去毛刺机床电气控制分析与plc改造(终稿).doc

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）去毛刺机床电气控制分析与PLC改造卞国新 班 级 07机电四 专 业 机电一体化 教 学 系 机电系 指导教师 李智明 完成时间 年 月 日至 年 月 日 目 录1 概述-11.1去毛刺机的介绍与改造要求-11.2电气控制系统-21.3可编程序控制器-32 专业去毛刺机床电气控制线路分析-52.1工艺过程-52.2主电路原理图的分析-52.3控制电路的分析-63 程序的调试与PLC的使用- - -143.1基于PLC对机床控制电路进行改进-143.1.1控制要求-143.1.2输入输出配置-153.1.3工作方式与梯形图-163.1.4程序清单-183.2调试与运行- -144结论-21个人小结谢辞参考文献附图摘 要：本次毕业论文是专用对去毛刺机床设备的介绍，工作原理与电气控制系统的分析，再对机床辅助电路控制系统进行PLC改造。主要进行了对电气控制系统的改进，在以前继电器控制系统产品的基础上，采用了工业控制专用计算机可编程控制器控制系统。在PLC及外部电气系统控制下，通过控制进给油泵电机、主轴电机、冷却电机、等三个电磁阀的逻辑程序动作，完成去除各类零件的毛刺任务。利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床电气控制对系统液压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。关键词：主轴电机、专用去毛刺机床、PLC1 概 述随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来一门新兴边缘技术学科。该设备名称为去毛刺专用机床。它是适用于各类零件毛刺去除。机床的有三个电机和三个汽缸，主轴电机，进给电机，冷却电机，定位夹紧缸，插刀缸，去刺缸，接触器，继电器等组成。1.1去毛刺机床的介绍与改造要求在现代化工业生产中，生产工艺要求的提升，使得在工业生产的各个过程中工作要求更加缜密，更加仔细。其中之一的对工厂加工部件的去毛刺机的这一过程就突显对生产工艺的要求之高。去毛刺机床是目前工业生产过程中对工部件表面进行抛光处理的一种较为常用的系统设备。去毛刺机床可以去处各种工件生产加工时产生的毛刺。去毛刺机床主运动由电动机M1集中传动，旋转零件是靠主轴运动来完成。 主轴电动机M1制动采用接触器反接制动器。刀架快速移动、加工由进给油泵电动机M2拖动。 冷却泵由电动机M3拖动。进给运动的纵向左右运动，横向前后运动，以及快速移动、转动都由手动操纵。此次毕业设计，是根据生产机械的控制要求，完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料，采用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床液压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。任务是：将加工出来的半成品零件在生产过程中所产生的毛刺进行去除。要求是：工件从定位夹紧插刀进去刺进去刺退插刀退松夹拨销。将操作方式由电气系统控制的手动控制操作改进为由可编程序控制器（PLC）控制的手动与自动控制操作。机床电机的控制仍是用继电器和接触器来控制。1.2 电气控制系统电气控制系统是由电气元件按照一定要求连接而成，是机床的重要组成部分。不但可对各台电动机的启动、制动、反转、停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、联锁、顺序切换、显示工作状态的功能。但对生产过程比较复杂的系统使用继电器和接触器会产生一些问题，比如说接线复杂，维护费时费力。元器件多，故障点就多。接线完成后就只能实现一种特定的功能。操作繁琐。1.3 可编程序控制器可编程序控制器（Programmable Logic Controller，习惯上简称为PLC）是以微处理器为核心的通用工业自动化装置。是20世纪60年代末在继电器控制系统的基础上开发出来的，它将传统的继电器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。具体来说，PLC的特点表现为以下几个方面：硬件的可靠性高。PLC专业在工业环境的恶劣条件下应用而设计。一个设计良好的PLC能置于有很强电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固、简化安装，使它易于抗振冲击，对印刷电路板的设计、加工和焊接都采取了极为严格的工艺措施，而在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以在发生故障的部位大多集中在输入/输出的部位以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁阀、电机等外围装置上。