自动化1001 刘朝露21.docx

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自动化1001刘朝露21

湖南工程学院

课程设计

课程名称电气控制与PLC

课题名称全自动双面钻电气控制系统设计

专业班级自动化1001班

姓名刘朝露

学号201001020121

指导教师赖指南、刘星平、谭梅、周向红

2013年7月5日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称电气控制与PLC

课题名称全自动双面钻电气控制系统设计

专业班级自动化1001班

姓名刘朝露

学号201001020121

指导教师赖指南、刘星平、谭梅、周向红

审批黄峰、汪超、刘星平

任务书下达日期2013年6月22日

课程设计完成日期2013年7月5日

设计内容与要求

一.课程设计的性质与目的

本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。

它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。

通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。

二.课程设计的内容

1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。

2.绘制全自动双面钻控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。

3.选择电器元件，列出电器元件明细表。

4.编写设计说明书。

三.课程设计的要求

1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。

2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。

3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。

主要设计条件

1.《电气控制技术课程设计题选》（赖指南编，本院印刷厂印）一本。

2.参考文献若干。

设计说明书装订顺序

1.课程设计说明书封面。

2.课程设计任务书。

3.说明书目录。

4.正文（按设计内容逐项书写）。

5.参考文献。

6.附录。

7.课程设计评分表。

设计进度安排

第1周：

1.星期一上午：

课题内容介绍。

2.星期一下午：

仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。

3.星期二～星期五：

确定控制方案。

绘制全自动双面钻电气控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。

设计控制系统的工艺图纸。

选择电器元件，列出电器元件明细表。

第2周：

4.星期一：

上机调试程序。

5.星期二～星期五：

编写设计说明书,答辩。

参考文献

[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：

重庆大学出版社

[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：

重庆大学出版社

[3]刘祖润.毕业设计指导.北京：

机械工业出版社

[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：

中国矿业大学出版社

[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：

水利电力出版社

课题：

全自动双面钻控制系统设计

一.全自动双面钻概况

全自动双面钻是针对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床，这种机床自动化程度高，能自动上、下料，自动进、退，并具有可靠的危险区保护措施，其结构示意图如图1所示。

全自动双面钻是由液压系统来控制其进给运动的。

动力头主轴由电动机（JQ2－Z1－4，1.5KW）拖动旋转，液压电磁阀和电动机由行程开关、压力继电器和接触器控制，其液压原理图如图2所示。

油泵电机为3KW。

图1全自动双面钻结构示意图

全自动双面钻的工作过程如下：

如图2所示，当液压泵电机M，左、右动力头主轴电机M1和M2均启动完毕时，按下启动按钮SB，YV1通电，送料机构送料。

送料到位时，碰SQ2，YV1断电，送料机构自动返回。

当返回到原位时，碰SQ1，YV2通电，夹紧机构对工件夹紧。

当夹紧到位时，碰SQ4；当对工件有足够的夹紧力时，压力继电器KP1动作。

此时，YV3和YV5通电，左、右动力头同时向前进给，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SQ8，使YV5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SQ6，使YV3断电，YV4通电，左动力头停止进给并快速返回。

