三面铣组合机床的PLC控制系统设计

/三面铣组合机床的PLC限制系统设计 系别：电子信息和电气工程系班级：电气052姓名：陈其荣孙廷津座号：14号36号指导老师：日期：目录摘要设计任务及要求设计任务1.1三面铣组合机床的概述1.2三面铣组合机床的基本组成1.3三面铣组合机床的加工过程1.4三面铣组合机床的液压系统2.三面铣组合机床的限制要求3.总体方案的确定二、硬件设计1路原理图的设计1.1主电路1.2PLC外围电路及I/O接线图三、元器件的选择1.PLC的选择2.接触器的选择3.热继电器的选择4.熔断器的选择5.开关的选择6.主令电器的选择四、软件设计1.功能表图2.梯形图3.程序调试五、人机界面1.组态王简介2.人机界面的设计六、设计小结七、附录1．电气原理图2．PLCI/O接线图3．功能表图摘要可编程限制器以体积小功能强大所著称，它具有牢靠性高、抗干扰实力强，编程简洁、运用便利，功能完善、通用性强，设计安装简洁、维护便利，体积小、重量轻、能耗低等优点。不但可以很简洁地完成依次逻辑、运动限制、定时限制、计数限制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立和各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动限制。特殊是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯实力，从而更广泛地应用于众多行业。本次课程设计是基于PLC的电器限制系统的设计，是PLC在三面铣组合机床限制系统中的应用。通过PLC的电器限制和上位机的协作，实现上下位机间的通讯，限制。本次的系统是由四台电机来实现对工件三个面的铣削加工，同时并可实现手动操作限制和自动限制，有单循环自动工作、单铣头自动工作和点动三种工作方式。并用组态王软件设计限制面板，来实现对机床工作流程的限制。设计任务及要求设计任务1.1三面铣组合机床的概述三面铣组合机床是用来对Z512W型台式钻床主轴箱的∮80、∮90孔端面及定位面进行铣削加工的一种自动加工设备。如图1所示为加工工件示意图。图1加工工件示意图1.2三面铣组合机床的基本组成机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件松紧液压缸等组成。机床底座上安放床身，床身上一头安装由液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。床身的两边各安装一台铣削头，上方有立铣头，液压站在机床旁边。1.3加工过程三面铣组合机床的加工过程如图2所示。操作者将要加工的零件放在工作台的夹具中，在其他打算工作就绪后，发出加工指令。工件夹紧后压力继电器动作，液压动力滑台（工作台）起先快进，到位转工进，同时起动左和右1铣头起先加工，加工到某一位置，立铣头起先加工，加工又过肯定位置右1铣头停止，右2铣头起先加工，加工到终点三台电动机同时停止。待电动机完全停止后，滑台快速退回，工件松开，一个自动工作循环结束。操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新发出加工指令重复上述工作过程。1.4三面铣组合机床的液压系统三面铣组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的。如表1为液压系统的原理图。YV1YV2YV3YV4YV5BP1BP2原位-（+）夹紧++快进（+）-++工进（+）-+-+-+死挡铁停留（+）-+-+++快退（+）--+--+松开-+ 表1液压元件动作表2.三面铣组合机床的限制要求1）有单循环自动工作、单铣头自动循环工作、点动三种工作方式。2）单循环工作方式如图2所示，油泵电机在自动加工一个循环后不停机。3）单铣头自动循环工作包括：左铣头单循环工作、右1铣头单循环工作、右2铣头单循环工作、立铣头单循环工作。单铣头自动循环工作是时，要考虑各铣头的加工区间。4）点动工作包括：四台主轴电动机均能点动对刀、滑台快速（快进、快退）点动调整、松紧液压缸的调整（手动松开夹紧）。5）五台电动机均为单向旋转。6）要求有电源、液压泵工作、工件夹紧、加工、原位信号指示。7）要求快退回来时要对工作台进行润滑。8）要求有照明电路和必要的连锁环节和爱护环节。3.总体方案确定三面铣组合机床系统限制的加工部分采纳PLC设计，其中自动加工部分采纳依次限制设计法，手动部分采纳阅历设计法。油泵指示、电源指示、油压指示、原位指示、照明、快退润滑等在PLC外电路中设计实现。本实习采纳菱阳FX系列的PLC，并规定采纳I/O口为40点的PLC，其中输入端口为24点，输出端口为16点。