基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)題目：基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2014年5月21日貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信責(zé)任書本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：日期：目錄TOC\o"1-3"\h\u27435摘要 III15574Abstract IV23059第一章緒論 517299 570661.2PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義 534231.3PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 625650第二章四工位組合機(jī)床原理及液壓系統(tǒng) 820040 8111422.1.1回轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理 9193872.1.2鉆孔工作原理 9255952.1.3擴(kuò)孔工作原理 937262.2四工位組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng) 1123306第三章PLC概述與方案論證 13241693.1PLC概述 13290623.1.1PLC基本介紹 1365133.1.2PLC硬件組成 134886 17210973.2.1PLC與繼電器-接觸器相比較： 17200643.2.2PLC與單片機(jī)比較 1812441第四章電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2015297 20103074.1.1結(jié)構(gòu)選擇 2037124.1.2I/O點(diǎn)選取原則 205998 2119680 2229258 24198374.3.1PLC的詳細(xì)接線圖 24172804.3.2電機(jī)電氣原理圖 2619671 2610274 2817406 2827685 2912719第五章部分程序的分析以及程序調(diào)試結(jié)果 30213765.1以下程序段的分析： 30208495.2此次設(shè)計(jì)的程序建立以及調(diào)試結(jié)果分析如下： 3215716第六章設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì) 3422633 3431281 3519968參考文獻(xiàn) 3612817致謝 371682附錄一 3826974附錄二 52

基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要文章以四工位組合機(jī)床為研究對象,四工位主要包括鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲、機(jī)械手上下料等工位，通過對主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式的探究以及對機(jī)床的工作過程和控制要求分析,給出了機(jī)床動(dòng)作循環(huán)圖、液壓元件動(dòng)作表以及四工位組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng);并采用PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),列出了PLC的I/O地址分配表,繪制了PLC的I/O分配圖和單循環(huán)自動(dòng)工作流程圖，編寫PLC控制程序的梯形圖和指令表;由操作面板組成的人機(jī)界面，使整個(gè)控制系統(tǒng)的操作變得簡單，方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC)，四工位組合機(jī)床，控制系統(tǒng)，人機(jī)界面。

FourlabourmodularmachinetoolcontrolsystemdesignbasedonPLCAbstractCombinationmachinetoolsbasedonfourlocationastheresearchobject,Fourstationmainlyincludedrilling,reaming,tapping,manipulatorup-downmaterialsuchaslocation，andthroughthemainstructureandformofmovementofexplorationandformachinetoolsworkprocessandcontrolrequirementsanalysisispresented,themachineoperatingcyclediagram,hydrauliccomponentsactionlistandfourforthehydrauliccontrolsystemofmodularmachinetool,AndPLCcontrolsystemdesignmethodofsoftwareandhardwaredesign,liststhePLCI/Oaddressallocationworksheets,paintedPLCI/Oassignmentgraphandsingleautomaticworkflowchart,writePLCcontrolprogramladderdiagramandinstructionslist,Composedofman-machineinterfaceoperationpanel,makethewholecontrolsystemoperationsimple,convenient,greatlyimprovedthesystemautomationdegreeandpracticability.Keywords:programmablecontroller(PLC),fourlocationcombinationmachinetools,controlsystem,theman-machineinterface. 第一章緒論組合機(jī)床是針對特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備，這類設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具有自動(dòng)循環(huán)的功能。組合機(jī)床是隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，由通用機(jī)床、專用機(jī)床發(fā)展起來的。通用機(jī)床一般用一把刀具進(jìn)行加工，自動(dòng)化程度低、輔助時(shí)間長、生產(chǎn)效率低，但通用機(jī)床能夠重新調(diào)整，以適應(yīng)加工對象的變化。專用機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)的多刀切削，自動(dòng)化程度較高，結(jié)構(gòu)較簡單，生產(chǎn)效率也較高。但是，專用機(jī)床的設(shè)計(jì)，制造周期長，造價(jià)高，工作可靠性也較差。專用機(jī)床是針對某工件的一定工序設(shè)計(jì)的，當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，工件的結(jié)構(gòu)，尺寸稍有變化時(shí)，它就不能繼續(xù)使用。在綜合了通用機(jī)床、專用機(jī)床優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了組合機(jī)床。組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專用部件組合構(gòu)成，動(dòng)力部件采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作自動(dòng)循環(huán)的控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備。常見的組合機(jī)床，標(biāo)準(zhǔn)通用部件有動(dòng)力滑臺(tái)各種加工動(dòng)力頭以及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，可用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可用液壓驅(qū)動(dòng)。各標(biāo)準(zhǔn)通用動(dòng)力部件組合構(gòu)成一臺(tái)組合機(jī)床時(shí)，該機(jī)床的控制電路可由各動(dòng)力部件的控制電路通過一定的連接電路組合構(gòu)成。多動(dòng)力部件構(gòu)成的組合機(jī)床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是動(dòng)力部件的點(diǎn)動(dòng)和復(fù)位控制。第二方面是動(dòng)力部件的半自動(dòng)循環(huán)控制。第三方面是整批全自動(dòng)工作循環(huán)控制。組合機(jī)床具有生產(chǎn)率高、加工精度穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。因而，在汽車、柴油機(jī)、電機(jī)、機(jī)床等一些具有一定生產(chǎn)批量的企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，組合機(jī)床的研制正向高效、高精度、高自動(dòng)化和柔和性化方向發(fā)展。1.2PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義目前一般企業(yè)都擁有一定數(shù)量的用繼電器控制的組合機(jī)床。繼電器控制方式雖然有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但存在著接觸器觸點(diǎn)磨損快、壽命短、可靠性差等缺點(diǎn)。特別是在更換產(chǎn)品而改變動(dòng)作循環(huán)時(shí)，需重新設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求。造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購買新的數(shù)控車床。因此，當(dāng)務(wù)之急就是對這些普通車床進(jìn)行技術(shù)改造，以提高企業(yè)的設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。而采用PLC改造機(jī)床，可去掉了機(jī)床的中間繼電器、時(shí)間繼電器、順序控制二極管及電阻，使線路簡化。同時(shí)，由于PLC的高可靠性，輸入／輸出部分還具有信號(hào)指示，這不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還能給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便?？刂葡到y(tǒng)可靠性好、故障率低、工藝參數(shù)調(diào)整方便等特點(diǎn)。因?yàn)榭删幊炭刂破鞯目垢蓴_能力強(qiáng)，可靠性高，且配置靈活，已在工控領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。這不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，還可以構(gòu)成適合工業(yè)環(huán)境的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制。

