专用镗孔机床电气控制系统的设计

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1、摘要2一、设计目的2二、设计要求2三、设计分析2硬件的设计:3软件的设计:PLC的通信:四、设计方法及步骤4、 1专用镗孔机床的硬件设计4、 1-1 PLC 的选择44、 1-2专用镗孔机床PLC控制I/O分配表.54、 1-3 PLC控制系统硬件接线图.54、 1-4 PLC控制系统安装注意事项04、 2专用镗孔机床的软件设计64、 2-1常用的编程方法.64、 2-2专用镗孔机床PLC控制工作流程图.74、2-3专用镗孔机床PLC控制顺序功能图.94、 2-4专用镗孔机床PLC控制梯形图.10五、总结11六、参考文献12摘要本篇文章介绍了专用镗孔机床PLC控制系统设计方案，并且叙述了 PL

2、C的 基本原理、PLC的工程设计步骤。整个系统采用了一台PLC控制，整个控制系 统设一个控制室。利用PLC控制专用镗孔机床运行，实现了机床急促、启动、 停止、故障停止、紧急停止的功能，并且能自动控制机床的运行，从而实现了铣 床运行的自动化功能。PLC控制的特点使原机床控制大大的简单化，并且维修方 便，易于检查。节省大量的继电器元件，使机床的工作效率大大提高。关键词：可编程序控制器，专用镗孔机床，电气控制系统一、设计目的课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解 一般电气控制系统的设计过程、设计要求、应完成的工作内容及具体的设计方法。 通过设计也有助于复习、巩固以往所学的

3、知识，达到灵活应用的目的。电气设计 必须满足生产设备和生产工艺的要求，以此，设计之前必须了解设备的用途、结 构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。二、设计要求1、主轴为单向运转，停车要求制动（采用能耗制动）。2、主轴电动机与静压电动机的联锁要求是：先开静压电动机，静压建立后（由3、油压继电器控制）才能启动主轴电动机，而停机时，要求先停主轴电动机， 后停静压电动机。4、主轴加工操作，采用两地控制。加工结束自动停止，手动快退之原位。5、根据加工动作流程要求，设置镗孔加工及铰孔加工选择。6、应有照明及工作状态显示。7、有必要的电气保护和联锁。三、设计分析专用镗孔机床应用于大批

4、量生产某零件的镗孔于铰孔加工工序。其加工精度 及效率的要求均较高，宜采用专业设备。机床主运动采用动力头，由Y100L-6液压控制要求：YV1YV2YV3YV4快进+-+工进（镗孔）+-工进（铰孔）+-停-快退+-+-型（1.5kw, 4A）三相异步电动机拖动，单向运转，采用能耗制动。该设备能进 行镗孔加工，当更换道具和进给速度时，又能进行铰孔加工，既有镗孔与铰孔加 工选择。进给系统采用液压泵拖动电机 Y801-2型（750W，1.9A），由电磁阀（YV1YV4）控制进给速度，为提高加工精度，主轴采用静压轴承，主轴为单 向运转，停车要求制动，主轴加工操作，采用两地控制。加工结束自动停止，手 动快

5、退至原位。由Y801-2型电动机拖动高压液压泵产生静压油膜。该镗孔专业 机场还要求有照明以及工作状态的显示，以便工人的操作，有必要的电气保护和 联锁，主轴电动机与静压电动机的联锁要求是： 油压继电器控制）才能启动主轴电动机 静压电动机，防止事故发生。加工动作流程如图：快进 启动先开静压电动机，静压建立后（由 而停机时，要求先听主轴电动机，后停*1SQ3停快进 -SQ2 启动工进SQ4停原位SQ5 快退手动操作（a）原位SQ5 快退手动操作（b）硬件的设计:1、PLC的选型2、PLC类型的选择3、I/O点数的确定4、按装形式的选择5、PLC存储容量的确定6、输入接口电路形式的选择7、输出接口电路

6、形式的选择8、PLC供电方式的选择9、PLC拓展模块的选择10、PLC的I/O地址分配表，根据实际所需分配地址11、绘制I/O设备与PLC的连线图12、电气系统的设计软件的设计：1、经验设计法2、继电器-接触器控制线路转换设计法3、逻辑设计方法4、状态转移图设计法本次决定用继电器-接触器控制线路转换设计法PLC的通信：1、计算机链接通信协议采用专用通信协议，由计算机发出读写PLC数据的命令 帧，PLC收到后自动生成和返回响应帧，但计算机的程序仍需用户编写。2、计算机链接可以用于一台计算机与一台配有RS-232C通信接口的PLC通信， 但需要FX-485PC-1F转换器。四、设计方法及步骤4、1

7、专用镗孔机床的硬件设计4、1-1 PLC的选择在PLC选型是时主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性， 备件的通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。（1） PLC输入/输出点确定：I/O点数选择时要留出适当余量；由控制要求可 知有8个输入口，则输入的点数可选择8点或16点；控制对象可知有5个，则 输出点数可以小于8点，可选择8点。综合以上两点，选择输入输出点数16点。（2）PLC存储容量：系统有模拟量信号存在或进行大量数据处理时容量应选 择大一些；专用镗孔机床PLC控制程序设计步骤200步之内存储容量小于20K， 选择8K即可。（3）输出类型：通常由于专用镗孔机床由交流220

