车镗专机plc控制系统设计设计报告

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1、 电气控制与电气控制与 PLCPLC 技术技术 课程设计说明书课程设计说明书 课题：课题： 车镗专机 PLC 控制系统设计 专业：专业： 电气工程及其自动化 班级：班级： 1201 姓名：姓名： 郑华宇、叶荣 学号：学号： 3120203105、3120203106 指导老师：指导老师： 马莹 陈炜 李天健 2015 年年 9 月月 20 日日 - 1 - 摘要摘要 本设计是基于三菱 FX 系列的 PLC 对车镗专机组合机床进行 PLC 控制系统的设计。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削加工的一种自动加工设备。通过 PLC改造原有的电气控制式的车镗专机机床，

2、提高了加工过程控制的准确性， 安全性， 快速性以及维护性，同时也提高了工作效率和经济性。 通过使用组态王 6.5 开发软件对于车镗专机的加工现场进行了实时监控，实现了对机床现场的远程监视和控制。 整个设计过程包括： 电气硬件原理图设计 （主电路， 控制电路， I/O 接线图等） （由郑华宇完成） ；PLC 程序设计（功能表图，梯形图）（由叶荣完成）；所有相关调试与监控软件的整体设计（由郑华宇、叶荣共同完成）。 - 2 - 目录 第一章 方案确定 - 3 - 1.1 车镗专机简介 - 3 - 1.1.1 概述 . - 3 - 1.1.2 基本组成 . - 3 - 1.1.3 床身结构 . - 4

3、 - 1.1.4 自动加工过程 . - 4 - 1.1.5 液压系统 . - 5 - 1.2 车镗专机控制要求 - 5 - 1.2.1 电机 . - 5 - 1.2.2 工位 . - 5 - 1.2.3 工作方式 . - 5 - 1.3 方案确定 - 6 - 第二章 PLC 控制系统硬件电路设计 . - 6 - 2.1 主电路 - 6 - 2.2 不进 PLC 的控制电路和信号电路 . - 7 - 2.3 I/O 接线图 . - 7 - 第三章 PLC 控制系统程序设计 . - 8 - 3.1 自动控制程序 . - 8 - 3.1.1 初始化程序设计 . - 8 - 3.1.2 全自动循环控制

4、程序 . - 13 - 3.1.3 手动控制程序 - 13 - 3.2 上、下位机配合控制程序 . - 14 - 3.3 联锁、保护程序 . - 14 - 第四章 监控软件的设计 - 15 - 4.1 监控软件的功能 . - 15 - 4.2 欢迎界面 . - 16 - 4.3 监控界面 . - 17 - 4.3.1 变量定义 . - 17 - 4.3.2 监控界面设计 . - 19 - 4.3.3 设计改进 . - 20 - 第五章 设备使用及维护说明 - 21 - 5.1 设备使用说明 - 21 - 5.2 设备使用及维护注意事项 - 22 - 第六章 设计小结 - 22 - 附录一：主电

5、路、电气控制电路和信号电路图 - 24 - 附录二：I/O 接线图 . - 25 - 附录三：功能表图 - 26 - - 3 - 第一章 方案确定 1.1 车镗专机简介 1.1.1 概述 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削加工的一种自动加工设备。 工件示意图： 图 1-1 1.1.2 基本组成 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 图 1-2 - 4 - 1.1.3 床身结构 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） 图 1-3 1.1.4 自动加工过程 图 1-4 - 5 -

6、 1.1.5 液压系统 表 1-1 1.2 车镗专机控制要求 1.2.1 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 1.2.2 工位 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。 1.2.3 工作方式 有自动和点动两种工作方式： （1）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：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 （2）点动工作方式：左、右主轴的点动对刀；左、右动力头的快进与快退点动；手动松开工件、手动移位等。 （3）其他要求 具有自动返回原位功能：当在自动循环过

7、程中突然停电，若来电后重新起动油泵电机，这时不论滑台在任何位置，都回原位。 - 6 - 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。 有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号指示 有照明和必要的联锁环节和保护环节。 说明：以上仅列一些基本要求，在设计中可根据实际情况加以完善或改进，以达到最佳效果。 1.3 方案确定 首先，根据本次设计要求，综合考虑设备的逻辑控制、灵活性、可扩展性以及日后的维护工作，决定在继电器、单片机与 PLC 中选择使用 PLC 设备进行设计。 根据上述车镗专机的控制要求再加上对车镗专机的工作情况的分析后，确立了如下的设计方案： （1）首先我们确定

8、整个机床设备需要有过流、过载、失压保护。 （2）对于急停功能我们采用断电源的方法，所以此功能的处理就不进 PLC；同时油泵电机的控制线路采用电气控制，也不进 PLC，这样也可以省下 PLC 的一些点。还有照明电路、抱闸制动、润滑等电路是为了工作的方便而设计电路，也不进入 PLC。 （3）其他控制电路则通过 PLC 控制器来完成。对于断电保护功能，我们考虑的是断电时所有设备保持在原位，上电时在保证安全的情况下通过程序判断回原位。由于机床有两种工作方式：手动和自动。手动控制采用经验设计法而自动控制以顺控设计法为主。手动和自动工作方式可通过工作方式选择开关 SA1 选择。 第二章 PLC 控制系统硬

