车镗专机PLC控制系统设计

/《PLC应用技术设计与实践》课程设计说明书课题：《PLC应用技术设计与实践》课程设计说明书课题：车镗专机PLC限制系统的设计专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导老师：2013年09月2日至本次设计的车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工的一种自动化加工设备。设计的内容包括硬件电路的设计，PLC程序的设计以及上位监控软件的设计。要求设计的车镗专机能够在没有人工干预的状况下自动的完成工件的加工；能够对工件进行粗镗或同时进行粗镗和精镗；在出现故障的的状况下能够手动限制专机的运动。对于上位机界面，要求能够实现上位机对工业现场的限制以及实现上位机限制就地限制的切换；同时要求能够以动画的形式实时反映现场的状况。

书目第一章方案确定 41.1车镗专机简介 41.2车镗转机的限制要求 4其次章PLC限制系统硬件电路设计 52.1主电路的设计 52.2不进PLC的限制电路和信号电路 52.3IO接线图 5第三章PLC限制系统程序设计 63.1自动限制程序 6全自动限制循环程序 63．1.2I工位循环限制程序 63.2手动限制程序 63.3上下位机协作限制程序 73.4爱惜程序 7第四章监控软件的设计 84.1监控软件的功能 84.2欢迎界面 84.3监控界面 9第五章设备运用及维护说明 105.1设备运用说明 105.2设备运用及维护留意事项 11第七章设计小结 11附录一：主电路 13附录二：限制和信号电路 14附录三：I/O接线图 15附录四：程序流程图 16附录五程序流程图 19

