题目组合机床PLC电气控制系统设计

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1、芜湖职业技术学院 毕 业 设 计 报 告 书 题目组合机床PLC电气控制系统设计 毕 业 设 计 任 务 书 20062006学年 电气工程系机电工程专业 编号 C40203043 批准任期 学生 张礼祥 系主任 张学亮 设计题目：组合机床PLC电气控制系统设计 原始资料：可编程控制器原理及应用教程： 主编：孙振强 副主编：王晖 孙玉峰 王文华 清华大学出版社出版 机床电气自动控制（修订版）： 主编：陈远龄 重庆大学出版社出版 目录 摘要1 关键词2 参考文献2 组合机床PLC电气控制系统设计 3 毕业设计心得34 教师评语35 摘要 双面二工位铣钻组合机床是由双面钻床和双面铣床组合而成，具体

2、加工对象是对较大型壳体零件的粗加工。组合机床为卧式，设置液压动力滑台为移动工作台，采用行程控制和液压传动，可作半自动循环加工和手动调整。工件的装夹采用具有油路失电夹紧功能的液压控制系统夹紧（放松）被加工零件，在一次半自动循环中，工件经过两个工位进行铣、钻加工（每个工位都经过快速进给和工作进给两步），两个工位各完成一道加工工序。第一工位为双面铣床：左右两个铣头安装在工作台两边，铣刀作旋转运动，在工作台由快进转为工进时对夹紧在工作台上的工件铣削加工。第二工位为双面钻床，由左右两个钻头箱构成，钻孔过程分为两个工步。双铣头铣削后，工作台携夹紧的工件继续前进至死挡铁停止。此时工作台不动，左右钻头箱（各两

3、台电动机）先由快速进给电动机进行空操作的快进，继而快进电动机断电并由电磁制动器制动，钻头电动机得电，对夹紧固定在工作台上的工件进行工进钻削，加工完毕后钻头电动机断电，快进电动机反相序得电，电磁制动器松开制动，电动机反转带动钻头箱快速退回。只有当左右钻头箱全部退回到原位后，才允许液压工作台快速退回原位。液压工作台快速退回原位后，工人松开并卸下工件后，进行第二个壳体零件的加工，整个控制系统采用行程和压力控制。 关念词 可编程控制器 电隔离保护 短路保护 过载保护 零电压个欠电压保护 空载 步的转换 手动调整 半自动循环 点动调整 快进 后退 工进 制动 复位 自锁 联锁 工序 得电 断电 并行序列

4、 分支序列 卸荷 激活 嵌套 电气隔离 软件系统 硬件系统 控制系统 电感性负载 滤波 整流电路 灭弧 电压等级 组合 容量 流程 工步 行程 步 传递 参考文献 可编程控制器原理及应用教程： 主编：孙振强 副主编：王晖 孙玉峰 王文华 清华大学出版社出版 机床电气自动控制（修订版）： 主编：陈远龄 重庆大学出版社出版 组合机床PLC电气控制系统设计 一、设计题目 双面二工位铣钻组合机床PLC电气控制系统设计。 二、设备介绍及设计依据 机床的主电路由7台Y系列三相交流异步电动机及控制元器件组成，由于各电动机均在7kw以下，允许采用直接起运控制。液压工作台和电动机之间的配合与联锁必须符合双面二工

5、位铣钻组合机床的工艺要求。因为空操作的原因，铣削前要求工件快进，到规定位置工进铣削加工；铣削完成后第二次快进，到规定位置后第二次工进至死挡铁停留。此时钻头箱以快进转工进的工艺流程对工件钻削，钻削完成后必须在两钻头箱全部退回原位，钻头确实已离开工件后才允许工作台快速退回。控制回路除了电气基本保护外，还应设置“电隔离保护”，以提高安全性。机床电气控制系统应能满足半自动循环加工工艺和手动调整工艺的需要。各电动机和工作台的运动在工艺上都应具备必要的配合和联锁。本系统主电路供电电压为交流380V；控制电路电压110V；直流控制电路为桥式全波整流，电压24V；指示灯电路电压为交流6.3V。进行PLC硬件系

