毕业设计（论文）-卧式单面钻铰工艺销孔组合机床控制系统设计.doc

ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本 科 毕 业 论 文 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床控制系统设计Process single-sided horizontal hinge pin hole drilling machine combinations control system design系（院）名称： 专 业 班 级 ： 届自动化 班 学 生 姓 名 ： 指导教师姓名： 指导教师职称： 目 录摘要4Abstract5引 言6第一章 绪 论71.1 本课题的提出与任务71.1.1 本课题目的提出依据71.1.2 本课题的任务71.2 机床的电气控制技术81.3 设计目的及其意义8第二章 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的基本结构和工作原理92.1卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的结构92.1.1 机床的床身92.1.2 电气控制柜112.2 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的运动过程112.3 控制要求122.4 控制方案的选择132.5 PLC的基本知识132.5.1 PLC的定义142.5.2 PLC的功能及特点142.5.3 PLC的基本结构142.5.4 PLC的工作原理152.5.5 PLC的编程语言162.6 PLC的控制系统设计原则162.6.1 PLC控制系统设计的基本内容与步骤162.6.3 PLC的编程规则17第三章 选择合适的PLC类型183.1 PLC的分类和发展183.1.1 PLC的分类183.1.2 PLC的发展方向193.2 PLC的选择原则193.2.1 机型的选择193.2.2 IO模块的选择193.2.3 容量的选择203.3 选择合适的PLC203.3.1 确定输入/输出设备并选择合适的PLC203.3.2 分配I/O端口20第四章 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床PLC电气控制设计224.1设计电气控制原理图224.1.1 设计主回路224.1.2 设计控制电路234.2 选择电器器件264.2.1 低压电器的基本知识264.2.2 电器器件的选择304.3 设计元件布置图334.3.1 电柜元器件布置图334.3.2 机床各部分电气器件分布图344.4 绘制装配图和接线图354.4.1 操作台安装接线图354.4.2 机床安装接线图354.4.3 控制面板的设计374.5使用操作说明书38第五章 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的PLC软件设计395.1 初始化程序设计395.2 公用程序的设计405.3 手动程序的设计425.4 自动程序的设计455.4.1 自动程序中的电磁铁工作工步分析455.4.2 自动程序的工作流程图455.4.3 自动运行的梯形图47结 论51附录一52致 谢54参考文献55卧式单面钻铰工艺销孔组合机床控制系统设计专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职称： 摘要 基于当今汽车制造业及其他机械行业的迅速发展，专用组合机床以其独特的优点在机床使用中占有重要的地位。目前加工六缸缸体发动机的常用机床加工速度慢，而且精度不够高，因此需设计专用机床来弥补这一缺点，从而提高加工速度和精度。因此生产加工六缸缸体发动机的生产加工线应运而生，卧式单面钻铰工艺销孔组合机床是这一生产线的第一部机床，主要负责在加工发动机六缸缸体时加工工艺销孔，这是六缸缸体加工的第一步，也是最关键的一步，这一步的成败直接影响到工件的后续加工，因此对该组合机床的控制系统的设计就尤为重要。PLC由于采用现代大规模集成电路技术和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。同时，PLC还具有配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点，从而保证复杂的电气控制过程，使机床能够安全可靠的工作。PLC凭借着这些自身特点在机床控制系统中被广泛应用。本设计基于PLC的控制特点完成了以PLC为核心的卧式单面钻铰工艺销孔组合机床控制系统的设计，该方案能充分利用PLC的逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，通过数字式、模拟式的输入和输出，来对复杂电路进行控制。