箱体加工专用机床的PLC控制系统设计

1、 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

2、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

3、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QV1QV2QV3QV4QV

4、5QV6QV7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

5、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、

6、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

7、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

8、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

9、，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

10、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

11、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 S

12、23STL 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

13、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

14、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YV

15、6、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