PLC毕业设计678114.docx
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PLC毕业设计678114
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目录
前言3
一液压技术及PLC的发展与特点5
1.1液压技术的发展5
1.2液压传动特点6
1.3PLC的产生与发展6
1.4PLC的特点6
1.5PLC的基本原理7
1.6PLC的应用8
二课题任务与要解决的问题9
2.1课题任务9
2.2要解决的问题9
三钻铰组合机床液压系统的设计及原理10
3.1液压系统原理分析10
3.2元件的选用10
3.3液压系统原理图12
3.4液压系统负载分析12
3.5液压系统的参数计算13
3.5.1液压缸参数计算13
3.5.2液压泵的计算15
3.5.3电动机的选择16
3.5.4液压元件的选择16
四钻铰组合机床的PLC系统设计17
4.1PLC的选型及接线图17
4.2PLC总程序设计17
4.2.1手动操作程序18
4.2.2自动操作程序20
4.2.3自动程序语句表20
五系统的安装调试和维护22
5.1系统的安装、使用和维护22
5.1.1油管安装22
5.1.2液压元件的安装22
5.1.3使用与维护22
5.1.4调试22
5.2PLC系统的维护，检修与调试23
5.2.1PLC系统的维护，检修23
5.2.2PLC系统的调试24
结束语25
致谢26
参考文献27
前言
组合机床就是以通用基本构件和加紧机构配套，本机床是一种半自动或自动专用机床。
组合机床能实现多轴，多刀，同时加工多工序加工，所以生产效率高。
一些零件已经可以标准化，这就使得设计制造周期变短了。
这些特征的组合机床，在生产中应用广泛，可构成自动化生产线，节约劳动成本。
组合机床能对箱体或特殊形状零件进行加工。
加工的原理为：
工件不旋转，利用旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，从而达到钻孔、扩孔、锪孔等各种加工的目的。
还有组合机床使用车削头夹住工件，让工件旋转，让刀具作进给运动，也可以实现某些类型零件的特定加工。
在20世纪90年代最早的组合机床诞生了，这时候它是服务于汽车业，每个机床厂的标准也不同，都有自己的标准，这样就会有各种不便，于是在1953年，两家占市场比例较大的汽车制造公司与美国机床制造厂协商，规定了某些尺寸，明确了有些部件的标准，组合机床的互换性得到了加强，但是对部件结构没有作出规定。
就这样逐渐发展产生了组合机床。
组合机床通用部件可以分为五类。
动力部件：
动力箱，切削头和动力滑台，作用是提供运动。
支承部件：
侧底座，中间底座，支架等等，作用是支撑安装其他的个部件尤其是动力部件。
传动部件：
分度回转工作台，环形分度回转工作台，分度鼓轮，往复移动工作台等，作用是输送工件。
控制部件：
液压站，电气柜，操纵台等，作用是控制自动工作循环。
辅助部件：
润滑装置，冷却装置，排屑装置等。
组合机床的特点：
1结构相对稳定，使用维修更加的方便。
2设计制造周期短，性价比更高。
3效率高，质量好，不用很多的劳动力。
4通用部件和标准零件可再次使用。
5对操作人员的要求不高，操作简单易学。
6很简单的达到大规模生产的需要。
有了这些优点，可以肯定的是，组合机床将是未来的发展方向，从而达到工业生产的要求，更好的为人们的生活服务。
还有很多组合机床利用一些其他设备，比如数字控制系统，夹具自动更换系统，有了这些设备就能使工艺的可调性更强。
变速箱体是变速箱（三轮农用车基本的组成部件）的重要部件，为了大批量生产变速箱体，利用组合机床来进行生产线加工。
