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原创 2020-07-26 02:41  阅读

  基于PLC的数控机床控制系统设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。郑州华信学院毕业论文 题目:基于 PLC 的数控机床控制系统设计 学生姓名: 所在院系: 所学专业:机电一体化技术 指导老师: 所在班级: 摘要 可编程控制器 PLC 广泛应用于数控机床等工业控制

  郑州华信学院毕业论文 题目:基于 PLC 的数控机床控制系统设计 学生姓名: 所在院系: 所学专业:机电一体化技术 指导老师: 所在班级: 摘要 可编程控制器 PLC 广泛应用于数控机床等工业控制中。数控机床的控制部分可分为数字 控制和顺序控制两部分。 本文描述了数控机床的基本组成、工作原理、分类及各自的特点。并且对数控机床中的 PLC 作了详细的介绍,把 PLC 在数控机床上的控制做了设计。然后以摇臂钻床 Z3040 为例, 描述了它的设计过程,包括控制系统电路的分析,Z3040 摇臂钻床原理图,用 PLC 编写程序 对机床进行控制。 关键词:可编程控制器 数控机床 数字控制 顺序控制 ABSTRACT Programmable controller (PLC) is widely used in nc machine tools and other industrial control. Part of CNC control can be divided into digital control and sequence control two parts. This paper describes the basic CNC composition, working principle, classification and their respective characteristics. And the PLC for nc machine tools have also been introduced in detail, the PLC in the control nc machine design. Then Z3040 with radial drilling machine as an example, describes its design process, including control system circuit analysis, Z3040 radial drilling machine principle diagram, using PLC programming control of machine. Keywords: programmable controller;nc machine tools;digital control; 目录 1 绪论 ................................................................................... 1 1.1 数控机床的发展 ................................................................... 1 1.2 数控机床原理和特点 ............................................................... 2 1.3 数控机床结构 ..................................................................... 3 2 PLC 的概述 ............................................................................. 4 2.1 PLC 的基本特点 ................................................................... 4 2.2 PLC 的工作原理 ................................................................... 5 2.3 数控机床采用 PLC 电气控制系统的优点 ............................................... 6 2.3.1 PLC 与继电器-接触器相比较................................................... 6 2.3.2 PLC 与单片机比较 ........................................................... 7 3 Z3040 摇臂钻床的基本概述 ............................................................... 8 3.1 Z3040 摇臂钻床控制线路概述 ....................................................... 9 3.1.1 操纵机构液压系统 ........................................................... 9 3.1.2 夹紧机构液压系统 ........................................................... 9 3.2 Z3040 摇臂钻床控制线路原理分析 .................................................. 10 3.3 Z3040 摇臂钻床控制线路主电路分析 ................................................ 10 3.4 Z3040 摇臂钻床控制线路控制电路分析............................................... 10 3.4.1 主电动机控制电路 .......................................................... 10 3.4.2 摇臂升降控制电路 .......................................................... 10 3.4.3 立柱和主轴箱松开、夹紧控制电路 ............................................ 11 3.4.4 冷却泵控制电路 ............................................................ 12 3.4.5 照明、信号电路 ............................................................ 12 4 Z3040 摇臂钻床的 PLC 控制系统 .......................................................... 12 4.1 PLC 的选型 ...................................................................... 12 4.1.1 确定 I/O 点数 .............................................................. 13 4.1.2 选配 PLC 的型号 ............................................................ 13 4.2 Z3040 型摇臂钻床 PLC 控制 I/O(输入、输出 地址分配表 .............................. 14 4.3 PLC 控制系统分析 ................................................................ 