家用縫紉機機加工組合機床實施PLC 控制

1、開封大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 題目：家用縫紉機加工組合機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)： 機電一體化技術(shù) 學(xué)號：2009061310 姓名：謝愿 時間： 指導(dǎo)教師：陳艷紅論 文 摘 要:對JB 型家用縫紉機機加工組合機床實施PLC 控制, 因機床的輸入點較多, 對PLC 采用了輸入公共端切換的方法來擴充輸入點數(shù), 機床正?？刂频妮斎朦c置于一條公共線上, 機床點動調(diào)整控制的輸入點通過組合開關(guān)切換到另一條公共線上。作為PLC 控制的應(yīng)用實例, 本文對設(shè)計過程進行了較詳細(xì)的闡述。關(guān)鍵詞: 組合機床; 控制; PLC; 輸入點; 切換目 錄緒 論4第1章 可編程控制器的特點及應(yīng)用51.1 可編程控制器發(fā)展歷史5

2、1.2 可編程控制器的特點及應(yīng)用51.3 PLC 編程簡介6第2章 機床的簡介102.1機床的運動簡介102.2 機床的液壓系統(tǒng)11第3章 控制要求13第4章 PLC的控制設(shè)計164.1 PLC的選型164.2 PLC的I/O分配表164.3 PLC的I/O接線圖184.4 PLC的梯形圖184.5語句表20致 謝25參考文獻26緒 論本論文針對組合機床的控制線路進行PLC改造，該機床對JB 型家用縫紉機的機殼實施機械切削加工, 對機殼的針距大孔作鉆削加工, 對夾線器孔作鉆削加工, 對挑線桿行線槽作銑削加工。傳統(tǒng)的控制方案是采用繼電器接觸器控制，由于運動方向多，且有快進、快退等多種進給速度的變

3、換，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，大量的硬件系統(tǒng)接線使系統(tǒng)的可靠性降低，也間接的降低了設(shè)備的工作效率，影響了設(shè)備的加工質(zhì)量。采用可編程控制器(PLC)可以較好的解決這一問題，可大大的減少系統(tǒng)的硬件接線，提高了工作可靠性。而且在加工工藝改變時，只需要修改程序，就可適應(yīng)新的加工要求，大大的提高了工作效率。 26第1章 可編程控制器的特點及應(yīng)用1.1 可編程控制器發(fā)展歷史早期的可編程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體

4、，具有可靠性高、功能強、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標(biāo)實現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。70年代初期，體積小、功能強和價格便宜的微處理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增強。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面，PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運算等功能以外，還增加

5、了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了PLC軟、硬件功能。1.2 可編程控制器的特點及應(yīng)用在發(fā)達工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國市場信息”的世界PLC以及軟件市場報告稱，1995年全球PLC及其軟件的市場經(jīng)濟規(guī)模約50億美元。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強，具有以下特點：1.可靠性高PLC的高可靠性得益于軟、硬件上一系

6、列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。2.具有豐富的I/O接口模塊：PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。3.采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4.編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的

7、專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5.安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。由于PLC強大功能和優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于鋼鐵、石化、機械制造、汽車裝配、電力等各行各業(yè)。其主要功能是進行工藝參數(shù)的采集、生過程控制、信息處理、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測等。1.3 PLC 編程簡介PLC的應(yīng)用設(shè)計，一般應(yīng)按下述幾個步驟進行，具體流程見圖1.3。1.熟悉被控制對象首先要全面詳細(xì)的了解被控對象的機械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工

8、藝過程，了解機械設(shè)備的運動內(nèi)容、運動方式和步驟，歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)(功能)流程圖。2.明確控制任務(wù)與設(shè)計要求要了解工藝過程和機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對電控系統(tǒng)的控制要求。例如機械部件的傳動與驅(qū)動，液壓、氣動的控制；儀表、傳感器的連接與驅(qū)動等。歸納出電氣執(zhí)行元件的動作節(jié)拍圖。電控系統(tǒng)的根本任務(wù)就是實現(xiàn)這個節(jié)拍圖。以上兩個步驟得到的圖表，綜合而完整的反映了被控對象的全部功能和對被控系統(tǒng)的全部要求，是整個系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，也是系統(tǒng)設(shè)計的目的和任務(wù)所在。3.制定電氣控制方案根據(jù)生產(chǎn)工藝和機械運動的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式，例如全自動、半自動、手動、單機運行和多機聯(lián)線運行等。還要確定

