PLC半精镗专用机床控制系统设计.docx

PLC半精镗专用机床控制系统设计.docx

《PLC半精镗专用机床控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC半精镗专用机床控制系统设计.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

PLC半精镗专用机床控制系统设计

目录

前言…………………………………………………………………………………2

摘要…………………………………………………………………………………3

PLC简述…………………………………………………………………………………4

设计任务书………………………………………………………………………………6

半精镗专用机床的控制过程……………………………………………………………7

PLC选择依据…………………………………………………………………………10

PLC的I/O分配…………………………………………………………………………11

接线图……………………………………………………………………………………12

梯形图……………………………………………………………………………………13

语句表……………………………………………………………………………………14

总结…………………………………………………………………………………15

参考文献…………………………………………………………………………………16

在PLC发明之前，在工业控制的顺序控制领域内，常常采用诸如继电器、鼓式开关、纸带阅读器等机械、电气式器件作为控制元件，尤其是控制继电器，在离散制造过程控制领域内，成为“开关控制系统”中最广泛使用的器件。

但是，随着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求在不断提高，对于控制系统的可靠性也提出了更高的要求，原有“继电器控制系统”已不适应需要，究其原因是：

动作缓慢；寿命短、可靠性差；体积大、耗电多；设计制造周期长、程序修改费时；不能实现与计算机对话。

到20世纪60年代，由于美国汽车工业需要进行大规模的技术改造和设备更新，由传统的继电器控制装置来进行控制，不仅体积庞大、故障率高、柔性差、不灵活、耗能，而且调试困难，可靠性也差。

虽然小型计算机已日趋完善，应用领域也在不断扩大，但小型计算机用于开关控制系统，又显然存在着“大马拉小车”的情况，这是由于小型计算机的特点决定的：

编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员；需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求过高；功能过剩，机器资源未能充分利用；造价高昂。

需要与可能性，促使人们寻求新的出路，PLC应运而生。

PLC技术代表了当今电气程序控制的最先进水平。

通过PLC与各种单元自动化装置（如智能仪表、数字化传单装置、智能的液压和气动阀组等）以及现场总线、计算机网络系统，构成了车间和工厂自动化的完整体系。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

摘要

多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。

今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。

半精镗专用机床是加工汽车连杆的专用设备，自动化程度和设备运行可靠性要求较高，将PLC的高可靠性和程序编制的柔性运用于专用机床电控系统的设计，极大提高了镗床系统的可靠性和镗床的工作效率，减少了维修、维护的工作量，提高发动机及汽车的性能指标。

本文详细介绍半精镗专用机床的PLC控制系统，其中包括可编程控制器的机型选择、输入／输出地址分配、可编程控制器梯形图程序设计；并指出应注意的一些问题。

半精镗专用镗床是应用于加工汽车连杆的专用设备，汽车连杆是发动机的重要组成部件，它直接影响到发动机及汽车的性能指标。

如果机床电控系统采用继电接触器控制，由于使用了大量的机械触点，导致设备的响应速度慢、可靠性差、故障率高、接线复杂、不便于调整和维修，加工产品的质量无法得到可靠保证。

可编程序控制器具有通用性好、抗干扰能力强、性价比高等特点，运用其控制逻辑的软件设计功能可在很大程度上改善机床电控系统的柔性；同时，其可靠性得到明显增强，具有很好的社会和经济效益

一、PLC简述

PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。

也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。

PLC=ProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，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。

是工业控制的核心部分　PLC=ProgrammableLogicController，可编程控制器　另外PLC还有以下几个名称：

　PLC=PowerLineCommunication，电力线通信，即我们俗称的“电力线上网”。

PLC=PublicLimitedCompany，公共有限公司，股票上市公司。

PLC=Power-lineCarrier，输电线载波，电力线载波，电源线车。

PLC=PowerLoadingControl，动力负载控制。

PLC=PreparativeLayerChromatography，制备层色谱法。

PLC=ProgrammingLanguageCommittee，程序设计语言委员会[美]。

可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

a、电源:

：

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

b.中央处理单元（CPU）：

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

c、存储器：

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

d、输入输出接口电路：

1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。

2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

e、功能模块：

如计数、定位等功能模块f、通信模块：

如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等

　　实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。

在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：

步骤一“输入状态检查”：

PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。

步骤二“程式执行”：

将阶梯图程式逐行取入CPU中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。

输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。

步骤三“输出状态更新”：

将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。

此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。

每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。

二、“机电传动控制”课程设计任务书

1.设计题目：

设计一汽车连杆半精镗专用机床PLC控制系统，并用编程器调试、开发该系统的硬件和软件。

2.设计要求：

汽车连杆半精镗专用机床由以下几个部分组成：

左滑台、右滑台、左动力头、右动力头、工件定位夹具及液压站。

下图为机床的大致轮廓。

机床的左、右滑台动作及工件的定位夹紧都由液压提供动力。

3.小组分工：

高凯晔：

找资料、编写调试程序、画电路图、写报告

李骥鸿：

找资料、编写调试程序、画电路图、写报告

徐磊磊：

找资料、编写调试程序、画电路图、写报告

杨英：

找资料、编写调试程序、画电路图、写报告

三、半精镗专用机床的控制过程

1.半精镗专用机床动作过程为：

原位→启动→夹紧→拔销→右快进→右工进→右快退→左快进→左工进→左快退→插销→松开.

2.工作流程如图所示：

3.各元件得失电过程：

汽车连杆的加工工艺过程要求一面两销定位，同时装卡两件，两件同时加工。

机床在原始状态，两件人工认销，认销完成后，首先同时按SB7、SB8启动循环，然后同时按SB1、SB2按钮，将工件夹紧（继电器YV5、YV7、YV9得电）。

夹紧力到后（夹紧压力继电器SP0得电），进行拔销（YV11继电器得电）。

拔销到位后SQ2继电器得电发出指示信号。

接着右动力头在右滑台带动下快进（继电器YV1得电），同时右主轴启动（接触器KM1得电），右滑台快进一段距离，碰到工件后，液压系统内压力升高，（右滑台压力继电器SP1发出得电信号后），右滑台通过液压行程调速自动转为工进，同时镗工件的两个大孔和两个小孔，镗完孔到终点，碰到右滑台终点行程开关SQ3时，右滑台后退（继电器YV2得电）。

右滑台碰到原位行程开关SQ4时，右主轴停止（KM1断电），同时左滑台带动左动力头快进（继电器YV3带动），与此同时，左主轴启动（左主轴接触器KM2得电）。

当左滑台快进一段距离碰到加工工件后，液压系统压力升高（左滑台压力继电器SP2得电），左滑台通过液压行程阀自动调整为工进，加工左边的孔，碰到左滑台终点行程开关SQ5后，左滑台快退（继电器YV4得电）。

左滑台退回原位，碰到行程开关SQ6后，左主轴停止（KM2断电），接着进行插销（YV12得电）。

插销到位后SQ1继电器得点发出指示信号，工件松开（YV6、YV8、YV10得电，YV5、YV7、YV9失电）。

至此整个加工过程完成，机床回到原始状态。

卸下工件，又可以进行下一次加工。

考虑到PLC的I/O点数分配以及程序的简洁，控制开关SB7&SB8与SB1&SB2分别串联后连接在PLC输入端，电磁阀YV5&YV7、YV6&YV8&YV10分别串联后连接在PLC输出端，另外与在滑台由快进转工进时，SP1与SP2发出的信号则不通过PLC，而是直接连接到液压控制阀自动调整快进为工进。

各电磁阀在各过程中的得失电情况如下表所示：

电磁阀

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7

YV8

YV9

YV10

YV11

YV12

SP0

SP1

SP2

夹紧

＋

＋

＋

＋

拔销

＋

＋

＋

＋

＋

右快进

＋

＋

＋

＋

右工进

＋

＋

＋

＋

＋

右快退

＋

＋

＋

＋

左快进

＋

＋

＋

＋

左工进

＋

＋

＋

＋

＋

左快退

＋

＋

＋

＋

插销

＋

＋

＋

＋

＋

松开

＋

＋

＋

四、PLC机型选择

PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。

由于汽车连杆半精镗专用机床的工艺过程较为固定且控制系统比较简单，我们选择功能相对单一，体积相对较小的整体式PLC；另外考虑I/0点数，参考后面PLC的I/O分配表，此系统至少需要9个输入口，11个输出口，在选型时应大于此两数以便于以后的调试与其他扩展。

在综合考虑容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面后，我们选择三菱的FX1S-30MR-001型号的PLC，此机型的参数及特点如下：

