机加工自动线控制系统.

1、目 录第1章 工程实践训练的目的与任务 11.1 目的 11.2 任务 1第 2 章 机加工自动线的用途、基本组成和工作原理 32.1 机加工自动线的用途 32.2 机加工自动线的基本组成和工作原理 3 2.2.1 机械部分的基本组成和工作原理 32.2.2 液压部分的基本组成和工作原理 42.2.2.1 机加工自动线输送带液压部分工作原理 92.2.2.2 定位、夹紧机构液压部分工作原理 92.2.2.3 铣端面动力头液压传动部分工作原理 10第3章 自动线控制系统的组成及其各电器元件的作用 12第 4 章 机加工自动线控制系统的操作训练 154.1 操作前的准备 154.2 全线全自动方式

2、下的操作 154.3 全线半自动方式下的操作 164.4 手动方式下的操作 174.5 停止运行的操作 17第5章 机加工自动线控制系统的编程及其调试训练 185.1 编程训练 185.2 程序的调试训练 23 5.2.1 将程序写入PLC的内存中 23 5.2.2 程序的调试 23第6章 机加工自动线控制系统的故障诊断训练 24第7章 工艺图纸的设计 26心得体会 27第1章 工程实践训练的目的与任务1.1 目的生产自动化是科学技术不断进步和生产高度发展的产物，是一种理想的生产形式。在大批量生产条件下，由于产品品种单一，产品结构稳定，而且产量大，一般都具备有工步、工序自动化和流水作业的基础，

3、建立自动线使产品零件加工工艺过程自动化是少品种大批量生产实现自动化的一种良好方式。因此，在机械行业，机械加工生产自动线已成为一种常见的自动化生产形式。 自动线由基本工艺设备及工件传送系统、控制系统组成。其中，控制系统的设计、安装、调试和维护是电气化技术人员的岗位职责。 自从1969年DEC公司研制出PLC。并首次用于美国通用汽车公司的汽车自动装配线以来，PLC得到了迅速的发展，在工业控制方面得到了广泛的应用。PLC控制已基本取代了过时的继电接触器控制。PLC应用技术也成为电气化专业学生必需掌握的技术之一。本系统旨在为学生进行机加工自动线电气控制系统的运行、调试和维护提供一个实训环境。通过操作、

4、调试、排障等工程实训，使学生熟悉机加工生产自动化的运行，掌握自动线PLC控制系统的布线工艺、调试和维护方法，增强PLC的工程应用能力，为将来从事PLC应用方面的技术工作打下基础。1.2 任务本项目的训练内容分为设计训练、操作训练和故障排除训练三个方面。本项目的设计训练内容包括机加工自动线控制台电气工艺图的设计训练，机加工自动线PLC控制程序的设计调试训练两个方面。机加工自动线PLC控制程序的设计调试训练内容包括：（1）PLC控制系统程序的总体结构图的设计。（2）PLC控制系统公用程序（只含一个工位）的设计调试。（3）PLC控制系统手动程序（只含一个工位）的设计调试。（4）PLC控制系统单机半自

5、动程序（只含一个工位）的设计调试。（5）PLC控制系统全线单周/连续循环（只含一个工位）的设计调试。（6）PLC控制系统信号显示和故障报警程序（只含一个工位）的设计调试。一般来说，调试运行应完成以下几项任务： 通过调试运行，检查和纠正PLC用户程序中的错误，使之满足生产机械提出的各项工艺要求。 通过调试运行，检查和纠正PLC I/O接线及其它接线中的错误。 通过调试运行，调整定时器、计数器和压力继电器等的设定值，使之更加符合工艺要求。 通过调试运行，调整各行程开关的安装位置，各行程开关究竟应调整到什么位置合适，应以保证各机械运动部件在工作过程中不发生碰撞，刀具对工件的加工位置准确，对工件的加工

