千斤顶液压缸加工机床电气控制系统设计

1 内容摘要啊啊内容摘要啊啊 在本设计中采用装在动力滑台上左 右两个动力头同时进行切削 动力头的 快进 工进及快退由液压缸驱动 液压系统采用两位四通电磁阀控制 并用调 整死挡铁的方法实现位置控制 主要介绍了通过 PLC 控制系统 设计了千斤顶 液压缸加工机床电气控制 并设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制梯形图 千斤顶液压缸加工机床控制硬件配置连线图 基于 PLC 的机床电气控制系统的 控制电路图 关键字 关键字 液压缸 PLC 控制系统 梯形图 主电路图 硬件配置连线图 1 目目 录录 第第 1 1 章章 引言引言 1 1 1 PLC 的基本概念 2 1 2 PLC 的基本结构 2 1 3 PLC 的工作原理 2 第第 2 2 章章 设计思路设计思路 4 2 1 设计要求 4 2 2 控制要求 5 2 3 硬件系统设计 5 第第 3 3 章章 电路设计电路设计 8 3 1 主电路图 8 3 2 硬件配置接线图 9 第第 4 4 章章 程序设计程序设计 10 4 1 程序梯形图 10 4 2 程序指令表 18 设计总结设计总结 22 谢辞谢辞 23 附录附录 24 参考文献参考文献 25 1 第第 1 章章 引言引言 本课程设计的内容是千斤顶液压缸加工机床电气控制系统的设计 其要求 如下 1 控制要求 1 左右动力头旋转切削由电动机 M1 集中传动 切削时冷却 泵电动机同时运转 2 只有在液压泵电动机 M3 工作 油压达到一定压力 压 力继电器检测 后 才能进行其他的控制 3 机床即能半自动循环工作 又 能对各个动作单独进行调整 4 要求有必要的电气连锁与保护 还有显示与 安全照明 2 控制过程及原理 千斤顶液压缸两端面的加工 采用装在动力滑台的左 右两动力头同时进行加工切削 机床属于双面单工位组合机床 千斤顶液压缸 两端面加工机床由两个液压滑台 动力箱 固定式夹具 底座 床身和液压站 等部件组成 千斤顶液压缸两端面加工时 将工件放在工作台上并加紧 当工 件加紧后发出加工命令 左 右滑台开始快进 当接近加工位置时 左 右滑 台变为工进进给 直到加工完成后再快退返回 至原来左 右滑台分别停止 并将工件放松取下 工作循环结束 即工作循环如下 工件定位 工件夹紧 滑台入位 加工零件 滑台复位 夹具松开 1 1 1 1 P PL LC C 的的基基本本概概念念 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 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 采用微型计算机技术 的工业控制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 所以将可编程序控制器简称 PLC 1 1 2 2 P PL LC C 的的基基本本结结构构 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 一般交流电压 波动 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 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 2 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 c 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器 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 1 1 3 3 P PL LC C 的的工工作作原原理理 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 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 在这两个阶段中 即使输入状态和数据发生 变化 I O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变 因此 如果输入是 脉冲信号 则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期 