另外使用PLC控制機(jī)床電氣系統(tǒng)后為了充分發(fā)揮設(shè)備效能，迅速提升加工技術(shù)與精度，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)對傳統(tǒng)老式組合機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造，取得了良好的效果。用PLC模塊、變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)、操控監(jiān)控設(shè)備等組成電氣數(shù)字控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)編程輸入、人機(jī)交互、自動(dòng)化加工的控制方式，擴(kuò)大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造的有效途徑。因此設(shè)計(jì)性價(jià)比較高的基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得尤其重要。1.3PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢在我國，組合機(jī)床的科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)。在工藝裝備方面；它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配合可編程序控制器（PLC），能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)（清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線）等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。

由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。

近年來，PLC在工業(yè)中異軍突起，特別是在組合機(jī)床的運(yùn)用上，它是充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)與機(jī)械電子，以軟件代替部分硬件，以電子器件代替部分機(jī)械傳動(dòng)，從而提高了機(jī)床的性能。以其獨(dú)特的控制優(yōu)勢，廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造業(yè)中。特別是在組合機(jī)床的控制中，以其編程簡單、可靠性高、功能齊全、適應(yīng)性強(qiáng)、輸出形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，很快取代了傳統(tǒng)的繼電器控制中的主導(dǎo)地位。

21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競爭的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。第二章四工位組合機(jī)床原理及液壓系統(tǒng)此次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床對零件進(jìn)行鉆孔,擴(kuò)孔,攻絲等工序的加工,采用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳送零件,按照工藝流程分三個(gè)加工工位,并安排一個(gè)裝卸工位來裝卸工件，即四個(gè)工位的組合機(jī)床。

當(dāng)用人工將一個(gè)工件安裝在夾具上,且三個(gè)加工工位的動(dòng)力頭已加工完成,并退回到原位后,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自動(dòng)微抬，抬起到位,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自動(dòng)回轉(zhuǎn)到加工位置后,自動(dòng)定位夾緊.夾緊后,即向各工位發(fā)出向前主令,各工位動(dòng)力頭按自己的程序進(jìn)行加工.與此同時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)自動(dòng)復(fù)位,為下次轉(zhuǎn)位做準(zhǔn)備.各工位加工完成,向系統(tǒng)匯報(bào)完成信號(hào).同時(shí)各工位動(dòng)力頭自動(dòng)退回原位,回到原位后，即向系統(tǒng)匯報(bào)原位信號(hào).當(dāng)所有工位動(dòng)力頭都回到原位,裝卸工位又裝好了新的工件時(shí),則系統(tǒng)又開始進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的加工。該組合機(jī)床的俯視示意圖如圖2.1.1所示：1.工作臺(tái)2.主軸3.上，下料機(jī)械手4.夾具2.1.1回轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理按下回轉(zhuǎn)臺(tái)工作按鈕后，電磁閥S01通電，使得回轉(zhuǎn)臺(tái)微抬，碰到行程開關(guān)SQ02，電磁閥S01,S03通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)開始快速回轉(zhuǎn)，當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ03，電磁閥S01,S03,S05通電，使得回轉(zhuǎn)臺(tái)低速回轉(zhuǎn)；離開行程開關(guān)SQ03電磁閥S01,S04,S05通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)；碰到行程開關(guān)SQ04,電磁閥S02通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊；當(dāng)壓力繼電器KP1發(fā)出信號(hào)，電磁閥S02,S06通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)脫離；碰到行程開關(guān)SQ05，電磁閥S02,S04,S06通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)返回；碰到行程開關(guān)SQ01，回轉(zhuǎn)液壓缸返回原位等待下一次循環(huán)。具體動(dòng)作見四工位組合機(jī)床的控制方案順序功能圖以及液壓控制系統(tǒng)圖。2.1.2鉆孔工作原理按下鉆孔工作按鈕，電磁閥6YA通電，鉆孔工位快進(jìn)；當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ12,電磁閥6YA,12YA通電,調(diào)速閥調(diào)速，鉆孔工位轉(zhuǎn)為工進(jìn)，接觸器線圈KM3通電，同時(shí)鉆孔電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ13，電磁閥7YA通電，鉆孔工位快退；當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ11,接觸器線圈KM3斷電，鉆孔電動(dòng)機(jī)停止，鉆孔工位返回到了原位，具體動(dòng)作見液壓控制系統(tǒng)圖。2.1.3擴(kuò)孔工作原理當(dāng)工作臺(tái)夾緊后，S05、1DP發(fā)出信號(hào)，電磁閥10YA得電，擴(kuò)孔液壓桿快進(jìn)，碰到行程開關(guān)S22，電磁閥10YA，13YA帶電，調(diào)速閥調(diào)速液壓桿工進(jìn)，接觸器線圈KM2通電，同時(shí)擴(kuò)孔電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。碰到行程開關(guān)S23，10YA、13YA斷電，11YA帶電，液壓桿快退。碰到S21,11YA斷電，擴(kuò)孔工位回原位，具體動(dòng)作見液壓控制系統(tǒng)圖。2.1.4攻絲工作原理