6、精度符合设计要求为准。第2章 机加工自动线的用途、基本组成和工作原理2.1 机加工自动线的用途机加工自动线可对工件进行铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位、钻深孔等工序进行加工。由于机加工自动线各动力头具有“在线/离线”选择功能，故可对加工工件进行其中一种或几种甚至全部工序的加工，因此，机加工自动线适用的加工范围广泛。另外，机加工自动线拥有全线单周/连续循环、单机半自动/手动和全线自动回原点五种工作方式，用户可根据需要选择其中工作方式运行机加工自动线，这样就大大增加了对机加工自动线操作的灵活性。2.2 机加工自动线的基本组成和工作原理本系统由计算机仿真子系统、接口子系统、PLC控制系统、

7、操作台及模拟显示屏几部分构成。为了叙述方便，今后就称机加工自动线控制系统为PLC控制系统。由于PLC控制是自动化专业学生训练的重点。因此，PLC控制、操作台、模拟显示屏与生产实际基本一致，自动线的机械和液压部分则由计算机仿真，保证学生能达到工程实训的目的。2.2.1 机械部分的基本组成和工作原理机加工自动线的机械部分主要由铣端面、钻孔、检查、扩孔、镗孔、攻丝、转位、钻深孔和上、下料等十个工位和输送带、定位机构、夹紧机构组成，单面加工，随行夹具传送工件，其平面布置图如图1所示。各工位动力头主轴的旋转运动由电动机拖动，而输送带步进装置的向前与向后，定位机构的定位与拔销，夹紧机构的夹紧与松开，各工位

8、动力头滑台的快进工进快退，检查机构的慢进与快退，转位机构的右转与左转、抬起与放下等运动则由液压系统拖动。液压系统的液压泵由一台电动机拖动。此外，机加工自动线还配有一台冷却泵，用来在加工时对各动力头的刀具和工件的加工面进行冷却。冷却泵由一台电动机拖动。铣端面 钻孔 检查 扩孔 镗孔 攻丝 转位 钻深孔图1 机加工自动线平面面面布置图2.2.2 液压部分的基本组成和工作原理机加工自动线的液压泵电机和冷却泵电机直接由接触器控制，其余电动机由PLC（经接触器）控制。机加工自动线各电动机的主电路、液压泵电机和冷却泵电机的控制电路和PLC负载的电源控制电路如图2所示，机加工自动线控制系统的PLC I/O接

9、线图分别如图3和图4所示，机加工自动线的液压系统图如图5所示。图 3 机加工自动线控制系统PLC输入接线图图 4 机加工自动线控制系统PLC输入接线图图 5 机加工自动线液压传动系统原理图 2.2.2.1 机加工自动线输送带液压部分工作原理图 6 传送带步进机构液压传动部分原理图机加工自动线传送带步进装置液压传动部分如图6所示。由该图可知，设传送带步进装置处于原位，则原位行程开光动作，此时使电磁换向阀的电磁铁线圈YV1通电，则压力油的流动路线为：油泵排出的油单向阀液动换向阀行程节流阀油缸10无活塞杆腔。回油路线为：油缸10 有活塞杆腔液动换向阀油箱。于是油缸10 中的活塞向前，将工件输送到加工

10、工位。当工件输送到加工工位，且油缸10的大腔中的压力上升到压力继电器KP2的动作值时，压力继电器KP2发出信号，与输送带到达时碰上的行程开关SQ2发出的信号重合，表明可以进行工件的定位、夹紧。2.2.2.2 定位、夹紧机构液压部分工作原理定位、夹紧机构液压传动部分原理图如图7所示。由该图可知，当输送带将工件输送到新工位后，使电磁铁YV3通电。此时压力油的流动路线为：油泵单向阀电磁换向阀111217号定位油缸的无活塞杆腔。回油路线为：各定位油缸有活塞杆腔电磁换向阀11油箱。于是各定位油缸中的活塞向上，拖动定位机构对工件的随行夹具定位。当定位好，且油缸1217的大腔中的压力上升到压力继电器KP3的