当左动力头返回到原位时，碰SQ5，于是YV4断电，左动力头停在原位。

同时YV5重新通电，使左动力头在此进给。

当右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰SQ9，使YV5断电，YV6通

图2液压系统原理图

电，右动力头停止进给并快速返回。

当右动力头返回到原位时，碰SQ7，使YV6断电，右动力头停止。

同时YV2断电，夹紧机构松开。

当夹紧机构完全松开时，碰SQ3。

至此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。

二.设计要求

1.对工作循环的设计要求



（1）全自动循环：

在料抖中有料的情况下，按下启动按钮时，要求全自动双面钻能够自动地对成批工件进行加工，即实现机床的全自动循环。

（2）一次循环：

当只要求加工一个工件时，机床在加工完成，并返回原位时应能自动停止。

（3）单机手动：

要求能对送料机构，夹紧机构，左、右动力头的主轴电动机和滑台进行手动操作，以便能对钻孔深度等进行调整。

2.对单机控制的要求

（1）主轴电机只要求单向运转。

（2）可对左、右动力头进行在线/离线设置。

3.对特殊环节的要求

（1）能对机床进行预停和紧急停止操作。

（2）具有危险区保护措施。

（3）完善的故障保护环节。

三.设计任务

1.选择电气元件，编制电气元件明细表。

2.绘制电气原理图或PCI/O接线图、顺序功能图和梯形图，编写指令程序清单。

3.设计并绘制工艺图纸（只要求选择下列项目中的任意一项即可）：

（1）电气板元件布置图和电气底板零件加工图。

（2）电气板接线图。

（3）控制面板元件布置图、接线图和面板零件加工图。

4.上机调试程序。

5.编写设计说明书。

前言

PLC课程设计背景

随着社会的高速发展，现代社会要求制造也对市场需求作出迅速的反应，生产小批量、多品种、多规格、低成本、和高质量的产品，为了满足这样要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）正是顺应这一要求的出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中。

我本次的PLC课程设计的课题双面钻就是利用PLC的特点而设计，双面钻是对棒料的两面进行加工，同时可以循环加工一点数量的棒料，只要设置好参数就可以实现，而且他还具有自动送料并返回的送料机构。

它还设置了预停和紧急停止，当要设备出现小问题或其他一些不必要紧急停止的问题是可以预停；单当遇到可能导致系统出现比较严重的后果是就要紧急停止。

通过PLC这些功能都可以实现，而且操作简单，设备简洁，比起其他设备它的性价比很高。

PLC课程设计是老师通过让我们实践，亲自动手体会PLC在工业中的应用以及巩固我们所学习的PLC的知识。

PLC双面钻课程设计题目概述

全自动双面钻是针对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床，这种机床自动化程度高，能自动上、下料，自动进、退，并具有可靠的危险区保护措施。

全自动双面钻是由液压系统来控制其进给运动的，油泵电机为3KW。

动力头主轴由电动机（JQ2－Z1－4，1.5KW）拖动旋转，液压电磁阀和电动机由行程开关、压力继电器和接触器控制。

此次课程设计得到了赖指南老师的指导和同学的帮助，使我顺利的完成了此次的设计任务，而且在此次的设计过程中也学到了很多东西，在此感谢。

PLC双面钻课程设计的具体工作

此次课程设计的双面的具体任务是先根据双面钻的特点分配好输入端口和输出端口，画出相应的接线图，然后画出相应的顺序功能图，根据顺序功能图写出相应的梯形图，再进行调试，完成相应的设计任务。

第一章讲述的是控制对象的概述，其中包括控制对象的基本组成、用途、工作原理；控制对象对控制系统的要求；本课题应完成的设计工作。

第二章控制方案的论证，主要包括的是继电器方案、单片机控制方案以及PLC控制方案的优缺点。

第三章是控制系统的硬件电路设计，包括拖动电机主电路的设计，PLC控制系统的设计以及电器元件明细表。

第四章是双面钻的程序设计主要包括公用子程序、手动子程序、自动子程序的设计。

第五章讲述的是程序的调试。

第1章控制对象概述

1.1控制对象基本组成、用途、工作原理

全自动双面钻是针对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床，这种机床自动化程度高，能自动上、下料，自动进、退，并具有可靠的危险区保护措施，其结构示意图如图1所示。

