毕业设计（论文）-镗孔机床电气(PLC)控制系统的设计.doc

专用镗孔机床PLC控制系统的设计1周口科技职业学院毕业论文（设计）题目镗孔机床电气(PLC)控制系统的设计教学系机械工程系专业班级机械10级6班学生姓名学生学号指导教师2013年06月10日专用镗孔机床PLC控制系统的设计2目录1.可编程控制器概述41.1可编程控制器的基本概念41.2可编程控制器的发展和市场情况42.设计概述72.1课题背景及研究意义72.2继电器控制系统与PLC控制系统82.3本人的主要工作103.镗孔机床的工作原理及控制要求103.1镗床液压动力滑台介绍103.2控制方式及工作方式113.3专用镗孔机床控制要求124.专用镗孔机床硬件设计124.1PLC的选择124.2专用镗孔机床PLC控制I/O分配表144.3PLC控制系统硬件接线图154.4PLC控制系统安装注意事项165.专用镗孔机床软件设计165.1常用的编程方法165.2专用镗孔机床PLC控制工作流程图175.3专用镗孔机床PLC控制顺序功能图195.4专用镗孔机床PLC控制梯形图20结论22参考文献23谢辞24附录25专用镗孔机床PLC控制系统的设计3摘要近年来，可编程控制器技术的发展异常迅猛，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC，各种特殊功能模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通讯技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具，在工业控制的各个领域得到了广泛的应用。镗床是一种精密加工机床，主要用于加工工件上的精密圆柱孔。这些孔的轴心线往往要求严格地水平或垂直，相互间的距离要求很准确。这些要求都是钻床难以达到的。组合机床是专门用来加工大量同一工件的专用加工设备，专用镗床由三相异步电机拖动，电机型号Y100L-6型（1.5KW，4A），单向运转。技术人员必须掌握其加工工艺流程，进给系统采用液压，为提高工效进给有快进和工进两种且自动变换，由液压电机和电磁阀YV1-YV4控制变换。液压泵电机为Y801-2（750W，1.9A）。本次设计PLC硬件采用的型号是FX2N-16MR-001，设计的程序采用的是以转换为中心的单序列的编程方式。最后，由于时间的仓促，本设计难免有疏忽和遗漏的地方,我真诚的希望老师给予批评和指正。关键词PLC；硬件系统；软件系统；程序设计专用镗孔机床PLC控制系统的设计41可编程控制器概述1.1可编程控制器的基本概念人们将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做PLC，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它可采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序运算，定时，计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算，顺序运算，定时，计数和算术运算”工作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上，可编程控制器无论从内部结构，功能及工作原理上看都不折不扣的是计算机。可编程控制器是“为工业环境下应用”而设计的计算机。工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，使它能在高灰尘，高噪音，强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作，为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”这些都是个人计算机不能作到的。因此可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。也就是说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合，是一种通用的工业控制计算机。可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使用于工业控制的器件，它实际上是经过依次开发的工业控制计算机。但是，从另一方面来说，它是一中通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用。1.2可编程控制器的市场情况和发展1.2.1PLC的发展和市场情况世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时，计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算，数据传送专用镗孔机床PLC控制系统的设计5及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制设备。为了方便熟悉继电接触控制系统的电器工程技术人员使用，可编程控制器采用了和继电接触器电路图类似的梯形图作为主要的编程语言，并将参加运算的计算机存储元件都以继电器命名。因而人们称可编程控制器为微机技术和继电器常规技术相结合的产物。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一土改可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作；另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势，如表1.1所示，还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占有一定的百分比。表1.1近年来国际市场上PLC、DCS与IPC的销售情况对比市场占有率PLCDCSIPC1993年39亿美元（46%）26.4亿美元（31%）10.2亿美元（12%）2000年76亿美元（50%）41亿美元（27%）21.3亿美元（14%）在八十年代至九十年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于PLC人机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场（过程控制）并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PC（IPC）的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场，所以近年来PLC增长速度总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。国内PLC生产厂约三十家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说PLC在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。专用镗孔机床PLC控制系统的设计6在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。1.2.2PLC的网络及发展趋势近年来，PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展，所以PLC构成的PCS系统比DCS的开放性所处的现状稍好一些。目前罗克韦尔AB公司已形成了多层结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet及Asi等现场总线（原DH+网也可兼容）。西门子公司在Profibus-DP通讯网络及Profibus-FMS网络以外，提出了S7Routing网络，即Profibus-DP和IndustrialEnternet两层结构。网络还在发展，我国应已积极的姿态投入其中。2001年我国机械工业成为工业发展新亮点，总产值比上年增长17.15%，汽车产量为世界前10位，机床产量为世界第5位。机械工业利润增长33.35%，占整个工业新增利润六成多。出口同样出现可喜的增长。现在机械工业提出要实施网络化，对这一点，PLC从业人员应有清醒的认识，应对网络化的开放性、网络构成的性能/价格比和网络的可靠性、安全性、先进性上特别下功夫。网络向上连是互联网问题，向下连是现场总线问题，另外现有网络能否用以太网“e网到底”方式、网络采用客户器/服务器方式、浏览器/服务器方式、生产者/消费者方式、接口软件采用OPC方式等问题都有待进一步落实。PLC与智能MCC马达控制中心、与数控机床配套的NC/CNC数控设备，以及与其它运行控制系统、电控设备、变频器和软起动器等连成系统；PLC要与DCS分工合作，充当DCS的远程I/O站等；PLC要与IPC分工合作，除用IPC作人机界面外，作软件PLC的I/O部件也是可行的；此外还有PLC与紧急停车安全系统（ESD，EmergencyShutDownSystems）的关系、与立体仓库、机器人、CAD/CAM等等都要处理好关系。总之，PLC要兼容各种新技术，使PLC成为真正意义上的“电脑”。PLC的应用领域是宽阔的，还有许多领域急待开拓，如用于海关过境车辆认证（深圳盐田）、自动售药小（若干中药店）在我国已有实例。另外，在离散事件冬天系统中，如公路网交通流（车辆计数、乘客计数及停留时间计量）、物流系统、柔行制造系统（敏捷制造系统）及一切非标准随服务系统中，均可以采用PLC，进而建模和采取对策并优化。PLC的前途一片美好，一切悲观的论点是站不住脚的。至于技术进步，PLC与其它技术融合以至消失，那还需要一定的时间！专用镗孔机床PLC控制系统的设计72设计概述2.1课题背景及研究意义2.1.1镗床的发展镗床主要是用镗刀对工件已有的孔进行镗削的机床，使用不同的刀具和附件还可钻削、铣削、切螺纹及加工外圆和端面等。1769年瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774年英国人威尔金森发明炮筒镗床，次年用于加工蒸汽机汽缸体。1776年他又制造了较为精确的汽缸镗床。1880年前后，德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为了能对特大、特重的工件进行加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。二十世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。现在的镗床大多已采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。镗床主要是用镗刀在工件上镗孔德机床，通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。加工特点：加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。2.1.2镗床的开放分类(一)卧式镗床卧式镗床是镗床中应用最广泛的一种。它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.6-0.8um.卧式镗床的主参数为主轴直径。(二)坐标镗床坐标镗床是高精度机床的一种。它的结构特点是有坐标位置的精密测量装置。坐标镗床可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床。1.单柱式坐标镗床：主轴带动刀具作旋转主运动，主轴套筒沿轴向作进给运动。特点：结构简单，操作方便，特别适宜加工板状零件的精密孔，但它的刚性较差，所以这种结构只适用于中小型坐标镗床。2.双柱式坐标镗床：主轴上安装刀具作主运动，工件安装在工作台上随工作台