PLC半精镗专用机床控制系统设计.doc

机电控制课程设计目 录前 言2摘 要3PLC简述4设计任务书6半精镗专用机床的控制过程7PLC选择依据10PLC的I/O分配11接线图12梯形图13语句表14总 结15参考文献16前 言 在PLC发明之前，在工业控制的顺序控制领域内，常常采用诸如继电器、鼓式开关、纸带阅读器等机械、电气式器件作为控制元件，尤其是控制继电器，在离散制造过程控制领域内，成为“开关控制系统”中最广泛使用的器件。但是，随着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求在不断提高，对于控制系统的可靠性也提出了更高的要求，原有“继电器控制系统”已不适应需要，究其原因是： 动作缓慢；寿命短、可靠性差；体积大、耗电多；设计制造周期长、程序修改费时；不能实现与计算机对话。到20世纪60年代，由于美国汽车工业需要进行大规模的技术改造和设备更新，由传统的继电器控制装置来进行控制，不仅体积庞大、故障率高、柔性差、不灵活、耗能，而且调试困难，可靠性也差。虽然小型计算机已日趋完善，应用领域也在不断扩大，但小型计算机用于开关控制系统，又显然存在着“大马拉小车”的情况，这是由于小型计算机的特点决定的：编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员； 需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求过高； 功能过剩，机器资源未能充分利用；造价高昂。需要与可能性，促使人们寻求新的出路，PLC应运而生。PLC技术代表了当今电气程序控制的最先进水平。通过PLC与各种单元自动化装置（如智能仪表、数字化传单装置、智能的液压和气动阀组等）以及现场总线、计算机网络系统，构成了车间和工厂自动化的完整体系。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。摘 要 多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。半精镗专用机床是加工汽车连杆的专用设备，自动化程度和设备运行可靠性要求较高，将PLC的高可靠性和程序编制的柔性运用于专用机床电控系统的设计，极大提高了镗床系统的可靠性和镗床的工作效率，减少了维修、维护的工作量，提高发动机及汽车的性能指标。本文详细介绍半精镗专用机床的PLC控制系统，其中包括可编程控制器的机型选择、输入输出地址分配、可编程控制器梯形图程序设计；并指出应注意的一些问题。 半精镗专用镗床是应用于加工汽车连杆的专用设备，汽车连杆是发动机的重要组成部件，它直接影响到发动机及汽车的性能指标。如果机床电控系统采用继电接触器控制，由于使用了大量的机械触点，导致设备的响应速度慢、可靠性差、故障率高、接线复杂、不便于调整和维修，加工产品的质量无法得到可靠保证。可编程序控制器具有通用性好、抗干扰能力强、性价比高等特点，运用其控制逻辑的软件设计功能可在很大程度上改善机床电控系统的柔性；同时，其可靠性得到明显增强，具有很好的社会和经济效益一、PLC简述 PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。PLC = Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，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。是工业控制的核心部分PLC = Programmable Logic Controller，可编程控制器另外PLC还有以下几个名称：PLC = Power Line Communication，电力线通信，即我们俗称的“电力线上网”。PLC = Public Limited Company，公共有限公司，股票上市公司。PLC = Power-line Carrier，输电线载波，电力线载波，电源线车。PLC = Power Loading Control，动力负载控制。PLC = Preparative Layer Chromatography，制备层色谱法。PLC = Programming Language Committee，程序设计语言委员会美。 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。PLC实质是一种专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，基本构成为：a、电源:：PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的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。b. 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。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。c、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。d、输入输出接口电路：1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。e、功能模块：如计数、定位等功能模块f、通信模块：如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等 实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：步骤一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。 二、“机电传动控制”课程设计任务书1.设计题目：设计一汽车连杆半精镗专用机床PLC控制系统，并用编程器调试、开发该系统的硬件和软件。2.设计要求：汽车连杆半精镗专用机床由以下几个部分组成：左滑台、右滑台、左动力头、右动力头、工件定位夹具及液压站。下图为机床的大致轮廓。机床的左、右滑台动作及工件的定位夹紧都由液压提供动力。左动力头右动力头定位夹具左滑台右滑台M3.