三面铣组合机床的PLC控制系统设计

1、三面铳组合机床的 PLC控制系统设计系另H： 电子信息与电气工程系 班级：电气052姓名：陈其荣孙廷津座号：14号36号指导老师：日期：摘要一、 设计任务及要求设计任务三面铣组合机床的概述三面铣组合机床的基本组成三面铣组合机床的加工过程三面铣组合机床的液压系统三面铣组合机床的控制要求总体方案的确定二、硬件设计路原理图的设计主电路PLC 外围电路及I/O 接线图三、元器件的选择PLC 的选择接触器的选择热继电器的选择熔断器的选择开关的选择主令电器的选择四、软件设计功能表图梯形图程序调试五、人机界面组态王简介人机界面的设计六、设计小结七、附录1电气原理图3功能表图摘要可编程控制器以体积小功能强大所

2、著称， 它具有可靠性高、 抗干 扰能力强， 编程简单、 使用方便， 功能完善、 通用性强， 设计安装简 单、 维护方便，体积小、 重量轻、 能耗低等优点。 不但可以很容易地 完成顺序逻辑、 运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处 理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和 模拟量的联系， 从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信 息、网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，使它具有很强的联网通 讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。本次课程设计是基于 PLC 的电器控制系统的设计， 是 PLC 在三 面铣组合机床控制系统中的应用。通过PLC 的电器控制和上位机的

3、配合，实现上下位机间的通讯，控制。本次的系统是由四台电机来实现对工件三个面的铣削加工， 同时 并可实现手动操作控制和自动控制， 有单循环自动工作、 单铣头自动 工作和点动三种工作方式。 并用组态王软件设计控制面板， 来实现对 机床工作流程的控制。设计任务及要求、 设计任务三面铣组合机床的概述面铳组合机床是用来对 Z512W理台式钻床主轴箱的为 80、为90孔端面及定位面进行铣削加工的一种自动加工设备。如图1 所示为加工工件示意图图1加工工件示意图三面铳组合机床的基本组成机床主要由底座、床身、铳削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工 件松紧液 压缸等组成。机床底座上安放床身，床身上一头安装由

4、液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。床身的两边各安装一台铳削头，上方有立铳头，液压站在机床附近。 1.3加工过程二面铳组合机床的加工过程如图 2所不。操作者将要加工的零件放在工作台 的夹具中， 在其他准备工作就绪后，发出加工指令。工件夹紧后压力继电器动作，液压动力滑台（工作台）开始快进，到位转工进，同时起动左和右1铳头开始加工，加工到莫一位置，立铳头开始加工，加工又过一定位置右1铳头停止，右2铳头开始加工，加工到终点三台电动机同时停止。待电动机完全停止后，滑台快速退回，工件松开，一个自动工作循环结束。操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新发出加工指令重复上述工作过程。 1.4三面

5、铳组合机床的液压系统三面铳组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的。如表1为液压系统的原埋图。表1液压元件动作表YV1YV2YV3YV4YV5BP1BP2原位-（十）-夹紧+-+快进（十）-+-+工进（十）-+-+-+死挡铁停留（十）-+-+快退（十）-+-+松开-+-.三面铳组合机床的控制要求1）有单循环自动工作、单铳头自动循环工作、点动三种工作方式。）单循环工作方式如图2所示，油泵电机在自动加工一个循环后不停机。）单铳头自动循环工作包括：左铳头单循环工作、右1铳头单循环工作、右2铳头单循环工作、立铳头单循环工作。单铳头自动循环工作是时，要考虑各铳头的加工区间。4）点动工作包

