毕业设计工位旋转工作台控制.docx

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毕业设计工位旋转工作台控制

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内容摘要

本课题中三工位旋转工作台是钻孔加工中在工作台三个不同工位分别同时完成上料、钻孔、卸料等工艺过程的工艺技术，这大大提高了机械加工的效率、提高了生产率。

但是新的问题接踵而至：

三个工位同时动作就要要求操作工人完成上料、装夹工件、钻孔、卸工件。

这样高强度的工作工人是否能承受的了，怎样降低工人的劳动强度呢？

提高自动化程度就成了我们面临的首要课题。

关键词：

三工位旋转工作台；可编程控制器；提高效率；自动化

目录

第1章引言……………………………………………………………………1

第2章设计方案………………………………………………………………2

2.1总体方案说明…………………………………………………………2

2.1.1控制要求……………………………………………………………2

2.1.2制定控制方案………………………………………………………2

2.2控制方式选择………………………………………………………2

第3章PLC控制系统设计………………………………………3

3.1动作特性……………………………………………………………3

3.2液压控制部分设计………………………………………………………4

3.3控制流程图……………………………………………………………5

3.4I/O地址分配表………………………………………………………6

3.5I/O接线图…………………………………………………………7

3.6梯形图………………………………………………………………………7

结论……………………………………………………………………………8

设计总结………………………………………………………………………9

谢辞…………………………………………………………………………………10

附录…………………………………………………………………………………11

附录1I/O接线图…………………………………………………………11

附录2梯形图………………………………………………………………12

附录3语句表……………………………………………………………………17

参考文献………………………………………………………………………20

第1章引言

机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械与电子的有机结合产物。

其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。

机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。

在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。

三工位工作台旋转机床设备在机加工等自动化机床设备中得到广泛引用，通过控制工作台旋转，可以实现在加工过程中同时完成上料和卸料工作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率,降低工人劳动强度。

若在上料和卸料工位设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料工作。

ＰＬＣ的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛应用。

目前ＰＬＣ已经在工业生产过程中得到广泛应用，它具有结构简单易于编程、性能优越、可靠性能高、维修方便和使用方便的一系列优点。

根据课程设计要求，以西门子S7-200系列PLC来实现控制钻床三工位工作台旋转控制设计。

钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。

工作台每旋转120°完成一个工位，循环运行。

来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。

第2章设计方案

2.1总体方案说明

作为机械专业的学生从入大学开始接触机械设计开始起，老师就教导任何设计都要先从整体上对要做的设计内容要构想一下。

只有对整体设计做出全局的把握，设计才会有所针对。

拿到课程设计题目后，并没不直接进入主题开始着手设计，而是逐步先将设计要求研究了一遍，认真对设计思路做了一个规划然后才开始了设计。

2.1.1控制要求

（1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。

（2）手动调整采用按钮点动的控制方式。

包括上料进、退操作；工件夹紧、放松操作；钻头下降、上升操作；卸料进、退操作，工作台旋转操作。

（3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。

（4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。

（5）上料器、夹紧装置、卸料器、钻头上下运动由液压缸驱动。

夹紧力由压力继电器检测控制。

钻头旋转、工作台旋转由电动机驱动。

2.1.2制定控制方案

（1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。

（2）手动调整采用按钮点动的控制方式。

（3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。

（4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行‘

（5）系统运动不很复杂，采用三台电动机：

主动电动机、液压电动机和工作台旋转电动机。

除了主轴转动和工作台旋转用电动机拖动外，其他所有所有运动都可以采用液压传动。

（6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主零部件和控制部件，采用进入PLC的控制方式以达到方便控制。

2.2控制方式选择

三工位旋转工作台控制系统的设计任务主要由两大部分，其中最主要的就是运输小车的PLC梯形图设计，也就是程序设计；其次是液压控制原理图的设计。

三工位旋转工作台控制系统在很大程度上是利用继电器实现的，而最初的PLC就已经有很完善的继电器控制功能了。

在这里选用PLC控制完全是对症下药，根据设计内容我们不难发现这个系统有21个输入信号和10个输出信号。

选用任何一个系列的PLC都不能满足输入点的个数，也就是任何一个S7-200单片机都需要扩展。

而CPU226的又很贵，所以在此选用CPU224外加一个EM221的扩展模块就能满足要求。

第3章PLC控制系统设计

3.1动作特性

三工位旋转工作台控制动作特性如下：

其工作示意如图3-1所示。

三个工位分别完成上料、钻孔和卸料。

图3-1三工位旋转工作台系统示意图

工位1：

工作台旋转到工位1后上料器推进，料到位后退回等待。

工位2：

工工作台旋转到工位2后，夹紧装置将料加紧，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后工件松开，放松完成后等待。

