雙面鉆控制系統(tǒng)設計

1、電氣控制與PLC課程設計第章 雙面鉆設計方案選擇1.1 方案選擇根據(jù)動作流程，可以用以下一些方案。方案一：單片機控制方案方案二：繼電器接觸器控制方案方案三：PLC控制方案在傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)這三種控制方式中，究竟選哪種更合適，這需要從技術(shù)上的實用性，經(jīng)濟性上的合理性進行各方面的比較論證。該系統(tǒng)動作過程，左右動力頭前進后退加緊機構(gòu)加緊和放松返回原位。放松和夾緊共用一個線圈，線圈得電時放松、失電時夾緊，所以夾緊不作為輸出信號。右動力頭進入危險區(qū)送料到位夾緊回原位夾緊左動力頭到位右動力頭原位孔余下部分他們分別用八個限位開關(guān)SQ、SQ1、SQ2、SQ3、SQ11

2、、SQ12、SQ21、SQ22 ，1個光電開關(guān)控制。單片機控制方案：它是用程序?qū)崿F(xiàn)各種復雜的控制，功能最強。工作方式采用中斷處理，響應也較快，價格比PLC要低。但它的程序修改難度較大，可靠性比PLC要差，也需要設計專門的接口電路和抗干擾措施。在使用時要求有較好的工作環(huán)境，維護技術(shù)也較高，系統(tǒng)設計較復雜，調(diào)試技術(shù)難度大，需要有系統(tǒng)的計算機知識。它需要設計和制作輸入接口電路、輸出接口電路、放大電路和印刷電路板，設計制作工作量大，周期長，而且它的抗擾能力很弱，對環(huán)境的適應性差。繼電器接觸器控制方案：繼電器控制設計出的線路比較復雜，電器控制裝置的制造周期較長，造價相應較高，維修也不方便?？刂葡到y(tǒng)完成后

3、，若控制任務發(fā)生變化，如某些生產(chǎn)工藝流程的變動，則必須通過改變接線才能實現(xiàn)。另外接線程序控制系統(tǒng)中器件、接線較多，所以其平均無故障時間較短。所以采用繼電器控制方案有如下缺點：繼電器本身容易出現(xiàn)誤動作，特別是觸頭氧化及鐵芯與銜鐵弄臟后的吸力不足，機械運動部件運動不靈活而出現(xiàn)被卡燒壞線圈等故障，給維護過程帶來極大不便，甚至會影響正常營運工作，而且勢必使硬件接線量大且復雜，進而容易誘發(fā)以下問題：由于接線復雜，需要工程技術(shù)人員有足夠的耐心，稍有不慎就會出現(xiàn)錯誤。一旦接線出現(xiàn)問題，要查找故障也是一項艱巨的工作，這樣我們的工作效率必然受到影響。在單機調(diào)試時，難免要對其中的線路進行改進，這也給工程技術(shù)人員帶

4、來很大的麻煩。由于中間繼電器教多，這必然會增大控制柜的體積，增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本?？傊^電器控制系統(tǒng)的靈活性和通用性較低，故障率較高。PLC控制方案：它的編程方法簡單易學，梯形圖語言形象直觀，易學易懂；功能強，性能價格比高；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強；無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強；系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量少，維修方便；體積小，能耗低。綜上所述，PLC在這些方面功能比前兩種方案強，我們決定采用PLC控制方案。1.2 PLC的選擇：機型選擇： 該系統(tǒng)以開關(guān)量為主，可選用F1、F2、FX、GE1、C20、S5101、TI100、EX40等產(chǎn)品。容量估算： 由經(jīng)驗計

5、算公式，即總存儲器字節(jié)=I/O點數(shù)和×10模擬量點數(shù)×150 然后按計算總存儲器字節(jié)的25%考慮裕量。該控制系統(tǒng)內(nèi)存容量大約在150B。I/O模塊： 該系統(tǒng)現(xiàn)場與輸入模塊距離不太遠（不超過10m），因此采用低電平即可。采用繼電器輸出模塊，其優(yōu)點是適用電壓范圍寬，導通壓降損失小，價格便宜。在設計時用到了20個輸入點，7個輸出點，考慮25%的裕量，該系統(tǒng)的PLC采用FX2N-48MR-001（24點輸入，24點輸出，繼電器輸出）即可滿足要求。第章 控制系統(tǒng)硬件設計與元件清單2.1 PLC I/O接線圖設計2.2 PLC控制系統(tǒng)電器元件清單序號名 稱符號型號數(shù)量01行程開關(guān)SQ，