上位机采纳组态王6.5软件进行设计，实现上下位机间的通讯及限制。硬件设计电路原理图的设计1.1主电路图（见附图）主电路只要由刀开关Q、熔断器FU、热继电器FR、沟通接触器KM的主触点等电器元件及五台电动机组成。设计思路：为了确保刀具和工件的平安，在主轴电动机、油泵电动机过载时，除了本电动机停止外，进给电动机（左右工速电机，左右快速电机）也要相应的停止。因此必需把进给电动机并联在主轴的熔断器FU之下（如附图1所示），使主轴电动机和进给电动机有共同的熔断器FU，保证过载时同时切断。主电路的爱护环节：（1）熔断器主要起短路爱护及过载爱护；（2）继电器起自动接通或断开限制电路和爱护电力装置的作用；（3）接触器用于远程限制负荷，切断带负荷电路； 1.2PLC外围电路及I/O接线图（见附图）PLC外限制电路包含有照明电路、油泵指示及电源指示信号。照明灯用个单独的开关来限制，油泵指示灯则由KM5接触器的常开协助触点限制，当油泵打开时，KM5常开触点闭合，油泵指示灯亮，电源指示灯则由线路的总开关来限制，当开关闭合时，电源指示灯亮。本次设计的PLC输入点数有18个，输出点数有17个输入点数的确定：（1）手/自动共有的：死档铁停留信号BP1、夹紧信号BP2、油压信号BP3、原位行程开关SQ1、上下位机切换开关SA1。（2）自动所特有的：起先按钮SB5、左铣及右1铣头行程开关SQ2、右2铣头行程开关SQ3、立铣头行程开关SQ4。还有用三个点五种状态来实现单循环自动工作、左铣动力头自动循环工作、右1铣动力头自动循环工作、右2铣动力头自动循环工作、立系动力自动循环工作之间的切换。（3）手动加工部分有：快进按钮SB1、快退按钮SB2、夹紧按钮SB3、松开按钮SB4、左动力头点动按钮SB6、右1动力头点动按钮SB7、右2动力头点动按钮SB8、立铣动力头点动按钮SB9。为了尽量削减所需的I/O点数，采纳分组输入的方法来削减输入点数。由于三面铣组合机床系统中有自动和手动两种工作方式，其中动力头的电动输入点可以和自动状态下的相对应的行程开关输入点复用，即X13、X15、X16三个点可以复用，为了防止出现寄生回路，产生错误输入信号，在共用的输入端口串联二极管。输出点数的确定：在输出端包含有沟通110V线圈：左动力头接触器线圈KM1、右1动力头接触器线圈KM2、右2动力头接触器线圈KM3、立铣头电动机接触器线圈KM4。直流24V线圈：夹紧电磁阀线圈YV1、松开电磁阀线圈YV2、快进电磁阀线圈YV3、快退电磁阀线圈YV4、工进电磁阀线圈YV5、润滑电磁阀线圈YV6。还有沟通220V的指示灯：原位指示L1、加工指示L2、工件夹紧指示L3、油压报警指示L4、夹紧报警指示L5、快进报警指示L6、快退报警指示L7。在输出（Y10—Y13）中由于是沟通线圈输出，为了防止突然断电，由于电感的存在（U=L*di/dt），会产生高压脉冲，损坏PLC，在输出要并联RC电路，起续流作用。而输出（Y2—Y7）是直流输出，同样要并联续流二极管，爱护PLC。元器件的选择1.PLC的选择I／O点数：在满意限制要求的前提下力争运用的I／O点最少，但必需留有肯定的裕量（10％~15％）。基于本设计I/O口的要求，需18个输入点，17个输出点，因此我们选择了FX-0N这种型号的PLC。2.接触器的选择左、右2铣削头电动机：JO2-41-4，4.0kw，1440r/min，380v，8.4A立、右1铣削头电动机：JO2-32-4，3.0kw，1430r/min，380v，6.5A液压泵电动机：JO2-22-4，1.5kw，1410r/min，380v，3.49A依据以上参数选出接触器的型号：KM1、KM3的型号CJ20-10，KM2、KM6、KM1的型号CJ20-83.热继电器的选择一般状况下热元件额定电流按电动机额定电流来选择。对于过载实力较差的电动机，热元件额定电流应适当降低。热继电器的额定电流大于等于热元件的额定电流，热继电器的额定电压大于或等于线路和额定电压，依据三面铣组合机床的原理图及上述电动机的一些参数其型号可选JR20-10/14R，JR20-10/13R，JR20-10/10R等。4.熔断器的选择熔体额定电流和负载大小、负载性质有关。对于一般照明电路、电热电路等负载：可按负载电流大小来确定熔体的额定电流。对于电动机负载:单台:INP=（1.5~2.5）INM；多台:INP=（1.5~2.5）INMmax+∑INM5.开关选择5．1刀开关参数选择：极数，额定电流，额定电压，通断实力等5．2组合开关参数选择：位数（2~4），极数（1~4），额定电流，额定电压，通断实力等。5．