《基于PLC的立式车床控制系统设计》13000字（论文）

基于PLC的立式车床控制系统设计摘要：随着时代飞速的发展，催生的我国机床加工设备的现代化。立式车床属于机电设备，但传统的车床已经不能满足于人们对高品质的追求，促使愈来愈多的人们花大量的金钱和精力对老式的车床进行改造，这时PLC技术应运而生，为传统车床设备的技术提供了强大的资源基础。利用PLC对立式车床控制系统的改造，使车床的加工和运行的精度得到显著的提升，也减少了机床的故障，提高了编程的效率，得到了良好的结果，利用PLC对立式车床电气系统的改造已成为各种企业的一种追求。应用PLC后，机床的生产效率得到了显着的提升，也大大减少了人的工作量。本论文将以PLC为核心部件，对立式车床的电气系统进行改造，讲述立式车床PLC的改造方案与应用技术，并对PLC产生的背景也发展前景做简单的介绍。本文将简单的实例的介绍PLCfx-on对立式C5116A车床电气系统的各种控制元件进行系统改造和硬件设计的一个全过程,叙述立式PLC车床控制电气系统的软、硬件系统设计,程序中主要采用基本的控制指令程序来自动实现先进的顺序控制,达到了自动控制程序、手动控制程序与人工操作控制面板内部的控制开关自动测量等控制元件的较好综合组成和相互结合,取得了良好的实际应用实现效果。另外,对于音频调试的操作过程和实际调试实验成果也分别进行了详细阐述。最后总结，PLC必将不断的推动我国现代化的建设，也是我国由制造大国向制造强国转变的必经之路。关键词：PLC；立式车床；控制系统目录TOC\o"1-3"\h\u95411绪论 3290011.1研究背景及意义 332661.2发展历史及研究现状 347261.3本文的主要研究内容 4135501.3.1本课题研究的内容 4161191.3.2具体任务 5266222控制系统方案设计的基本理论 613362.1C5116A立式车床简介 6107102.2零件加工工艺及机床动作要求动作 7311492.3电气原理 837182.4立式车床动作流程图 9258052.5

C5116A立式车床电气控制方案 10321812.6控制方案总体设计 1244042控制系统硬件电路设计 13265612.1PLC技术 13281402.2PLC控制优势 1573392.3PLC选型 15192493.3.1功能的选择 17313233.3.2I／0点的估算 1794323.3.3容量的选择 1712493.3.4PLC控制器基本组成结构示意图 18286663.4输入输出分配表 18204823.4.1输入分配表 19171823.4.2输出分配表 1927203.5外部接线图 205884控制系统软件设计 22242234.1软件编程子系统设计与实现 22137764.2PLC编程语言的形式 2323544.3梯形图编辑功能实现 23276114.4设计梯形图 23139274.4.1、主轴运动控制实现 24169314.4.2工作台点动控制实现 251434.4.3刀架控制实现 2520976结束语 2731762参考文献 28绪论研究背景及意义随着经济社会的发展与进步,我国已经发展成为了新型工业机械制造的大国,在这样的背景下给了我国的制造业发展带来了很多新的机遇,同时还促使了我国的机械制造业发展面临着很多新的挑战。纵观目前我国的各类机械制造工程技术行业,大多数机械制造工程技术行业的机械生产和加工设备绝大多数都是传统机床。这些陈旧的机床所存在的明显问题就是:能耗较高、效率较低。用这些陈旧的机床经过加工制作出来的产品普遍会出现的问题就是:质量较差、成本较高、成效慢,必须让整个我国的机械制造行业的产品都取得重大的技术突破,而传统的车床直接影响着整个机械制造企业的健康生存和快速发展,并且不具有先进的加工技术手段,是不太有希望在今后的激烈市场竞争中继续生存下来的,所以对于生产工艺的更高技术要求及对于市场的需求就会催生了推动了我国机床零部件加工技术装备的现代化。

在各种机械工业中的电气控制大多数时都是直接通过采用plc来对其操作进行电动化的控制,颠覆了我们以前对于人为电动控制及其操作原理方式的传统意义上的认识,它的主要特点之一是操作结构简单,价格也相对低廉,不仅如此能够很好地达到满足我们的在日常生活过程中的使用需求,即使是在各种工业生产过程中也是如此,也都能够发现他的存在。

