电气控制课程设计箱体加工专用机床PLC控制系统设计

1、级课程设计说明书箱体加工专用机床的PLC控制系统设计院、 部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称专 业：班 级：完成时间：2014年6月15日日本三菱公司的FX2N系列PLC是一种性价比高的小型PLC, FX2N系列是FX 家族中最先进的系列，最大范围地包容了标准特点、执行速度更快、通讯功能更 齐全，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。该机床是用三菱FX2N可编程控制器控制，专门加工箱体两侧的。其加工方法 是先按下启动按钮，夹紧装置将被加工工件夹紧，夹紧后发出信号，再有左、右 动力头同时快进，并同时启动主轴，到达工件附件，动力头快进转为工进加工， 加工完毕后，左、右动力头暂停

2、2s后分别快速退回原位，夹紧装置松开被加工 工件，同时主轴停止。最终，完成箱体工件的加工。该机床的工作流程为顺序控制，用步进指令实现控制，这样就使的机床在控 制上更加的简化，也便于操作。关键词：可编程控制器；箱体加工专用机床；三菱 FX2NABSTRACTJapan's mitsubishi FX2N series PLC is a kind of high cost performanee, small PLC FX2N series is the most advaneed in the family of FX series, the maximum range tolera n

3、ee sta ndard features, execute faster, more complete com muni cati on function, for factory automation applications to provide maximum flexibility and con trol ability.This mach ine is with mitsubishi FX2N programmable con troller con trol, special processing on either side of the box body. Its proc

4、essing method is to press the start butt on, the clamp ing device will be processed workpiece clamp ing, sig nal after clamp ing, have left and right power head fast forward at the same time, and start the spi ndle at the same time, reach the artifacts accessories, power head fast-forward to work in

5、to the process ing, the process ing is completed, left and right head suspe nded after 2 s quickly returned to the in situ, respectively, to the release of processed workpiece clamping device, spindle stop at the same time. In the end, the finish mach ining of en closure.Working process of the machi

6、ne tool for sequenee control, step by step instruction is used to implement control, thus make the machine more simplified in terms of con trol, also facilitate the operati on.Key words:programmable con troller; Special case process ing mach ine tools;Mitsubishi FX2N目录1概述0.2设计任务和要求 1.3设计方案4.3.1 可编程控

7、制器的选择 4.3.2主电路设计5.3.3 I/O分配地址6.3.4控制系统电路图的设计 7.4可编程控制器的控制系统设计.8.4.1箱体加工机床的控制流程 84.2状态转移图9.4.3接线图104.4梯形图及指令表115设计小结.13参考文献14致谢1.53 / 221概述1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器， 并成 功地应用在GM公司的生产线上。这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻 辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC(Programmable Logic Controller)。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，

8、使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算 机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制 概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功 能特点，可编程逻辑控制器定名为 Programmable Logic Controller(PLC)。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技 术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型 体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业

9、国家中已获得广泛应用。 世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年 增长率一直保持为30%40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能 力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。 这个时期发展了大型机和超小型机、 诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各 种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设

10、备的配套更 加容易。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定 时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械和生产过程。PLC把计算机的完备功能以及灵活性，通用性好等优点和继电器控制器控制 的简单易懂操作方便，价格便宜等 优点溶入新的控制系统中，且编程简单使得 不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。可编程控制器的处理速度大大 提高，增加了许多特殊功能。使得可编程控制器不仅可以进行逻辑控制，而且可0 / 22以对模拟量进行控制PLC使用在专用机床控制上是最合

11、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，此时在松开加工件，又开始下一个循环。2 / 222设计任务和要求图1箱体加工专用机床结构与加工示意图图1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3KW。动力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YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7上、下料夹紧+快进+工进+停留+快退+专用机床的工

12、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）到达工件附件，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15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显示。3 / 223设计方案3.1可编程控制器的选择日本三菱公司的FX2N系列PLC是一种性价比高的小型PLC, FX2N系列是FX 家族中最先进的系列，最大范围地包容了标准特点、执行速度更快、通讯功能更 齐全，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力

13、。本系统共有输入设备11 个：SB1-SB2 SQ1-SQ7 SP、SA1-SA2和输出设备 16 个：Y0-Y6、KM1-KM2YV1-YV7考虑10%-15%勺裕量，共需输入输出点数32点，因此选择FX2N-48MR 该型号的PLC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。电磁铁和接触器选择220V的小功率的交流电磁铁和交流接触器，由 PLC直 接控制。为了确保系统的安全，本系统还配备了过载保护和短路保护。FX2N系列可编程控制器的技术性能表2 FX2N功能技术指标输入继电器X0-X267其播4点合计備E 点输出继电器Y0-Y267 共 184 点辅助继电 器

