早期的卧式车床开发出许多新的加工形态，例如双刀塔、立式车床、倒立车床、以及车铣复合机种，以顺应新时代加工方式的需求。其中车铣新概念复合机无疑是一项新技术结合的工具机杰作，最大的优点在于可轻易地在同一机台上做复杂零件的加工，可同时进行车削、钻孔、攻牙、端面切槽、侧面切槽、侧面铣削、角度钻孔、曲线铣削……等等。 1. 电动机拖动部分 液压电机、冷却电机、扩孔电机、钻孔电机根据它们的设计要求,可以采用“起保停”电路设计。因为这种控制电路无须任何中间继电器，接线方便，设计安装量也不大。因此宜采用继电器控制方案来控制。其最大的优点就是能节省开支。若用单片机控制方

7、案，会增大接口电路的设计；若用PLC控制方案，会占用输入点，引起投资的增大。因此不宜用这两种控制方案。 攻丝电机因为有“正转”与“反转”之分，需要根据机械设备的工作进程来决定其“正、反转”。若采用继电器控制方案，则需一定数量的中间继电器，这会使设计、安装、接线工作量增大，程序更改不方便。而且容易出故障；若采用单片机控制方案，对环境的要求高，抗扰能力差，也不适宜采用。所以采用PLC来控制。 2. 液压拖动部分 在液压拖动部分，各工位动力头滑台、转位机构的向前与向后、夹紧与松开等运动都是由液压系统拖动。这些动作都是根据条件一步步进行的。 因为液压拖动部分的每一步都需要根据一定的条件来转换，

8、所以如果采用继电器控制方案，则需要用到大量的中间继电器，那样安装、接线工作量会很大，而且更改程序也极不方便，当出现故障时也不易查找和排除。 若采用单片机控制方案，则需要为其设计制作印刷电路板和接口电路等，还要焊接，设计安装工作量大，而且对工作环境要求比较高。就动力头机床所在的工业现场而言，采用该方案时，其可靠性不能得到保证。因此，对液压拖动部分也不宜采用单片机控制方案来控制。 根据设计的实际要求，需要的是能适应经常变动、可靠性强、易于维修的控制系统。因此选择采用可编程序控制器方案来控制最合适。这是因为该控制方案的可靠性高，抗干扰能力强，无需担心工业现场的恶劣环境会对PLC设备产生影响；编程

9、方法简单易学，采用形象直观，易学易懂的梯形图语言；系统的设计、安装、调试工作量少，用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少；环境要求低，适应性强可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业现场；维修工作量小，维修方便可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。 2.2 控制系统的论证与选择 目前就控制系统来说,有三种可供选择：继电器控制系统；计算机控制系统；可编程序控制器控制系统。PLC程序控制器以其可靠性高、适应性强、设计调试方便等优

10、点，在很多工业部门已经取代前两种控制系统。 2.2.1 各种控制系统的特点 1. 继电器控制系统 继电器是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关。继电器控制系统的控制功能是用硬件继电器（或称物理继电器）实现的。多年来，人们用电磁继电器控制顺序型的设备和生产过程。 就单台继电器控制系统而言，其工作可靠性是比较高的。而且继电器本身也不贵。所以对于小型的、要求不复杂的控制对象来说，采用继电器控制系统是可行的。 但是对于复杂的控制系统来说，所需的继电器很多。任何一个继电器的故障都会影响到整个系统的正常运行，查找和排除故障往往是非常困难的；由于该控制系统靠硬件接线，所以程序的更改比较困难，所以

11、它的适应性比较差，不适应经常要求变更程序的产品的设计。当要求生产小批量、多品种的产品时，继电器控制系统是不能够满足要求的。 2. 计算机控制系统 计算机控制系统的程序采用指令编程，程序可以替代一部分硬件，而且程序便于维修。与继电器控制系统相比较，其控制电路的故障点相应减少；其适应性、通用性与灵活性都有提高；而且因为它是由电子器件组成，所以比继电器控制系统体积小、重量轻而且耗能少。 但是计算机控制系统对环境的要求比较高，其抗干扰能力不强；在制作中还需要印刷电路板，其外部I/O接线需要用插座从一双电路板上引出，既不方便也不可靠；在编程的时候用的是汇编语言或C语言，比较麻烦，不易被工厂的电气人