3万能转换开关参数选择：位数，接线图编号，额定电流，额定电压，通断实力等。6.主令电器的选择6．1限制按钮的选用参数选择：额定电压，额定电流，圆形头或方形头、安装尺寸，结构形式，动作方式等。6．2行程开关的选择参数选择：操作头的结构，自动复位或非自动复位，长挡铁和短挡铁，触点的数量。6．3限制变压器的选择变压器一、二次电压应和沟通电源电压、限制电路电压和协助电路电压要求相符。电器元件清单序号名称符号型号规格数量备注1按钮SB1LA20-11J1SB1用于急停2按钮SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10LA20-1193行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9、SQ10LX19-111104转换开关SA1、SA3、SA4、SA5、SA6HZ10-10/155转换开关SA7HZ10-10/216转换开关SA2LW5-15D17组合开关QSHK1-6018熔断器FU1RL6-63/5011.5*8.4+8.4+3+3+3+4.9+4.9=39.8熔体额定电流取50A9熔断器FU2RL6-25/611.5*3=4.5≈6A10熔断器FU3、FU5RL6-25/2521.5*8.4+3+4.9=20.5≈25A11熔断器FU4、FU6RL6-25/1221.5*4.9+3=10.5≈12A12熔断器FU7、FU8、FU11、FU12RL6-25/2413熔断器FU9、FU10RL6-25/1021.1*1.5+1.1+0.6*10=8.75≈1014接触器KM1、KM3、KM4、KM5、KM7、KM8、KM9CJ20-6.37或CJ20-1015接触器KM2、KM6CJ20-10216热继电器FR1、FR3、FR6JR20-10/9R3整定范围：2.6～3.2～3.8/A17热继电器FR4、FR7JR20-10/11R2整定范围：4～5～6/A18热继电器FR2、FR5JR20-10/14R2整定范围：7～8.6～10/A19信号灯HL1、HL2AD1-30/1112额定电压：XZ36-1.5WE10/1320信号灯HL3、HL4AD1-30/1112额定电压：220V-5WE1421照明灯EL1、EL2JC1-12额定电压：36V额定功率35W22变压器TBK-15001380-220/127/36-6.3软件设计功能表图（见附图）发出加工指令（按下按钮），YV1得电工件自动夹紧，压力继电器BP2动作，YV3得电工作台快进到达行程开关SQ2处，YV5得电转为工进，左、右1铣头起先工作，工作台运动到SQ3处时立铣头起先工作，运动到SQ4时，右1动力头停止，右2动力头得电工作，直到工作台运动到终点时，遇到死档铁停留，压力继电器BP1动作，全部的动力头都停止，同时，YV4得电快退回原位，YV2得电松开工件，一个工作循环结束。功能表图思路遵循加工过程为：上电后输入油压信号，先推断滑台是否在原位，不是原位跳到S35待夹紧信号来是退回原位。若在原位，原位指示灯亮，再推断是手动还是自动，若为手动则，转手动程序，若为自动，按下起先按钮到S22使工件夹紧，待夹紧信号X1来时，进入下一步S23使工作台快进，同时夹紧信号灯和加工信号灯亮，接下来要进行工作方式的选择，当条件给定为单循环自动工作方式时，进入S24、S25、S26，死档铁停留油压继电器BP1动作时退回。当条件给定为左动力头单循环工作方式时，进入S28，死档铁停留油压继电器BP1动作时退回。当条件给定为右1动力头工作方式时进入S29，遇到行程开关SQ4时退回。当条件给定为右2动力头单循环工作方式时进入S30，死档铁停留油压继电器BP1动作时退回。当条件给定为立铣头单循环工作方式时S31，死档铁停留油压继电器BP1动作时退回。由S27、S32、S34为快速退回部分。手动和自动的切换，只需一个转换开关SA2就可以实现，手动部分无需点起先按钮，干脆对相应的按钮进行操作即可。在手动程序中还包含了，油压报警，未夹紧报警程序，快进程序报警和快退程序报警。梯形图2.1初始化程序为了使程序能正常的运行，必需在开启PLC时使S0被激活，否则程序无法运行，同时也要考虑到，突然断电时，必需时全部的步复位，因此采纳入下图的程序：2.2推断是否在原位的程序若在原位则输入继电器X4动作常开触点闭合，转入自动程序步，若不在原位则输入继电器X4不动作运用其常闭触点，使其转入手动程序步，使得输出继电器Y2得电夹紧，待夹紧信号一来，跳到快退程序步。