11、动作值时，压力继电器电器KP3发出信号，与定位机构到达定位位置时碰上的行程开关SQ4发出的信号重合，从而使电磁铁线圈YV5通电。此时压力油的流动路线:为1924号夹紧油缸的有活塞杆腔电磁换向阀油箱。回油路线为：各夹紧油缸有活塞杆腔电磁换向阀18油箱。于是各夹紧油缸中的活塞向下，拖动夹紧机构对工作的随性夹具夹紧。当夹紧动作完成，且油缸1924的大腔中的压力上升到压力继电器KP4动作值时，压力继电器KP4发出信号，与夹紧机构到达夹紧位置时碰上的行程开关SQ6发出的信号重合，发出夹紧完毕的信号，此时，各动力部件（铣端面、钻孔、 检查 、扩孔、 镗孔、攻丝/退丝、深钻孔）便可以开始工作了。在整个切削加

12、工过程中，工作都处在定位、夹紧状态。图7 定位、夹紧机构液压传动部分原理图2.2.2.3 扩孔动力头液压传动部分工作原理扩孔动力头液压传动部分原理图如图8所示。有图可知当电机YV11运行时，38接通，液压油由左下进左上出，同时YV13接通，这样可以实现快进功能，当动力头触及到SQ12的时候，YV13断电，YV11继续通电，这样就实现了工进功能。当动力头触及到SQ13的时候，YV11断电，YV12与YV13同时通电，液压油由左下进右上出，这样就可以实现动力头的快退功能。图8 扩孔动力头液压传动部分原理图第3章 自动线控制系统的组成及其各电器元件的作用机加工自动线PLC控制系统分为硬件和软件两部分

13、。硬件部分包括FX2-128MR型PLC基本单元、FX2-48ER型PLC扩展单元、直流稳压电源、各种开关电器、操作电器、保护电器、报警电器和信号指示灯。其中，PLC是控制系统的关键设备，自动线在各种工作方式下的全部工作过程都是在PLC的监控下进行的。直流稳压电源为PLC及PLC的输出负载如接触器线圈、电磁换向阀线圈(用仿真子系统模拟)、信号指示灯提供24VDC电源。接触器用来控制油泵电机、冷却泵电机及各动力头主轴电机的起动运行与停止。电磁换向阀用来控制自动线输送带、各动力头滑台的前进与后退等。自动开关用作上述电机主电路及控制电路的短路保护和失压保护，热继电器用作各电动机的过载保护，模拟屏通过

14、灯光信号来模拟自动线的工作过程。信号显示屏用来显示自动线的各种工作方式、工作状态、故障状态，可在故障时发出音响报警信号。控制面板上装有转换开关和许多按钮。转换开关主要用来选择自动线的工作方式、单机以及各动力头、检查头等单机的在线/离线状态。各操作按钮用来向自动线发布预开、起动、预停、紧急停止、点动等控制命令。在控制台的上述各电器元件中，自动线的各电动机和电磁换阀线圈是虚没的，由仿真子系统模拟。其余均为真实电器元件。PLC控制系统的软件部分包括自动线的公用程序、自动回原点程序、全线全自动和半自动程序、单机半自动程序、手动程序、信号指示程序、故障处理及报警程序等部分。其中，公用程序是自动线在各种工

15、作方式下运行时都要执行的程序，这部分程序主要用于处理向自动线发布的各种操作信号，自动线启动前应具备的各种初始信号，对工件的检查信号，由全单周或连续工作方式转换为手动或单机半自动、自动回原点等工作方式时使自动程序复位的信号，从单周循环程序的最后一步返回到初始步或初始步的下一步的转换信号，液压系统的过压力信号，对工件的定位、夹紧信号等，并将处理结果作为自动线启动、停止、急退、步的转换、故障报警等的一个条件。全线连续工作方式的程序是软件中最重要的部分，它用来实现自动线在无人参与的情况下对成批工件的连续自动加工，在加工完所有工件后才自动停下来。因此，全线连续工作方式的程序可大大提高加工效率，提高产品质