关键词 PLC 机床 发动机 控制系统Process single-sided horizontal hinge pin hole drilling machine combinations control system designAbstract Based on the rapid development of todays automobile manufacturing industry and other sectors of machinery, special-purpose machine tool plays an important role in the use of the machine for its unique combination of advantages.Currently,the commonly machine used to process Six-cylinder engine is slow,and the accuracy is not high enough, so the design of special tools required to make up for this shortcoming, enhancing the processing speed and accuracy.Therefore the block production line to product six-cylinder engine comes into being, horizontal technology on one side of hinge pin hole drilling machine is the first production of the line of machine tools, its primarily responsible is to process hole for six-cylinder engine in the processing, this is not only the first step in processing of six-cylinder,but also the most crucial step.The step is a direct impact on the success or failure of follow-up processing of the workpiece, so the control system design of the combination of machine tool is particularly important. PLC as a result of the use of modern large-scale integrated circuit technology and strict production process, the internal circuit to take an advanced anti-jamming technology, with high reliability.At the same time, PLC also has the complete package, perfect functions, applicability, system design, construction work in small, easy maintenance, easy to transform, small size, light weight, low power consumption, thus ensuring the electrical control of complex processes, so that safe and reliable machine to work.PLC with its own characteristics with those is widely used in the machine tool control system. The design is based on the characteristics of PLC control, completing the design of control system of a PLC as the core technology of horizontal single hinge pin hole drilling machine combination, the program can take full advantage of the PLCs logic operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as operation commands, through digital, analog input and output, to control the complexity of the circuit.Key words PLC Machine Controls system 引 言随着计算机技术、电力电子技术、自动控制技术的发展，电气控制技术已由继电接触器接线的常规控制转向以计算机为核心的软件控制。PLC和变频器是典型的现代电气控制装置。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用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。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，系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。本机床采用PLC控制低压开关电器、接触器、继电器、熔断器等的工作，通过其断开和闭合来控制电机的运行，电机带动刀具进行钻孔加工。机床本身质量的优劣，直接影响所造机器的质量。衡量一台机床的质量是多方面的，但主要是艺性好，系列化、通用化、标准化程度高，结构简单，重量轻，工作可靠，生产率高等。卧式单面钻铰工艺销孔组合机床采用PLC进行控制，能同时加工5个孔，可靠性和生产效率均有提高。卧式单面钻铰工艺销孔组合机床根据企业对发动机六缸缸体加工工艺要求，量身设计的相应的组合机床的一部分。