全自动双面钻是由液压系统来控制其进给运动的。

动力头主轴由电动机（JQ2－Z1－4，1.5KW）拖动旋转，液压电磁阀和电动机由行程开关、压力继电器和接触器控制，其液压原理图如图2所示。

油泵电机为3KW。

图1全自动双面钻结构示意图

全自动双面钻的工作过程如下：

如图2所示，当液压泵电机M，左、右动力头主轴电机M1和M2均启动完毕时，按下启动按钮SB，YV1通电，送料机构送料。

送料到位时，碰SQ2，YV1断电，送料机构自动返回。

当返回到原位时，碰SQ1，YV2通电，夹紧机构对工件夹紧。

当夹紧到位时，碰SQ4；当对工件有足够的夹紧力时，压力继电器KP1动作。

此时，YV3和YV5通电，左、右动力头同时向前进给，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SQ8，使YV5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SQ6，使YV3断电，YV4通电，左动力头停止进给并快速返回。

当左动力头返回到原位时，碰SQ5，于是YV4断电，左动力头停在原位。

同时YV5重新通电，使左动力头在此进给。

当右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰SQ9，使YV5断电，YV6通

图2液压系统原理图

电，右动力头停止进给并快速返回。

当右动力头返回到原位时，碰SQ7，使YV6断电，右动力头停止。

同时YV2断电，夹紧机构松开。

当夹紧机构完全松开时，碰SQ3。

至此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。

1.2控制对象对控制系统的要求

1.对工作循环的设计要求



（1）全自动循环：

在料抖中有料的情况下，按下启动按钮时，要求全自动双面钻能够自动地对成批工件进行加工，即实现机床的全自动循环。

（2）一次循环：

当只要求加工一个工件时，机床在加工完成，并返回原位时应能自动停止。

（3）单机手动：

要求能对送料机构，夹紧机构，左、右动力头的主轴电动机和滑台进行手动操作，以便能对钻孔深度等进行调整。

2.对单机控制的要求

（1）主轴电机只要求单向运转。

（2）可对左、右动力头进行在线/离线设置。

3.对特殊环节的要求

（1）能对机床进行预停和紧急停止操作。

（2）具有危险区保护措施。

（3）完善的故障保护环节。

1.3本课题应完成的设计工作

1.选择电气元件，编制电气元件明细表。

2.绘制电气原理图或PCI/O接线图、顺序功能图和梯形图，编写指令程序清单。

3.设计并绘制工艺图纸（只要求选择下列项目中的任意一项即可）：

（1）电气板元件布置图和电气底板零件加工图。

（2）电气板接线图。

（3）控制面板元件布置图、接线图和面板零件加工图。

4.上机调试程序。

5.编写设计说明书。

第2章控制方案论证

2.1继电器控制方案

继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

当输入量（如电压、电流）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。

具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。

广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

但继电器控制使用大量的机械触点，触点在开闭时会产生电弧，造成损伤和机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。

而且导通后的管压降大，导通后的功率和发热也大。

一般用于结构简单，电流量小的场合。

2.2单片机控制方案

运用单片机控制方案，成本较低。

由于现在单片机的价格相对都比较低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，成本比较低。

可以对外部存储容量根据需要进行扩展，设计可以相对比较灵活。

由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。

单片机虽然有一个五脏俱全的微计算机，但由于本身无自开发能力，必须借助开发工具来开发应用软件，以及对硬件系统进行诊断。

另外，单片机内的ROM比较小，所以在设计中系统必须在外面配置EPROM电路和扩展电路，所以在该项目中运用该方案必须完成硬件电路的设计、组装、调试；应用软件的编制、调试；应用软件的链接调试、固化、脱机运行。

单片机主要应用于智能仪器仪表、实时工业控制、家用电器，以及一些小型设备的控制系统。

2.3PLC控制方案

PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、和编程器组成。

它具有极高的可靠性和灵活性，体积小，功耗低等优点。

而且应用领域也很广，主要应用于数据处理、定时控制、技术功能、顺序控制、通信联网等方面。

PLC系统更改方便，改动程序可以节省大量的外围接线的改动工作量。

PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了快速的发展。

PLC仍然处于不断发展之中，起功能不断增强，更为开放，它不但是单片机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。

