组合机床.docx
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组合机床
苏州市职业大学
课程设计说明书
名称PLC在组合机床控制中的应用
2009年06月22日至2009年06月26日共1周
院 系机电工程系
班级07机制
（1）
姓名刘超
系 主 任陶亦亦
教研室主任
指导教师陆春元
绪论………………………………………………………………………………3
第1章PLC控制系统设计……………………………………………………4
1.1PLC控制系统设计的基本原则…………………………………………4
1.2PLC机型选择……………………………………………………………5
第2章PLC在组合机床控制中的应用…………………………………………8
2.1PLC在组合机床控制中的应用的控制要求…………………………………8
2.2组合机床控制信号说明………………………………………………………11
2.3外部接线图……………………………………………………………………12
2.4组合机床控制设计…………………………………………………………13
2.5梯形图程序调试………………………………………………………………19
第3章课程设计总结…………………………………………………………20
参考文献………………………………………………………………………21
绪论
PLC可编程序控制器：
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.
PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。
普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。
而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。
入出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
入出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。
PLC程序既有生产厂家的系统程序（不可更改），又有用户自行开发的应用（用户）程序。
系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。
可靠物理实现主要靠输人（INPUT）及输出（OUTPUT）电路。
PLC的I/O电路，都是专门设计的。
输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。
而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。
输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。
输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。
I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。
PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。
但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。
输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。
每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。
输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。
输出锁存器与输出点也是一一对应的
这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。
它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。
把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。
PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。
这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。
这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。
由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。
第1章PLC控制系统设计
1.1 PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1.最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
2.保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如：
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3.力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4.适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
1.2PLC机型选择
随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和型号越来越多，功能日趋完善。
从美国，日本、德国等国家引进的PLC产品及国内厂商组装或自行开发的PLC产品已有几十个系列。
上百种型号。
其结构形式、性能、容量、指令系统，编程方法、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。
因此，合理选择PLC产品，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。
一般来说，各个厂家生产的产品在可靠性上都是过关的，机型的选择主要是指在功能上如何满足自己需要，而不浪费机器容量。
PLC的选择主要包括机型选择，容量选择，输入输出模块选择、电源模块选择等几个方面。
1、可编程控制器控制系统I/O点数估算
I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。
根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%～15%的I/O裕量。
估算出被控对象上I/O点数后，就可选择点数相当的可编程控制器。
如果是为了单机自动化或机电一体化产品，可选用小型机，如果控制系统较大，输入输出点数较多，被控制设备分散，就可选用大、中型可编程控制器。
2、内存估计
用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：
内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数。
（1）内存利用率 用户编的程序通过编程器键入主机内，最后是以机器语言的形式存放在内存中，同样的程序，不同厂家的产品，在把程序变成机器语言存放时所需要的内存数不同，我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。
高的利用率给用户带来好处。
同样的程序可以减少内存量，从而降低内存投资。
另外同样程序可缩短扫描周期时间，从而提高系统的响应。
（2）开关量输入输出的点数 可编程控制器开关量输入输出总点数是计算所需内存储器容量的重要根据。
一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：
4。
这方面的经验公式是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。
所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*10
（3）模拟量输入输出总点数 具有模拟量控制的系统就要用到数字传送和运算的功能指令，这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增加。
在只有模拟量输入的系统中，一般要对模拟量进行读入、数字滤波、传送和比较运算。
在模拟量输入输出同时存在的情况下，就要进行较复杂的运算，一般是闭环控制，内存要比只有模拟量输入的情况需要量大。
在模拟量处理中。
常常把模拟量读入、滤波及模拟量输出编成子程序使用，这使所占内存大大减少，特别是在模拟量路数比较多时。
每一路模拟量所需的内存数会明显减少。
下面给出一般情况下的经验公式：
只有模拟量输入时：
内存字数=模拟量点数*l00
模拟量输入输出同时存在时：
内存字数＝模拟量点数*200
这些经验公式的算法是在10点模拟量左右，当点数小于10时，内存字数要适当加大，点数多时，可适当减小。
综上所述，推荐下面的经验计算公式：
总存储器字数＝（开关量输人点数+开关量输出点数）*l0+模拟量点数*150。
然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。
3、响应时间
对过程控制，扫描周期和响应时间必须认真考虑。
可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号。
例如某产品有效检测宽度为5cm，产品传送速度每分钟50m，为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控制器的扫描周期不能大于产品通过检测点的时间间隔60ms（T＝5cm／50m／60s）。
系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。
系统响应时间＝输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期.