其梯形图程序如下其中X5为手动和自动转换触点，当输入继电器X5不得电时可用X5常闭触点做为自动连接触点，当输入继电器X5得电时，常闭触点打开，断开其自动程序：2.3切换到手动状态的程序同理，可用输入继电器X5的常开触点做为，手动程序步的连接触点，当输入继电器X5得电时，常开触点闭合，转入手动程序，梯形图如下：2.4工作方式的切换程序对于工作方式的切换，我们用了PLC输入的三个点X17、X20、X21来组合5种状态：单循环自动工作、左铣动力头自动循环工作、右1铣动力头自动循环工作、右2铣动力头自动循环工作、立系动力自动循环工作之间的切换。各种工作状态的工作区间可以用行程开关和压力继电器BP1来推断，比如，立铣头的工作区间可以用行程开关SQ3和压力继电器BP1来确定，即X16、X0其梯形图如下：2.5快速退回程序单每个循环工作结束时，要停留2s待动力头停稳后再快速退回，这样不会损伤工件表面，同时退回的过程要进行润滑，当退回原位时，要自动松开，最终是将全部的电磁阀断电原位指示灯亮，这就要使最终的程序回到S0。梯形图如下：2.6手动程序手动程序中包含，快进点动，快退点动，手动夹紧，手动松开以及各个动力头的点动操作其梯形图如下：2.7报警程序这部分程序主要包括油压报警、夹紧报警、快进报警、快退报警，当油压突然消逝时要使油压报警灯闪耀，没有松开时也要使夹紧报警灯闪耀，当快进时间超过肯定是时间，要使快进报警灯闪耀，同理快退也时一样，梯形图如下：程序调试调试步骤：（1）打开GXDeveloper，创建新工程。（2）输入梯形图程序，输入好后点击程序变换/编译按钮（3）将程序写入PLC。点击[在线]，[PLC写入]，选择[MAIN]，点击[执行]。若程序有错，PLC上有指示灯提示，修改错误，点击[诊断]，[PLC诊断]，修改好错误后重新写入。若PLC输出结果和实际要求结果不同，必需从逻辑上修改程序。梯形程序出错改正的：梯形程序中手动程序必需有电气互琐，例如快进的常开触点要串联快退的常闭触点，否则会产生冲突，程序必需有自琐保持信号的。程序起先时必需对继电器复位ZRSTS0S35，程序的后面要有返回的程序SETS0。输入程序时会出现漏行，漏触点，逻辑错误等状况，都简洁产生错误，以致调试结果不符合，补齐程序，修改程序后结果才能符合。人机界面1．组态王简介1.1概述随着工业自动化水平的快速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的限制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业限制软件已无法满意用户的各种需求。通用工业自动化组态软件的出现很好地解决传统工业限制软件存在的种种问题解决实际工程出现的问题，比如开发周期长，重复运用率低，价格特别昂贵等，运用户能依据自己的限制对象和限制目的的随意组态，完成最终的自动化限制工程。

1.2组态软件组态就是用应用软件中供应的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。组态软件是指一些数据采集和过程限制的专用软件，它们是在自动限制系统监控层一级的软件平台和开发环境，运用敏捷的组态方式，为用户供应快速构建工业自动限制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应供应分布式数据管理和网络功能。组态软件是一个运用户能快速建立自己的人机接口软件HMI的软件工具，或开发环境。1.3组态软件主要特点（1）持续性和可扩充性（2）封装性（易学易用）（3）通用性1.4组态软件的系统构成依据系统环境划分，组态软件由以下两大部分构成的：1）系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其限制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必需依靠的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统,供系统运行环境运行时运用。系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。2）系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序和I/O驱动程序等。其中I/O驱动程序是组态软件中必不行少的组成部分，用于和I/O设备通讯，相互交换数据。2．人机界面设计2.1人机界面介绍人机界面设计是指通过肯定的手段对用户界面有目标和安排的一种创作活动.人机界面通常也称为用户界面。人机界面设计主要包括三个方面：（1）设计软件构件之间的接口（2）设计模块和其他非人的信息生产者和消费者的界面（3）设计人（如用户）和计算机间的