才能保证在任何情况 下 该输入均能被读入 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 即 在用户程序 执行过程中 只有输入点在 I O 映象区内的状态和数据不会发生变化 而其他 输出点和软设备在 I O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生 变化 而且排在上面的梯形图 其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些 线圈或数据的梯形图起作用 相反 排在下面的梯形图 其被刷新的逻辑线圈 的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用 在程序 执行的过程中如果使用立即 I O 指令则可以直接存取 I O 点 即使用 I O 指令 的话 输入过程影像寄存器的值不会被更新 程序直接从 I O 模块取值 输出 3 过程影像寄存器会被立即更新 这跟立即输入有些区别 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 4 第第 2 2 章章 设设计计思思路路 2 2 1 1 设设计计要要求求 本机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工 采用装在动力滑台上的左 右 两个动力头同时进行切削 动力头的快进 工进及快退由液压缸驱动 液压系 统采用两位四通电磁阀控制 并用调整死挡铁的方法实现位置控制 机床的工作程序是 1 工件定位 人工将零件装入夹具后 定位液压缸动作 工件定位 2 工件夹紧 零件定位后 延时 15s 夹紧液压缸动作使零件固定在夹具 内 同时定位液压缸退出以保证滑台入位 3 滑台入位 滑台带动动力头一起快速进入加工位置 4 加工零件 左右动力头进行两端面切削加工 动力头到达加工终点位置 即停止工进 延时 30s 后停转 快速退回原位 5 滑台复位 左右动力头退回原位后 滑台复位 6 夹具松开 当滑台复位后夹具松开 取出零件 以上各种动作由电磁阀控制 电磁阀动作要求见表 2 1 表 2 1 电磁阀动作要求 YV1YV2YV3YV4YV5 定位 夹紧 入位 工进 退位 复位放松 注 号表示电磁阀得电 2 2 2 2 控控制制要要求求 控制要求如下 1 左右动力头旋转切削由电动机 M1 集中传动 切削时冷却泵电动机 同 时运转 2 只有在液压泵电动机 M3 工作 油压达到一定压力 压力继电器检 测 后 才能进行其他的控制 5 3 机床即能半自动循环工作 又能对各个动作单独进行调整 4 要求有必要的电气连锁与保护 还有显示与安全照明 5 控制信号说明如 表 2 2 所示 6 相关参数 动力头电动机 M1 Y100L 6 1 5 kW AC380V 4 0A 冷却泵电动机 M2 JCB 22 0 15kW AC380V 0 43A 液压泵电动机 M3 Y801 4 0 55kW AC380V 1 6A 电磁阀 YV1 YV5 100mA AC220V 指示灯 HL1 HL8 10mA DC24V 表 2 2 控制信号说明 输 入 输 出 文字 符号 说 明 文字 符号 说 明 SA1 1机床半自动循环控制转换开关KM1动力头 M1 冷却泵 M2 接触器 SA2 1手动定位控制转换开关KM2液压泵 M3 接触器 SA3 1手动入位控制转换开关YV11 电磁阀 SA3 2手动工进控制转换开关YV22 电磁阀 SA3 3手动退位控制转换开关YV33 电磁阀 SB1动力头 M1 冷却泵 M2 起动按钮YV44 电磁阀 SB2动力头 M1 冷却泵 M2 停止按钮YV55 电磁阀 SB3液压泵 M3 起动按钮HL1动力头 M1 冷却泵 M2 运行指 示 SB4液压泵 M3 停止按钮HL2液压泵 M3 运行指示 KM1动力头 M1 冷却泵 M2 运行信号HL3半自动循环工作指示 KM2液压泵 M3 运行信号HL4定位指示 FR1动力头 M1 冷却泵 M2 过载信号 HL5入位指示 KP压力继电器油压检测信号HL6工进指示 SQ动力头工进终点位置检测信号HL7退位指示 HL8故障指示 2 32 3 硬件系统设计硬件系统设计 2 3 12 3 1 I OI O 点数确定及点数确定及 PLCPLC 机型选择机型选择 6 由上述控制要求可知系统可采用自动工作方式 也可以采用手动工作方式 输入有 18 