机械毕业设计56机械动力滑台课程设计正文

攀枝花学院 1 机械动力滑台的描述 1 第一章 机械动力滑台的描述 动力滑台按结构分有机械动力滑台和液压动力滑台。动力滑台可配置成卧式或立式的组合机床，动力滑台配置不同的控制电路，可完成多种自动循环。 动力滑台的基本工作循环形式： （ 1） 一次工作进给 快进 工作进给 （延时停留） 快退 可用于钻、扩、镗孔或加工盲孔、刮端面等。 （ 2） 二次工作进给 快进 一次工作进给 二次工进 （延时停留） 快退 可用于镗孔完后又要车削或刮端面。 （ 3） 跳跃进给 快进 工进 快进 工进 （延时停留） 快退 例如镗削两层壁上的同心孔，可用跳跃进给自动工作循环。 （ 4） 双向工作进给 快进 工进 反向工进 快退 例如用于正向工进粗加工，反向工进精加工。 （ 5） 分级进给 快进 工进 快退 快进 工进 快退 快进 工进 快退 主要用于钻深孔。 机械动力滑台由滑台 、 滑座及双电动机传动装置三部分组成 。 滑台的自动工作循环由机械传动及电气控制完成 ， 在一次循环中 ， 要实现速度差别很大的快进和工进 ， 两者之比通常可达 300： 1。 快进 、 快退由快进电动机实现 ， 工进由工进电动机实现 ， 当快进电机与工进电机同时工作时 ， 快进速度为原来的快 进速度加上一个工进速度 ， 快退速度为原来的快退速度减去一个工进速度 。 攀枝花学 院 2 PLC 简介 2 第二章 PLC 简介 2.1PLC 定义 PLC 即可编程控制器（ Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是 :一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的 存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程 .PLC 是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有 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、计时、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。 PLC 及其有 关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 2.2 PLC 的特点 2.2.1 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百 甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.2.2 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的攀枝花学 院 2 PLC 简介 3 数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 2.2.3 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 2.2.4 系统的设计 、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 2.2.5 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.3 PLC 的使用情况 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力 、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。在运城电厂主要有化学制水、生活污水处理、工业废水处理、凝结水精处理等。有关 PLC 的使用情况主要分为如下几类。 2.3.1 开关 开关是最常见的电子元件，功能就是电路的接通和断开。接通则电流可以通过，反之电流无法通过。在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。 PLC可以方便地实现逻辑控制取代传统的继电器。 继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的 控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。 电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控。如水泵的启停、阀门的开关、制水系统顺控、干除灰系统等。 攀枝花学 院 2 PLC 简介 4 2.3.2 工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量）， PLC 采用相应的 A/D 和 D/A 转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。 2.3.3 运动控制 PLCC 2.3.4 数据处理 PLCC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表等功能，可以完成数据的采集。 2.3.5 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其他智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 攀枝花学院 3 机械动力滑台的控制电路 5 第三章 机械动力滑台的控制电路 控制电路及工作循环如图 3.1 所示： 图 3.1 机械动力滑台控制电路 图 3.1 中， M1 为工作进给电机， M2 为快速进给电机。滑台的快进由 M2 电机经齿轮使丝杆快速旋转实现。主轴的旋转靠一专门电机施动，由接触器 KM4（电路未画出）控制。 SQ1 为原位行程开关， SQ2 为快进转工进的行程开关，攀枝花学院 3 机械动力滑台的控制电路 6 SQ3 为终点行程开关， SQ4 为限位保持开关。 KM1， KM2 接触器控制 M1， M2电机的正反转。 YA 是制动电磁铁。 