全自动双面钻控制系统设计说明书(修改版2)

1、开封大学机械与汽车工程学院机电一体化技术专业2016届毕业设计（论文）说明书 开 封 大 学毕业设计（论文）说明书题目：全自动双面钻电气控制系统设计说明书学 院 机械与汽车工程学院 专 业 机电一体化技术 班 级 2013级机电班 学 号 2013501332 姓 名 杜仲 指导教师 陈岩 2016年 5 月 20 日目 录 论文摘要11、 全自动双面钻概况22、 全自动双面钻工作过程23、 课程设计目的及内容5（1） 概述5（2） 设计步骤6（3） 机电传动控制概述6（4） 课程设计7（5） 总体设计8（6） 局部设计9（7） 原理图绘制9（8） 接线图绘制14（9） 元件选型144、 控制

2、方案论证17（1） 继电器控制方案17（2） 微机控制方案17（3） PLC控制方案18（4） 结论195、 PLC控制系统设计19（1） PLC控制系统电器元件的选择19（2） 控制系统PLC I/O接线图设计196、 控制系统软件设计21（1） 软件的组成部分21（2） 手动子程序设计21（3） 自动子程序设计22（4） 公用子程序设计237、 软件的调试24（1） 公用子程序调试24（2） 自动子程序调试258、 小结259、 参考文献2610、 附录27附表1：元器件选型明细表27附图1：原理图28附图2：接线图29开封大学机械与汽车工程学院机电一体化技术专业2016届毕业设计（论文）

3、说明书论 文 摘 要 为提高机床在实际生产中的自动化程度和工作效率，迅速提升工件加工技术与精度，设计了一种全自动气动钻床，该机床能对工件完成快速定位、夹紧以及钻削加工等工作。本文设计的全自动气动钻床通过PLC来控制机床动作，通过气压传动来传递动力。实现了PLC与PC的高效结合，简化了机床的电气控制系统，提高了机床的生产效率,达到了理想的效果。关键词：PLC（可编程控制器） 双面钻孔组合机床0全自动双面钻电气控制系统设计说明书杜仲（开封大学 机械与汽车工程学院)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

4、有可靠的危险区保护措施，其结构示意图如图1-1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(JQ2Z14，1.5KW)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1-2所示。油泵电机为3KW。图1-1全自动双面钻结构示意图2 全自动双面钻的工作过程 快进 快进 工进 工进 快退快退 图1-2动作顺序图 如图1-2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SQ 1，YV2通电，夹紧机构对工件夹紧。当

5、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

6、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。图1-3液压系统原理图41三课程设计目的及内容（1） 概述本课程是本专业的专业必修课。课程设计的目的和任务在于使学生掌握机械设备电器控制的基本知识、基本原理和基本方法,以培养学生对电气控制系统的分析和设计的基本能力。加深学生对课程内容的理解，验证理论和巩固、扩大所学的基本理论知识。本机为专用千斤顶油缸两端面钻孔加工的组合机床，采用装在动力滑台上的左、右两个动头（电机均为1.5KW）同时进行切削。动力头为单向运转，停车采用能耗制动；只有在油泵工作，油压达到一定的压力后（由油压继电器控

7、制）才能进行其它控制；专用机床能进行半自动循环，又能对各个动作单独进行调整；需要一套局部照明装置以及工作状态指示灯；有必要的过电流保护和联锁；钻孔过程中需用冷却泵进行冷却，冷却泵电动机功率为0.125kw；绘制电气原理图 (A3)；列出元件明细表；绘制电气接线图(A3)；（2） 设计步骤电动机的选择：根据设计要求需配备4台电动机，油泵电机M1，冷却泵电动机M2，动力头电动机M3、M4。根据设计要求查阅相关手册选择电机型号，注明所查阅的手册的名称、页码。绘制工步循环图：根据系统的动作状态表绘制工步循环图。电气原理图的设计（要求有详细的分析过程）：主电路设计控制电源的设计控制电路的设计（根据设计要

8、求列出各执行电器的逻辑表达式）局部照明与信号指示电路的设计机床工作原理分析电气元件型号的选择：电源开关的选择热继电器的选择接触器的选择继电器的选择行程开关的选择熔断器的选择按钮的选择照明灯及灯开关的选择指示灯的选择控制变压器的选择电气接线图的绘制：电器元件按外形绘制，并与布置图一致，偏差不要太大所有电器元件及其引线应标注与电气原理图相一致的文字符号及接线回路标号接线图中应标出配线用的各种导线的型号、规格、截面积及颜色等。（3） 机电传动控制概述机电传动（又称电力传动或电力拖动）是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称。它的目的是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，满足