6、SQ1，SQ2，SQ3，SQ11，SQ12，SQ21，SQ22JLXK1-111802按鈕SB0SB8LA10-1903熔斷器FURL1-60104熱繼電器FRJR0-20/305壓力繼電器KPJYL-2006轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1HJ10107接觸器KM，KM0KM2CJ0-20408可編程控制器PLCFX2N -48MR001109油泵電機MJQ2-Z1-4110冷卻電機M0JQ2-Z1-4111主軸電機M1、M2JQ2-Z1-422.3 I/O點編號分配表輸入設備 輸入點編號輸出設備輸出點編號起動按鈕X0報警控制器YV0Y0停止按鈕X1送料YV1Y1送料限位開關(guān)SQ1X2夾緊限位開關(guān)SQ3X3夾

7、緊電磁閥YV2Y2壓力繼電器開關(guān)KPX4左動力頭進給電機YV3Y3左、右動力頭危區(qū)限位開關(guān)SQX5左動力頭返回電機YV4Y4左孔鉆一半SQ12X6右動力頭進給電機YV5Y5左回原位SQ11X7右動力頭返回電機YV6Y6右余下部分SQ22X10右原位SQ21X11夾緊原位SQ2X12自動/單機點動切換開關(guān)X13單周期X14連續(xù)X15接觸器KM的輔助常開觸點X16夾緊限位按鈕X20左動力頭進給限位按鈕X21左動力頭返回限位按鈕X22右動力頭進給限位按鈕X23右動力頭返回限位按鈕X24緊急停止按鈕X252.4操作面板3.2 單機點動 單周期 自 動X20夾緊 X21左進 X22左退 X0啟動 負載電

8、源X23右進 X24右退 X1停止 緊急停車2.5主電路繼電器接線圖注：M為油泵電機，M0為冷卻電機，M1、M2為主軸電機M1、M2在上電工作時一直在運轉(zhuǎn)，直到按下停止按鈕時，主軸電機才停止第3章 控制系統(tǒng)的軟件設計3.1公共程序根據(jù)要求，該控制系統(tǒng)有自動程序和手動程序。用公用程序來實現(xiàn)其自動和點動的切換。1.自動/點動程序結(jié)構(gòu)圖如下：其中X13是自動/點動切換開關(guān)，當X13為ON時將跳過自動程序，執(zhí)行單機點動程序，當X13為OFF時，去執(zhí)行自動程序。公用程序用于自動程序和點動程序相互切換的處理。開始執(zhí)行時，要求系統(tǒng)處于自動方式運行。當需要點動操作時，使X13為ON時，系統(tǒng)進入初始狀態(tài)后再切換

9、到單機點動方式運行。2.公共程序梯形圖如下：其主要功能是起超節(jié)拍報警，夾緊機構(gòu)一開始夾緊工件，輔助繼電器M20自保啟動定時器T0工作（設加工一個零件的時間為65秒）。一旦某一步發(fā)生故障，超過了預定的定時時間，T0常開觸點接通，接通Y0繼電器，開始報警，直到按下緊急按鈕X25才停止報警，要求檢修故障并排除。公共程序指令表如下：M2M3Y1M1M6M5M1M4M7SETM1Y2M1Y3Y5M1M8Y3Y73M7Y4M7Y5M7Y6M7RSTSETM1Y2M1X2X3·X4X5X6X7X10X11M0X0·X16 M8002X0(C0+X14)·X12C0·X