第一章方案确定1.1车镗专机简介 车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车削加工的一种自动加工设备。 加工工件的示意图如图1-1所示 图1-11.2车镗转机的限制要求要求有自动和点动两种工作方式，自动工作方式又有三种形式：全自动循环、Ⅰ工位循环。当车镗转机处于全自动循环过程为：从Ⅰ工位→Ⅱ工位→Ⅰ工位处于Ⅰ工位循环时只在Ⅰ工位上循环加工。处于点动工作方式要求有左、右主轴的点动对刀，左、右动力头的快进和快退点动，手动松开工件、手动移位等。车镗专机的自动加工过程为：操作者将要加工的零件放在工作台的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令。工件夹紧后压力继电器动作，左、右两边同时起先Ⅰ工位加工（粗镗）。左动力头快进→工进→快退。右动力头快进→工进→横进→横退+快退。3）左、右动力头全部加工完毕，退出工件后工作台前进到Ⅱ工位，起先Ⅱ工位加工（精镗）。4）左、右两边同时起先Ⅱ工位加工。左动力头快进→工进→停留→快退。右动力头快进→工进→停留→快退。5）左、右动力头全部加工完毕，退出工件后工作台退回到Ⅰ工位，工件松开，一个自动工作循环结束。6）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。 自动加工的过程如图1-2所示1.3方案确定 本系统利用七台电机分别来限制油泵的启动，机床左右侧的快进、工进以及主轴的旋转，同时利用液压系统实现两工位的转换、加工工件的夹紧和松开、油路卸荷以及对于工件右端面的加工。 对于这些输出端口的限制，才接受三菱FX2N系列PLC进行限制，避开接受电器限制而导致的困难的硬件电路。但是对于照明电路，油压指示，电源指示，油泵电机限制这些部分由于限制关系比较简洁，因此不须要耗费PLC宝贵的IO资源，干脆利用电器空置来实现相应功能即可。此外，主电路的快进电机须要能正反转，因此还应留意电气互锁。 图1-2其次章PLC限制系统硬件电路设计2.1主电路的设计 主电路的设计应考虑以下两个因素：1）短路和过载爱惜 对于电机的过载爱惜，利用热继电器来完成，因此在每台电机的进线端串入热继电器来完成爱惜。短路爱惜主要是利用熔断器来完成的。由于主轴电机和进给电机在功率上右较大区分，因此设计的时候将两台主轴电机上单独加上熔断器，而左右快进和工进电机分别共用一组熔断器。油泵电机单独用一组熔断器。在电路的总进线出加上带漏电爱惜器的断路器可以完成总电路的短路、过载、漏电爱惜以及断相爱惜。2）电机的接法。 由于电机的启动功率较小，本设计接受干脆启动的方式。启动时将断路器闭合即可。但对于快速进给电机由于机床上要求能够快进合快退，因此要求快速进给电机能够正反转。 主电路设计图详见附图12.2不进PLC的限制电路和信号电路 本设计中照明，油泵限制和指示，电源指示干脆由硬件电路限制。 照明电路的限制干脆由转换开关限制即可。 电源以及油泵工作指示灯由220VAC-24VDC供电，这样可以保证人员在操作面板上操作时的平安。电源指示灯干脆接入，而油泵工作指示灯由帮助继电器的常开出触点限制。 油泵限制由常用的启动-保持-停止电路来完成。同时将帮助继电器的线圈和接触器线圈并联，已完成油泵工作指示。 限制和信号电路的设计图详见附图2。2.3IO接线图IO接线图设计时应考虑以下因素：输入触点的复用。一些只在自动状态下会运用到的输入端口和一些只在手动状态下用到的端口可以共用同一个输入端。输出端口电源的选择。用于驱动电机的IO应运用沟通110V电源，而限制液压系统的输出端运用直流24V电源。输出端口的爱惜。沟通负载输出口接受阻容爱惜，直流负载的输出口接受二级管爱惜。左右两端的快进和快退应加入电气互锁，以防止电机正反转切换时发生短路。IO接线图设计详见附图3第三章PLC限制系统程序设计3.1自动限制程序全自动限制循环程序 本次设计中程序主要是利用依次限制设计法来进行实现的。 PLC开机后，系统进入S0初始化状态，之后检测液压是否到位（X0），假如X0=1，则进入S20，此时推断手自动切换开关是否的电（X10），如过X10=1，则进入手动状态S21否则进入S22，接着推断工件是否处于原位，（X2，X6,X4,X14），假如不处于原位，则进入并行序列S51，S52,S53返回原位，假如已经处于原位，则进入S29，此时Y11得电，工件被松开，工人在此阶段内完成工件的装填后按下起先按钮进入状态S30，工件又被重新夹紧，接着检测压力继电器（X1）是否的电，若X1=1，则进入并行序列S31，S36，分别完成工件左侧和右侧的加工。 并行序列左侧进入S31后接通Y1，机床快进，接着行程开关SQ9（X7）接通后进入S32，Y0（主轴电机）和Y3接通，起先工进，进行工件左侧的加工，行程开关SQ10（X13）接通后，则进入S33，Y2和Y0接通，工件快退，再次接通X7时左侧机床停止，进入S35状态。 右侧也同理进行加工，但由于右侧还要进行端面的加工，因此应增加横进和横退两个状态。左右两侧都退回到工进位置时，退出该并行序列。 当左侧和右侧都完成相应的动作后，工件依靠液压系统移动到Ⅱ工位（Y13），Ⅱ工位的行程开关（X5）动作后，再次起先工进加工，进入一个和上述类似的并行序列。但在Ⅱ工位上右侧不须要再进行端面加工，同样由于已经处于工进位置，不须要再进行快进。完成加工后，左右车床退回原位。行程开关SQ8（X6）SQ1（X2）的电后，退出并行序列，接着Y12得点，工件返回I工位（X4）。若X4=1，则说明工件已经返回原位，此时回到上述的S29状态即可。 程序流程图详见附图4，完整程序见附图53．1.2I工位循环限制程序 I工位循环限制程序的设计和上述的全自动循环的程序设计类似。已左侧机床为例，只须要在上述的S33状态后加入推断，假如开关SA2（X21）接通，则须要返回原位（X6）后进入S56状态，之后松开工件，等待工人完成装填后在回到S31状态，进行循环。 同时，右侧机床也做同样的处理。但须要留意的是，在进行程序设计时应留意左右两侧机床的协调限制，只有在左右两侧机床都完成加工且退回原位的状况下才可以进行下一个工件的装填和加工。3.2手动限制程序 手动限制程序都集中写在状态S21中。在S21中利用阅历设计法对各个手动动作进行设计即可。但须要留意的是应对各个动作进行限位爱惜。当X10失电时，PLC退出状态S21，结束手动限制。3.3上下位机协作限制程序 由于上位机不行以干脆限制输入端口，因此须要利用响应的帮助继电器触点并在程序的输入触点上（常开触点对应常开触点，常闭触点对应常闭触点），这样就可以使上位机所限制的帮助触点和输入触点在程序在有同样的逻辑作用。同时利用帮助继电器M70的常开和常闭触点来完成上位限制和下位限制的切换，如图3-1所示 图3-13.4爱惜程序 爱惜程序主要是保证在加工过程中假如突然遇到工件没有被夹紧或是液压系统出现故障无法保证工件加工的正常进行时，应刚好停止工件的加工。主要利用的是ZRST指令，在输入信号X0（液压）或X1（工件夹紧）信号出现下降沿时，讲状态寄存器复位，重新回到初始化状态S0，已使机床的全部动作停止。但要留意的时某些状态下工件是允许被松开的，在这些状态下X1的下降沿信号应予以解除。程序如图3-2,3-3所示。 图3-2 图3-3 第四章监控软件的设计4.1监控软件的功能监控软件的设计运用了组态王来开发。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动限制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为限制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接限制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测和限制，且在自动限制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，接受组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者供应了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，便利地构成监控画面，并以动画方式显示限制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵敏的组态方式、数据链接功能。打开组态王后：