6、括：四台主轴电动机均能点动对刀、滑台快速（快进、快退） 点动调整、松紧液压缸的调整（手动松开夹紧）。5）五台电动机均为单向旋转。6）要求有电源、液压泵工作、工件夹紧、加工、原位信号指示。7）要求快退回来时要对工作台进行润滑。8）要求有照明电路和必要的连锁环节与保护环节。3.总体方案确定三面铳组合机床系统控制的加工部分采用PLC设计，其中自动加工部分采用 顺序控制设计法，手动部分采用经验设计法。油泵指示、电源指示、油压指示、原位指示、照明、快退润滑等在PLC外电路中设计实现。本实习采用菱阳 FX系 列的PLC并规定采用I/O 口为 40点的PLC其中输入端口为24点，输出端口 为16点。上位机采

7、用组态土 6.5软件进行 设计，实现上下位机间的通讯及控制。 二、硬件设计1.电路原理图的设计 1.1主电路图（见附图）主电路只要由刀开关 Q熔断器FU热继电器FR交流接触器KM的主触点 等电器元件及 五台电动机组成。设计思路：为了确保刀具与工件的安全，在主轴电动机、油泵电动机过载时，除了本电动机停止外，进给电动机（左右工速电机，左右快速电机）也要相应的 停止。因此必须 把进给电动机并联在主轴的熔断器FU之下（如附图1所示），使主轴电动机和进给电动机有共同的熔断器FU,保证过载时同时切断。主电路的保护环节：（1 ）熔断器主要起短路保护及过载保护；（2）继电器起自动接通或断开控制电路和保护电力装

8、置的作用；( 3)接触器用于远程控制负荷，切断带负荷电路；1. 2 PLC 外围电路及I/O 接线图(见附图)PLC 外控制电路包含有照明电路、 油泵指示及电源指示信号。 照明灯用个单独的开关来控制，油泵指示灯则由KM5接触器的常开辅助触点控制，当油泵打开时，KM5常开触点闭合，油泵指示灯亮，电源指示灯则由线路的总开关来控制，当开关闭合时，电源指示灯亮。本次设计的PLC输入点数有18个，输出点数有17个 输入点数的确定：(1)手/自动共有的：死档铁停留信号BP1、夹紧信号BP2油压信号BP3 原位行程开关SQ1上下位机切换开关SA1。(2)自动所特有的：开始按钮 SB5左铳及右1铳头行程开关S

9、Q2& 2铳 头行程开关 SQ3立铳头行程开关SQ他有用三个点五种状态来实现 单循环自动工作、左铳动力头自动循环工作、 右 1 铣动力头自动循环工 作、右 2 铣动力头自动循环工作、 立系动力自动循环工作之间的切换。(3)手动加工部分有：快进按钮SB1、快退按钮SB2夹紧按钮SB3松开 按钮SB4左动力头点动按钮 SB6右1动力头点动按钮 SB7(右2动 力头点动按钮 SB8立 铣动力头点动按钮SB9。为了尽量减少所需的 I/O 点数，采用分组输入的方法来减少输入点数。 由于三面铣组合机床系统中有自动和手动两种工作方式， 其中动力头的电动输入点可以和自动状态下的相对应的行程开关输入点复用，即X

10、13、 X15、X 16 三个点可以复用，为了防止出现寄生回路，产生错误输入信号，在共用 的输入端口 串联二极管。输出点数的确定：在输出端包含有交流110V线圈：左动力头接触器线圈KM1右1动力头接 触器线圈KM2 右2动力头接触器线圈KM3立铳头电动机接触器线圈KM4宜流24V线圈：夹紧电磁阀线圈YV松开电磁阀线圈 YV2快进电磁阀线圈 YV3快退电磁阀线圈 YV4工进电磁阀线 圈YV5润滑电磁阀线圈 YV6还有交流220V的指示灯：原位指示 L1、加工指示L2、工件 夹紧指示L3、油压报警指示L4、夹紧报警指示L5、快进报警指示L6、快退报警指示L7。在输出 ( Y 10 Y 13) 中由

