PLC課程設(shè)計（論文）千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書設(shè)計題目: 千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 20094805 專業(yè)班級： 機制f 09 指導(dǎo)教師： 2012年 12 月 13日內(nèi)容摘要 在本設(shè)計中采用裝在動力滑臺上左，右兩個動力頭同時進行切削。動力頭的快進、工進及快退由液壓缸驅(qū)動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調(diào)整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。主要介紹了通過plc控制系統(tǒng)，設(shè)計了千斤頂液壓缸加工機床電氣控制，并設(shè)計了千斤頂液壓缸加工機床電氣控制梯形圖，千斤頂液壓缸加工機床控制硬件配置連線圖，基于plc的機床電氣控制系統(tǒng)的控制圖。 關(guān)鍵字: 液壓缸；plc控制系統(tǒng)；梯形圖；主電路圖；硬件

2、配置連線圖目 錄第1章 引言.11.1 plc的基本概念.11.2 plc的基本結(jié)構(gòu). 11.3 plc的工作原理.2第2章 設(shè)計思路42.1設(shè)計要求42.2控制要求42.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計6第3章 電路設(shè)計93.1主電路圖93.2硬件配置接線圖10第4章 程序設(shè)計104.1程序梯形圖114.2程序指令表19結(jié)論26設(shè)計總結(jié)27謝辭28參考文獻.29第1章 引言本課程設(shè)計的內(nèi)容是千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。其要求如下：1.控制要求：(1) 左右動力頭旋轉(zhuǎn)切削由電動機m1集中傳動，切削時冷卻泵電動機同時運轉(zhuǎn)。(2) 只有在液壓泵電動機m3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢測）后，才能

3、進行其他的控制。(3) 機床即能半自動循環(huán)工作，又能對各個動作單獨進行調(diào)整。(4) 要求有必要的電氣連鎖與保護，還有顯示與安全照明。2.控制過程及原理：千斤頂液壓缸兩端面的加工，采用裝在動力滑臺的左、右兩動力頭同時進行加工切削，機床屬于雙面單工位組合機床。千斤頂液壓缸兩端面加工機床由兩個液壓滑臺、動力箱、固定式夾具、底座、床身和液壓站等部件組成。千斤頂液壓缸兩端面加工時，將工件放在工作臺上并加緊，當(dāng)工件加緊后發(fā)出加工命令，左、右滑臺開始快進，當(dāng)接近加工位置時，左、右滑臺變?yōu)楣みM進給，直到加工完成后再快退返回。至原來左、右滑臺分別停止，并將工件放松取下，工作循環(huán)結(jié)束。即工作循環(huán)如下：工件定位 -

4、 工件夾緊- 滑臺入位 - 加工零件 - 滑臺復(fù)位- 夾具松開。1.1 plc的基本概念早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller,plc)它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個人計算機(personal computer)的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱plc。1.2 plc的基本結(jié)構(gòu)plc實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： a、電源 plc的

5、電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般交流電壓波動+10%(+15%)范圍內(nèi)、，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去。b、中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；當(dāng)plc投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)

6、運行，直到停止運行c、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。d、輸入輸出接口電路1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是plc與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用plc通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。e、功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊。f、通信模塊1.3 plc的工作原理當(dāng)plc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 輸入采樣階段

7、 在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的

8、結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即i/o指令則可以直接存取i/o點。即使用i/o指令的話，輸入過程

9、影像寄存器的值不會被更新，程序直接從i/o模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是plc的真正輸出。第2章 設(shè)計思路2.1設(shè)計要求本機床用于千斤頂液壓缸兩個端面的加工，采用裝在動力滑臺上的左、右兩個動力頭同時進行切削。動力頭的快進、工進及快退由液壓缸驅(qū)動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調(diào)整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。機床的工作程序是：(1)工件定位 人工將零件裝入夾具后，定位液壓缸動作，工件定

