plc控制液压滑台式自动攻螺纹机课程设计

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1、PLC 控制的液压滑台式自动攻螺纹机的设计 1 1.基础知识介绍基础知识介绍 1.1 液压滑台式组合机床液压滑台式组合机床 1.1.1 组合机床概述组合机床概述 组合机床（图 1.1.1）是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计 的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、 多工序或多工位加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。 图 1.1 组合机床实物图 1.1.2 组合机床部件分类组合机床部件分类 组合机床通用部件按功能可分为以下五类： (1）动力部件主要有动力箱、切削头和动力滑台，是为组合机床提供主运动和进 给运动的部件。 （2）支承部件有

2、侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 （3）输送部件主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移 动工作台等，是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件。 （4）控制部件有液压站、电气柜和操纵台等，是用以控制机床的自动工作循环的 部件。 （5）辅助部件主要就是有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 PLC 控制的液压滑台式自动攻螺纹机的设计 2 1.1.3 组合机床的特点组合机床的特点 组合机床与一般专用机床比较，组合机床具有以下特点： （1）设计组合机床只需要选用通用零部件和设计少量专用零部件，所以时间与制 造周期短，经济效果好。 （2）组合机床的通用部件是经过长期实践

3、考验的，因此结构稳定，工作可靠，使 用和维修方便，通用部件可以成批制造，成本较低。 （3）当被加工的零件变换时，组合机床的通用部件和标准零件可以重复使用，不 必重新设计和制作。 （4）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模生产的需要。 1.2 PLC 控制器控制器 1.2.1 PLC 简介简介 PLC（Programmable logic Controller）可编程逻辑控制器，一种数字运算操作 的电子系统。它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、 计数和演算等功能。其有以下等特点： （1）可靠性高，抗干扰能力强 电气控制设备的一个关键性能就是高可靠性。PLC 的

4、 I/O 采用了隔离措施，并应用 大规模集成电路，能适应各种恶劣的环境，能直接安装在机器上运行。 （2）编程简单，易学易用 PLC 作为工业控制计算机的一种，梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路 图相当接近，具有电工知识的人员可在短时间学会并应用自如。 （3）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控 制场合。不同的控制对象，可以采用相同的硬件，就可实现不同的控制。 （4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计 及建造的周期大为缩短。PLC

5、一般采用模块结构，又具有自诊断功能，判断故障迅速方 便，维修时只需更换插入式模块，因而维修十分方便。更重要的是使同一设备经过改 变程序来改变生产过程成为可能。 （5）体积小，容量大，重量轻，能耗低 ，成本低 目前新出产的超小型 PLC 品种底部尺寸小于 100MM，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 PLC 控制的液压滑台式自动攻螺纹机的设计 3 而其成本仅相当于相同功能继电器系统的（1030），由于体积小很容易装入机械 内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 1.2.2 PLC 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 在实际设计过程中会涉及很多方面，其中最基本的可以归纳为以下 4 点：

6、(1)可靠性原则确保控制系统的可靠性。 (2)完整性原则最大限度的满足工业生产要求或机械设备的控制要求。 (3)经济型原则力求控制系统简单、实用、合理。 (4)发展性原则适当考虑生产发展和工艺改进的需要。 1.2.3 PLC 控制系统的一般步骤控制系统的一般步骤 PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计是指 PLC 外部设备的设计； 而软件设计即 PLC 应用程序的设计。系统的设计可分以下 6 步进行。 （1）熟悉被控对象 这一阶段要对被控对象所有功能进行全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、 动作条件、必要的互锁与保护、电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关 系、PLC

7、 与其他设备的关系，PLC 之间是否通信联网、系统的工作方式及人机界面、需 要显示的物理量及显示方式等进行了解。 （2) 评估控制任务 根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特 别是从可靠性要求、工艺复杂程度、控制规模等方面进行考虑。 (3) 硬件选择 .系统 I/O 设备的选择输入设备包括位置开关、转换开关及各种传感器等。 输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。 .选择 PLCPLC 的选择包括对 PLC 的机型、I/O 模块、容量、电源等的选择, 计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。 .绘制 PLC 外围硬件线路图画出系统其它部分

8、的电气线路图，包括电气主电 路和未进入 PLC 的控制电路等。由 PLC 的 I/O 连接图和 PLC 外围电气线路图组成系统 的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。 (4) 编写应用程序 根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计 PLC 程序。程序要以满足系统 控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的 PLC 控制的液压滑台式自动攻螺纹机的设计 4 功能。 (5) 程序调试 程序调试分为模拟调试和现场调试 2 个阶段。 程序模拟调试是模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。 根据现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟

9、法两种形式。 硬件模拟法是使用一些硬件设备（用另一台 PLC 或一些器件等）模拟产生现场信 号，并将这些信号以硬接线的方式连到 PLC 系统的输入端，其时效性较强。 软件模拟法是在 PLC 中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行， 但时效性不易保证。 现场调试：当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调 试，如不能满足要求，须检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题。 （6)编写技术文件 技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、PLC 程序、电气元件明细表 以及使用说明书等。 1.3 设计的任务要求设计的任务要求 动力滑台是组合机床加工工件时完成进给运动