编程简单，使用方便。用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序的执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种损耗是微不足道的。接线简单，通用性好。在电信号匹配的情况下，PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀）与PLC输出端子连接。接线简单、工作量少，省去了传统的继电器控制系统的接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的逻辑关系，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上已经设计成为PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。可连接为控制网络系统。PLC可连接成为功能很强的网络系统。一般PLC网络可以分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，通信速率1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点达1024。这两类网络相连，可以兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。易于安装，便于维护。PLC安装简单而且功能强大，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方。在大型PLC系统的安装中，远程输入/输出安放在最优地点。远程I/O站通过同轴电缆或双轴线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，远程子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有的器件都是模块化的，维护时只需要换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，能指示器件是否正常工作，借阻于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。另外，PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体，并且还可以完成以下功能：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、A/D和D/A转换、数据处理、通信联网、对控制系统监控。总的来说，PLC的推广应用已在世界范围内形成热潮，目前PLC发展方向主要是朝着小型化、廉价化、标准化、系列化、智能化、高速化、大容量化、网络化方面发展，这将使PLC功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用而更广。 因此，近年来在工业自动化控制、机电一体化、改造传统产业等方面广泛的应用。2 专业去毛刺机床电气控制线路分析2.1 工艺过程工件的定位夹紧装置的动作由二位四通电磁换向阀完成定位液压缸和夹紧缸动作，控制插刀液压缸和去刺液压缸活塞运动方向的切换电磁阀线圈三位四通电磁换向阀与三位四通电磁换向阀来完成。去毛刺液压控制生产线的工艺流程具体说明如下：（1）、定位夹紧缸工作：夹紧工件，工件被夹紧后，夹紧缸内压力达到压力继电器KP设定的值后停止工作，转到下一步工序。（2）、插刀缸工作： 插刀前进，碰到工件后即触到限位开关2ST（SQ2）后停止。（3）、去刺缸工作：去刺前进，去刺结束后，碰到限位开关4ST（SQ4）后停止。（4）、去毛刺完毕后：去刺后腿，退回至碰到限位开关3ST（SQ3）后停止。（5）、插刀后腿：碰到限位开关1ST（SQ1）即停止工作。（6）、插刀完毕后：定位夹紧缸开始松夹停止，被去过毛刺好的工部件被取下来。至此，整个取毛刺的过程完成了一个工作循环，再按下启动按钮，则开始下一个工件去毛刺的工作循环。2.2 对主电路原理图的分析图21 电气原理图主电路的电机是由接触器KM1、KM2、KM3分别控制，如图21所示。 机床的三相电源由电源引入开关QS引入，经熔断器FU1，实现对主电路的过流过压和短路保护。主轴电动机M1，由接触器KM4控制运行，接触器KM1串联电阻R实现降压制动。同时采用过热继电器FR1实现过载保护，还有接地保护。另外用速度继电器KS来限制电机的最大转速。进给电动机M2，由接触器KM2控制实现刀架的快速移动加工，有接地保护和过载保护过热继电器FR2.冷却电机M3，由接触器KM3来控制实现拖动冷却泵对工件进行冷却，有接地保护和过载保护过热继电器FR3。