PLC在三面铣组合机床控制系统的应用（上交）.doc

计算机控制技术课程设计题目：PLC在三面铣组合机床控制系统的应用 学生姓名： 刘永涛班级： 自动化073班学号： 20074460310指导老师： 洪镇南2010年12月25日引言1.1 三面铣组合机床概述 三面铣组合机床是用来对 Z512W 型台式钻床主轴箱的80、90 孔端面及定位面进行铣销加工的一种自动加工设备。机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件松紧油缸等组成。机床底座上安放有床身，床身上一头安装有液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。床身的两边各安装有一台铣销头，上方有立铣头，液压站在机床附近。 1) 加工过程 三面铣组合机床的加工过程如图（一）所示。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，液压动力滑台（工作台）开始快进，到位转工进，同时起动左和右 1 铣头开始加工，加工到某一位置，立铣头开始加工，加工又过一定位置右 1 铣头停止，右2 铣头开始加工，加工到终点三台电机同时停止。待电机完全停止后，滑台快退回原位，工件松开，一个自动工作循环结束。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。图（一）三面铣组合机床加工过程2) 液压系统三面铣组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的。其液压元件动作情况如表（二）所示。 工序 元件YV1YV2YV3YV4YV5BP1BP2原位（+）夹紧+快进(+)+工进(+)+快退(+)+松开+表（二）液压元件动作表1.2 三面铣组合机床的控制要求 1) 有单循环自动工作、单铣头自动循环工作、点动三种工作方式； 2) 单循环自动工作过程如图（一）所示，油泵电机在自动加工一个循环后不停机。 3) 单铣头自动循环工作包括：左铣头单循环工作、右 1铣头单循环工作、右 2铣头单循环工作、立头单循环工作。单铣头自动循环工作时，要考虑各铣头的加工区间。 4) 点动工作包括：四台主轴电机均能点动对刀、滑台快速（快进、快退）点动调整、松紧油缸的调整（手动松开与手动夹紧）。 5) 五台电机均为单向旋转。 6) 要求有电源、油泵工作、工件夹紧、加工等信号指示。 7) 要求有照明电路和必要的联锁环节与保护环节。 152. 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理本设计采用CJ1M（CPU22）PLC。三面铣组合机床控制系统的操作面板分布图如图（三）所示，有手动（点动）、单周期、单铣头自动循环三种工作方式，用开关SA进行选择。（1）手动：选择手动工作方式时，用SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10、SB11、SB12各按钮来点动执行相应的动作。（2）单周期：选择单周期时，在滑动台处于原位时，按下启动按钮，自动执行一个周期后回到原位。按下停止按钮时，整个系统处于停机状态。（3）单铣头自动循环：选择单铣头循环时，使用SB13、SB14、SB15、SB16来启动各铣头的自动循环。加工完毕，铣头电机会自动停止。在使用单铣头自动循环前，可用手动进行点动对刀后再启动单铣头自动循环。（4）此外，电源和急停按钮没有接入PLC，而是放在输出端作为电源的控制，这样可以减少系统的输入点。考虑到出现故障的紧急情况下，能及时切断电源，在电源端设置了交流接触器KM，如图外部接线图图（五）所示。按下“电源”按钮SB1时，KM线圈得电并自锁，使输出设备接通电源；按下“急停”按钮SB2时，KM触点断开，及时切断电源与输出设备的连接，起到保护作用。图（三）操作面板分布图2.2 系统I/O变量定义及分配表 本系统共有24个输入设备，18个输出设备，其中有2个输入设备和一个输出设备未接入PLC。