11、于是交流线圈输出，为了防止突然断电，由于电感的存在(U=L*di/dt )，会产生高压脉冲，损坏PLC在输出要并联 RC电路，起续流作用。而输出( 丫 2丫 7) 是直流输出，同样要并联续流二极管，保护PLC。元器件的选择1. PLC 的选择I O 点最少，但必须留有I O 点数：在满足控制要求的前提下力争使用的一定的裕量( 10 15 ) 。17个输出点，因此我们选择了基于本设计I/O 口的要求，需18 个输入点，2. 接触器的选择左、右 2 铣削头电动机：JO2-41-4 ， 4.0kw，1440r/min ， 380v，8.4AFX-0N 这种型号的PLC。立、右 1 铣削头电动机：14

12、10r/min ， 380v，3.49AJO2-32-4 ， 3.0kw，1430r/min ， 380v，6.5A液压泵电动机： JO2-22-4 ，1.5kw，根据以上参数选出接触器的型号：KM1、 KM3 的型号 CJ20-10 , KM2 KM6 KM1 的型号 CJ20-8热继电器的选择一般情况下热元件额定电流按电动机额定电流来选择。 对于过载能力较差的 电动机，热元件额定电流应适当降低。 热继电器的额定电流大于等于热元件的额定电流，热继电器的额定电压大于或等于线路和额定电压， 根据三面铣组合机 床的原理图及上述电动机的一些参数其型号可选JR20-10/14R， JR20-10/13

13、R，JR20-10/10R 等。熔断器的选择熔体额定电流与负载大小、 负载性质有关。对于一般照明电路、电热电路等负载： 可按负载电流大小来确定熔体的额定电流。 对于电动机负载: 单台 : INP二(1.52.5) INM ;多台：INP = (1.52.5) INMmax+刀 INM开关选择1 刀开关参数选择：极数，额定电流，额定电压，通断能力等 2 组合开关 参数选择： 位数（ 2 4 ），极数（ 1 4 ），额定电流，额定电压，通断能 力 等。 3 万能转换开关参数选择：位数，接线图编号，额定电流，额定电压，通断能力等。. 主令电器的选择6 1 控制按钮的选用 参数选择：额定电压，额定电流

14、，圆形头或方形头、 安装尺寸，结构形式， 动作方式等。6 2 行程开关的选择 参数选择：操作头的结构，自动复位或非自动复位，长挡铁与短挡铁，触 点的数量。6 3 控制变压器的选择变压器一、 二次电压应与交流电源电压、 控制电路电压与辅助电路电压要 求相符。电器元件清单序号名称符号型号规格数M备注1按钮SB1LA20-11J1SB1用于急停2按钮SB2 SB3 SB4 SB5SB6 SB7 SB8 SB9SB10LA20-1193行程开关SQ1 SQ2 SQ3 SQ4SQ5 SQ6 SQ7 SQ8SQ9 SQ10LX19-111104转换开关SA1 SA3 SA4SA5 SA6HZ10-10/1

15、55转换开关SA7HZ10-10/216转换开关SA2LW5-15D17组合开关QSHK1-6018熔断器FU1RL6-63/5011.5*8.4+8.4+3+3+3+4.9+4.9=39.8熔体额定电流取 50A9熔断器FU2RL6-25/611.5*3=4.5 ? 6A10熔断器FU3 FU5RL6-25/2521.5*8.4+3+4.9=20.5? 25A11熔断器FU4 FU6RL6-25/1221.5*4.9+3=10.5 ? 12A12熔断器FU7 FU8 FU11 FU12RL6-25/2413熔断器FU9 FU10RL6-25/1021.1*1.5+1.1+0.6*10=8.7

16、5?1014接触器KM1 KM3 KM4 KM5KM7 KM8 KM9CJ20-6.37或 CJ20-1015接触器KM2 KM6CJ20-10216热继电器FR1、FR3 FR6JR20-10/9R3整定范围：2.6? 3.2? 3.8/A17热继电器FR4 FR7JR20-10/11R2整定范围：4? 5? 6/A18热继电器FR2 FR5JR20-10/14R2整定范围：7? 8.6? 10/A19信号灯HL1、HL2AD1-30/1112额定电压：XZ36-1.5WE10/1320信号灯HL3 HL4AD1-30/1112额定电压：220V-5W E1421照明灯EL1、EL2JC1-