16 4.3.1 主轴电动机控制 ............................................................ 16 4.3.2 摇臂升降控制 .............................................................. 16 4.3.3 立柱与主轴箱松开、夹紧控制 ................................................ 17 4.4 PLC 梯形图程序设计 .............................................................. 17 4.4.1 系统预开程序 .............................................................. 17 4.4.2 主轴电动机控制程序 ........................................................ 17 4.4.3 摇臂升降控制程序 .......................................................... 18 4.4.4 主轴箱、立柱、摇臂松开、夹紧控制程序 ...................................... 19 4.4.5 主轴箱、立柱松开、夹紧控制程序............................................. 19 4.4.6 冷却泵控制 ................................................................ 19 4.4.7 信号指示梯形图程序 ........................................................ 20 4.4.8 完整的 PLC 控制梯形图 ...................................................... 20 总结 .................................................................................... 21 致谢 .................................................................................... 22 参考文献 ................................................................................ 23 1 绪论 随着科学技术的发展,机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的 周期也越来越短,从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加 工等行业,用普通机床进行加工(精度低、效率低、劳动度大)已无法满足生产要求,从而 一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动 控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制 系统(数控系统)的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码,或其他符号编码指 令(刀具移动轨迹信息)规定的程序。具体地讲,凯发游戏娱乐官网把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到 数控装置,经过译码、运算,从而实现控制刀具与工件相对运动,加工出所需要的零件的机 床,即为数控机床。 1.1 数控机床的发展 ⑴高速度高精度化 数控系统的高速度高精度化要求数控系统在读入加工指令数据后,能高速度计算出伺服 电动机的位移量,并能控制伺服电动机高速度准确地运动。此外,要实现生产系统的高速度 化,还必须要求主轴转速、进给率、刀具交换、托板交换等实现高速度化。提高微处理器的 位数和速度是提高 CNC 速度的最有效的手段。 ⑵智能化 数控系统应用高级速的重要目标是智能化。智能化技术主要体现在以下方面。自适应 控制技术,自适应控制系统(AC,adaptive control)可对机床主轴转矩、功率、切削力、 切削温度、刀具磨损等参数值进行自动测量,并由 CPU 进行比较运算后,发出修改主轴转速 和进给量大小的信号,确保 AC 系统处于最佳切削状态,从而在保证加工质量条件下,使加工 成本最低或生产率最高。附加人机会话自动变成功能 ,建立切削用量专家系统和示教系统, 从而提高变成效率和降低对变成操作人员的技术水平的要求。具有设备故障自诊断功能数控 系统出了故障,控制系统能够进行自诊断,并自动采取排除故障的措施,以适应长时间无人 操作环境的要求。 ⑶计算机群控 计算机群控也叫做计算机直线数控系统(DNC)。它是用一台大型通用计算机为数台数控 机床进行编程,并直接控制一群数控机床的系统。 机床的发展趋势 数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 工序集中 20 世纪 50 年代末期,在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心,即自备刀具 库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上,工件一次装夹后,机床的机械手可以自动更换 刀具,连续的对工件进行多种工序加工。目前,加工中心机床的刀具库容量达到 100 多把刀 具,自动换刀装置的换刀时间仅需 0.5~2 秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成, 减少了由于工序分散,工件多次安装引起的定位误差,提高了加工精度,同时也减少了机床 的台数与占地面积,压缩了半成品的库存量,减少了工序间的辅助时间,有效的提高了数控 机床的生产效率和数控加工的经济效益。高速、高效、高精度是机械加工的目标,数控机床 因其价格昂贵,在上述三方面的发展也更为突出。数控机床制造厂把建立友好的人机界 面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。 第 1 页 共 23 页 手工编程和自动编程已经使用了几十年,有了长足的发展,在手工编程方面,开发多种 加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能,CAD/CAM 的研究发展,从技术上 来讲可以替代手工编程。但是一套适用的 CAD/CAM 软件加上计算机硬件,投资较大,学习、 掌握时间较长,对大多数的简单工件很不经济。近年来,发展起来的图形交互式编程系统(又 称面向车间编程),很受用户欢迎。这种编程方式不使用 G/M 代码,而是借助图形菜单,输入 整个图形块以及相应参数作为加工指令,形成加工程序,与传统加工时的思维方式类似。图 形交互编程方法在制定标准后,有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。数控机床 普遍采用彩色 CRT 进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编 1.2 数控机床原理和特点 在对零件进行数控加工之前,首先要根据被加工零件的图样和工艺方案,用规定的代码 和程序格式编写加工程序,并用适当的方法将程序指令输入到机床的数控装置中。数控系统 对输入的加工程序进行译码、运算之后,想机床输出各种信息和指令,控制其各部分按规定 有序地动作,包括机床主运动的变速、启停,进给运动的速度、方向和位移大小,以及其他 诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑液的启、停等。