16、量，降低加工成本。全线单周工作方式的程序可实现自动线一个工作周期的自动运行，并在完成了一个工作周期的运行后自动停车。因此这部分程序主要用于自动线及其PLC控制系统在安装接线等工作全部完成后投人生产前的试车以及工人交接班时对自动线运行情况的检查。在自动线中，一个相对独立的运动部分称为单机，在本自动线中有下述单机：(1) 输送带、定位机构、夹紧机构。(2) 各动力头。(3) 检查机构、转位机构。单机半自动程序就是用来实现PLC控制系统对自动线中各个单机的单周循环控制的。具体说来，就是要实现这样的控制，当用单机选择开关选中某个单机，且按下单机起动按钮后，该单机起动(此时其它单机均停在原位不动)，完成

17、其自身的一个循环的工作后，自动停在其原位。因此，自动线的每一个单机都有自己的半自动程序。这部分程序主要用于自动线安装或维修工作完成后，技术人员对自动线各单机的调试工作以及检查各单机是否能完整地正常地运行一个循环。它便于技术人员集中精力对自动线某一单机的工作情况进行检查，易于发现问题，查找故障，待一个单机调试、检查完成后，再调试、检查下一个单机。手动程序用于实现PLC控制系统对自动线中某一单机进行手动控制。手动控制方式又称为点动控制方式，所谓手动控制，就是当用单机选择开关选中某个单机，且按下某个单机的某一步的点动按钮不松手时，该单机的该步就起动运行。但是，一松开该点动按钮，该单机的该步就立即停止

18、运行。单步程序用于实现PLC控制系统对自动线中某一单机进行单步控制。所谓单机控制，就是按下某个单机的某一步的起动按钮时，该单机的该步就起动运行，松开该起动按钮后，该单机的该步仍继续运行，直至完成该步的工作时才自动停止。手动程序和单步程序都用于自动线安装、维修完成后，技术人员调试检查其某一单机的某一步的工作情况。其中手动控制的优点是在调试、检查过程中，在发现问题或出现故障时便于即时停车；而单步控制的优点是操作较为方便，检查、调试时不需要象点动控制那样一直接住按钮不放，这对于工作时间较长的某个单步的调试、检查工作来说是很适合的。由此可见点动控制和单步控制各有其优点，用户可根据自己的实际情况和需要选

19、择其中一种控制方式。自动回原点程序用来实现自动线各单机从当前所处的任何位置自动退回到各自的原位，为自动线或某个单机的起动作好准备。设置自动回原点程序后，可以免除手动回原点操作的许多麻烦，减轻手动回原点操作的劳动强度，大大缩短回原点操作的时间。第4章 机加工自动线控制系统的操作训练4.1 操作前的准备(1) 接通计算机电源，启动计算机。用鼠标器双击“MICS”快捷图标。以运行自动线仿真软件，此时会打开自动线仿真窗口。单击该窗口的复位按钮，使窗口中自动线的各单机都回到各自的原位。(2) 依次闭合实验桌电源板上的刀开关QS、机加工自动线控制台内的自动开关QF1和QF2，以接通机加工自动线控制系统的电

20、源。(3) 闭合接口装置的电源开关，以接通机加工自动线接口子系统的电源，使之处于工作状态。(4) 在控制台的操作面板上，按下PLC的电源启动按钮SB4和冷却泵电机启动按钮SB6，以接通PLC电源、启动油泵电机(使自动线液压系统(虚拟)启动运行)和启动冷却电机(使冷却液(虚拟)循环，为各工位进行金属切削加工作准备)。在完成上述准备工作后，即可对机加工自动线进行各种操作。4.2 全线全自动方式下的操作(1) 根据自动线所要加工的工件件数m，用编程器给PLC的计数器C100设定K值，使K=m+9其中“9”表示每个工件要经过9个工位(即自动线要经过9次工作循环)后，才能从上料工位到达卸料工位。(2)