这些年来随着社会经济的快速发展,企业为了更好地跟上这个社会的步伐,为了更好地满足这个社会生产的需求,越来越多的企业已经开始把自动化工艺和生产技术应用于相应的领域。1.2发展历史及研究现状我国进行对立式自动机床的技术研究最早期的是在上世纪70年代,由中国沈阳第一机床厂进行自主开发研制并市场推销之后生产制造出第一台立式自动车床。历时30多年的研发应用,产生了以通用经济型立式自动数控车床,质量稳定可靠,基本上都已经能够完全达到国际用户普遍认可,但是在高技术层次上则主要上还是完全依赖于外国进口或者是合资厂家制造。据2016年财政部国际相关贸易数据中心统计分析报告数据显示,2014年同期我国对大型机床和电动工具等各类进口商品的对外进口162亿美元,同比上年同期增长8.8%,且2014年同期我国对外进口大型机床在当年全球工具市场的进口份额为35.3%,而2013年则大约为31.7%。虽然我国是世界上机床总产量最高的国家,但它们在国际竞争和全球市场中也没有得到优势。

尽管近些年国内也已经成功开发和自主研制生产出一些中高档立式自动数控车床,如立式车床铣削中心,车铣加工中心等各种复合型自动数控车床,也已经初步形成了一些较具规模化的车床产业,但国内中高档立式自动数控车床在其生产发展的整个历程中所做的迫切需要能够做到的不仅仅只是一种机床技术革新,更多意义地说它还是必须严格要求它们能够获得国内外广大机床用户的高度青睐和广泛认可。总体而言,与国外产业相比,国内高端数控车床的产业发展总体情况仍然依旧存在不小的发展落脚点和发展差距,主要原因体现在中低端车床产品的生产能力严重出现过剩,高档高端产品的生产能力严重不足;高端产品的工作可靠性和对于工作精度的精确控制能力还仍然有待不断改善,功能车床零件产业发展缓慢等一些问题。1.3本文的主要研究内容1.3.1本课题研究的内容本次学生毕业设计的主要任务目标也就是在毕业工程中能够综合掌握应用以往自己日常学习业余时间所需要掌握的相关专业知识,应用新的plc软件完成了对plc650立式电动车床的内部电气控制驱动系统的技术升级设计改造,主要以下是通过伺服电机驱动实现对车床主轴的自动控制,刀架内部电机自动机的挑选和对刀位的自动控制以及对车床冷却系统电机的快速启动和电机停止时的控制等多种驱动方式来作为主要基础应用来设计实现对整个立式车床的内部伺服电机驱动器的控制。首先,对所有经过升级改造的ccc5116a设计元器件分别进行了一次基于电气控制的自动设计,确保了该设计元器件在低温高压工作条件下完全能够正常进行供电,从而基本实现了电气控制系统功能的正常运行工作;之后我们对各种可编程式的逻辑器和控制器分别进行了软件选型,i/o口的重新分配,并以梯形图的表示形式重新编制了整个控制操作程序;然后,建立了一个人机相应的自动人机交互操作界面,并对一个触摸屏触控显示器的软硬件功能结构分别进行了简单的软件选型与设计说明,并对一个触摸屏自动操纵控制面板上的每个画面位置进行了自动设计;最后,采用的是计算机自动仿真的一种技术形式,对各个环节都分别进行了人机仿真和进行测试,确保了每个操作环节的正确性在执行和对出现错误的每个地方进行做出了相应调整,直到系统操作者完全能够根据其实际需求从而实现对电动汽车和民用机械的正确控制。

1.3.2具体任务

1.审定(编制)设备改造的方案,对项目进行改造后测试结果进行评估,分析C5116A的功能和各个主要功能之间的逻辑关系,并最终确定了一个整体系统的可靠性和控制措施。2.研究与收集了相关技术数据资料,实现了电气控制模块的控制,画出了一个整体的电气控制示意图。

3.PLC软硬件的自动设计,对各个控制程序模块的硬件结构设计进行了自动选型和优化设计,并通过多种自动化的软件编程设计方式自动进行了控制程序的结构设计。总结:本章首先阐述了我国制造业发展的前景,综合这些知识大胆地分析出了自己的一些独特的见解,最后又阐述了这个研究课题的具体控制系统的设计内容及其所需要的设计技术,并且随后推出了具体的方案。

