家用缝纫机机加工组合机床实施PLC 控制

1、开封大学毕业设计说明书 题目：家用缝纫机加工组合机床PLC控制系统设计 专业： 机电一体化技术 学号：2009061310 姓名：谢愿 时间： 指导教师：陈艳红论 文 摘 要:对JB 型家用缝纫机机加工组合机床实施PLC 控制, 因机床的输入点较多, 对PLC 采用了输入公共端切换的方法来扩充输入点数, 机床正常控制的输入点置于一条公共线上, 机床点动调整控制的输入点通过组合开关切换到另一条公共线上。作为PLC 控制的应用实例, 本文对设计过程进行了较详细的阐述。关键词: 组合机床; 控制; PLC; 输入点; 切换目 录绪 论4第1章 可编程控制器的特点及应用51.1 可编程控制器发展历史5

2、1.2 可编程控制器的特点及应用51.3 PLC 编程简介6第2章 机床的简介102.1机床的运动简介102.2 机床的液压系统11第3章 控制要求13第4章 PLC的控制设计164.1 PLC的选型164.2 PLC的I/O分配表164.3 PLC的I/O接线图184.4 PLC的梯形图184.5语句表20致 谢25参考文献26绪 论本论文针对组合机床的控制线路进行PLC改造，该机床对JB 型家用缝纫机的机壳实施机械切削加工, 对机壳的针距大孔作钻削加工, 对夹线器孔作钻削加工, 对挑线杆行线槽作铣削加工。传统的控制方案是采用继电器接触器控制，由于运动方向多，且有快进、快退等多种进给速度的变

3、换，控制系统较复杂，大量的硬件系统接线使系统的可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率，影响了设备的加工质量。采用可编程控制器(PLC)可以较好的解决这一问题，可大大的减少系统的硬件接线，提高了工作可靠性。而且在加工工艺改变时，只需要修改程序，就可适应新的加工要求，大大的提高了工作效率。 26第1章 可编程控制器的特点及应用1.1 可编程控制器发展历史早期的可编程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体

4、，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加

5、了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了PLC软、硬件功能。1.2 可编程控制器的特点及应用在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元。随着电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：1.可靠性高PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系

6、列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。2.具有丰富的I/O接口模块：PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4.编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的

7、专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5.安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。由于PLC强大功能和优点，被广泛的应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力等各行各业。其主要功能是进行工艺参数的采集、生过程控制、信息处理、设备运行状态监测等。1.3 PLC 编程简介PLC的应用设计，一般应按下述几个步骤进行，具体流程见图1.3。1.熟悉被控制对象首先要全面详细的了解被控对象的机械结构和生产工

8、艺过程，了解机械设备的运动内容、运动方式和步骤，归纳出工作循环图或状态(功能)流程图。2.明确控制任务与设计要求要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求。例如机械部件的传动与驱动，液压、气动的控制；仪表、传感器的连接与驱动等。归纳出电气执行元件的动作节拍图。电控系统的根本任务就是实现这个节拍图。以上两个步骤得到的图表，综合而完整的反映了被控对象的全部功能和对被控系统的全部要求，是整个系统设计的依据，也是系统设计的目的和任务所在。3.制定电气控制方案根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行和多机联线运行等。还要确定

9、电控系统应有的其他功能，例如故障诊断与显示报替、紧急情况的处理、管理功能、联网通信功能等。4.确定电控系统的输入输出信号通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤、各种状态、各种功能的发生、维持、结束、转换和其他相互关系，来确定各种控制信号和各种检测反馈信号、相互的转换和联系信号。并且确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号需要PLC输出或者哪些负载要由PLC驱动，分类统计出各种输入、输出量的性质与参数。图1.3 PLC应用的系统开发流程图5.PLC的选型和硬件配置根据以上的各个步骤所得到的结果，选择合适的PLC型号并确定各种硬件配置。本系统选定了三菱公司的FX1-40MR。6.PLC元件的编号分配对各

10、种输入、输出信号占用的PLC输入、输出端点及其其他元件进行编号分配，并设计出PLC的外部设计图口。7.程序开发用PLC厂家提供的专用软件包按照特定的规则，开发出梯形图程序或语句表程序。在进行程序开发的同时，可以平行的进行电控系统的其他部分工作，例如PLC外部电路和电气控制柜等的设计、装配、安装和接线工作。8.现场运行调试完成以上各种工作后，即可将已初步调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，PLC接入实际输入信号和实际负载，进行现场运行调试，及时解决调试中发现的问题，直到完全满足设计要求，即可交付使用。第2章 机床的简介2.1机床的运动简介该机床对JB 型家用缝纫机的机壳实施机械切削加工,