传统组合机床有很多弊端不利于这种生产线式的生产加工，但现在，农用车市场庞大，生产厂家竞争十分激烈，新产品层出不穷。
鉴于此市场环境，就要对组合机床生产线PLC进行改造。
下面介绍一下改造情况。
钻铰组合机床是一种传动系统由电动机和液压系统相结合的独特组合机床，它一般是顺序控制，传统的继电器接触器系统或PLC都可以对其进行控制。
这个组合机床是一个两工位的组合机床，动力滑台是机械式动力滑台，工作台是液压滑台。
主要组成为：
3，动力头，2.动力滑台，1机座4.工作台5.夹具，6.液压站7，控制系统，如下图1所示
图1
一液压技术及PLC的发展与特点
1.1液压技术的发展
1975年世界上的第一台水压机出世，这是出世在英格兰的，这即是液压技术在工程领域的应用，从1906年开始，液压技术用在国防战备方面有了应用。
第二次世界大战时，因为军事工业需要自动控制系统反应快速，精确度高，这样才能才能装备各种军事武器，从而就催生出了液压伺服控制系统。
战争结束之后，液压技术迅速地在民用方面有了应用，它的应用行业有：
机械制造，工程机械，汽车制造等人民生活的各行各业。
在二十世纪60年代，各种旧的和新的技术也得到了很大的发展，如原子能，航天技术，计算机技术，大型船舰技术等等，同时也促进了液压技术的发展，并且在应用范围上也越来越广，对液压技术的要求也越来越高，它要有高速，高压，大功率，高效率，低噪音等等一系列满足各种应用环境的优点。
在国防中，军队的各种武器都采用液压传动，例如飞机、坦克、雷达、火炮等等。
在民用工业方面，也有了各种各样的应用，比如在机床工业，冶金工业等等。
除此之外，这几年随着新技术新要求的出现，液压技术也有了一些新的应用，比如太阳跟踪系统，船舶驾驶模拟器，地震再现，液压技术在这些地方都有应用。
我国的液压技术开始使用时间是二十世纪50年代，在开始的时候只是在机床和锻压设备方面有所应用，再后来在拖拉机和工程机械方面也有了一定程度的使用。
现在，我国从国外引进一些元件以及生产技术，慢慢逐步的尝试进行自行设计自主开发，现在已经形成了系列，并且得到广泛应用。
我国也有了一定的生产能力和科研水平。
特别是近十年来在国家的大力支持下，提高了科研水平和生产能力，产品规格齐全，已经可以为各类工业提供基本的品种齐全的产品。
并且科研与实践相结合，液压技术在生产中也得到应用。
在产品CAD和CAT等方面也有很大进步，并且也得到了广泛的应用。
很多企业在中国的建立，提高了我国产业技术水平，为在中国的所有类型的工业发展提供高性能和高层次的产品。
我国现已瞄准世界主流发展趋势，与国外进行合作，在合作的同时发展我国的液压工业。
这样在21世纪，我国的液压工业必将得到更加迅猛的发展。
1.2液压传动特点
液压传动有以下特点：
1在运行中能够方便的实现无级调速，调速范围大。
2易于实现自动化，且控制调节简单。
3易于实现过载保护，工作可靠。
4液压元件能够很简单的实现标准化，互换性强。
5液压油可以带走热量。
1.3PLC的产生与发展
在工业生产中，许多的开关进行着多种工作，如顺序控制，按逻辑关系的连锁保护动作控制。
之前，要想达到这个目的就要用到气动或电气控制系统。
后来到1969年，美国的一家公司开发出了第一代可编程序控制器，我们称之为Programmable，即时世界上第一台PLC。
自那时以来，PLC首先经历了20世纪70年代到80年代中期这一阶段，这段时间为PLC在工业上的地位打下了基础，引入计算机技术，使其功能得到了很大发展，设计了各种PLC的基本型，已经可以取代传统的继电器控制系统。
90年代以来，计算机集成制造系统（CIMS）有了新的发展，并且PLC来适应这种发展，PLC和CPU有了融合，运算速度和数据处理能力都得到了很大的提高。
