电气控制与PLC原理及应用课程设计-液压滑台控制系统

物理与电子工程学院课程设计报告课 程 电气控制与PLC原理及应用 题 目 液压滑台控制系统 专 业 学 号 姓 名 指 导 教 师 学 期 课程电气控制与PLC应用专业电气工程及其自动化姓名学号指导教师指导教师职称副教授课程设计题目液压滑动平台控制系统学期 学年度第 学期1、 课程设计的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成果）1、 装置示意图2、 要求 开始滑台位于原位，压下SQ1，按下起动按钮，滑台快进，到达某一位置时压下SQ2，变为工进，到达终点位置压下SQ3，变为快退，退到原位又重新开始下一循环。控制滑台电磁阀分别为快进阀YV1、工进阀YV2、快退阀YV3。2、 应收集资料及主要参考文献1、 应收集的材料 电气控制的基本原理和思想，plc控制原理和思想（主要是西门子），plc编程及其相关调试。2、 参考文献1 李青虹.组合机床动力滑台的PLC控制J.三明高等专科学校学报， 2004,21(4):38412 魏建忠，游龙翔.PLC在液压动力滑台控制系统的应用J.厦门大学学报，2007,(9):63643郑胜利，梁炜.PC在YT4543型液压动力滑台上的应用J.平原大学学报，2003,20(2):67684武涛，张永博.YT4543型组合机床动力滑台液压系统的PLC改造J.保定学院 学报，2008,21(2):47495张利平.现代液压技术应用220例第二版M.北京:化学工业出版社,20096马宪亭.液压与气压传动技术M.北京:化学工业出版社,20097李鄂民.实用液压技术一本通M.北京:化学工业出版社，20093、 工作进度安排2013-2014年第二期学习电气控制与PLC应用2013-2014年第二期平时实验室做实验2013-2014年第二期5月底开始课程设计2013-2014年第二期6月初程序完成并在plc模拟软件调试出结果2013-2014年第二期6月15号任务书完成2013-2014年第二期6月16号将报告交予老师，课程设计完成任务审定：教研室意见：教研室主任（签字）：年 月 日任务完成人：指导教师签字：年 月 日学生签字： 年 月 日 液压动力滑台的PLC控制系统设计摘要：液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的应用。液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序，它的性能直接关系到机床质量的优劣。本设计是在充分分析了液压动力滑台的液压传动系统及工作原理的基础上，通过继电器一接触器控制与PLC控制方案的对比我选择了PLC控制，根据控制要求选择了PLC的型号，在硬件设计中画出了PLC的外部接线图；在软件设计中，设计了液压动力滑台PLC控制系统的软件流程图和梯形图，实现了控制要求。关键词：液压，动力滑台，PLC，控制 DesignofPLCControlSystemforHydraulicPowerSlidingTableAbstract:HydraulicPowerSlidingTableisacombinationoftoolsusedtoachievethefeedmovementofthegeneralcomponents,hydraulicpowerslideinthemodularmachinetoolhasbeenwidelyused.HydraulicPowerSlidingTablebyhydraulicvariablespeeddrivesystemcanbeeasilycarriedher,positiveandnegativetostable,theimpactforceissmall,easytoworkfrequentlychange.Configurationcorrespondingpowerhead,spindleandtoolboxontheworkpiececanbecompletedaftertheprocessingofvariousholes,faceprocessingandotherprocesses,itsperformanceisdirectlyrelatedtothemeritsofqualitymachinetools.Thedesignisafullanalysisofthehydraulicpowertransmissionandhydraulicslidesetsbasedontheprinciple,byacontactorcontrolrelayandPLCcontrolprogramforcomparisonIchosethePLCcontrolandPLCbasedcontrolrequirementsofthemodelchosen,InthehardwaredesigntodrawtheexternalwiringdiagramofPLC;insoftwaredesign,thedesignoftheHydraulicPowerSlidingTablePLCcontrolsoftwareflowchartandladder,toachievethecontrolrequirements.Key words:Hydraulic,PowerSlidingTable，PLC，Control 目录 前言.1第一章 概述 .2 1.1液压动力滑台的应用.2 1.2继电器接触器控制与PLC控制方案的比较.2 1.2.1 继电器接触器控制的优缺点 .2 1.2.2 PLC在液压动力滑台中的应用.2第二章液压动力滑台液压传动系统及工作原理. 