自动钻床PLC控制系统的设计毕业设计.doc

毕 业 设 计 成 果
（产品、作品、方案）

设计题目: 自动钻床PLC控制系统的设计

二级学院 航空电子设备维修学院
专 业 电气自动化
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指导教师

诚信声明

本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在老师的指导下，独立完成所取得的成果。尽我所知，设计中除特别加以标注的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。本声明的法律结果由本人承担。

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2016年 12 月 25 日 2016 年 12 月 25 日

目 录
1 概述 5
1.1自动钻床概述 5
1.2 PLC的特点 5
1.3自动钻床的结构 6
1.4 PLC的工作原理 7
2 自动钻床PLC控制系统的总体设计思路 8
2.1 自动钻床PLC设计要求 8
2.2 自动钻床PLC整体设计 11
3 自动钻床PLC控制硬件设计 13
3.1 自动钻床PLC的I/O分配表 13
3.2 自动钻床PLC接线图 15
4 自动钻床PLC控制程序设计 16
4.1 自动钻床PLC SFC程序图 16
5 自动钻床PLC控制系统软硬件仿真及调试 19
5.1 自动钻床PLC SFC程序仿真调试 19
5.2 自动钻床系统接线与调试 22

6 总结 25
7 参考文献 26

1 概述
1.1自动钻床概述
自动钻床是一种自动化钻孔平台，是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。也有称为打孔机、钻孔机、打眼机、通孔机等。通过对精密部件进行钻孔，来达到预期的效果，自动钻床有自动钻床和手动钻床，随着人力资源成本的增加；大多数企业均考虑自动钻床作为发展方向。随着时代的发展，自动钻床的钻孔技术的提升，采用自动钻床对各种五金模具表带钻孔表带钻孔首饰进行钻孔优势明显。
1.2 PLC的特点
采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，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。安装简单，维修方便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。本题采用了以工业顺序控制过程中广泛使用的可编程控制器PLC对自动钻床进行控制，通过对自动钻床的工作原理的分析，提出总体设想，初步设计了电气传动部分的设计方案和PLC控制的程序流程图。

1.3自动钻床的运动形式
自动钻床的主运动包括主轴带动刀具的旋转运动和主轴带动刀具的轴向进给运动。
自动钻床的辅助运动包括外箱安装在摇臂的水平 导转轨上通过手轮操作可以使其沿导轨做径向移动，主轴电机的上升和下降，主轴箱夹紧动作等。

1.4 PLC的工作原理
（1）PLC采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符，又返回第一条，如此周而复始的不断循环。 
（2）这个工作过程分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间成为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。 
（3）通信操作服务阶段，PLC与一些职能模块通信，相应程序器键入的名利，更新编辑器的显示内容。 
（4）当PLC处于停止状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、到程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。其PLC的工作原理流程图如图1-1所示。

图1-1 PLC工作原理流程图

2 自动钻床PLC控制系统的总体设计思路
2.1 自动钻床PLC设计要求
（1）按下启动按钮，系统进入启动状态。
（2）当光电传感器检测到有工件时，工作台开始旋转，此时由计数器控制其旋转角度（计数器计满2个数）。
（3）工作台旋转到位后，夹紧装置开始夹工件，一直到夹紧限位开关闭合为止。
（4）工件夹紧后，主轴电机开始向下运动，一直运动到工作位置（由下限位开关控制）。
（5）主轴电机到位后，开始进行加工，此时用定时5秒来描述。
（6）5秒后，主轴电机回退，夹紧电机后退（分别由后限位开关和上限位开关来控制）。
（7）接着工作台继续旋转由计数器控制其旋转角度（计数器计满2个）。
（8）旋转电机到位后，开始卸工件，由计数器控制（计数器计满5个）。
（9）卸工件装置回到初始位置。
（10）如再有工件到来，实现上述过程。
（11）按下停车按钮，系统立即停车。其流程图如图2-1所示。
开始
N
Y
工作台旋转，计数器计数。
计数器=2？
N
夹紧装置夹工件。
N
主轴电机向下运动
到工作位置？
N
关电传感器是否检测到有工件？
是否夹紧？
Y
Y
Y
加工，并计时T。
T=5?
主轴电机回退，夹紧电机后退。
工作台旋转，计数器计数。
计数器=2？
卸工件，计数器计数。
计数器=5？
卸工件装置回位
N
Y
N
Y
Y
N
是否有工件到来？
结束
N
Y
图2-1 流程图
2.2 自动钻床PLC整体设计
电压：3/PE/380,有下列电机:M1---主轴电机,M2---夹紧电机，M3---旋转电机，三相交流电源由开关 Q引入。M1为主轴电动机。由接触器 KM1控制其单方向起停，热继电器 FR1做过载保护。M2为夹紧电动机，由接触器 KM4和 KM5控制其正反转，由热 继电器 FR2做过载保护。M4为旋转电动机。 熔断器 FU1作为 M1的短路保护，熔断器 FU2作为 M2、M3及控 制电路的短路保护。所有电动机外壳均采取接地保护。 M1，主轴电机；M2，夹紧电机；M3，旋转电机。其自动钻床PLC主线路图，如图3-4所示。

图2-2 主线路图

3 自动钻床PLC控制硬件设计
3.1 自动钻床PLC的I/O分配表
（1）启动控制开关X0：按着此按钮系统进入启动状态。
（2）光电传感器X1：当光电传感器检测到有工件时，工作台开始旋转。
（3）夹紧限位X2：主轴电机开始向下运动，一直运动到工作位置。
（4）主轴电动机向下限位X3：控制主轴电机向下运动到工作位置
（5）主轴回退限位X4：主轴电机回退，夹紧电机后退。
（6）夹紧电机回退限位X5：控制主轴电机回退。
（7）停止按钮X6：控制系统停车。其I/O分配表如表3-1、3-2所示。