12、员掌握。因此计算机控制系统的应用范围还是很受限制。 3. 可编程序控制器控制系统 可编程序控制器的特点： (1) 可靠性高，抗干扰能力强 PLC是专为工业控制而设计的，在硬件方面采用了电磁屏蔽、光电隔离、模拟量和数字量滤波、优化电源电路等措施，并对元件进行了严格的筛选；在软件方面则采取了警戒时钟、故障诊断、自动恢复等措施，利用后备电池对程序和动态数据进行保护。因此，PLC是有其他工业控制设备无可比拟的高可靠性。 (2) 编程方法简单易学 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，梯形图语言形象直观，易学易懂。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程序控制器在执行

13、梯形图程序时，用结实程序将它“翻译”成汇编语言再去执行。由于可编程序控制器运算速度的不断提高，对于一般的控制设备来说，执行速度完全满足要求。 PLC使用简单，一般情况下，不需要考虑接口问题，只需要用螺丝刀就可以完成全部接线工作。PLC可以采用一种面向控制过程的梯形图语言，它与继电器原理图非常接近，电气工人可以在短时间内学会。因此，世界上许多国家的可编程序控制器生产公司都将梯形图语言作为第一用户语言。 (3)功能完善，应用灵活 PLC的基本功能包括数字和模拟量输入/输出、算术和逻辑运算、定时、计数、移位、比较、代码转换等，其扩展功能有批数据传送、排序查表、中断控制、函数运算、通信联网、PI

14、D闭环控制、监控报警等，可以组成功能完善的控制系统。 (4) 系统的设计、安装、调试工作量少 可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路花的时间要少得多。 可编程序控制器的用户程序可以在实验室模拟实验，调试好后再将可编程序控制器安装在现场调试。调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决。 (5) 环境要求低，适应性强 可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，

15、使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业现场。可编程序控制器已被广大用户人为最可靠的工业控制设备之一。 (6) 维修工作量小，维修方便 可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

16、 2.2.2 控制系统的选择 正因为可编程控制器控制系统的这些优点，几乎所有自动化领域内的控制系统的设计，可编程序控制器都能够做到。继电器控制系统与计算机控制系统不能做到的，它也可以做到。所以选择可编程控制器控制系统。 3 控制系统硬件设计 3.1 元器件的选择 动力头机床电器控制线路包括液压泵电机、冷却泵电机、钻孔、扩孔、攻丝动力头主轴电机的主电路、控制电路和辅助电路三个部分。 主电路、控制电路和辅助电路的设计内容包括这些电路电器元件的配置、型号的选择以及线路中的主电路、控制电路、辅助电路原理图的设计。 3.1.1 电动机和电器元件的配置 在电器控制线

17、路中,应配置以下元件:三相鼠笼式异步电动机、刀开关、万能转换开关、二位置旋钮、按钮、接触器、热继电器、熔断器、控制变压器等。这些元件的作用如下： 1．刀开关：在机床上，主要用作电源开关，起隔离电源、安全检修的作用。 2.万能转换开关： (1)工作方式选择开关：用于各种工作方式的选择。“回原点”、“手动”、“单机”、“自动”、“半自动”的相互转换。 (2)单机选择开关：用于各单机的选择。“钻孔”、“扩孔”、“攻丝”电机的选择。 3．二位置旋钮： SA3、SA4、SA5、SA6分别对回转工作台钻孔电机、扩孔电机、攻丝电机作在/离线选择；SA7、SA8分别控制HL、EL；SA9控制PLC电

18、源的通断。 4．按钮：用来接通或断开电路中的电流。 5．接触器：用来接通或断开电动机或其他负载主回路的自动切换电器。KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别对液压泵电机、冷却泵电机、钻孔、扩孔、攻丝动力头主轴电机起控制作用。 6．热继电器：根据对象的温度变化来控制电流流通的继电器，即是利用电流的热效应而动作的电器，它主要用来保护电动机的过载。 7．熔断器：主要用于短路保护。FU1对电源板、整个线路起短路保护作用；FU2用于控制电路的短路保护；FU3用于控制变压器的短路保护；FU4用于照明回路的短路保护；FU5用于信号灯供电电路的短路保护。 8．控制变压器：根据负载电压的要求