点 输出有 16 点 并考虑余量要求 因此系统采用 24 输入 16 输 出的 PLC 所以系统属于小型控制系统 其中 PLC 的选型范围较宽 现选用西门 子公司的 S7 200 CPU226 型 PLC 2 3 22 3 2 I OI O 分配表分配表 千斤顶液压缸加工机床电气控制系统 PLC 输入地址分配表如下 表 2 3 输入地址分配表 文字符号说明输入地址 KP 压力继电器油压检测信号 I0 0 SF1 动力头 M1 冷却泵 M2 起动按钮 I0 1 SF2 动力头 M1 冷却泵 M2 停止按钮 I0 2 SF3 液压泵 M3 起动按钮 I0 3 SF4 液压泵 M3 停止按钮 I0 4 SF1 1 机床半自动循环控制转换开关 I0 5 SF2 1 手动定位控制转换开关 I0 6 SF3 1 手动入位控制转换开关 I0 7 SF3 2 手动工进控制转换开关 I1 0 SF3 3 手动退位控制转换开关 I1 1 QA1 动力头 M1 冷却泵 M1 故障信号 I1 2 QA2 液压泵 M3 故障信号 I1 3 BB1 动力头 M1 冷却泵 M2 过载信号 I1 4 BG 动力头工进终点位置检测信号 I1 5 BG1 定位终点位置检测信号 I1 6 BG2 入位终点位置检测信号 I1 7 BG3 液压夹紧检测信号 I2 0 BG4 退位终点检测信号 I2 1 7 千斤顶液压缸加工机床电气控制系统 PLC 输出地址分配表如下 表 2 4 输出地址分配表 文字符号说 明输出地址 PG1 动力头 M1 冷却泵 M2 运行指示 Q0 0 PG2 液压泵 M3 运行指示 Q0 1 PG3 半自动循环工作指示 Q0 2 PG4 定位指示 Q0 3 PG5 入位指示 Q0 4 PG6 工进指示 Q0 5 PG7 退位指示 Q0 6 PG8 故障指示 Q0 7 MB1 1 电磁阀 Q1 0 MB2 2 电磁阀 Q1 1 MB3 3 电磁阀 Q1 2 MB4 4 电磁阀 Q1 3 MB5 5 电磁阀 Q1 4 QA1 动力头 M1 冷却泵 M1 接触器 Q1 5 QA2 液压泵 M3 接触器 Q1 6 8 第第 3 3 章章 电路设计电路设计 3 13 1 主电路图主电路图 其中 M1 带动动力头 M2 带动冷却泵 M3 带动液压泵 KM1 为 M1 M2 的接 触器 KM2 为 M3 的接触器 左右动力头旋转切削由电动机 M1 集中传动 切削 时冷却泵电动机 M2 同时运转 M3 带动液压泵 只有在液压泵电动机 M3 工作 油压达到一定压力 压力继电器检测 后 才能进行其他的控制 主电路图如 下所示 图 3 1 主电路图 9 3 23 2 硬件配置接线图硬件配置接线图 根据信号输入输出的类型及控制的主电路 绘制 I 0 连接图如图 3 2 所示 图 3 2 I O 接线图 10 第第 4 4 章章 程序设计程序设计 4 14 1 程序梯形图程序梯形图 将零件装入夹具中 按下液压泵 M3 的启动按钮 SB3 I0 3 启动电机 M3 接触器 KM2 M0 0 得电自锁 KM2 闭合 然后按下循环控制按钮 SA1 1 I0 5 循环工作指示灯 HL3 Q1 1 和 M3 工作指示灯 Y10 亮 当压力达到一定值之后 KP I0 0 闭合 定位转换开关 SA2 1 I0 6 闭合 从而使电磁阀 YV1 Q0 0 得电闭合 定位指示灯 HL4 Q1 2 亮 工件开始定位 零件定位之后 开始延时 延时 15S 之后电磁阀 YV2 Q0 1 开始得电 加 紧液压缸动作使零件固定在夹具里 同时定位液压缸退出以保证滑台入位 然后按下动力头 M1 冷却泵 M2 的启动按钮 KM1 启动 接触器 KM1 得电 指示灯 HL1 亮 同时入位转换开关 SA3 2 I0 1 闭合 电磁阀 YV4 YV5 得电 滑台带动动力头一起快速进入加工位置 入位指示灯 HL5 Q1 3 亮 入位之后 当工进转换开关 SA3 3 I1 1 得电时 电磁阀 YV4 Q0 3 置位 同时工进指示灯 HL6 Q1 4 亮 左右动力头开始进行两端面切削加工 当动力头 到达加工终点位置即停止工进 此时检测开关 SQ1 I1 6 得电闭合使 YV4 复位 断电 延时 30S 后复位 KM1 断 退位转换开关 SA3 3 闭合 退位电磁阀 YV3 Q0 2 得电动作 同时退位指 示灯 HL7 亮 动力头开始退回原位 左右动力头退回原位后 滑台复位 原位检测信号开关 SQ2 I1 7 动作 复位接触器 