17、12额定电压：36V额定功率35W22变压器TBK-15001380-220/127/36-6.3四、软件设计1. 功能表图（见附图）发出加工指令（按下按钮），YV1得电工件自动夹紧，压力继电器BP2动作，YV3得电工作台快进到达行程开关 SQ现，YV5得电转为工进，左、右1铳头开 始工作，工作台运动到 SQ觇时立铳 头开始工作，运动到 SQ4寸，右1动力头停 止，右2动力头得电工作，宜到工作台运动到终点时，碰 到死档铁停留，压力继电器BP1动作，所有的动力头都停止，同时，YV4得电快退回原位，YV2得电松 开工件，一个工作循环结束。功能表图思路遵循加工过程为：上电后输入油压信号，先判断滑台是

18、否在原位，不是原位跳到S35待夹紧信号来是退回原位。若在原位，原位指示灯亮，再 判断是手动还是自动，若为手动则，转手 动程序，若为自动，按下开始按钮到&2使工件夹紧，待夹紧信号 X来时，进入下一步S23使工作台快进，同时夹紧信号灯和加工信号灯亮，接下来要进行工作方式的选择，当条件给定为单循环自 动工作方式时，进入 S24、S25、S26,死档铁停留油压继电器BP1动作时退回。当条件给定为左动力头单循环工作方式时，进入S28, 死档铁停留油压继电器BP1 动作时退回。当条件给定为右 1 动力头工作方式时进入S29,碰到行程开关SQ4时退回。当条件给定为右 2动力头单循环工作方式时进入S3。，死档

19、铁停留油压 继电器BP1动作时退回。当条件给定为立铳头单循环工作方式时S31,死档铁停留油压继电器BP1动作时退回。由S27、S32、S34为快速退回部分。手动与自动的切换，只需一个转换开关SA2就可以实现，手动部分无需点开始按钮，宜接对相应的按钮进行操作即可。在手动程序中还包含了，油压报警， 未夹紧报警程序，快进程序报警和快退 程序报警。 2. 梯形图初始化程序为了使程序能正常的运行，必需在开启PLC时使So被激活，否则程序无 法运行，同时也要考虑到，突然断电时，必需时全部的步复位，因此采用入下 图的程序： M8002 0 一 | | 7? ST SO S35原位则输入继电器X4判断是否在原

20、位的程序若在原位则输入继电器 X4动作常开触点闭合，转入自动程序步，若不在不动作使用其常闭触点，使其转入手动程序步，使得输出继电器丫 2得电夹紧，待夹紧信号一来,跳到快退程序步。其梯形图程序如下其中X5为手动与自动转换触点，当输入继电器 X5不得电时可用X5常闭触点做为门动连接触点，当输入继地器 X5得电时，常闭触点打开，断开其自动程序:切换到手动状态的程序X00527 一| |同理，可用输入继电器 X5的常开触点做为，手动程序步的连接触点，当输入继电器X5得电时，常开触点闭合，转入手动程序，梯形图如下：汨 T S33工作方式的切换程序对于工作方式的切换，我们用了PLC输入的三个点X 17、X

21、20、X21来组合5种状态：单循环自动工作、左铳动力头自动循环工作、右 1铳动力头自动循环 工作、右2铳动力头自动循环工作、立系动力自动循环工作之间的切换。各种工作状态的工作区间可以用行程开关和压力继电器BP1来判断，比如，立铳头的工作区间可以用行程开关SQ3和压力2电器BP1来确定，即X 16、Xo其梯形 图如下：X013X017X03042TIKX013X017X0204?HI IIX013X017X02054TIIIX015X017X02060X031X021X031X02166SETSETS26S29TISETSETS30S31快速退回程序会损伤工单每个循环工作结束时，要停留 2s待动

