箱体加工专用机床的PLC控制系统设计.doc

成绩： 工业控制电气课程设计报告学生姓名： 班 级： 学 号：指导老师：设计时间：2目录1.设计目的12.设计任务与要求12.1概述12.2设计任务和要求13.整体方案设计23.1可编程控制器的选取23.2 I/O分配表23.1软件设计依据34.硬件设计34.1电器硬件连接图34.2状态转移图44.3控制流程分析说明45.软件设计55.1梯形图55.2指令表66.软件仿真验证76.1三菱触摸屏仿真设计76.2系统仿真结果77.课程设计小结与心得108.参考文献1010箱体加工专用机床的PLC控制系统设计1.设计目的课程设计的主要目的是基于PLC针对某一生产设备的电气控制装置进行设计实践，了解一般控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。2.设计任务与要求本设计所选课题为：箱体加工专用机床的PLC控制。其中简要的概述和设计任务与要求如下。2.1概述PLC使用在某一专用机床控制上是最合适不过了，如图1所示为箱体加工专用机床的结构加工示意图。该机床是用来专门加工箱体两侧的，其加工方法是先将箱体通过夹紧装置夹紧，再由两侧左、右动力头对箱体进行加工。当加工完毕，动力头快速回原位，此时再松开加工件，又开始下一循环。图 1 箱体加工专用机床结构与加工示意图2.2设计任务和要求 图中，左、右动力头主轴电动机为2.2kW，进给运动由液压驱动，液压泵电动机为3 kW。动力头和夹紧装置的动作由电磁阀控制，电磁阀通断情况如表1所示。表 1箱体加工机床电磁阀通断情况表左动力头右动力头夹紧装置QV1QV2QV3QV4QV5QV6QV7上、下料-快进+-+-工进+-+-+停留-+快退-+-+专用机床的工作步骤如下： 1按下启动按钮，夹紧装置将被加工工件夹紧，夹紧后发出信号。 2左、右动力头同时快进，并同时启动主轴。 3到达工件附近，动力头快进转为工进加工。 4加工完毕后，左、右动力头暂停2s后分别快速退回原位。 5夹紧装置松开被加工工件，同时主轴停止。 以上1-5步骤连续工作，实现半自动循环。在工件夹紧、动力头快进、动力头快退及电源接通均有信号指示。3.整体方案设计3.1可编程控制器的选取FX系列可编程控制器是当前国内最新、最具有特色、最具代表性的微型PLC。它是日本三菱电机公司研制开发的。本设计系统使用了输入端口Y0-Y7和Y10-Y12总点数为11点，输出端口Y0-Y7、Y10-Y16总点数为15点。由于考虑到以后调整和扩充，一般要加上考虑10%-15%的备用量和10%-20%的裕量，同时考虑到用户存储容量，因此选择FX2N-48MR作为控制器。FX2N-48MR是日本三菱公司的可编程控制器(PLC),继电器输出及输入24点,输出24点，采用AC220V电源供电，有自带24V直流电源的24点继电器输出接口。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC，内置用户存储器8Kb，可扩展到16Kb，最大可扩展到256个I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A等）。故选择输入输出总点数为48的FX2N-48MR的继电器输出的控制器即可。3.2 I/O分配表表 2 I/O分配表输入输出符号功能说明符号功能说明X0启动按钮Y0工作夹紧指示X1停止按钮Y1左动力头快进指示X2夹紧开关信号 SPY2右动力头快进指示X3松开开关信号 SQ7Y3左动力头快退指示X4左动力头行程开关SQ1Y4右动力头快退指示X5左动力头行程开关 SQ3Y5左主轴电动机接触器X6左动力头行程开关SQ5Y6油泵电动机接触器X7右动力头行程开关SQ2Y7电磁阀YV1X10右动力头行程开关 SQ4Y10电磁阀YV2X11右动力头行程开关SQ6Y11电磁阀YV3X12半自动/自动开关Y12电磁阀YV4Y13电磁阀YV5Y14电磁阀YV6Y15电磁阀YV7Y16电源3.1软件设计依据状态转移图也称功能图。一个控制过程可以分为若干个阶段，这些阶段称为状态。状态与状态之间由转换分隔。相邻的状态具有不同的动作，当相邻状态之间的转换条件得到满足时，就实现转换，即上面的动作结束而下一状态的动作的开始，可用状态转移图描述控制系统的控制过程。状态转移图具有直观，简单的特点，是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。根据以上所述和结合本系统的运作方式，此控制系统设计完全适合采用状态转移图来实现各项功能。4.硬件设计4.1电器硬件连接图此设计采用三菱的FX2N-48MR作为控制器，其电器硬件连接图如下所示。图 2 箱体加工专用机床的PLC控制硬件连接图4.2状态转移图图 3 箱体加工专用机床状态转移图4.3控制流程分析说明1. 初始状态S0为自动方式初始状态，同时当箱体加工专用机床接通电时，Y16电源指示灯点亮，直到拔出电源线才会熄灭。2. 初始状态下，左、右动力头滑台分别压住行程开关SQ1和SQ2，由于此时工件尚未夹紧，SQ7亦被压住，处于闭合状态，当按下启动按钮SB1，电磁阀YV7通电驱动夹紧装置将被加工工件夹紧，同时Y0夹紧指示灯亮。3. 当夹紧装置完全将工件夹紧后，夹紧开关信号SP闭合，驱动主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV1、电磁阀YV4运行操作，同时使左、右动力头快进指示灯亮。