PLC应用面之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。

2.4结论

通过PLC和单片机以及继电器之间的优缺点的比较，选择PLC控制方案比其它的两种方案要好，所以本课程设计选用PLC控制方案。

第3章控制系统硬件电路设计

3.1拖动电机主电路设计

3.1.1拖动电机主电路设计元件的选择

表3-1拖动电机主电路

3.1.2拖动电机主电路设计

3.2PLC控制系统设计

3.2.1PLC控制系统的元件选择

表3-2控制系统的元件选择表

3.2.2PLC控制系统的输入输出接线图

图3-5PLC双面钻外部接线图

第4章控制系统软件设计

4.1主程序的设计

控制系统主程：

4.2公用子程序设计

控制系统公用子程序：

4.3手动子程序设计

控制系统手动子程序：

4.4自动子程序设计

顺序功能图：

控制系统自动子程序：

第5章程序调试

5.1公用子程序调试

调试过程如下：

打开PLC变成软件，在PLC编程环境中输入之前编好的程序，在保存导出。

然后打开PLC仿真软件，将之前导出的文件载入。

接通SQ1，SQ5，使坐、右动力头，送料装置处于初始位置。

此时线圈M1.6通电；线圈M1.6通电后常开触点M1.6接通，常闭触点M1.6断开，此时将I0.0接通，使M0.0置位，M0.1复位，然后断开I0.0.

5.2自动子程序调试

调试过程如下：

当液压泵电机M左、右动力头主轴电机M1和M2均启动完毕时，按下启动按钮SB，YV1通电，送料机构送料。

送料到位时，碰SQ1，YV1断电，送料机构自动返回。

在其返回的同时YV2通电，夹紧机构对工件加紧。

当加紧到位时，碰SQ2；当对工件有足够的加紧力时，压力继电器KP1动作。

此时，YV3和YV5通电，左、右动力头同时向前进给，开始对工件进行钻削加工。

当左右动力头即将进入危险区是，有动力头碰SQ6，使YV5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SQ4，使YV3断电，YV4通电，左动力头停止进给并返回。

当左动力头返回到原位时，碰SQ3于是YV4断电，左动力头停在原位。

同时YV5重新通电，使右动力头再次进给。

当右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰SQ7，使YV5断电，YV6通电，右动力头停止进给并快速返回。

当右动力头返回到原位时，碰SQ5时YV6断电，右动力头停止。

同时YV2断电，夹紧机构开始松开。

经过1.5S夹紧机构完全松开。

至此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。

图5-1仿真截图

结束语

经过为期两周的课程设计，此次课程设计完美的结束了。

记的刚拿到课题的时候感觉这也太复杂了，但经过赖老师细心的讲解之后，就如茅塞顿开一样，感觉这课题也不是那么的复杂，只要把它分解成模块，然后一个一个模块的攻破就可以比较轻松的完成此次课程设计。

此次课程设计设计的是全自动双面钻控制系统，有三个方案可供我选择，分别是继电器控制方案、单片机控制方案、PLC控制方案。

但经过比较这三种方案之间的优缺点，我选择了PLC控制方案。

因为PLC控制方案的性价比相对是比较高，并且它的程序更改方便等等。

此次课程设计我觉得将会给我留下深刻的影响，比起其他的的课程设计我从来没有这么认真地搞过，这次多亏了赖老师，是他的严厉让我每天必须认真地完成每天的任务，期间也遇到许多不会的问题，也是赖老师耐心的指导也讲解让我清楚了问题的所在并解决，使得我此次的课程设计顺利的完成。