14、一般用M0-M499 共 500点锁存用M500V1023 共 524 点，M1024亶共2048点特殊用M8000M8255 共 236 点状态寄存 器初始化用S0-S9 共 10 点般用S10-S499 共 490 点锁存用S500S899 共 400 点报警用S900S999 共 £00 点是时器100msT0 T199 ( 0. 1 -3276. 7s) 200点10msT200 T245 ( 0, 01 327.67s) 46 点1酊（积算型）T246 -1249 ( 0. 001 32. 767s) 4*100ns积算型）T250 -T255 ( 0. 1 -3276.

15、7s) 6点计数器増计数般用CO C99 ( 0-32767,16位)100点锁存用C100 -C199 ( 0-32767,16® 100 点增/减计 数用一般用C200 -C219 (32位)20点锁存用C220 -C234 (32位)垢点高速用0235 -C255: 1 相60kHz2点肩0tHz4点 或2相 30kHslTokHsl 点数据寄 存器通用数据 寄稈器般用DO TH99 ( 16位)200績存用D200 -Dall ( 16) 312点， D頑 2茁&99 ( 16& 7488点特殊用DSOOO -08195 (注位)106 点变址用V0¥

16、;入 Z0Z了 （ 16位）点文件寄存卷通用寄存器的LHD丄王LI7M9以好CICJ点为一个 文件单位设宦文件寄存器.共可设定堪个指针跡转、调用P0P1右16点输入中断、计时中断I0CD-I8 匚二19 点计数中断1010-10606 点嵌套（主控）N0-N78 点常数十进制K诉位* -3278+3276732位* '2147483643+2147483647十八进制H32札 0FFFF (H)3.2主电路设计箱体加工专用机床采用采用继电器控制方式与 PLC程序控制方式相组合的 形式构成控制系统。左右主轴电动机分别由接触器 KM1和KM3控制，油泵电 动机由接触器KM2控制。左右主轴电

17、动机分别控制左右动力头的旋转运动。而 左右动力头的快进、工进和快退由电磁阀和油泵电动机共同控制。图2主电路图3.3 I/O 分配地址本系统共有输入设备11个：按钮开关SB1-SB2,行程开关SQ1-SQ6开关信号SPSQ7，自动开关SA输出设备15个：指示灯Y0-Y4，电动机Y5 Y6 Y16,电磁 阀 YA7-YA15表3 I/O分配表输入地址输出地址X0启动按钮SB1Y0工作夹紧指示灯HL1X1停止按钮SB2Y1左动力头快进指示灯HL2X2夹紧开关信号SPY2右动力头快进指示灯HL3X3松开开关信号SQ7Y3左动力头快退指示灯HL4X4左动力头行程开关SQ1Y4右动力头快退指示灯HL5X5

18、左动力头行程开关SQ3Y5左主轴电动机接触器 KM1X6左动力头仃程开关SQ5Y6油泵电动机接触器KM2X7右动力头行程开关SQ2Y7电磁阀YA1X10 :右动力头行程开关SQ4Y10:电磁阀YA2X11 :右动力头行程开关SQ6Y11:电磁阀YA3X12:半自动/自动开关SAY12:电磁阀YA4Y13:电磁阀YA5Y14:电磁阀YA6Y15:电磁阀YA7丫16:右主轴电动机接触器 KM33.4控制系统电路图的设计箱体加统电路图设计工专用机床采用采用继电器控制方式与PLC程序控制方式相组合的形式构成控制系统。左右主轴电动机分别由接触器 KM1和KM3空制, 油泵电动机由接触器 KM2控制。左右

19、主轴电动机分别控制左右动力头的旋转运 动。而左右动力头的快进、工进和快退由电磁阀和油泵电动机共同控制。如末页中所示，即为箱体加工专用机床的控制系统电路图。18 / 224可编程控制器的控制系统设计4.1箱体加工机床的控制流程1）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，按下启动按钮 SB1，此时电磁 阀YV7通电使夹紧装置将被加工工件夹紧，同时夹紧指示灯亮。2）夹紧开关信号SP使左、右主轴电动机接触器 KM1和KM3、油泵电动机 接触器KM2、电磁阀YV1、电磁阀YV3、电磁阀YV4、电磁阀YV6通电和左、 右动力头快近