6、统设计时应考虑必要的硬件联锁及不同电压种类和等级的分组。编写的PLC控制程序必须上机通过模拟调试，调试时可采用模拟调试开关板和灯泡进行，调试时应有必要的记录。双面二工位铣钻组合机床是由双面铣床和双面钻床组合而成，具体加工对象是对较大型壳体零件的粗加工。组合机床为卧式，设置液压动力滑台为移动工作台，采用行程控制和液压传动，可作半自动循环加工和手动调整。工件的装夹采用具有油路失电夹紧功能的液压控制系统夹紧（放松）被加工零件，在一次半自动循环中，工件经过两个工位进行铣、钻加工（每个工位都经过快速进给和工作进给两步），两个工位各完成一道加工工序。第一工位为双面铣床：左右两个铣头安装在工作台的两边，铣刀

7、作旋转运动，在工作台由快进转为工进时对夹紧在工作台上的工作铣削加工。第二工位为双面钻床，由左右两个钻头箱构成，钻孔过程分为两个工步。双铣头铣削后，工作台携夹紧的工件继续前进至死挡铁停止。此时工作台不动，左右钻头箱（各两台电动机）先由快速进给电动机进行空操作的快进，继而快进电动机断电并由电磁制动器制动，钻头电动机得电，对夹紧固定在工作台上的工件进行工进钻削，加工完毕后钻头电动机断电，快速电动机反相序得电，电磁制动器松开制动，电动机反转带动钻头箱快速退回。只有当左、右钻头箱全部退到原位后，才允许液压工作台快速退回原位。液压工作台快速退回原位后，工人松开并卸下工件后，进行第二个壳体零件的加工，整个控

8、制系统采用行程和压力控制。被加工零件的夹紧（放松）由具有油路失电夹紧功能的液压控制系统完成。手动调整的特点是按住某个调整按钮后，系统相关环节动作，松开后关断。组合机床工艺流程如图1所示。 图1组合机床工艺流程图 双面二工位铣钻组合机床采用机械、液压、电气相结合的控制方式。其中机械设计是机床的基础，液压控制保证了工作台的进给和被加工工件的夹紧放松，电气控制设计起着神经中枢的作用。使机一液一电的结合成为可能。 液压控制回路电磁阀及压力继电器动作表如表1所示。 表1 液压控制回路电磁阀及压力继电器动作表 元件 工步 1YV 2YV 3YV 4YV 5YV 6YV 7YV 8YV 1SP 2SP 3S

9、P 原 位 工件夹紧 滑台快进I 滑台工进I 滑台快进II 滑台工进II 死 挡 铁 滑台快退 工件松开 -三、双面二工位铣钻组合机床电动机及控制方式 根据大型壳体零件加工要求，双面二工位铣钻组合机床需要配置床身、左右铣削头、移动工作台、夹具、左右钻头箱、中间底座8个部分。根据生产工艺要求，组合机床采用行程控制和液压传动，可作半自动循环加工和手动调整。设置液压动力滑台为移动工作台，采用具有油路失电夹紧功能的液压控制系统夹紧（放松）被加工零件，总计设置7台电动机。 1、液压泵电动机M1 液压泵采用连续运转工作方式，电动机M1的控制方式为单向连续工作制。液压泵电动机轻载起动，且只有4kW，可直接全

10、压起动。用一只交流接触器来控制液压泵电动机M1，设为KM1。 2、左右铣削头电动机M2、M3 由于左、右铣削头电动机起动时，铣削头尚未铣削，属空载，故可直接全压起动，各用一只交流接触器对左右铣削头电动机M2、M3进行单向连续运行控制，设为KM2、KM3。 3、左、右钻头电动机M5、M7 当M5、M7起动时，钻削头尚未钻削，属空载起动，设置起动方式为直接全压起动，各用一只交流接触器控制。设为KM6、KM9。 4、左、右钻头箱快速进给电动机M4、M6 左、右钻头箱快速进给电动机M4、M6的功率只有1.1kW，但必须满足钻头箱的快进、快退要求，电动机须设置正反向控制，每台电动机设置两个交流接触器。左