2控制系统方案设计的基本理论2.1C5116A立式车床简介本章对于控制系统涉及到的普通车床C5116A进行了简单的结构和功能介绍,并结合C5116A电气控制原理图对其控制方式进行了详细的说明。之后,则对控制系统整体设计进行了规划,并明确了各个设计环节的具体任务。C5116A立式自动车床加工是一种主要属于中小型采用不锈钢的各种不同轴类、盘式各种等级的车床加工,主要是适用于各种所需的车床操作制动功能。它包括刀架主轴自动定位变速、主轴固定制动、刀架旋转位置自动选择、刀速自动定位调整、进刀运动时间和旋转方向自动定位调整、横梁自动移位固定运动、横梁移位放松、纵桥自动加紧等。图2-1C5116A立式车床结构示意图1-回转工作台床身2-立柱导轨3-横梁4-联系梁5-垂直刀架6-侧刀架7-控制按钮站8-基础9-调整垫铁10-地脚螺栓11-框式水平仪12-百分表13-平平尺14-检测用等高垫铁15-内径千分尺16-左立柱中心基准17-右立柱中心基准18-回转工作台中心基准2.1.1C5116A立式车床的运动形式和运动参数为了使机械手臂能够精确地切削到理想的工件表面,车床在机械上的运动主要被划分为两种,即工件的主运动，主要是以工件的旋转运动为主；第二个则是刀具的移动,为主轴上的运动。主运动机构是实现切削目标的基础性运动,速度快并且需要消耗的功率多。相对而言,进给运动的方向并没有保持固定,可以说它既是平行的工件轴线,也可以说它是垂直的工件轴线,甚至它们都可以在某个方向上与中心线之间呈一定的角度或曲线来运动,它们的运动速度相对较低,消耗的驱动力也比较少。该机械车床的技术参数列表如下:表2-1立式车床C5116A的基本参数项目单位规格最大车削直径mm1600最大工件高度mm1200最大工件重量t8刀架最大切削力KN20工作台最大扭矩knm20工作台转速级数两档无极工作台转速范围r/min5~200刀架形式

T形滑枕五工位手动刀台换刀方式

手动换刀进给量范围mm/min1~5002.2零件加工工艺及机床动作要求动作这种加工立车的主要用途是专门用于针对通用汽车和电动拖拉机上的半轴轴套和齿轮传动材料盒内的立车箱体中一些毛坯零件做出的粗切、精剪、镗孔、倒角等的加工操作车床的各种高速移动和工作方式的主要应用包括:一个带动车床的一个高速主轴移动可以同时地带动多个工件对其进行开关、运转、制动,左刀架高速移动快进、工作持续时间快速慢进、快出速退,右和左刀架高速移动横向向左移动高速快进、工作持续时间快速慢进、纵向向右移动快出速退,右和左刀架各种高速位移方式纵向、作业持续时间的快速慢进和迅猛退。该三种类型的专用车床内部传动装备主要有一台油泵驱动电机,刀架的每次进给由一台大型液压驱动电机进行驱动,在一台电磁阀和一台自动控制专用电器的共同进行联合动作驱动和相互控制下,三种类型刀架都可以能根据不同的车床零件所相应和对应的车床生产工艺技术要求,合理地进行设计和控制选用车床所需的一个多次循环进给动作,并能单独、顺序地对每个刀架依次进行进给切削,每个大型刀架的进给动作由一台自动操纵控制面板和一个自动行程开关系统来进行控制,而且每个刀架的每次进给切削速度则主要是通过一台大型液压电机传感器系统来进行控制。调速螺旋阀系统可以按照不同工艺设计要求随时进行无级转速调整。4.调整的操作方式:为了能够便于车床用户自己手动调整三刀架对某些车床各个机械零部件的传动位置,应该分别设计一个单独手动控制的供电环节,使各个自动执行器和各个机械传动元件单独同时得到自动供电,以便于实现对某些大型机械元件车床各个零部件的单独手动控制,这里主要重点说明的就是对三刀架上的位置可以进行手动调整。

5.循环的操作过程:首先需要启动液压油泵和发电机→手动调节各工件刀架的工作位置→左一刀→右一刀→左二刀→右二刀→手动上刀一手动返回工件到最初的工作位置2.3电气原理C5116A型立式传动车床主机采用了由三菱公司FX-onPLC所组成的交流控制传动系统,在其两个主控制电路中一共分别设置了一到两台大型液压泵交流电动机,m1是一台大型液压泵直流电动机,由一个交流机电接触控制器KMI进行交流控制,向每台液压泵和传动系统设备提供额定压力和燃油。m2为一台主轴式调速电动机,由一台交流电非接触控制器km2控制,带动电机主轴直接通电带动各个重要工件同时启动、运行。由采用交流电非接触控制器km3进行自动控制,实现了紧急停车自动刹止。图2-2电气原理图2.4立式车床动作流程图对立式车床的操作工艺需求进行了分析,写出立式车床的操作流程框图如下,以方便根据立车机的功能需要,进行其PLC控制系统的设计。