11、 对机壳的针距大孔作钻削加工, 对夹线器孔作钻削加工, 对挑线杆行线槽作铣削加工, 其动力头分布与运动情况如图1 所示。图1 动力头分布运动情况 图中动力头、分别用于针距大孔和夹线器孔的钻削加工,动力头!用于挑线杆行线槽的铣削加工。M 1, M 2和M3 均为2. 2kW 的三相异步电动机, 分别为和 动力头的切削主运动提供动力。三个动力头的进给、后退运动由液压系统提供动力。该机床的夹紧机构工作情况如图2 所示, 机壳的装夹过程是: 将机壳放于工作台上, 先由液压驱动后插销滑台上升, 再进行人工插销定位, 接着由液压驱动针孔杆插销定位, 最后是液压驱动夹具下压夹紧工件。工件的下卸过程正好与装夹

12、过程相反。图2 机床夹紧机构工作情况图2.2 机床的液压系统机床的三个动力头进、退由液压系统中的三个三位五通换向电磁阀分别控制, 动力头从快进转换到工进由液压行程调速阀控制, 与电气控制无关。夹紧装置的动作由液压系统中的三个二位五通换向电磁阀控制, 这三个换向阀带有机械自锁。电磁阀线圈的通电情况与液压系统工作情况的关系见表1。液压系统的油泵由一台4kW 的三相异步电动机( 取名M 0) 驱动。 表1 电磁阀线圈通电情况与液压系统工作情况关系动力头 动力头 动力头 后插销滑台针孔杆插销夹具CT1CT2CT3CT4CT5CT6CT7CT8CT9CT10CT11CT12动力头进+动力头退+动力头进+

13、动力头退+动力头进+动力头退+后插销滑台升±后插销滑台降±针孔杆插销±针孔杆拔销±夹紧±松开±第3章 控制要求机床的控制面板如图3 所示。面板上的指示灯EL 用于接通电源指示; 组合开关SA 用于选择机床的工作状态, 有单循环、循环和调整三种工作状态选择; SB1、S B2 为油泵电动机M 0 的起动、停止按钮; SB3、S B4 为选择单循环或循环工作状态时机床工作的起动、停动按钮; 其余按钮均为选择调整工作状态时机床的点动调整控制按钮。无论选择何种机床工作状态, 油泵起动是机床工作的前提, 油泵停止, 机床立即停止工作。选择单循环

14、或循环工作状态时, 点动调整按钮不起作用; 选择调整工作状态时, 机床工作起动、停止按钮不起作用。为了获取机床运动的位置信号, 在机床上装了许多行程开关, 这些行程开关的压动情况如图1、图2 所示。后插销滑台降、升到位分别压动SQ11、SQ12; 人工拨、插定位销分别压动SQ21、SQ22; 针孔杆拨、插销分别压动SQ31、S Q32; 夹具松开、夹紧分别压动SQ41、SQ42; SQ51、S Q61和SQ71分别为和 动力头在原位时压动; SQ52、SQ63和SQ72分别为和 动力头进到位时压动;SQ62为动力头转入工进时压动。 图3 机床控制面板 当选择机床单循环工作时, 机床的控制流程如

15、图4 所示。接通电源, 按油泵起动按钮SB1, M 0起动; 如果机床不在原位状态, 则 动力头自动回原位, 夹具自动松开, 针孔杆自动拨销; 如果后插销滑台没有下降, 则人工拨定位销使滑台自动下降。机床自动复位后放上工件, 按机床工作起动按钮SB3, 后插销滑台升起, 人工插定位销后机床自动完成对工件的夹紧和机加工, 机加工后动力头自动回原位, 夹具自动松开, 针孔杆自动拨销, 人工拨定位销使后插销滑台自动下降, 取下工件, 换上新工件, 按SB3 开始下一循环的工作。机床的循环工作状态与单循环工作状态的不同之处是, 单循环工作状态每开始一个循环必须按一下SB3, 而循环工作状态则在一个循环

16、结束后设置30 秒钟的延时, 用于取放工件, 延时到则机床自动开始下一个工作循环, 不需再按SB3。这两种工作状态的切换可在任何时候拨动SA 完成, 即若机床从停止起动工作, 则按SB3 后机床按选择的工作状态工作; 若机床正在工作中, 拨动SA 则机床自动转入新选的工作状态。机床在这两种工作状态下运行时, 按机床工作停止按钮SB4, 各动力头立即自动回原位, 夹具自动松开, 针孔杆自动拨销, 工人拨定位销使后插销滑台自动下降, 即机床在复位后停止工作。当机床正常工作时, 拨动SA 选择点动调整, 则机床立即停止工作, 并进入点动调整控制状态。图4 控制流程图第4章 PLC的控制设计4.1 P

