双面钻控制系统设计解读.docx
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双面钻控制系统设计解读
第１章双面钻设计方案选择
1.1方案选择
根据动作流程，可以用以下一些方案。
方案一：
单片机控制方案
方案二：
继电器——接触器控制方案
方案三：
PLC控制方案
在传统的继电器-接触器控制系统和PLC控制系统、微机控制系统这三种控制方式中，究竟选哪种更合适，这需要从技术上的实用性，经济性上的合理性进行各方面的比较论证。
该系统动作过程，左右动力头前进后退加紧机构加紧和放松返回原位。
放松和夹紧共用一个线圈，线圈得电时放松、失电时夹紧，所以夹紧不作为输出信号。
右动力头进入危险区送料到位夹紧回原位夹紧左动力头到位右动力头原位孔余下部分他们分别用八个限位开关SQ、SQ1、SQ2、SQ3、SQ11、SQ12、SQ21、SQ22，1个光电开关控制。
单片机控制方案：
它是用程序实现各种复杂的控制，功能最强。
工作方式采用中断处理，响应也较快，价格比PLC要低。
但它的程序修改难度较大，可靠性比PLC要差，也需要设计专门的接口电路和抗干扰措施。
在使用时要求有较好的工作环境，维护技术也较高，系统设计较复杂，调试技术难度大，需要有系统的计算机知识。
它需要设计和制作输入接口电路、输出接口电路、放大电路和印刷电路板，设计制作工作量大，周期长，而且它的抗扰能力很弱，对环境的适应性差。
继电器——接触器控制方案：
继电器控制设计出的线路比较复杂，电器控制装置的制造周期较长，造价相应较高，维修也不方便。
控制系统完成后，若控制任务发生变化，如某些生产工艺流程的变动，则必须通过改变接线才能实现。
另外接线程序控制系统中器件、接线较多，所以其平均无故障时间较短。
所以采用继电器控制方案有如下缺点：
继电器本身容易出现误动作，特别是触头氧化及铁芯与衔铁弄脏后的吸力不足，机械运动部件运动不灵活而出现被卡烧坏线圈等故障，给维护过程带来极大不便，甚至会影响正常营运工作，而且势必使硬件接线量大且复杂，进而容易诱发以下问题：
由于接线复杂，需要工程技术人员有足够的耐心，稍有不慎就会出现错误。
一旦接线出现问题，要查找故障也是一项艰巨的工作，这样我们的工作效率必然受到影响。
在单机调试时，难免要对其中的线路进行改进，这也给工程技术人员带来很大的麻烦。
由于中间继电器教多，这必然会增大控制柜的体积，增加产品的生产成本。
总之，继电器控制系统的灵活性和通用性较低，故障率较高。
PLC控制方案：
它的编程方法简单易学，梯形图语言形象直观，易学易懂；功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量少，维修方便；体积小，能耗低。
综上所述，PLC在这些方面功能比前两种方案强，我们决定采用PLC控制方案。
1.2PLC的选择：
机型选择：
该系统以开关量为主，可选用F1、F2、FX、GE—1、C—20、S5—101、TI100、EX—40等产品。
容量估算：
由经验计算公式，即总存储器字节=I/O点数和×10＋模拟量点数×150然后按计算总存储器字节的25%考虑裕量。
该控制系统内存容量大约在150B。
I/O模块：
该系统现场与输入模块距离不太远（不超过10m），因此采用低电平即可。
采用继电器输出模块，其优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜。
在设计时用到了20个输入点，7个输出点，考虑25%的裕量，该系统的PLC采用FX2N-48MR-001（24点输入，24点输出，继电器输出）即可满足要求。
第２章控制系统硬件设计与元件清单
2.1PLCI/O接线图设计
2.2PLC控制系统电器元件清单
序号
名称
符号
型号
数量
01
行程开关
SQ，SQ1，SQ2，SQ3，SQ11，SQ12，SQ21，SQ22
JLXK1-111
8
02
按钮
SB0～SB8
LA10-1
9
03
熔断器
FU
RL1-60
1
04
热继电器
FR
JR0-20/3
４
05
压力继电器
KP
JYL-20
１
06
转换开关
SA1
HJ10
1
07
接触器
KM，KM0～KM2
CJ0-20
4
08
可编程控制器
PLC
FX2N-48MR001
1
09
油泵电机
M
JQ2-Z1-4
1
10
冷却电机
M0
JQ2-Z1-4
1
11
主轴电机
M1、M2
JQ2-Z1-4
2
2.3I/O点编号分配表