19、调节电压。TC的副边为电源指示灯HL提供6.3V电压，为机床照明指示灯EL提供36V电压。 3.1.2 电动机型号的选择 1．电动机的选择：电动机是机床电力拖动系统的拖动元件，在电动机的选择内容中，功率的选择是首要的，同时，电机的转速、型式、电压等的选择也是必要的。 液压泵电机与冷却泵电机都是按经验选择。液压泵电机选择额定容量为3KW，冷却泵电机选择额定容量为90W。另三个电机的选择如下：（η＝0.8） (1)钻孔动力头主轴拖动电动机M3的选择 钻孔动力头主轴拖动电动机功率的计算公式 P=0.0646D1.19 式中 P—主拖动电动

20、机功率,KW； D—最大钻孔直径，m 。 该机床钻孔动力头加工的孔的最大直径为45mm，需要的拖动功率为1.95KW,因此选择额定功率为3KW的电动机。 (2)扩孔动力头主轴拖动电动机M4的选择 扩孔动力头主轴拖动电动机功率的计算公式 P=0.035D1.225 式中 P—主拖动电动机功率,KW； D—最大扩孔直径，m 该机床扩孔动力头最大扩孔的直径是25mm，需要的拖动功率为2.11KW，因此选择额定功率为3KW的电动机。 (3)攻丝动力头主轴拖动电动机M5的选择 攻丝动力头主轴拖动电动机功率的计算公式 P=0.004D1.7 式中 P—主拖动电

21、动机功率,KW； D—最大攻丝深度，m 。 该机床攻丝动力头攻丝的最大深度为35mm，需要的拖动功率为1.98KW,因此选择额定功率为3KW的电动机。 3.1.3 电器元件型号的选择 1．刀开关QS：不带融断器式刀开关主要有HD型及HS型，带融断器式刀开关有HR3系列。 2．熔断器：熔断体额定电流是个主要的技术参数。熔断体的额定电流 IR可按下列关系选择IR=（1.5-2.5）IN。式中IN---异步电动机的额定电流。 3．接触器：机床用的是交流接触器。常用的有CJ10、CJ12、CJ20等系列交流接触器。交流接触器主触点电流可根据下面经验公式进行选择：IN=PN1000/KUN

22、 4．热继电器：热继电器的额定电压和额定电流应大于或等于被保护电动机的额定电压和额定电流。从一个产品系列中选择热继电器的具体规格时，主要是依据额定电流值。 5．中间继电器：选用中间继电器的主要依据，一是继电器触点的额定电流应满足被控电路的要求；二是继电器触点的品种和数量必须满足控制电路的要求。 6．控制变压器：在选用控制变压器时，首先应满足副边线圈的个数和电压值以及原边电源电压的数值。 该机床所用到的电动机和电器元件型号的选择见表3—1。 表3—1 电器元件明细表 序号 电器元件名称 电器元件代号 型号 数量 技术数据 1 刀开关 QS HR3-100/34

23、1 220V， 100A 2 工作方式转换开关 SA1 LAY3-X/2 1 220V， 10A 3 单机选择开关 SA2 LAY3-X/2 1 220V， 10A 4 在/离线选择开关 SA3-SA6 LAY3-X/2 4 220V， 10A 5 工作开关 SA7、SA8、SA9 KN3-2-1 3 220V，5A 6 功能按钮 SB1-3；SB5-23 LA19-11 22 220V， 5A 7 急停按钮 SB4 LA19-01JZ 1 220V， 10A 8 限位开关 SQ1-SQ5 SQ11-SQ13

24、SQ21-SQ23 SQ31-SQ34 LX5-11 15 220V，15A 9 液压电机 M1 Y132M-4 1 3KW，6A 10 冷却电机 M2 AOB-25 1 90W，0.5A 11 钻孔电机 M3 Y100L-2 1 3KW，5A 12 扩孔电机 M4 Y100L-2 1 3KW，5A 13 攻丝电机 M5 Y100L-2 1 3KW，5A 14 液压电机接触器 KM1 CJ20-63 1 f=1200,380V63A,电寿命120万次 15 冷却电机接触器 KM2 CZ0