功能主要是加工六缸缸体工艺销孔，生产节拍为3.5分/件。机床要求能够实现手动、自动两种运行方式，有必要的安全保护系统。利用PLC使机床在车间恶劣的环境下实现自动控制，满足机床动作、加工工艺和保护要求。第一章 绪 论1.1 本课题的提出与任务1.1.1 本课题目的提出依据机械设备绝大多数都是由机床加工而成的，因此机床是机械制造业中的主要加工设备。机床的质量以及自动化水平，将直接影响整个机械工业的发展。机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度要求较高，主要靠切削加工来达到，特别是形状复杂、精度要求高的钻孔加工零件，往往需要经过几道甚至几十道的加工工序才能完成。在电力拖动方式的演变过程中，电力拖动的控制方式也由手动控制逐步向自动控制方向发展。尤其是在电气控制不断进步的今天，可编程控制器PLC在机床上的应用，使机床的加工精度和加工速度都得到了很大的改善，尤其是各种专用机床的成功研发，为机床的发展迈出了新的一步。1.1.2 本课题的任务1）本设备用于六缸缸体底面工艺销孔加工，零件进入本工序之前底面已精铣，左右两侧面及瓦盖结合面已粗铣，单边留余量1mm。本工序完成底面工艺销孔的加工，保证尺寸公差，位置公差及表面粗糙度要求。2）加工内容：钻铰底面2-16H7工艺销孔。3）定位基准：底面，左侧面及开裆工艺台面定位。4）上料高度：1060mm5）生产加工节拍：生产节拍为3.5分/件。6）机床型式：机床为卧式单面钻铰孔组合机床，采用SHHY 500/400滑台及LH50两工位立式滑台1000630多轴箱配置，通过夹具，用液压缸棘手推送。7）设备采用三菱FX1N系列PLC控制，操作集中控制，PLC输入/输出模块预留10%空点备用。1.2 机床的电气控制技术随着机床与计算机不断的发展，电气控制技术也由手动方式逐步向自动控制方向发展。自动控制包括继电器接触器控制和顺序控制器控制等等。随着计算机技术的发展，出现了以微型计算机为基础的，具有编程、存储、逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器PLC。PLC的设计以工业控制为目标，接线简单、通用性强、编程容易、抗干扰能力强、工作可靠。它一问世即以强大的生命力，大面积地占领了传统的控制领域。PLC的发展方向之一是微型、简易、价廉，以图取代传统的继电器控制；而它的另一个发展方向是大容量、高速、高性能、对大规模的复杂电气控制系统进行统合控制。1.3 设计目的及其意义卧式单面钻铰工艺销孔组合机床是加工六缸缸体发动机生产线的第一台机床，主要功能是加工发动机六缸缸体工艺销孔，这是六缸缸体加工的第一步，也是最关键的一步，工艺销孔是后继加工的定位基准，因此这一步的成败直接影响到工件的后续加工，对该组合机床的控制系统的设计也有很高的要求。本课题是卧式单面钻铰工艺销孔组合机床控制系统的设计，是根据企业对发动机六缸缸体加工工艺要求，量身设计的相应的组合机床的一部分。机床能够实现手动、自动两种运行方式，有必要的安全保护系统。利用PLC使机床实现自动控制，来满足机床动作、加工工艺和保护要求，能同时加工5个孔，可靠性和生产效率均有提高。第二章 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的基本结构和工作原理2.1卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的结构 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床可分为工作床身和控制柜两大部分。2.1.1 机床的床身卧式单面钻铰工艺销孔组合机床床身由工作台、冷却装置、排屑装置、冲屑装置、润滑装置和液压装置几部分组成。机床结构分布图如图2-1所示。1）工作台：将需要加工的零件固定在操作台上，工件三面定位，液压夹紧，由主轴电机带动刀具进行钻孔销孔加工，加工内容有立滑台和卧滑台配合控制。2）冷却装置：采用大流量冷却，由冷却电机和油冷电机分别控制。以保证机床工作在允许的温度范围，同时也保证机床能够长时间的处于工作状态，在钻孔加工过程中不会由于温度过高而烧坏被加工零件。3）冲屑装置：将加工产生的铁屑冲刷掉，保持工作台的清洁才能保证零件加工的精度。4）排屑装置：采用磁刮板自动排屑，铁屑被排放在水槽堆积，排屑电机带动磁铁链通过磁场作用将其直接排除。5）润滑装置：采用递进式自动集中润滑，给机床加入润滑油以减小磨擦。6）液压装置：液压电机控制控制液压站，一方面夹紧被加工零件，另一方面移动两个操作台进行轮换加工。本机床采用SEHY500/400液压滑台（图2-2）是用来实现进给运动的动力部件。该滑台可根据被加工零件的工艺要求，在其上配置不同形式的切削头和支承部件组成组合机床，可完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、车端面、铣削及攻丝工序。滑台配有分级进给装置，可完成深孔加工。图2-1 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的结构分布图图2-2 SEHY500/400滑台2.1.2 电气控制柜电气控制柜是卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的电气控制部分，是本设计的重点，主要用于控制各个电机的运行，从而控制机床的正常工作。首先，在已设计好的空机柜中布置电气元件，如可编程控制器PLC、熔断器、交流接触器、继电器、直流稳压电源变压器等。布置完之后，按照设计的电气原理图接线。