机电大实验-PLC控制的液压系统开发流程并设计一个液压控制系统

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1、目 录第一章 实验目的要求内容1.1 实验目的1.2 实验器材1.3 实验要求1.4 实验内容第二章 系统工艺设计2.1 总体方案设计2.2 被加工零件图2.3 加工工艺示意图以及动作循环图2.3.1 零件加工工艺过程及其位置控制2.3.2 动作循环图第三章 系统液压油路设计3.1 液压回路设计3.2液压回路得电顺序表第四章 PLC控制系统设计4.1 系统功能设计4.2 实际器材的选型及价格4.3 I/O口的点数及地址分配4.4 画出电气原理回路设计4.5 流程图4.6 PLC程序设计第五章PLC系统程序调试5.1 理论上的PLC输出对应如上表所示5.2实际遇到的困难第六章 结论及自我总结第一

2、章 实验目的要求内容1.1 实验目的 1. 能熟悉基于PLC控制的液压系统开发流程，并设计一个具体的液压控制系统。 2. 熟悉并掌握各种液压元件的技术参数和使用方法。 3. 熟悉掌握PLC的控制系统设计方法。 4. 能熟悉使用阶梯图编写液压系统的控制软件。 5. 搭配具体硬件连接，并完成软硬件的联调。1.2 实验器材 计算机、液压泵、各种液压阀、油管。液压接头、PLC实验板、导线等。1.3 实验要求 自己设计某个零件的批量生产加工工艺流程方案，要求采用液压系统作为动力部件，设计系统的工艺动作循环及系统控制油路、电磁阀的得电顺序表、系统功能设计、PLC控制电路原理图、PLC编程及系统调试。1.4

3、 实验报告内容及要求 1、详细说明本次实验实际思路、方案，画出动作循环、系统油路、电磁阀的得电顺序表、系统功能设计（自动/手动控制模式操作）、PLC选型及控制电路原理图设计，并文字说明。 2、详细说明PLC控制流程，确定输入/输出口，作I/O规划。 3、设计PLC控制梯形图，要求有自锁、定时器、MC及MCR指令的应用。 4、说明本次实验使用的传感器，与控制电路的接口。 5、自我总结（说明在本次试验中所做的具体工作内容，从试验中所学到具体专业知识，有何感悟和体会）第二章 系统工艺设计2.1 总体方案设计 图1：总体方案设计图 本小组设计是满足完成批量生产工件，自动装夹，自动装卸零件的设计要求。将

4、零件放置在传送带上，启动传送带后，工件右移，当零件到达传感器1时，液压缸3启动，夹具启动将工件推到挡板处，两处挡板装夹固定工件，装夹完成后，铣刀在SQ0/ST0处开始对工件进行铣削加工，当完成加工后，液压缸3后退，夹具松开，当传感器2收到信号后，液压缸3后退停止，此时液压缸2右移，工件掉落到零件箱中，挡板一定时间后复位，传送带启动，完成自动批量生产工件的设计。2.2 被加工零件图 图2：零件图2.3 加工工艺示意图以及动作循环图 2.3.1 零件加工工艺过程及其位置控制（1） 带传动带动工件，传感器1得到信号，带传动停止，工件到位。（2） 夹具装夹工件，夹具开始工进，夹紧工件。（3） 达到设定

5、压力后，压力继电器发出信号，通知工件装夹完毕。（4） 原位传感器ST0、SQ0和压力继电器同时检测到信号，Y快进。（5） Y快进到位，传感器ST2检测到信号，X工进。（6） X工进到位，传感器SQ1检测到信号，Y工进。（7） Y工进到位，传感器ST3检测到信号，X工进。（8） X工进到位，传感器SQ2检测到信号，Y工进。（9） Y工进到位，传感器ST1检测到信号，Y快退。（10） Y快退到位，传感器ST0检测到信号，X快退。（11） X快退到位，传感器SQ0检测到信号，铣刀停止。（12） 夹具松开，传感器2检测到信号，夹具复位到位。（13） 挡板右移2秒后自动停止。（14） 挡板左移2秒后停止