到了20世纪80年代，PLC又得到了进一步的发展，此时PLC不仅得到良好的控制，同时有了其他的优点，比如：
可靠性得到提高，成本降低，并且还有了一些新的用途，从此PLC就成为了真正的多种功能逻辑控制器。
这几年，PLC市场需求一直很大并且逐年上升。
20世纪末期，现代工业亦是发展迅速，PLC也是顺应这种需求。
在规模上，有了大型机和超小型机。
在PLC的能力上，有了许多特殊功能单元，应用于多种场合，比如压力、温度、转速等，在产品的配套能力上，生产了各种更加合理的功能，使得相互配套更加容易。
开始的时候我国从国外引入许多大型设备，它们都大量使用可编程控制器，再后来就了PLC的扩大应用阶段。
现在，我国的一些生产厂家都在可编程控制器的生产上取得了长足进步，有些生产厂家已经有了一定规模。
1.4PLC的特点
（1）可靠性和抗干扰能力都较强
可靠性是电气控制设备的关键因素。
在PLC中，大规模集成电路得到很好的的利用，生产工艺过程和制造过程也十分严格，抗干扰技术也在了内部电路中得到了使用，有了这些高科技术的使用，就使得PLC具有很高的可靠性。
在使用时，使用人员可以自己编入故障自诊断程序，使系统全面的进行故障自诊断保护。
（2）各个规模系列及其配套完善，功能也很完善，适用性强
PLC经历的长时间的发展，有了很多的产品，能够与各种机器部件相匹配。
除了基本的功能，现在生产的PLC还具有良好的数据运算能力，这在数字控制上得到了良好使用。
这几年PLC的功能又有了进步，各自有了自己的功能特点，专用化更强，使PLC在各个领域得到了更进一步的使用，这也就使得PLC的适应性更强了。
（3）简单易学，容易上手
PLC是一种通用工业控制计算机。
它的接口容易，编写程序的人员也更很快的接受其编程语言。
（4）成型速度快，维护简单方便，易改造
PLC采用逻辑上的存储，外部接线少了，这样就使PLC成型速度加快，维护也更加的简单方便了。
除此之外，还有重要的是同一设备通过改变程序而改变生产过程也就简单了。
（5）PLC体积小，重量轻，能耗低
举个例子来说：
超小型PLC，新出的品种底部尺寸不足100mm，重量不足150g，仅仅几瓦就能使用。
（6）功能完善。
PLC经过发展，其功能已经相当完善，在工业生产中得到了很好的应用。
1.5PLC的基本原理
PLC的工作原理和微机一样，它由继电器，定时器，计数器，移位器构成，所以PLC就等效于输入，输出，内部控制电路三部分。
1输入部分：
输入接受外界信息，该信息是内部信息或者内部控制命令，输入接线端就是与外部设备连接的端口。
端子就相当于内部继电器线圈。
2内部控制电路：
对信息的运算和处理，这些信息就是输入部分输入的那些信息。
内部控制电路其实就是根据需求要求编写的程序。
3输出部分：
驱动外部负载。
1.6PLC的应用
1.顺序控制
使用最广。
2.运动控制
PLC提供控制模块，带动电机的在各轴上的运动。
3.过程控制
PLC能够控制的很多物理模块，再就是还有对PID模块的利用，就使得这种PLC可用于过程控制。
4.数据控制
顺序控制PLC与计算机数值控制（CNC）设备相互配合相互联系，这主要应用在机械加工中。
二课题任务与要解决的问题
2.1课题任务
液压：
1掌握液压系统基本知识，掌握液压元件工作原理，工作特点，使用方法。
2比较熟悉液压的几种基本回路，及其功能，组合和应用场合。
3了解在现代工业上液压系统的使用，发展方向。
4掌握液压传动系统的设计方法，并能初步应用。
6合理全面的运用所学有关知识，设计出钻铰组合机床的液压控制系统。
PLC控制：
1了解PLC的生产。
2全面的了解PLC功能，原理。
3掌握基本指令用法与作用。
4掌握PLC输入输出接线图。
5从实际出发，掌握PLC原理，掌握PLC控制系统设计应用方法，并能在实践中得到好的利用。