机床电气传动的特点及控制(1) 机床主运动由电动机M1集中传动，旋转零件（满足零件加工要求）是靠主轴运动来完成。(2) 主轴电动机M1制动采用接触器反接制动器。(3) 刀架快速移动、加工由进给油泵电动机M2拖动。 (4) 冷却泵由电动机M3拖动。(5) 进给运动的纵向左右运动，横向前后运动，以及快速移动、转动都由手动操纵。电动机型号：( GB 755-81电机基础技术要求)主轴电机M1：Y160M-4 11KW 380V 23.0A 1460r/min进给电机M2：Y90S-4 1.1KW 380V 2.7A 1400r/min 冷却电机M3：JCB-22 0.15KW 380V 0.43A 2790r/min2.3 电路控制分析合上引入开关QS，按下开关SB4，继电器KM4锝电，电机M1运转，同时常开开关KM4闭合实现自锁。开关SB1是转换开关，按下SB1继电器KM4失电。当电机M1的转速小于速度继电器KS的设定值，电机M1直接停止工作。当电机M1的转速大于速度继电器KS的设定值，KS的常开开关就会闭合，继电器KM1得电，电机M1与R串联，电机电压降低，电机转速下降最后停止工作。按下按钮SB2接通接触器KM2，KM2得电，常开开关KM2闭合自锁，按下SB5继电器KM2失电，电机停止工作。电机M3由继电器KM3控制 ，SB3为启动开关 ，SB5为停止开关。合上按钮SB4,中间继电器KA1得电，同时常开开关KA1闭合自锁。加紧汽缸开始工作，当缸内压力达到压力继电器KP的设定值后，常开开关KP闭合，KA2得电，开关KA2闭合自锁，同时KA1失电保持。插刀缸前进，碰到工件后即触动限为开关2ST（SQ2）后停止。限位开关SQ2闭合，中间继电器KA4得电，去刺缸前进，去刺结束后，碰到限位开关4ST（SQ4）后停止。限位开关SQ4闭合，中间继电器KA5得电，去刺后退，退回至碰到限为开关3ST（SQ3）后停止。限为开关SQ3闭合，中间继电器KA3得电，碰到限位开关1ST（SQ1）即停止工作。2.43 控制系统的PLC改进设计3.1设计PLC控制系统3.1.1控制要求本生产线除装卸工部件外，整个工艺过程能自动运行。同时，定位夹紧缸、去刺缸、插刀缸均能进行自动化控制和手动控制，以便对设备进行调整和检修。采用了二位四通电磁换向阀完成定位液压缸和夹紧缸动作，控制插刀液压缸和去刺液压缸活塞运动方向的切换电磁阀线圈三位四通电磁换向阀与三位四通电磁换向阀来完成。3.1.2 输入输出配置根据机床工作的动作顺序，各个继电器与电机的得电顺序和各动作之间的互锁与联锁等输入信号分析：（1） 输入信号1） 行程开关：用于定位加紧汽缸，插刀汽缸，去刺汽缸的位置检测和自锁每个汽缸采用4个接触式开关。2） 主令开关：泵的起停开关，手动和自动转换开关，急停按钮 。（2） 电磁阀线圈：控制汽缸换向的电磁阀，共6个电磁阀线圈，还有一个泵控制线圈。由此可见，本系统至少需要19个输入点和7个输出点。3.1.3 PLC上的选用与I/O地址的分配已知控制系统的输入输出的点数：输入点为19点；输出点为7点。选择日本三菱公司生产的F系列产品。因此选择了F2N-48MR型可编程控制器。其输入继电器编号为X0X7，X10X17，X20X27共24点；输出继电器的编号为Y0Y7和Y10Y17，Y20Y27共24点。1） I/O分配见表31。表3-1 I/O信号分配表输 入输 出定位夹紧到位X0建压 Y0定位夹紧后位X1定位夹紧Y1插刀到位X2拔销松夹Y2插刀后位X3插刀进Y3去刺到位X4插刀退Y4去刺后位X5去刺进Y5脚踏开关（开）X6去刺退Y6 脚踏开关（关）X7自动X10手动X11定位夹紧X12拔销松夹X13插刀进X14插刀退X15急停 X16去刺进X17去刺退X20泵启动X21泵停止X22总计输入点数为 19总计输出点数为 73.1.4 工作方式与梯形图根据生产工艺和控制要求编制的梯形图，应包括手动操作和自动控制两段程序。（1） 手动操作设有夹紧、放松手动操作；插刀进、退手动操作；去刺进、退手动操作。手动控制梯形图32 第1段程序CJP700EJP700逻辑行程序段。当工作方式选择旋钮SB4置于“手动”时，X11常闭触点断开，转换条件成立，执行“手动”控制程序。按下按钮SB2时，X21常开触点接通Y0得电，液压机建压启动。拨动旋钮SB5时，X12或X13常开触点接通，Y1或Y2、YV1得电吸合，定位夹紧缸定位夹紧或拨销松夹。同理，拨动旋钮SB6时，X14常开触点接通Y3或X15常开触点接通Y4，YV2得电或YV3d得电，插刀缸进刀或退刀。拨动SB7时，X17常开触点接通Y3或X20常开触点接通Y6，YV4得电或YV5得电，去刺缸去刺进或去刺退。为了避免定位夹紧缸、插刀缸、去刺缸在完成了相应的定位夹紧/拨销松夹；插刀/退刀；去刺进/去刺退的工作后仍然继续施加压力，所以在进行每项工作时都添加了限位保护开关，以确保施力准确到位。另外，在每步中，也都添加了互锁的环节，为了防止定位夹紧和拨销松夹、插刀进退、去刺进退的同时进行。