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1、2013届毕业生毕业设计说明书题 目: 深孔钻组合机床的PLC控制系统设计 学院名称： 电气工程学院 班 级： 自动F0904 2013 年 5 月 20 日0目 次1 绪论11.1 课题背景和主要研究内容11.2 深孔钻技术的发展状况介绍11.3 PLC在国内外的发展现状介绍22 方案论证53 深孔钻组合机床介绍63.1 深孔钻组合机床的结构63.2 深孔钻组合机床的控制方式74 PLC控制系统硬件设计94.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤94.2 深孔钻组合机床PLC控制系统的控制要求114.3 PLC的选型114.4 PLC的I/O分配表124.5 PLC的I/O接线图124.6
2、主要电器元件选型135 PLC控制系统的软件设计185.1 深孔钻组合机床逻辑控制流程185.2 程序设计20总 结22致 谢23参 考 文 献24附录一 语句表251 绪论1.1 课题背景和主要研究内容随着机电一体化技术的发展，可编程逻辑控制器（PLC）被越来越多地应用于机械加工设备和其它电气控制系统中。现在人们在工业生产中所使用的机械加工设备，它的控制系统有些已经落后，而使用PLC则可以对其控制系统进行改造升级1。经过PLC改造过的机械加工设备，其生产出的产品质量和加工效率会明显提高，降低了设备故障率，能够给企业创造更多的价值4。使用深孔钻组合机床，可以完成一些高精密零件的加工任务。有很多
3、方法可以实现深孔钻组合机床的自动化，采用PLC对深孔钻组合机床进行自动化控制，是一种比较好的控制方式。本课题的目的是把深孔钻组合机床的控制与PLC结合起来，以实现深孔钻组合机床的自动控制。以前的深孔钻组合机床使用的是具有结构简单、价格低廉的继电器-接触器电气控制系统，这种传统的控制系统布线比较复杂，灵活性很差，并且容易损坏元器件，可靠性差，经济效益低11。基于这种考虑，本文提出了一种基于PLC的控制系统，来代替传统的继电器-接触器控制系统。PLC以软件手段实现各种控制功能，具有灵活性高、抗干扰能力强、编程简单、扩展方便等突出优点。与继电器接触器控制系统相比，极大地提高了灵活性。1.2 深孔钻技
4、术的发展状况介绍在机械制造业中，人们一般把那些孔的深度对孔的直径的比值大于五的圆柱形的孔叫做深孔，而孔深与孔径的比值被人们称为“长径比”。然而在深孔加工中，长径比往往大于十。深孔加工技术有广义和狭义之分。从狭义上来讲，深孔加工就是指使用切削加工的方法和工业设备进行深孔加工的技术。从广义上来讲，深孔加工技术不仅包括用于此加工的设备和生产原理，还包括生产过程中的一些工作章程和操作技巧。随着科学技术的日益发展，上世纪末出现了一些能够用于深孔加工的新技术，这些技术增加了深孔加工的功能性，极大地拓展了深孔加工技术的领域。深孔钻组合机床是进行深孔加工的专用设备。加工质量和工作效率是衡量深孔加工性能的两个指
5、标15。好的加工设备不仅加工出来的产品质量很高，并且加工效率也很高。但是钻头的冷却和排屑深深地影响着深孔加工的性能，为了使深孔加工能正常进行，进而生产出高质量的产品，必须想出可行的办法很好地解决这两个问题。即使在机械加工中，深孔钻都是一项比较难的工艺，因为它不仅对设备的转速、进给等性能要求极高，而且对钻头的要求业极高，只有高性能的设备才能非常完美的完成深孔加工这项工艺。1.3 PLC在国内外的发展现状介绍1.3.1 PLC发展历程PLC是可编程控制器的英文简称，全称是Programmable Logic Controller2。它使用了可以编程的基本功能指令，用来执行诸如逻辑、顺序等功能。并且
6、通过数字或模拟量的输入和输出来控制各种机械生产过程。早期的PLC功能极为有限，只能进行简单的定时计数以及逻辑控制。并且当时的PLC 结构也比较简单，主要由中小规模集成电路和分立元件组成。后来，随着微处理器的出现，人们很快地把微处理器引入到可编程控制器中，将其作为可编程控制器的核心，使PLC增加了数据传送和处理等功能。最后，PLC发展成为了一种全新的工业自动化控制装置。梯形图是可编程控制器的主要编程语言，此时的PLC是微机技术发展到一定阶段的产物。由于科学技术日新月异的发展，可编程控制器的发展也不甘落后。在上个世纪70年代中期以后，可编程控制器的功能得到进一步完善，发展迅速，进入了全面的实用性阶
7、段。1980年以后，在一些发达国家，他们的工业发展比较迅速，很多已经在广泛的使用可编程控制器。在这个关键性的时期，越来越多的国家和企业在可编程控制器这一领域进行科学研究，快速发展，使可编程控制器性能越来越高，产品规模也越来越大。这个阶段，可编程控制器的技术发展已经趋于成熟。现在，在一些机械和化工领域，可编程控制器的应用发展更为迅速。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国已经可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DK