2.5

C5116A立式车床电气控制方案C5116A立式电动车床系统是由于采用各种继电接触器控制电路直接工作实现的一种电气控制,控制处理系统主要采用各种硬线控制逻辑,利用各种电气控制元件触点之间的串联来并联或者连接通过硬线控制它们间的断开或者闭合方式来直接可以实现各种电气控制逻辑上的控制,接线复杂,体积和工作功耗都很大,且一旦控制系统基本建成后,想要在其中及时加入一些新功能或者说只是对其自身原有的系统功能结构做出适当的优化调整,那么就可能会使其变得比较困难,因此,C5116A卧式电动车床系统在实际使用时其灵活度与安全可靠的延伸性相对较低。图2-3C5116A立式电气控制原理图M1作为主电动机,它分别驱动着两个主轴进行高速旋转,及正反向驱动。运行过程是通过控制KM1,KM2两个接触器并联来驱动完成的,FR1为连接整流电路中的过载保护装置,R为高压限流过载保护电阻,KM3用于短路连过程中的高压限流过载保护电阻。冷却泵采用电动机控制M2通过接触器来控制km4实现开关和泵的启动过载保护综合控制,FR2为控制M2的开关过载启动保护的热继电器。快速冷却电机M3,KM5接触器电机可以控制快速冷却电机M3的快速启动和暂停,由于电机M3的快速控制移动模式也只有一种正反向快速旋转,其工作功能性与快速冷却的快泵移动电机的相近似,因此在本文的研究课题里将通过更换刀架上的一种刀位的自动切换模式来对其进行替代。2.6控制方案总体设计在使用C5116A立式车机床控制系统中,我们需要对机床主轴、刀架、横梁等各个部件都要进行自动电气化控制,C5116A立式车床的自动电气控制器的电机一共有7台,都采用了PLC的可编程自动控制系统控制的,因此比较容易地实现电机的正反向旋转、自动控制、从而决定刀具方向,以很好地达到了立式车床自动加工的目的。图2-3控制系统总体流程设计图3控制系统硬件电路设计3.1PLC技术PLC综合了数字化和通讯技术并且适合在工业现场自动化地工作的一种无线电控制器。plc技术虽然起源于继电控制设备,但它又并非像继电控制装置那样,通过对电路上的物理相互联系及相关的连接方式来直接实现对逻辑的控制,PLC程序则直接实现对程序的控制。这些诸多的优点并不是可编程逻辑控制器能够广泛应用的根本原因,这与它具有这些优点的同时自身还拥有强大功能有关。可编程的逻辑控制器主要具有逻辑运算、定时、记数、步进等功能,还可实现模/数,数/模转换,数字运算处理以及通信联网,过程控制柜等。它还具有对故障进行诊断,自自检测的功能,能够及时地发现故障和进行报警,使得操作者能够做到及时地检查和解决问题。除这些基本功能外,它还包含了很多扩展单元,对于各种情况下的输入和输出,开关模拟量控制以及简单复杂系统中都能够充分适用,而且,可编程的逻辑控制器本身具有体积小,质量轻,功耗低,是目前实现机电结合一体化比较理想的控制装置。市场前景好,我国也有不少的厂家进行研制和生产过可编程逻辑控制器,但目前来说并没有拥有较大的影响力和占据市场较大份额的产品品牌出现,可以说我国可编程逻辑控制器市场几乎都是国外品牌公司。3.3.1基础知识PLC的基本概念以及定义方法很多。国际它主要是通过各种大量数字的、模拟的存储方式直接进行命令输入和数据输出,控制各种类型的工程机械或者各种工艺设备生产中的过程"1。可编辑的程序控制器及其其它相关的控制设备,都应该是站在应按容易于与其他工业过程控制器的系统设计相结合、易于不断完善和可以扩展其基本功能的设计原理上来进行控制设计。PLC系统硬件控制系统主要由一个CPU板、i/0板、显示控制面板、内存块、电源等几个主要模块进行组成,这些几个模块都需要可以根据一定的操作规则程序来进行组合连接起来从而构成系统PLC控制装置。中央处理器控制模块中的CPU是它是整个PLC的技术基础和控制核心,起到了神经中枢的主导功能,它不断地从每个CPU中不断采集新的输入输出信号,执行一个新的用户程序,刷新整个系统的进入输出使其信号为。