9、件电路设计 2.1 主电路 主电路由七台电机控制。M1 为油泵电机，M2 为控制左快进、快退的电机， M3 控制右快进、右快退，M4 控制左工进，M5 控制右工进，M6 控制左主轴，M7 控制右主轴。接触器 KM1KM9 的主触点分别控制各电机的转动。 关于油泵电机，KM1 触点闭合，油泵电机起动。 对于左工作台，KM8 触点闭合，左主轴电机转动；KM6 触点闭合，左工进电机转动；- 7 - KM2 或 KM3 触点闭合，控制左快速电机正反转，实现左快进或左快退。 对于右工作台，KM9 触点闭合，右主轴电机转动；KM7 触点闭合，右工进电机转动；KM4 或 KM5 触点闭合，控制右快速电机正反

10、转，实现右快进或右快退。 熔断器 FU1FU8 在电路中进行短路、过流保护。热继电器 FR1FR7 分别对七台电动机进行过载保护。 技术图纸见附录一：主电路、电气控制电路和信号电路图 2.2 不进 PLC 的控制电路和信号电路 本次设计使用的 PLC 型号是三菱 FX3U-48X，由于其只有 24 个输入口，16 个输出口，为了保留裕量与符合要求，所以对于一些电路采用电气控制，例如油泵启动控制、电源指示灯、液压泵工作指示灯等。电气控制电路与信号电路使用交流 110V 供电，而总电源为交流 380V，因此需要一台变压器。液压电磁阀的供电电压是交流 24V，.因此必须采用控制变压器，通过变压器把电

11、压降成 24V 的交流电。只有当液压泵电动机得电启动后，液压达到一定的压力后才能按下启动按钮使 PLC 控制机床开始加工工件，液压泵的停止可以当作机器的停止条件，不进入 PLC 控制而直接在控制面板上手动控制，这样简化了PLC 控制程序也降低了对设备的要求。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常工作状态，应该将所有的工作都停止。 技术图纸见附录一：主电路、电气控制电路和信号电路图 2.3 I/O 接线图 开关量的输入模块是用来接收现场输入设备的的开关信号，将信号转换成为 PLC 内部接受的低电压信号，并实现 PLC 内外信号的电气隔离。在选

12、择输入口时留下 10%20%的余量，因而只能使用 22 个输入口。由于本次设计需要输入 PLC 的信号过多，超出总输入点数，所以输入点 X17、X20 采用分时复用。 开关量的输出模块是将 PLC 内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现 PLC 内外部信号的电气隔离。本次设计需要用到的输出点数在总输出点数之内。 I/O 分配表如表 2-1 所示： - 8 - I/OI/O 分配表分配表 信号名称 行程开关/按钮 输入分配 输出名称 线圈/电磁阀 输出分配 油压 KP1 X0 左快进 KM1 Y0 工件紧 KP2 X1 左快退 KM2 Y1 右原位 SQ1 X2 右快进 KM3

13、Y2 右工进终 SQ3 X3 右快退 KM4 Y3 I 工位 SQ5 X4 左工进 KM5 Y4 工位 SQ6 X5 右工进 KM6 Y5 左原位 SQ8 X6 左主轴 KM7 Y6 左工进终 SQ10 X7 右主轴 KM8 Y7 手动标志 X10 原位灯 HL1 Y10 左点动 SB2 X11 工作灯 HL2 Y11 右点动 SB3 X12 卸荷 YV1 Y12 手动松开 SB4 X13 松开 YV2 Y13 手动移位 SB5 X14 向 I 工位 YV3 Y14 左快进 SB6 X15 向工位 YV4 Y15 左快退 SB7 X16 横进 YV5 Y16 右快进 SB8 X17 横退 YV

14、6 Y17 右快退 SB9 X20 启动 SB1 X21 右快进终 SQ2 X22 车刀进 SQ4 X17(复用) 车刀终 SQ7 X20(复用) 左快进终 SQ9 X23 循环 X24 循环 X25 表 2-1 共计二十二个输入和十六个输出，其中复用为 X17、X20。 技术图纸见附录二：I/O 接线图 第三章 PLC 控制系统程序设计 3.1 自动控制程序 3.1.1 初始化程序设计 （1）利用 PLC 上电信号（M8002）激活初始步 S0 - 9 - 图 3-1 （2）油压信号 X0 到时，激活 S20 步，判断手/自动模式，当 X10=0 即为默认自动模式（S21） 图 3-2 （3

15、）接着需判断左右快速电机，车刀是否在原位，已经工位是否在一工位，利用原位信号灯（Y10）判断。 图 3-3 - 10 - （4）若在原位，则跳转到 S33 步，工件松开（Y13+），同时进行延时（T0），一段时间后无操作，则需转移至 S48 卸荷（Y12+），以保证安全性。 图 3-4 （5）若不在原位，应先夹紧（Y13+），然后进入并行序列，先各自判断是否在左原位 X6，右原位 X2，车刀原位 X17，不在原位则进行相应退回原位。后再判断是否在一工位，若不在，则向一工位 Y14。需要注意的是：应该先判断左右车刀原位，再判断一工位，否则若同时判断，都不在原位时将打断镗刀。 图 3-5 （6）不在左原位，左快退（Y1）至原位 - 11 - 图 3-6 （7）不在右原位，右快退（Y3）至原位 图 3-7 （8）不在车刀原位，车刀退（Y17）至原位 - 12 - 图 3-8 （9）不在一工位，向一工位（Y14）至一工位 图 3-9 注意：在全部回原位工件