25、-40/02 1 f=600,380V,40A,电寿命30万次 16 钻孔电机接触器 KM3 CZ0-40/20 1 f=1200,380V,40A,电寿命50万次 17 扩孔电机接触器 KM4 CZ0-40/20 1 f=1200,380V,40A,电寿命50万次 18 攻丝电机接触器 KM5 CZ0-40/20 1 f=1200,380V,40A,电寿命50万次 19 攻丝电机接触器 KM6 CZ0-40/20 1 f=1200,380V,40A,电寿命50万次 20 热继电器 FR1 JR16B-150 2 380V，150

26、A 21 热继电器 FR2-FR5 JR16-20/30 3 380V，60A 22 熔断器 FU1、FU2、FU3 BZ002 3 熔体10A 23 熔断器 FU4、FU5 BZ001 2 熔体5A 24 变压器 TC YH-60B 1 220V, 35W 25 信号灯 HL A57-4 36 7V，1W 26 照明灯 EL DH3132 1 36V，1W 27 蜂鸣器 BU 701-2型 1 24，0.15A 29 电铃 BE VC41-75型 1 24V 3.2 电路设计 3.2.1

27、 主电路设计 液压泵电动机的作用是：拖动液压泵，为液压系统提供动力。 冷却泵电动机的作用是：对工具和加工面进行冷却，起保护作用，同时确保了加工的精度。 钻孔、扩孔、攻丝电动机的作用是：为钻孔、扩孔、攻丝动力头主轴的旋转提供动力。 其原理图如图3.1所示。 图3.1 主电路原理图 机床主电路为380V三相交流电源，接地类型是TN-S型。总电源由刀开关QS引入。交流接触器KM1是液压电动机M1接通和断开的接触器，FU1对电源板、整个线路起短路保护作用，FR1、FR2、FR3、FR4、FR5是其对应的电机M1、M2、M3、M4、M5过载保护用热继电器。 攻丝要求电动机能正反

28、转，所以M5电动机要有两个接触器KM5、KM6。 3.2.2 控制电路设计 控制电路对主电路各电动机的启动、停止进行控制，其原理图见图3.2。 控制原理如下： 四个电机都采用“起、保、停”电路进行控制。 液压电动机的控制：按下按钮SB14，接触器KM1得电，液压电机转动，同时其常开触点闭合，在电路中 “自锁”。按下停止按钮SB15，接触器KM1线圈断电而释放。当电机过载时，通过FR1使KM1失电，使电机停下来。 冷却电机、钻孔电机、扩孔电机的控制与液压机的控制相同。 这一电路有失压保护功能，当电源电压过低或消失时，接触器KM1、KM2、KM3、KM4因电磁力不足释放，在电压恢

29、复正常时，启动按钮SB2没有被按下，接触器不会得电动作。若使电动机重新启动，必须重新按启动按钮SB2。 图3.2 控制电路原理图 3.3 PLC控制系统硬件设计 PLC控制系统硬件设计的内容包括：PLC输入、输出元件型号的确定、PLC机型的选择、PLCI/O元件的分配、PLC的I/O接线图。 3.3.1 系统输入输出元件型号的确定 在PLC控制系统中，所需要的输入元件有：按钮、指令开关、限位开关；输出元件有：接触器、电磁阀、指示灯、蜂鸣器。这些元件的选择见表3.1 3.3.2 PLC机型的选择 PLC机型选择应考虑以下因素： （1）物理结构 根据物理结构，可编程序

30、控制器分为整体式和模块式两种。对于该机床这种小型控制系统而言，选择整体式PLC有优势。采用整体式PLC，I/O点数够用，设计好后，功能不需要再扩充。其价格便宜，安装也非常方便。 （2）指令功能的选择 FX系列可编程序控制器提供了具有不同档次功能的几个子系列，可以根据系统的具体情况选用满足要求的子系列。不需要联网通信的小型开关量控制系统，可以选用价格便宜的FXOS系列；I/O点数多、控制功能复杂、要求联网通信的系统可以选择FX2N系列。 （3）I/O点数的确定 确定I/O点数时，应准确地统计出被控设备对可编程序控制器输入/输出点数的总需求，在次基础上，应留有10%-20%的裕量，以备今后