10、12·X15C0K21.雙面鉆控制系統(tǒng)自動程序的順序功能圖3.2 自動程序2.自動程序梯形圖如下：雙面鉆控制系統(tǒng)自動程序的順序梯形圖是用啟保停電路設計來實現(xiàn)的。其具有全自動多次循環(huán)和單周工作功能。由順序功能圖分析，全自動雙面鉆的工作過程如下：當液壓泵電機M啟動完畢時，開關(guān)X16為ON，按下啟動按鈕X0，輔助繼電器M1通電自保，Y1線圈通電，送料機構(gòu)開始送料。送料到位時，碰SQ1，行程開關(guān)X2為ON，由輔助繼電器互鎖作用，輔助繼電器M1為OFF，Y1線圈斷電，送料機構(gòu)自動返回。同時，輔助繼電器M2通電自保，Y2線圈通電，夾緊機構(gòu)對工件夾緊。當夾緊機構(gòu)已對工件夾緊時，碰SQ3，行程開關(guān)X

11、3為ON；當對工件有一定的夾緊力時，壓力繼電器KP動作，繼電器開關(guān)X4為ON。此時，輔助繼電器M2斷電，輔助繼電器M3通電自保，線圈Y3和Y5通電，左右動力頭同時向前進給，它們的主軸電機M1和M2同時啟動，開始對工件進行鉆削加工。當左、右動力頭將要進入危險區(qū)時，右動力頭碰SQ，行程開關(guān)X5為ON，輔助繼電器M4通電自保，輔助繼電器M3斷電，使Y5斷電，右動力頭停止進給，而左動力頭繼續(xù)進給。當左動力頭鉆至整個孔深的一半時，碰SQ12，行程開關(guān)X6為ON，輔助繼電器M5通電自保，輔助繼電器M4斷電，使Y3斷電，Y4通電，左動力頭停止進給并快速返回。當左動力頭返回原位時，碰SQ11，行程開關(guān)X7為O

12、N，輔助繼電器M6通電自保，輔助繼電器M5斷電，于是Y4斷電，左動力頭停在原位，同時Y5重新通電，使右動力頭又繼續(xù)進給。右動力頭將孔的余下部分鉆穿時，碰SQ22，行程X10為ON，輔助繼電器M7通電自保，輔助繼電器M6電，使Y5線圈斷電，Y6線圈通電，右動力頭停止進給并快速返回。當右動力頭返回原位時，碰SQ21，行程開關(guān)X11為ON，輔助繼電器M8通電自保，輔助繼電器M7斷電，使Y6斷電，右動力頭停止。同時 Y2斷電，夾緊機構(gòu)松開，C0計數(shù)值加1。當夾緊機構(gòu)返回原位時，碰SQ2，行程開關(guān)X12為ON，發(fā)出夾緊機構(gòu)已返回原位的信號。至此，全自動雙面鉆完成了一個循環(huán)的加工。若需要加工多個工件，則可

13、通過設置計數(shù)器C0來實現(xiàn)。（為方便調(diào)試，設C0初值為2）。開關(guān)X15閉合時，可實現(xiàn)自動加工C0個設定的工件個數(shù)，加工完后返回初始位置。開關(guān)X15斷開，X14為ON時，可實現(xiàn)單周期工作。3.自動程序指令表：3.3點動程序1.點動程序梯形圖如下：2. 點動程序指令表：注：點動程序段的作用主要是用于對主軸電動機、滑臺和夾緊機構(gòu)進行點動操作，以便能對鉆孔深度進行調(diào)整。他的設計比較復雜，能對主軸電機，左右動力頭的進給和返回具有點動控制。為了保證系統(tǒng)的安全運行，在點動程序中設置了一些必要的聯(lián)鎖，而且要避免雙線圈的問題出現(xiàn)。第4章 控制系統(tǒng)總調(diào)試程序調(diào)試過程也是一個復雜的過程，任何一個環(huán)節(jié)出錯都會導致程序不