20、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。左、右动力头开始同时快进。3）左、右动力头分别压住行程开关 SQ3和SQ4,上一工步结束，电磁阀YV3 和电磁阀YV6断电，左右动力头快近指示灯熄灭。左、右主轴电动机接触器KM1 和KM3、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、右动力头开始工进，加工工件。4）左、右动力头分别压住行程开关 SQ5和SQ6,电磁阀YV1和电磁阀YV4 断电。左右主轴电动机接触器 KM1和KM3、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，工件加工完毕，触发定

21、时器 TO, TO通 电，开始记时，左、右动力头暂停。5）暂停2S后，电磁阀YV2和电磁阀YV5通电，左右主轴电动机接触器 KM1 和KM3、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，左、右动力头开始同时快退，左右动力头快退指示灯亮。6）左右动力头分别回到原位，压住行程开关 SQ1和SQ2,左、右主轴电动 机接触器KM1和KM3、油泵电动机接触器 KM2、电磁阀YV2、电磁阀YV5、 电磁阀YV7和夹紧指示灯断电。夹紧装置松开被加工工件。同时主轴停止转动。 一次循环加工结束。7）若选择开关SA接通，自动开始下一次循环；若选择开关 SA未接通，需 要手动接通SA开次循

22、环。始下一次循环。4.2状态转移图SQ1(X4)SQ2(X7)SQ7(X3)SA(X12)SB1(X0)SB2(X1)开始S0SQ1(X4)SQ2(X7)YV7夹紧 S20Y015) 夹紧提示YOO0)SP(X2)快进S21KM1“005)KM2“006)KM3SQ3(X5)(Y016)YV1(Y007)SQ4(X10)YV3(Y011)YV4(Y012)YV6(Y014)S0RETEND左快进提示(Y001)右快进提示(Y002)图3箱体加工专用机床的 PLC控制状态转移图4.3接线图SB1SB2SPSQ7SQ1SQ3SQ5SQ2SQ4SQ6SAE-E-X.1XOOO X001 X002 X

23、003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012COMY000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 COM'COM0HL1 HL2 HL3 HL4 HL5c -c二c c伞伞® ® 榊啊砂|旳Ri常咂R卯咽沖料I|R220VX- =KM1 KM2 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 KM3 -图4箱体加工专用机床的 PLC控制接线图4.4梯形图及指令表xooo1 IIXD011 )1>130XDUISTLI1卜

24、S201沁1xoo?T I-SETSO©ETY0I&YOOOS2I I STLX002T I-©ET< YOP322 -H STL IF48S25 砲一13114xmxou點一|竈1440C T012JSETS23<T0K204ET删< YOHJ:YORJ< YON< Y004 JKmXOOT4ETS25-FSTY01S-psiYoca-BSTY0C5-psrYOOft图5箱体加工专用机床的 PLC控制梯形图0LDXQQO1mX0012SETSO4STLso5LIX004emX0Q77SETS209STLS2010SETV01E11SE

25、TYQOO12LDX002住SETS2L15STL321ieSETYOOS17SETY00618SETY016ISOUTY00720OUTYOH21OUTYOU22OUTY014關OUTY00124OUTY00225LJXD0526mX01027SETS2229STLS2230OUTY007S1OUTYOU32LDX0063SmXOilSETS2336STL般3?OITTO40LDTO41SET3244SSIL跆44OUTY01C45OUTYOU旺OUTYOOS47OUTY00448LEX004辺mXDO?50SETS2552STIS25碍EST¥01554ESTYQQO55ESTY

26、D05测ESTYOOS57ESTY01E58IDX003mX012帥SETSO62HET63ENDK20图6箱体加工专用机床的 PLC控制指令表5设计小结随着科技领域日新月异的发展，工业控制领域也有着突飞猛进的变化，特别 是此次课题的领域，更是有着长足的进步。虽然，西方发达国家的PLC技术的发 展至今已有40多年的历史，西方发达国家在 PLC领域的技术更是到了炉火纯青 的地步，但中国作为发展中国家，起步晚，技术落后已经成为不争的事实，作为 当代先行者的我们更应该在此领域开拓创新， 迎头赶上，缩小与发达国家的差距。在传统机床行业中，多工步机床由于其工步及动作多， 控制较复杂，采用传 统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此，故障多，维修困难，费 工费时，不仅加大了维修成本，而且影响了设备的工效。使用PLC技术对传统机床进行技术改造就再合适不过了。在此次课题的设计 中我查阅了大量该领域的资料，反复的和同学交流，在遇到重大的疑惑问题时又 向老师进行求教，最终有了较为深刻见解和方便易懂的解决方案。本次课题我采 用了较为简洁的步进指令来实现对系统的控制。 在理论和实践的结合中去培养独 自解