9、各种生产工艺过程的要求，保证生产过程正常运行。在现代工业中，为了实现生产过程自动化的要求，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机，而且包括控制电动机的一整套控制系统。也就是说，现代机电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的，所以，本课程被命名为机电传动控制（也称为机械电气控制）。从现代化生产的要求出发，机电传动控制系统所要完成的任务，从广义上讲，就是要使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化；从狭义上讲，则专指控制电机驱动生产机械，实现产品数量的增加、产品质量的提高、生产成本的降低工人劳动条件的改善以及能源的合理利用。例如，一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米，

10、甚至几微米；重型镗床为保证加工精度和控制表面粗糙度，要求能在极慢的稳速下进给，即要求能在很宽的范围内调速；轧钢车间的可逆式轧机及其辅助操作频繁，要求在不到一秒的时间内疚能完成从正转到反转的过程，即要求能迅速地启动、制动和反转；对于电梯和提升机，要求启动和制动平稳，能并能准确地停止在给定的位置上；对于冷、热连轧机以及造纸机的各机架或各部分，要求它们的转速保持一定的比例关系，以便进行协调运转；为了提高效率，要求对由数台或数十台设别组成的生产自动线实行统一控制和管理。诸如此类要求，都是靠电动机及其控制系统和机械传动装置来实现的。在近代机械工业的发展过程中，机电传动的发展，经历了一个复杂的过程：1 电

11、机的拖动的发展过程如下：成组拖动多电机拖动（不同机构由单独电机拖动）单电机拖动2 控制系统的发展过程如下：继电器控制接触器控制电机放大机控制磁放大器控制电力功率晶体管控制计算机数字控制（PLC）由整个发展过程，不难看出，随着机械加工要求不断提高，机电传动控制系统的复杂度也在不断增加。本课程的重点在与控制部分，如何利用电气元件或计算机控制电气来拖动机械实现所要求的功能。在设计控制系统时，就要求设计人员对执行元件（电动机）、控制元件的熟练掌握与运用，同时也要求对控要求进行了解。（4） 课程设计在本次课程设计中，我们完成的是“全自动双面钻床控制系统”的设计任务。此次课程设计的目的旨在学会利用电气元件

12、（继电器接触器）的控制方法，故在整个设计过程中，要求使用的元件为传统控制系统中的继电器、接触器来实现钻床的全自动工作过程。另外，在本次课程设计中，我们还应学会如何设计主回路、控制回路以及辅助回路（照明与显示）。同时，在回路的总体连接上，要熟悉设计的技巧；在液压控制回路的设计中，要学会利用“起保停”电路来实现液压系统的控制。通过本次课程设计，除了复习掌握已学过的电气知识外，还应熟悉控制系统的设计流程与设计方法，从而增加自己的阅历，提高自己的工作能力。（5） 总体设计1 控制要求的分析任务书中的控制要求有以下几点：动力头位单向运转，停车采用能耗制动；只有在油泵工作，油压达到一定压力后（由油压继电器

13、控制）才能进行其他的控制；专业机床能进行半自动循环，又能各个动作单独进行调整；需要一套局部照明装置以及工作状态指示灯；有必要地过电流保护和连锁；钻孔过程中需用冷却泵进行冷却，冷却泵电动机功率为0.125kW。由上述控制要求，可分析出以下几点：在主回路中仅需对电机的启停进行控制和对动力头电机进行能耗制动的设计，不需控制正反转；在液压回路的液压泵附近处应添加压力继电器，并在液压控制回路的首端加入该压力继电器的常开触点，以实现满足油压后才能进行其他控制的要求；对于机床的半自动循环，可以采用起保停电路来实现，而对于各个动作的单独调整则可在控制首端加入万能转换开关，并对各个动作设置手动按钮来实现该控制要