第一，先进行设备的连接，设置串口—

COM1，选择好合适的波特率，数据位和停止位，奇偶校验选择偶校验。再新建一个设备配置向导，选择三菱的型号，命名为PLC。

其次，点击数据词典，定义变量。对要运用到的变量进行定义，有跟PLC联系的I/O变量和干脆上位机操作的内存变量。4.2欢迎界面欢迎界面的设计运用了简洁的点位图作为背景加‘用户登录’按钮和‘退出程序’按钮，一目了然。如下图4-1所示 图4-11）‘用户登录’按钮，按下动作中编写程序：LogOn();画面程序运行时单击此按钮，弹出“登录”对话框如图4-2所示 图4-2工程人员在此对话框中输入用户名和口令，以获得操作权限。通过推断当前权限是否为设定好的程序，若权限正确则跳出登录成功提示如图4-3 图4-33秒后关闭欢迎界面，打开主监控界面。这里分别运用了ClosePicture("画面名");和ShowPicture("画面名")；2）‘程序退出’按钮，运用了Exit(Option);函数，当Option为0的时候是退出程序。4.3监控界面（一）主监控界面。当欢迎界登录成功后就进入主监控界面，主监控界面排版的功能分区如图4-4所示 图4-4实际界面如图4-5所示1）设备图形动画。原本接受3D图形，但实际设计后，若只是简洁绘图发觉不是很美观，若要做到每 图4-5个动作都很完备的话，工作量太大，比较难在短时间内完成设计。所以这里接受了2D图形，看起来简洁美观，又不失档次。微小环节动作如主轴电机转动，工作台的加紧松开、移位，横刀的移动等都用另画一个图形动画特地表示，并在每个动作位都设了指示灯提示，一目了然。2）操作面板。也是依据老师的指导来完成的，自动和手动操作按钮分排在操作面板两边，并且操作习惯符合正常人的思索。上下位机切换开关设置在了监控界面的右上角，因为比较不会被用到。3）导航条。通过导航条，可以便利切换到其它监控界面，查看其它数据记录。放在了画面的最下方，操作简洁。（二）另外做了‘历史登录’界面，可以便利查看谁登录过软件，在什么时间登陆过，这样就可以进行一些责任的追究。并且可以将数据保存到上位机进行备份。记录界面如图4-6所示。第五章设备运用及维护说明5.1设备运用说明 本设备是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工，同时对孔的右端面削加工的一种自动加工设备。有三种工作方式，分别为全自动循环加工，I工位循环加工，手动工作。 假如要进行三种工作方式的切换，可统一在装填工件时进行。假如SA1接通，则进行 图4-6手动操作，假如SA2接通，则进行I工位循环加工。假如SA1、SA2都没接通时，进行全自动加工。假如两者都接通了，则仍是进行手动操作。手动操作结束后，只须要重新断开SA1即可在自动复位后回到自动工作状态。 留意，假如在I工位循环的过程中切换SA2有可能导致加工流程无法进行，此时可机床断电后再上电，由系统将设备复位后重新加工新的工件即可。5.2设备运用及维护留意事项 1）开机前，了解镗孔专机的结构性能和各个开关的用途，阅读系统运用说明书，熟悉操作程序。2）开机前，检查导轨处润滑状况（进行手动润滑）。3）开机前，检查行程限制部分各处螺钉有无松动；检查快速行程、工作行程是否对。检查电机导线、开关是否受潮，绝缘是否达到要求，电源是否正常。4）机床空运转半小时，如不发生局部发热或不正常的杂音，就可以正常运用。5）为保持机床精度，应留意细心运用，留意润滑和清洁，工作完毕应刚好清除切削及冷却液，并在机床导管上涂一层机油。6）禁止超负荷运用机床，装卸工件7）非机床运用人员，禁止开动机床；操作人员若因事离开时，应关上机床电源开关。8）机床若发生故障，应立刻停车，并通知有关部门进行修理，生产工人不得自行修理或拆卸机床。 第七章设计小结通过本次课程设计，我对PLC程序限制乃至整个电气限制系统设计都有了进一步的了解。同时也对机床的设计及其工艺有所了解，详细说明如下：起先设计之前应充分理解设备的加工工艺，例如在本次设计中，应理解设备加工工件的过程，理解七台电机以及液压系统的各个电磁阀的作用，之后才能进行设计。进行硬件电路设计时，应考虑以下因素：a经济性。在满足性能要求的前提下应尽可能的降低成本。例如在设计主电路时功率相差不大的2-3组电机可以共用一组熔断器（本次设计中时快进和工进电机），又如在进行限制系统的设计时一下限制关系简洁的被控量可以不进PLC，已节约PLC宝贵的IO资源。此外，还可以通过分组的方式来复用PLC的IO。b平安性。在硬件电路的各个环节应进行爱惜和自锁，已保证系统能够长时间正常运行，也保证在出现故障时能够将相应的损失降到最小，保障操作人员的人生平安。本次设计中在各个环节都对设