其次，电气控制柜需安装空调和照明灯，空调用于保证可编程控制器PLC以及其它电气元件正常运行的环境温度；照明灯采用常闭控制，即当关上机柜门时灯灭，当打开机柜门时开关处于闭合状态，照明灯发光以便于检修。2.2 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床的运动过程机床的工作过程概括起来可分为上件过程、钻铰销孔过程、下件过程和其他过程。1）上件过程上件过程是由输送油缸，定位油缸，反靠油缸，加紧油缸相互配合完成的。该过程是手动过程，需要手动操作。具体过程是：人工上件之后，按下输送按钮，输送油缸工作，工件开始向前输送；按下定位按钮，定位油缸定位出工件的位置；按下反靠按钮，反靠油缸把工件反靠定位；按下夹紧按钮，夹紧油缸夹紧工件，至此上件定位过程完成。2）钻铰销孔过程该过程是整个加工过程的核心，是半自动的，主要靠主轴电机，立滑台，卧滑台相互配合完成。具体动作过程如下：上件完成以后启动半自动程序，立滑台从原位开始上升，同时主轴电机开始工作，立滑台到达终点后，卧滑台快进到加工位置，开始工进钻孔，到达卧滑台终点后，钻孔完成，卧滑台快退到原位，进入铰孔工序，立滑台下降到原位，卧滑台快进到加工位置，开始工进铰孔，到达卧滑台终点后，铰孔完成，卧滑台快退到原位，钻铰销孔过程完成，主轴电机停止工作。3）下件过程该过程和上件过程一样，要定位油缸，反靠油缸，加紧油缸相互配合完成，不过顺序不一样，该过程的具体步骤是：先定位返回，夹紧油缸松开，最后再反靠返回，然后就可以人工卸件了。连续加工时，下一个工件上件时，上一个工件自动下件。4）其他过程在机床工作时还有其他的工作过程，比如冷却过程，润滑过程，冲屑过程，排屑过程等。这些过程是加工过程的辅助过程，但也是不容忽视的过程，每一步都会影响到加工的效果。机床加工各个部分动作顺序如图2-3所示。图2-3 机床动作工序图2.3 控制要求该组合机床是加工六缸缸体工作线的其中一部，主要负责钻铰底面2-16H7工艺孔成，以便后继加工时定位时使用。加工时，工件由输送油缸输送到定位处，定位油缸定位，反靠油缸反靠定位，加夹紧油缸夹紧，由主轴电机带动刀具转动，由立滑台的原位和终点位置控制钻刀和铰刀的工作，在立滑台终点时钻孔，原位时铰孔，由卧滑台控制加工过程，卧滑台工进时开始加工，到达终点时加工完成加工，卧滑台退回原位。工步分解如表2-1所示。控制系统要能实现自动与手动的转换，各个动作要到位，有序，精确；要有多个按钮对不同的工序进行控制；加工过程使用自动控制，工人只需按下自动按钮就可以实现加工过程自动控制，且工步井然有序；整个控制系统设计要本着经济，使用，美观的要求进行设计，各个元器件的选择应在满足厂家要求的基础上实现经济实惠。表2-1 加工工步分解名称动作分解上件输送油缸输送（下件）定位油缸定位反靠油缸反靠夹紧油缸夹紧输送油缸返回（等待进入下一工件上件工步）钻孔立滑台到第一工位卧滑台快进卧滑台工进卧滑台快退立滑台到第二工位（进入销孔工步）销孔立滑台到第二工位卧滑台快进卧滑台工进卧滑台快退（进入下一工件加工）下件定位油缸定位返回反靠油缸反靠返回夹紧油缸松开等待下件2.4 控制方案的选择本设计控制系统可分手动和自动两部分，其中自动控制部分有不同的控制方案，既可选择继电接触器控制系统实现自动控制，又可选择PLC实现自动控制，下面就这两种控制方案进行比较选择：1）传统的继电器控制系统是针对一定得生产机械，固定的生产工艺而设计，采用硬接线方式安装而成，只能进行开关量的控制；而PLC采用软件编程来时此案各种控制功能，只要改变程序，就可适应生产工艺的改变，并且可以实现开关量和模拟量的控制，因而适应性强。2）传统的继电接触器控制系统中，随着控制对象的增多，必然要增加继电器数目，提高系统的运营成本；而对于PLC来说，只需要该变程序就可以实现较复杂的控制功能。3）继电接触器控制系统在长期使用的过程中，受接触不良和触点寿命的影响，可靠性低；PLC由于采用了微电子和计算机技术，可靠性比较高，抗干扰能力强。4）继电接触器控制系统要扩充、改装都必须重新设计重新配置；而PLC在I/O点数及内容允许范围内，可以扩充。5）与传统继电接触器控制系统相比，PLC体积小、重量轻、结构紧凑、开发周期短，安装和维护工作量小，PLC还有完善的监控和自诊断功能，可以及时发现和排除故障。因此，PLC在性能上比继电接触器逻辑控制优异，本设计选择PLC控制系统。2.5 PLC的基本知识2.5.1 PLC的定义可编程序控制器（Poogrannable Controller）简称为PC,但是由于个人计算机(Personal Computer)也简称为PC,为了区别,同时由于早期的可变程序控制旗帜是具有逻辑控制功能,因此人们仍习惯称可编程序控制器为PLC(Programmable Logical Controller)1982年国际电工委员会在颁布可编程序控制器标准草案中所作的定义为:可编程序控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统.它采用一种可编程序的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程序控制器及其有关设备应按易于与工业系统连成一个整体和具有扩充功能的原则进行设计。2.5.2 PLC的功能及特点PLC把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体，能完成以下功能：多种控制功能（开关量的逻辑控制，定时控制，计数控制，步进控制，回路控制）；A/D、D/A转换；数据处理、存储与处理；通信联网；输入/输出接口调理功能；人机界面功能；监控；编程、调试功能；停电记忆；故障诊断。