14、求；控制回路中可添加辅助回路，以控制照明和显示功能；在每个电动机的连接处，均接入一个适合的热继电器，以实现过热保护，在主回路中各个支路与主电源相连接处均接入一个适合的熔断器，以实现过流保护（短路保护），而在控制回路与变压器相连处也应接入适合的熔断器，同样实现过流保护；增选一个冷却泵，并接入主回路，在控制回路中加设一支路，通过按钮控制冷却泵的启停。液压控制回路中电磁阀被控逻辑表达式据分析，电磁阀被控逻辑表达式如下：（6） 局部设计在局部设计中，我们主要完成三部分内容：原理图、设计元器件选型、接线图的设计。这三部分内容是整个设计的核心部分，通过这部分，我们得出了整个设计的结果：两张A3图纸，一张元

15、器件明细表。（见附录）（7） 原理图绘制在原理图的设计部分，我们将其分为3大模块进行分工设计。其中包括有主电路模块的设计、控制电路模块的设计与辅助电路模块的设计三部分。而在控制电路模块中，我们将其又分为电机控制电路与液压控制回路两部分。辅助回路中主要包括有照明与显示电路部分。1.主电路主电路的设计中主要应满足一下几点要求：动力头电机应实现能耗制动；动力头电机、液泵电机、冷却泵电机三者应分开接向主电源，并由不同的接触器控制；三种电机君应实现短路保护（过流保护）与 过热保护；电源处应有一个总闸控制电源的关断。对于要求（1）我们将左右动力头的两电机接在同一个接触器上进行控制，然后在接触器的首位接上一

16、个可控的直流电源（由变压器和整流桥组成）来实现。对于要求（2）我们选用三个接触器来控制三种不同功率的电动机，并分开三个回路来控制即可。对于要求（3）我们选用合适的熔断器，在三个回路接向电源出接上相应的熔断器来实现短路保护；再选用合适的热继电器，在接向电动机处接如相应热继电器来实现过热保护。对于要求（4）我们在电源处，添加一个刀开关QS即可。具体电路图如下：图3-1 主回路电路设计图2. 控制电路在控制回路中，主要有两部分：电机控制回路与液压控制回路。这两部分均应接向110V交流电压，故该回路与主回路相连接时，应将主电源的L1、L2相接如变压器来降压，以提供110V的两相交流电。（1） 电机控制

17、回路 在控制电机时，为满足动力头电机的能耗制动，我们利用时间继电器来控制直流电源的延时断开。在三种电机的启停控制上，我们利用接触器的“起保停”电路来控制，我们分别加入启停按钮。而在动力头电机的停止上，我们利用联动开关来控制，以其常闭触点为停止，常开触点为直流电源的接入。这样，保证了动力头电机的停止，同时也接入了能耗制动。另外，我们在主电路的最后加上了一个急停回路，利用接触器KM0与刀开QS0关来控制。同时，在控制回路的起始端接入接触器KM0的常闭触点，来实现急停功能。具体电路图如下：图3-2 电机控制回路设计图（2） 液压控制回路在液压控制回路中，应分为自动控制和手动控制两部分。在自动控制中，

18、主要由行程开关（SQ1到SQ6）、压力继电器（YJ1与YJ2）和按钮SB1来共同控制电磁阀（YV1到YV5）来实现整个动作。其动作表如下：YV1YV2YV3YV4YV5定位（SB1）+-夹紧（YJ1）+-入位（YJ2）-+-工进（SQ1SQ5）-+-退位（SQ2SQ4）-+-+复位（SQ3SQ6）- 表1 液压回路电磁阀被控一览表 由上表可知，在设计液压控制回路时，可以直接利用起保停电路直接控制电磁阀的动作。在表中，每一列以第一个“+”为该电磁阀的得电信号，而以连续“+”后的第一个“-”为失电信号。但应该注意的是行程开关的串并联关系：在夹紧动作时（YV2），若要使其失电，则应两动力头均达复位位

19、置才可松开，故此时SQ3与SQ6应为并联关系；在工进或退位时（YV4、YV5），若要使其得电，则只要有一个行程开关的信号，则应该立即动作，故SQ1与SQ5或SQ2与SQ4应为并联关系；在要求入位、工进或退位（YV3、YV4、YV5）的停止信号时，必须两个行程开关均有信号才可失电，故此时SQ2与SQ4或SQ3与SQ6应为串联关系。在手动控制中，我们利用万能选择开关来控制自动与手动的转换。另外，在控制电磁阀（YV1到 YV5）的电路上，我们直接设计5个按钮（SB2到SB6）来实现手动调节。在万能转换开关与110V交流电源连接的部分，我们增加一盒压力继电器YJ0，以实现在液压回路中达到一定压力才进行