14、能順利完成。完成了前面的準備工作，緊接下來工作，也是最重要、最關(guān)鍵的就是調(diào)試。首先，對各個部分已編好的程序進行邏輯分析無誤后，將編好的梯形圖程序或指令表程序輸入到計算機PLC軟件上。按照程序要求，連接好外部開關(guān)、按鈕及輸出的模擬指示信號，驗證程序?qū)﹀e。然后，將PLC 的啟動開關(guān)扳到STOP端，單擊軟件主菜單上的PLC下拉菜單，單擊“寫入”命令，在彈出的菜單選擇合適的程序步長度，單擊“確定”，將程序?qū)懭隤LC內(nèi)。完成寫入后，再單擊下拉菜單“監(jiān)控/測試”單擊“開始監(jiān)控”，這時可以觀察到，輔助繼電器M0為ON，依照程序，接通X16，按下啟動按鈕X0，觀察到輔助繼電器M1通電自保，輔助繼電器M0由于互

15、鎖作用斷電，輸出繼電器Y1通電置位，呈綠色狀態(tài)，以區(qū)別斷開狀態(tài)。依次按下各個模擬行程開關(guān)，觀察對應的輸出Y是否接通，當前步的輔助繼電器M是否接通，即當前步是否為活動步。同時，其前級步必為不活動步。如果為“是”則說明程序是正確的，反之，是錯誤的，必須進行修改。最后，值得注意的是，在程序有返回或跳轉(zhuǎn)時，按下相應的按鈕或開關(guān)后，應能返回或跳轉(zhuǎn)到指定的地方。程序中使用到計數(shù)器時，必須在外循環(huán)對計數(shù)器進行復位操作，否則，再次執(zhí)行程序時，容易出錯。在此次程序的調(diào)試過程中，我們也遇到了很多的問題。一個是雙線圈輸出的處理不妥，沒有采用“M3 OR M4”的方法，而是直接順序連接，造成了前級線圈Y3無效。經(jīng)過研

16、究討論，問題解決了。還有一個是程序返回或跳轉(zhuǎn)時，跳不到指定的地方。在連續(xù)程序的執(zhí)行過程中，計數(shù)C0為滿，發(fā)現(xiàn)程序執(zhí)行完后，能返回到M1步。但是，計數(shù)C0計滿后，還是返回到M1步，與要求不符。經(jīng)過多次的觀察、分析，我們發(fā)現(xiàn)，計數(shù)C0，其常開觸點的閉合比其常閉觸點慢，故，程序并不返回初始M0步，還是會返回到M1步。解決的方法很簡單，就是在程序返回前加上1s的延時，保證C0的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。除了這兩個問題，還遇到了其他的，都被我們一一解決了。最后，后來在張老師的耐心指導下及我們的通力合作下，一步一步把程序不完善的地方加以改正，把一些沒用的語句刪除，得到了一個簡潔而完善的程序和圖形。經(jīng)過調(diào)

17、試終于成功了，真是激動人心。課程設計，我受益匪淺，熟悉并掌握了FX2N系列可編程序存儲器的結(jié)構(gòu)、外部接線方法和指令的運用，以及第5章 設計心得體會這兩周的寫入和編輯程序的方法，以及簡易編程器對可編程序控制器的運行進行監(jiān)視的方法，掌握了用經(jīng)驗設計法編制簡單梯形圖程序，進一步掌握了編程器的使用方法和調(diào)試程序的方法。 剛拿到任務書時，我沒有一個清楚的思路，因為學習這門課的時候沒有學扎實還有很多東西都不是很懂。接下來的幾天就是找參考書并自己試著把過程功能圖畫下來，這對于編梯形圖來說還算簡單的，但是我總是掌握不好左右動力頭之間的關(guān)系。后來經(jīng)過張老師的耐心指導我終于了解并順利的把順序功能圖完成了。我通過翻閱大量資料，在自己努力和老師，同學的幫助下終于完成了本次設計，在設計的過程中，我深感自己的知識掌握的不夠牢固，所以認真復習了以前學過的知識，在課程設計的基礎(chǔ)上加深理解以前學過的知識，尤其是通過這次畫功能圖和梯形圖又把以前學過的Protel 99溫習了一遍。為我們提供這么好的機會，為我們之后走向社會奠定了一個好的基礎(chǔ)。希望還能有更多的此類設計，更全方面來提高我們！更要這次課程設計的同時使我掌握了許多新知識，這對我以后的工作學習會很有幫助，