伺服系统的作用就是将进给速 度、位移量等信息转换成机床的进给运动,数控系统要求伺服系统能准确、快速地跟随控制 信息,执行机械运动,同时,检测犯规系统将机械运动的实际位置、速度等信息反馈至数控 系统中,并与指令数值进行比较后发出相应指令,修正所产生的偏差,提高数控机床的位置 控制精度。 总之,数控机床的运行在数控系统的严密监控下,处在不断地计算、输入、输出、反馈 等控制过程中,从而保证数控机床能严格按照输入程序的要求来执行动作。从数控机床最终 要完成的任务看,主要 ⑴主轴运动 和普通机床一样,主轴运动主要完成切削任务,其动力约占机床动力的 70%~80%。基本 控制功能是主轴的正、反转和停止,可自动换挡及无极调速,对加工中心和有些数控车床还 要求主轴进行高精确度准停和分度功能。 ⑵进给运动 进给运动是数控机床区别于普通机床最主要的地方,即用电气驱动代替了机械驱动,数 控机床的进给运动是由进给伺服系统完成的。进给伺服系统由进给伺服驱动装置、伺服电动 机、进给传动链及位置检测反馈装置等组成。 一般说来,数控机床功能的强弱主要取决于计算机数控系统(CNC)装置。而数控机床性 能的优势,如运动速度与精度等,主要取决于进给伺服驱动系统。为了保证进给运动的位置 精度,人们采取了一些有效的措施。如对机械传动链进行预紧和反向间隙调整,采用高精度 的位置检测装置,采用高性能的伺服驱动装置和伺服电动机,来提高数控系统的运算速度 等。 第 2 页 共 23 页 ⑶输入/输出(I/O)接口 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行精确的控制外,还 需要对机床主轴启/停、换向、刀具更换、工件夹紧/松开以及液压、冷却、润滑、分度工作 台转位等辅助运动进行控制。例如,通过对加工程序中的 M 代码指令、机床操作面板上的控 制开关及分布在机床各部位的行程开关、接近开关、压力开关等输入原件的检测,由数控系 统内的可编程控制器 PLC 进行逻辑运算,输出控制信号驱动中间继电器、接触器、电磁阀及 电磁制动器等输出原件,对冷却泵、润滑泵、液压系统和启动系统进行控制。 数控机床是一种高效能自动化加工设备。与普通机床相比,数控机床具有以下特点: ⑴对零件加工的适应性强、灵活性好。因此数控机床能实现若干个坐标联动,加工工程序 可按对加工零件的要求而变换、而不需改变机械部分和控制部分的硬件,就能适应新的工作 要求。 ⑵加工精度高、加工质量稳定。在数控机床上加工零件,零件加工的精度和质量有机床, 保证完全消除了操作者的认为误差。所以数控机床的加工精度高,一致性好,加工质量稳定。 ⑶加工生产效率高。在数控机床上可以采用较大的切削用量,有效的节省了加工时间。还 有自动换刀、自动转速和其他辅助操作自动化等功能,而且无需工序间的检验与测量,故使 辅助时间大为缩短。 ⑷能完成复杂型面的加工。许多复杂曲线和曲面的加工,普通机床无法实现而数控机床 则完全可以做到。 ⑸减轻劳动强度,改善劳动条件。数控机床的加工,除了装卸零件、操作键盘、观察机 床运行外,其他机床动作都是按照程序要求自动连结地尽享切削加工,操作者不需要进行繁 重的重复手工操作。因此能减轻工人劳动强度,改善劳动条件。 ⑹有利于生产管理。采用数控设备,有利于向计算机控制和管理生产方向发展,为实现 制造和生产管理自动化创造了条件。 1.3 数控机床结构 数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。如图 1—2 所示。 第 3 页 共 23 页 ⑴控制介质 控制介质以指令的形式记载各种加工信息,如零件加工的工艺过程、工艺 参数和刀具运动等,将这些信息输入到数控装置,控制数控机床对零件切削加工。 ⑵数控装置 数控装置是数控机床的核心,其功能是接受输入的加工信息,经过数控装 置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理,向伺服系统发出相应的脉冲,并通过 伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。 ⑶伺服系统 伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成,通常所说数控系统是指数控装 置与伺服系统的集成,因此说伺服系统是数控系统的执行系统。数控装置发出的速度和位移 指令控制执行部件按进给速度和进给方向位移。每个进给运动的执行部件都配备一套伺服系 统,有的伺服系统还有位置测量装置,直接或间接测量执行部件的实际位移量,并反馈给数 控装置,对加工的误差进行补偿。 ⑷机床本体 数控机床的本体与普通机床基本类似,不同之处是数控机床结构简单、刚 性好,传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动,主轴变速系统简化了齿轮箱 普遍采用变频调速和伺服控制。 2 PLC 的概述 可编程控制器(以下简称 PLC)从其生产到现在,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度提高,成为工业控制领域的主流控 制设备,在各行业发挥着越来越大的作用。 PLC 是基于电子计算机,且适用于工业现场工作的点控制器。它源于继电控制装置,但 它不像继电装置那样,通过电路的物理过程实现控制,而主要靠运行存储于 PLC 内存中的程 序,进行入出信息变换实现控制。PLC 基于电子计算机,但并不等同于普通计算机。普通计 算机进行如初信息变换,多只考虑信息本身,信息的如初,只要人机界面就可以了。而 PLC 则还要考虑信息入出的可靠性、实时性,以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工 业环境,入便于安装,抗干扰等问题。 2.1 PLC 的基本特点 高可靠性 ⑴ 所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电 气上隔离。 第 4 页 共 23 页 R-C 滤波器,其滤波器时间常数一般为 10~20ms。 ,一旦电源或其他软件、硬件发生异常情况,CPU 立即采用有效 措施,以防止故障扩大。 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性进 一步提高。 丰富的 I/O 接口模块: PLC 针对不同的工业现场信号,如:交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲 或电位、强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备,如:按钮、行程开关、 接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。 - 络,它 还有多种通讯联网的接口模块等等。 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需求,除了单元式的小型 PLC 以外,绝大多数 PLC 均采用模块化 结构。PLC 的各个部件,包括 CPU、电源、I/O 等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块 连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式。对使用者来说,不需要具备 计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 PLC 不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设 备与 PLC 的相应的 I/O 端相连接,即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置,便 于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系 统迅速恢复运行。 本设计中 PLC 实现的功能,开关量的逻辑控制。这是 PLC 它取代传统的继电器电路,实现组合逻辑控制、顺序逻辑控制与定时控制、运动控制。