10、位。(2)工件夾緊 零件定位后，延時15s，夾緊液壓缸動作使零件固定在夾具內(nèi)，同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位。(3)滑臺入位 滑臺帶動動力頭一起快速進入加工位置。(4)加工零件 左右動力頭進行兩端面切削加工，動力頭到達加工終點位置即停止工進，延時30s后停轉(zhuǎn)，快速退回原位。(5)滑臺復(fù)位 左右動力頭退回原位后，滑臺復(fù)位。(6)夾具松開 當(dāng)滑臺復(fù)位后夾具松開，取出零件。以上各種動作由電磁閥控制，電磁閥動作要求見表2-1。表2-1 電磁閥動作要求yv1yv2yv3yv4yv5定位夾緊入位工進退位復(fù)位放松注：“+”號表示電磁閥得電。2.2 控制要求控制要求如下： (1)左右動力頭旋轉(zhuǎn)切削由電動機m

11、1集中傳動，切削時冷卻泵電動機同 時運轉(zhuǎn)。 (2)只有在液壓泵電動機m3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢 測）后，才能進行其他的控制。 (3)機床即能半自動循環(huán)工作，又能對各個動作單獨進行調(diào)整。 (4)要求有必要的電氣連鎖與保護，還有顯示與安全照明。 (5)控制信號說明如 表2-2所示。 (6)相關(guān)參數(shù)： 動力頭電動機m1：y100l-6，1.5 kw，ac380v，4.0a。 冷卻泵電動機m2：jcb-22，0.15kw，ac380v，0.43a。 液壓泵電動機m3：y801-4，0.55kw，ac380v，1.6a。 電磁閥yv1yv5：100ma，ac220v。 指示燈hl1hl8：

12、10ma，dc24v。 表2-2 控制信號說明輸入 輸出 文字符號 說明 文字符號 說明sa1-1機床半自動循環(huán)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)km1動力頭m1、冷卻泵m2接觸器sa2-1手動定位控制轉(zhuǎn)換開關(guān)km2液壓泵m3接觸器sa3-1手動入位控制轉(zhuǎn)換開關(guān)yv11#電磁閥sa3-2手動工進控制轉(zhuǎn)換開關(guān)yv22#電磁閥sa3-3手動退位控制轉(zhuǎn)換開關(guān)yv33#電磁閥sb1動力頭m1、冷卻泵m2起動按鈕yv44#電磁閥sb2動力頭m1、冷卻泵m2停止按鈕yv55#電磁閥sb3液壓泵m3起動按鈕hl1動力頭m1、冷卻泵m2運行指示sb4液壓泵m3停止按鈕hl2液壓泵m3運行指示km1動力頭m1、冷卻泵m2運行信號hl

13、3半自動循環(huán)工作指示km2液壓泵m3運行信號hl4定位指示fr1動力頭m1、冷卻泵m2過載信號 hl5入位指示kp壓力繼電器油壓檢測信號hl6工進指示sq動力頭工進終點位置檢測信號hl7退位指示hl8故障指示2.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計2.3.1 i/o點數(shù)確定及plc機型選擇由上述控制要求可知系統(tǒng)可采用自動工作方式，也可以采用手動工作方式.輸入有16點，輸出有15點，并考慮余量要求，因此系統(tǒng)采用24輸入，16輸出的plc.所以系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，其中plc的選型范圍較寬，現(xiàn)選用西門子公司的s7-200，cpu226型plc。2.3.2 i/o分配表千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)plc輸入地址分配

14、表如下:表2-3 輸入地址分配表文字符號說明輸入地址kp壓力繼電器油壓檢測信號i0.0sb1動力頭m1、冷卻泵m2起動按鈕i0.1sb2動力頭m1、冷卻泵m2停止按鈕i0.2sb3液壓泵m3起動按鈕i0.3sb4液壓泵m3停止按鈕i0.4sa1-1機床半自動循環(huán)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)i0.5sa2-1手動定位控制轉(zhuǎn)換開關(guān)i0.6sa3-1手動入位控制轉(zhuǎn)換開關(guān)i0.7sa3-2手動工進控制轉(zhuǎn)換開關(guān)i1.0sa3-3手動退位控制轉(zhuǎn)換開關(guān)i1.1fr1動力頭m1、冷卻泵m2過載信號i1.4sq動力頭工進終點位置檢測信號i1.5sq1定位終點位置檢測信號i1.6sq2入位終點位置檢測信號i1.7sq3液壓夾緊檢