9、電控系統(tǒng)應(yīng)有的其他功能，例如故障診斷與顯示報替、緊急情況的處理、管理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等。4.確定電控系統(tǒng)的輸入輸出信號通過研究工藝過程和機械運動的各個步驟、各種狀態(tài)、各種功能的發(fā)生、維持、結(jié)束、轉(zhuǎn)換和其他相互關(guān)系，來確定各種控制信號和各種檢測反饋信號、相互的轉(zhuǎn)換和聯(lián)系信號。并且確定哪些信號需要輸入PLC，哪些信號需要PLC輸出或者哪些負(fù)載要由PLC驅(qū)動，分類統(tǒng)計出各種輸入、輸出量的性質(zhì)與參數(shù)。圖1.3 PLC應(yīng)用的系統(tǒng)開發(fā)流程圖5.PLC的選型和硬件配置根據(jù)以上的各個步驟所得到的結(jié)果，選擇合適的PLC型號并確定各種硬件配置。本系統(tǒng)選定了三菱公司的FX1-40MR。6.PLC元件的編號分配對各

10、種輸入、輸出信號占用的PLC輸入、輸出端點及其其他元件進行編號分配，并設(shè)計出PLC的外部設(shè)計圖口。7.程序開發(fā)用PLC廠家提供的專用軟件包按照特定的規(guī)則，開發(fā)出梯形圖程序或語句表程序。在進行程序開發(fā)的同時，可以平行的進行電控系統(tǒng)的其他部分工作，例如PLC外部電路和電氣控制柜等的設(shè)計、裝配、安裝和接線工作。8.現(xiàn)場運行調(diào)試完成以上各種工作后，即可將已初步調(diào)試好的程序傳送到現(xiàn)場使用的PLC存儲器中，PLC接入實際輸入信號和實際負(fù)載，進行現(xiàn)場運行調(diào)試，及時解決調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，直到完全滿足設(shè)計要求，即可交付使用。第2章 機床的簡介2.1機床的運動簡介該機床對JB 型家用縫紉機的機殼實施機械切削加工,

11、 對機殼的針距大孔作鉆削加工, 對夾線器孔作鉆削加工, 對挑線桿行線槽作銑削加工, 其動力頭分布與運動情況如圖1 所示。圖1 動力頭分布運動情況 圖中動力頭、分別用于針距大孔和夾線器孔的鉆削加工,動力頭!用于挑線桿行線槽的銑削加工。M 1, M 2和M3 均為2. 2kW 的三相異步電動機, 分別為和 動力頭的切削主運動提供動力。三個動力頭的進給、后退運動由液壓系統(tǒng)提供動力。該機床的夾緊機構(gòu)工作情況如圖2 所示, 機殼的裝夾過程是: 將機殼放于工作臺上, 先由液壓驅(qū)動后插銷滑臺上升, 再進行人工插銷定位, 接著由液壓驅(qū)動針孔桿插銷定位, 最后是液壓驅(qū)動夾具下壓夾緊工件。工件的下卸過程正好與裝夾

12、過程相反。圖2 機床夾緊機構(gòu)工作情況圖2.2 機床的液壓系統(tǒng)機床的三個動力頭進、退由液壓系統(tǒng)中的三個三位五通換向電磁閥分別控制, 動力頭從快進轉(zhuǎn)換到工進由液壓行程調(diào)速閥控制, 與電氣控制無關(guān)。夾緊裝置的動作由液壓系統(tǒng)中的三個二位五通換向電磁閥控制, 這三個換向閥帶有機械自鎖。電磁閥線圈的通電情況與液壓系統(tǒng)工作情況的關(guān)系見表1。液壓系統(tǒng)的油泵由一臺4kW 的三相異步電動機( 取名M 0) 驅(qū)動。 表1 電磁閥線圈通電情況與液壓系統(tǒng)工作情況關(guān)系動力頭 動力頭 動力頭 后插銷滑臺針孔桿插銷夾具CT1CT2CT3CT4CT5CT6CT7CT8CT9CT10CT11CT12動力頭進+動力頭退+動力頭進+

13、動力頭退+動力頭進+動力頭退+后插銷滑臺升后插銷滑臺降針孔桿插銷針孔桿拔銷夾緊松開第3章 控制要求機床的控制面板如圖3 所示。面板上的指示燈EL 用于接通電源指示; 組合開關(guān)SA 用于選擇機床的工作狀態(tài), 有單循環(huán)、循環(huán)和調(diào)整三種工作狀態(tài)選擇; SB1、S B2 為油泵電動機M 0 的起動、停止按鈕; SB3、S B4 為選擇單循環(huán)或循環(huán)工作狀態(tài)時機床工作的起動、停動按鈕; 其余按鈕均為選擇調(diào)整工作狀態(tài)時機床的點動調(diào)整控制按鈕。無論選擇何種機床工作狀態(tài), 油泵起動是機床工作的前提, 油泵停止, 機床立即停止工作。選擇單循環(huán)或循環(huán)工作狀態(tài)時, 點動調(diào)整按鈕不起作用; 選擇調(diào)整工作狀態(tài)時, 機床工