由电路图可看出： (1) KM4 为主轴电动机控制用接触器 ( 图中未画出 ),KM4 线圈通电吸合后 , 主轴电动机启动 ,KM4 的 1 个动合触点接通 ,为接触器 KM1、 KM2、 KM3 及电磁铁YA 提供电源 ,说明主轴电动机与 M1、 M2 有顺序起停关系。 (2) 向前起动时 ,按下起动按钮 SB1,接触器 KM1 通电吸合并自锁 ,KM1 的辅助动合触点接通 ,使接触器 KM3 通电吸合 ,KM3 的辅助动合触点闭合又使制动电磁铁YA 通电 ,从而松开制动 ,M1、 M2 同时起动 ,滑台向前快进。 (3) 滑台由正向快进转为正向工 进的过程是 ,长挡块压动 SQ2,KM3 断电 ,YA 亦跟着断电 ,M2 电动机由机械制动器迅速制动 ,只有工进电动机 M1 推动滑台正向工进。当正向工进到预定终点时 ,压动 SQ3,使 KM1 断电 ,M1 停转 ,正向工进结束。同时由于 SQ3 的动合触点闭合 ,接触器 KM2 通电吸合并自锁 ,M1 反转 ,滑台反向工进。反向工进到长挡块松开 SQ2 时 ,又使 KM3 和 YA 通电 ,M2 反向转动 ,滑台反向快退。当滑台退至原位时 ,SQ1 被压下 ,KM2、 KM3 同时断电 ,YA 也断电 ,使M1、 M2 同时停转 ,滑台停在原位。 (4) 进给电动机的正反转控制有 电气互锁 ,这是通过在 KM1 线圈电路中串接的KM2 动断触点 ,以及在 KM2 线圈电路中串接的 KM1 动断触点来实现的。 (5) SB2 是停止向前并反向后退的按扭。 SQ4 为向前超程限位开关 ,向前超程时 ,SQ4 被压下 ,KM1 断电而 KM2 通电 , 从而使滑台反向退回。 攀枝花学院 4 PLC 的选择 7 第四章 PLC 的 选择 根据生产工艺要求，确定 I/O 点数和 I/O 点的类型（数字量、模拟量等），并列出 I/O 点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于 I/O 总数乘以 8；对于只有模拟 量输入的控制系统，每路模拟量需要 100 个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要 200 个存储器字。确定机型时，还要结合市场情况，考察 PLC 生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的 PLC 机型。 4.1 三菱 PLC 三菱 PLC 英文名又称： Mitsubish Power Line Communication，是三菱电机在 大连 生产的主力产品。 三菱 PLC 在中国 市场 常见的有以下型号： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q 4.1.1 三菱 PLC 的特点 : 三菱 PLC 是小形化，高速度，高性能，除输入出 16 25 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC。 系统配置即固定又灵活； 1.编程简单； 2.备有可自由选择，丰富的品种； 3.令人放心的高性能； 4.高速运算； 5.使用于多种特殊用途； 6.外部机器通讯简单化； 7.共同的外部设备。 4.1.2 三菱 FXPLC 的特点 三菱 FXPLC 是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当 FX 系列中最高档次的超小程序装置，除输入出 16 25 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC。 特点： -系统配置即固定又灵活 ； 攀枝花学院 4 PLC 的选择 8 -编程简单； -备有可 自由选择 ，丰富的品种； -令人放心的高性能； -高速运算； -使用于多种特殊用途； -外部机器通讯简单化； -共同的外部设备 。 在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行 16-256 点的灵活输入输出组合。可选用 16/32/48/64/80/128 点的主机，可以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。 4.2 西门子 PLC 德国 西门子（ SIEMENS）公司生产的 可编程序控制器 在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领 域都有 应用。 西门子（ SIEMENS）公司的PLC 产品包括 LOGO， S7-200， S7-300， S7-400， 工业网络 ， HMI 人机界面， 工业软件 等。 西门子 S7 系列 PLC 体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。 S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC（如 S7-200），小规模性能要求的 PLC（如 S7-300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7-400）等。 SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC 是超小型化的 PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等 。 SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模块化小型 PLC 系统 ，能满足中等性能要求的应用。 SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC 是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。工业通讯网络 通讯网络是自动化系统的支柱，西门子的全集成自动化网络平台提供了从控制级一直到现场级的一致性通讯， “SIMATIC NET”是全部网络系列产品的总称，他们能在工厂的不同部门，在不同的自动化站以及通过不同的级交换数据，有标准的接口并且相互之间完全兼容。 