17、LC的选型选用日本三菱公司生产的F1- 40MR 型可编程序控制器, 该PLC 有24 个输入点, 16 个输出点, 继电器输出。机床控制的输入点有: 控制面板输入点22 个, 行程开关输入点15 个, 共有37 个输入点。显然PL C 的输入点数不够用, 为此采用输入公共端切换的方法来扩充PL C 的输入点数, 将单循环和循环控制的输入置于一条公共线上, 而将点动调整的输入置于另一条公共线上, 两条公共线的切换由组合开关SA 完成。机床控制的输出点有: 控制4 台电动机的4 个接触器, 12 个电磁阀线圈, 共有16 个输出点。PLC 的输出点数正好够用。4.2 PLC的I/O分配表表2 I

18、/O分配表输入序号元件名称 代号输入点1油泵电动机M0 的起动按钮 SB1X02油泵电动机M0 的停止按钮 SB2X13人工拔销行程开 SQ21X24组合开关单循环档 SA I 位置X35组合开关循环档 SAII 位置X46组合开关调整档 SAIII 位置X57单循环或循环工作的机床起动按钮 SB3I 动力头的电动机M1 的点动调整按钮 SB11X68单循环或循环工作的机床停止按钮 SB4I 动力头进的点动调整按钮 SB12X79I 动力头的后退调整按钮 SB13后插销滑台下降到位行程开关 SQ11X1010II 动力头的电动机M2 点动调整按钮 SB21后插销滑台上升到位行程开关 SQ12X

19、1111II 动力头的进给点动调整按钮 SB22人工插销定位行程开关 SQ22X1212II 动力头的后退调整按钮 SB23针孔杆拔销行程开关 SQ31X1313III 动力头的电动机M3 点动调整按钮 SB31针孔杆插销行程开关 SQ32X1414III 动力头进给调整按钮 SB32夹具松开到位行程开关 SQ41X1515III 动力头的后退调整按钮 SB33夹具夹紧到位行程开关 SQ42X1616夹具夹紧调整按钮 SB41I 动力头原位行程开关 SQ51X1717夹具松开调整按钮 SB42I 动力头进到位行程开关 SQ52X2018后插杆滑台上升调整按钮 SB51II 动力头原位行程开关

20、SQ61X2119后插杆滑台下降调整按钮 SB52II 动力头压合时，、III 动力头离开原位 SQ62X2220针孔杆插销调整按钮 SB61II 动力头进到位行程开关 SQ63X2321针孔杆拔销调整按钮 SB62III 动力头原位行程开关 SQ71X2422III 动力头进到位行程开关 SQ72X25输出序号元件名称 代号输出点1M0 的交流接触器 KM0Y02M1 的交流接触器 KM1Y13M2 的交流接触器 KM2Y24M3 的交流接触器 KM3Y35I 动力头进的电磁阀线圈 CT1Y46I 动力头后退的电磁阀线圈 CT2Y57II 动力头进的电磁阀线圈 CT3Y68II 动力头后退的

21、电磁阀线圈 CT4Y79III 动力头进的电磁阀线圈 CT5Y1010III 动力头后退的电磁阀线圈 CT6Y1111后插杆滑台上升电磁阀线圈 CT7Y1212后插杆滑台下降电磁阀线圈 CT8Y1313针孔杆插销电磁阀线圈 CT9Y1414针孔杆拔销电磁阀线圈 CT10Y1515夹具夹紧电磁阀线圈 CT11Y1616夹具松开电磁阀线圈 CT12Y174.3 PLC的I/O接线图图5 I/O接线图4.4 PLC的梯形图图示为控制机床工作的PLC 梯形图, 图中用条件跳步及跳步结束指令将程序分为两块, 从CJP700 到EJP700 这块程序用于机床的单循环和循环控制, CJP701 到EJP70

22、1 这块程序用于机床的点动调整控制。由于点动调整控制的程序简单, 故在梯形图中仅以框图表示。图6 梯形图4.5语句表LD M71OUT F671 K100OUT F672 K123OUT F670 K103LD X0OR Y0ANI X1OUT Y0LD Y0AND X5CJP 700LDI X24ORI X13ORI X15ORI X17ORI X21AND Y0ANI M123OUT M120LDI X10AND Y0AND X2ANI M123OUT M123LD Y0AND X10AND X13AND X15AND X17AND X21AND X24AND X2OUT M122LD X

23、6OR M123AND M122AND Y0ANI X7OUT M123LD M122OR M100AND M123ANI M101ANI M111ANI M112LD M100AND X11AND X12LDI M101AND X14LD M102AND X16LD M103AND X22LD M104AND X20AND X25LD M105AND X17AND X23LD M106AND X21AND X24LD M107AND X15LD M110AND X13AND X2LD M111AND X10LDI M123LD M112AND X6AND X3LD M112AND T0LD M112AND X4OUT T0 K30LD M100OUT Y12LD M101OUT Y14LD M102OUT Y16LD M103OR Y6ANI X23OUT Y6LD M103OR Y2ANI X21OUT Y2LD M104OR Y4OUT Y4LD M104O