基于PLC的机械手控制毕业设计论文(终稿)

毕业设计课题M7120平面磨床电气控制系统的PLC改造学生姓名学号专业机电一体化班级院（系）机械与电子信息工程分院指导教师职称二○一四年十二月二十日附件2：毕业设计真实性承诺及指导教师声明学生毕业设计真实性承诺本人郑重声明：所提交的毕业设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本设计不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现设计中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担相应的法律责任和一切后果。学生（签名）： 日期：指导教师关于学生毕业设计真实性审核的声明本人郑重声明：已经对学生毕业设计所涉及的内容进行严格审核，确定其成果均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。指导教师（签名）： 日期： 注：此声明由指导教师和学生本人亲笔签名。第一章引言改变零部件外部几何形态和机械性能的制造工业在通过各种变化将原材料转化成产品为目的的过程工业中，大量的开关量顺序控制功能，外部逻辑条件进行顺序动作，按照逻辑关系控制连锁保护动作，大量离散量生产数据的采集。传统意义上，生产厂家都是通过气动和电气控制来实现这些顺序控制及数据采集功能的。随着产品机型的更新换代，车间生产线对产品的质量监管越来越高，这就需要改变控制程序，使生产线的机械制造设备按照新的工艺要求进行加工，传统的继电接触器控制系统是固定接线式控制器，难以适应随时市场的生产工艺要求。大型自动生产线的控制系统使用过多的继电器，这种触点式电器工作频率较低，在频繁生产的生产情况下寿命较短，从而容易引发系统故障，大大降低生产运行的可靠性，不利于企业可持续发展壮大。现代生产工艺中，PLC的出现解决了这一问题。PLC在数字运算能力、处理模拟数据量能力、人机接口能力和网络连接能力等方面较大幅度的提高了生产要求，产品的质量生产率得到了质的飞跃，PLC逐渐进入过程控制领域，在很多生产领域应用中取代了在过程控制领域处于主导地位的DCS系统。第二章M7120型平面磨床的电气原理图与元件明细表2.1M7120型平面磨床的电气控制原理图2.2M7120型平面磨床的电气控制原理图明细表序号元件名称型号规格单位数量备注1电动机JW-6134180W只42交流接触器CJX1-1210A110V只63热继电器JR36B-20/31.5A只34按钮LAY8-11绿只25按钮LAY8-11红只36按钮LAY8-11黄只27按钮LAY8-11黑只38急停按钮LAY8-11/S红只19整流桥4X2CZ11C20A只110中间继电器直流DC110VJZ7-44只211熔断器RT18-32/3N熔体10A只112熔断器RT18-32/2N熔体2A只113熔断器RT18-32/N2A只614漏电保护器DZ47-63C10只115电压表85L17450V只116电源插板只217故障考核套件只118变压器BK-150380/110V.24V.6V只119电阻300Ω/30W只120电容250V5µF只121指示灯LD11-22/25D-6V红只122指示灯LD11-22/25D-6V绿只223指示灯LD11-22/25D-6V黄只124指示灯LD11-22/25D-6V白只125指示灯LD11-22/25D-24V绿只1代照明灯26接线端子TB2504L只127接线端子TB2503L只428导轨卡座429实验桌SL136130实验屏SL1361第三章M7120型平面磨床的型号含义与基本概述3.1M7120型平面磨床的原理磨床是用砂轮的周边或端面进行机械加工的精密机床。根据用途不同，磨床可分外圆磨床、内圆磨床，平面磨床、无心磨床以及一些专用磨床，如螺纹磨床。球面磨床、齿轮磨床、导轨磨床等。砂轮作为磨床上的主切削工具，一般不需要调速，都采用三相异步电动机拖动。磨床的加工形式是磨削加工，砂轮的旋转是主运动。辅助运动为砂轮架的上下移动，砂轮架的横向（前后）进给和工作台纵向（左右）进给。平面磨是用砂轮磨削加工各种零件的平面。M7120型平面磨床是平面磨床中使用较为普遍的一种，它的磨削精度和光洁度都比较高，操作方便，适于磨削精密零件和各种工具，并可作镜面磨削。型号意义M7120磨床类工作台的工作面宽200mm平面磨床组卧轴矩台式3.2主要结构和运动形式M7120型平面磨床的基本结构如图所示：它由1—床身、2—工作台、3—电磁吸盘、4—砂轮箱、5—砂轮箱横向移动手轮、6—滑座、7—立柱、8—工作台换向撞块、9—工作台往复运动换向手柄、10—活塞杆、11—砂轮箱垂直进刀手轮3.3M7120型平面磨床的主要结构及作用1、砂轮架—安装砂轮并带动砂轮作高速旋转。