每套组件plc至少需要配备一个中央处理器控制模块,用微机扫描的数据形式对其程序进行数据采集,以现场数字输入判断设备输出装置实时发出的工作状态或编程数据,并将其数据存入存储到系统规定的数据寄存器中,同时,诊断一个集成电源盒的PPLC内部各个集成电路的正常功能工作运行状况及在进行编程时可能发生的各种语法错误。cpu一般由一个运算器、控制器、寄存器和能够实现它们之间相互进行联系的各种状态数据、控制和处理状态数据总线等几个部分所组合构成,这些数据集成器一般都必须是直接集成在一片新的芯片上。cpu控制单元也由外围控制芯片、总线输出接口和其他相关集成电路等多个部分共同组成。内存主要目的是为了用来存放和存储处理程序和系统数据,它们通常是在lplc中不可或缺的一个重要部件组成的一部分。输入输出接口模块(i/o接口模块)它主要是介于PLC与工业电气控制回路之间的一个控制接口,它主要是通过plc与整个工业电气控制现场各种类型控制信号的一个直接互联和自动连接。输入电压模块把一个电信号电压转化后成为一个数字信号后直接送到一个PLC输入系统,输出模块就把这些数字信号把电转化后成为数字电子电路信号后直接送到输出设备。lc的基本概念以及定义方法很多。可编辑的程序控制器及其其它相关的控制设备,都应该是站在应按容易于与其他工业过程控制器的系统设计相结合、易于不断完善和可以扩展其基本功能的设计原理上来进行控制设计。plc系统硬件控制系统主要由一个cpu板、i/0板、显示控制面板、内存块、电源等几个主要模块进行组成,这些几个模块都需要可以根据一定的操作规则程序来进行组合连接起来从而构成系统PLC控制装置[Iol。中央处理器控制模块中的cpu是它是整个plc的技术基础和控制核心,起到了神经中枢的主导功能,它不断地从每个cpu中不断采集新的输入输出信号,执行一个新的用户程序,刷新整个系统的进入输出使其信号为''''。每套组件plc至少需要配备一个中央处理器控制模块,用微机扫描的数据形式对其程序进行数据采集,以现场数字输入判断设备输出装置实时发出的工作状态或编程数据,并将其数据存入存储到系统规定的数据寄存器中,同时,诊断一个集成电源盒的PPLC内部各个集成电路的正常功能工作运行状况及在进行编程时可能发生的各种语法错误。cpu一般由一个运算器、控制器、寄存器和能够实现它们之间相互进行联系的各种状态数据、控制和处理状态数据总线等几个部分所组合构成,这些数据集成器一般都必须是直接集成在一片新的芯片上。CPU控制单元也由外围控制芯片、总线输出接口和其他相关集成电路等多个部分共同组成。内存主要目的是为了用来存放和存储处理程序和系统数据,它们通常是在PLC中不可或缺的一个重要部件组成的一部分。输入输出接口模块(i/o接口模块)它主要是介于PLC与工业电气控制回路之间的一个控制接口,它主要是通过PLC与整个工业电气控制现场各种类型控制信号的一个直接互联和自动连接。输入电压模块把一个电信号电压转化后成为一个数字信号后直接送到一个PLC输入系统,输出模块就把这些数字信号把电转化后成为数字电子电路信号后直接送到输出设备。3.2PLC控制优势传统的继电器-接触系统主要包括一些带有触点的电器(比如按钮、继电器、接触器及快关等)。它具有价格低廉、线路简单等优异特点,得到了很多公司老板的喜爱。继电器-接触电气控制这么多年以来分布在加工和生产的每一个角落中。而且不同款的PLC所适用的使用场合也不一样但是传统的继电器-接触系统也有着其难以避免的缺点,就是复杂的工作环境中的时候,就需要应用非常多的中间继电器、时间继电器等,如此一来,就导致出现控制线路繁杂、器件数量太多,体积臃肿等问题,这样就使得在进行检修过程中需要聘请使用更多的技术人员,消耗了大量的人力资源。可编程序控制器,主要是以电子计算机信息技术为主要理论基础,综合了电子计算机信息技术、半导体技术等技术而逐步发展壮大起来的一种安全通用的工业化自动化控制设备。