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1、第一章 设计方案的确定21.1 车镗专机组合机床简介21.1.1 车镗专机的基本组成21.1.2 加工过程21.1.3车镗专机床身结构示意图31.1.4车镗专机机械动力头原理示意图31.1.5车镗专机的自动加工过31.1.6 液压系统41.2 车镗专机组合机床控制要求41.2.1 车镗专机的控制要求41.2.2 实践任务与要求41.3 设计方案的确定51.3.1可用方案论证5第二章 PLC控制系统硬件电路设计62.1 电气主电路62.2 控制电路设计72.3 I/O接线图8第三章 PLC控制系统程序设计83.1 自动控制程序8（1）手自动切换程序8（2）回原位控制程序8（3）全循环控制程序9（
2、4）I工位循环控制程序9（5）II工位循环控制程序103.2 手动控制程序103.3 上、下位机配合控制程序113.4 联锁、保护程序12第四章 监控软件的设计134.1 监控软件的功能134.2 欢迎界面154.3 监控界面15第五章 设备使用及维护说明165.1设备的使用说明165.1.1自动模式使用说明165.1.2 手动模式使用说明175.2 设备维护17第一章 设计方案的确定1.1 车镗专机组合机床简介车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车销加工的一种自动加工设备，加工工件如图1-1所示。1-1 工件示意图1.1.1 车镗专机的基本组成车镗专机的基本组成如
3、图1-2所示。左、右机械动力头各有三台电动机（快速电动机、工速电动机、主轴电动机），液压站由一台电动机拖动。控制柜液压站左动力头工作台（液压）右动力头1-2 车镗专机的基本组成示意图1.1.2 加工过程加工过程如图1-3所示。操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令（按下按钮）。工件自动夹紧，压力继电器动作，左、右协力头同时开始镗销加工。左动力头快进，工进至终点后，快退回原位：而右动力头快进、工进至终点后还应进行右端面的车削加工（车刀横进、横退）后才快退。当两动力头都退回原位，此时工位的粗加工结束，工作台移到工位，开始进行精镗加工。左、右动力头重新起动，快进
4、，工进到终点延时后快退回原位，工位加工结束，工作台退到工位，松开工件，一个自动工作循环结束。1.1.3车镗专机床身结构示意图 左、右机械动力头各有三台电动机（快速电动机、工速电动机、主轴电动机）1.1.4车镗专机机械动力头原理示意图1.1.5车镗专机的自动加工松开工位工位SQ 5SP 2夹紧SQ8SQ9SQ10SQ8SQ9SQ10SQ 6SQ1SQ3SQ2SQ1SQ2SQ3SQ7(SQ4)1-3 车镗专机的加式过程1.1.6 液压系统车镗专机中工作位的转换和加工工件的夹紧与松开是由液压系统实现的，车镗专机液压系统元件如表所示。YV1 +卸荷SP1 +油压到信号YV2 + ()工件松开 （夹紧）
5、SP2 +工件紧信号YV3 +向工位YV5 +横 进YV4 +向工位YV6 +横 退表 车镗专机液压系统元件表注：表中“”表示得电，“”表示断电。1.2 车镗专机组合机床控制要求1.2.1 车镗专机的控制要求1）本系统有七台电机：油泵电机、右主轴电机、右快速电机、右工速电机、左主轴电机、左快速电机、左工速电机。2）工作台有两个工位，由液压系统实现两工位的转换和加工工件的夹紧与松开。3）有自动和点动两种工作方式，其中自动工作方式又有三种形式：全自动循环、工位循环、工位循环工作。全自动循环过程是从工位到工位再到工位，工位循环、工位循环工作是指工件只在工位或工位时的加工循环。4）手动工作方式包括左、
6、右主动轴的点动对刀，左、右动力头的快进与快退点动，手动松开工件、手动移位等。5）左、右床习导轨应具有自动润滑功能（YV7、YV8）。6）左、右快速电动机均采用电磁铁抱闸制动（YB1、YB2）。7）油泵起动后，液压系统要有一定的压力缓冲，才允许开始工作，工作结束要卸荷。8) 具有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号的指示。9) 具有照明和必要的联锁环节和保护环节。1.2.2 实践任务与要求1）根据设备工艺要求，制定合理的改造方案；2）确定输入/输出设备，正确选用PLC；3）PLC I/O点分配，并绘制I/O接线图以及其它外部硬件图；4）绘制系统功能表图；5）设计梯形图并模拟调试；6）正确计算选择
7、电器元件，列出电器元件一览表；7）绘制电气接线图，接线并调试；8）整理技术资料，编写使用说明书。1.3 设计方案的确定1.3.1可用方案论证（1）根据以上对车镗专机的基本认识之后可知车镗专机控制方法有以下几种：1）传统电气系统控制2）单片机系统控制 3）PLC系统控制（2）经过对车镗专机的控制要求的仔细分析之后得到以下几点结论：1）程序较为复杂2）应用步骤较为繁多（3）对比以上三种方案可知各自的优缺点比较：单片机系统控制：优点：编程简单，控制容易实现，而且价格便宜，缺点：由于单片机运行对环境的要求较高，抗干扰能力偏低，无法适用车镗专机所在环境。传统电气控制：优点：结构简单清晰，继电器控制系统是