输入设备
输入点编号
输出设备
输出点编号
起动按钮
X0
报警控制器YV0
Y0
停止按钮
X1
送料YV1
Y1
送料限位开关SQ1
X2
夹紧限位开关SQ3
X3
夹紧电磁阀YV2
Y2
压力继电器开关KP
X4
左动力头进给电机YV3
Y3
左、右动力头危区限位开关SQ
X5
左动力头返回电机YV4
Y4
左孔钻一半SQ12
X6
右动力头进给电机YV5
Y5
左回原位SQ11
X7
右动力头返回电机YV6
Y6
右余下部分SQ22
X10
右原位SQ21
X11
夹紧原位SQ2
X12
自动/单机点动切换开关
X13
单周期
X14
连续
X15
接触器KM的辅助常开触点
X16
夹紧限位按钮
X20
左动力头进给限位按钮
X21
左动力头返回限位按钮
X22
右动力头进给限位按钮
X23
右动力头返回限位按钮
X24
紧急停止按钮
X25
2.4操作面板
3.2
2.5主电路继电器接线图
第3章控制系统的软件设计
3.1公共程序
根据要求，该控制系统有自动程序和手动程序。
用公用程序来实现其自动和点动的切换。
1.自动/点动程序结构图如下：
其中X13是自动/点动切换开关，当X13为ON时将跳过自动程序，执行单机点动程序，当X13为OFF时，去执行自动程序。
公用程序用于自动程序和点动程序相互切换的处理。
开始执行时，要求系统处于自动方式运行。
当需要点动操作时，使X13为ON时，系统进入初始状态后再切换到单机点动方式运行。
2.公共程序梯形图如下：
其主要功能是起超节拍报警，夹紧机构一开始夹紧工件，辅助继电器M20自保启动定时器T0工作（设加工一个零件的时间为65秒）。
一旦某一步发生故障，超过了预定的定时时间，T0常开触点接通，接通Y0继电器，开始报警，直到按下紧急按钮X25才停止报警，要求检修故障并排除。
公共程序指令表如下：
2.自动程序梯形图如下：
双面钻控制系统自动程序的顺序梯形图是用启保停电路设计来实现的。
其具有全自动多次循环和单周工作功能。
由顺序功能图分析，全自动双面钻的工作过程如下：
当液压泵电机M启动完毕时，开关X16为ON，按下启动按钮X0，辅助继电器M1通电自保，Y1线圈通电，送料机构开始送料。
送料到位时，碰SQ1，行程开关X2为ON，由辅助继电器互锁作用，辅助继电器M1为OFF，，Y1线圈断电，送料机构自动返回。
同时，辅助继电器M2通电自保，Y2线圈通电，夹紧机构对工件夹紧。
当夹紧机构已对工件夹紧时，碰SQ3，行程开关X3为ON；当对工件有一定的夹紧力时，压力继电器KP动作，继电器开关X4为ON。
此时，辅助继电器M2断电，辅助继电器M3通电自保，线圈Y3和Y5通电，左右动力头同时向前进给，它们的主轴电机M1和M2同时启动，开始对工件进行钻削加工。
当左、右动力头将要进入危险区时，右动力头碰SQ，行程开关X5为ON，辅助继电器M4通电自保，辅助继电器M3断电，使Y5断电，右动力头停止进给，而左动力头继续进给。
当左动力头钻至整个孔深的一半时，碰SQ12，行程开关X6为ON，辅助继电器M5通电自保，辅助继电器M4断电，使Y3断电，Y4通电，左动力头停止进给并快速返回。
当左动力头返回原位时，碰SQ11，行程开关X7为ON，辅助继电器M6通电自保，辅助继电器M5断电，于是Y4断电，左动力头停在原位，同时Y5重新通电，使右动力头又继续进给。
右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰SQ22，行程X10为ON，辅助继电器M7通电自保，辅助继电器M6电，使Y5线圈断电，Y6线圈通电，右动力头停止进给并快速返回。
当右动力头返回原位时，碰SQ21，行程开关X11为ON，辅助继电器M8通电自保，辅助继电器M7断电，使Y6断电，右动力头停止。
同时Y2断电，夹紧机构松开，C0计数值加1。
当夹紧机构返回原位时，碰SQ2，行程开关X12为ON，发出夹紧机构已返回原位的信号。
至此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。
若需要加工多个工件，则可通过设置计数器C0来实现。
（为方便调试，设C0初值为2）。
开关X15闭合时，可实现自动加工C0个设定的工件个数，加工完后返回初始位置。
开关X15断开，X14为ON时，可实现单周期工作。
3.自动程序指令表：
3.3点动程序
1.点动程序梯形图如下：
2.点动程序指令表：
注：
点动程序段的作用主要是用于对主轴电动机、滑台和夹紧机构进行点动操作，以便能对钻孔深度进行调整。