为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：l 可靠性高，抗干扰能力强。l 故障修复时间（平均修复时间）短l 功能强、适应面广l 编程简单、容易掌握l 减少了控制系统的设计及施工的工作量l 体积小、重量轻、功耗低、维护方便2.5.3 PLC的基本结构PLC实质是一种专门用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。中央处理单元(CPU) ：中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。电源：PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可*得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。2.5.4 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1) 输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。2) 用户程序执行阶段：在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。3) 输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2.5.5 PLC的编程语言PLC是专为工业自动控制而开发的装置，主要使用对象是广大电气技术人员及操作维护人员。为了他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，这些编程语言有梯形图LAD、语句表STL、控制系统流程图CSF、逻辑方程式或布尔代数式等。2.6 PLC的控制系统设计原则 2.6.1 PLC控制系统设计的基本内容与步骤一 PLC控制系统设计的主要内容1）选择用户输入/输出设备以及由输出设备驱动的控制对象。2）PLC的选择。3）分配I/O点，设置I/O连接图。4）设计控制程序。包括设计梯形图，语句表或控制系统流程图。5）设计控制柜。6）编制控制系统技术文件。二 PLC控制系统设计的一般步骤1）确定设计任务书。被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和连锁。2)确定I/O设备。根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需要的用户输入、输出设备。3）选择合适的PLC类型。根据已确定的I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型。4）编制PLC的输入/输出分配表。分配PLC的输入输出点，编制出输入/输出分配表。接着就可以进行PLC程序的设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。5）对系统任务分块。分块的目的就是把一个复杂的工程分解成多个比较简单的小任务，这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题，可便于编程。6）绘制各种电路图。绘制主电路图，控制电路图等。7）编制控制系统的逻辑关系图。8）设计应用系统梯形图程序。控制程序是整个系统工作的指挥棒，是保证系统工作正常，安全，可靠的关键，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，必须熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。9）将程序输入PLC进行软件调试。将已编好的程序输入PLC里进行调试，排除程序中的错误，同时也为整体调试打下基础，缩短整体调试的周期。10)应用系统整体调试。在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成以后，就可以进行整个系统的联机调试。11）编制技术文件。系统技术文件包括说明书，电气原理图，电器布置图，电器元件明细表，PLC梯形图。2.6.3 PLC的编程规则设计梯形图一般应遵循以下规则：1）梯形图自上而下，从左到右的顺序排列，每个继电器线圈为一个逻辑行，每个逻辑行起于左母线，终于右母线。2）某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器的接点则可无限引用。3) 输入继电器的线圈由输入点上的外部输入信号驱动。4）在每一逻辑行上，串联接点多的电路应排在上面。5）在每一逻辑行上，并联接点多的电路应排在左边。第三章 选择合适的PLC类型3.1 PLC的分类和发展3.1.1 PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。(1)按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。其中整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点；模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。(2) 按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。其中低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能；中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能；高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。