按下攻絲工作按鈕，電磁閥20YA通電，攻絲工位快進(jìn)；碰到行程開關(guān)SQ32,工位停止，接觸器線圈KM1通電，攻絲電動(dòng)機(jī)正傳開始；碰到行程開關(guān)SQ33，接觸器線圈KM4通電，KM1與KM4觸頭改變?nèi)我鈨上嘞嘈?，攻絲電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；碰到行程開關(guān)SQ34，攻絲電動(dòng)機(jī)停止，電磁閥21YA通電，工位快退；碰到行程開關(guān)SQ31,攻絲工位返回原位停止，等待下次循環(huán)，具體動(dòng)作見液壓控制系統(tǒng)圖。由以上分析知四工位組合機(jī)床的控制方案順序功能圖如圖2.1.2所示：依次完成微抬，快速回轉(zhuǎn)，慢回，反向定位，夾緊之后由相應(yīng)的限位開關(guān)及控制指令完成鉆孔，擴(kuò)孔，攻絲三道工序，之后由下料機(jī)械手完成下料。每道工序之間存在等待時(shí)間，這要根據(jù)具體要求確定加工時(shí)序，依次重復(fù)上述步驟完成相應(yīng)工件的加工。（備注：S0—S54是為了畫功能圖方便特意添加的輔助繼電器AR對應(yīng)的注釋說明，不是指繼電器的名稱，具體詳見梯形圖部分。）2.2四工位組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)因?yàn)橐簤嚎刂葡到y(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、可以在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無機(jī)調(diào)速。

