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1、1摘摘 要要在本设计中采用装在动力滑台上左，右两个动力头同时进行切削。动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。主要介绍了通过 PLC 控制系统，设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制，并设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制梯形图，千斤顶液压缸加工机床控制硬件配置连线图，基于 PLC 的机床电气控制系统的控制电路图。关键字：关键字： 液压缸；PLC 控制系统；梯形图；主电路图；硬件配置连线图1目目 录录第第 1 1 章章 引言引言11.1 PLC 的基本概念.21.2 PLC 的基本结构.21.3 PLC 的工作原理.2第第 2 2 章章
2、 设计思路设计思路42.1 设计要求.42.2 控制要求.52.3 硬件系统设计5第第 3 3 章章 电路设计电路设计83.1 主电路图.83.2 硬件配置接线图9第第 4 4 章章 程序设计程序设计104.1 程序梯形图.104.2 程序指令表.18设计总结设计总结22谢辞谢辞.23附录附录.24参考文献参考文献251第第 1 章章 引言引言本课程设计的内容是千斤顶液压缸加工机床电气控制系统的设计。其要求如下：1.控制要求：(1) 左右动力头旋转切削由电动机 M1 集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。(2) 只有在液压泵电动机 M3 工作，油压达到一定压力（压力继电器检测）后，才能进行其他
3、的控制。(3) 机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。(4) 要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。2.控制过程及原理：千斤顶液压缸两端面的加工，采用装在动力滑台的左、右两动力头同时进行加工切削，机床属于双面单工位组合机床。千斤顶液压缸两端面加工机床由两个液压滑台、动力箱、固定式夹具、底座、床身和液压站等部件组成。千斤顶液压缸两端面加工时，将工件放在工作台上并加紧，当工件加紧后发出加工命令，左、右滑台开始快进，当接近加工位置时，左、右滑台变为工进进给，直到加工完成后再快退返回。至原来左、右滑台分别停止，并将工件放松取下，工作循环结束。即工作循环如下：工件定位 - 工件夹
4、紧- 滑台入位 - 加工零件 - 滑台复位- 夹具松开。1 1. .1 1 P PL LC C 的的基基本本概概念念早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术 的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称 PLC。1 1. .2 2 P PL LC C 的的基基本本结结构构PLC 实质是一种专用于工业控制的计
5、算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： a、电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动+10%(+15%)范围内、 ，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去。 b、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；当 PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别2存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用
6、户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。d、输入输出接口电路 1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是 PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用 PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块 如计数、定位等功能模块。f、通信模块1 1. .3 3 P PL LC C 的的工工作作原原理理当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即
7、输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫
8、描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反
9、，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出3过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。4第第 2 2 章章 设设计计思思路路2 2. .1 1 设设计计要要求求本