6运用所学到的PLC知识，设计出钻铰组合机床液压传动过程中PLC的控制系统，并编写控制程序。
2.2要解决的问题
要解决的问题如下：
1选定液压传动系统各种元件，组成液压传动控制系统，计算校验此系统能否正常运行。
2依据组合机床每步的动作，画出流程图，选定PLC控制指令，选择PLC类型与规格，分配输入输出接线图，画出输入输出接线图，编写程序，写出梯形图有语句表，调试直到正常工作。
三钻铰组合机床液压系统的设计及原理
3.1液压系统原理分析
过程：
开始，手动安装工件，按下启动按钮SB1，之后YA3得电，YA3是加紧电磁铁，工件得到定位加紧。
当压力合适后，压力继电器SP动作，动力滑台开始工咋循环，钻两定位销孔，接着液压工作台快进，缓冲到第二个工位停止，动力滑台又开始完成工作循环，铰两定位销孔，动力滑台退回原位后，工作台快退，缓冲至第一个工位停止，工件松开，卸下工件。
如下图
技术特点如下：
1.这个组合机床可以达到自动和手动程序都可以对其进行控制的效果，且工作的性能十分可靠，造价与继电接触控制相比低一些，劳动强度也比较低，生产率得到提高，产品质量也好了，生产更加安全。
2.结构上，有集成式液压装置，使得外形变得美观，在应用维护时也更加便捷。
图3.1工况图
3.2元件的选用
（1）动力元件：
单作用的定量液压泵
叶片泵的生产使用量都是很大的。
它具有许多优点，如：
结构紧凑，使用时间长等等。
定子与转子有一定的偏心距，转子旋转，工作空间吸排油，并且通过对偏心距的调节，可以调节泵的排油量。
（2）执行元件：
在此处用的是单活塞式液压缸。
这种液压缸主要用在升降，夹紧装置中。
具有重量轻，体积小，高压力的优点，因为强大的适应能力，通常在环境恶劣的工作条件下能找到它。
（3）控制元件：
1）方向控制阀：
可以控制系统通断或更改其中液体的运动方向，这样可以控制单活塞式液压缸的启停，转变其活动的方向。
2）压力控制阀：
用处是安全保证，正常的时候是关闭的，当达到一定压力时，打开，起到过载保护的作用。
3）流量控制阀：
最重要的是节流阀，阀门可以改变流量的大小，从而改变执行元件的运动速度。
4辅助元件：
过滤器等元件，起过滤作用。
3.3液压系统原理图
图3.2
3.4液压系统负载分析
假设：
切削力，总重力，快进行程，工进行程，快进快退的速度，工进速度，加速减速时间分别依次为如下数据：
，G=1000N，，，4mmin，：
0.05mmin，t=0.2s，动静摩擦因数分别为0.1和0.2，动力滑台使用的平导轨是水平放置的，动力滑台能够在任何位置休止。
负载分析时，由于卧式装置为其工作部分，重力在水平方向的分力为零，可在计算时不予计算，类似的这样分析的力有以下几种：
切削力，摩擦力和惯性力。
动力部件的重力为其导轨的正压力，假设静摩擦力为，动摩擦力为，则：
==0.2×0000N=2000N
==0.1×0000N=1000N
惯性力：
=m==×=343N
假定液压缸机械效率：
=0.95，则能够列出下面的表格：
运动阶段
计算公式
总机械负载
起动
F=
2105
加速
F=（+）
1413
快进
F=
1053
工进
F=（+）
22105
快退
F=
1053
这样就能够绘制出负载图（F-l）和速度图（v-l）如图所示，横坐标上面的表示行进时的曲线，曲线底下的为退回时的曲线。
图3.3
3.5液压系统的参数计算
3.5.1液压缸参数计算
（1）初步选定液压缸工作压力
暂定液压缸工作压力：
P1=40Pa。
（2）确定液压缸主要结构尺寸
动力滑台快进，快退速度要相等，现在使用单杆液压缸。
从表中，我们可以看到，除了选定的背压为0.8M，工进阶段的负荷：
F=22105N，由P1A1=P2A2+F可计算出：
A1=F（P1-0.5P2）==6.15，液压缸直径：