(3) 按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。（1）小型PLCI/O点数 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K。3.1.2 PLC的发展方向由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向有两个：一个方向是朝着小型、价格低廉方向发展。单片及技术的发展，促进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。这种小型的PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和小型生产的控制。另一个方向是朝着大型、高速、多功能方向发展。大型的PLC一般为多微处理器系统，有较大的存储能力和功能强筋的输入输出接口通过丰富的职能外设借口，可以实现流量、温度、压力、位置等闭环控制；通过网络接口，可几连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局域网络，适用于大型的自动化控制系统。 3.2 PLC的选择原则PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。3.2.1 机型的选择PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：l 合理的结构型式；l 安装方式的选择；l 相应的功能要求；l 响应速度要求；l 系统可靠性的要求；l 机型尽量统一。3.2.2 IO模块的选择一般IO模块的价格占PLC价格的一半以上。PLC的IO模块有开关量IO模块、模拟量IO模块及各种特殊功能模块等。不同的IO模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。在输入端方面尤其是要考虑PLC的输入信号的类型及电压等级、接线方式、同时接通的点数量和输入门槛电平，输出端还应考虑驱动能力和输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素的关系。3.2.3 容量的选择容量的选择首先要考虑设计的输入输出点数，所选择的类型必须满足输入输出点数要求，同时还要留10%-15%的裕量，以便以后使用过程中出现问题时维护方便。3.3 选择合适的PLC3.3.1确定输入/输出设备并选择合适的PLC对设计的输入/输出点数进行统计，分类，以确定PLC的类型。如表3-1所示。本设计根据实际输入输出设备使用情况，考虑PLC的选型原则与机床运营价格，本设计选用一个小型低档模块式PLC实现对机床的控制，应厂家要求选用三菱系列PLC，FX1N-60MR型PLC作为该设计的PLC控制系统的机型。参照三菱FX系列PLC的编程手册和I/O点数要求，考虑各种PLC的价格最终选用FX1N-60MR型PLC。该类型的PLC的基本单元具有60个I/O点，输入/输出点数按2：3分配，即包括36个输入点，24个输出点。该点数刚好满足本设计输入/输出点数要求，同时还留有一定的裕量。 表3-1 输入/输出点数统计表输入部分代码点数输出部分代码点数工作方式选择开关SA4接触器KM6按钮SB12继电器KA14行程开关SQ13电磁阀YV0压力继电器SP2指示灯HL3液位继电器SL2输入总点数33输出总点数23输入/输出总点数563.3.2 分配I/O端口对PLC 的输入/输出端子进行分配。分配结果如表3-2和表3-3所示。表3-2 输入地址表表3-3 输出地址表第四章 卧式单面钻铰工艺销孔组合机床PLC电气控制设计4.1 设计电气控制原理图4.1.1 设计主回路 从主回路入手,根据伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求,分别对它们的主电路的设计。电源进入机柜后先经过总闸开关T、S、R，再接入挂锁开关进行控制。通过挂锁开关将三相电源引入，电源到电动机绕组的大电流通过短路保护断路器QF、电机启动时用的接触器KM的主触头才能连接电机。液压电机为M1、主轴电机为M2、冷却电机为M3、冲屑电机为M4、排屑电机为M5、液压冷风机为M6和润滑电机为M7均采取直接启动，分别由接触器KM1、KM2KM7来控制其启动和停止，采用断断路器QF1、QF2QF7作短路保护；为防止电机外壳漏电伤人，电动机外壳均与地线联接。主电路断路器选择应遵循安全原则，一般选择比电机的额定电流大1.2倍的断路器，以保证电路正常安全工作。 图4-1 电气原理图-主电路1 图4-2 电气原理图-主电路2 图4-3 电气原理图-控制电路图1此外主电路还包括电柜照明和电柜风扇两部分电路。挂锁开关是用于控制整套电源的，电柜照明是用于电柜照明的，所以不受挂锁开关控制。从挂锁开关前引入一根电源，通过通过1A的单机开关F6进入门开关再接入灯的一端（注意门开关选择常闭点控制，即当关上门时常闭点断开，灯熄灭，反之灯亮），另一端接零线构成回路。电柜风扇用于控制机柜内的温度，给各电气元件提供适宜的温度环境，所以当给机柜通电风扇首先工作，风扇应直接从主电路中引入电源，电源先经过1A的单极开关F7进入风扇，再回到零线构成回路。注意：为防止漏电伤人，空调外壳应接地。通过设计主电路图设计如图4-1和图4-2所示。