2、在同等輸出功率下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)性能好。

3、采用液壓傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。

4、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過載保護(hù)。

5、由于一般采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)，因此

液壓元件有自我潤滑作用，有較長的使用壽命。

6、液壓元件都是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)用。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)在四個(gè)工位加工工件是受力較大，采用普通的電氣系統(tǒng)在此工況下加工誤差較大，結(jié)合以上液壓控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，因此此次設(shè)計(jì)在電機(jī)移動(dòng)與工具夾緊和上料、下料機(jī)械手模塊采用液壓系統(tǒng)，其它模塊采用常規(guī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制。雖然液壓控制系統(tǒng)具有：損失大、效率低、發(fā)熱大、不能得到定比傳動(dòng)、當(dāng)采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)時(shí)還需要注意防火問題、液壓元件加工精度要求高、造價(jià)高等缺點(diǎn)，但是合理設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)還是不錯(cuò)的選擇；因此受力較大的模塊我們依然選擇液壓系統(tǒng)控制。本次設(shè)計(jì)的四工位組合機(jī)床的液壓控制系統(tǒng)包含用三個(gè)液壓缸完成鉆孔，擴(kuò)孔，攻絲三個(gè)電機(jī)的動(dòng)作，通過行程開關(guān)分別控制相應(yīng)的電磁換向閥得電，完成鉆孔，擴(kuò)孔，攻絲三道工序，而電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)則通過PLC進(jìn)行控制。在反饋元件的反饋下精確完成以上三道工序，而對于另一道工序回轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)作則通過相應(yīng)行程開關(guān)以及電磁換向閥進(jìn)行動(dòng)作，并且完成通過離合器完成工件的夾緊以及裝卸工件，而上料、下料機(jī)械手傳遞工件則是通過行程開關(guān)控制3YA,4YA,5YA的得失電情況來控制油缸ABC的動(dòng)作，達(dá)到完成上料、下料功能；壓力繼電器2DP的安裝位置決定上料、下料機(jī)械手的行程，根據(jù)加工工件尺寸以及機(jī)床高度決定，并且通過節(jié)流閥13可以調(diào)節(jié)機(jī)械手的移動(dòng)速度，該液壓系統(tǒng)還具有相應(yīng)保護(hù)裝置，防止發(fā)生一些不必要事故，其他像冷卻裝置則不需要用液壓系統(tǒng)，直接采用電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制，因此此次設(shè)計(jì)的基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)如下圖2.2.1所示。第三章PLC概述與方案論證3.1PLC概述3.1.1PLC基本介紹可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是它應(yīng)該易與工業(yè)控制聯(lián)成一個(gè)整體且具有擴(kuò)充功能。PLC產(chǎn)品能直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。PLC體積小、功能強(qiáng)、速度快，可靠性高，又具有較大的靈活性和擴(kuò)展性。PLC還有一個(gè)重要特性是它具有在線修改功能。它借助于軟件來實(shí)現(xiàn)重復(fù)的控制，軟件本身具有修改性，所以PLC具有靈活性。從而使PLC具有廣泛的工業(yè)通用性，同時(shí)簡化了硬件電路，也提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)X系列PLC平均故障間隔大于20000~50000h，而平均修復(fù)時(shí)間則小于10min；PLC機(jī)能處理工業(yè)現(xiàn)場的強(qiáng)電信號(hào)，如交流220V、直流24V，并可直接驅(qū)動(dòng)功率部件，可長期工作在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境能夠中。編程采用傳統(tǒng)的繼電器符號(hào)語言，便于工程技術(shù)人員掌握，PLC是在按鈕開關(guān)，限位開關(guān)和其它傳感器等發(fā)出的監(jiān)控輸入信號(hào)作用下進(jìn)行工作。根據(jù)信號(hào)，控制器就會(huì)作出反映，通過用戶編程的內(nèi)部邏輯便產(chǎn)生輸出信號(hào)，而且這些輸出信號(hào)可直接控制外部的控制系統(tǒng)負(fù)載，如電機(jī)，接觸器，指示燈，電磁閥等。PLC的控制系統(tǒng)省去了傳統(tǒng)的繼電器控制接線和拆線的麻煩。用PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“間接網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線的自動(dòng)化過程就能隨意去改變，這種性能使PLC具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。目前PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、電子、電力、輕工、建筑建材、交通等幾乎所有的工業(yè)控制領(lǐng)域。3.1.2PLC硬件組成—1所示。僅有主機(jī)沒有擴(kuò)展機(jī)的構(gòu)成方式稱為基本構(gòu)成，帶有擴(kuò)展機(jī)的構(gòu)成方式稱為擴(kuò)展機(jī)構(gòu)方式。-1主機(jī)（CPU模塊）在主機(jī)內(nèi)部，由微處理器（MPU）通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線以及輔助電路連接存儲(chǔ)器、接口及I/O單元，診斷PLC的硬件狀態(tài)；借助編程器接收用戶鍵入的程序和數(shù)據(jù)；讀取、解釋并執(zhí)行用戶程序；按規(guī)定的時(shí)序接收輸入狀態(tài)、刷新輸出狀態(tài)，與外部設(shè)備交換信息等。總之，由主機(jī)實(shí)現(xiàn)對整個(gè)PLC的控制和管理。PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，電源的交流輸入端一般接有尖峰脈沖吸收電路，以提高抗干擾能力。小型PLC電源的交流輸入電壓范圍一般較寬，如有的小型PLC可在l60VAC~260VAC范圍內(nèi)正常工作。3.輸入／輸出模塊-2所示：在該模塊中，R1為限流電阻，R2和C構(gòu)成濾波電路，可過濾掉輸入信號(hào)的高頻抖動(dòng)，D為輸入指示燈，T為直流式光耦合器，輸入模塊的外接直流電源極性任意。當(dāng)輸入開關(guān)閉合時(shí)，經(jīng)R1、T、D構(gòu)成通路，輸入指示燈D亮，表示該路輸入的開關(guān)量狀態(tài)為ON。輸入信號(hào)經(jīng)T隔離后，再經(jīng)濾波器濾波，轉(zhuǎn)換成5V的直流輸入信號(hào)，經(jīng)輸入選擇器與CPU總線相連接，將外部輸入開關(guān)的狀態(tài)輸入到PLC內(nèi)部；完成PLC的信號(hào)輸入。各輸入信號(hào)回路有一個(gè)公共點(diǎn)，即圖中的COM點(diǎn)，這種輸入模塊稱為匯點(diǎn)式輸入模塊。各輸入信號(hào)回路相互獨(dú)立的輸入模塊，稱為分隔式輸入模塊，另外有的輸入模塊不需要外接電源，稱為無源式輸入模塊。此次設(shè)計(jì)采用的是匯點(diǎn)式輸入模塊。圖-2-3所示：繼電器輸出模塊采用繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，它采用繼電器觸點(diǎn)的形式輸出，外加負(fù)載電源根據(jù)負(fù)載的情況確定，可為交流也可為直流電源。繼電器輸出模塊為有觸點(diǎn)開關(guān)式輸出模塊，使用壽命相對于無觸點(diǎn)輸出模塊而言較短，開關(guān)動(dòng)作一般為五千萬次左右，但其使用比較靈活，因此，此次設(shè)計(jì)輸出動(dòng)作要求不是很頻繁的場合選擇繼電器輸出模塊是可行的。在繼電器輸出模塊中，D1為輸出指示燈，J1為輸出驅(qū)動(dòng)放大繼電器。