D==cm=8.85cm，又由快进时，无杆腔，有杆腔的面积关系为：
A1=2A2，这样就可以计算出活塞杆的直径：
d=0.707D=0.7078.85cm=6.26cm
圆整后：
D=9cm，d=6.3cm
由标准直径可计算出：
A1==63.7cm
A2=
再经过验算查样本，可以看出能够满足要求。
（3）计算液压缸各工作阶段工作压力,流量及功率
由上面的已知，可以代入数值：
快进时快退时，于是可列下表3.1
表3.1
工作循环
计算公式
负载F（N）
进油压力（pa）
回油压力（MPa）
所需流量（Lmin）
输入功率P（KW）
快进
1053
8.5
13.5
12.5
0.174
工进
22105
38.8
8
0.32
0.021
快退
q=Av
P=pq
1053
1
5
12.9
0.281
3.5.2液压泵的计算
液压系统中，液压泵最大流量条件为：
qp≥Kl（∑P）max
由上表3—1，可以看出工进阶段的工作压力是最大的，若选取进油路的总压力为：
=0.5MPa，压力继电器必须要有0.5Mpa的压力差才能保证其动作可靠，所以液压泵的最高压力：
P=P++5=（38.8+5+5）Pa=48.8Pa
由上面的计算可以得出泵的额定压力：
P=62。
工进时的0.33Lmin为其最小流量，若溢流阀的2.5Lmin为其最小溢流量,泵总流量：
q=1.1=14.3Lmin。
也就是说大流量泵流量q=（14.2-2.5）Lmin=11.7Lmin
所以，选定YB-412型叶片泵，额定压力6.3MPa，额定转速为960rmin。
3.5.3电动机的选择
分别计算出快进，工进时的功率，依据其中较大的数来选电动机。
液压泵工作压力：
Pp=P1+∑△P=48.8Pa，选取泵总效率：
ηp=0.50，经过计算，快进快退时所需电动机功率：
P=1.1kw，对其他工况进行验算，液压泵驱动效率都小于或者与这个数值相近。
所以选定Y90L-6型为可选用电动机型号。
校验后看出，此电动机可以满足液压泵正常工作的要求。
3.5.4液压元件的选择
（1）液压阀，过滤器选择
看这个阀承受的最大压力和经过的最大流量，下面为选取型号与规格。
额定压力：
63Pa，当然了这个数值是针对所有阀的，液压泵额定流量是过滤器流量的一半，采用线隙式过滤器来达到吸油的目的。
元件选取如下表
表3.2
序号
元件名称
最大通过流量Lmin
型号
1
过滤器
30
TLM-30
2
单作用叶片泵
15
Y-1515
3
溢流阀
5
Y-20
4
压力表
Y-60
5
单向阀
30
AF3-E30B
6
三位四通电磁换向阀
15
34E-E15B
7
二位四通电磁换向阀
30
24D-15B
（2）油管选择
因为已经选出了液压阀，有其连接油口尺寸来确定管道的尺寸。
这个系统的升降缸油管内部通油量是最大的，它的实际流量可以达到30Lmin，是泵额定流量的两倍，这样可以选用外径为19㎜，内径为15㎜的10号冷拔无缝钢管。
（3）油箱容积确定
低压系统油箱容积一般是液压泵流量的5到7倍，这里我们取7倍，所以油箱的容积：
V=7×16=112L
四钻铰组合机床的PLC系统设计
4.1PLC的选型及接线图
由已知的和计算出的条件，这个机床在使用时，手工加工和自动加工都为其操作方式。
并且在硬件联线上，设置了连锁保护，行程保护，过载保护等各种保护措施。
全面地考虑控制功能与IO点数，确保安全性，三菱公司的F1-40MRPLC为最佳选择。
输入输出分配图如图4.1所示：
图4.1
4.2PLC总程序设计
由的机床工作过程控制和各元件通电要求，考虑输出输入量的关系，设计PLC程序，下面的图是程序总体结构图，它是由：
公共程序，手动调整程序，自动加工程序。
