毕业设计（论文）-自动铣床PLC控制系统设计.doc

目录第1章自动铣床的概述-21.1自动铣床的发展及现状-21.2铣床的主要结构-3第2章可编程序控制器（PLC）的概况-42.1PLC的概念及发展-42.1.1PLC发展回顾-42.1.2PLC发展过程-42.1.3PLC在中国的发展-52.1.4PLC的现状-52.1.5PLC的发展趋势-62.1.6软PLC技术-72.2可编程序控制器的结构及工作原理-72.2.1可编程序控制器的基本结构-72.3PLC的应用领域-92.4可编程序控制器与计算机之间的通信-9第3章系统总体设计-113.1铣床生产流程及控制系统构成-12第4章硬件设计-134.1可编程序控制器PLC的选型-134.1.1可编程序控制器物理结构及控制方式的选择-134.1.2CPU的能力-144.1.3I/O点数的确定-144.1.4响应速度-154.1.5存储器容量的选择-154.1.6可编程序控制器的指令系统-164.1.7机型选择的其他考虑-164.2电动机的选型-174.2.1主运动电动机功率的确定-174.2.2进给运动电动机容量的确定-174.3铣床电动机组的设计-184.4铣床常用电器的选型-194.4.1按钮-194.4.2刀开关-194.4.3组合开关-194.4.4行程开关-194.4.5接触器-204.4.6热继电器-204.4.7中间继电器-214.4.8熔断器-214.5系统供电-224.6输入/输出接口电路-23第5章软件设计-245.1铣床电力拖动和控制任务-245.2PLC输入/输出地址分配-245.3系统程序的设计-255.3.1控制系统的公共程序-255.3.2控制系统的自动程序-26第6章控制面板的设计-27第7章PLC控制系统抗干扰措施-287.1硬件抗干扰措施-287.1.1抑制电源系统引入的干扰-287.1.2抑制接地系统引入的干扰-287.1.3抑制输入输出电路引入的干扰-297.1.4抑制外部配线干扰的措施-297.2软件抗干扰措施-29第8章PLC系统的程序调试-31第9章铣床常见故障及分析-349.1铣床电机、电器故障分析-349.1.1电动机故障-349.1.2电器故障-349.2铣床电气线路的故障-359.3人为故障-36附录A梯形图-37附录B指令表-38附录CPLC外接线图-41附录D电动机组启动接线图-42参考文献-43自动铣床PLC控制系统设计李张峰1自动铣床PLC控制系统设计摘要：本篇文章介绍了自动铣床PLC控制系统设计方案，并且叙述了铣床运行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程设计步骤。该系统用三菱公司的FX2N系列PLC作为控制核心，整个系统采用了一台PLC控制，整个控制系统设一个控制室。利用PLC控制铣床运行，实现了铣床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，从而实现了铣床运行的自动化功能。PLC控制的特点使原机床控制大大的简单化,并且维修方便,易于检查。节省大量的继电器元件,使机床的工作效率更高。关键词：可编程序控制器；铣床；电气控制系统；自动铣床PLC控制系统设计李张峰2第1章自动铣床的概述随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。在我国7080年代大多数铣床中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此,继电器本身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用PLC对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。1.1自动铣床的发展及现状从上世纪80年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予较大的关注。经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于80年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。表1-1以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。表1-1技术指标对比项目国内外国主轴最高转速/r.min-16000100001000040000快移速度/m.min-124306090定位精度/mm(全行程)0.010.0160.0040.006重复定位精度/mm0.0050.0080.0020.003平均无故障运行时间MTBF/h5006001000基于这一现实为了加速振兴我国的机床制造业当前宜加强如下五方面的研究和发展工作1以高速化为先导提高数控机床的综合性能2加快数控机床向高效柔性化和高精化发展的步伐推进m级精度机床工程的规划和实施3加强发展多功能复合加工的数控机床来提高单件和中小批量生产的加工精度和高自动铣床PLC控制系统设计李张峰3效柔性化4对于中大批量生产发展快速重组制造系统和可重构机床将是一个合理的解决5发展网络制造单元以适应数字化企业的构建1.2铣床的主要结构铣床主要由工作机构、传动机构、和自动控制系统三部分组成。工作机构的主要部件有底座、床身、主轴、悬梁、纵向工作台、回转盘、床鞍和升降台组成。