4、输入输出模块的选择
可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关；接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，模块类型分直流5、12、24、48、60V几种；交流115V和220V两种。
由现场设备与模块之间的远近程度选择电压的大小。
一般5、12、24V属低电平，传输距离不宜太远，例如5V的输入模块最远不能超过10m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模块比较可靠。
另外高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。
一般讲，同时接通点数不得超过60%。
为了提高系统的稳定性，必须考虑门槛（接通电平与关断电平之差）电平的大小。
门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。
输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。
对于开关频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高；过载能力稍差。
继电器输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。
输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。
输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。
6、结构型式的考虑
PLC的结构分为整体式和模块式两种。
整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块大印刷电路板上，节省了插接环节，结构紧凑，体积小，每一I/O点的平均价格也比模块式的便宜，所以小型PLC控制系统多采用整体式结构。
模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式方便灵活。
维修时更换模块，判断与处理故障快速方便。
因此，对于较复杂的要求较高的系统，一般选用模块式结构。
7、是否需要通讯联网的功能
大部分小型PLC都是以单机自动化为目的，一般没有和上位计算机通讯的接口。
如果用户要求将PLC纳入工厂自动化控制网络，就应选用带有通讯接口的PLC。
一般大、中型PLC都具有通讯功能。
近年来，一些高性能的小型机（如FX、C40H、S5-100U等）也带有通讯接口，通过RS-232串行接口，与上位计算机或另一台PLC相连，也可以连接打印机、CRT等外部设备。
以上简要地介绍了PLC选型的依据和应考虑的几个问题，用户应根据生产实际的需要，综合考虑各种因素，选择性能价格比合适的产品，使被控对象的控制要求得到完全满足，也使PLC的功能得到充分发挥。
第2章PLC在组合机床控制中的应用
2.1控制要求
1）组合机床概述
两工位钻孔、攻丝组合机床，能自动完成工件的钻孔和攻丝加工，自动化程度高，生产率高。
机床主要由床身，移动工作台、夹具、钻孔动力头、攻丝滑台、攻丝动力头、滑台移动控制凸轮和液压等组成，如下图所示：
组合机床结构示意图
移动工作台和夹具用以完成工件的移动和夹紧，实现自动加工。
钻孔滑台和钻孔动力头，用以实现钻孔加工量的调整和钻孔加工。
攻丝滑台和攻丝动力头，用以实现攻丝加工量的调整和攻丝加工。
工作泰的移动（左移、右移），夹具的动作（夹紧、放松）钻孔滑台和攻丝滑台的移动（前移、后移），均由液压系统执行。
其中两个滑台移动的液压系统由滑台移动控制凸轮来控制，工作台的移动和夹具的夹紧与放松均由电磁阀控制。
根据设计要求，工作台的移动和滑台的移动应严格按规定的时序同步进行，两种运动密切配合，以提高生产效率。
2）加工工艺与控制要求
1）系统通电，自动启动液压泵电机M1.
2）若机床各部分在原位（工作台在钻孔工位SQ1动作，钻孔滑台在原位SQ2动作，攻丝滑台在原位SQ3动作），并且液压系统压力正常，压力继电器PV动作，原位指示灯HL1亮。
3）将工件放在工作台上，按下启动按钮SB，夹紧电磁阀YV1得电，液压系统控制夹具将工件夹紧，与此同时控制凸轮电机M2得电运转。
当夹紧限位SQ4动作后，表明工件已被夹紧。
4）启动钻孔动力头电机M3，且由于凸轮电机M2运转，控制凸轮控制相应的液压阀使钻孔滑台前移，进行钻孔加工。
当钻孔滑台到终点时，钻孔滑台自动后退，到原位时停，M3同时停止。
5）等到钻孔滑台回到原位后，工作台右移电磁阀YV2得电，液压系统使工作台右移，当工作台到攻丝工位时，限位开关SQ6动作，工作台停止。
启动攻丝动力头电机M4正转，攻丝滑台开始前移，进行攻丝加工，当攻丝滑台到终点时（终点限位SQ7动作），制动电磁铁DL得电，攻丝动力头制动，0.3秒后攻丝动力头电机M4反转，同时攻丝滑台由控制凸轮控制使其自动后退。