他的设计比较复杂，能对主轴电机，左右动力头的进给和返回具有点动控制。
为了保证系统的安全运行，在点动程序中设置了一些必要的联锁，而且要避免双线圈的问题出现。
第4章控制系统总调试
程序调试过程也是一个复杂的过程，任何一个环节出错都会导致程序不能顺利完成。
完成了前面的准备工作，紧接下来工作，也是最重要、最关键的就是调试。
首先，对各个部分已编好的程序进行逻辑分析无误后，将编好的梯形图程序或指令表程序输入到计算机PLC软件上。
按照程序要求，连接好外部开关、按钮及输出的模拟指示信号，验证程序对错。
然后，将PLC的启动开关扳到STOP端，单击软件主菜单上的PLC下拉菜单，单击“写入”命令，在弹出的菜单选择合适的程序步长度，单击“确定”，将程序写入PLC内。
完成写入后，再单击下拉菜单“监控/测试”单击“开始监控”，这时可以观察到，辅助继电器M0为ON，依照程序，接通X16，按下启动按钮X0，观察到辅助继电器M1通电自保，辅助继电器M0由于互锁作用断电，输出继电器Y1通电置位，呈绿色状态，以区别断开状态。
依次按下各个模拟行程开关，观察对应的输出Y是否接通，当前步的辅助继电器M是否接通，即当前步是否为活动步。
同时，其前级步必为不活动步。
如果为“是”则说明程序是正确的，反之，是错误的，必须进行修改。
最后，值得注意的是，在程序有返回或跳转时，按下相应的按钮或开关后，应能返回或跳转到指定的地方。
程序中使用到计数器时，必须在外循环对计数器进行复位操作，否则，再次执行程序时，容易出错。
在此次程序的调试过程中，我们也遇到了很多的问题。
一个是双线圈输出的处理不妥，没有采用“M3ORM4”的方法，而是直接顺序连接，造成了前级线圈Y3无效。
经过研究讨论，问题解决了。
还有一个是程序返回或跳转时，跳不到指定的地方。
在连续程序的执行过程中，计数C0为满，发现程序执行完后，能返回到M1步。
但是，计数C0计满后，还是返回到M1步，与要求不符。
经过多次的观察、分析，我们发现，计数C0，其常开触点的闭合比其常闭触点慢，故，程序并不返回初始M0步，还是会返回到M1步。
解决的方法很简单，就是在程序返回前加上1s的延时，保证C0的常开触点闭合，常闭触点断开。
除了这两个问题，还遇到了其他的，都被我们一一解决了。
最后，后来在张老师的耐心指导下及我们的通力合作下，一步一步把程序不完善的地方加以改正，把一些没用的语句删除，得到了一个简洁而完善的程序和图形。
经过调试终于成功了，真是激动人心。
课程设计，我受益匪浅，熟悉并掌握了FX2N系列可编程序存储器的结构、外部接线方法和指令的运用，以及第5章设计心得体会
这两周的写入和编辑程序的方法，以及简易编程器对可编程序控制器的运行进行监视的方法，掌握了用经验设计法编制简单梯形图程序，进一步掌握了编程器的使用方法和调试程序的方法。
刚拿到任务书时，我没有一个清楚的思路，因为学习这门课的时候没有学扎实还有很多东西都不是很懂。
接下来的几天就是找参考书并自己试着把过程功能图画下来，这对于编梯形图来说还算简单的，但是我总是掌握不好左右动力头之间的关系。
后来经过张老师的耐心指导我终于了解并顺利的把顺序功能图完成了。
我通过翻阅大量资料，在自己努力和老师，同学的帮助下终于完成了本次设计，在设计的过程中，我深感自己的知识掌握的不够牢固，所以认真复习了以前学过的知识，在课程设计的基础上加深理解以前学过的知识，尤其是通过这次画功能图和梯形图又把以前学过的Protel99温习了一遍。
为我们提供这么好的机会，为我们之后走向社会奠定了一个好的基础。
希望还能有更多的此类设计，更全方面来提高我们！
更要这次课程设计的同时使我掌握了许多新知识，这对我以后的工作学习会很有帮助，它使我们在学的课本上的知识在实际中得到了很好的运用，从而对课本上的知识有了更深刻的认识，更系统的理解。
通过此次设计，我不仅学到了许多知识，还学到了一些新的思想与方法，这是在课堂上学不来的。
我认为这次收获最大的就是让我学到了很多平时在课堂上学不到的东西，增加了我的知识运用能力，增强我的独立设计操作能力。
感谢学校感谢张老师的耐心指导不然我这次课程设计是不会成功的，张老师的严格要求，也让我感觉到自己会的东西太少了。
这次的课程设计使我对所学的知识有了更深一层的认识，使我们在掌握知识的同时又要了解操作和应用的重要性。
最后再一次感谢张老师在百忙之中的耐心指导。
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