當(dāng)對應(yīng)J1的內(nèi)部繼電器為ON時(shí)，D1指示燈亮，J1得電吸合，其觸點(diǎn)閉合，負(fù)載L1得電；當(dāng)對應(yīng)J1的內(nèi)部繼電器為OFF時(shí)，D1指示燈滅，J1失電，其觸點(diǎn)斷開，負(fù)載L1失電。PLC先將輸出鎖定在輸出鎖存器里，之后控制輸出驅(qū)動(dòng)放大繼電器完成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)負(fù)載的任務(wù)。圖-3功能模塊除開關(guān)量輸入/輸出外，PLC的其他輸入/輸出功能由功能模塊來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)功能模塊占用多個(gè)輸入／輸出通道，因此在組合式PLC中對功能模塊的使用數(shù)量存在限制，而對開關(guān)量輸入/輸出模塊的數(shù)量不加限制。一般地，除編程器以外的外部設(shè)備需經(jīng)功能模塊才能與主機(jī)總線連接。因此，對應(yīng)于各種外設(shè)以及PLC要完成的特殊輸入／輸出功能，有多種功能模塊。5．?dāng)U展口擴(kuò)展口是PLC的總線接口。主機(jī)與近程擴(kuò)展機(jī)之間利用擴(kuò)展口相連接。編程器編程器是PLC最常用的外設(shè)，也是PLC中唯一不需要通過功能模塊而直接與總線相連接的外設(shè)。編程器上的方式選擇開關(guān)，可依次實(shí)現(xiàn)以下三種位置方式：編程位置：PLC主機(jī)處于編程方式。用戶可通過編程器向PLC輸入、查詢、修改用戶程序，但PLC不運(yùn)行用戶程序；監(jiān)控位置：PLC主機(jī)處于監(jiān)控方式。PLC已運(yùn)行用戶程序，用戶不能輸入和修改用戶程序，但可查詢用戶程序，干預(yù)戶程序運(yùn)行。運(yùn)行位置：PLC主機(jī)處于運(yùn)行方式。PLC運(yùn)行用戶程序，用戶不能輸入和修改用戶程序，也不能干預(yù)用戶程序的運(yùn)行情況，只能查詢用戶程序并監(jiān)視其狀態(tài)。其他外設(shè)PLC可帶打印機(jī)、CRT顯示器、鍵盤等外設(shè)，這些外設(shè)需通過相應(yīng)的功能模塊與PLC連接。組合機(jī)床的電氣控制,理論上講,可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC與單片機(jī)、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：3.2.1PLC與繼電器-接觸器相比較：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差，采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：(1)控制邏輯繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)，利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能夠增加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差?？删幊炭刂破鞑捎么鎯?chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長一些，輸入輸出的連線并不多。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且PLC是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。(2)控制速度繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級(jí)。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)。由于PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。(3)定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。(4)可靠性和維護(hù)性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便?？傊琍LC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。3.2.2PLC與單片機(jī)比較單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：(1)單片機(jī)不如PLC容易掌握使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要求設(shè)計(jì)人員要有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。對于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn)行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)才能掌握。而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者來說，無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)，而只要用較短時(shí)間去熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。(2)單片機(jī)不如PLC使用簡單使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也較繁瑣。而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關(guān)直接連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號(hào)不容易進(jìn)入PLC。(3)單片機(jī)不如PLC可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差，而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了抗干擾性措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。通過上面的比較，針對組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然PLC的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以采用PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床設(shè)計(jì)顯得更合適，更體現(xiàn)出本次設(shè)計(jì)的實(shí)際意義。第四章電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)合理選擇PLC的型號(hào)，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。選擇機(jī)型的基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠，維護(hù)使用方便以及最佳功能性價(jià)比。4.1.1結(jié)構(gòu)選擇PLC種類很多，其實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外形等方面存在較大的差異。PLC按結(jié)構(gòu)形式主要有整體式和模塊式。整體式PLC：整體式PLC將CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出安裝在同一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，每一個(gè)點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的小型控制系統(tǒng)中。模塊式PLC：模塊式PLC為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個(gè)總線槽，每個(gè)總線槽上可安裝一個(gè)PLC模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能，PLC的CPU、存儲(chǔ)器和電源等做成一個(gè)模塊，該模塊在總線板上的安裝位置一般來說是固定的，而且該模塊也是構(gòu)成模塊式PLC所必需的，其它的模塊可根據(jù)PLC的控制規(guī)模和實(shí)現(xiàn)的功能選取，安裝在總線板的其他任一總線槽上。該種PLC具有功能擴(kuò)展靈活方便。在點(diǎn)數(shù)上，輸入點(diǎn)數(shù)，輸出點(diǎn)數(shù)的比例，模塊的種類方面選擇余地大，且維修方便，可構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的PLC，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)；但是價(jià)格較高。根據(jù)以上分析，對于此次組合機(jī)床，選用整體式PLC較好。