传动机构主要由主轴传动系统和进给传动系统构成。主轴传动是由一台7.5KW、1450r/min的主电动机驱动，主轴旋转方向的改变由主电动机正、反转来实现。进给传动是由一台1.5KW、1410r/min的进给电动机驱动，它主要用于工作台纵向、横向和垂直三个方向的进给运动和快速传动。自动控制系统主要以PLC为核心，配合智能仪表，实現对自动铣床的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。自动铣床PLC控制系统设计李张峰4第2章可编程序控制器（PLC）的概况2.1PLC的概念及发展可编程控制器(ProgrammableLogicController，简称PLC)，是1种数字运算操作的电子系统，是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，取代各种类型的机械或生产过程的继电器控制系统。可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。2.1.1PLC发展回顾现代社会要求生产厂家对市场的需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。老式的继电器控制系统已无法满足这一要求，迫使人们去寻找一种新的控制装置取而代之。2.1.2PLC发展过程1968年，美国通用汽车公司(GM)为适应汽车型号的不断翻新，想寻找一种能减少重新设计控制系统和接线、降低成本、缩短时间的措施，并设想把计算机功能的完备、灵活通用和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。1969年美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上策1台PLC，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用，获得成功。从此，这项新技术便迅速发展起来。1971年日本从美国引进了该项新技术，很快就研制出了日本第1台PLC。19731974年，西德和法国也相继研制出了自己的第1台PLC。中国从1974年开始研制，1977年应用于工业生产。限于当时的元器件条件和计算技术的发展水平，早期的PLC主要由分立元件和小规模集成电路组成。19691973年是PLC的初创时期。在这个时期，PLC从有触点不可编程的硬接线顺序控制器发展成为小型机的无触点可编程逻辑控制器，可靠性比以往的继电器控制系统有较大提高，灵活性也有所增强。其主要功能限于逻辑运算、计时、计数和顺序控制，CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。19741977年是PLC的发展中期。在这个时期，由于8位单片CPU和集成存储器芯片的出现，PLC得到了迅速发展和完善，并逐步趋向系列化和实用化，普遍应用于工业生产过程控制。PLC除了原有功能外，又增加了数值运算、数据的传递和比较、模拟量的处理自动铣床PLC控制系统设计李张峰5和控制等功能，可靠性进一步提高，开始具备自诊断功能。1978一1983年，PLC进入成熟阶段。这个时期，微型计算机行业已出现了16位CPU，MCS5l系列单片机也由Intel公司推出，使PLC也开始朝着大规模、高速度和高性能方向发展，PLC的生产量在国际上每年以30的递增量迅速增长。在结构上，PLC除了采用微处理器及EPROM，EEPROM，CMCSRAM等LSI电路外，还向多微处理器发展，使PLC的功能和处理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮点运算、平方、三角函数、相关数、查表、列表、脉宽调制变换等，初步形成了分布式可编程控制器的网络系统，具有通讯功能和远程I/O处理能力，编程语言较规范和标准化。此外自诊断功能及容错技术发展迅速，使PLC系统的可靠性得到了进一步提高。2.1.3PLC在中国的发展在中国，大约从1974年、1975年在北京和上海开始开发采用位片式微处理芯片的可编程顺序控制器，并有所应用。但一直未能形成批量生产。在改革开放刚起步的1979年，在当时的机械部仪表局的推动下，开始从美国MODICON引进584的PLC，并首先在电站的辅机如输煤、除灰除渣、水处理系统以及水泥厂等控制系统中成功应用，从而大大推动了PLC在我国工业的大规模运用。遗憾的是，花了很大一笔外汇的这个项目并不曾形成良性的有后续的发展。自1985年开始，小型PLC首先是日本有关公司的产品进入中国市场。不到3、4年时间，小型PLC就形成了大面积的推广应用局面。1990年以后，Siemens、AllenBradley以及其它知名品牌开始大举进入中国市场，占据中、大型的PLC的较大份额。1995年后形成了大型PLC以欧美为主、中型PLC欧美和日本平分秋色、小型PLC则以日本为主、Siemens也步步紧逼的格局。且至今没有很大改变。PLC在中国已经形成了规模巨大的应用市场，但并末建立批量生产、有持续开发发展能力的PLC制造业。应指出的是：在国内，PLC的应用水平还是不低的，自主设计、系统集成和现场投运的能力，可以说与国际主流水平同步；PLC的应用领域也很广泛，覆盖冶金、电力、化工、石油化工、机械、轻工、电子、电工、建材水泥等工业，以及现代农业机械和其它应用。近年来环保工业也有广泛应用，发展势头很猛；在国内有一