PLC 使用专用的指令或运动控制模块,使运动控制与顺序控制功能有机结合在一起。 现场数据采集处理。目前 PLC 都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指 令和循环位移与移位指令、所以由 PLC 构成的监控系统,可以方便地堆生产现场的数据进行 采集、分析和加工处理。数据通常应用于数控机床的机械手的控制系统中。 位置控制。位置控制是指 PLC 使用的位置控制模块来控制步进电动机和伺服电动机,从 而实现对各种机械构件的运动控制,如控制构件的速度、位移、运动方向等。数控机床机械 手的位置控制就是 PLC 的位置控制的典型应用。 2.2 PLC 的工作原理 由于 PLC 以微处理器为核心,故具有微机的许多特点,但它的工作方式却与微机有很大 不同。微机一般采用等待命令的工作方式,如常见的键盘扫描方式或 I/O 扫描方,若有键按 第 5 页 共 23 页 下或有 I/O 变化,则转入相应的子程序,若无则继续扫描等待。PLC 则是采用循环扫描的工 作方式。对每个程序,CPU 从第一条指令开始执行,按指令步序号做周期性的程序循环扫描 ,如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条执行用户程序,直至遇到结束符后又返回第一 条指令,如此周而复始不断循环,每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决 CPU 执行指令的速 令条数的多少。一个扫描周期主要可分为 3 个阶段。 在输入刷新阶段,CPU 扫描全部输入端口,读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输 入端刷新工作后,将关闭输入端口,转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发 生变化,输入状态寄存器的内容也不会改变,而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新 阶段才能被读入。 在程序执行阶段,根据用户输入的控制程序,从第一条开始逐步执行,并将相应的逻辑 运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后, 即转入输入刷新阶段。 当所有指令执行完毕后,将输出状态寄存器中的内容,依次送到输出锁存电路,输出映 像寄存器,并通过一定输出方式输出,驱动外部相应执行元件工作,这才形成 PLC 的实际输 出。 由此可见,输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成 PLC 一个工作周期,由此循环 往复,因此称为循环扫描工作方式。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的, 所以亦将这两个阶段统称为 I/O 刷新阶段。实际上,除了执行程序和 I/O 刷新外,PLC 还要 进行各种错误检测,自诊断功能,并与编程工具通讯,这些操作统称为监视服务,一般在 程序执行之后进行。扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长,响应速度越慢。 由于每个扫描周期只进行一次 I/O 刷新,即每一个扫描周期 PLC 只对输入、输出状态寄存器 更新一次,所以系统存在输入输出滞后现象,这在一定程度上降低了系统的响应速度。但是 由于其对 I/O 的变化每个周期只输出刷新一次,并且只对有变化的进行刷新,这对一般的开 关量控制系统来说是完全允许的,不但不会造成影响,还会提高抗干扰能力。这是因为输入 采样阶段仅在输入刷新阶段进行,PLC 在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的,而工 业现场的干扰常常是脉冲、短时间的,误动作将大大减小。但是在快速响应系统中就会造成 响应滞后现象,这个一般 PLC 都会采取高速模块。 2.3 数控机床采用 PLC 电气控制系统的优点 数控机床的电气控制理论上讲可以采用继电器接触器电气控制系统,单片机控制系统和 PLC 控制系统来实现。但是在实际工程中往往选择一种经济、有效、性能优越的控制方案, 考虑到上述几点,PLC 较适合组合机床的电气控制。PLC、单片机、继电器-接触器控制系统 相比具有以下优点: 2.3.1 PLC 与继电器-接触器相比较 继电器-接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来,一直是机电控制的主流。由于它 的结构简单、使用方便、价格低廉,所以使用广泛。它的缺点是动作速度慢,可靠性差,采 第 6 页 共 23 页 用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现,使得继电接触式控制系统更加逊色。PLC 等取代 继电接触式控制逻辑。具体如下 (1) 继电接触式控制系统采用硬接线逻辑,它利用继电器等的触电串联、并联、串并联,利 用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑,连线复杂、体积大、功耗也大。当一个电气控 制系统研制完后,要想再做修改都要随着现场接线的改动而改动。特别是想要能够增加一些 逻辑时就更加困难了,这都是硬接线的缘故。所以,继电接触式控制系统的灵活性和扩展性 较差。 可编程控制器采用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与现场连线以外,而控制逻辑是 以程序的方式存储在 PLC 的内存当中。若控制逻辑复杂时,则程序会长一些,输入输出的连 线并不多。若需要对控制逻辑进行修改时,只要修改程序就行了,而输入输出的连接线改动 不多,并且也容易改动,因此,PLC 的灵活性和扩展性强。而且 PLC 是由中大规模集成电路 组装成的,因此,功耗小,体积小。 (2) 继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触电的动作来实现的,工作频率低。触点的开 闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多,反映的速度越慢,还是容易出现触 点抖动和触点拉弧问题。 而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的,速度相当快。通常,一条 用户指令的执行时间在微秒数量级。由于 PLC 内部有严格的同步,不会出现抖动问题,更不 会出现触点拉弧问题。 (3) 继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。用时间继电器实现定 时控制会出现定时的精度不高,定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响。有些特殊的时 间继电器结构复杂,维护不方便。 而可编程程序控制器使用半导体集成电路作为定时器,时基脉冲由晶体震荡器产生,精 度相当高并且定时时间长,定时范围广。用户可以根据需要在程序中设定定时值。PLC 根据 给定的定时值,由软件和硬件计数器来控制制定时间,定时精度高、定时时间不受环境的影 响,并且一旦调好,不会变化。并且 PLC 可以完成计数功能,而继电接触系统通常没有计数 功能。 (4) 设计与施工。 而且修改困难而使用 PLC 来完成一项控制工程。设计完成以后,现场施工和控制逻辑的设计 可以同时进行,周期短,而且调试和修改均很方便。 (5) 可靠性和维护性。 继电接触式控制系统使用了大量的机械触点,连线也多。触点在开闭时会受到电弧的损 坏,寿命短。因而可靠性和维护性差。 PLC 采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,可靠性高。PLC 还 配备了自检和监控功能,能自诊断出自身的故障,并随时显示给操作人员,还能动态的监视 控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便。 