小组分工：高凯晔：找资料、编写调试程序、画电路图、写报告李骥鸿：找资料、编写调试程序、画电路图、写报告徐磊磊：找资料、编写调试程序、画电路图、写报告杨英：找资料、编写调试程序、画电路图、写报告三、半精镗专用机床的控制过程1.半精镗专用机床动作过程为：原位启动夹紧拔销右快进右工进右快退左快进左工进左快退插销松开.2.工作流程如图所示：3.各元件得失电过程：汽车连杆的加工工艺过程要求一面两销定位，同时装卡两件，两件同时加工。机床在原始状态，两件人工认销，认销完成后，首先同时按SB7、SB8启动循环，然后同时按SB1、SB2按钮，将工件夹紧（继电器YV5、YV7、YV9得电）。夹紧力到后（夹紧压力继电器SP0得电），进行拔销（YV11继电器得电）。拔销到位后SQ2继电器得电发出指示信号。接着右动力头在右滑台带动下快进（继电器YV1得电），同时右主轴启动（接触器KM1得电），右滑台快进一段距离，碰到工件后，液压系统内压力升高，（右滑台压力继电器SP1发出得电信号后），右滑台通过液压行程调速自动转为工进，同时镗工件的两个大孔和两个小孔，镗完孔到终点，碰到右滑台终点行程开关SQ3时，右滑台后退（继电器YV2得电）。右滑台碰到原位行程开关SQ4时，右主轴停止（KM1断电），同时左滑台带动左动力头快进（继电器YV3带动），与此同时，左主轴启动（左主轴接触器KM2得电）。当左滑台快进一段距离碰到加工工件后，液压系统压力升高（左滑台压力继电器SP2得电），左滑台通过液压行程阀自动调整为工进，加工左边的孔，碰到左滑台终点行程开关SQ5后，左滑台快退（继电器YV4得电）。左滑台退回原位，碰到行程开关SQ6后，左主轴停止（KM2断电），接着进行插销（YV12得电）。插销到位后SQ1继电器得点发出指示信号，工件松开（YV6、YV8、YV10得电，YV5、YV7、YV9失电）。至此整个加工过程完成，机床回到原始状态。卸下工件，又可以进行下一次加工。考虑到PLC的I/O点数分配以及程序的简洁，控制开关SB7&SB8与SB1&SB2分别串联后连接在PLC输入端，电磁阀YV5&YV7、YV6&YV8&YV10分别串联后连接在PLC输出端，另外与在滑台由快进转工进时，SP1与SP2发出的信号则不通过PLC，而是直接连接到液压控制阀自动调整快进为工进。各电磁阀在各过程中的得失电情况如下表所示：电磁阀YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 YV6 YV7 YV8 YV9 YV10 YV11 YV12 SP0 SP1 SP2 夹紧 拔销 右快进 右工进 右快退 左快进 左工进 左快退 插销 松开 四、PLC机型选择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。由于汽车连杆半精镗专用机床的工艺过程较为固定且控制系统比较简单，我们选择功能相对单一，体积相对较小的整体式PLC；另外考虑I/0点数，参考后面PLC的I/O分配表，此系统至少需要9个输入口，11个输出口，在选型时应大于此两数以便于以后的调试与其他扩展。在综合考虑容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面后，我们选择三菱的FX1S-30MR-001型号的PLC，此机型的参数及特点如下：型号FX1S-30MR-001合计点数30点输入点数16点输入形式DC24V输出点数14点输出形式继电器尺寸(mm)（宽）（厚）(高)1007590特点集成性&性价比CPU、电源、输入输出合为一体。通过使用显示模块和功能扩展板，可以非常简便地实现系统升级。机身小巧，高速运算基本指令：0.55-0.7s/指令应用指令：3.7-数100s/指令使用放心，存储量大的存储器规格内置2000步EEPROM存储器没有电池，无需维护丰富的软元件资源辅助继电器：512点，定时器：64点，计数器：32点数据寄存器：256点五、PLC的I/O分配 输 入 输 出地址功能地址功能X00循环启动按钮SB7&SB8Y00夹紧阀 YV5&YV7X01启动按钮SB1&SB2Y01夹紧阀YV9X02压力继电器SP0Y02拔销阀YV11X03拔销限位SQ2Y03右主轴KM1X04右限位SQ3Y04右滑台快进YV1X05右原位SQ4Y05右滑台快退YV2X06左限位SQ5Y06左滑台快进YV3X07左原位SQ6Y07左主轴KM2X10插销限位SQ1Y10左滑台快退YV4Y11插销阀YV12Y12松开阀YV6&YV8&YV10六、接线图七、梯形图八、语句表140 LD X0001 OR M12 ANI Y0123 OUT M14 LD X0015 OR Y0016 AND M17 OUT Y0008 ANI Y0039 ANI Y00710 OUT Y00111 LD M112 AND X00213 ANI X00314 ANI Y01115 OUT Y00216 LD X00317 ANI Y00718 ANI Y01119 MPS20 ANI X00521 OUT Y00322 MPP23 ANI Y00524 OUT Y00425 LD X00426 OR Y00527 AND Y00328 OUT Y00529 LD X00430 OR M231 AND M132 OUT M233 LD M234 AND X00535 ANI Y01136 ANI Y00337 MPS38 ANI Y01039 OUT Y00640 MPP41 ANI X00742 OUT Y00743 LD X00644 OR Y01045 AND Y00746 OUT Y01047 LD X00648 OR M349 AND M150 OUT M351 LD M352 MPS53 ANI Y01254 AND X00755 OUT Y01156 MPP57 AND X01058 OUT Y01259 END总 结机电控制的设计过程行将结束，这半个学期让我们收获了不少。本次设计针对的是半精镗专用机床控制系统。当然其中还学习了机床等一些与自己专业关联的知识。在完成项目期间，我们组的分工很明确，有负责编程的，有负责报告找资料，有负责画电路图的。虽说分工明确,但在完成项目过程中遇到些麻烦的话组员之间还是相互配合相互帮助,尽量让每一个组