因?yàn)樾詢r(jià)比高，且體積小，另外該組合機(jī)床的加工工藝是固定的，環(huán)境條件較好，其控制系統(tǒng)并不是很復(fù)雜，因此直接選擇整體式PLC較好。4.1.2I/O點(diǎn)選取原則PLC平均的I/O點(diǎn)價(jià)格比較高，因此應(yīng)合理選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定余量。通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控制對象的輸入輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10%-20%的余量來確定。由PLC組成的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)37個(gè)，均為開關(guān)量。電控制系統(tǒng)有輸出信號(hào)15個(gè)，具體輸入/輸出信號(hào)見I/O表，根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的選取原則考慮10%-20%的I/O點(diǎn)數(shù)余量輸入點(diǎn)數(shù)可選取60個(gè)點(diǎn)的PLC。歐姆龍PLC系列中CPM1A與CPM2A是小型整體式PLC，市場上應(yīng)用也比較廣泛，資料也比較豐富，指令豐富，處理速度快，而CPM2A是CPM1A的改進(jìn)型，有4種不同I/O點(diǎn)數(shù)（20點(diǎn),30點(diǎn),40點(diǎn),60點(diǎn)）的CPU主機(jī)箱，還有擴(kuò)展模塊，內(nèi)置RS232通信接口，可構(gòu)成計(jì)算機(jī)—PLC網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)1：1的PC鏈接和PLC—PT（可編程終端）鏈接。，此次設(shè)計(jì)我采用歐姆龍CPM2A-60CDR-A型號(hào)的PLC作為控制器控制四工位組合機(jī)床的電氣系統(tǒng)，因?yàn)樵撔吞?hào)的PLC主機(jī)的輸入點(diǎn)為36個(gè)小于37個(gè)，還需要選擇一個(gè)20點(diǎn)的擴(kuò)展模塊這樣共有輸入點(diǎn)48個(gè)（36+12）。共有輸出點(diǎn)32個(gè)（24+8）。因?yàn)樵撓盗械腜LC最多可以擴(kuò)展3個(gè)單元，擴(kuò)展連接方式如圖4.1所示：每個(gè)單元是固定的20點(diǎn)，其中輸入12點(diǎn)，輸出8個(gè)點(diǎn)，因此此次選擇的CPM2A-60CDR-A及其擴(kuò)展一個(gè)單元足夠可以滿足37個(gè)輸入，15個(gè)輸出的要求，而且留有一定余量，方便以后其它功能的擴(kuò)展；且輸出形式依然選擇繼電器輸出。因?yàn)镃PM系列的I/O區(qū)分配的通道號(hào)為000—019，其中000—009為輸入通道，010—019為輸出通道。000和001通道用作CPU主機(jī)的輸入通道，002用于1號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入通道，003用于2號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入通道，004用于3號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入通道；010和011通道用作CPU主機(jī)的輸出通道，012用于1號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸出通道，013用于2號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸出通道，014用于3號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入通道。內(nèi)部輔助繼電器區(qū)有32個(gè)通道200—231，共計(jì)512點(diǎn)，用于一般內(nèi)部繼電器，另外，輸入、輸出繼電器區(qū)未被使用的通道也可作為一般內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)以上分析輸入主要用，輸出主要用表示，根據(jù)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)分析，需要輸入信號(hào)37個(gè)，均為開關(guān)量。輸出信號(hào)17個(gè)，因此輸入為—0.15（16個(gè)）、1.00-1.15（16個(gè)）與—（4個(gè)）以及1號(hào)進(jìn)程擴(kuò)展機(jī)的輸入（1個(gè)）；輸出為10.00-19.15。表4.2I/O分配輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)手動(dòng)攻絲反轉(zhuǎn)微抬啟動(dòng)夾緊快速回轉(zhuǎn)快速回轉(zhuǎn)反向開關(guān)反向定位反靠開關(guān)慢回離合器開關(guān)鉆孔快進(jìn)2DP壓力繼電器鉆孔快退1DP壓力繼電器擴(kuò)孔快進(jìn)手動(dòng)攻絲正轉(zhuǎn)擴(kuò)孔快退工位原點(diǎn)鉆孔工進(jìn)已快進(jìn)擴(kuò)孔工進(jìn)已工進(jìn)攻絲快進(jìn)手動(dòng)攻絲快進(jìn)攻絲快退手動(dòng)鉆孔快退攻絲正轉(zhuǎn)手動(dòng)擴(kuò)孔快進(jìn)攻絲反轉(zhuǎn)反向攻絲鉆孔齒條原位擴(kuò)孔工位原點(diǎn)已快進(jìn)已工進(jìn)手動(dòng)回原點(diǎn)半自動(dòng)手動(dòng)擴(kuò)孔快退停止工位原點(diǎn)已快進(jìn)及正向攻絲反向攻絲已快退手動(dòng)攻絲快退微抬手動(dòng)回轉(zhuǎn)手動(dòng)反向手動(dòng)夾緊手動(dòng)返回手動(dòng)鉆孔快進(jìn)手動(dòng)鉆孔工進(jìn)4.3.1PLC的詳細(xì)接線圖I/O接口圖它反映的是PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場設(shè)備的連接。PLC的輸入點(diǎn)大部分是共點(diǎn)式，即所有輸入點(diǎn)具有一個(gè)公共端COM。輸出點(diǎn)共用COM1與COM2，該P(yáng)LC采用交流220V進(jìn)行供電，具有緊急停車按鈕，提供安全保障。為了清楚簡約的表現(xiàn)出CPM2A-60CDR-A及其擴(kuò)展模塊的接線，此次設(shè)計(jì)畫接線圖時(shí)將它們合并在一起了，因此輸入用0.00、1.00等表示，輸出用10.00等表示，加深了程序的可讀性，輸出繼電器與相應(yīng)的KM電機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而電機(jī)的移動(dòng)通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，PLC控制相應(yīng)電磁閥的得、失電情況，達(dá)到控制電機(jī)的目的，最終完成PLC對四工位組合機(jī)床的控制，因此最終PLC的I/O電氣接口圖如圖4.3.1所示：CPM2A-60CDR-A擴(kuò)展4.3.2電機(jī)電氣原理圖由液壓控制系統(tǒng)圖知，液壓系統(tǒng)控制相應(yīng)電機(jī)移動(dòng)，電氣系統(tǒng)控制相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，KM3觸點(diǎn)控制電機(jī)M3完成鉆孔工序，KM2觸點(diǎn)控制電機(jī)M2完成擴(kuò)孔工序，而觸點(diǎn)KM1與KM4分別控制電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)，完成攻絲工序，KM1與KM4是通過改變?nèi)我鈨上嘞嘈蜻_(dá)到電機(jī)正發(fā)轉(zhuǎn)效果。至于上，下料工序則通過液壓系統(tǒng)控制上，下料機(jī)械手進(jìn)行操作。因此此次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床電機(jī)電氣原理圖如圖4.3.2所示：我們知道數(shù)控機(jī)床操作面板是數(shù)控機(jī)床的重要組成部件，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行交互的工具，主要有顯示裝置、NC鍵盤、MCP、狀態(tài)燈、手持單元等部分組成。數(shù)控車床的類型和數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，以及各生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的操作面板也不盡相同，但操作面板中各種旋鈕、按鈕和鍵盤的基本功能與使用方法基本相同。