10、的动力部件，它采用液压驱动，这种 滑台具有两种进给速度，先以快速加工，然后以较慢的速度加工。例如本实例中模拟 的自动攻螺纹。实际机械加工中要根据需要启动冷却电动机，液压电动机要在进给电 动机启动后跟着启动。 按下 SB_1，接触器 KM1 通电闭合，主轴电动机 M1 开始运转。当按下 SB_3，接触器 KM2 通电闭合，进给电动机 M2 运行，液压滑台从原位开始快速起动。当快进到挡铁压 动到 ST_2 时，液压滑台由快进转为一次工进。当一次工进到挡铁压动 ST_3 时，液压 滑台由一次工进转为二次工进。当二次工进到终点死挡铁处，压住 ST_4。终点停留 6S 后，转为反向快退。到原位后压下 S

11、T_1 停止。 PLC 控制的液压滑台式自动攻螺纹机的设计 5 2.自动攻螺纹机电路的设计自动攻螺纹机电路的设计 2.1 主电路的设计主电路的设计 2.1.1 主电路原理图主电路原理图 根据课程设计题目的要求和总体方案，动力主电路图如图 2.1 所示 图 2.1 主电路原理图 2.1.2 主电路原理图的构成主电路原理图的构成 实验主回路电源接三路小型断路器 QS1，输出端为 L1、L2、L3，经熔断器、交流接 触器的主触头到电动机 M1、M2、M3、M4 的三个线端 U、V、W 的电路，供电线电压为 380V。 它是由 4 台三相异步电动机，6 个交流接触器，4 个按钮开关，2 个热保护继电器

12、， 6 个熔断器，1 个三相断路器（小型）构成。三相异步电动机的名称分别是冷却电动机、 主轴电动机、进给电动机和液压电动机。 三相异步电动机的起动分为直接启动和降压启动。直接起动时，电源电压全部加在 定子绕组上，电动机的起动电流达到额定电流的 4-7 倍，由于所选的三相异步电动机 都属于小容量电机，所以采用三相异步电动机直接起动方式。 三相异步电动机的调速方法主要有：改变定子绕组联接方式的变极调速、改变转子 电路电阻调速、电磁转差率调速、变频调速和串级调速等。变更转子外串电阻调速需 要改变转子串联的电阻，电阻值不同引起电动机的转速和转差率发生变化，从而达到 调速的目的，但是这种方法的缺点是对于

13、转差率的调节很难实现可控，并且通常采用 凸轮控制器进行控制，成本太高，所以没有采取这种方法。而变极调速从它的原理可 PLC 控制的液压滑台式自动攻螺纹机的设计 6 以看出，电磁转差离合器是在普通笼型异步电动机轴上安装一个电磁转差离合器由晶 闸管控制装置控制离合器绕组的励磁电流来实现调速功能。它的缺点是调速效率较低， 低速时尤为突出，不宜长期低速运行，且机械特性较软，这种方法也不宜采用。 综上所述，我选择变极调速中的双速电动机高、低速控制装置。 变极调速应用在机床中，可以得到较宽的调速范围，并且在运行过程中，双速电动 机高速运转时的转速是低速运转时的两倍，速度范围较广，且能较好的实现平滑的转 化

14、。 图 2.1.2 变极调速的双速电动机装置原理图 图中，用三个接触器控制电动机定子绕组的联结。当接触器 KM1 的主触头闭合， KM2、KM3 的主触头断开时，电动机定子绕组为三角形接法，对应“低速”挡；当接触 器 KM1 的主触头断开，KM2、KM3 的主触头闭合，电动机定子绕组为双星型接法，对应 “高速”挡。为了避免“高速”挡起动电流对电网的冲击，本线路在“高速”挡时， 先以“低速”起动，待起动电流过去后，再自动切换到“高速”运行。 2.2 控制电路控制电路 2.2.1 控制电路电路图控制电路电路图 根据课程设计要求，我选择三菱公司的 PLC 作为仿真器件，下图是三菱 PLC 控制方 式

15、的控制回路原理图（图 2.2.1） 。 PLC 控制的液压滑台式自动攻螺纹机的设计 7 图 2.2.1 三菱 PLC 控制方式的控制方式原理图 2.2.2 PLC 的的 I/O 地址分配地址分配 由 PLC 的控制方式原理图列出 PLC 资源配置表（图 2.3） 。 属性 点数 序号三菱位号符号 说明 （行程开关均用扭子开关代替） 1X0FR 主轴热继电器 2X1SB_1 启动按钮 3X2SB_2 停止按钮 4X3SB_3 滑台点动右行 5X4SB_4 滑台点动左行 6X5ST_1 滑台原位行程开关 7X6ST_2 滑台一次工进的行程开关 8X7ST_3 滑台二次工进的行程开关 9X10ST_

16、4 滑台终点的行程开关 10X11K_1 方式选择开关（自动/点动） 11X12SB_5 冷却泵开关 输入点 12X13SB_6 液压泵开关 1Y0KM1 主轴电动机 M1 正转接触器 2Y1KM2 主轴电动机 M1 反转接触器 3Y2KM3 进给电动机 M2 低速运转接触器 4Y3KM4 进给电动机 M2 高速运转接触器 5Y4HL1 主轴电动机正转指示灯 6Y5HL2 主轴电动机反转指示灯 7Y6HL3 进给电动机低速指示灯 8Y7HL4 进给电动机高速指示灯 9Y10KM5 液压泵电动机 M3 接触器 输出点 10Y11KM6 冷却泵电动机 M4 接触器 图 2.3 PLC 的 I/O 地址分配表 N COMNL COM 三三菱菱主主机机 QS SB_1 X1 KM1 KM2 X0X2 Y0Y1Y2 X5X10X11X6 ST_4 X3 FR X4X7 HL1 L KM3 KM4HL2 HL3 HL4 Y3Y4Y5Y6Y7 ST_3 ST_2ST_1 K_1 SB_4SB_3SB_2 PLC