总之,PLC 在性能上均优越于继电接触式控制系统,特别是控制速度快,可靠性高,设 计施工周期短,调试方便,控制逻辑修改方便,而且体积小,功耗低。 2.3.2 PLC 与单片机比较 单片机具有结构简单,使用方便,价格比较便宜等优点,一般用于数据采集和工业控制。 第 7 页 共 23 页 PLC 比较起来有以下 (1) 单片机不如 PLC 容易掌握 使用单片机来实现自动控制,一般要使用微处理器的汇编语言编程。这就要求设计人员 遇有一定的计算机硬件和软件知识。对于那些只熟悉机电控制的技术人员来说,需要进行相 当长一段时间系统地学习单片机的知识才能掌握。 而 PLC 采用了面向操作者的语言编程,如梯形图状态转移图等,对于使用者来说,无需 了解复杂的计算机知识,而只要用较短时间去熟悉 PLC 的简单指令系统及操作方法,就可以 使用和编程。 (2) 单片机不如 PLC 使用简单 使用单片机来实现自动控制,一般要在输入输出接口上做大量的工作。例如,要考虑工 程现场与单片机的连接,输出带负载能力、接口的扩展,接口的工作方式等。除了要进行控 制程序的设计,还要在单片机的外围进行很多硬件和软件工作,才能与控制现场连接起来调 试也较繁琐。 而 PLC 的输入/输出接口已经做好,输入接口可以与无外接电源的开关直接连接,非常 方便。输出接口具有一定的驱动负载能力,能适应一般的控制要求。而且,在输入接口、输 出接口,由光电耦合器件,使现场的干扰信号不容易进入 PLC。 (3) 单片机不如 PLC 可靠 使用单片机进行工业控制,突出的问题就是抗干扰性能较差。 通过上面的比较,针对数 控机床的电气控制系统,虽然 PLC 的价格高一些,但良好的稳定性和高度的可靠性可确保机 床在加工零件时的精度,所以决定采用 PLC 控制系统来实现。 3 Z3040 摇臂钻床的基本概述 钻床是孔加工机床,用来进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。 在各类钻床中,摇臂钻床操作方便、灵活,适用范围广,具有典型性,特别适用于单件或批 量生产中带有多孔大型零件的孔加工,是一般机械加工车间常见的机床。 摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固 定在底座的一端,外面套有外立柱,外立柱可绕内立柱回转 360°。摇臂的一端为套筒,套 装在外立柱上,并借助丝杠的正反转沿外立柱做上下移动。由于丝杠与外立柱连成一体,而 升降螺母固定在摇臂上,所以摇臂不能绕外立柱转动,只能与外立柱一起绕内立柱回转。主 轴箱安装在摇臂的水平导轨上,可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。当进行加 外立柱上,然后进行钻削加工。钻削加工时,钻头一面旋转进行切削,一面进行纵向进给。 ⑴主运动 内立柱回转运动。 Z3040 型摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行孔加工,其运动形式有主轴的旋转运动、 进给运动、摇臂的升降运动、立柱的夹紧和放松、摇臂的回转和主轴箱的左右移动。主轴的 旋转运动和进给运动由一台异动电动机拖动,摇臂的升降由一台异步电动机拖动,摇臂、立 柱和主轴箱的夹紧/放松由一台液压泵电动机拖动,摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用 第 8 页 共 23 页 手动。此外,还有一台冷却泵电动机对刀具和工件进行冷却。 加工螺纹时,主轴需要正反转,该机床采用机械变换方法来实现,故主电动机只有一个 旋转方向。此外,为保证安全生产,其主轴旋转和摇臂升降不允许同时进行。 3.1 Z3040 摇臂钻床控制线 摇臂钻床主要有两种主要运动和其他辅助运动,主运动是指主轴带动钻头的旋转 运动,进给运动是指钻头的垂直运动,辅助运动是指主轴箱沿摇臂水平运动,摇臂沿外立柱 上下移动以及摇臂和外立柱一起相对于内立柱的回转运动。 Z3040 摇臂钻床具有两套液压控制系统,一套是由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油通 过操纵机构实现主轴正反转、停车控制、空挡、预选与变速,另一套是由液压电动机拖动液 压泵送出压力油来实现摇臂的夹紧和松开、主轴箱的夹紧与松开、立柱的夹紧与松开。前者 安装在主轴箱内,后者安装在摇臂电器盒下部。 3.1.1 操纵机构液压系统 该系统压力油由主轴电动机拖动齿轮泵送出,由主轴操作手柄来改变两个操纵阀的相互 位置,获得不同的动作。操作手柄有五个空间位置,上、下、里、外和中间位置,其中上为 “空挡”,下为“变速”,外为“正转”,里为“反转”,中间位置为“停车”。而主轴转速及 主轴旋转时,首先按下主轴电动机起动按钮,主轴电动机起动旋转,拖动齿轮泵,送出 压力油。然后操纵主轴手柄,板至所需转向位置,里或外,于是两个操纵阀相互位置转变 使一股压力油将制动摩擦离合器松开,为主轴旋转创造条件,另一股压力油压紧正转,反转 摩擦离合器,接通主轴电动机的主轴的传送链,驱动主轴正转或反转。 在主轴正转或反转过程中,可转动变速按钮,改变主轴转速或主轴进给量。 主轴停车时,将操作手柄扳回中间位置,这时主轴电动机仍拖动齿轮泵旋转。但此时整 个液压系统为低压油,无法松开制动摩擦离合器,而在制动弹簧作用下将制动摩擦离合器压 紧,使制动轴上的齿轮不能转动,实现主轴停车。所以主轴停车时主轴发动机仍在旋转,只 是不能将动力传到主轴。 使齿轮泵送出的压力油进入主轴转速预选阀和主轴进给量预选阀,然后进入各变速油缸。与 此同时,另一油路系统推动拔叉缓慢运动,逐渐压紧主轴正转摩擦离合器,接通主轴电动机 到主轴的传动链,带动主轴缓慢旋转,称为缓速,以利于齿轮的顺利啮合。当变速完成,松 开操作手柄,此时手柄在弹簧作用下由“变速”位置自动复位到主轴“停车”位置,然后在 操纵主轴正转或反转,主轴将在新的转速或进给量下工作。 3.1.2 夹紧机构液压系统 主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧和松开是由液压泵电动机拖动液压泵电动机送出压力 油,推动活塞、菱形块来实现的。 Z3040 M1 M2 M3 和冷却泵电动机 M4。 第 9 页 共 23 页 3.2 Z3040 摇臂钻床控制线 型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制实现的。该机床控制电路采用 380V/100V 隔离变压器供电,但其二次绕组增设 24V 安全电压供局部照明使用。 断路器 QF1 既作为机床线路的电源总开关,又作为机床线 的短路及过载保护 元件,断路器 QF2 卧摇臂升降电动机 M2、液压泵电机 M3、冷却泵电机 M4 的隔离开关和过载 及短路保护元件。QF3、QF4、QF5 分别为机床控制电路、机床工作信号指示电路和机床工作 照明电路和过载及短路保护开关。 开车前的准备。首先将隔离开关接通,将电源引入开关 QF1 扳到“接通”位置,接通三 相交流电源,此时总电源指示灯 HL1 亮,表示机床电气电路已进入带电状态。按下总启动按 钮 SB1,中间继电器 KA 线圈通电吸合并自锁,为主电动机及其他电动机启动多准备,同时触 点 KA 闭合,为其他三个指示灯通电做准备。 3.3 Z3040 摇臂钻床控制线 为单方向旋转,由接触器 KM1 控制,主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配 合正反转摩擦离合器实现,并由热继电器 FR1 作电动机长期过载保护。 ⑵ M2 由正、反转接触器 KM2、KM3 控制实现正反转。控制电路保证,在操纵摇臂升降 时,首先使液压泵电动机起动旋转,供出压力油,经液压系统将摇臂松开,然后才使电动机 M2 起动,拖动摇臂上升或下降。当移动到位后,保证 M2 先停下,再自动通过液压系统将摇 臂夹紧,最后液压泵电机才停下。M2 为短时工作,不设长期过载保护。 ⑶ M3 由接触器 KM4、KM5 实现正反转控制,并有热继电器 FR2 作长期过载保护。 4. M4 电机容量小,仅 0.125kW,由开关 QS 控制。 