11、钻头箱快速电动机的正、反转接触器设为KM4、KM5；右钻头箱快速电动机的正、反转接触器设为KM7、KM8。由于M4、M6电动机都有制动要求，故分别设置两只电磁制动器1YB、2YB。电磁制动器为断电制动型，钻头箱快进时得电松开，快进转工进时断电制动，快退时得电松开，回到原位时制动。双面二工位铣钻组合机床配置的电动机均在7kW以下，满足电动机直接起动的要求，可采用直接起动，除钻头箱快速进给电动机有正反向控制的要求外，其余电动机均为单方向起停控制。考虑到短路保护、过载保护、零电压和欠电压保护等电气控制电路的基本保护，设计主电路如图2a所示。 在图2a中，设置自动空气断路器QF为双面二工位铣钻组合机床

12、电源开关，电源开关本身具有短路和过载的保护功能，使控制系统形成双重保护，FU1FU8为各电动机短路保护用熔断器。FR1FR7为各电动机过载保护用热继电器，零压和欠压保护通过电动机电源接触器KM1KM9的电磁机构来实现。 四、分析双面二工位铣钻组合机床的控制流程 设计双面二工位铣钻组合机床PLC控制系统，应该先根据组合机床的工作循环图，结合液压系统电磁阀及压力继电器动作表，分析组合机床的控制流程，找出组合机床各工步间的逻辑关系，确定整体控制系统设计的基础，然后绘制功能表图（见图3）。在分析组合机床的控制流程时，先对必要的电器元件进行设定和配置，电器元件的文字符号可先直接用在控制系统逻辑分析中，最

13、后再列表整理。 双面二工位铣钻组合机床液压电磁阀及压力继电器动作表现设计任务书（见表1）。 （一）双面二工位铣钻组合机床的工作循环图 双面二工位铣钻组合机床工作循环图见设计任务书。 （二）双面二工位铣钻组合机床控制流程的逻辑分析及设备的配置初始步： 初始步01步为等待（停止）步，这时组合机床的电源尚未送电，整台机床处于停止待命状态，各种指示灯均应在熄灭状态。设置自动空气断路器为组合机床电源总开关。 01-02步的转换（转换条件QF）： 当自动空气断路器QF接通时，系统从01步转换到02步，激活02步，关断01步。电源指示灯和按钮指示灯均点亮并保持。 当自动空气断路器断开时，02步退回01步，全

14、部指示灯熄灭，机床又处于停止（等待）状态。 设备配置： 自动空气断路器QF；电源变压器TC；电源指示灯HL。 02-03步的转换（转换条件SB2）： 按下起动按钮SB2，液压泵电动机电源接触器KM1线圈得电并自锁，液压泵电动机M1起动，为系统输出压力油液，液压系统的电磁阀全部不得电。由于液压阀4YV断电时卸荷，液压泵空载运转，泵出的油液以极低的压力返回油箱，达到节约功率、减小系统发热、延长液压泵使用寿命的目的。 设备配置： 起动按钮SB2（带指示灯）；交流接触器KM1；液压泵电动机M1。 02-03步属开启液压泵电动机的接触器控制电路，不进PLC控制程序。具体控制电路见图2b。 03-04步的

15、转换（转换条件KM1）： 当KM1得电后04步被 激活，系统进入选择序列。04工步为空阶段，在功能表图中不执行任何运作，定义为选择工步。系统在04步时PLC得电，此时液压泵电动机M1已经开始工作，为半自动循环和手动调整做好液压上的准备。液压泵起动是组合机床加工的基础。 为能方便地进行半自动循环和手动调整，根据组合机床结构组成和加工特点，系统设置了方式选择开关SA2作为半自循环工作方式和手动调整工作方式的转换。其中SA2-1为半自动循环工艺位。当SA2-1为真时，系统转到05步，进入半自动循环状态。SA2-2是手动调整位，作用是完成组合机床各控制五一节的点动调整。当SA2-2为真时，系统由04步

16、转入30步进入手动调整序列。根据顺控理论：一个活动步后，紧接着有几个后续步供选择的结构形式称为选择序列。选择序列的各个分支部有各自的转换条件，当上一步为活动步时，各条支路的转换条件均有效，但没有同时转换的可能，只会作出排它性选择，沿其中一条支路发展和演化。所以从04步开始系统分为二支选择序列。根据某支序列中转换条件为真的转换主令，系统有选择地进入半自动循环序列或手动调整序列。方式选择开关SA2起着联锁半自动循环工艺和手动调整工艺的作用。04-05步的转换（转换条件SA2-1）： 将方式选择开关扳至SA2-1位，系统选择半自动循环序列，开通05步，关断04步，进入半自动循环工作方式。 设备配置：