在此再次的感谢赖老师。

参考文献

[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：

重庆大学出版社

[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：

重庆大学出版社

[3]刘祖润.毕业设计指导.北京：

机械工业出版社

[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：

中国矿业大学出版社

[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：

水利电力出版社

致谢

此次课程设计在赖老师的细心指导，以及严格的要求我的PLC课程设计终于完成了。

自从赖老师给我们带PLC课程到我们PLC课程设计这段时间我深感赖老师是一个对学生非常负责、耐心、严谨的老师，我能遇到他当我的老师我觉得是我的一种荣幸，他在我们学习中耐心的指导我们，帮我买解决任何不能解决的问题，而且还要我们搞懂；他的对我们很严格，我们作业中如果出现一点连我们自己都发现不了的小问题赖老师在批改作业的时候也能帮我们该处来，并在错误的地方加上注释让我们改正。

真心觉得赖老师是个好老师，在此再次向们来老师致谢。

附录

主程序

LDSM0.0

CALLSBR0

LDI0.0

CALLSBR1

LDNI0.0

CALLSBR2

公用子程序

LDNI0.6

AI1.0

AI1.2

ANI0.7

=M1.6

LDSM0.1

OI0.0

LPS

AM1.6

SM0.0,1

RM0.1,12

LPP

ANM1.6

RM0.0,13

手动子程序

LDI2.0

ANI0.7

ANQ0.1

ANQ0.2

ANQ0.3

ANQ0.4

ANQ0.5

=Q0.0

LDI2.1

ANQ0.0

SQ0.1,1

LDI2.2

RQ0.1,1

LDI2.3

ANI1.1

ANQ0.0

ANQ0.3

ANQ0.4

=Q0.2

LDNI2.4

ANI1.0

ANQ0.2

ANQ0.4

=Q0.3

LDNI2.5

LDNI1.3

AI2.7

LDNI1.4

ANI2.7

OLD

ALD

ANQ0.0

ANQ0.2

ANQ0.3

=Q0.4

LDI2.6

ANI1.2

ANQ0.2

ANQ0.3

ANQ0.4

=Q0.5

手动子程序

LDI0.5

OM2.1

ANI0.3

=M2.1

RQ0.0,6

LDI0.4

OM2.0

ANI0.3

ANM0.0

=M2.0

LDM0.7

AM1.4

AI0.2

AM0.2

ANC0

LDM1.5

ANC0

OLD

LDSM0.1

OI0.0

AM1.6

OLD

OM0.0

ANM0.1

=M0.0

LDM0.0

AI0.3

LDM0.7

AM1.4

ANC0

AI0.2

ANM2.0

OLD

OM0.1

ANM0.2

=M0.1

=Q0.0

LDM0.1

AI0.6

OM0.2

LDNM0.3

ONM0.4

ALD

=M0.2

SQ0.1,1

LDM0.2

AI0.7

AI1.5

OM0.3

ANM0.6

=M0.3

=Q0.2

LDM0.3

AI1.1

OM0.6

ANM0.7

=M0.6

=Q0.3

LDM0.6

AI1.0

OM0.7

ANM0.0

ANM1.5

ANM0.1

=M0.7

LDM0.2

AI0.7

AI1.5

OM0.4

ANM0.5

=M0.4

LDM0.4

AI1.3

OM0.5

ANM1.0

=M0.5

LDM0.5

AI1.0

OM1.0

ANM1.1

=M1.0

LDM1.0

AI1.4

OM1.1

ANM1.2

=M1.1

=Q0.5

LDM1.1

AI1.2

OM1.2

ANM1.4

=M1.2

RQ0.1,1

TONT37,15

LDM1.2

LDSM0.1

OM1.5

CTUC0,100

LDM1.2

AT37

OM1.4

ANM0.0

ANM0.1

ANM1.5

=M1.4

LDM0.7

AM1.4

LDI1.0

OC0

ALD

OM1.5

AI0.1

ANI0.2

=M1.5

LDM0.4

OM1.0

=Q0.4

电气信息学院课程设计评分表

项目

评价

优

良

中

及格

差

设计方案合理性与创造性（10%）

开发板焊接及其调试完成情况*（10%）

硬件设计或软件编程完成情况（20%）