最重要一点就是在插刀进到去刺退的这个阶段还要保证定位夹紧缸时时刻刻夹紧工部件，否则，这个阶段所有工作全都失效。图3-2 手动操作梯形图（2） 自动控制去毛刺的过程时典型的顺序控制，通常采用中间继电器来实现控制要求。去毛刺PLC控制系统的梯形图如图33。图中第2段程序CJP701EJP701为自动控制程序段，要进行自动控制程序，自动工作的动作过程说明如下：（1）、定位夹紧缸工作：夹紧工件，工件被夹紧后，夹紧缸内压力达到压力继电器KP设定的值后停止工作，转到下一步工序。（2）、插刀缸工作： 插刀前进，碰到工件后即触到限位开关2ST（SQ2）后停止。（3）、去刺缸工作：去刺前进，去刺结束后，碰到限位开关4ST（SQ4）后停止。（4）、去毛刺完毕后：去刺后腿，退回至碰到限位开关3ST（SQ3）后停止。（5）、插刀后腿：碰到限位开关1ST（SQ1）即停止工作。（6）、插刀完毕后：定位夹紧缸开始松夹停止，被去过毛刺好的工部件被取下来。至此，整个取毛刺的过程完成了一个工作循环，再按下启动按钮，则开始下一个工件去毛刺的工作循环。在实际自动控制过程中，会出现一系列不可预见的情况，在此特别注明，在设计中增加了脚踏开关SF1、SF2，因为在实际定位夹紧工部件所处的位置并不是象理想中一样完美，添加SF1以便于调整零件的位置，SF2实为SF1自锁，伴随整个自动过程。添加急停按钮SEM1，目的是为了在工作中如果出现意外事故，即可以采取紧急的制停措施，从而不至于造成更大的伤害。 图3-3 自动操作梯形图3.1.5 程序清单根据梯形图编制的程序单如下：程序号指 令程序号指 令0001LDX5060054OUTM1000002ANIX5070055LDX4060003OUTT4540056ORY433K50057ANIT4520005LDT4540058ANIX4040006ORY4300059ANIY4340007OUTY4300060ANDY4310008LDIX4100061ANDM1000009ANIY430 0062OUTY433CJP7000063LDX4040011LDX4110064OUTT4500012ANIX400K10013ANIY4320066ORY4350014OUTY4310067LDM1000015LDX4120068ANDT4500016ANIX5050069OUTT4520017ANIY431K120018OUTY4320071ANIX4030019LDX4130072ANIT4520020ANIX4020073ANIY4360021ANIY4340074ANDY4310022ANDY4310075OUTY4350023OUTY4330076LDX4040024LDX5000077ORT4520025ANIX4010078ORY434 0026ANDY4310079ANIY4330027ANIY4330080ANIX4010028OUTY4340081ANDY4310029LDX5030082OUTY4340030ANIX4040083LDX4030031ANIY4360084ORY4360032ANDX4310085ANIY4350033OUTY4350086ANIX4020034LDX5040087ANIX4310035ANIX4030088OUTY4360036ANIY4350089LDX4040037ANIY4310090ANIX4050038OUTY4360100OUTT451EJP700K40040LDIX4070101ANIM1000041ANIY4300102ANIY431CJP7010103ANIT4510043LDX4050104OUTY4320044ORM100EJP7010045ANIY432END0046ANIY5020047OUTY4310048LDX4000049ANDX4060050ORM1000051LDX4030052ORIY4360053ANIX5023.2 调试与运行PLC程序编写完成后，通过编程器写入到PLC存储器中，首先对照步进流程图进行校对、修改、补充后，然后进行室内模拟调试。把电气控制系统的各限位开关、液动电磁阀负载，在模拟板上用信号指示灯代替。然后运行程序，看是否符合预计的动作要求，发现错误立即修改和调整程序，直到满足工艺流程和状态流程图要求。室内模拟调试完成后，把程序固化在PLC中，可以进入现场实际运行调试阶段。这时先不带负载，只带上驱动电磁阀的线圈，而与之连接的机械负载则脱开，再连上必要的指示信号灯，即空载运行调试。在空载运行调试阶段时，可以按运行方式如回原点、点动、手动操作、单周期运行等逐步进行，最后进行连续运转调试。在调试运行中，可借助于步进流程图，判断故障原因与部位，随时查清原因，及时采取修改程序或接线等措施予以排除。如果运行正常了，则可以进入带负载运行调试阶段。将各电磁阀连接上机械负载，并通过操作按钮按去毛刺专用机床工艺顺序，手动运行各机械部份看动作是否正常，如插刀进/退、去刺进/退、定位夹紧动作顺序，有无机械位置干涉等现象。