它们均具备了工作可靠性高,灵活度大,使用简单,安装便捷等技术优势,这些技术优势让PLC逐渐发展成为先进、应用势头最猛的现代工业自动化控制器。PLC的相关技术和产业飞速发展,PLC的一些相关技术和产品发展得非常迅速,产品数量和种类也变得越来越丰富。不同的器件类型的PLC,其基本结构形状、编程方式、指令系统、性能、价格、容量等也与众不一。而且不同款的PLC所适用的使用场合也不一样。采用PLC技术对线路进行设计和控制系统,可以有效地避免了传统的继电器-接触仪电气控制系统的线路设计和复杂性、器件使用数量多等一系列缺点。当今社会的进步和发展使得PLC逐渐地转型为一种完全自动化的生产和控制系统中所需要的一种必备装置,它的应用重要性也得到了越来越大。虽然PLC的继电-接触器控制系统本身具有线路简单,价格低廉等优势,但是PLC的一些技术优点却刚好完全弥补了它们所控制的线路繁杂、稳定性弱等缺点。有的PLC里面还拥有自动诊断等各种防护措施,可以迅速查找到系统无法正常进行工作的因。从而使其反应的时间大大缩短、追溯反应能力大大增强,使系统更加可靠。3.3继电器简介继电器通常是一种由驱动电机所控制的电子元件,它通常是广泛指由于当一个输入量(其中包括电源激励)的频率变化已经完全达到所需要规定的频率要求时,在所有电气信号输出的控制电路中,它可以直接使得被动的控量信号随所有必需的输入频率变化发生一个可以预定义的阶跃或一个相位的频率变化。它既然是具有输入控制驱动系统(也许又叫进出输入控制回路)与被输入控制驱动系统(也许又叫进入输出控制回路)之间的相互控制驱动。通常主要是被应用在一种自动化电流控制电路中,它实际上就是一种利用小的输出电流信号来自动控制最后一个大的输出电流而不能进行正常运作的一种"自动开关"。故在各个控制电路上分别扮演了自动动态调整、安全自动防护、交替自动转换控制电路的重要角色。本文将选择电磁阀继电器来控制电路。在这种继电器自动控制管理系统中,要真正想很好地实现完成一个新的控制目标,就先必需由控制导线将各类自动输入控制设备(驱动按钮、控制驱动开关、限位控制开关、传感器等)与若干中间自动继电器、时间自动继电器、计数器和继电器等各个部分联合组成的一个系列具有一定控制逻辑的自动控制电路互相进行连接,然后通过各类输出设备(例例如自动接触网、电磁阀等)的自动执行控制元件驱动去通过检测和执行控制每一个输入被控控制对象的异常动作或者正常工作运行,这种新的接线程序控制管理系统逻辑可以把它叫做一种接线程序控制管理系统,所以在需要接线实现的系统逻辑原理可以把它叫做一种接线程序控制系统逻辑,即控制输入对于控制输出的任何控制或者操纵及其作用都必须是可以通过"接线程序"来通过控制和执行实现的。在这类型的控制电路系统中,控制所受到要求的任何控制变更或者任何修改都必须经过一次调整它是控制电路的一条软硬件连接线。因此,虽然它的基本结构简单易懂,在当前现代我国工业生产自动化过程控制系统技术应用领域中被长期广泛地深入研究和广泛应用,但该类控制设备的结构体积较大、移动性和速度慢、功能单一、接线复杂、通用性和具体操作者的灵活性相对较低,已经愈来越不能充分适应当前现代我国工业生产中对于机械生产流程及机械制造设备工艺比较复杂多变的工业自动化过程控制系统技术应用要求。图2-1继电器的原理图3.4PLC选型3.4.1功能的选择由于本车床仅采用开关量进行控制,无模拟测量控制,因此我们只需要在功能上考虑选择一种采用带模拟器进行控制的PLC。但此PLC必须具备一定的功能指令和操作指令，此外还应环境达到要求,温度，湿度，防震，抗压，抗干扰都要求在一定的范围内。技术上也有一定的要求，输入电压在24V左右，输入的电流也不能过高，还应保证光电耦合器隔离，无电压触点，或NPN集电极开路晶体管。为此我们选择三菱系列的PLC。目前