8、并行的，或者说是同时执行的，即该吸合的继电器同时吸合，缺点：机械触点多、连线复杂，故障检查及设备维修比较麻烦，另外体积大、耗能多，需设置许多具有制约关系的联锁电路。系统扩充或改装必须变更硬接线，重新设计、重新配置，灵活性差，故障检查及设备维修比较麻烦。PLC系统控制：优点：PLC采用大规模集成电路和计算机技术，以面向工业应用现场的需要 而设计，因此可靠性高、功能强、体积小、功耗低；系统在I O 点数及内存允许范围内，可自由扩允，并且可用编程器在线或离线修改程序，以适应系统控制要求，因此同一PLC不改变硬件，仅改变软件，就可适应各种控制，灵活多变，通用性强。PLC具有远程通讯联网功能以及易于与计
9、算机接口实现群控，还可通过附加高性能模块对模拟量进行处理，丰富的高级指令可实现各种复杂的控制功能，这些对于布线逻辑的继电器控制系统是无法办到的。缺点：PLC控制系统是串行的，各软继电器处于周期性循环扫描中。但是由于PLC扫描速度快，宏观上可以认为是并行控制。（4）综合以上几点考虑，本次设计放弃传统的电气控制和单片机系统控制，而采用PLC控制。确立如下的设计方案：1）首先对整个机床设备需要有短路、过流、过载保护。因此需要对这些元气件进行选择。 2）对于急停功能我们采用断电源的方法，因此对于急停功能的处理就不进PLC。这样也可以省下PLC的一个输入点。还有照明电路、抱闸制动、润滑和一些指示电路是为
10、了工作的方便而设计的电路，也不进入PLC。3）其他控制电路则通过PLC编程器来完成。由于机床有两种工作方式：手动和自动。手动和自动工作方式可通过工作方式选择开关SA1选择或者不选择来确定是进行手动或自动控制。手动控制采用单独一个步，在步中采用经验设计法实现。自动控制以顺序控制法为主。本次设计中自动工作方式的形式主要全自动循环、一工位循环、二工位循环。循环方式通过转换开关实现，通过转换开关来选择循环方式。3种模式只需2个IO口即可实现切换。全自动循环工作过程为：从工位工位工位。工位循环、工位循环：只在或工位时的加工循环4）PLC采用三菱FX1N-40MR，其输入IO口只有24个，留下10%-20
11、%的余量后，只剩21-22个IO口，因此采用IO口复用的方式实现，取3个IO口复用，通过手动、自动切换开关来实现功能区分。第二章 PLC控制系统硬件电路设计2.1 电气主电路主电路（附录一）由七台电机控制。M1为油泵电机，M2控制右主轴的转动，M3控制右工进，M4控制右快进，M5控制左主轴的转动，M6控制左工进，M7控制左快进。接触器KM1KM9的主触点控制电机的转动。对于右工作台，KM2触点闭合，右主轴电机转动；KM3触点闭合，右工进电机转动；KM4KM5触点闭合，控制右快速电机正反转，来实现右快进或右快退。对于左工作台，KM6触点闭合，左主轴电机转动；KM7触点闭合，左工进电机转动；KM8
12、KM9触点闭合，控制左快速电机正反转，来实现左快进或左快退。KM1触点闭合，油泵电机起动。熔断器在电路中进行短路、过流保护。热继电器FR1FR7分别对七台电动机负载的过载保护。各电机参数如下：设备名称参数左、右主轴电机4.0KW、1440转/分、380V、8.4A左、右快速电机2.2KW、1440转/分、380V、4.9A左、右工进电机1.1KW、1440转/分、380V、3.0A油 泵 电 机1.1KW、1440转/分、380V、3.0A2.2 控制电路设计控制电路（附录二）本次设计PLC采用三菱FX1N-40MR型号，由于其只有24个输入口，16个输出口，所以对于一些电路是不用进PLC。
13、例如，指示灯和照明电路，统一采用安全电压直流24V电压供电。直流24V由三相电源相电压交流220V通过交流变压器降压到交流27V，经过开关电路，得到一个稳定的24V直流电源。开关电源的稳定性比其他三端稳压电源抗干扰力强很多，通过开关电源就可以得到一个24V的稳压电源。对于液压电磁阀和电磁铁，其驱动电压也为24V直流，所以均并入直流24V。对于电磁铁抱闸制动，其工作方式为失电抱闸制动，所以用快速电机接触器常开触点来控制。对于自动润滑功能，只需在快退过程中就可以对全程润滑，所以用快退接触器的常开触点来控制。 由于工件夹紧、工位移动均是由液压控制，所以油泵电机是否正常工作十分重要，如果油泵电机不在正
14、常工作状态，应该将所有的工作都停止。也就是油泵电机的停止按钮可以等效与急停按钮。可以采用带蘑菇头的停止按钮。系统开始运行的条件就是油压到达一定压力后，系统才能开始进行正常的工作。所以油泵电机的启动按钮，可以等效成整个车床的开始按钮。设备名称参数电磁阀-24V、0.6A、14.4W制动电磁铁-24V、1.1A、27.0 W2.3 I/O接线图 I/O接线图见（附录三）第三章 PLC控制系统程序设计3.1 自动控制程序（1）手自动切换程序（2）回原位控制程序回原位程序，首先应检测左原位、右原位、车刀原位状态，再根据循环模式来检测工位状态，如果为全循环模式或者I工位循环模式，则应回到I工位，如果为II工位循环模式，则应回到II工位。在检测左原位、右原位、车刀原位状态时，如果有1个不在原位，则都应进入调整程序，每个原位调整后，应加1个空操作步，来等待其他原位调整完毕。功能表图如下：（3）全循环控制程序全循环过程包含I工位和II工位加工程序。循环方式由接入X23、X24的转换开关控制，具体如下表：X23=1;X24=1X23=1;X24=0X23=0;X24=1全循环模式I工位循环模式II工位循环模式具体功能表见附录（4）I工位循环控制程序对于I工位循环控制的实现，只需在I工位加工结束后，判断循环方式，如果为I工位循环