如有机械干涉可通过调整各个接近开关的安装位置等措施解决，还可以通过调节其距离来控制去刺刀的范围。经仔细调整一切正常后，就可以启动PLC进行自动运转。但在自动运转阶段时，必须密切注意观察机床各部件动作，如有异常立即按紧急停止按钮停车检查。最后再进行考机运行，一般连续运行72小时以上，以考核电气及机械运行是否稳定可靠，如遇干扰一般要采取以下措施来解决如：检查PLC控制柜、液动电磁阀等接地是否良好（一定要分别接地）；清查接线看强弱电信号线有无分开敷设；在PLC输入通道加接硬件滤波（如阻容滤波）。通过对专用机床PLC控制系统的室内模拟调试和现场带负载运行调试工作，我深切体会到以上调试原则和步骤的重要性，往往遇到问题按学过的知识和方法去处理就能顺利解决了。6 结 论此次设计它是适用于各类零件毛刺去除。主要解决如何快速去除毛刺的有关电气控制和PLC程序编制系统工作过程。此次毕业设计，是根据生产机械的控制要求，去毛刺专用机床电气控制系统的设计和完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料，要求利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床电气控制对系统液压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。根据零件对控制系统的要求，论证了总体方案，选择了我认为是最佳方案的PLC控制系统。通过对PLC的输入、输出信号的分析计算、论证，合理的对PLC进行了选型。并且通过现场实习，弄清了去刺机的各部组成，结构及工艺动作要求，绘制出了控制逻辑动作程序图及程序梯形图，据此编制出了PLC控制程序。并且参加了电动机、电磁阀和各限位开关的外部电路设计。从而，初步掌握了机电一体化产品的设计过程和要求。总体来说，此次设计给我的影响颇大，让我知道了什么才算是一个真正的设计方案，它与以往的PLC课程设计有很大的区别，后者只要画出外部接线图，并且编好程序，整个工作就差不多算完工了。而现在，不仅仅要考虑这些，还要考虑诸多方方面面的问题。如：控制机器的各种按钮开关的选型；PLC机身如何放置，怎样放置？在操纵PLC和放置PLC时都要考虑到应该设计怎样一个操纵设备和控制设备来解决这些问题等等。对于现在新型的PLC技术，我还十分陌生，我一定要结合此次毕业设计的经验，努力学习，掌握好新技术，为以后立足工作岗位打好基础。个 人 小 节三年的大学学习，让我的专业知识有了进一步的提高。毕业设计是我们学习中最后一个重要的实践性环节，它是一个综合性较强的设计课题，为我们以后从事实际的技术工作，打下了一个良好的基础。并且对我们掌握所学知识情况，进行了全面而又直观的检验。为了能够完成这次毕业设计，我投入了全部精力，做了充分的准备工作。首先，我针对所选毕业课题，在指导老师的指点和帮助下，搜集和整理了有关资料，根据设计要求，再对资料做归类、分析。其次，依据指导老师给出的设计任务要求，先制定并论证了总体设计方案，按以保证设计不走弯路，按照已得到老师认可的总体方案，一步一步去做，从而顺利的完成了本课题设计。毕业设计虽已经结束了，但想想我在其中所学到的知识，所遇到的困难，仍记忆犹新。它让我明白了无论是设计新产品，还是改造原先的老产品，都是一个复杂的技术过程，容不得半点含糊。设计人员应先明白设计的目的，了解产品的价值和实用性，其次要对设计的产品进行构思，确定总体方案，查阅资料，最后编写产品的设计说明书，进行绘图，这些一步都不能少。这次的毕业设计，培养了我的独立思考、分析解决问题的能力，拓宽了我的知识面，是一次极好的磨练机会！参考文献1. 赵永成、五丰、李明颖 编著：机电传动控制 北京：中国计量出版社。2003.82. 程周主 编著：电气控制与PLC原理及应用 北京：电子工业出版社。2003.73. 吴晓君、杨向明 编著：电气控制与可编程控制器应用 北京：中国建材工业出版社。2004.24.常晓玲 编著：电气控制系统与可编程控制器 北京：机械工业出版社 2004.15.王也仿 编著： 可编程控制器应用技术 北京：机械工业出版社 2001.96.余雷声、方宗达 编著： 电气控制与PLC应用 北京：机械工业出版社 1998.107齐占庆 机床电气控制技术 北京：机械工业出版社 1999.108张文宽 编著：怎样扩大车床的应用 机械工业出版社9史贵权 编著：机械毕业设计指导 哈尔滨兵器工业职工大学 198410.常见机构的原理及应用编导组编常见机构的原理及应用 机械工业出版社 197711.吴宗泽 编著：机械零件中央广播电视大学出版社 199412.张策主编.机械原理与机械设计 M北京：机械工业出版社，2004.913. 张京辉主编.机械设计基础 M西安：西安电子科技大学出版社，2005.2 14. 孔庆华主编.机械设计基础 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