14、作起動、停止按鈕不起作用。為了獲取機床運動的位置信號, 在機床上裝了許多行程開關(guān), 這些行程開關(guān)的壓動情況如圖1、圖2 所示。后插銷滑臺降、升到位分別壓動SQ11、SQ12; 人工撥、插定位銷分別壓動SQ21、SQ22; 針孔桿撥、插銷分別壓動SQ31、S Q32; 夾具松開、夾緊分別壓動SQ41、SQ42; SQ51、S Q61和SQ71分別為和 動力頭在原位時壓動; SQ52、SQ63和SQ72分別為和 動力頭進到位時壓動;SQ62為動力頭轉(zhuǎn)入工進時壓動。 圖3 機床控制面板 當(dāng)選擇機床單循環(huán)工作時, 機床的控制流程如圖4 所示。接通電源, 按油泵起動按鈕SB1, M 0起動; 如果機床不

15、在原位狀態(tài), 則 動力頭自動回原位, 夾具自動松開, 針孔桿自動撥銷; 如果后插銷滑臺沒有下降, 則人工撥定位銷使滑臺自動下降。機床自動復(fù)位后放上工件, 按機床工作起動按鈕SB3, 后插銷滑臺升起, 人工插定位銷后機床自動完成對工件的夾緊和機加工, 機加工后動力頭自動回原位, 夾具自動松開, 針孔桿自動撥銷, 人工撥定位銷使后插銷滑臺自動下降, 取下工件, 換上新工件, 按SB3 開始下一循環(huán)的工作。機床的循環(huán)工作狀態(tài)與單循環(huán)工作狀態(tài)的不同之處是, 單循環(huán)工作狀態(tài)每開始一個循環(huán)必須按一下SB3, 而循環(huán)工作狀態(tài)則在一個循環(huán)結(jié)束后設(shè)置30 秒鐘的延時, 用于取放工件, 延時到則機床自動開始下一個

16、工作循環(huán), 不需再按SB3。這兩種工作狀態(tài)的切換可在任何時候撥動SA 完成, 即若機床從停止起動工作, 則按SB3 后機床按選擇的工作狀態(tài)工作; 若機床正在工作中, 撥動SA 則機床自動轉(zhuǎn)入新選的工作狀態(tài)。機床在這兩種工作狀態(tài)下運行時, 按機床工作停止按鈕SB4, 各動力頭立即自動回原位, 夾具自動松開, 針孔桿自動撥銷, 工人撥定位銷使后插銷滑臺自動下降, 即機床在復(fù)位后停止工作。當(dāng)機床正常工作時, 撥動SA 選擇點動調(diào)整, 則機床立即停止工作, 并進入點動調(diào)整控制狀態(tài)。圖4 控制流程圖第4章 PLC的控制設(shè)計4.1 PLC的選型選用日本三菱公司生產(chǎn)的F1- 40MR 型可編程序控制器, 該

17、PLC 有24 個輸入點, 16 個輸出點, 繼電器輸出。機床控制的輸入點有: 控制面板輸入點22 個, 行程開關(guān)輸入點15 個, 共有37 個輸入點。顯然PL C 的輸入點數(shù)不夠用, 為此采用輸入公共端切換的方法來擴充PL C 的輸入點數(shù), 將單循環(huán)和循環(huán)控制的輸入置于一條公共線上, 而將點動調(diào)整的輸入置于另一條公共線上, 兩條公共線的切換由組合開關(guān)SA 完成。機床控制的輸出點有: 控制4 臺電動機的4 個接觸器, 12 個電磁閥線圈, 共有16 個輸出點。PLC 的輸出點數(shù)正好夠用。4.2 PLC的I/O分配表表2 I/O分配表輸入序號元件名稱 代號輸入點1油泵電動機M0 的起動按鈕 SB