公共程序设置了各种条件，如状态指示，主轴，油泵启动，制动等，还有禁止输出的功能。
手动调整程序无需任何顺序控制，采用一般的方法设计，可以比较简单的达到要求。
自动加工程序中，为了实现加工的自动化，可用步进指令控制工作台进给。
为了使编程方便，可先绘出控制程序结构图，如图4.2所示
该框图中，选择开关的操作模式是“手动”，输入相应的点是X400，它断开，输入继电器接通，然后开始手动操作程序。
当操作选择开关是“自动”，输入点X400断开，输入继电器闭合，然后开始自动操作程序。
执行自动操作程序：
“自动”时，以后辅助继电器M200是接通，程序自动循环。
“调整”时，M200接通，程序也是循环的，但是区别在于必须按一次起动按钮然后才执行一步，这样才能达到循环的目的。
假如动作时按了复位键，则辅助继电器M200复位，完成下一周期就会自动停止了。
由于跳转指令在手动自动程序中都有应用，所以这两个程序段的输出继电器是能够一起使用的。
下面对其介绍。
图4.2
4.2.1手动操作程序
当是手动操作方式时，通过按钮操作来实现各个动作，控制程序与自动操作程序相互独立，需另外设计。
手动操作控制十分的简单方便，也可按照普通的继电器控制线路设计，它的梯形图如图4.3所示。
图4.3
按下启动键SB1，工件可以定位加紧，压力值达到一定的数值以后，压力继电器SP可以得电。
按下启动键SB1，动力滑台快进。
按下启动键SBI，按下工进开关，之后动力滑台工进，并可以起一定的工进保护作用。
按下启动键SB1，先工进调整，之后动力滑台快退。
按下启动键SB1，工作台前进。
按下启动键SB1，缓冲到工位2。
按下启动键SB1，动力滑台快进。
按下启动键SB1，按下工进开关，之后动力滑台工进。
按下启动键SB1，按下快退开关，并且进行快退调整，之后动力滑台快退。
按下启动键SB1，电源指示灯点亮时，循环也就结束了。
4.2.2自动操作程序
图4.4
用步进指令编写自动程序，是很方便的。
当钻铰组合机床工作台位于原点的时候，按下输入点X401，接通状态S600，接点接通Y437后，其定位加紧电磁磁铁YA3得电，然后X507，X501接通，又接通下一个状态S601，然后动力滑台就开始快进动作。
接通输入点X502，X503后，又接通下一个状态S602，工作台就开始工进。
接通输入点X504后，动力滑台快退调整，之后开始快退。
接着接通X501时，返回原位进入工位2，由上面的可以知道，进行工位2的工作滑台快进，工进，和快退各动作
4.2.3自动程序语句表
如表4.1
表4.1
0
LD
X401
21
OUT
Y435
1
S
S600
22
LD
X500
2
STL
S600
23
S
S605
3
OUT
Y437
24
STL
S605
4
LD
X507
25
OUT
Y430
5
AND
X501
26
LD
X502
6
S
S601
27
AND
X505
7
STL
S601
28
S
S606
8
OUT
Y430
29
STL
S606
9
LD
X502
30
OUT
Y431
10
AND
X503
31
LD
X504
11
S
S602
32
S
S607
12
STL
S602
33
STL
S607
13
OUT
Y431
34
OUT
Y433
14
LD
X504
35
LD
X500
15
S
S603
36
S
S608
16
STL
S603
37
STL
S608
17
OUT
Y433
38
OUT
Y436
18
LD
X501
39
LD
X413
19
S
S604
40
AND
X402
20
STL
S604
41
S
S600
五系统的安装调试和维护
5.1系统的安装、使用和维护
5.1.1油管安装
注意事项：
（1
升级会员 