20、控制动作的要求。具体电路图如下：图3-3 液压控制回路设计图3. 辅助电路（照明显示）在辅助回路中，主要包含有照明灯的控制与显示灯的控制。照明灯所需电源为24V交流电，而显示灯所需电源为6V交流电。故将它们分别有变压器TC的不同变压接口引出即可。照明灯应与总电源开关相同时亮灭，故在电源刀开关QS选型的时候应选择有三个主触点并带有一对常开常闭辅助触点的刀开关，并将照明灯的控制接入刀开关QS的辅助常开触点。在本设计中，我们共设置了3个指示灯（HL1、HL2、HL3），分别为启动、工进与急停。故它们分别由交流接触器KM1、KM3、KM0的辅助常开触点来控制。另外，在控制回路的起始端（即由变压器TC引

21、出的3端110V、24V、6V）应设置短路保护。故在该处分别接上相合适的熔断器。具体电路图如下：图3-4. 辅助回路（照明与显示）设计图（8） 接线图绘制在接线图的设计上，我们首先对箱体内元器件进行排版：第一排为总闸、变压器与熔断器；第二排为时间继电器、交流接触器；第三排为急停闸、整流桥与热继电器；第四排为中间继电器。总共4排，并在每排间安排走线槽，便于安装与维修。然后，我们在箱盖上按功能将按钮与指示灯排列出来。另外对于放置在其他设备上的器件，我们也一同画在了接线图的左端。在以上两部分的中间，我们选用一个接线端子来将其进行连接。该接线端子的作用主要是将电柜箱体内的线走出来，防止因导线杂乱而造成

22、的事故发生。在接线图的下部分，放置了万能转换开关与接地铜板，它同样是放在箱体内部的。这样排版是为了方便接线工人识图。最后我们将原理图中各线编号，以该编号对应在接线图上进行连线。另外，在万能转换开关的编号中，由于该开关有外线与内线之分，故我们以4位数将其编号，前两位为外线号，后两位为内线号。（9） 元件选型1.电动机的选型根据任务书中要求得知液泵电动机M1的功率为370W，冷却泵电动机M2的功率为0.125kW，动力头电动机M3、M4的功率均为1.5kW。而工业用电一般都为380V三相交流电，故查3，选择功率相近的电动机得一下结果：M1：Y2-90L-8M2：Y2-801-8M3、M4：Y2-1

23、00L1-4其中，M1功率0.55kW，转速660r/min；M2功率0.18kW，转速630r/min；M3、M4功率2.2kW，转速1430r/min。（注：在实际设计当中，应同时考虑工况、班制等选择因素）熔断器的选型根据选择出的电机型号，可大致计算该电机工作时的最大电流：再根据以下经验公式，计算出所需熔断器的最大允许电流值：故计算得：另外，根据经验，控制回路中的电流最大不会超法国5A，照明显示回路电流最大不会超过2A，故查2，并选择熔断器结果如下FU1：RL-15/4,最大熔断电流4A；FU2：RL-15/2,最大熔断电流2A；FU3：RL-60/25,最大熔断电流25A；FU4：RL-

24、15/6,最大熔断电流6A；FU5：RL-15/2最大熔断电流2A。热继电器的选型根据前面算出的电动机工作电流，查2可直接选出热继电器，得如下结果：FR1：LR1-D09307，整定电流范围1.62.5；FR2：LR1-D09306，整定电流范围11.6；FR3：LR1-D09310，整定电流范围46；FR4：LR1-D09310，整定电流范围46。交流接触器、中间继电器与时间继电器的选型根据前面计算出的电动机工作电流值，可知交流接触器的工作电流应在10A以内，而由设计的原理图知交流接触器所需要的主触点为3对辅助触点不超过2常开2常闭，再根据380V三相交流电的要求，查2，可选出交流接触器如下

25、：KM04：CJ20-10，允许功率4kW，辅助触点2常开2常闭。由于控制回路中，电压为110V交流电，且根据控制回路设计图得知中间继电器所需触点不超过4常开4常闭，故查2，可选择中间继电器如下：KA15：JZ14-44J/Z，110V吸引线圈电压，触点数4常开4常闭。由于动力头电动机的能耗制动时间较短，故可确定在0.460s的范围内。根据110V交流电，同样查2，选择时间继电器如下：KT：JS7-1A，110V吸引线圈电压，定时时间调节范围0.460s。照明与显示灯的选型根据经验，一般照明灯使用的是24V交流电，故查2得，照明灯选择型号为：AD1-22/11。在我们设计的系统中，有三种指示灯