31、对系统改进和扩充时使用。整体式可编程序控制器的基本单元、扩展单元的输入点数和输出点数的比例是固定的。 （4）存储器容量的选择 在初步估算时，对于仅需开关量控制的系统，将I/O点数乘以8，就是所需的存储器的字数。 鉴于以上几个原因，本设计选用的PLC是FX2N-128MR-001系列。 3.3.3 PLCI/O元件的分配 为了便于施工接线和阅读的方便，根据以上PLC及其I/O元件选择的结果，可将输入/输出元件分别列入PLC输入/输出元件的分配表中。 各输入/输出元件在PLC输入/输出点上的分配应该遵循以下原则： （1）按元件的操作顺序来安放输入/输出点。先操作的元件放在编号小的输

32、入/输出点上；后操作的元件放在编号大的输入输出点上。 （2）同一类元件集中分配在连续编号的一组输入/输出点上。 （3）尽可能以单机为单位进行分配。 （4）不同电压等级的输入/输出元件不能放在同一组。 PLC输入元件分配表如表3—2所示,PLC输出元件分配表如表3—3所示。 表3—2 PLC输入元件分配表 输入元件 输入点编号 输入元件 输入点编号 工作方式选择开关 回原点SA1 X0 单步按钮SB12 X30 工作方式选择开关 单步SA1 X1 单步按钮SB13 X31 工作方式选择开关 单机SA1 X2 单步按钮SB14 X32 工作方式选

33、择开关 半自动SA1 X3 行程开关SQ1 X33 工作方式选择开关 自动SA1 X4 行程开关SQ2 X34 单机选择开关 回转台SA2 X5 行程开关SQ3 X35 单机选择开关 钻孔SA2 X6 行程开关SQ4 X36 单机选择开关 扩孔SA2 X7 行程开关SQ5 X37 单机选择开关 攻丝SA2 X10 行程开关SQ11 X40 在/离线选择开关 回转台SA3 X11 行程开关SQ12 X41 在/离线选择开关 钻孔SA4 X12 行程开关SQ13 X42 在/离线选择开关 扩孔SA5 X13

34、 行程开关SQ21 X43 在/离线选择开关 攻丝SA6 X14 行程开关SQ22 X44 预开按钮 SB1 X15 行程开关SQ23 X45 启动按钮SB2 X16 行程开关SQ31 X46 预停按钮SB3 X17 行程开关SQ32 X47 急停按钮SB4 X20 行程开关SQ33 X50 紧急后退按钮SB5 X21 行程开关SQ34 X51 预留按钮SB6 X22 行程开关SQ35 X52 单步/停止SB7 X23 热继电器FR1 X53 单步按钮SB8 X24 热继电器FR2 X54 单步按钮SB9 X25

35、 热继电器FR3 X55 单步按钮SB10 X26 热继电器FR4 X56 单步按钮SB11 X27 热继电器FR5 X57 单步按钮SB12 X30 压力继电器KP X60 表3—3 PLC输出元件分配表 输出元件 输出点编号 输出元件 输出点编号 M5接触线圈 Y0 M5滑台原位显示 Y34 M6接触线圈 Y1 回转台微台显示 Y35 电磁阀YV01 Y2 回转台回转显示 Y36 电磁阀YV02 Y3 回转台低回显示 Y37 电磁阀YV03 Y4 回转台反靠显示 Y40 电磁阀YV04 Y5 回转台夹紧显示

36、 Y41 电磁阀YV05 Y6 回转台脱离显示 Y42 电磁阀YV06 Y7 回转台活返显示 Y43 电磁阀YV11 Y10 M3快进显示 Y44 电磁阀YV12 Y11 M3工进显示 Y45 电磁阀YV13 Y12 M3快退显示 Y46 电磁阀YV21 Y13 M4快进显示 Y47 电磁阀YV22 Y14 M4工进显示 Y50 电磁阀YV23 Y15 M4快退显示 Y51 电磁阀YV31 Y16 M5快进显示 Y52 电磁阀YV32 Y17 M5工进显示 Y52 电磁阀YV33 Y20 M5正转攻丝显示

37、 Y54 预开预停提示BE Y21 M5反转退丝显示 Y55 故障报警 Y22 M5快退显示 Y56 全机全自动显示 Y23 M1过载显示 Y57 全机半自动显示 Y24 M2过载显示 Y60 单机半自动显示 Y25 M3过载显示 Y61 单机单步显示 Y26 M4过载显示 Y62 全机自动回原点显示 Y27 M5过载显示 Y63 全机原位显示 Y30 超节拍预停显示 Y64 回转台原位显示 Y31 夹紧力不足显示 Y65 M3滑台原位显示 Y32 工作周期到显示 Y66 M4滑台原位显示 Y33