6）当攻丝滑台后退到原位时，攻丝动力头电机M4停，凸轮正好运转一个周期，凸轮电机M2停，延时3秒后左移电磁阀YV3得电，工件台左移，到钻孔工位时停。
放松电磁阀YV4得电，放松工件，放松限位SQ8动作后，停止放松，原位指示灯亮，取下工件，加工过程完成。
7）两个滑台的移动，是通过控制凸轮来控制滑台移动液压系统的液压阀实现的，电气系统不参与，只需启动控制凸轮电机M2即可。
8）在加工过程中，应启动冷却泵电机M5，供给冷却液。
输入程序编译无误后，按组合机床工艺要求调试程序，并将结果填入表7-2中。
表7-2 组合机床程序调试结果
工步
通电
起动
液压泵
各部分在原位
起动机床凸轮电机并进行夹紧
钻孔加工
钻孔滑台退回原位工作台右移
到攻丝工位攻丝加工
攻丝滑台到终端制动延时0.3s
攻丝工作头反转后退
攻丝滑台到原位到原位延时3s
工作台左移到钻孔工位放松
放松完成原位指示灯亮
输入
压力检测PV
1
钻孔工位限位SQ1
1
1
1
钻孔滑台原位SQ2
1
1
1
1
1
1
1
1
攻丝滑台原位SQ3
1
起动按钮SB
1
夹紧限位SQ4
1
1
1
1
1
1
攻丝工位SQ6
1
1
1
1
攻丝滑台终点SQ7
1
放松限位SQ8
1
1
输出
液压泵电机MI
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
凸轮电机M2
1
1
1
1
1
1
1
夹紧电磁阀YV1
1
1
1
1
1
1
1
钻孔动力头M3
1
冷却泵电机M5
1
1
1
1
1
工作台右移电磁阀YV2
1
攻丝动力头电机M4正转
1
制动DL
1
攻丝动力头电机M4反转
1
工作台左移电磁阀YV3
1
放松电磁阀YV4
1
原点指示HL1
1
1
2.2组合机床控制信号说明
输入元件
输入点编号
输出元件
输出点编号
压力检测PV
X0
原点指示HL1
Y14
钻孔工位限位SQ1
X1
液压泵点击M1（KM1）
Y1
钻孔滑台原位SQ2
X3
凸轮电机M2（KM2）
Y2
攻丝滑台原位SQ3
X4
加紧电磁阀YV1
Y10
加紧限位SQ4
X5
钻孔动力头电机M3（KM3）
Y3
攻丝工位SQ6
X6
冷却泵电机M5（KM6）
Y4
攻丝滑台终点SQ7
X7
工作台右移电磁阀YV2
Y11
放松限位SQ8
X10
攻丝动力头电机M4正转（KM4）
Y5
启动按钮SB
X11
制动DL
Y6
自动，选择手动SA
X12
攻丝动力头电机M4反转（KM5）
Y0
液压泵手动SB1
X13
工作台左移电磁阀YV3
Y12
凸轮电机手动SB2
X14
放松电磁阀YV4
Y13
钻孔手动SB3
X15
自动指示HL2
Y15
手动攻丝正传SB4
X16
手动指示HL3
Y16
手动攻丝反转SB5
X17
冷却泵手动SB6
X20
手动加紧SB7
X21
手动右移SB8
X22
手动左移SB9
X23
手动放松SB10
X24
2.3外部接线图
2.4组合机床控制设计
手动程序
自动程序
组合机床PLC自动控制梯形图程序
组合机床PLC自动控制梯形图程序（续1）
组合机床PLC手动控制梯形图程序
组合机床PLC跳转控制梯形图程序
2.5梯形图调试
由于实验室没有相应的实物控制模型，因此，在调试系统控制程序时，所有的输入信号均用开关信号来代替，所有的输出均用指示灯来表示。
调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误，特别要注意接线时不能出现短路、断路及反接等情况，否则会造成硬件损坏及人身意外.
首先调试的是自动控制程序，正确无异常。
然后调试手动程序，写出程序，PLC警报灯亮起，程序出现错误，检查程序，发现编程输入错误，改正后，输出正常。
最后调试组合程序，正常。
调试完毕。
第三章课程设计总结
通过这次设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
可编程控制器（PLC）技术是一门实践性很强的专业课，可编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
通过这次课程设计，我了解了PLC基本逻辑指令的应用，理解了区间比较指令的应用范围，熟悉了编程的方法和技巧，知道怎样去设计一个PLC应用程序，也感觉得到了PLC在控制方面的巨大优势和潜力，同时也更增强了我学好PLC的决心和信心。
在这次课程设计的过程中，由于PLC编程软件存在一定的局限性,从而导致在把程序导入Word时发生了很大的困难,我们只能通过屏幕捕捉、图形剪切，最后才能完整的把所要求的程序写在Word里，如果有更好的编程软件,相信我们会把PLC学得更好,课程设计也会做得更有质量。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。
在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。
做事要学思结合。
参考文献
[1]肖耀南电气运行与控制高等教育出版社
[2]教材电气控制与PLC实训教程
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