15、測信號i2.0sq4退位終點檢測信號i2.1千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)plc輸出地址分配表如下:表2-4 輸出地址分配表文字符號說 明輸出地址hl1動力頭m1、冷卻泵m2運行指示q0.0hl2液壓泵m3運行指示q0.1hl3半自動循環(huán)工作指示q0.2hl4定位指示q0.3hl5入位指示q0.4hl6工進指示q0.5hl7退位指示q0.6hl8故障指示q0.7yv11#電磁閥q1.0yv22#電磁閥q1.1yv33#電磁閥q1.2yv44#電磁閥q1.3yv55#電磁閥q1.4km1動力頭m1、冷卻泵m1接觸器q1.5km2液壓泵m3接觸器q1.62.4程序流程圖 當(dāng)夾具松開之后，若再來一

16、個零件則重新定位，開始循環(huán)。若需要手動調(diào)節(jié)，則在每步動作時按下相應(yīng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，執(zhí)行相應(yīng)的工序。第3章 電路設(shè)計3.1 主電路圖其中m1帶動動力頭，m2帶動冷卻泵，m3帶動液壓泵。km1為m1，m2的接觸器。km2為m3的接觸器。左右動力頭旋轉(zhuǎn)切削由電動機m1集中傳動，切削時冷卻泵電動機m2同時運轉(zhuǎn)。m3帶動液壓泵，只有在液壓泵電動機m3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢測）后，才能進行其他的控制。主電路圖如下所示。 圖3-1 主電路圖3.2 硬件配置接線圖根據(jù)信號輸入輸出的類型及控制的主電路，繪制i/0連接圖如圖3-2所示。圖3-2 i/o接線圖第4章 程序設(shè)計4.1程序梯形圖將零件裝入夾具

17、中，按下液壓泵m3的啟動按鈕sb3（i0.3）啟動電機m3，接觸器km2（q1.6）得電自鎖，km2閉合，當(dāng)壓力達到一定值之后，kp(i0.0)閉合，當(dāng)半自動轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合（i0.5)，定位轉(zhuǎn)換開關(guān)sa2-1(i0.6)閉合，從而使電磁閥yv1(q1.0)得電閉合，定位指示燈hl4(q0.3)亮，工件開始定位.零件定位之后，開始延時，延時15s之后電磁閥yv2(q1.1)開始得電，加緊液壓缸動作使零件固定在夾具里，同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位.然后按下動力頭m1，冷卻泵m2的啟動按鈕km1啟動，接觸器km1得電，指示燈hl1亮，同時入位轉(zhuǎn)換開關(guān)sa3-2(i0.7)閉合，電磁閥yv4，yv5

18、得電，滑臺帶動動力頭一起快速進入加工位置,入位指示燈hl5(q0.4)亮.入位之后，當(dāng)工進轉(zhuǎn)換開關(guān)sa3-3(i1.0)得電時，電磁閥yv4(q1.3)置位，同時工進指示燈hl6(q0.5)亮，左右動力頭開始進行兩端面切削加工.當(dāng)動力頭到達加工終點位置即停止工進，此時檢測開關(guān)sq1(i1.5)得電閉合使yv4復(fù)位斷電，延時30s后復(fù)位km1斷.退位轉(zhuǎn)換開關(guān)sa3-3閉合，退位電磁閥yv3(q1.2)得電動作，同時退位指示燈hl7亮，動力頭開始退回原位。 左右動力頭退回原位后，滑臺復(fù)位，退位終點檢測信號開關(guān)sq2(i2.1)動作，復(fù)位接觸器y3，使夾具松開，取出零件。4.2 程序指令表title