8、V三相异步电机拖动，则选 择继电器输出型MR （有触点，可带交直流负载）或双向晶闸管输出型MS（无触 点，可带交流负载）都可。（4） 存储维持时间：一般存储约保持13年（与使用次数有关）。若要长期或 掉电保持应选用EEPROM存储（不需备用电源），也可选外用存储卡盒；PLC的扩展：可通过增加扩展模块、扩展单元与主单元连接的方式。扩展模块有 输入单元、输出单元、输入/输出一体单元。扩展部分超出主单元驱动能力时应 选用带电源的扩展模块或另外加电源模块给以支持；（5）PLC的联网：PLC的联网方式分为PLC与计算机联网和PLC之间相互联 网两种。与计算机联网可通过RS232C接口直接连接、RS422

9、+RS232C/422转换 适配器连接、调制解调通讯连接等方式；一台计算机与多台PLC联网，可通过 采用通讯处理器、网络适配器等方式进行连接，连接介质为双绞线或光缆；PLC 之间互联时可通过专用通讯电缆直接连接、通讯板卡或模块+数据线连接等方式。 综上（1）、（2）、（3）、（4）、（5）所述原因，选择 FX2N-16MR-001。4、1-2专用镗孔机床PLC控制UO分配表专用镗孔机床PLC控制I/O分配表如表4-1所示:I 口接线端O 口接线端X000启动按钮SB1Y001电磁阀YV1(KM1)X001行程开关SQ1Y002电磁阀YV2(KM2)X002行程开关SQ2Y003电磁阀YV3(K

10、M3)X003行程开关SQ3Y004电磁阀YV4(KM4)X004行程开关SQ4Y005停止显示灯HLX005手动操作按钮SB2X006行程开关SQ5X007镗孔选择开关SA4、1-3 PLC控制系统硬件接线图专用镗孔机床PLC控制系统硬件接线图如图4-2所示:图4-2专用镗孔机床PLC控制系统硬件接线图4、1-4 PLC控制系统安装注意事项专用镗床PLC系统安装时应注意以下几个问题：（1）为防止来自电源线的干扰，电源线使用双绞线，每根导线截面应在1.25 mm2 以上，电源通过1:1的隔离变压器供给PLC，降低电噪声。另外为了防止电压过 高损坏PLC,电源输人端加上压敏电阻。（2）PLC输人

11、线路与动力线路不能位于同一线槽或电线管内，三相动力线路束 在一起走线，并且使两部分尽可能相互垂直走线，输人线也可采用屏蔽线，以防 动力线路干扰输入线路。（3）为防止过热,PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，在元器件留有适 当空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降热。4、2专用镗孔机床的软件设计4、2-1常用的编程方法对同一功能,PLC控制的编程方法可以有多种，但好的方法可以带来最大的方 便。主要介绍了 PLC顺序控制的四种不同编程方法，分别应用于不同的场合。 随着工业生产规模的逐步扩大,传统的继电接触器控制系统愈来愈难以适应工业 发展的需求。可编程控制器PLC是以微处理器为核心，综合了

12、计算机技术、自动 化控制技术和通信技术的一种通用型的工业控制装置。外部接线简单方便，它的 控制主要是程序的设计，编制梯形图是最常用的编程方式，使用中一般有经验设计 法,逻辑设计法,继电器控制电路移植法和顺序控制设计法，其中顺序控制设计法 也叫功能表图设计法，功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性 的图形，它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。有了功能表图后， 可以用四种方式编制梯形图，它们分别是:起保停编程方式、步进梯形指令编程方 式、移位寄存器编程方式和置位复位编程方式。本文以三菱公司F1系列PLC 为例，说明实现顺序控制的三种编程方式。（1）使用起保停电路的编程方式起

13、保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令,无需编程元件做中间环节,各种型 号PLC的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且 与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。这种编程方法通用 性强，编程容易掌握,一般在原继电器控制系统的PLC改造过程中应用较多（2） 使用步进梯形指令的编程方式步进梯形指令是专门为顺序控制设计提供的指令，它的步只能用状态寄存器S来 表示,状态寄存器有断电保持功能，在编制顺序控制程序时应与步进指令一起使用, 而且状态寄存器必须用置位指令SET置位,这样才具有控制功能，状态寄存器S 才能提供STL触点，否则状态寄存器S与一般的中间继电器M

14、相同。在步进梯 形图中不同的步进段允许有双重输出，即允许有重号的负载输出，在步进触点结束 时要用RET指令使后面的程序返回原母线。这种编程方法很容易被初学者接 受和掌握,对于有经验的工程师,也会提高设计效率,程序的调试、修改和阅读也很 容易，使用方便，程序也较短，在顺序控制设计中应优先考虑,该法在工业自动化控 制中应用较多。（3）使用置位复位指令的编程方式在以置位复位指令的编程方式中，用某一转换所有前级步对应的辅助继电器的常 开触点与转换对应的触点或电路串联,作为使所有后续步对应的辅助继电器置位 和使所有前级步对应的辅助继电器复位的条件。对简单顺序控制系统也可直接对 输出继电器置位或复位。该方法顺序转换关系明确，编程易理解，一般多用于自动 控制系统中手动控制程序的编程。4、2-2专用镗孔机床PLC控制工作流程图专用镗孔机床PLC控制工作流程图如图4-3所示:图4-3专用镗孔机床PLC控制工作流程图4、2-3专用镗孔机床PLC控制顺序功能图专用镗孔机床PLC控制顺序功能图如图4-4所示:图4-4专用镗孔机床PLC控制顺序功能图4、2-4专用镗孔机床PLC控制梯形图专用镗孔机床PLC控制梯形图如图4-5所示:iL ）叩 湘IE-II卜印II-；:EIIII-国II