工位3：

工作台旋转到工位3后，卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。

3.2液压控制部分的设计

根据三工位旋转工作台的动作要求，控制部分大多采用液压电磁阀控制。

当送料器送料到位后碰到送料到位行程开关时碰到送料退回电磁阀，使液压阀供油方向发生改变，活塞杆退回。

活塞杆退回到位后碰到退回到位行程开关，使液压阀动作处于中间位置，工位1处于等待状态。

工位2动作顺序是工作台转动到位后液压阀动作夹紧，夹紧后压力继电器动作使活塞缸处于保压状态，同时使钻头旋转以及下降。

等钻头下降达到行程开关位置处钻头停止下降，上升继电器得电转而钻头上升。

钻头上升到位碰到行程开关使钻头停止转动和上升，并且活塞杆放松工件。

放松完成碰到行程开关使工位2处于等待状态。

工位3的动作顺序是工作台旋转结束后活塞缸推动工件开始卸料，到行程开关后活塞杆反行程电磁阀得电退回，退回到位碰到行程开关处于等待状态。

等三个工位都停止动作后，工作台旋转电磁阀的电，工作台旋转进入下一个循环。

根据要求做出合理的液压原理图如图3-2示。

图3-2液压原理图

3.3I/O地址分配表

分配表如下表1所示：

表1：

输入输出信号对照表

输入信号名称

外部元件

内部地址

输出信号名称

外部元件

内部地址

手动运行选择

SF4-1

I0.0

送料器推进电磁阀

MB1

Q0.0

半自动运行选择

SF4-2

I0.1

送料退回电磁阀

MB2

Q0.1

全自动运行选择

SF4-3

I0.2

工件夹紧电磁阀

MB3

Q0.2

上料器推进按钮

SF1

I0.3

工件放松电磁阀

MB4

Q0.3

上料器退回按钮

SF2

I0.4

钻头下降电磁阀

MB5

Q0.4

工件夹紧按钮

SF3

I0.5

钻头上升电磁阀

MB6

Q0.5

工件放松按钮

SF4

I0.6

卸料推进电磁阀

MB7

Q0.6

钻头下降按钮

SF5

I0.7

卸料退回电磁阀

MB8

Q0.7

钻头上升按钮

SF6

I1.0

工作台转动电动机转动接触器

KF1

Q1.0

卸料器退出按钮

SF7

I1.1

钻头转动电动机接触器

KF2

Q1.1

卸料器退回按钮

SF8

I1.2

工作台旋转按钮

SF9

I1.3

上料到位行程开关

BG1

I1.4

上料退回到位行程开关

BG2

I1.5

钻头下降到位行程开关

BG3

I1.6

钻头上升到位行程开关

BG4

I1.7

卸料器推进到位行程开关

BG5

I2.0

卸料器退回到位行程开关

BG6

I2.1

工作台旋转到位行程开关

BG7

I2.2

放松到位行程开关

BG8

I2.3

压力继电器触点

BP1

I2.4

3.4控制流程图

根据三工位旋转工作台的控制要求，设计如下流程图：

图3-3控制流程图

3.5I/O接线图

根据输入输出信号对照表，可以设计出PLC的外部接线，接线图见附录1，实际接线时还应考虑以下几个方面。

（1）应有电源输入线。

通常为220V，50Hz交流电源，允许电源电压有一定的浮动范围。

（2）输入和输出端子每8个为一组公用一个COM端口。

（3）输出端的线圈和电磁阀必须加保护电路，如并接阻容吸收回路或续流二极管。

3.6梯形图

梯形图见附录2：

从本系统的功能流程可以看出，系统可以实现手动，半自动和自动控制。

（1）如果开始时方式选择开关置于手动方式，则手动调整结束后回到初始步。

如果满足自动或半自动工作的初始条件，且将方式开关切换到自动或半自动位置时，可以完成手动向自动，半自动的切换。

（2）如果系统已经进入自动或半自动工作状态，一个动作循环完成后，如果选择开关置于半自动位置，可以使被控设备停止工作。

不能直接切换到手动调整方式，必须将PLC从RUN切换到STOP方式。

选择开关由半自动切换到手动位置，然后再将至于RUN方式，这样才能切换到手动调整方式.

结论

此次课程设计主要其实是对PLC的控制功能进行练习了解掌握，而在三工位工作台旋转工作台的设计中跟多要求的是我们对PLC经典控制模块——继电器控制部分进行设计。

设计之初面临着两个不同的选择方案一：

尽量使用PLC控制以方便控制；二、电动机接触器不接入PLC减少PLC输入输出点。

通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。

既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。

在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。

我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。

自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。

为以后的工作积累了经验，增强了信心。

这次设计我觉得创新点在于各种控制之间的逻辑关系比较合理，利用各个继电器之间的互锁，是系统稳定运行。

设计总结

两周的课程设计很快就结束了，期间遇见了很多麻烦。

在老师和同学的帮助下设计了一个比较合理的解决方案。

虽然课程设计还不算完美，也许还有很多瑕疵。

但是这次课程设计的目的基本上已经达到了，在这两周内我们对PLC控制有了比较熟悉的了解。

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。

通过此次课设，让我了解了plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。

有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。

多和同学讨论。

我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。

讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。

多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。

谢辞

在这里我非常感谢老师。

没有的细心指导就没有我这次的课程设计，薛老师每次到教室都耐心细致的为我们讲解各个方面的难题，引领我们走出误区，在这两个周的时间里我确实学到了很多的知识。

还要感谢和我一起讨论各位同学，经过和大家的热情讨论我更加坚定自己的方案，也学到了很多自己从不了解的知识，在大家的共同努力下我们的课程设计最终顺利完成。

附录

附录1I/O接线图

图3-4I/O接线图

附录2梯形图

网络1

附录3语句表

参考文献

[1]左建民.液压与气压传动.北京：

机械工业出版社，2007.

[2]王宗才等.机电传动与控制.北京：

电子工业出版社，2011.

[3]张建民等.机电一体化系统设计.北京：

高等教育出版社，2001.

[4]高钦和.可编程序控制器应用技术与设计实例.北京：

人民邮电出版社，2004.

[5]李颖卓.机电一体化系统设计.北京：

化学工业出版社，2008.

[6]郭海潮等.西门子S7-200系列PLC应用与开发.北京：

中国水利水电出版社，2007.