电磁阀YV7和夹紧指示灯由于强行置位保持先前的状态。4. 当左、右动力头同时分别到达行程开关SQ3和SQ4，上一状态结束，左右动力头快进指示灯熄灭，电磁阀YV2、电磁阀YV5得电闭合。主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV1、电磁阀YV4、电磁阀YV7和夹紧指示保持先前的状态。此时左、右动力头由快进转为工进，对工件进行工进操作。5. 当左、右动力头分别到达行程开关SQ5和SQ6时，工进操作完成，电磁阀YV1、电磁阀YV2、电磁阀YV4和电磁阀YV5断电。主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV7和夹紧指示灯继续保持通电的状态。接着触发定时器T0开始计时2秒，左、右动力头暂停不动。6. 当定时器T0计时2秒结束后，电磁阀YV3和电磁阀YV6通电驱动左、右动刀头快退，左右动力头快退指示灯亮，同时主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV7和夹紧指示灯还保持通电的状态。 7. 当左、右动力头分别返回到行程开关SQ1和SQ3时，行程开关SQ1和SQ2再次得电，使主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV3、电磁阀YV6、电磁阀YV7、夹紧和快退指示灯断电。同时由于夹紧装置电磁阀YV7断电，松开开关信号SQ7闭合，完成一次加工操作。8. 本系统设计默认为半自动操作。若半自动自动开关X12接通，自动开始下一次循环；若半自动自动开关未接通，则需要手动接通才会进行下一次循环操作。5.软件设计5.1梯形图梯形图如下所示5.2指令表指令表如下所示指令I/O(软元件)LD M8002SET S0SET Y016STL S0LD X000ANI X001ANDX004ANDX007SET S20STL S20SET Y015SET Y000LD X002SET S21STL S21SET Y007SET Y012SET Y005SET Y006OUTY001OUTY002LD X005ANDX010SET S22STL S22OUTY010OUTY013LD X006ANDX011SET S23STL S23RST Y007RST Y012OUTT0K20LD T0SET S24STL S24OUTY011OUTY014OUTY003OUTY004LD X004ANDX007SET S25STL S25RST Y005RST Y006RST Y000RST Y015LD X003ANDX012OUTS0RET END6.软件仿真验证6.1三菱触摸屏仿真设计本系统设计采用软件GX-works2和GT-Simulator3，并使用三菱触摸屏GT15*-V(640*480)作为显示器进行系统的仿真验证，三菱触摸屏GT15*-V(640*480) 系统操作页面如图所示：图 4 箱体加工专用机床的PLC控制系统操作页面6.2系统仿真结果1. 当系统接通电源时，电源显示灯点亮，如图5所示：图 52. 启动按钮SB1，并触发行程开关SQ1和SQ2，电磁阀YV7通电将被加工工件夹紧，同时Y0夹紧指示灯亮。如图6，图7所示。图 6图 7图 83. 夹紧开关信号SP闭合，驱动主轴电动机接触器Y5、油泵电动机接触器Y6、电磁阀YV1、电磁阀YV4运行操作，同时使左、右动力头快进指示灯亮。如图8，图9所示。图 94. 行程开关SQ3和SQ4被触发，左右动力头快进指示灯熄灭，电磁阀YV2、电磁阀YV5得电闭合。主轴电动机接触器、油泵电动机接触器、电磁阀YV1、电磁阀YV4、电磁阀YV7和夹紧指示保持先前的状态。此时左、右动力头由快进转为工进，对工件进行工进操作。如图10，图11所示。图 10图 11 工进操作图 12 快退操作 5. 行程开关SQ5和SQ6触发时，工进操作完成。定时器T0开始计时2秒，左、右动力头暂停不动。当定时器T0计时2秒结束后，电磁阀YV3和电磁阀YV6通电驱动左、右动刀头快退，左右动力头快退指示灯亮，同时主轴电动机接触器、油泵电动机接触器、电磁阀YV7和夹紧指示灯还保持通电的状态。如图12，图13所示。图 136. 当左、右动力头分别返回到行程开关SQ1和SQ3时，行程开关SQ1和SQ2再次得电，使主轴电动机接触器、油泵电动机接触器、电磁阀YV3、电磁阀YV6、电磁阀YV7、夹紧和快退指示灯断电，如图14所示。同时由于夹紧装置电磁阀YV7断电，松开开关信号SQ7闭合，完成一次加工操作，如图15所示。图 14图 157. 若半自动自动开关X12接通，自动开始下一次循环。7.课程设计小结与心得本箱体加工专用机床的PLC控制系统设计主要使用输入输出总点数为48的FX2N-48MR作为控制器，采用状态转移图设计系统的软件功能，利用AutoCAD设计电气硬件连接图、GX-works和GT-Simulator3进行程序的设计和仿真。通过本次的PLC课程设计，我对可编程序控制器原理及应用这门课有了更加深刻的了解，锻炼和提高了我理论联系实际，与具体项目和课题相结合开发、设计产品的能力，同时巩固了专业基础知识。在这次课程设计中，我还学到了很多书本中没有的知识。通过同学间的讨论，和自己查阅有关资料，我解决了在课程设计中遇到的各个问题，同时也增加了自己对PLC的兴趣。但是有一些不满足的就是从来都没能进行实体的仿真。8.参考文献1郁汉琪、郭健可编程序控制器原理