共占用PLC的22个输入点和17个输出点。具体I/O分配表如表（四）所示。分组功能分配点分组功能分配点系统输入选择开关手动2.00系统输出液压系统工作YV11.00单周期2.01YV21.01单铣头循环2.02YV31.02系统按钮停止SB30.00YV41.03启动SB40.01YV51.04限位开关原位SQ00.02BP21.06工进位SQ10.03继电器油泵KM11.07立铣头起始位SQ20.04左铣头KM21.08右2起始位SQ30.05右1铣头KM31.09终点位SQ40.06右2铣头KM41.10点动控制按钮夹紧SB50.07立铣头KM51.11松开SB60.08指示灯电源指示灯HL16.00快进SB70.09油泵指示灯HL26.01快退SB80.10工件夹紧指示灯HL36.02左铣头SB90.11快进指示灯HL46.03右1铣头SB100.12快退指示灯HL56.04右2铣头SB110.13工进指示灯HL66.05立铣头SB120.14内部辅助继电器时间继电器夹紧延时TIM0（3S）单铣头自动循环按钮左铣头单循环SB132.03高速定时HTIM1（#1）右1铣头单循环SB142.04各工作步状态初始状态W0.00右2铣头单循环SB152.05松开/原位状态W1.00立铣头单循环SB162.06夹紧状态W1.01没有接入PLC的按钮电源SB1快进状态W1.02工进状态W1.03急停SB2左铣头动作状态W1.04右1铣头动作状态W1.05没有接入PLC的输出照明灯右2铣头动作状态W1.06立铣头等待状态W1.07立铣头动作状态W1.08快退状态W1.09表（四）I/O分配表2.3 系统接线图设计 根据I/O分配表，可画出对应的PLC外部接线图如图（五）所示。图（五）三面铣组合机床PLC外部接线图3. 控制系统设计3.1 控制程序流程图设计三面铣组合机床控制系统的总体结构流程如图（六）所示，由公共、手动、自动三个部分组成。其中自动部分包括单周期和单铣头自动循环。工艺流程图如图（七）所示。 图（六）系统总体结构图（七）三面铣组合机床工艺流程图3.2 控制程序功能图设计（1）公共部分公共部分功能如图（八）所示，系统上电后电源指示灯亮；按下启动按钮，油泵电机开始工作，并用连续状态20.10继电器保持，使其在一个循环周期后不停机；按下停止按钮，电机停止工作，将所有输出都复位。当从自动转到手动时，将自动部分除初始步外的所有步对应的工作继电器（W1.00W1.09）复位，防止再次转到自动工作方式时，出现步异常情况。图（八）手动部分功能图（2）手动部分手动操作采用点动控制，其中“松开”按钮SB6按下后处于松开状态并保持，当按下“夹紧”按钮后由松开变夹紧状态并保持。其他点动按钮在按下时才动作，放松后停止动作。为保证准确性和安全性，在程序中加了限位开关来限制工作区间。程序如图（九）所示。图（九）手动部分程序（3）单铣头自动循环按下对应的铣头启动按钮时，各铣头开始工作并在对应终点处自动停止。程序如图（十）所示。图（十）单铣头自动循环程序（4）单周期在滑动台处于原位时，按下“启动”按钮开始工作，到达终点后自动回到原位。需再按下“启动”按钮才开始新的循环周期。其功能图如图（十一），采用并列和循环结构组成。图（十一）单周期循环功能图4. 系统调试及结果分析4.1 系统调试及解决的问题 程序主要采用模拟调试为主。使用仿真方式，在PLC内存查看输出的情况。调试时采用隔离法，分别对手动、单周期、单铣头循环进行调试。保证各个程序段都正确，最后进行整体的调试。这样比较容易排除问题。由于准备工作比较充分，在保证时序图基本正确的情况下，程序没有很大的问题，主要是一些条件的调整及对问题的优化。4.2 结果分析 程序对于要求的手动、单周期、单铣头循环三种工作方式都能实现。考虑到实际情况，在加工过程都有相应的指示灯。对于安全性问题也有加以考虑，添加急停按钮能够在紧急故障情况下及时切断电源，保证设备的安全。结束语三面铣组合机床控制系统的设计，相对传统的加工方式，首先其提升为自动化的系统，在加工工艺上其精度有很大