3 2.1功能结构.3 2.2液压传动系统及工作原理.3 第3章液压动力滑台PLC控制系统的设计.5 3.1硬件的设计.5 3.2软件的设计.6 3.2.1软件流程图的设计.6 3.2.2梯形图计.7结论.8参考文献.9致谢 .10附录 .11前言 液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的应用。液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序，它的性能直接关系到机床质量的优劣。它利用液压传动系统实现滑台向前或向后的运动，由液压缸的左右运动来拖动滑台在滑座上移动，再由电气控制系统控制液压传动系统，实现滑台的工作循环。传统的液压传动系统是由电气控制线路控制，由于这种控制线路的触点多，接线复杂，可靠性低，灵活性差，功耗高，而且维修困难，其大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率影响了加工质量，因此越来越满足不了现代化生产过程的复杂多变的控制要求。现采用PLC对此系统进行控制，能很方便的实现多种复杂的自动工作循环，使用简单，编程方便，可靠性高，通用性和灵活性强，采用PLC控制液压系统完成基本的动作液压缸的自由进退，从而实现液压动力滑台的进给运动。YT4543型液压动力滑台的工作循环是：快进一工进快退原位停止四种工况。 第1章概述1.1液压动力滑台的应用 液压动力滑台是组合机床用来实现进给运动的通用部件，液压动力滑台在组合机床中已得到广泛的应用。液压动力滑台通过液压传动系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁地换向工作。配置相应的动力头、主轴箱及刀具后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序，它的性能直接关系到机床质量的优劣。 为了满足不同工艺方法的要求，动力滑台除提供足够大的进给力外，还应能实现“快进工进停留快退原位停止”等工作循环。其中，除快进和快退的速度不可改变外，用户可根据工艺要求，对工进速度的大小进行调节。由于液压动力滑台的机械结构简单，配上电气后实现进给运动的自动工作循环容易，又可以很方便地对工进速度进行调节。其中尤以YT4543型液压动力滑台应用最广。 液压传动，具有功率密度高、结构紧凑、运动平稳、有利于系统传动链的简化和实现无级调速等优点，因而在一些中、大型机床中应用广泛。但由于国内液压技术水平及液压传动本身的缺陷，如油液的可压缩性、泄漏等，许多液压机床都存在液压动力滑台精度不高、柔性差和控制水平不高的问题。液压动力滑台，作为广为使用的基础件，如何充分利用其优势，克服或改善其不足，是一个急需解决的问题。自80年代中期以来，国内外开始将微电子技术、计算机控制技术等，用来改进、发展和拓宽液压技术的水平及其应用范围，液压动力滑台的性能得到了一定的改善提高。1.2继电器接触器控制与PLC控制方案的比较1.2.1继电器接触器控制的优缺点 液压动力滑台传统上多用继电器接触器控制，其优点是结构简单、易于掌握、价格便宜等。在工业生产上应用较广。但是这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗点较多、功能少，特别是由于它靠硬接线构成系统，接线复杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线和控制盘(柜)就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。1.2.2PLC在液压动力滑台中的应用 随着制造业的发展和新技术的应用，工业生产对控制设备的可靠性和灵活性的要求越来越高，传统的继电器一接触器控制由于其自身的缺陷将越来越不适应生产的需要。 PLC是可编程控制器的简称，是专为工业应用而设计的电子控制装置，具有抗干扰能力强、可靠性高、功能强、体积小、编程简单、维护方便等优点。因此，在工业生产中用PLC代替继电器一接触器控制将是必然的，现采用PLC对YT4543型液压动力滑台进行控制系统的设计。第二章 液压动力滑台液压传动系统及工作原理2.1功能结构 YT4543型动力滑台是众所周知的一种组合机床通用部件，有液压缸驱动，可实现快进一工进二工进死挡铁停留快退原位停止6个工况的自动控制，现对其原有液压系统进行了改进，液压动力滑台的结构简图如图2-1所示。 图2-1 液压动力滑台的结构简图 2.2液压传动系统及工作原理 液压系统工作循环图如图2-2所示，工作原理图如图2-3所示。系统仍采用单向变量泵供油，执行器采用缸固定活塞式液压缸10。