21、根据工件所要进行的加工工序，确定应在线的动力头和应离线的动力头，将应在线的各动力头的“在线离线”选择开关旋至“在线”位置，将应“离线”的各动力头的“在线/离线”选择开关旋至“离线”位置。最后将“模拟有料”开关旋至“有料”应置。(3) 将自动线工作方式选择开关SA2旋至“回原点”位置，再将PLC运行开关SA1由“停止”位置旋至“运行”位置，以使 PLC投入运行。 自动线单周连续循环程序的活动状态回到初始步。 计数器C100复位。(4) 将自动线工作方式选择开关SA2旋到“连续”位置。(5) 启动运行：按下“预开”按钮SB1，电铃BE响，表示自动线开始工作的六个条件(如前所述)都已具备，且油泵电机

22、和冷却泵电机都已启动，此时，可按下启动按钮SB2，使机加工自动线启动运行。通过计算机显示屏或控制台的模拟显示屏，可以清楚地观察到机加工自动线运行的全过程。在正常情况下，当自动线加工完要求的工件件数时，会自动停止运行。(6) 预停：在自动线全线全自动运行过程中，若自动线发生轻微故障，但不影响人身设备安全，则可按下预停按钮SB3，使自动线在完成了本次循环剩余的工作并回到原点后自动停止运行，以检查和排除自动线故障。(7) 紧急停止：在自动线全线全自动运行以及以其他任何一种方式运行的过程中，当发现自动线有严重故障，将危及人身或设备安全时，可按下紧急停止按钮SB4，使自动线立即停止运行。(8) 在自动线

23、紧急停止并使SB4复位后，可视具体情况和需要进行下述操作： 在故障排除后，可按下启动按钮SB2使自动线接下去继续循环运行。 也可按下急退回原点按钮SB5，使自动线各动力头退回原位并停止。 还可同时按下SB4和SB5，然后依次使SB4和SB5复位。再将自动线工作方式选择开关SA2旋至回原点位置，并按下急退回原点按钮SB5，使自动线全线自动回原点。(9) 在自l动线按全线全自动或全线半自动或单机半自动方式运行的过程中，按下急退回原点按钮，可使各动力头、检查头立即后退，退回原位后自动停止。4.3 全线半自动方式下的操作(1) 将自动线工作方式选择开关SA2旋至“单周”位置。(2) 根据自动线对工件加

24、工工序的要求，将自动线各动力头的“在线/离线”选择开关旋至要求的位置。(3) 将PLC的运行开关SA1旋至“运行”位置。(4) 此后，自动线的启动、紧急停止、紧急后退的操作方法以及自动回原点的操作方法与自动线连续循环方式下的相应操作方法相同，此处不再复述。4.4 手动方式下的操作(1) 将自动线工作方式选择开关SA2旋至“手动”位置。(2) 将单机选择开关SA3或SB4旋至需按手动方式运行的单机位置，以选中该单机。(3) 将PLC运行开关旋至“运行”位置。(4) 根据所要手动运行的某个步，按下手持式按钮盒上SB6SB11中控制该步运行的某一按钮，所选单机即按该步的运行；当松开该按钮时，所选单机

25、将立即停止该步的运行；在未松开该按钮的情况下，若所选单机运行完该步，则将自动停止运行。4.5 停止运行的操作(1) 关闭机加工自动线仿真子系统：用鼠标器单击“机加工自动线工艺流程及布置画面”窗口中的“退出”按钮，即可关闭机加工自动线仿真子系统。之后，按一定的操作路径即可安全地关闭计算机。(2) 关闭机加工自动线接口子系统：只要将接口装置上的电源开关断开，即可关闭机加工自动线接口子系统。(3) 关闭机加工自动线控制系统：将控制台操作面板上的PLC运行开关SA1旋至“停止”位置依次按下PLC电源停止按钮SB1、油泵电机停止按钮SB3和冷却泵电机停止按钮SB5依次断开自动开关QF2和QF1断开实验桌