26、：启动、工进以及急停。根据经验，启动指示灯一般用绿色，工进用黄色，急停用红色。而工厂中，一般指示灯使用电压为6V。故查2，选择指示灯型号如下：启动：AD1-22/11，电压6V，绿色；工进：AD1-22/11，电压6V，黄色；急停：AD1-22/11，电压6V，红色。变压器的选型由于我们设计的系统中，需要将380V三相交流电转换成110V、24V、6V等三种不同压值的交流电，故选择变压器时应同时考虑考虑变压器的容量与接处的点数。查3，选择变压器结果如下：TC：BK-100，4变压接出头。按钮及刀开关的选型在液压控制回路中，共有6个常开按钮。其中SB2SB6为手动控制按钮，故可选择黄色；SB1为

27、定位启动按钮，故选择绿色。在电机控制回路中，共有3个常开按钮、2个常闭按钮与1个联动开关。其中SB11、SB21、SB31为电机启动按钮，故可选择绿色；SB10、SB20为电机停止按钮，故选择红色；SB30为联动开关，控制动力头电机的停止，同时也开始能耗制动，故也选择红色。查2，选择按钮型号如下：SB1：LA19-11，绿色；SB2SB6：LA19-11，黄色；SB11、SB21、SB31：LA19-11，绿色；SB10、SB20：LA19-11，红色；SB30：LAZ-11A/XR，红色。而在整个设计中，我们用到了两个刀开关，总闸一个（即控制电源，又控制照明灯），急停一个。故总闸刀开关QS选

28、用蓝色；急停刀开关QS0选用红色色。查2选择刀开关如下：QS：DZ20-100/3，蓝色；QS0：DZ20-100/3，红色。四控制方案论证（1） 继电器控制方案在逻辑控制方面，继电器是利用电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。采用硬线连接，连线多而复杂，对今后的逻辑修改、增加功能很困难。在控制速度上，依靠机械触电的吸合动作来完成控制的继电器的控制系统，工作效率低，工作速度慢。在顺序控制方面，继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制，时间继电器内部的机械结构容易受环境和温度变化的影响，造成定时的精度不高。在灵活性可扩展性方面，继电器安装后，受电气设备触点数目的有限性和连线复

29、杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。虽然继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能，另外，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，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。继电器控制历史长久，有较为成熟和固定的设计方法，易于掌握，尤其适合逻辑控制，但如果是时序、步进性控制和过程控制则或是构成系统较复杂，或难以单独实现需要借助过程仪表等。这种系统稳定性、可靠性差，运行有较多的噪声，外部硬接线为主，不具有良好的柔性，一旦电路结构完成就要相对固定下来，需要更改时会很麻烦。继电器触点有过载、发热粘连等缺点，维护量较大。一般用于结构简单,电流量小的场合。（2

30、） 微机控制方案微机控制，成本比PLC低,逻辑针对性高，所以要在对整个系统非常了解的时候才会使用，智能化比PLC高，专业应用的时候，实现的功能要比PLC多，具有安全性可靠性最高的特点，输入输出信号还可以实现一体化隔离，通讯组态模式最多。开发周期最长，一旦要有变化修改比较麻烦。一旦实现自有批量生产，如果不包括软件附加值，成本甚至比继电器控制还要低。微机最突出的特点是具备计算机的运算能力和存储容量, 适用于复杂应用和大量数据处理.。微机系统也具有软硬件结合实现功能的特点，而且目前的微机系统有专业的工控机适用于工业控制环境，其抗干扰能力、运行稳定性等都比最初使用商用机好得多了。而硬件上，已经有多种基

31、于现有总线形式的功能块可以选用，如数据采集卡、运动控制卡、过程控制卡、智能通信卡等，这些功能块是专业厂家进行专门设计的，让用户可以结合各种通用编程软件如VC+、VB、Delphi以及各种数据库开发软件等即可迅速实现控制系统软件的设计。不过在造价上恐怕是最高的，而其可靠性虽然已经有很大提高能够适应许多工业现场的环境了，但仍然还不足以达到PLC的水平。另外还通过微机直接控制过元器件，他的功能可谓更加强大。但是另一方面他体型大，也太笨拙，一般微机也不适合用于工业控制场合，但是工业控制计算机可以。机最突出的特点是具备计算机的运算才干和存储容量，适用于复杂应用和大量数据处置。微电路控制，就是单片机控制，

