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组合机床的PLC控制郑州轻院轻工职业学院专科毕业设计（论文） 题 目 组合机床的 PLC控制 学生姓名 李家重 专业班级 07级电子信息三班 学 号 07010301059 系 别 机电工程系 指导教师(职称) 王梅(助教) 完成时间 2010 年 4月 20 日 组合机床的PLC控制摘 要为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式组合机床进行技术改造，取得了良好的效果。用PLC模块、变频驱动技术、操控监控设备等组成电气数字控制系统，以实现编程输入、人机交互、自动化加工的控制方式，扩大加工能力，减少故障，提高效率，已成为企业进行技术改造的有效途径。作为PLC控制的应用实例，介绍用于缝纫机机壳加工的组合机床进行PLC控制改造。描述了组合机床运动状况及控制要求。硬件主要介绍了硬件电路的设计和各种硬件电路的机床电器的选择。软件部分主要介绍了各种子系统的设计和软件电路的组成。对PLC控制设计及编程作了具体的阐述。 关键词： PLC;梯型图;组合机床BASED ON PLC TECHNOLOGY ,A COMBINATION OF MACHINE TOOL TRANSFORMATIONABSTRACTIn order to give full play to equipment effectiveness, rapidly improved processing technology and precision, more and more companies invest a lot of money every year and the technology to carry out technological transformation of traditional old-fashioned combination of machine tool and achieved good results. With the PLC module, inverter drive technology, control and monitoring equipment, etc. The electric digital control system in order to achieve the programmed input, human-computer interaction, automated processing, control, expansion of processing capacity, reduce failures, improve efficiency, has become the technological transformation of enterprises effective way. As a PLC control application examples to introduce a combination of processing for the sewing machine casing PLC controlled machine tool for transformation. Describes the combination of machine motion conditions and control requirements. Hardware, introduces the hardware circuit design and a variety of hardware, electrical circuit machine choice. Introduced a variety of software, some of the major subsystems of the composition of the circuit design and software. Design and programming of the PLC control made specific elaboration. KEY WORDS： PLC; ladder diagram;modular machine tool目 录 1. 引言1 2可编程控制器概述22.1可编程控制器的定义22.2 PLC的基本组成 22.3 PLC的特点 22.31 可靠性高，抗干扰能力强22.32 配套齐全，功能完善，实用性强32.33 易学易用，深受工程技术人员欢迎 32.34系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 32.35体积小，重量轻，能耗低 32.4 PLC的功能和应用 33.组合机床简介53.1 组合机床的加工方式53.2 组合机床的发展史 53.3 组合机床部件分类 63.4 组合机床的发展 63.5在中小批量生产中组合机床是如何应用的64. 阐述两工位钻孔攻丝组合机床 84.1 组合机床的概述84.2 加工工艺及控制要求94.3 控制系统的设计12 4.3.1 I/O分配12 432 控制系统设计 125. PLC在组合机床未来应用的展望15结束语16致谢 17参考文献18第1章 引言PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logi 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是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。 PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。随着我国微电子技术的迅速发展，PLC技术在机械加工的各类机床的电气设备的改造和新型设备的自动控制中得到日益广泛的应用，本文将阐述家用缝纫机的机加工专用组合机床的PLC改造实例。第2章 可编程控制器概述2.1.可编程控制器的定义 可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）,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（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“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的基本组成PLC的基本组成 PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。2.3 PLC的特点2.3.1 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。2.3.2 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。2.3.3 易学易用，深技术人员欢迎受工程 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。2.3.4 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。2.3.5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，功耗仅有数瓦。由于体积小和很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.4 PLC的功能和应用可编程控制器在国内外广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、轻纺、电子信息产业等各行各业。目前典型的PLC功能有下面几点。