3.4 Z3040 摇臂钻床控制线路控制电路分析 由变压器 TC 将 380V 交流电压降为 110V,作为控制电源。指示灯电源为 6V。 3.4.1 主电动机控制电路 按下起动按钮 SB2,接触器 KM1 吸合并自锁,主轴电动机 M1 起动并运转。按下停止按钮 SB8,接触器 KM1 释放,主轴电动机 M1 停转。 3.4.2 摇臂升降控制电路 摇臂上升、下降分别由 SB3、SB4 点动控制。 按上升按钮 SB3,时间继电器 KT1 得电吸合,瞬时动合触点,33-35,闭合,接触器 KM4 得电吸合,液压泵电动机 M3 接通电源正向旋转,供给压力油。压力油经分配阀体进入摇臂 第 10 页 共 23 页 松开的油腔,推动活塞,使摇臂松开。当摇臂完全松开后,活塞杆通过弹簧片压下限位开关 ST2,使其动断触点 ST2,17,33,断开,使接触器 KM4 线圈断电释放,液压泵电动机 M3 停 转,与此同时,另一动合触点 ST2,17-21,闭合,接触器 KM2 线圈通电吸合,其主触点接通 升降电动机 M2 的电源,M2 启动正向旋转,带动摇臂上升。 如果摇臂没有松开,ST2 的动合触点也不能闭合,KM2 就不能吸合,M2 不能旋转,摇臂 也就不可能上升,保证了只有在摇臂可靠松开后才能使摇臂上升。 当摇臂上升到所需位置时,松开按钮 SB3,接触器 KM2 和时间继电器 KT1 同时断电释放 摇臂升降电动机 M2 停转,摇臂停止上升。由于 KT1 释放,其延时闭合的动断触点,47-49 经 1-3 秒延时后闭合,接触器 KM5 的线 反向起动旋转,供给压力油。压力油经分配阀进入摇臂夹紧油腔,向相反方向推 动活塞,使摇臂夹紧。同时,活塞杆通过弹簧片压下限位开关 ST2 动断触点 7-47 接触器 KM5 断电释放,液压泵电动机 M3 停止旋转,完成了摇臂的松开,上升,夹紧动作。 按 SB3—AT1 吸合 KM4 吸合—M3 正转—压下 ST2—KM2 吸合 M2 正转 KM4 断电 M3 停转--摇臂 上升到预定位置,松开 SB3 摇臂的下降过程与上升基本相同,它们的夹紧和放松电路完全一样。所不同的是按下降 按钮 SB4 时为 KM3 线圈得电,摇臂升降电动机 M2 反转,带动摇臂下降。 时间继电器 KT1 的作用是控制 KM5 的吸合时间,使 M2 停止运转后,再夹紧摇臂。KT1 的 延时时间应视摇臂在 M2 断电至停转前的惯性大小调整,应保证摇臂上升,或下降,后才进行 夹紧,一般调整在 1——3 秒。 摇臂升降的限位保护,由组合开关 ST1 来实现。ST1 有两对触点,ST1-1 是摇臂上升时的 极限位置保护,ST1-2 27-17 是摇臂下降时的极限位置保护。当摇臂上升到极限位置时 ST1-1(15-17)动作,将电路断开,则 KM2 断电释放,摇臂升降电动机 M2 停止旋转。但 ST1 的另一触点 ST1-2 27-17 限位置时,ST1-2 27-17 KM3 释放,摇臂升降电动机 M2 停转。而 ST1 的另一动断触点 ST1-1(15-17)仍闭合,以保证摇臂能够上升。 摇臂的自动夹紧是由行程 ST3 来控制的。如果液压夹紧系统出现故障而不能自动夹紧摇 臂,或者由于 ST3 调整不当,在摇臂夹紧后不能使 ST3 7-47 压泵电动机处于长期过载运行状态,这是不允许的。为了防止损坏液压泵电动机,电路中使 用了热继电器 FR2。 摇臂升到预定位置,松开 SB3→KT1 47-49 KM5 吸合、M3 反转→摇臂 夹紧→ST3 7-47 KM5、M3、均断电释放。 3.4.3 立柱和主轴箱松开、夹紧控制电路 立柱和主轴箱的松开及夹紧控制可单独进行,也可同时进行,由转换开关 SA2 和复位按 钮 SB7 SB8 SA2 有 3 个位置,中间位,零位时立柱和主轴箱的松开或夹紧 同时进行,左边位为立柱的夹紧或放松,右边位为主轴箱的夹紧或放松。复合按钮 SB7、SB8 分别为松开、夹紧控制按钮。 以主轴箱的松开和夹紧为例,先将 SA2 57-59 57-63 当要主轴箱松开时,按松开按钮 SB7,时间继电器 KT2、KT3 KT2 是断电 延时型时间继电器,它的断电延时断开的常开触点 7-57 YA1 第 11 页 共 23 页 通电吸合。经 1-3 秒延时后,KT3 的延时闭合常开触点 7-41 KM4 线 正转,压力油经分配阀进入主轴 箱右缸,推动活塞使主轴箱放松。活塞杆使行程开关 ST4 复位,触点 ST4 常闭开关,ST4 常 开闭合。指示灯 HL2 亮,表示主轴箱已松开。主轴箱夹紧的控制线路及工作原理与松开时相 似,只要按松开按钮 SB7 换成夹紧按钮 SB8,接触器 KM4 换成 KM5,M3 由正向转动变成反向 转动,指示灯 HL2 换成 HL3 即可。 当把转换开关 SA3 57-63 57-59 SB7 或夹紧按钮 SB8 时,电磁铁 YA2 通电,此时,立柱松开或夹紧,SA2 在中间位时,触点,57-59 57-63 均接通。按 SB7 或 SB8,电磁铁 YA1、YA2 均通电,主轴箱和立柱同时进行松开或 夹紧。其他动作过程与主轴箱松开或夹紧时完全相同,不在论述。由于立柱和主轴箱的松开 与夹紧是短时间的调整工作,故采用点动控制方式。 3.4.4 冷却泵控制电路 冷却泵电动机 M4 容量小,所以用组合开关 QS 直接控制其运行和停止。 3.4.5 照明、信号电路 1 QF5 机床工作照明电路开关,同时过载及短路保护作用,EL 为工作 照明灯。2 HL1 电源指示灯,当和上 QF2 时 HL1 指示灯亮,HL2 为立柱和主 轴箱松开指示灯,HL3 为立柱和主轴箱夹紧指示灯,分别由限位开关 ST4 长闭触头和 ST4 常 开触头控制。HL4 为主轴电动机旋转指示灯,由 KM1 常开触头控制。 4 Z3040 摇臂钻床的 PLC 控制系统 摇臂钻床运动部件较多,为简化传动装置,采用多台电动机控制,通常没有主轴电动机、 摇臂升降电动机、立柱夹紧和放松电动机及冷却泵电动机。 摇臂钻床为适应各种形式加工,要求主轴及进给有较大的调速范围。主轴一般速度下的钻床 加工为恒功率负载,而低速是用于扩孔、绞孔及螺纹加工,属于恒转矩负载。摇臂钻床的主 运动与进给运动皆为主轴运动,这两个运动由一台主轴电动机拖动,分别经主轴和进给传动 机构实现主轴旋转和进给。主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。 为加工螺纹,主轴要求有正、反转,一般由机械方法获得,为此主轴电动机只需单方向 旋转。 摇臂的升降由升降电动机拖动,要求电动机能正、反转。 摇臂的夹紧和放松是由电 气和液压联合控制,并且有夹紧和放松指示。 -液压 -机械装置等方法来实现。 钻削加工时,需要对刀具和工件进行冷却,为此需冷却泵电动机输送冷却液。 要有必要的限位、连锁和过载保护,且具有局部安全照明。 4.1 PLC 的选型 目前各国生产的 PLC 品种繁多,发展迅速。在中国的市场上最具竞争力的有德国西门子 第 12 页 共 23 页 公司、日本三菱系列、欧姆龙公司、AB 公司所推出的 PLC 均为从小到大全系列的产品,可满 足各种各样的需求。 FX 系列:为小型 PLC,单元式,单机最大容量为 256 点。 A 系列、ANS 系列、Q 系列、QNA 系列等为模块式大型 PLC,最大容量为 8K 点。 S7-200:微型 PLC,单机最大容量为 256 S7-300:小到中型 PLC 单机最大容量为 1K S7-400:大到超大型 PLC,单机可组态点数过万点。 2.选配 PLC 的型号 S7-300 的 PLC,它适用于各行各业,各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-300 PLC 的强大功能使其无论单机运行,或连成网络都能实现复杂的控制功能。 4.1.1 确定 I/O 点数 根据控制电路来确定 I/O 端口点数,其中,按钮 8 个,行程开关 5 个,转换开关 1 个, 触点位置 3 个,热继电器常闭 2 个,电压继电器触点 1 个,控制线 个输入端口点数,接触器 7 个,电压继电器一个,信号灯 4 个,共计 12 个输出端口点数。 4.1.2 选配 PLC 的型号 在选用 PLC 上,根据 Z3040 型摇臂钻床的电气部分。