2、滑座—安装砂轮架带动砂轮架沿立柱导轨作上下垂直运动。3、立柱—支承滑座砂轮架。4、工作台—是安装工件或夹具的重要基面。5、床身—支承工作台、安装其它结构部件，用以安装立柱、工作台、液压系统、电气元件和其它操作结构。6、冷却液系统—向磨削区提供冷却液（皂化油）。7、液压传动系统—能传动平稳，拥有过载保护，可以在较大范围实现无级调速的优点。第四章M7120型平面磨床的电气控制线路分析M7120型平面磨床电气控制线路由主电路、控制电路、电磁吸盘控制电路和辅助电路四部分组成。4.1主电路分析主电路中共有4台电动机。其中M1为液压泵电动机，用来拖动工作台和砂轮的往复运动，由KM1主触点控制；M2为砂轮电动机，用来带动砂轮做高速旋转；M3为冷却泵电动机，用以供给砂轮和磨削工件冷却液，同时带走磨削屑，保证磨削环境，同由KM2的主触点控制；M4为砂轮箱升降电动机，控制砂轮做上下垂直运动，由KM3、KM4的主触点分别控制。FU1对4台电动机和控制电路进行短路保护，FR1、FR2、FR3分别对M1、M2、M3进行过载保护。砂轮升降电动机因运转时间很短，所以不设置过载保护。4.2控制电路分析当电源正常时，合上电源总开关QS1，电压继电器KV的常开触点闭合，可进行操作。4.2.1液压泵电动机M1控制液压泵电动机M1的控制：合上总开关QS1后，整流变压器一个副边输出110伏交流电压，经桥式整流器VC整流后得到直流电压，使电压继电路KA获电动作，其常开触头（155-156）闭合，为启动电机做好准备。如果KA不能可靠动作，各电机均无法运行。因为平面磨床的工件靠直流电磁吸盘的吸力将工件吸牢在工作台上，只有具备可靠的直流电压后，才允许启动砂轮和液压系统，以保证安全。当KA吸合后，按下启动按钮SB3，接触器KM1通电吸合并自锁，液压油泵电机M1启动运转，HL1灯亮。若按下停止按钮SB2，接触器KM1线圈断电释放，电动机M1断停转。4.2.2砂轮电动机M2的控制按下启动按钮SB5，接触器KM2线圈获电动作，砂轮电动机M2启动运转。4.2.3冷却泵电动机M3控制由于冷却泵电动机M3通过接插器X1和M2联动控制，所以M3与M2同时启动运转。当不需要冷却时，可将插头拉出。按下停止按钮SB4时，接触器KM2线圈断电释放，M2与M3同时断电停转。两台电动机的热断电路FR2和FR3的常闭触头都串联在KM2电路中，只要有一台电动机过载，变使KM2失电。因冷却液循环使用，经常混有污垢杂质，很容易引起电动机M3过载，故用热继电器FR3进行过载保护。4.2.4砂轮电动机M4控制1.砂轮升降电动机只有在调整工件和砂轮之间位置时使用，所以用点动控制。当按下点动按钮SB6，接触器KM3线圈获电吸合，电动机M4启动正转，砂轮上升。达到所需位置时，松开SB6，KM3圈获断电释放，电动机M4停转，砂轮停止上升。2.按下点动按钮SB7，接触器KM4线圈获电吸合，电动机M4启动反转，砂轮下降，当到达所需位置时，松开SB7，KM4线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止下降。3.升降机继电器控制系统的优点(1)所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。多年来我国一直生产这类升降机，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。4.升降机继电器控制系统存在的问题(1)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。4.3电磁吸盘控制电路分析电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。利用通电导体在铁心中产生磁场吸牢铁磁材料的工件，以便加工。它与机械夹具比较，具有夹紧迅速，不损伤工件，一次能吸牢若干小工件，以及工件发热可以自由伸缩等优点。因而电磁吸盘在平面磨床上用得十分广泛。电磁吸盘外壳是钢制箱体，中部的芯体上绕有线圈，吸盘的盖板用钢板制成，钢制盖板用钢板制成，钢制盖板用非磁性材料如铅锡合金隔离成若干小块。当线圈通上直流电以后，吸盘的芯体被磁化，产生磁场，磁通便以芯体和工件作回路，工件被牢牢吸住。电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装置三个部分。整流装置由变压器TC和单相桥式全波整流器VC组成，供给110伏直流电源。控制装置由按钮SB8、SB9、SB10和接触器KM5、KM6等组成。