6、，同时传送带启动。 2.3.动作循环图： 图3：动作循环图第三章 系统液压油路设计 3.1 液压回路设计 四个液压缸分别代表X轴移动，Y轴移动，工件装夹和挡板液压缸。 图4：液压回路设计图 3.2液压回路得电顺序表表1：液压回路得电顺序表X轴（液压缸1）Y轴（液压缸2）装夹（液压缸3）装卸（液压缸4）1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA装夹-+-夹具松开-+-挡板右移-+-挡板左移-+X快进-+-X工进-+-X快退+-X工退+-+-Y快进-+-Y工进-+-Y快退-+-Y工退-+-+-第四章 PLC控制系统设计4.1 系统功能设计 本次小组设计是完成批量加工零件的设计，

7、所设计系统为专机，针对某零件的批量加工设计，可以完成零件的自动装夹，铣削加工，自动卸载工件和自动启动传动带等方面的设计。选择PLC作为系统的编辑执行控件，完成各个步骤以及执行铣削加工。4.2 设计器材的选型设计及其价格 4.2.1铣削力的计算： 由于零件的加工方式为立式铣削，采用硬质合金立铣刀，工件的材料为碳钢，查机械设计手册得立铣时的铣削力计算公式为： 其中铣刀直径为d=12mm，齿数为4，为了计算最大铣削力，取最大铣削宽度=15mm，背吃刀量为5mm，每齿进给量为f=0.1mm，铣刀转速n=3000r/min，则最大铣削力： 则可估算三个方向的铣削力分别为=1305.7N，=451.06N

8、，=296.75N，由于采用立铣，则，纵向铣削力，径向铣削力。 4.2.2铣削功率的分析与计算： 铣削过程中消耗的功率主要与圆周切削力Fe和铣削速度相关。即 ，其中液压缸的快进快退为4m/min，工进速度为0.5m/min，即=0.5m/min 4.2.3铣刀主轴电机选型： 由上式计算的功率选择上海犇马电机有限公司Y2Y160-4极15W三相异步电动机，由于转速与力矩的要求，故需要加用减速机。 4.2.4液压回路得计算： 由上计算铣刀驱动电机功率P=13.38KW，且铣刀直径d=12mm，铣刀转速n=300r/min，假设铣刀台质量m=50kg，静摩擦=0.2，动摩擦=0.1，静摩擦负载，动摩

9、擦负载=50N，液压缸机械效率=0.9，所以快进和快退中： 流量计算： 快进 工进 4.2.5液压缸的选型： 由初选山东恒鼎液压的HSG50双向缸，最大可以承受推力20096N和拉力12300N，则面积 由所选用液压缸工作时压力为2MPa，则，故本小组选用的液压缸满足使用要求。 4.2.6所有零件选型清单：表2：各个零件的选型物品品牌与厂家参数价格数量铣刀九利TAPC4刃 1230c127590元1液压缸山东恒鼎液压HSG50双向缸502810060元4两位三通电磁换向阀4WE10B榆次锋特行液压机械制造有限公司两位三通180元2三位四通电磁换向阀DSG-03-3C6-DC三位四通2104按钮

10、LAY7-11BN22MMLAY37 德力西电气6.5元2开关空气开关FD20-2P63 飞雕西电气双极19.65液压站1.5kw液压站 赫德沃液压最大压力7mpa额定压力5mpa最大流量16L/min950元1传感器（接近开关）E3f-ds30c4 名扬电气24V 直流三线16元9压力传感器紫鑫五金硅压阻式传感器54元1铣刀主轴电机Y2Y160-4极 上海犇马电机有限公司15kw1480元1节流阀KC-03 百斯特液压六角管式11元3波段开关KXM-5 红升电子两层4刀5档29.5元14.3 I/O口的点数及地址分配表3：I/O口的点数及地址分配序号变量地址注释序号变量地址注释1X0压力传感

11、器33Y1310YA2X1传感器134Y14主轴启动3X2传感器235M200快进（缸1）4X3SQ036M201快退（缸1）5X4SQ137M202工进（缸1）6X5SQ238M203工退（缸1）7X6ST039M204快进（缸2）8X7ST140M205快退（缸2）9X10ST241M206工进（缸2）10X11ST342M207工退（缸2）11X12sb1泵站启动43M208夹具进（缸3）12X13sb2急停44M209夹具退（缸3）13X14sb3循环启动45M210挡板进（缸4）14X15X轴46M211挡板退（缸4）15X16Y轴47M212手动带传动启动16X17夹具48M10带