4.1.2 设计控制电路 1）控制电路电源：控制电路通过控制变压器TC输出的220V交流电压供电，变压器的输出要给接触器，断路器，PLC等器件供电，稳压电源VC提供稳定的24V交流电压供给各个继电器使用，存在最大功率的承载问题，应将所有的元器件的功率叠加，计算出所消耗的功率和电路允许的最大电流，选择合适的单极开关进行保护。变压器和稳压电源的电路图如图4-4和图4-5所示。图4-4中F1、F2、F3为空气开关，起到电源的保护作用。220V交流电是为PLC和接触器KM2,KM3,KM4,KM5,KM7线圈供电，24V交流电是为机床工作灯供电。机床工作灯一般为1-2个，功率为50瓦。根据公式(4-1)P=U*I (4-1)可知公式(4-2)I=P/U (4-2)由公式(4-2)可知空气开关F3应选用5A。其他空气开关也是同样计算而得。 2）总停及系统、液压启动：首先按下断路器QF1和QF2上的常开点使其闭合，然后按下启动按钮SB2，接触器KM1通电吸合，主电路上的KM1三个常开主触头闭合，液压电机M1转动；同时KM1的一个常开辅助触头闭合，进行自锁，以保证松开SB2后液压电动机仍能连续转动。直到按下总停按钮SB1，接触器KM1断电释放，液压电动机M1停止。电路图如图4-3所示。 图4-4 电气原理图-控制电路图2 图4-5 电气原理图-控制电路图33）PLC控制：电源由变压器提供，输入信号来自于控制按钮SB、选择控制开关SA、位置传感器SQ以及压力传感器等，输出信号用于供给接触器线圈、电磁继电器线圈以及机床控制灯。根据I/O分配表绘制PLC控制电路图如图4-6和图4-7所示。图4-6 电气原理图-控制电路图4图4-7 电气原理图-控制电路图54.2 选择电器器件4.2.1低压电器的基本知识 1）转换开关 转换开关又称组合开关。常用作单电源开关、两电源或电路转换开关、控制鼠笼型感应电动机开关。本设计将转换开关安装在电气柜外只用作单电源开关，用来起到通断电源的作用。 图4-8 转换开关 图4-9 低压断路器2）低压断路器 低压断路器即低压自动开关，又称低压空气开关或自动空气断路器。它相当于闸刀开关断路器、热继电器、欠电压继电器等的组合，是一种既有手动开关作用，又能进行欠压、失压、过载、短路保护的电器。低压断路器的选用原则 l 根据电气装置的要求确定断路器的类型；l 根据对线路的保护要求确定断路器的保护形式； l 低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。l 低压断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。l 欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。l 过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。3）选择开关 万能转换开关是一种多挡式控制多回路的开关电器。一般用于各种配电装置的远距离控制，也可作为电器测量仪表的换向开关或用作小容量电动机的启动、制动、调速、和换向的控制。由于缓解线路多，用途广泛，故称为万能转换开关。万能转换开关有凸轮机构、触头系统和定位装置等部分组成。它依靠操作手柄带动转轴和凸轮转动，使触头动作或复位，从而按预定的顺序接通与分断电路，同时又定位机构确保其动作的准确可靠。 图4-10 选择开关 图4-11 控制按钮4）控制按钮 作用：在控制电路中常用作远距离手动控制接触器、继电器等有电磁线圈的电器，也可用于电气联锁等电路中。按钮的选择：目前常用的按钮有LA10、LA18、LA19、LA20等系列的产品。按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。一般用红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；还有黄、白、蓝等颜色，供不同场合使用5）压力继电器 压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号的电液控制元件，压力继电器主要用于对液体或气体压力的高低进行检测并发出开关量信号，以控制电磁阀、液泵等设备对压力的高低进行控制。 图12 压力继电器 图13 行程开关6）行程开关行程开关也称为位置开关，主要用于将机械位移变为电信号，以实现对机械运动的电气控制。当机械的运动部件撞击触杆时，触杆下移使常闭触点断开，常开触点闭合；当运动部件离开后，在复位弹簧的作用下，触杆回复到原来位置，各触点恢复常态。7）接触器 交流接触器：常用于远距离接通和分断电压至1140V、电流至630A的交流电路。其结构有电磁系统、触头系统、灭弧装置、弹簧和支架底座等部分组成。直流接触器：在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。 图4-14 互锁的接触器 图4-15 单个的接触器8）继电器中间继电器： 是最常用的继电器之一，它的结构和接触器基本相同，中间继电器的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触点多些。 常用的中间继电器型号有JZ7、JZ14等。 图16 中间继电器 图17 时间继电器时间继电器： 在控制电路中用于时间的控制。其种类很多，按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。时间继电器选用时可从以下几方面考虑：延时长短、延时精度、延时方式、触头形式和数量、控制电路电压等级和电流种类。9）熔断器 熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。热继电器 ：主要是用于电气设备（电动机）的过负