22、力头停稳后再快速退回，这样不最后是将所有的电件表面，同时退回的过程要进行润滑，当退回原位时，要自动松开,14BY003X001K20(TOTO153SET SO2.6 手动程序手动程序中包含，快进点动，快退点动，手动夹紧，手动松开以及各个动力头的点156动操作其梯形图如下：v002157Y003X001 I 卜(Y016Y016STL S33 TOC o 1-5 h z X005X013 VD1.1Y012Y013164HI-J4-Y010X005X014 YOLO Y012Y013 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 170 HI II J4J

23、4-Y011X005X015 YOLO YOH Y0L3 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 176 HI - IIJ4-Y012X005X016Y010Y011Y012 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 住2HI - II J4J4-Y013168197T pH kxonX0052.7报警程序这部分程序主要包括油压报警、夹紧报警、快进报警、快退报警，当油压突然消失时要使油压报警灯闪烁，没有松开时也要使夹紧报警灯闪烁，当快进时间超过一定是时间，要使快进报警灯闪烁，同理快退也时一样，梯形图如下 ：X

24、002Y017 TOC o 1-5 h z Y004X001X005Y016Y020窗T I / J F 卜X001Y004K20231(T3JT3236 |(Y021JpDjY0053.程序调试调试步骤：打开GX Developer,创建新工程。输入梯形图程序，输入好后点击程序变换 /编译按钮将程序写入PLC点击在线,PLC写入； 选择MAIN，点击执 行。若程序有错，PLC上有指示灯提示，修改错误，点击诊断,PLC诊断,修改好错误后重新写入。若PLC输出结果与实际要求结果不同，必须从逻辑上修改程序。梯形程序出错改正的：梯形程序中手动程序必须有电气互琐，例如快进的常开触点要串联快退的常闭触点

25、，否则会产生冲突，程序必须有自琐保持信号的。程序开始时必须对继电器复位ZRSTSo S35,程序的后面要有返回的程序 SET So输入程序时会出现漏行，漏触点，逻辑错误等情况，都容易产生错误，以致调试结果不符合，补齐程序，修改程序后结果才能符合五、人机界面.组态上简介随着工业自动化水平的迅速提高， 计算机在工业领域的广泛应用， 人们对工 业自动化的要求越来越高， 种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应 用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。 通用工业自动化组态 软件的出现很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题解决实际工程出现的 问题，比如开发周期长，重复使用率低，价格非

26、常昂贵等，使用户能根据自己的 控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。组态软件组态就是用应用软件中提供的工具、 方法、完成工程中某一具体任务的过程。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件， 它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境， 使用灵活的组态方式， 为用户提供快速构建工业 自动控制系统监控功能的、 通用层次的软件工具。组态软件能支持各种工控设备和常见的通信协议， 并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。 组态软件是一 个使用户能快速建立自己的人机接口软件HMI 的软件工具，或开发环境。组态软件主要特点（ 1）延续性和可扩充性（ 2）封装性（易学易用）（3

27、）通用性组态软件的系统构成 按照系统环境划分，组态软件由以下两大部分构成的：）系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软 件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。 通过建立一系 列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统, 供系统运行环境运行时使用。 系统开发环境由若干个组态程序组成， 如图形界面组态程序、 实时数据库组态程2）系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、 实 时数据库运行程序和 I/O 驱动程序等。其中 I/O 驱动程序是组态软件中必不可少 的组成部分，用于和 I/O设备通讯，互相交换数据。2人机界面设计人机界面介绍人机界面设计是指通过一定的手段对用户界面有目标和计划的一种创作活动 . 人机界面通常也称为用户界面。人机界面设计主要包括三个方面：设计软件构件之间的接口设计模块和其他非人的信息生产者和消费者的界面(3)设