10、机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。机床的工作程序是：(1)工件定位 人工将零件装入夹具后，定位液压缸动作，工件定位。(2)工件夹紧 零件定位后，延时 15s，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具内，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。(3)滑台入位 滑台带动动力头一起快速进入加工位置。(4)加工零件 左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点位置即停止工进，延时 30s 后停转，快速退回原位。(5)滑台复位 左右动力头退回原位后，滑台复位。(
11、6)夹具松开 当滑台复位后夹具松开，取出零件。以上各种动作由电磁阀控制，电磁阀动作要求见表 2-1。表 2-1 电磁阀动作要求YV1YV2YV3YV4YV5定位夹紧入位工进退位复位放松注：“+”号表示电磁阀得电。2 2. .2 2 控控制制要要求求控制要求如下：(1)左右动力头旋转切削由电动机 M1 集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。(2)只有在液压泵电动机 M3 工作，油压达到一定压力（压力继电器检 测）后，才能进行其他的控制。5(3)机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。(4)要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。(5)控制信号说明如 表 2-2 所示。(6)相
12、关参数：动力头电动机 M1：Y100L-6，1.5 kW，AC380V，4.0A。冷却泵电动机 M2：JCB-22，0.15kW，AC380V，0.43A。液压泵电动机 M3：Y801-4，0.55kW，AC380V，1.6A。电磁阀 YV1YV5：100mA，AC220V。指示灯 HL1HL8：10mA，DC24V。 表 2-2 控制信号说明输 入 输 出 文字符号 说 明 文字符号 说 明SA1-1机床半自动循环控制转换开关KM1动力头 M1、冷却泵 M2 接触器SA2-1手动定位控制转换开关KM2液压泵 M3 接触器SA3-1手动入位控制转换开关YV11#电磁阀SA3-2手动工进控制转换
13、开关YV22#电磁阀SA3-3手动退位控制转换开关YV33#电磁阀SB1动力头 M1、冷却泵 M2 起动按钮YV44#电磁阀SB2动力头 M1、冷却泵 M2 停止按钮YV55#电磁阀SB3液压泵 M3 起动按钮HL1动力头 M1、冷却泵 M2 运行指示SB4液压泵 M3 停止按钮HL2液压泵 M3 运行指示KM1动力头 M1、冷却泵 M2 运行信号HL3半自动循环工作指示KM2液压泵 M3 运行信号HL4定位指示FR1动力头 M1、冷却泵 M2 过载信号 HL5入位指示KP压力继电器油压检测信号HL6工进指示SQ动力头工进终点位置检测信号HL7退位指示HL8故障指示2.32.3 硬件系统设计硬
14、件系统设计2.3.12.3.1 I/OI/O 点数确定及点数确定及 PLCPLC 机型选择机型选择6由上述控制要求可知系统可采用自动工作方式，也可以采用手动工作方式.输入有 18 点，输出有 16 点，并考虑余量要求，因此系统采用 24 输入，16 输出的 PLC.所以系统属于小型控制系统，其中 PLC 的选型范围较宽，现选用西门子公司的 S7-200，CPU226 型 PLC。2.3.22.3.2 I/OI/O 分配表分配表千斤顶液压缸加工机床电气控制系统 PLC 输入地址分配表如下:表 2-3 输入地址分配表文字符号说明输入地址KP压力继电器油压检测信号I0.0SF1动力头 M1、冷却泵
15、M2 起动按钮I0.1SF2动力头 M1、冷却泵 M2 停止按钮I0.2SF3液压泵 M3 起动按钮I0.3SF4液压泵 M3 停止按钮I0.4SF1-1机床半自动循环控制转换开关I0.5SF2-1手动定位控制转换开关I0.6SF3-1手动入位控制转换开关I0.7SF3-2手动工进控制转换开关I1.0SF3-3手动退位控制转换开关I1.1QA1动力头 M1、冷却泵 M1 故障信号I1.2QA2液压泵 M3 故障信号I1.3BB1动力头 M1、冷却泵 M2 过载信号I1.4BG动力头工进终点位置检测信号I1.5BG1定位终点位置检测信号I1.6BG2入位终点位置检测信号I1.7BG3液压夹紧检测
16、信号I2.0BG4退位终点检测信号I2.17千斤顶液压缸加工机床电气控制系统 PLC 输出地址分配表如下:表 2-4 输出地址分配表文字符号说 明输出地址PG1动力头 M1、冷却泵 M2 运行指示Q0.0PG2液压泵 M3 运行指示Q0.1PG3半自动循环工作指示Q0.2PG4定位指示Q0.3PG5入位指示Q0.4PG6工进指示Q0.5PG7退位指示Q0.6PG8故障指示Q0.7MB11#电磁阀Q1.0MB22#电磁阀Q1.1MB33#电磁阀Q1.2MB44#电磁阀Q1.3MB55#电磁阀Q1.4QA1动力头 M1、冷却泵 M1 接触器Q1.5QA2液压泵 M3 接触器Q1.68第第 3 3 章章 电路设计电路设计3.13.1 主电路图主电路图其中 M1 带动动力头，M2 带动冷却泵，M3 带动液压泵。KM1 为 M1，M2 的接触器。KM2 为 M3 的接触器。左右动力头旋转切削由电动机 M1 集中传动，切削时冷却泵电动机 M2 同时运转。M3