38、 4 控制系统软件设计与调试 4.1 PLC程序的总体结构 本切削机床控制系统的软件由公用程序、全机自动/半自动程序、单机手动程序、单机半自动程序、全机自动回原点程序、信号显示和故障报警程序等六个部分组成。图4.1是本控制系统的PLC梯形图程序的总体结构图。任务书要求本人设计的程序部分是：公用程序、单机单步程序、全机半自动程序、全机自动回原点程序。 图4.1 PLC程序的总体结构图 4.2 各部分程序的作用及设计过程 1．公用程序 （1）公用程序的作用 公用程序主要用来对各种信号进行处理, 并将处理结果作为自动线启动、停止、程序转换或故障报警等的一个依据。 这些信号

39、包括:自动线的预开、预停、紧急停止和紧急后退等操作信号、各单机的原位信号、自动线启动前应具备的各种初始信号、由全机半自动工作方式转换为单机单步或全机自动回原点工作方式时，使全机半自动程序复位的信号。 （2）公用程序的设计 公用程序采用经验法设计，根据其所起的作用，如图4.2所示。 图4.2 公用程序 图4.2中，第一逻辑行中M100的线圈控制回路用来向动力头机床发出 “预开”信号。在机床处于初始状态、且各主轴电动机未发生过载故障、未按预停按钮的情况下，在辅助继电器M100的线圈回路中，除预开按钮X15(SB1)和M100的触点外，其余所有触点均处于闭合状态。此时，按下预开按钮

40、X15，可使继电器M100和Y21通电动作，其中，M100动作可为自动线启动做好准备，Y21动作可接通电铃BE的电源，向机床周围的人员发出机床将要开车的音响预告信号。在按下启动按钮X16（SB2）以前，若想取消预开命令，只要按下预停按钮X17（SB3），即可使M100断电。 第三逻辑行M8034是禁止输出继电器，在任何工作方式下，只要按下紧急停止按钮X20（SB4），即可使M8034通电动作，通过系统程序使PLC的全部输出继电器复位，从而使机床紧急停车。此后，若按下启动按钮X16（SB2）或急退/回原点按钮X21（SB15），可使机床继续工作（在全机半自动工作方式下），或使机床继续回原点（在

41、全机自动回原点工作方式下）。 第四逻辑行中M102的线圈控制回路用来向机床发出 “急退”命令。 第五逻辑行中的定时器T0用来对机床进行超节拍监视。 第六逻辑行是机床半自动工作方式的控制程序的复位控制回路。在工作方式选择开关置于“回原点（X0）”或“单步（X1）”工作方式的操作位置，或同时按下“急停按钮（X20）”和按下“急退按钮（X21）”后，除半自动程序的初始步外，可使半自动工作方式的控制程序中的其余所有各步的编程元件全部复位。 第七逻辑行是对初始步M0的置位控制回路。在PLC由STOP状态转为RUN状态，或者机床处于原点状态时，初始化脉冲M8002或机床所有单机的原位信号都能将初始

42、步M0置位，为在半自动工作方式下转换的实现作好准备。 2．全机半自动程序 （1）全机半自动程序的作用 全机半自动程序主要用于机床控制系统安装接线或检修完成后，以及工人交接班时对产品进行单件检查，以检查整个机床能否正常地运行一个完整的循环。 （2）全机半自动程序的设计 在全机半自动工作方式下，机床对控制系统的要求是，在机床具备了所有初始条件后，按下预开按钮X15（SB1），电铃Y21（BE）应响（见公用程序），以发出机床将要开车的预告信号。之后，按下启动按钮X16（SB2），机床即应按下述工艺过程运行： 回转工作台自动微抬→回转工作台自动转位→定位夹紧→各工位动力头按自己的程序进行加