型号

FX1S-30MR-001

合计点数

30点

输入点数

16点

输入形式

DC24V

输出点数

14点

输出形式

继电器

尺寸（mm）（宽）×（厚）×（高）

100×75×90

特点

集成性&性价比

CPU、电源、输入输出合为一体。

通过使用显示模块和功能扩展板，可以非常简便地实现系统升级。

机身小巧，高速运算

基本指令：

0.55-0.7μs/指令 

应用指令：

3.7-数100μs/指令 

使用放心，存储量大的存储器规格

内置2000步EEPROM存储器 

没有电池，无需维护 

丰富的软元件资源

辅助继电器：

512点，定时器：

64点，计数器：

32点 

数据寄存器：

256点 

五、PLC的I/O分配

输入

输出

地址

功能

地址

功能

X00

循环启动按钮SB7&SB8

Y00

夹紧阀YV5&YV7

X01

启动按钮SB1&SB2

Y01

夹紧阀YV9

X02

压力继电器SP0

Y02

拔销阀YV11

X03

拔销限位SQ2

Y03

右主轴KM1

X04

右限位SQ3

Y04

右滑台快进YV1

X05

右原位SQ4

Y05

右滑台快退YV2

X06

左限位SQ5

Y06

左滑台快进YV3

X07

左原位SQ6

Y07

左主轴KM2

X10

插销限位SQ1

Y10

左滑台快退YV4

Y11

插销阀YV12

Y12

松开阀YV6&YV8&YV10

六、接线图

七、梯形图

八、语句表

1LDX000

2ORM1

3ANIY012

4OUTM1

5LDX001

6ORY001

7ANDM1

8OUTY000

9ANIY003

10ANIY007

11OUTY001

12LDM1

13ANDX002

14ANIX003

15ANIY011

16OUTY002

17LDX003

18ANIY007

19ANIY011

20MPS

21ANIX005

22OUTY003

23MPP

24ANIY005

25OUTY004

26LDX004

27ORY005

28ANDY003

29OUTY005

30LDX004

31ORM2

32ANDM1

33OUTM2

34LDM2

35ANDX005

36ANIY011

37ANIY003

38MPS

39ANIY010

40OUTY006

41MPP

42ANIX007

43OUTY007

44LDX006

45ORY010

46ANDY007

47OUTY010

48LDX006

49ORM3

50ANDM1

51OUTM3

52LDM3

53MPS

54ANIY012

55ANDX007

56OUTY011

57MPP

58ANDX010

59OUTY012

60END

总结

机电控制的设计过程行将结束，这半个学期让我们收获了不少。

本次设计针对的是半精镗专用机床控制系统。

当然其中还学习了机床等一些与自己专业关联的知识。

在完成项目期间，我们组的分工很明确，有负责编程的，有负责报告找资料，有负责画电路图的。

虽说分工明确,但在完成项目过程中遇到些麻烦的话组员之间还是相互配合相互帮助,尽量让每一个组员学到更多的专业知识,使每一个组员更上一个层次。

应该来说，虽然我们的专业是机械类，但是随着时代的发展，机械和电子控制的联系已经越来越紧密了。

通过本学期的学习，我们对机电控制有了较深的理解，而经过本次实际半精镗专用机床情况的分析设计，

我们更加熟悉了机床的工作过程，而且将其分解成一个个可进行电子控制的步骤，可以说，我们对机电控制理论已经达到初步掌握的程度了。

掌握这些内容对我们今后的学习工作生活会非常有帮助。

在整个设计过程中，在整个设计课程中，我们遇到的困难和疑惑以及它们的解决过程让我们意识到团队合作的重要性。

在实验实际操作及购买元件的过程中加深了对继电器、芯片的型号性能的理解，从而在自己动手的过程中学到了课本上没有的知识。

本次设计基本集合了I/O口输入/输出的应用、系统设计方法等。

在具体的实验过程中，利用基础知识对程序的理解在整个PLC设计中起决定性的作用。

经过了这次设计过程，能做成这样一件不错的作品，我们都感到非常有成就感。

期间我们在一开始的选题过程中就分歧不断，通过激烈的辩论才最终确定了做这个题目。

而在制作过程中我们互相帮助，虽然有分工但是大家能帮则帮，充分发挥了团队精神，最大化提高了整个设计过程的效率。

值得一提的是其中付庄老师的答疑解惑也对我们有相当大的帮助。

由此，我们才能最终完成本项设计。

这与我们四个人的努力和付老师的指点是分不开的。

[参考文献]

1、PLC应用实例与程序解说，杨公源张牧等，电子工业出版社2008

2、机电控制技术，杨汝清张伟军等，科学出版社2009

3、可编程控制器应用技术与设计实例，高钦和等，人民邮电出版社2004