(1)顺序控制：这是可编程控制器最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，例如注塑机、印刷机械、订书机械，切纸机、组合机床、磨床、装配生产线，包装生产线，电镀流水线及电梯控制等。程控：在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液体、速度、电流和电压等，称为模拟量。可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样，可编程控制器可以作模拟控制用于程控。(2)数据处理：一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便地对生产过程中的资料进行处理。用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理、控制生产过程。较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机，实现对各种机械的位置控制。通信联网：某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统。可编程控制器的通信模块可以满足这些通信联网要求。(3)显示打印：可编程控制器还可以连接显示终端和打印等外围设备，从而实现显示和打印的功能。第3章 组合机床简介组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。 3.1组合机床的加工方式组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。3.2 组合机床的发展史 二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达O.03O.02微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。3.3组合机床部件分类通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。3.4组合机床的发展为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。3.5在中小批量生产中组合机床是如何应用的组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。随着我国微电子技术的迅速发展，PLC技术在机械加工的各类机床的电气设备的改造和新型设备的自动控制中得到日益广泛的应用，本文将阐述家用缝纫机的机加工专用组合机床的PLC改造实例。第四章 阐述两工位钻孔攻丝组合机床4.1组合机床的概述两工位钻孔、攻丝组合机床，能自动完成工件的钻孔和攻丝加工，自动化程度高，生产效率高。机床主要由床身、移动工作台、夹具、钻孔滑台、钻孔动力头、攻丝滑台、攻丝动力头、滑台移动控制凸轮和液压系统等组成，如图所示。 移动工作台和夹具用以完成工件的移动和加紧，实现自动加工。钻孔滑台和钻孔动力头，用以实现钻孔加工量的调整和钻孔加工。攻丝滑台和攻丝动力头，用以实现攻丝加工量的调整和攻丝加工。工作台的移动（左移、右移），夹具的动作（夹紧、放松），钻孔滑台和攻丝滑台的移动（前移、后移），均有液压系统执行。其中两个滑台移动的液压系统由滑台移动控制凸轮来控制，工作台的移动和夹具的夹紧与放松由电磁阀控制。根据设计要求，工作台的移动和滑台的移动应严格按规定的时序同步进行，两种运动密切配合，以提高生产效率。4.2 加工工艺及控制要求组合机床主要加工工艺及控制要求如下。系统通电，自动启动液压泵电机M1。若机床部分在原位（工作台在钻孔工位SQ1动作，钻孔滑台在原位SQ2动作，攻丝滑台在原位SQ3），并且液压系统压力正常，压力继电器PV动作，原位指示灯HL1亮。将工件放在工作台上，按下启动按钮SB，加紧电磁阀YV1得电，液压系统控制夹具将工件夹紧，与此同时控制凸轮电机M2运转。当夹紧限位SQ4动作后，表明工件已被夹紧。 启动钻孔动力头电机M3，且由于凸轮电机M2运转，控制凸轮控制相应的液压阀使钻孔滑台前移，进行钻孔加工。当钻孔滑台到达终点时SQ5动作，钻孔滑台自动后退，到原位时停，M3同时停止。 等到钻孔滑台回到原位后，工作台右移电磁阀YV2得电，液压系统使工作台右移，当工作台到攻丝工位时，限位开关SQ6动作，工作台停止。启动攻丝动力头电机M4正转，攻丝滑台开始前移，进行攻丝加工，当攻丝滑台到终点时（终点限位SQ7动作），制动电磁铁DL得电，攻丝动力头制动，0.3s后攻丝动力头电机M4反转，同时攻丝滑台由控制凸轮控制使其自动后退。 当攻丝滑台后退到原位时，攻丝动力头电机M4停，凸轮正好运转一个周期，凸轮电机M2停止，延时3s后左移电磁阀YV3得电，工件台左移，到钻孔工位时停。放松电磁阀YV4得电，放松工件，放松限位SQ8动作后，停止放松。原位指示灯亮，取下工作，加工过程完成。两个滑台的移动，是通过控制凸轮来控制滑台移动液压系统的液压阀实现的，电气系统不参与，只需启动控制凸轮电机M2即可。在加工过程中，应启动冷却泵电机M5，供给冷却液。机床的加工工步顺序如表1所示 表1工步1234567891011通电启动液压泵各部分在原位启动机床凸轮电机并进行夹紧钻孔加工钻孔滑台退原位工作台右移到攻丝工位攻丝加工攻丝滑台到终端制动延时0.3s攻丝工作头反转后退攻丝滑台到原位延时3s工作台左移到钻孔工位放松放松完成原位指示灯亮输入及检测元件液压压力检测PV1钻孔工位SQ1111钻孔滑台原位SQ211111111钻孔滑台终点SQ51攻丝滑台原位SQ31111启动按钮SB1夹紧限位SQ4111111攻丝工位SQ61111攻丝滑台终点SQ71放松限位SQ811驱动元件液压泵电机M11111111111凸轮电机M21111111夹紧电磁阀YV11111111钻孔动力头M31冷却泵电机M511111工作台右移电磁阀YV21攻丝动力头电机M4正转1攻丝动力头制动DL1攻丝动力头电机M4反转1工作台左移电磁阀YV31放松电磁阀YV41原位指示HL1114.3 控制系统设计4.3.1 I/O分配 I/O分配如表2所示。表2输入元件输入点编号输出元件输出点编号压力检测PVX000原点指示HL1Y014钻孔工位SQ1X001液压泵电机M1(KM1)Y001钻孔滑台原位SQ2X002凸轮电机M2(KM2)Y002攻丝滑台原位SQ3X003夹紧电磁阀YV1Y010夹紧限位SQ4X004钻孔动力头电机M3(KM3)Y003钻孔滑台终点SQ5X005冷却泵电机M5(KM6)Y004攻丝工位SQ6X006工作台右移电磁阀YV2Y011攻丝滑台终点SQ7X007攻丝动力头电机M4正转(KM4)Y005放松限位SQ8X010制动DLY000系统启动按钮SBX011攻丝动力头电机M4反转(KM5)Y006自动/手动选择SAX012工作台左移电磁阀YV3Y012液压泵启动SB1手动控制放松电磁阀YV4Y013凸轮电机启动SB2自动指示HL2Y015钻孔SB3手动指示HL3Y016攻丝正转SB4故障代码输出HL7(高位)Y020攻丝反转SB5故障代码输出HL6Y021冷却泵启动SB6故障代码输出HL5Y022夹紧SB7故障代码输出HL4(低位)Y023工作台右移SB8报警Y007工作台左移SB9手动控制电源Y017放松SB104.3.2控制系统设计 由组合机床加工工艺要求可知，其工艺过程为一般顺序控制过程，所以可运用状态编程的思想，采用步进顺控指令对其进行控制。组合机床控制的状态转移图如图2所示。 虽然该控制为自动循环顺序控制，考虑到具体情况，需设置手动控制环节。为减少输入点，简化程序，将按钮或转换开关接在驱动回路，可实现上述各工步的手动操作。系统配置及I/O接线如图3所示。第5章.PLC在组合机床未来应用的展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多