43、工，加工完成后自动回到各自的初始位置，为下次循环做准备。 据此，再结合毕业设计任务书中所给的动力头机床液压拖动系统原理图和图3.3所示的PLC I/O接线图，即可绘出机床的全机半自动程序的顺序功能表图，如图4.3所示。 图4.3 动力头机床全机半自动工作方式的顺序功能图 根据图4.3所示的顺序功能图设计全机半自动工作方式的梯形图时，对图中代表步的编程元件的控制回路可采用多种编程方式编写，本课题采用的是“起，保，停” 根

44、 图4.3 据图4.3所示的顺序功能图设计全机半自动工作方式的梯形图时，对图中代表步的编程元件的控制回路可采用多种编程方式编写，本课题采用的是“起，保，停”电路的编程方式。 采用这种编程方式编程时，代表步的编程元件的控制回路的编程规则是： 1．起动环节：由该步的前级步的编程元件的常开触点“Mi-1”和代表转换条件的常开触点Xi串联构成。 2．保持环节：由本步编程元件的的常开触点“Mi”构成。 3．停止环节：由该步的后级步的编程元件的常闭触点“Mi+1”构成。 根据这一编程规则，代表步的编程元件的控制回路与顺序功能图的关系如图4.4所示。

45、 图4.4 代表步的编程元件的控制回路与顺序功能图 根据图4.3和图4.4可以绘出全机半自动程序的梯形图，见图4.5。 图4.5 全机半自动程序的梯形图 在全机半自动工作方式的PLC程序中，对机床的各单机编写了具有“在线/离线”选择功能以及“紧急后退”的操作功能的程序段。这两种功能的具体含义是： 1.“在线/离线”选择：当把钻孔动力头的“在线/离线”选择开关X12（SA4）旋至“在线”位置时，X12为“1”态。这样在机床工作过程中，可使钻孔动力头执行“快进---工进---快退”程

46、序，也即使钻孔动力头在线工作；反之，当把选择开关X12（SA4）旋至“离线”位置时，X12为“0”态，此时在机床工作过程中，可使钻孔动力头跳过“快进---工进---快退”步而直接进入等待步（即M9步），从机械运动方面看，此时钻孔动力头并未随机床一起工作，而是一直停在原位不动。 2.紧急后退：控制系统的这一功能可使机床各工位的单机在向前运行的任何时刻，在按下紧急后退按钮X21（SB15）时立即后退，退回到原位后自动停止。例如，在扩孔动力头快进或工进过程中，当按下X21（SB15））时，可使其跳过工进步或立即中止工进步而进入快退步。由于按下X21（SB15）时M102为“1”态，因此，当钻孔动力

47、头、扩孔动力头、攻丝动力头都进入等待步时，机床将进展到急退完成后的等待步M27步。此后，若按下启动按钮X16（SB2），又可使自动线从M27步进展到M6步（即对回转工作台夹紧的步），从而使机床继续工作。 5 总结与展望 本PLC控制系统具备的功能比较多,就本人设计部分的程序而言,它有以下功能和特点: 1.工作方式:具有全机半自动、单机单步、全机自动回原点三种工作方式。 2.具有预开、启动、紧急停止、紧急后退等操作功能。 3.具有在线/离线选择：对回转工作台和各工位的单机都设置

48、了“在线/离线”选择。 4.采用的指导老师开发的用条件跳步指令将各单机的单步程序相互隔开的设计方案，大大节省了用于各单机的单步控制的操作按钮和PLC的输入点。 6 参考文献 [1]许廖山.工厂电气控制设备[M].北京：机械工业出版社,2002，10-14，65-75 [2]李铁尧.动力头机床[M].北京：机械工业出版社,1991，14-15 [3]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆：重庆大学出版社,2002，1-3，130-135 [4]戴自祥.可编程序控制器原理及应用技巧[M].北京：化学工业出版社,2

49、003，110-112 [5]齐容.可编程计算机控制器原理及应用[M].西安：西北工业大学出版社,2002，25-26 [6]袁任光.可编程序控制器应用技术与实例[M].广州：华南理工大学出版社,1997，32-33 [7]刘金祺.机床电气自动控制[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1999，48-52，99-102 [8]何衍庆.可编程序控制器原理及应用技巧[M].北京：化学工业出版社,2003，15-19 [9]大连组合机床研究所.组合机床设计第三册[M].北京：机械工业出版社,1976，69-72，89-90 [10]GB4728-85电气图用图形符号 [M].北京：中国标准出版社,1986，33-36，66-68 22