Y3 使夹具松开 取出零件 根据 PCL 编程要求以及本设计要求 设计程序如下 11 12 13 14 15 16 17 18 4 24 2 程序指令表程序指令表 根据梯形图 可得语句表如下 Network 1 网络标题 M3 启动 LD I0 3 O M0 0 AN I0 4 AN I1 3 AN I1 4 M0 0 Network 2 LD M0 0 Q0 6 Q1 0 Network 3 动力头动作 LD I0 1 O M0 1 AN I0 2 AN I1 2 AN I1 4 M0 1 Network 4 LD M0 1 LPS AN M5 5 Q0 5 LPP Q0 7 Network 5 半自动手动转换 LD M0 0 A I0 0 LPS A I0 5 M1 0 LPP AN I0 5 M2 0 Q1 1 Network 6 手动定位 LD M1 0 A I0 6 LPS AN M5 0 M3 0 LRD A I1 6 M1 1 LPP Q1 2 Network 7 自动定位 LD M2 0 LPS AN M5 1 M3 1 LRD A I1 6 M2 1 LPP Q1 2 Network 8 LD M1 1 O M2 1 19 AN T37 TON T37 150 Network 9 LD T37 O M1 2 M1 2 Network 10 LD T37 O M2 2 M2 2 Network 11 手动夹紧 LD M1 2 LPS AN M5 7 M3 2 LRD A I2 0 M1 3 LPP M5 0 Network 12 自动夹紧 LD M2 2 LPS AN M6 1 M3 3 LRD A I2 0 M2 3 LPP M5 1 Network 13 手动入位 LD M1 3 A I0 7 LPS AN M5 4 M3 4 LRD AN M5 2 M3 5 LRD A I1 7 M1 4 LPP Q1 3 Network 14 自动入位 LD M2 3 LPS AN M5 4 M3 6 LRD AN M5 3 M3 7 LRD A I1 7 M2 4 LPP Q1 3 Network 15 手动工进 LD M1 4 A I1 0 LPS AN M5 4 M3 4 20 LRD A I1 5 M1 5 LRD M5 2 LPP Q1 4 Network 16 自动工进 LD M2 4 LPS AN M5 4 M3 6 LRD A I1 5 M2 5 LRD M5 3 LPP Q1 4 Network 17 工进停止 LD M1 5 O M2 5 M5 4 Network 18 LD M1 5 O M2 5 AN T38 TON T38 300 Network 19 LD T38 O M1 6 M1 6 Network 20 LD T38 O M2 6 M2 6 Network 21 动力头停转 手动 LD M1 6 M5 5 M1 7 Network 22 手动退位 LD M1 7 A I1 1 LPS AN M3 4 M4 0 LRD A I2 1 M7 0 LPP Q1 5 Network 23 夹紧缸松开 LD M7 0 M5 7 Network 24 动力头停转 自动 LD M2 6 M5 5 M2 7 Network 25 自动退位 LD M2 7 LPS 21 AN M3 4 M4 1 LRD A I2 1 M7 1 LPP Q1 5 Network 26 LD M7 0 M6 1 Network 27 电磁阀动作 LD M3 2 O M3 3 Q0 1 Network 28 LD M3 4 O M3 6 Q0 3 Network 29 LD M3 5 O M3 7 Q0 4 Network 30 LD M4 0 O M4 1 Q0 2 Network 31 故障指示 LD I1 2 O I1 3 O I1 4 Q0 6 22 设计总结设计总结 通过此次课程设计 使我更加扎实的掌握了有关 PLC 应用方面的知识 在 设计过程中尤其是自己动手编制程序时 遇到了很多困难 但经过一次又一次 的思考 一遍又一遍的检查终于找出了原因所在 也暴露出了前期我在这方面 的知识欠缺和经验不足 实践出真知 通过亲自动手制作 使我掌握的知识不 再是纸上谈兵 而是学以致用 同时 这次课程设计让我感受到了我对所学习的内容是多么的不熟练 在 设计过程中总是需要翻书 还总是会出现问题 同时这些问题也提醒了我那些 地方没学好 加深了对这