充磁过程如下：按下充磁按钮SB8，接触器KM5线圈获电吸合，KM5主触头（183-186）（185-188）闭合，电磁吸盘YH线圈获电，工作台充磁吸住工件。同时其自锁触头闭合，联锁触头断开。磨削加工完毕，在取下加工好的工件时，先按SB9，切断电磁吸盘YH的直流电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以需要对吸盘和工件进行去磁。去磁过程如下：按下点按钮SB10，接触器KM6线圈获电吸合，KM6的两付主触头（183-188）（185-186）闭合，电磁吸盘通入反向直流电，使工作台和工件去磁。去磁时，为防止因时间过长使工作台反向磁化再次吸住工件，因而接触器KM6采用点动控制。保护装置由放电电阻R和电容C以及零压继电器KA组成。电阻R和电容C的作用是：电磁吸盘是一个大电感，在充磁吸工件时，存贮有大量磁场能量。当它脱离电源时的一瞬间，吸盘YH的两端产生较大的自感电动势，会使线圈和其他电器损坏，故用电阻和电容组成放电回路。利用电容C两端的电压不能突变的特点，使电磁吸盘线圈两端电压变化趋于缓慢，利用电阻R消耗电磁能量。如果参数选配得当，此时R—L—C电路可以组成一个衰减振荡电路，对去磁将是十分有利的。零压断电器KA的作用是：在加工过程中，若电源电压不足，则电磁吸盘将吸不牢工件，会导致工件被砂轮打出，造成严重事故。因此，在电路中设置了零压继电器KA，将其线圈并联在直流电源上，其常开触头（155-156）串联在液压泵电机和砂轮电机的控制电路中，若电磁吸盘吸不牢工件，KA就会释放，使液压泵电机和砂轮电机停转，保证了安全。4.4辅助电路分析M7120型平面磨床的电气控制原理图中HL为照明灯，其工作电压为24伏，由变压器TC供给。SA1为照明负荷隔离开关。HL、HL1、HL2、HL3和HL4为指示灯，其工作电压为6伏，也由变压器TC供给。五个指示灯的作用是：HL亮表示控制电路的电源正常；不亮，表示电源有故障。HL1亮表示液压泵电动机M1处于运动状态，工作台正在进行往复运动；不亮表示M1停转。HL2亮表示冷却泵电动机M3及砂轮电动机M2处于运转状态；不亮表示M2、M3停转。HL3亮，表示砂轮升降电动机M4处于工作状态；不亮，表示M4停转。HL4亮，表示电磁吸盘YH处于工作状态（充磁或去磁）；不亮，表示电磁吸盘未工作。第五章电气控制系统的设计改造5.1PLC控制的I/O分配表输入信号输出信号电压继电器KVI0.0液压泵电机接触器KM1Q0.0总停按钮SB1I0.1砂轮电机接触器+冷却液电动机KM2Q0.1液压泵电机M1启动按钮SB3I0.2砂轮上升接触器KM3Q0.2液压泵电机M1停止按钮SB2I0.3砂轮下降接触器KM4Q0.3砂轮电机M2启动按钮SB5I0.4电磁吸盘充磁接触器KM5Q0.4砂轮电机M2停止按钮SB4I0.5电磁吸盘去磁接触器KM6Q0.5升降砂轮电机M4上升按钮SB6I0.6升降砂轮电机M4下降按钮SB7I0.7电磁吸盘充磁按钮SB9I1.0电磁吸盘停止充磁按钮SB8I1.1电磁吸盘去磁按钮SB10I1.2液压泵电机M1热继电器FR1I1.3砂轮电机M2热继电器、冷却泵电机M3热继电器FR2、FR3I1.45.2PLC控制的I/O接线图首先对控制任务进行分析，把I/O点找出来，有开关量I/O和模拟量I/O以及这些I/O点的性质。输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可以进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。分配输出点地址时，要注意负载类型的问题。在进行I/O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写。5.3PLC控制的梯形图设计总结在这次分析改造过程中我对M7120型平面磨床的结构及工作原理有了更深一步的认识，同时对利用可编程控制器PLC进行工业机械控制的设计有了更加深刻的认识，控制系统的设计、开发是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与调试的过程来进行。从中提高了我的思考判断能力和网络编程能力。毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。缺乏综合应用专业知识的能力，对实际应用设备的不了解等等。虽然即将毕业，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，将自己所学习的专业知识运用到实际生产运行中，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。