8、K及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.3.2 PLC的结构PLC是一种用于新型自动控制装置，其硬件结构与微型计算机相比基本上相同。PLC系统主要由基本单元、外部设备和I/O扩展单元组成，其中基本单元又包含中央处理单元、电源、I/O接口、存储器7。如图1.1为PLC的硬件结构图。图1.1 PLC的硬件结构图1.3.3 PLC的特点PLC的特点如下：（1）可
9、靠性高，抗干扰能力强使用软件编程可以实现大量的模拟量逻辑运算，解决了因继电器触头接触不良导致的一些问题。采用直流低电压输入，更安全、可靠。对于工业环境方面，采取诸如滤波、屏蔽、隔离等在内的多种抗干扰的措施，以适应多种复杂的工业环境。与传统的继电器-接触器控制系统相比，更加卓越。（2）质量轻，体积小，功耗低因为采用了单片机等一些集成芯片，所以它的体积较小，结构紧密，功耗较低。（3）编程简单，容易掌握PLC采用梯形图的方式编写应用程序，与继电器控制的逻辑设计相似，编写简单，看起来直观，一般人掌握起来比较容易。（4）功能完善由于PLC技术的进一步发展，不仅具有步进、开关量逻辑控制和计数功能，同时还有
10、处理模拟量、网络通信、温度控制和位置控制等功能。在使用过程中，不仅可以单机运行，而且可以联网使用。在使用过程中，操作员可以随时修改控制逻辑，比较方便。1.3.4 PLC发展趋势21世纪，PLC会有更大的发展。以下是可编程控制器的发展趋势：1 从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；2 从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；3 从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加
11、剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；4 从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS(Distributed control system)中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用12。2 方案论证我们都知道，大多组合机床的控制系统都是采用机械、液压或气动、电气相结合的控制方式9。其中，电气控制就像是人类的大脑，起着核心作用。因此，当设计组合机床的
12、控制系统时，应当注意分控制系统与机械、液压或气动部分之间的相互关系9。根据对控制对象的分析，本文设计了两种方案，如下。方案一 根据深孔钻组合机床的工艺流程，可以选择4台电动机进行工作。其中，有主轴电动机，控制主轴的旋转；快进（快退）电动机，通过接触器之间的互锁控制钻头的快退与快进；工进电动机，控制钻头进行工进运动；切削液泵电动机，当钻头进行工进工作时，对钻头进行冷却。本方案是通过四台电动机之间的配合完成深孔钻组合机床的工艺过程。方案二 根据深孔钻组合机床的工艺流程，可以选择3台电动机进行工作。其中，主轴电动机控制主轴的旋转；液压泵电动机，控制液压传动过程，从而实现对深孔钻组合机床滑台的快进、快
13、退、工进进行控制；冷却泵电动机，对钻头进行冷却。通过对以上两种方案的分析，因为液压系统可以提供很大的动力，并且运动传递平稳，控制方便，因此我选择方案二12。该控制系统的框图如图2.1所示。图2.1 系统框图3 深孔钻组合机床介绍3.1 深孔钻组合机床的结构 机床的主电路是由3台三相交流异步电动机及控制元件组成，由于各电动机的功率均在10kw以下，可以采用直接启动方法。液压工作台和电动机之间的配合与连锁必须符合深孔钻组合机床的工艺要求。工艺要求机床滑台在工件定位夹紧后快进，到达指定位置进行工进开始钻孔加工，经过三次循环操作，钻孔完成之后，机床滑台退回原位。控制回路出了电气基本保护外，还设置了“电
14、隔离保护”，以提高安全性。深孔钻组合机床为卧式机床，在启动液压泵电动机M1以后，夹紧工件后，电动机M2自行启动，由液压进给系统推动主轴前进，当到达指定位置时，带动钻头旋转进行加工，电动机M3在电动机M2启动后方可启动，加工完成后机床滑台后退到原位，松开工件，拔出定位销。组合机床工艺流程如图3.1所示，组合机床的结构简图如图3.2所示。图3.1 深孔钻组合机床工艺流程图 图3.2 深孔钻组合机床结构简图液压、机械、电气三种控制相结合的控制方式非常好，能够很好地对深孔钻组合机床进行控制。并且，由于它是有三种控制方式组合而成，各个控制方式都能发挥他的优势，相辅相成，效果更好9。电磁阀动作表如表3.1所示。表3.1 电磁阀动作表定位夹紧机床滑台转换指令YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7工件定位+-SB4工件夹紧-+-SQ2滑台快进-+-+-+KP一次工进-+-+-SQ3快退-+-+-SQ4二次工进-+-+-T2快退-+-+-SQ5三次工进-+-+-T1