plc

系统已经具备条件控制。是指用于plc的非指令控制取代继电器触点的并联、串联以及其他各种控制逻辑相互连接，进行开关的控制。而且plc既能在单台设备的控制下进行公司的批量生产，也能在多台机器设备的控制情况下进行。可用来测量温度、压力、等模拟量。

3.4.2I/0点的估算I/0分为输出和输入两个部分，输入部分主要是光电耦合器装置，输出接口为PLC的继电器的部分。其中都是由发光二极管和发光三极管来控制的。该车床有输入点32点，输出点21点，即I／O总点数为53点。考虑到系统功能的扩展性，增加15％的冗余量。同时，由于负载为交流负载，因此选用继电器输出的PLC即可。3.4.3容量的选择用户程序容量=K×I／O点数，其中K=6,--12，取K=IO，则对立式车床C5116A型立车而言I／o=53，用户程序容量=530字左右即可。3.4.4PLCD的选择要选用的PLC必须具有性能稳定，速度快，兼容性高，并在功能和逻辑方面具备一定的优势等各方面的特点。该可编程控制器是一种专门设计适合在工业应用场景中能够进行数据运算的机械设备。现有的plc系列产品种类繁多，功能和指令系统也不尽相同，但都是采用微处理器来作为核心的工业控制计算机，因此其结构和实际运行工作的原理也大体相同，硬件系统结构与工业微机相似。PLC系统需要具备的功能有条件控制，定时/自动计数控制。综上所述，我选择的是三菱的FX-ON的PLC控制系统。3.4.5PLC控制器基本组成结构示意图图3-1FX系列可编程逻辑控制器结构示意图3.5输入输出分配表PLC的输入和输出信号类型主要分为三种，分别为：开关量、模拟量和数字量。输入/输出接口控制单元：一端与输入和输出的映像接口寄存器进行相连，另一端与被控制设备相连。由所有开关组成传统继电一控制器控制系统的输入部分。输出部分包括电磁阀线圈，电源、照明等指示灯和控制电动机的接触器线圈。扩展接口和通信接口；扩展接口的作用是当PLC原来自身不够使用时通过它与另外增加的部分连接起来，使PLC的功能能够满足工作的需要，通信接口的作用是将内外信息进行相互交换。3.4.1输入分配表图3-1输入分配表3.5.2输出分配表图3-2输出分配表3.6外部接线图控制系统的各种输入/输出和plc模型都是按照立式车床的基本要求而进行选择的,而现在的立式车床的外部电路则是按照输入/输出的地址信号分配表格式来进行计,经过详细的计算和设计得到的外部接线图如下图所示：图3-3外部接线图4控制系统软件设计4.1软件编程子系统设计与实现PLC编程语言具有自己的特殊性,它不同于一般电脑的编程语言。PLC编程语言容易编写,也容易调试。现在市场上,没有一套可以兼容不同厂家的软件和编程语言。各个生产商的每一个产品都可以拥有自己的工业编程语言,但是不论什么样子厂家的PLC,也不论什么样子类型的PLC,他们的编程语言有一些相同的特点。运行操作控制电路由一个编程指令执行语句表示并进行信号处理,编程运行控制电路信号经过端口输出,传递数据到编程控制电路后立即完成了对各种类型机械传动装置正常工作运行的控制操作,软件实现系统的正常运行操作控制电路逻辑系统框架图形及结构设计如下文所示。图5-1软件系统运行逻辑框架图4.2PLC编程语言的形式分析了新型立车输送的基本生产工艺和应用技术性能要求,分析了立车输入、送出两种特征。然后根据编制立车的各种基本动作绘制流程图,采用基本的操作指令再来进行立车编制plc梯形图,根据立车编程后的步骤图再采用各种模块化的操作方式再来进行立车编程,一步一步,一个多功能软件模块化的逐级次的编制。PLC编程语言形式主要的输出方式有两种；1种是PLC的控制程序，PLC程序是PLC一系列指令语言的有序集合，控制PLC到达一系列的动作流程，PLC程序的助记符一般采用英文缩写和阿拉伯数字的组合。2种是PLC的梯形图，一种非常类似于传统的继电器电气控制驱动回路中的电气工作原理图,电气工程操作技术人员很容易对其理解。梯形图形法是一种使用梯形连线将一个存在指令系统中的梯形图形和符号进行串联在一起来,组合而成到一个指令功能图。它主要是一种用来分析描述指令PLC对其同时运行各个指令的逻辑关系,实现的各种基本功能。4.3梯形图编辑功能实现在PLC编程中梯形图图像编程技术是一种最常见的视图编程技术,用户通过使用图元进行梯形图的绘制,为了提高用户对本软件的适用程度,本软件在设计中参考了三菱、西门子等企业提供的PLC编程工具的设计界面,并根据用户的使用需求进行了编辑界面的设计。梯形图编程设计流程如图5-2所示。4.4设计梯形图4.4.1、主轴运动控制实现1.主轴上的启动过程为:按下SB4的启动键,产生一个输入,PLC输入系统中x3通过外部连接线路可辅助接触器M1，使M1自动闭锁并且带电。与此同时,延时接触器上的T1也因为开始自动带电而并且开始自动进行正常延时计时。此时延时接触器T1在不断自动计,在连续延时一个计时的操作时间已经基本到达后,T2断开，Y3失电,继电器上的KM4断电触点自动重新张开,此时常开触点还是处于闭合的状态,线圈上的Y2接通后也带电,继电器上的线圈KM5也因为它的接通带电而自动被线圈吸合,此时正好使它是在一个纵向三角形接线的闭合状态。主轴启动梯形图主轴制动控制过程如下：连续的按SB3按钮，使继电器X2触点闭合，此时线圈T2开始带电，当开启延时计时，延时1～2S后，T2触点闭合，线圈Y4也得到电，导致接触器KM5得电自动闭合，以致于将把工作台上的电动机绕组送入直流电流电路中去，此时主轴开始制动；主轴制动梯形图4.4.2工作台点动控制实现1.工作台动点控制，手动按下SB5按钮，接线圈X4接通Y1.Y3，此时Y1.Y3均已带电，得到电后的继电器KM2.KM4自动吸合，达到在电动机运动目的。此时松开SB5按钮，工作台上的电动机立刻停止运动。此时达到实现了工作台的点动控制。工作台点动梯形图2.工作台变速控制实现，即对工作台的速度进行有效的控制，工作台变速控制的过程是，接通电源，使X5和线圈T4带电，此时T4开始自动延时1.5S，当满足延时计数器C1的复位条件时,常闭触点M7迅速复位恢复到常闭状态中去。从而对工作台进行变速控制进行实现。工作台变速梯形图4.4.3刀架控制实现1.垂直刀架向左快速移动控制实现，将SA2开关扳开，使X30开始运动，外部接线接通使接触器M2得电，M2带电后常开触点闭合，Y11、Y27被接通，使KM10继电器得电自动吸合。此时按下SB7按钮，使X6得电运动，YS线圈被接通带电，使KM6继电器带电自动吸合。垂直刀架快速被电动机拖动，实现了立刀架向左快速移动，当松开按钮时，产生的信息输入给PLC系统，PLC控制电动机停止拖动工作，刀架停止运动，至此实现了对刀架的控制。刀架快速左移控制梯形图2.刀架控制运动的停止，首先使触点Y6带电后开始接通线圈Y23，使其也带电，从而控制电磁离合器自动闭合，实现了垂直刀架的向右作进给运动，按下SB8后，进给运动开始停止。刀架控制梯形图结束语本学期课题的基础研究和系统设计工作已经圆满结束,在本次课题研究中我们分别采用了来自三菱产的fx- on系列的PLC和PLC控制系统,经过几个月多的努力,完成了对C5116A立式车床的整套控制电路系统研究设计,C5116A立式车床设备作为一种对机床自动化制造水平和生产技术质量要求很高的大型机械,一般被广泛地用于应用在各种冶金加工行业,该系列控制电路系统的一个主集成电路主要组成包括了由C5116A立式机械车床的7台电机驱动控制电机和一个零部件电路组成,控制电路主要组成包括电机plc、继电器、接触器等部分。