因此此次設(shè)計(jì)的基于PLC組合機(jī)床設(shè)計(jì)的操作面板也非常重要，它雖然不像數(shù)控機(jī)床那樣智能化，但是它具有半自動(dòng)化，因此我設(shè)計(jì)了半自動(dòng)，手動(dòng)以及回到原點(diǎn)的旋鈕，各種按鍵可以很方便的實(shí)現(xiàn)所需要的加工功能，具體介紹如下圖4.4所示：該操作面板還具有緊急停車按鈕，相應(yīng)的指示燈等，結(jié)構(gòu)清晰簡單，功能豐富，操作方便，給我們提高了很好的人機(jī)界面，便于人和設(shè)備之間的信息交換。操作面板手動(dòng)手動(dòng)回原點(diǎn)半自動(dòng)回原點(diǎn)半自動(dòng)負(fù)載電源負(fù)載電源微抬快速回轉(zhuǎn)手動(dòng)返回鉆孔快進(jìn)鉆孔工進(jìn)鉆孔快退擴(kuò)孔快進(jìn) 擴(kuò)孔工進(jìn)擴(kuò)孔快退攻絲快進(jìn)攻絲正轉(zhuǎn)攻絲反轉(zhuǎn)攻絲快退啟動(dòng) 擴(kuò)孔工進(jìn)擴(kuò)孔快退攻絲快進(jìn)攻絲正轉(zhuǎn)攻絲反轉(zhuǎn)攻絲快退啟動(dòng)緊急停車因?yàn)楣ぷ鞴β什皇窍嗖詈艽螅蔬x擇三個(gè)型號(hào)相同的電機(jī)。所以熱繼電器、接觸器、和熔斷器額型號(hào)都相同。(1)電動(dòng)機(jī)的選擇：估算液壓泵的功率：P上式中：p：液壓泵的工作壓力q：液壓泵的實(shí)際流量電動(dòng)機(jī)名稱M1M2M3電動(dòng)機(jī)名稱M1M2M3電機(jī)型號(hào)JQ2-64-4JQ2-64-4JQ2-64-4電機(jī)型號(hào)JQ2-64-4JQ2-64-4JQ2-64-4功率17KW17KW17KW功率17KW17KW17KW額定電流32.9A32.9A32.9A額定電流32.9A32.9A32.9A額定轉(zhuǎn)速1460r/min1460r/min1460r/min額定轉(zhuǎn)速1460r/min1460r/min1460r/min額定效率89%89%89%額定效率89%89%89%啟動(dòng)電流/額定電流7A7A7A啟動(dòng)電流/額定電流7A7A7A熱繼電器的選擇：熱繼電器名稱FR1FR2FR3熱繼電器名稱FR1FR2FR3型號(hào)LR1-D4053LR1-D4053LR1-D4053型號(hào)LR1-D4053LR1-D4053LR1-D4053額定電流40A40A40A熱元件號(hào)（規(guī)格數(shù)）2種2種2種熱元件號(hào)（規(guī)格數(shù)）2種2種2種電流調(diào)節(jié)范圍23—40A23—40A23—40A（2）接觸器的選擇：接觸器名稱KM1KM2KM3接觸器名稱KM1KM2KM3型號(hào)B65B65B65型號(hào)B65B65B65約定發(fā)熱電流80A80A80A約定發(fā)熱電流80A80A80A額定工作電壓380V380V380V額定工作電壓380V380V380V額定工作電流65A65A65A額定工作電流65A65A65A熔斷器的選擇：熔斷器的名稱FU1FU2FU3熔斷器的名稱FU1FU2FU3型號(hào)NT1NT1NT1型號(hào)NT1NT1NT1額定電壓500V500V500V額定電壓500V500V500V額定電流250A250A250A額定電流250A250A250A名稱型號(hào)吸油過濾器YCX型箱外自封式過濾器限壓式變量泵YBP型10MPa直通式單向閥AD型直通式單向閥減壓閥YJF3溢流減壓閥順序閥X2F直控式順序閥溢流閥YF溢流閥三位五通電磁換向閥DSG型兩位四通電磁換向閥DSG型液壓缸C—LA—1—125—C—中壓—R第五章部分程序的分析以及程序調(diào)試結(jié)果5.1以下程序段的分析：—AR3.07具有以下意義：AR3.00:手動(dòng)AR3.01:回原點(diǎn)AR3.02:單步AR3.03：單周期（半自動(dòng)）AR3.04：連續(xù)運(yùn)行（全自動(dòng)）AR3.05:回原點(diǎn)起動(dòng)AR3.06:自動(dòng)操作起動(dòng)AR3.07:停止相應(yīng)的工作方式由1.04、1.05、1.06來確定。1.04、1.05、1.06是由一個(gè)三個(gè)觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)只能有一個(gè)工作方式，故后面編程時(shí)特意加入了互鎖。分別實(shí)現(xiàn)了控制面板上的手動(dòng)、回原點(diǎn)、半自動(dòng)功能。此次設(shè)計(jì)程序初始化后，輔助記憶繼電器（AR）用于系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志作用的AR0.00、AR0.01、AR0.11和下列特殊輔助繼電器被自動(dòng)指定為以下功能，PLC運(yùn)行過程中，這些元件的功能仍保持不變：（備注：為了畫功能圖方便特意添加的輔助繼電器AR對應(yīng)的注釋說明，不是指繼電器的名稱，只是功能代號(hào)。除了以下三個(gè)功能代號(hào)，其它輔助繼電器均按照先后順序設(shè)置功能代號(hào)，具體結(jié)合功能圖與梯形圖進(jìn)行分析）AR0.00：手動(dòng)操作的初始轉(zhuǎn)太繼電器（注釋功能代號(hào)為S0）AR0.01:回原點(diǎn)操作的初始狀態(tài)繼電器（注釋功能代號(hào)為S1）AR0.11:自動(dòng)操作的初始狀態(tài)繼電器（注釋功能代號(hào)為S2）232.00：原點(diǎn)條件232.01:回原點(diǎn)完成標(biāo)志232.02:轉(zhuǎn)換起動(dòng)（從初始狀態(tài)的轉(zhuǎn)換被允許）如果改變了當(dāng)前選擇的工作方式，在“回原點(diǎn)完成”—HR0.08八個(gè)保持繼電器，分別保持不同狀態(tài)下的相關(guān)條件，也即是該支路滿足條件時(shí)，就可以執(zhí)行下一步操作，簡化了程序的梯形圖。以上程序原點(diǎn)條件初始化后，進(jìn)入各個(gè)功能的選擇，通過控制面板選擇不同的功能，該程序段是手動(dòng)操作狀態(tài)下，微抬按鈕按下后，輸出繼電器輸出微抬信號(hào)，完成工作臺(tái)的微抬動(dòng)作，之后在手動(dòng)回轉(zhuǎn)信號(hào)下實(shí)現(xiàn)快速回轉(zhuǎn)動(dòng)作，依次運(yùn)行PLC程序，完成組合機(jī)床的加工功能。5.2此次設(shè)計(jì)的程序建立以及調(diào)試結(jié)果分析如下：進(jìn)入CX—Programmer的主界面后，新建一個(gè)新的文件，此時(shí)屏幕上出現(xiàn)一個(gè)對話框，如圖5.2.1所示，在“設(shè)備名稱”中填入新工程的名稱，然后進(jìn)行PLC機(jī)型、網(wǎng)絡(luò)類型的設(shè)置，之后點(diǎn)擊確定開始PLC編程，編程界面如圖5.2.2所示；依次按照編程步驟進(jìn)行編程，并且盡量為每條語句添加注釋，增強(qiáng)程序的可讀性，最后輸入END指令，至此整個(gè)梯形圖程序編寫完畢。程序編寫完畢還需要進(jìn)行程序的初步調(diào)試，在調(diào)試時(shí)才發(fā)現(xiàn)存在一些錯(cuò)誤和警告，在老師的指導(dǎo)下經(jīng)過幾天的修改，查閱了大量歐姆龍編程資料，最終程序通過調(diào)試，不存在錯(cuò)誤，完成此次設(shè)計(jì)的PLC編程，程序還生成了指令表，具體見附件二。該程序調(diào)試結(jié)果如圖5.2.3所示：第六章設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)本次承擔(dān)的課題是基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，作為典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備，作者全面負(fù)責(zé)了基于PLC的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。總結(jié)本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容，作者主要就以下幾個(gè)方面開展了工作：(1)四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)總體方案的確定比較以往組合機(jī)床的相關(guān)資料，擬定了控制系統(tǒng)總體方案，對組合機(jī)床采用電液一體化總體設(shè)計(jì)，提出預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能并初步繪制了流程圖，同時(shí)對四工位組合機(jī)床的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明；(2)四工位組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析了四工位組合機(jī)床對零件進(jìn)行鉆孔,擴(kuò)孔,攻絲等工序的加工以及一個(gè)裝卸工位來裝卸工件。繪制四工位組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)總圖一張，并對液壓系統(tǒng)圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