采用综合性能好的标准电磁换向阀7和8代替了原系统电液换向阀实现动力滑台自动工作循环，采用回油路调速阀调速保证工作进给速度稳定。表2-1所列为动力滑台自动工作循环时各换向阀电磁铁和压力继电器动作顺序表，结合表2-1对系统在各工况下的油液流动路线说明如下。 图2-2 液压系统工作循环图 图2-3 液压系统工作原理图1 液压泵；2溢流阀；3单向阀；4，12二位二通电磁换向阀；5，6调速阀；7，8二位五通电磁换向阀；9压力继电器；10液压缸；11单向阀和调速阀 工况电磁铁及压力继电器1YA（KA1)2YA(KA2)3YA(KA3)4YA(KA4)YJ快进+-一工进-+-快退+-+-原位停止- 表2-1 1.快进 按下自动工作循环按钮，电磁铁1YA和2YA通电，使换向阀7和8均切换至右位，泵1的压力油经单向阀3、换向阀8进入缸10的无杆腔，缸10有杆腔回油经换向阀7和8反馈进入液压缸10的无杆腔。由于动力滑台空载，系统压力低，液压缸成差动连接，且变量泵1有最大的输出流量，滑台向左快进。2.工进当快进到规定位置时活动挡块压下行程开关SQ2，使电磁铁1YA断电、换向阀7复至图示左位，3YA通电使换向阀4切换至左位，泵1的压力油经单向阀3、换向阀8进入缸10的无杆腔，缸10有杆腔经阀7的通路堵死，只有经阀8右位、调速阀6、换向阀4排油。流出缸10有杆腔的流量由调速阀6的开度大小决定，由于阀6的作用，系统压力升高，泵1输出的流量减小，动力滑台以第一种工进速度向左运动。3.快退停留时间到后，时间继电器发出快退信号，使电磁铁1YA通电、换向阀7切换至右位，2YA断电、换向阀8复至图示左位，泵1的压力油经换向阀7和8进入缸10有杆腔，缸10无杆腔经换向阀8排回油箱。由于此时为空载，系统压力很低，泵1输出的流量最大，动力滑台向右快速退回。4.原位停止动力滑台向右快速退回到原位时，活动挡块压下行程开关SQ1，使电磁铁1YA、2YA、3YA均断电，换向阀7、8和4复至图示位置，电磁铁4YA通电，动力滑台停止运动，泵1通过换向阀2卸载。5.技术特点(1)采用电磁换向阀取代了结构复杂的电液换向阀，系统油路结构简化，运行可靠，易于检修维护。(2)采用回油路调速阀调速，动力滑台工进工况稳定性好。(3)液压泵原位停止时通过电磁换向阀卸载，能够使泵在下次自动工作循环开始时处于低压。 第3章液压动力滑台PLC控制系统的设计3.1硬件的设计 根据液压动力滑台的工艺特性、控制要求以及实际输入/输出点数情况，并考虑将来系统扩大功能的需要，留有一定的裕量，选定PLC的型号为西门子公司的S7-200，输入/输出点分配情况如下所示。 输入电器 输入点启动按钮SB1 I0.0行程开关SQ1 I0.1行程开关SQ2 I0.2行程开关SQ3 I0.3 输出电器 输出点电磁铁1YA Q0.0电磁铁2YA Q0.1电磁铁3YA Q0.2 设计说明1.SQ1、SQ2和SQ3是3个行程开关。2.SB1是按钮开关，SB1是控制动力滑台向前运行的开始；3.1YA、2YA、3YA和4YA是液压传动回路中的电磁铁。如图3-1所示为系统中PLC的外部接线图。 1YASB1 I0.0 Q0.0 2YASQ2 I0.1 Q0.1 3YASQ3 I0.2 Q0.2 SQ1 I0.3 COM 图3-13.2软件的设计3.2.1软件顺序功能流程图的设计 根据液压动力滑台的动作控制要求及PLC输入9点、输出4点的分配情况，对PLC控制系统的软件设计采用软件流程图进行设计，各步驱动各步相对应的元件动作，来实现YT4543型液压动力滑台：快进一工进快退原位停止四种工况的要求。系统的软件功能流程图见附录一3.2.2 梯形图的设计 根据顺序功能流程图及工作过程编写控制梯形图程序。按下启动按钮SB1，压下行程开关SQ2，电磁阀1YA 得电，滑台差动快进。当滑台快进终了时，滑台上的挡块压下行程开关SQ2，切断换向阀3快速运动的进油路，滑台实现由调速阀8调速的工进，工进完成时压下行程开关SQ3，快退阀3YA得电，1YA,2YA 断电，滑台快速退回。当滑台快速退回到原位置是，压下SQ1，又差动快进。梯形图见附录二 结论 液压动力滑台是自动化程度较高的部件，对可靠性、运动精度要求较高，其控制系统具有一定的复杂性。本设计是在充分分析了液压动力滑台的液压传动系统及工作原理的基础上设计的。明白了液压系统“快进一工进快退原位停止”四种工况各自的液压回路，根据控制要求选择了PLC的型号，在硬件设计中设计出了PLC的外部接线图；在软件设计中，设计了液压动力滑台PLC控制系统的软件流程图和梯形图，实现了控制要求。 液压动力滑台传统上多用继电器一接触器控制，由于这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗点较多、功能少，特别是由于它靠硬接线构成系统，接线复杂，通用性和灵活性较差。采用PLC对原有的继电器接触器控制系统改造后，使得控制系统简单化，故障率大大降低，提高了系统的稳定性和可靠性，此控制系统具有良好的柔性，系统维护和升级也变得容易。其灵活方便的优点显得更加突出，投资少，经济效益高。 由于我所掌握的知识面还不够全面，设计中难免有不足之处，我会随着自己所掌握知识的不断累积来不断的完善自己，一次比一次更进一步。参考文献1 李青虹.组合机床动力滑台的