输出端口需要 12 个。输入端口需 要 20 个。而且并不通过网络或其他方式做远程控制。因此,考虑到经济,实用,稳定等方面 因素。我决定选用 SIMATIC S7-300 作为本次设计所用 PLC。其 I/O 接线 Z3040 摇臂钻床 I/O 接线 型摇臂钻床 PLC 控制 I/O(输入、输出 地址分配表 I 输入 序号 名称 代号 地址 1 控制线 页 总停止按钮 SB7 I0.1 3 总启动按钮 SB1 I0.2 4 电压继电器 AV I0.3 5 主轴电动机 M1 热继电器 FR1 I0.4 6 主轴电动机 M1 启动按钮 SB2 I0.5 7 主轴电动机 M1 停止按钮 SB8 I0.6 8 摇臂上升按钮 SB3 I0.7 9 摇臂下降按钮 SB4 I1.0 10 摇臂上升上限位行程开关 ST1-1 I1.1 11 摇臂下降下限位行程开关 ST1-2 I1.2 12 主轴箱、立柱、摇臂松开行程开关 ST2 I1.3 13 主轴箱、立柱、摇臂夹紧行程开关 ST3 I1.4 14 液压泵电动机 M3 热继电器 FR2 I1.5 15 主轴箱、立柱松开按钮 SB5 I1.6 16 主轴箱、立柱夹紧按钮 SB6 I1.7 17 立柱夹紧放松指示行程开关 ST4 I2.0 18 主轴箱松开、夹紧 SA-1 I2.1 19 立柱松开、夹紧 SA-2 I2.2 20 主轴箱、立柱松开、夹紧 SA-3 I2.3 序号 名称 代号 地址 1 电压继电器 KV Q0.0 输出 第 15 页 共 23 页 2 主轴电动机 M1 接触器 KM1 Q0.1 3 摇臂上升接触器 KM2 Q0.2 4 摇臂下降接触器 KM3 Q0.3 5 主轴箱、立柱、摇臂松开接触器 KM4 Q0.4 6 主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器 KM5 Q0.5 7 主轴箱松开、夹紧电磁铁 YA1 Q0.6 8 立柱松开、夹紧电磁铁 YA2 Q0.7 9 电源指示 HL1 Q1.0 10 立柱松开指示 HL2 Q1.1 11 立柱夹紧指示 HL3 Q1.2 12 主电动机旋转指示 HL4 Q1.3 4.3 PLC 控制系统分析 先将自动开关 QF2,QF5 接通,在将电源总开关 QF1 扳倒“接通”位置,引入三相电源。PLC 上电,电源指示灯点亮表示机床已处于带电状态。按下 SB1,I0.2 接通,低电压继电器 KV(Q0.0) 得电并自锁,其常开触点 KV(I0.3)闭合接通了控制电路电源为机床工作做准备。 4.3.1 主轴电动机控制 启动时,按下启动按钮 SB2,I0.5 接通,Q0.1 动作并自锁使 KM1 得电并自锁,KM1 主触点闭 合主轴电动机 M1 转动,指示灯 HL4 亮。停车时,按下停止按钮 SB7,I0.6 断开 Q0.1 复位, KM1 断电释放,主轴电动机 M1 停转,指示灯 HL4 灭。 4.3.2 摇臂升降控制 当需要摇臂上升时按下 SB3,I0.7 闭合,M0.0 接通,同时,接通断电延时定时器 T37, 其长闭触点 T37 瞬时断开,断开了液压泵电动机 M3 反转控制的电路。由于主轴箱、立柱、摇 臂松开逻辑行 I1.5 是闭合的,因而 Q0.4 接通闭合,液压泵电动机 M3 正转,松开摇臂。摇臂 松开到位后,I1.3 长闭触点断开,液压泵电动机 M3 停转,摇臂上升逻辑行 I1.3 常开触点闭 合,Q0.2 接通闭合,摇臂上升电动机 M2 正转,带动摇臂上升。当摇臂上升到一定高度时松 开 SB3,I0.7 复位断开,M0.0 断开,断电延时定时器 T37 断电,其长闭触点 T37 延时 3 秒钟 第 16 页 共 23 页 闭合 Q0.5 接通闭合,液压泵电动机 M3 反转,夹紧摇臂。摇臂夹紧后 ST2,I1.3,ST3,I1.4, 恢复初始状态且 I1.4 断开,Q0.5 失电,液压泵电动机 M3 停转,完成了摇臂松开--上升--夹 紧的动作过程。摇臂下降的控制过程与摇臂上升的控制过程相似。 4.3.3 立柱与主轴箱松开、夹紧控制 立柱与主轴箱的松开、夹紧控制可单独进行,也可同时进行。由转换开关 SA 与按钮 SB5 或 SB6 控制。转换开关有三个位置,板到中间位置时立柱和主轴箱的松开与夹紧同时进行板 到左边位置时,立柱被夹紧与放松,板到右边位置时主轴箱单独夹紧与放松。 当转换开关置于中间位置时 I2.2 闭合,若使立柱与主轴箱同时松开,则按下 SB5,I1.6 闭合 M0.1 和断电延时定时器 T38 同时接通,T38 触点瞬时闭合,Q0.6、Q0.7 同时得电吸合为主轴 箱与立柱同时松开做准备。M0.1 常开触点闭合,M0.2 和通电延时定时器 T39 M0.2 常开触点闭合主轴箱与立柱夹紧准备,T39 常开触点经 3 秒钟延时闭合 Q0.4 接通闭合液压泵 电动机 M3 通电正转推动活塞使立柱和主轴箱松开。同时活塞杆使 TS4 复位,I2.0 闭合,指 示灯 HL2:亮。 当立柱与主轴箱松开后,可手动使立柱回转或主轴箱做径向移动。当调整到位后可按下 SB6 夹紧按钮,轴箱与立柱夹紧工作情况与松开时相似。这里不再赘述。另外两种情况,只 有将转换开关 SA 板到相应位置,再按 SB5 与 SB6 即可实现。 4.4 PLC 梯形图程序设计 4.4.1 系统预开程序 本段梯形图程序是为主电动机及其他电动机启动做准备。当合上 FQ3(I0.0)按下 SB1(I0.2)低电压继电器 KV(Q0.0)得电并自锁,其常开触点 KV(I0.3)闭合接通了控制电路 电源为机床工作做准备。梯形图程序如图 4--2 所示. 4.4.2 主轴电动机控制程序 主轴电动机只做单方向旋转,需要过载保护,过载保护由热继电器 FR1(I0.4)完成。梯 形图程序如图 4--3 所示。 第 17 页 共 23 页 图 4—3 主轴电动机控制程序 4.4.3 摇臂升降控制程序 摇臂的升,或降,严格按照摇臂松开,升(或降)夹紧的顺序进行。为此,要求夹紧与 放松作用的液压泵电动机与摇臂升降电动机按一定顺序启动工作,由摇臂松开行程开关与摇 臂夹紧行程开关发出控制信号进行控制。当要求摇臂上升(或下降)时,按下 SB3(或 SB4) 首先启动主轴箱、立柱、摇臂松开电路当松开到位时 ST2(I1.3)常开触点闭合,使液压泵电动 ,摇臂上升(或下降)。液压泵电动机正、反转需必要的互锁。梯形图如 图 4-4 所示。 第 18 页 共 23 页 4.4.4 主轴箱、立柱、摇臂松开、夹紧控制程序 Z3040 摇臂钻床,摇臂的松开、夹紧与摇臂的升降要求能自动控制,本设计采用定时器 与行程开关配合完成,有必要的联锁保护。梯形图程序如图 4--5 所示。 图 4—5 主轴箱、立柱、摇臂松开、加紧控制程序 4.4.5 主轴箱、立柱松开、夹紧控制程序 主轴箱、立柱松开与夹紧控制要求可单独操作,也可以同时操作,由转换开关 SA 和 SB5、 SB6 配合定时器进行控制。梯形图程序如图 4--6 所示。 4.4.6 冷却泵控制 冷却泵电动机采用组合开关 QS 直接控制其启停。 第 19 页 共 23 页 图 4 6 主轴箱、立柱松开、夹紧控制程序 4.4.7 信号指示梯形图程序 电源指示灯 HL1(Q1.0)当机床上电时指示,采用 S--300PLC 特殊内部继电器 SM0.0 实 现立柱、主轴箱松开、夹紧指示灯 HL2(Q1.1)、HL3(Q1.2)由限位开关 ST4(I2.0)控制,主轴 电动机旋转指示灯 HL4(Q1.3)由 KM1(Q0.1)控制。梯形图程序如图 4-7 所示。 图 4-7 信号指示梯形图程序 4.4.8 完整的 PLC 控制梯形图 在上述梯形图的基础上,将各部分梯形图综合在一起,进行整理和修改,最后设计出完 整的梯形图 。 第 20 页 共 23 页 总结 数控机床是采用数字控制技术对机床各移动部件相对运动进行控制点 机床,它是典型的 机电一体化产品,是现代制造业的关键设备。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展,数控机床的控制系统日益趋向于 小型化和多功能化,具备完善的自诊断功能,可靠性也大大提高,数控系统本身将普通实现 自动编程。 