18、1X02油泵電動機M0 的停止按鈕 SB2X13人工拔銷行程開 SQ21X24組合開關(guān)單循環(huán)檔 SA I 位置X35組合開關(guān)循環(huán)檔 SAII 位置X46組合開關(guān)調(diào)整檔 SAIII 位置X57單循環(huán)或循環(huán)工作的機床起動按鈕 SB3I 動力頭的電動機M1 的點動調(diào)整按鈕 SB11X68單循環(huán)或循環(huán)工作的機床停止按鈕 SB4I 動力頭進的點動調(diào)整按鈕 SB12X79I 動力頭的后退調(diào)整按鈕 SB13后插銷滑臺下降到位行程開關(guān) SQ11X1010II 動力頭的電動機M2 點動調(diào)整按鈕 SB21后插銷滑臺上升到位行程開關(guān) SQ12X1111II 動力頭的進給點動調(diào)整按鈕 SB22人工插銷定位行程開關(guān) S

19、Q22X1212II 動力頭的后退調(diào)整按鈕 SB23針孔桿拔銷行程開關(guān) SQ31X1313III 動力頭的電動機M3 點動調(diào)整按鈕 SB31針孔桿插銷行程開關(guān) SQ32X1414III 動力頭進給調(diào)整按鈕 SB32夾具松開到位行程開關(guān) SQ41X1515III 動力頭的后退調(diào)整按鈕 SB33夾具夾緊到位行程開關(guān) SQ42X1616夾具夾緊調(diào)整按鈕 SB41I 動力頭原位行程開關(guān) SQ51X1717夾具松開調(diào)整按鈕 SB42I 動力頭進到位行程開關(guān) SQ52X2018后插桿滑臺上升調(diào)整按鈕 SB51II 動力頭原位行程開關(guān) SQ61X2119后插桿滑臺下降調(diào)整按鈕 SB52II 動力頭壓合時，、

20、III 動力頭離開原位 SQ62X2220針孔桿插銷調(diào)整按鈕 SB61II 動力頭進到位行程開關(guān) SQ63X2321針孔桿拔銷調(diào)整按鈕 SB62III 動力頭原位行程開關(guān) SQ71X2422III 動力頭進到位行程開關(guān) SQ72X25輸出序號元件名稱 代號輸出點1M0 的交流接觸器 KM0Y02M1 的交流接觸器 KM1Y13M2 的交流接觸器 KM2Y24M3 的交流接觸器 KM3Y35I 動力頭進的電磁閥線圈 CT1Y46I 動力頭后退的電磁閥線圈 CT2Y57II 動力頭進的電磁閥線圈 CT3Y68II 動力頭后退的電磁閥線圈 CT4Y79III 動力頭進的電磁閥線圈 CT5Y1010I

21、II 動力頭后退的電磁閥線圈 CT6Y1111后插桿滑臺上升電磁閥線圈 CT7Y1212后插桿滑臺下降電磁閥線圈 CT8Y1313針孔桿插銷電磁閥線圈 CT9Y1414針孔桿拔銷電磁閥線圈 CT10Y1515夾具夾緊電磁閥線圈 CT11Y1616夾具松開電磁閥線圈 CT12Y174.3 PLC的I/O接線圖圖5 I/O接線圖4.4 PLC的梯形圖圖示為控制機床工作的PLC 梯形圖, 圖中用條件跳步及跳步結(jié)束指令將程序分為兩塊, 從CJP700 到EJP700 這塊程序用于機床的單循環(huán)和循環(huán)控制, CJP701 到EJP701 這塊程序用于機床的點動調(diào)整控制。由于點動調(diào)整控制的程序簡單, 故在梯

22、形圖中僅以框圖表示。圖6 梯形圖4.5語句表LD M71OUT F671 K100OUT F672 K123OUT F670 K103LD X0OR Y0ANI X1OUT Y0LD Y0AND X5CJP 700LDI X24ORI X13ORI X15ORI X17ORI X21AND Y0ANI M123OUT M120LDI X10AND Y0AND X2ANI M123OUT M123LD Y0AND X10AND X13AND X15AND X17AND X21AND X24AND X2OUT M122LD X6OR M123AND M122AND Y0ANI X7OUT M123

23、LD M122OR M100AND M123ANI M101ANI M111ANI M112LD M100AND X11AND X12LDI M101AND X14LD M102AND X16LD M103AND X22LD M104AND X20AND X25LD M105AND X17AND X23LD M106AND X21AND X24LD M107AND X15LD M110AND X13AND X2LD M111AND X10LDI M123LD M112AND X6AND X3LD M112AND T0LD M112AND X4OUT T0 K30LD M100OUT Y12LD M101OUT Y14LD M102OUT Y16LD M103OR Y6ANI X23OUT Y6LD M103OR Y2ANI X21OUT Y2LD M104OR Y4OUT Y4LD M104