32、这个系统其把PLC模块化的各个部分集中在一起，其主要通过一块电路板实现，空间大大减小，但是由于所有的电路集中在一块板子上，其实现的功能、输入输出的点数受到限制，而且系统的散热性，维护性受到考验，若其中一部分损坏，其只能全部更换。单片机现在主要用在功能单一的小型系统中，如随小型设备来的控制系统。（3） PLC控制方案PLC智能化高，逻辑控制可靠度高，具有通讯功能，占体积小，功耗小，PLC是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置。PLC最突出的特点是抗干扰能力强, 编程简单灵活, 适用于大多数工业控制场合.。.PLC系统是具有柔性的软接线系统，多数情况下通过不算复杂的编程，以软硬

33、件结合的方式可以实现控制功能，目前应用也极为广泛，可靠性极高、抗干扰能力强，已经被广泛接受。现在的PLC可以实现从小到大各种规模的控制系统，并且除了逻辑控制外，还可以方便的通过各种功能模块、通信模块、智能模块、人机界面等实现过程控制、闭环控制、通信、位置/伺服控制、人机交互等，功能极为强大。PLC系统更改方便，改动程序可以节省大量外围硬接线的改动工作量。但是目前各种厂家的PLC在硬件软件方面不通用、“各自为政”现象尚难以改观。在用户方面各自变得程序也往往不具有通用性，尤其是采用梯形图编程时程序的“个性”风格十分突出，可移植性、可维护性不如微机控制系统做得好。PLC系统的价格也不是太高，在性价比

34、上应该是最好的。PLC就是为了替代继电器的缺点而开发的，其就是可编程控制器，其众多的逻辑控制在PLC内部来实现，引起大大的节省了设备空间，其只需要外部的输入输出接口来与外界连接，这样的状况使整个系统耗电量、可靠性、维护性有到显著的改善，其最优越的特点就是程序更改方便，对待外部实现的功能更加人性化。（4） 结论通过以上比较了继电器，微机，PLC控制的特点后，可得出结论，本课题中选用PLC控制为最佳方案。5 PLC控制系统设计（1） PLC的选择：机型选择： 该系统以开关量为主，可选用F1、F2、FX、GE1、C20、S5101、TI100、EX40等产品。容量估算： 由经验计算公式，即总存储器字

35、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。（2） PLC I/O接线图设计（3） PLC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，SQ22JLXK1-1

36、11802按钮SB0SB8LA10-1903熔断器FURL1-60104热继电器FRJR0-20/305压力继电器KPJYL-2006转换开关SA1HJ10107接触器KM，KM0KM2CJ0-20408可编程控制器PLCFX2N -48MR001109油泵电机MJQ2-Z1-4110冷却电机M0JQ2-Z1-4111主轴电机M1、M2JQ2-Z1-42（4） I/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YV0Y0停止按钮X1送料YV1Y1送料限位开关SQ1X2夹紧限位开关SQ3X3夹紧电磁阀YV2Y2压力继电器开关KPX4左动力头进给电机YV3Y3左、右动力

37、头危区限位开关SQX5左动力头返回电机YV4Y4左孔钻一半SQ12X6右动力头进给电机YV5Y5左回原位SQ11X7右动力头返回电机YV6Y6右余下部分SQ22X10右原位SQ21X11夹紧原位SQ2X12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X252.4操作面板3.2 单机点动 单周期 自 动X20夹紧 X21左进 X22左退 X0启动 负载电源X23右进 X24右退 X1停止 紧急停车2.5主电路继电器接线图注：M为

38、油泵电机，M0为冷却电机，M1、M2为主轴电机M1、M2在上电工作时一直在运转，直到按下停止按钮时，主轴电机才停止6 控制系统的软件设计（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

39、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：M2M3Y1M1M6M5M1M4M7SETM1Y2M1Y3Y5M1M8Y3Y73M7Y4M7Y5M7Y6M7RSTSETM1Y2M1X2X3X4X5X6X7X10X11M0X0X16 M8002X0(C0+X14)X12C0X12X15C0K21.双面钻控制系统自动程序的顺序功能图（二）自动程序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

40、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Y

41、5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

42、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X

43、15断开，X14为ON时，可实现单周期工作。3.自动程序指令表：（三）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。7 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，