未来数控机床的类型将更加多样化,多工序集中加工的数控机床品种越来越多,激光加 工等技术将应用在切削加工机床上,从而扩大多工序集中的工艺范围,数控机床的自动化程 度更加提高,并具有多种监控功能,从而形成一个柔性制造单元,更加便于纳入高度自动化 的柔性制造系统中。 而 PLC 是一类以微处理器为基础的通用型自动控制装置。它一般以顺序控制为主,回路 调节为辅,能够完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能,既能控制开关量,也能控 制模拟量。由于它能克服传统继电器体积庞大,攻好高,可靠性差等困难,PLC 已成为人们 选择数控机床所用顺序控制装置的主要选择。因此本文用 PLC 设计数控机床控制系统。 通过这次的毕业设计学习,我对自动化相关知识有了更加深入的了解,本设计涉及到了 PLC、现代电气控制、数控机床、等相关的专业知识,还使用到了很多软件。通过设计不但对 已学专业知识有了更深入的了解,同时也学到了以前没学过的知识,大大扩展了自己的知识 面。 第 21 页 共 23 页 致谢 通过这次设计,我对 PLC 设计控制有了深刻的认识,对以前学的 PLC 又有了一定的新认 识,温习了以前学的知识,就像人们常说的温故而知新嘛,但在设计的过程中,遇到了很多 的问题,我和同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更 好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此要感谢我的指导老师张千,感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个毕业设计过程中 我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对 今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在 创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善,但是在设计过程中所 学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益。 第 22 页 共 23 页 参考文献 [1] 郁汉琪 郭健. 可编程控制器原理及应用[M]. 北京:中国电力出版社 [2] SIEMENS WINCC 手册[M]. 西门子 中国 有限公司自动化与驱动集团,2004 [3] 杨兴. 数控机床电气控制[M]. 北京 化学工业出版社 [4] 张筱琪. 机电设备控制基础[M]. 北京 中国人大出版社 [5] 张华宇 谢凤芹. 数控机床电气及 PLC 控制技术[M].北京 电子工业出版社 [6] 任振辉 马永鹏. 电气控制与 PLC 原理及应用[M]. 北京 中国水利水电出版社 [7] 徐慧 卢艳军. 数控机床电气及 PLC 控制技术[M]. 北京 国防工业出版社 [8] 黄向慧 杨世兴 黄梦涛. 现代电气自动控制技术[M].北京 人民邮电出版社 [9] 吴中俊 黄永红. 可编程控制器原理及运用[M]. 北京 机械工业出版社 [10] 廖常初. 可编程序控制器的编程方法与工程应用[M]. 重庆 重庆大学出版社 真正好的朋友,从来不需要这些表面功夫。走在这漫漫俗尘,形如微尘的我们,每天忙 碌的像只蝼蚁,哪有时间去整那些虚假的表面文章。那些沉淀在岁月里的真情实意,哪一个不是无事各自忙,有事时,却又从不问回报几何的真心相助? 至于那些平日里看上去可以一起打闹,一起吃喝,一起厮混,看似好成一片的人,或许,只是你在多少次的四目相对之时,动了真心,存了真义,是你默默认定对方可称朋友,有困难的时候是你愿意伸以援手,但未 必对方一样。 多少看似热情的人,内心是薄情的。而多少看似淡漠的人,内心实则一片温热。那些表面热诚的人,总是相安无事各自好,一旦你有事需要援助,别说大事,就是小事需代劳,你都会发现原来不过情比纸薄,对方远 比你自己想的要现实的多。 有些人,自从与你接近,内心就存有一份自己的打算。定是你于他而言,多少有些可用之处。正所谓无事献殷勤,非奸即盗。在这个功利心弥漫的世态下,没有哪一份意外的热情不无所图。不仅是职场如此,男人如 此,就连女人也不能免俗。 第 23 页 共 23 页 接孩子的时候,被困高层电梯下不来,一个电话打来,希望能帮忙照看一下放学的孩子。实在的人总是把别人毫不见外的信任,当作是一种荣幸,于是想都不用想就能一口答应。可当你有事需要对方只是代笔签个字 这样的举手之劳时,对方都能各种不情愿各种推脱,至此你终是发现,原来人与人之间真不是一杯换一盏的事儿。关键时刻,还是得找那些看似平时不联系,但一开口能力范围之内就愿意为你想办法的人。 多少人天真的以为,认识的人越多,人脉就越广,自己就越厉害,其实,那些所谓的人脉,不过廉价。倘若你没有同等的利用价值,谁会与你建立起所谓的交际?最是谈钱伤感情,也最是感情不值钱。别结识了比自 己优秀比自己有能力的人,就觉得有了依靠有了光环,自己不足够优秀,结识谁都没有用。在你困难需求的时候,你开口求助,能够推脱敷衍那算给面子,对你闭门不见佯装不熟也是情理之中。 日久见人心,患难见真情。平时是平时,别把平时当真情。这世上多少人变脸如翻书,有求于你一个样,各自安好一个样,最是有求于他嘴脸陋,让你瞬间就明白,何谓人情凉薄。 随着年龄的增长,人心的不再纯澈,人与人之间的交往就不再那么的纯粹而真心了。也正是因为如此,才更要珍惜那些默默守护在你生活中的朋友。别看平时忙的少有见面,少有聊天,就连微信,都少有私信。但有 事儿的时候,只一声招呼,谁能出力都会挺身而出,义不容辞。 真正好的朋友,从来不需要这些表面功夫。走在这漫漫俗尘,形如微尘的我们,每天忙碌的像只蝼蚁,哪有时间去整那些虚假的表面文章。那些沉淀在岁月里的真情实意,哪一个不是无事各自忙,有事时,却又从不问回 报几何的真心相助? 至于那些平日里看上去可以一起打闹,一起吃喝,一起厮混,看似好成一片的人,或许,只是你在多少次的四目相对之时,动了真心,存了真义,是你默默认定对方可称朋友,有困难的时候是你愿意伸以援手,但未 必对方一样。 多少看似热情的人,内心是薄情的。而多少看似淡漠的人,内心实则一片温热。那些表面热诚的人,总是相安无事各自好,一旦你有事需要援助,别说大事,就是小事需代劳,你都会发现原来不过情比纸薄,对方远 比你自己想的要现实的多。 有些人,自从与你接近,内心就存有一份自己的打算。定是你于他而言,多少有些可用之处。正所谓无事献殷勤,非奸即盗。在这个功利心弥漫的世态下,没有哪一份意外的热情不无所图。不仅是职场如此,男人如 此,就连女人也不能免俗。 接孩子的时候,被困高层电梯下不来,一个电话打来,希望能帮忙照看一下放学的孩子。实在的人总是把别人毫不见外的信任,当作是一种荣幸,于是想都不用想就能一口答应。可当你有事需要对方只是代笔签个字 这样的举手之劳时,对方都能各种不情愿各种推脱,至此你终是发现,原来人与人之间真不是一杯换一盏的事儿。关键时刻,还是得找那些看似平时不联系,但一开口能力范围之内就愿意为你想办法的人。 多少人天真的以为,认识的人越多,人脉就越广,自己就越厉害,其实,那些所谓的人脉,不过廉价。倘若你没有同等的利用价值,谁会与你建立起所谓的交际?最是谈钱伤感情,也最是感情不值钱。别结识了比自 己优秀比自己有能力的人,就觉得有了依靠有了光环,自己不足够优秀,结识谁都没有用。在你困难需求的时候,你开口求助,能够推脱敷衍那算给面子,对你闭门不见佯装不熟也是情理之中。 日久见人心,患难见真情。平时是平时,别把平时当真情。这世上多少人变脸如翻书,有求于你一个样,各自安好一个样,最是有求于他嘴脸陋,让你瞬间就明白,何谓人情凉薄。 随着年龄的增长,人心的不再纯澈,人与人之间的交往就不再那么的纯粹而真心了。也正是因为如此,才更要珍惜那些默默守护在你生活中的朋友。别看平时忙的少有见面,少有聊天,就连微信,都少有私信。但有 事儿的时候,只一声招呼,谁能出力都会挺身而出,义不容辞。 第 24 页 共 23 页 第 25 页 共 23 页 第 26 页 共 23 页

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