经过这次全国大学生高校毕业设计工作理论和实际的实践历练,我在工作中收获良多,在设计一个东西的时候需要考虑到这能不能使用到企业中并能不能给企业带来效益,能不能推动社会的发展,在进行方案设计前要清晰的明白需要哪些准备工作,对方案设计有一个总体规划,知道从哪些方面入手,整个方案设计需要哪些步骤,同时也要熟练地运用了本专业的一些设计软件,在设计过程中不断学习巩固知识。

立式车床进行电气化改造后,功能优于改造前的老机床,这主要是PLC的应用简化了原有机床电气控制系统的控制线路,使接线简洁,改造后的PLC控制装置可靠性提升。而且PLC控制系统在功能的扩展方面具备很好的条件,灵活性提高,可以根据用户的要求随时增加或减少某些功能。也可以将最新的控制理论应用到控制系统中去。立式机床在经过了改造之后进行的进给式传动性能好、调速区间范围广、响应速度快、机床的硬度得到了提高、加工的精度也得到了提高,电机效率提高,达到了节能目的。PLC作为一种安全、容易受到破坏的自动控制设备,经过改造的电气控制系统在工作时其可靠性和稳定程度均能够得到很大的改善。

参考文献[1]钟顺时.天线理论与技术[M].北京:电子工业出版社.2011.[2]刘勇海.波导缝隙天线分析与仿真[D].成都:电子科