表3-1 I/O输出分配表
名称
元件
输入
启动按钮
SB1
X0
光电传感器
SQ1
X1
夹紧限位
SQ2
X2
主轴电动机向下限位
SQ3
X3
主轴回退限位
SQ4
X4
夹紧电机回退限位
SQ5
X5
停止按钮
SB2
X6

3-2 I/O输入分配表
名称
元件
输出
启动状态
KM1
Y0
工作台正转
KM2
Y1
夹紧工作装置
KM3
Y2
主轴电动机向下运动
KM4
Y3
主轴加工
KM5
Y4
主轴回退
KM6
Y5
夹紧电机回退
KM7
Y6
工作台反转
KM8
Y7
卸工件
KM9
Y10

3.2 自动钻床PLC接线图
自动钻床PLC接线图，如图3-3所示。

停止 SB2
上限位
夹紧后限位
下限位
夹紧限位
光电传感器
220V
FR
KM7
KM6
KM5
KM4
KM3
KM2
KM1
Y0
Y1

Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
COM1
COM
X0
X1
X2

X3

X4
X5
X6
COM2
220V

图3-3自动钻床PLC接线图

4 自动钻床PLC控制程序设计
4.1 自动剪板机PLC SFC程序图
按下启动按钮，系统进入启动状态；当光电传感器检测到有工件时，工作台开始旋转，此时由计数器控制其旋转角度（计数器计满2个数）；工作台旋转到位后，夹紧装置开始夹工件，一直到夹紧限位开关闭合为止；工件夹紧后，主轴电机开始向下运动，一直运动到工作位置（由下限位开关控制）；主轴电机到位后，开始进行加工，此时用定时5秒来描述。5秒后，主轴电机回退，夹紧电机后退（分别由后限位开关和上限位开关来控制）；接着工作台继续旋转由计数器控制其旋转角度（计数器计满2个）；旋转电机到位后，开始卸工件，由计数器控制（计数器计满5个）；卸工件装置回到初始位置。如再有工件到来，实现上述过程；按下停车按钮，系统立即停车。其自动钻床SFC程序图如图4-1所示。

S0
M8002
S0
Y0
S10
Y1
C0 k2
S12
Y2
X0
C0
RST C0
C1
S11
X1

X4
X2
S13
Y2

Y3
X3
S14
Y4
T0 k50
T0
S15
Y5
Y6

S12

S0
S10
S16

S17
Y0
C1 k2
C1

Y7
C2 k5
C2
C2
RST C1

C1

图4-1 自动钻床SFC程序图

5 自动钻床PLC控制系统软硬件仿真及调试
5.1 自动钻床PLC SFC程序仿真调试

按下启动按钮系统进入启动状态，当光电传感器检测到有工件时，工作台开始旋转，如图5-1所示。

图5-1 系统启动

主轴电机到位后，开始进行加工，计时5秒后主轴电机回退，夹紧电机后退，如图5-2所示。

图5-2 系统仿真图（一）

按下停止按钮，系统停止运行，卸工件装置回到初始位置如图5-3、5-4所示。

图5-3 系统仿真图（二）

5图5-4 系统仿真图（三）

5.2 自动钻床系统接线与调试
当光电传感器检测到有工件时，工作台开始旋转，如图5-5所示。

图5-5 系统接线调试图（一）

工件夹紧后，主轴电机开始向下运动，一直运动到工作位置，主轴电机到位后，开始进行加工。如图5-6、5-7所示。

图5-6 系统接线调试图（二）

图5-7 系统接线调试图（三）

工件夹紧后，主轴电机开始向下运动，一直运动到工作位置。如图5-8所示。

图5-8 系统接线调试（四）

6 总结

通过本次毕业设计，我对自动钻床PLC控制和系统流程，进一步了解和熟悉，对GX软件已经能过比较熟练掌握，在个方面都有了很大的收获，不过同时也看到了自己的不足，也增强了我的动手能力和自主能力。
通过这次的毕业设计我了解到了钻床的组成部分和适用范围。在这次的毕业设计中我的自动钻床用到的是PLC控制，其中使用到了三菱GX Developer编程软件和仿真软件。使用PLC可以修改控制程序，PLC的可靠性和灵活性是自动钻床具有良好通用的保证。
软件的部分，实现了PLC SFC程序图的控制方式，同时可以对基本的WORD软件的操作有了一定的熟悉。通过这次毕业设计使我更加看到了自己的不足，我认识到不管做什么事都需要大胆假设，小心求证，绝不能想当然的猜测。而且通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在以后的学习工作中我都会记住这次毕业设计经验，使我受益匪浅。

7 参考文献
[1]彭小平.电气控制及PLC应用技术（三菱）[M].北京：机械工业出版社，2011。
[2]阮友德.电气控制与PLC实训教程[M].北京：人民邮电出版社,2006。
[3]江永富，廖晓梅.三菱PLC编程手册[M].北京：机械工业出版社，2008。
[4]黄坚.自动控制原理及其应用[M].北京：高等教育出版社，2014。
[5]汤以范.电气与可编程序控制器技术[M].北京：机械工业出版社，2004。
[6]朱绍祥.可编程序控制器原理与应用[M].上海：上海交大出版社，2004。
[7]罗文，周欢喜，易江义.电气控制及PLC技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008。
[8]刘长青主编.电气控制与 PLC 应用技术.科学出版社，2008。
[9]贾德胜.PLC应用开发实用子程序[M].北京：人民邮电出版社,2006。
[10]周欢喜.电气控制PLC技术[M].西安:西安电子科技大学出版社，2008.

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