12、传动启动17X20挡板49M11带传动关闭18X21前进50M20夹具启动（缸3）19X22后退51M30夹具到位（缸3）20X23速度快慢52M40Y快进（缸2）21X24带传动启动按钮53M50X工进1（缸1）22Y0泵站54M60Y工进（缸2）23Y1传送带启动55M70X工进2（缸1）24Y21YA56M80Y工退（缸2）25Y32YA57M90Y快退（缸2）26Y43YA58M100X快退（缸1）27Y54YA59M110夹具松开（缸3）28Y65YA60M120夹具松开到位（缸3）29Y76YA61M130挡板右移（缸4）30Y107YA62M140挡板左移（缸4）31Y118YA

13、63M150主轴启动32Y129YA64M160主轴停止4.4 画出电气原理回路设计图5：电气原理回路4.5 流程图 循环启动传送带启动传送带右移 传1有信号？ 装夹启动 压继有信号？ Y快进 ST2有信号？ X工进 SQ1有信号？ Y工进 ST3有信号？ X工进 SQ2有信号？ Y工退 ST1有信号？ ST0有信号？ SQ0有信号？ 传2有信号？4.6 PLC程序设计 针对实际生产中遇到的问题，我们小组设计并编写了所需要的PLC程序，PLC采用EC10，编写程序如下图所示：第五章PLC系统程序调试5.1 理论上的PLC输出对应如下表所示表5：PLC输出对应Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y1

14、0Y11Y12Y13Y14X12+X14+X24+X1+X0 X3 X6+X0 X10+X0 X4+X0 X11+X0 X5+X0 X7+X0 X6+X0 X3+X2+5.2实际遇到的困难困难1：设计初期不知道如何自动装夹和自动获取零件。 通过对实验参考书例子中零件钻孔设计方案的深入学习，本小组对其进行了改进和优化，为了防止铣刀给挡板的力造成破坏，本次设计将液压缸2进行了旋转设计，使其不管在X轴还是Y轴的铣削都会有液压缸在后面支撑零件。困难2：由于PLC输入端口仅有24个端口，设计中不知道如何分配各种传感器的分布及数量选择。 为了满足选择的PLC的使用，本小组精简了不必要的传感器的使用，将装夹

15、液压缸的装夹速度只有一种，减少传感器的使用。然后对手动操作采用波段开关的设计，减少对输入端口的使用，从而满足选型的PLC对实验的要求。困难3：PLC梯形图编写完成后有错误。 梯形图编写完成后，在模拟运行过程中，常遇到多个输出端口同时输出的问题，经过本小组的讨论和分析，将程序分布的运行互锁上一步的输出口发现，每次输出结果都满足程序的编写要求，最终完成机电综合大实验。第六章 结论及个人总结 本次机电专业大实验，我们小组主要通过对液压系统PLC控制系统设计，学习并掌握了如果通过PLC编程解决实际工作中遇到的问题，面对实际生产过程中的要求，首先思考需要解决什么问题，已经什么参数，需要自己设计哪一些参数

16、，要知道，每一个器件的选取都是通过各个参数的计算来选型的，参数计算就显得尤为重要。以前面对实际问题我并不知道如何通过PLC解决或者说不知道怎么下手去解决问题，通过本次实验，锻炼了我独立思考通过PLC解决实际生产中遇到问题的能力，本次实验是通过设计某零件的批量生产加工的PLC控制方案，并且采用液压系统作为动力部件。 本次实验很荣幸成为本组小组长，实验期间的任务分配，团结协作，无形中锻炼了自己的领导力，协调各个同学的能力和独立解决问题的能力。本次大实验，我主要负责设计液压系统、整体系统原理以及PLC程序梯形图的编写检查的任务，通过本次实验，对液压阀的工作状态，PLC的工作原理以及PLC的控制原理等

17、等有个更加深入的了解，PLC是一种逻辑控制器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的生产过程。原来一直对PLC的运行原理不是很清楚，现在有了更加深入的了解，首先某个电信号输入PLC，PLC将这种电信号转换为M系列的信号，然后再输出Y系列的信号，即PLC采用的是分段的执行操作。 实验完成后，不得不感叹，人类真的很聪明，发明了PLC、单片机和计算机等等服务于人类，提高社会的生产效率和生产能力，制造工具并使用工具，这就是人神奇的地方，面对快速发展变化的社会生活，作为新一届即将踏入社会的大学生，我们必须紧跟时代的潮流，努力跟上脚步才能在日益快速发展的社会站稳脚步。时间不会等待任何人，我们只能抓紧时间，艰苦奋斗自强不息，努力实现自我的“中国梦”。