(3)完成PLC的選型及PLC接線圖設(shè)計(jì)針對此次四工位組合機(jī)床的功能得出PLC的IO點(diǎn)數(shù)，根據(jù)IO點(diǎn)數(shù)以及實(shí)用性、穩(wěn)定性、性價(jià)比、自己的熟悉程度等原因選擇了歐姆龍CPM2A系列PLC，并且完成PLC接線圖的設(shè)計(jì)。(4)四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用CX—One軟件進(jìn)行歐姆龍PLC梯形圖的編寫；由于受到一些實(shí)際條件的制約、個(gè)人能力有限和時(shí)間的關(guān)系，整個(gè)系統(tǒng)還存在不足之處：（1）針對不同的工況，程序還需要完善和優(yōu)化，以達(dá)到更好的控制效果。（2）由于硬件條件限制，對于此次設(shè)計(jì)梯形圖沒有通過硬件調(diào)試進(jìn)行驗(yàn)證，只通過軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，但是具體加工精度是否滿足要求，還有待優(yōu)化。PLC作為新一代的工業(yè)控制裝置，具有開發(fā)柔性好，接線簡單，安裝方便，抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，用它來控制四工位組合機(jī)床這樣復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，是理想的選擇。PLC的采用,降低了機(jī)床的故障率,節(jié)省了大量的維修費(fèi)用,提高了整機(jī)的可靠性，保證了工件的精度要求。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我加深了對PLC的理解，了解了其型號(hào)規(guī)格并能正確使用。掌握了PLC的基本原理及編程方法，能夠根據(jù)工藝過程和控制要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和編制應(yīng)用程序。熟悉了典型設(shè)備電氣控制系統(tǒng)，具有了從事電氣設(shè)備安裝調(diào)試、維修管理等方面的能力。提高了設(shè)計(jì)和改進(jìn)一般機(jī)械設(shè)備電氣控制的基本能力。參考文獻(xiàn)范次猛.可編程控制器原理與應(yīng)用.北京理工大學(xué)出版社.2006.8.第1版廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2012王立權(quán)、王宗義、王淑鈞、徐景.可編程控制器原理與應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2005.1.第1版工廠常用電氣手冊（下冊）.水利電力出版社.1986.5.第1版孫同景.陳桂友.PLC原理及工程應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.2013.3.第1版組合機(jī)床設(shè)計(jì)（第三冊電氣部分.機(jī)械工業(yè)出版社.1976.3.第1版謝家贏.組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊.機(jī)械工業(yè)出版社2012.5重印大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊.機(jī)械工業(yè)出版社.1975.11歐姆龍CPM2A系列PLC使用說明書歐姆龍plc編程軟件使用手冊

致謝此畢業(yè)設(shè)計(jì)是在X老師的悉心指導(dǎo)下完成的。梁剛師