HMI 硬件配合 PLC 使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板 TD200（可显示中文）， OP3， OP7， OP17 等；图形 /文本操作面板 OP27， OP37 等 ，触摸屏操作面板 TP7， TP27/37， TP170A/B 等； SIMATIC 面板型 PC670 等。个人计算机（ PC）也可以作为 HMI 硬件使用。 HMI 硬件需要经过软件（如 ProTool）组态才能配合 PLC 使用。 4.3 欧姆龙 PLC 欧姆龙 PLC 是一种功能完善的紧凑型 PLC，能为业界领先的输送分散控制 等提供高附加值及其控制；它还具有 通过各种高级内装板进行升级的攀枝花学院 4 PLC 的选择 9 能力，大程序容量和存储器单元，以 Windows 环境下高效的软件开发能力。欧姆龙 PLC 也能用于包装系统，并支 HACCP（寄生脉冲分析 关键控制点 ）过程处理标准 。 欧姆龙 PLC 的主要特点： 1.结构灵活 不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与 WLAN 媲美 。 2.传输质量高、速度快、带宽稳定 可以很 平顺 的在线观赏 DVD 影片，它所提供的 14Mbps 带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准 HomePlug AV 传输速度已经达到了 200Mbps；为了确保 QoS， HomePlug AV 采用了时分多路访问（ TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（ CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。 3.范围广 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然 无线网络 可以做到不破墙 ，但对于高层建筑来说，其必需布设 N 多个 AP 才能满足需求，而且同样不能避免信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。 4.低成本 充分利用现有的低压配电 网络基础设施 ，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术， PLC 成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为 50-80 元 /月左右，这样的价格和很多地方的 ADSL 包月相持平。 5.适用面广 PLC 作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络 “最后一公里 ”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体 ，使得 PLC 具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受攀枝花学院 4 PLC 的选择 10 4.545Mbps 的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的 “四网合一 ”。 PLC 发展新动向 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、计时、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。 PLC 已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力 、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。 FX2N 系列 是三菱 PLC FX 家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 由电气控制图得 ， 16 个输入点， 16 个输出点选型号为 FX2N-32MR-DC 的 P LC。 攀枝花学院 5 PLC 的输入输出点分配表 11 第五章 PLC 的输入输出点分配表 由输入输出信号的分析及意义可得 PLC 输入输出端 子分配如 表 5.1 所示： 表 5.1 输入输出分配表 输入 /输出点分配表 元件名称 代号 I/O 元件名称 代号 I/O 起动向前按钮 SB1 X000 主轴正转 KM1 Y000 停止向前按钮 SB2 X001 主轴反转 KM2 Y001 原位行程开关 SQ1 X002 主轴制动 KM3 Y002 快进转工进的行程开关 SQ2 X003 制动电磁铁 YA Y003 终点行程开关 SQ3 X004 限位保持开关 SQ4 X005 热继电器 1 FR1 X006 热继电器 2 FR2 X007 攀枝花学院 6 PLC 控制接线图 12 第六章 PLC 控制接线图 PLC 硬件 I/O 接线图如 图 6.1 所示： 图 6.1 控制接线图 攀枝花学院 7 PLC 控制梯形图及语句表 13 第七章 PLC 控制梯形图及语句表 7.1 梯形图 由控制电路图可得出梯形图， 如图 7.1 所示： 图 7.1 梯形图 攀枝花学院 7 PLC 控制梯形图及语句表 14 7.2 语句表 根据梯形图，可得指令如 图 7.2 所示： 攀枝花学院 7 PLC 控制梯形图及语句表 15 图 7.2 语句表 攀枝花学院 总结 16 总结 通过这次课程设计我学 到了很多，刚开始连题都不读的我认为自己一定不行，做不出来，难死了，觉得这次完了。然后在网上搜了一下机械动力滑台，结果一无所获，这下可怎么办呢，第一感觉什么都不懂。问李老师，李老师说很简单，书上有，只要把书上的看懂了就不会有什么问题，我当时就想是吗？自己下来看了看书，的确书上有，这下有救了，控制电路还是现成的。去同学那的拷贝了 GX developer 8.0，看了说明书，操作还是比较简单的，是自己原先把它想得太复杂了。温习了下以前学的电路图，梯形图，语句表，整个课程设计做起来就很顺利啦。通过这次课程设计，我对 PLC 有了更深的理解，对机械动力滑台的控制更明了。 让我学会了将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，在如何使用已有的知识及获