19、=network 1 / 網(wǎng)絡(luò)標題/ m3啟動ld i0.3o m0.0an i0.4an i1.3an i1.4= m0.0network 2 / m3 運行l(wèi)d m0.0= q0.1= q1.6network 3 / 動力頭m1和 m2 啟動ld i0.1o m0.1an i0.2an i1.2an i1.4= m0.1network 4 / 動力頭 m1 和m2運行 ldn m5.6an m5.5a m0.1= q0.0= q1.5network 5 / 半自動手動轉(zhuǎn)換ld m0.0a i0.0lpsa i0.5= m1.0lppan i0.5= m2.0= q0.2network 6

20、/ 手動定位ld m1.0a i0.6lpsan m1.1= m3.0lrda i1.6= m1.1lppan m1.2= q1.0network 7 / 自動定位ld m2.0lpsan m2.1= m3.1lrda i1.6= m2.1lppan m2.2= q1.0network 8 / 定位指示ld m3.0o m3.1= q0.3network 9 / 延時15sld m1.1o m2.1an t37ton t37, 150network 10 / 手動延時ld t37o m1.2= m1.2network 11 / 自動延時循環(huán)ld t37o m2.2= m2.2network 1

21、2 / 手動夾緊ld m1.2lpsan m5.1= q1.1lppa i2.0= m1.3network 13 / 自動夾緊ld m2.2lpsan m6.1= q1.1lppa i2.0= m2.3network 14 / 手動入位ld m1.3a i0.7lpsan m1.4= m3.4lrdan m1.6= q1.3lrdan m1.5an m1.6= q1.4lppa i1.7= m1.4network 15 / 自動入位ld m2.3lpsan m2.4= m3.6lrdan m2.6= q1.3lrdan m2.5an m2.6= q1.4lppa i1.7= m2.4netwo

22、rk 16 / 入位指示燈ld m3.4o m3.6= q0.4network 17 / 手動工進ld m1.4a i1.0lps= m1.5an m1.6= m3.5lppa i1.5= m1.6network 18 / 自動工進ld m2.4lps= m2.5an m2.6= m3.7lppa i1.5= m2.6network 19 / 工進指示ld m3.5o m3.7= q0.5network 20 / 延時30s ld m1.6o m2.6an t38ton t38, 300network 21 / 手動延時ld t38o m1.7= m1.7network 22 / 自動延時ld

23、 t38o m2.7= m2.7network 23 / 手動停轉(zhuǎn)ld m1.7= m5.5= m5.0network 24 / 自動停轉(zhuǎn)ld m2.7= m5.6= m6.0network 25 / 故障指示ld i1.2o i1.3o i1.4= q0.7network 26 / 退位指示ld m3.2o m3.3= q0.6network 27 / 自動退位ld m6.0lpsan m6.1= m3.3lrdan m6.1= q1.2lppa i2.1= m6.1network 28 / 手動退位ld m5.0a i1.1lpsan m5.1= m3.2lrdan m5.1= q1.2l

24、ppa i2.1= m5.14.3 程序運行圖 結(jié)論本次課程設(shè)計是實現(xiàn)液壓缸加工機床的電氣控制，通過電動機帶動動力頭進行切削加工，由液壓缸驅(qū)動快進，工進及快退。通過此次設(shè)計，了解到了液壓缸的原理和工作過程，同時掌握了plc的設(shè)計和編程方法。這不僅使對知識的掌握更加熟練，同時也學(xué)會了一種分析問題，解決問題的方法。同時在此次設(shè)計中還發(fā)現(xiàn)一些不足之處：如對已經(jīng)學(xué)過的知識掌握不牢固，不能很好的把知識運用到實際中去。設(shè)計總結(jié)通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)plc應(yīng)用方面的知識，在設(shè)計過程中尤其是自己動手編制程序時，遇到了很多困難，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我掌握的知識不再是紙上談兵，而是學(xué)以致用。同時，這次課程設(shè)計讓我感受到了我對所學(xué)習(xí)的內(nèi)容是多么的不熟練，在設(shè)計過程中總是需要翻書，