26、电源板上的刀开关QS，在完成上述操作后，机加工自动线控制系统即被关闭。第5章 机加工自动线控制系统的编程及其调试训练5.1 编程训练（1）机加工自动线扩孔机构按单周方式运行部分的流程图图 9 机加工自动线扩孔机构按单周方式运行部分的流程图（2）机加工自动线扩孔机构按单周方式运行部分的顺序功能图图 10 机加工自动线扩孔机构按单周方式运行的顺序功能图（3）机加工自动线实现扩孔加工工序的梯形图图11 机加工自动线实现扩孔加工工序的梯形图图11 机加工自动线实现扩孔加工工序的梯形图（续）（4）机加工自动线扩孔机构按单周方式运行部分的指令表5.2 程序的调试训练 程序的调试由程序写入PLC内存和程序的

27、调试两步组成。5.2.1 将程序写入PLC的内存中要想将程序写入PLC的内存中，首先得将低压断电器（自动开关）打开、按下PC电源开、油泵启动、冷却泵启动，其次将PC运行拨至停止，再用鼠标单击菜单栏的PLC/传送/写出，接着弹出一个对话框，我们应该选中范围，将我们所编写程序的步数写入终止步，起始步为零，最后按确定即可将程序写入PLC内存中。5.2.2 程序的调试调试运行工作应在有目的、有计划、有步骤的前提下进行。在调试运行前，学生应先拟定一个调试运行步骤，这个步骤可参照上述各项调试运行任务的排列顺序拟定。凋试运行时，待一项调试运行任务完成后，再完成下一项调试运行任务。在凋试用户程序时最好按手动程

28、序单机半自动程序全线单周循环动程序全线连续循环程序自动回原点程序的顺序进行调试，这种从简到繁的调试顺序的步骤可以使调试工作少走弯路，易于一次凋试成功。由于用户设计不当，电器元件安装接线不正确，定时数、计数器、压力继电器的设定值设定得不合理，行程开关的安装位置不准确，都有可能导致调试过程中发生一些电路短路、机械碰撞等安全事故，因此，调试前应在电路中采取一些相应的保护措施如在电路中设置短路保护、过载保护、失压保护、过压力保护、互锁环节、联锁环节等，并熟悉控制台操作面板上的自动线的紧急停止按钮，各动力头的紧急后退按钮的颜色、形状及具体的安装位置，熟悉各故障指示灯的安装位置。这样，在调试过程中，一旦发

29、现故障，可迅速按下紧急停止按钮或紧急后退按钮，避免故障的进一步扩大。第6章 机加工自动线控制系统的故障诊断训练机加工自动线仿真与控制装置可为学生提供控制系统中的所有行程开关和压力继电器的故障设置、分析与排除方面的训练，但在故障分析与排除的训练中，只要求学生对自己设计的那部分程序中涉及到的行程开关和压力继电器进行故障分析与排除即可。一个实际的机加工自动线通常由机械、电气传动、液压传动和电气控制四个基本部分组成，每一部分都有可能出故障，因此，机加工自动线的故障分为机械类故障、电气传动、液压传动类故障和电气控制类故障。这里只对自动线的电气控制类故障，即自动线PLC控制系统的故障进行分析。本自动线PLC控制系统主要由直流稳压电源、PLC机、主令电器、检测电器、执行电器、保护电器、报警电器和信号指示灯等元件组成。上述各类电器元件都有可能发生故障，这些故障可依次分为直流稳压电源故障、PLC故障、主令电器故障。这是按照发生故障的电器元件的种类来划分的。若按故障的性质划分，则可分为短路故障、过载故障和失压故障。若按产生故障的时间和原因来分。还可分为电器元件本身的质量引起的故障、安装和接线不正确引起的故障、操作使用不当引起的故障、年久失修及元件老化引起的故障等。而在实训中