17、 方式选择开关SA2。 05-06（50）步的转换（转换条件SA2-2或SB3）： 根据组合机床的工艺要求，05步向下应设定为两条选择性分支序列。转换条件分别是是手动调整转换开关SA2-2和工件夹紧按钮SB3。操作者在进入半自动循环后若想重新手动调整，可扳动转换开关SA2至点动调整工艺位。由于转换条件SA2-2为真，系统通过50步和04步重新开通30手动调整序列，关断半自动循环工步05步。若SA2置1位，即SA2-1为真，系统进入半自动循环序列。操作者按下夹紧按钮SB3，卸荷电磁阀4YV通电换向，切断其直回油路，为系统送出压力油液。左、右夹紧电磁阀5YV、7YV同时得电，被加工工件由液压系统夹

18、紧。 工件夹紧后，液压系统压力升高，由于液压控制回路中设置了压力继电器2SP、3SP，当工件真正夹紧后，左、右夹紧液压回路中压力继电器2SP、3SP动作。为工作台快进和铣头电动机旋转做好准备。 设备配置： 工件夹紧按钮SB3：压力继电器2SP、3SP。 06-07步的转换：（转换条件2SP3SPSB4）： 待工件真正夹紧后，设定好的压力继电器2SP、3SP动作，为激活下一工步做好准备。按下半自动循环工作按钮SB4，如果工件已真正夹紧，左、右铣头电动机的电源接触器KM2、KM3会得电并自锁。铣头电动机M2、M3拖动铣刀旋转，同时液压阀1YV、3YV得电，快速向前进给油路接通，工作台向前快进。 设

19、备配置： 半自动循环带灯工作按钮SB4；左、右铣头电动机电源接触器KM2、KM3；左、右铣头电动机M2、M3。 07-08步的转换（转换条件SQ1）： 工作台快进到预定位置时压下快进I转工进I行程开关SQ1，使3YV断电，（1YV继续通电），快速油路被截断，液压工作台转为工作进给，快进I转为工进I，双面铣床开始铣削加工。 设备配置： I进I转工进I行程工关SQ1。 08-09步的转换（转换条件SQ2）： 液压工作台工进I到规定位置压下工进I转快进II行程开关SQ2，电磁阀1YV、3YV再次同时得电，快速油路再一次放开，液压工作台转为快进II快进。 设备配置： 工进I转快进II行程开关SQ2。

20、09-10步的转换（转换条件SQ3）： 液压工作台快进II到规定位置时压下SQ3，3YV再一次断电。系统呈现07-08步相同的控制过程，液压工作台快进II转为工进II。 设备配置： 快进II转工进II行程开关SQ3。 10-11、12步并行序列的转换（转换条件：止挡铁及压力继电器1SP）； 当工作台II次工进到位后，顶到止挡铁不能再继续向前。液压回路的油压改变，压力继电器1SP动作，左、右铣头电动机的电源接触器KM2、KM3线圈断电，左、右铣头电动机停止旋转。电磁制动器1YB、2YB得电松开制动，左、右钻头箱快进电动机同时得电旋转。 根据组合机床的加工工艺，工作台止挡铁停留时，左、右钻头箱应尽

21、快走完空行程。虽然工艺上并不要求左、右钻头箱快进电动机同时得电，但要求两钻头箱全部退回原位后工作台才可后退。故此处设计为并行序列。将左、右钻头箱作为并列的两个分支。1SP是使左、右钻头箱快进的主令转换信号，11、12工步同时被激活，左、右钻头箱钻削完成后退回，至两钻头箱全部退回原位后工作台快速后退。 设备配置： 左、右钻头箱快进电动机电源接触器KM4、KM7；电磁制动器1YB、2YB；左、右快进电动机M4、M6。 11-13步的转换（转换条件SQ4）： 当左钻头箱快进到位时压下SQ4，左快进电动机停转并由断电制动型电磁制动器1YB制动，左钻头电动机的电源接触器KM6得电自锁；左钻头电动机M5得

22、电，拖动钻头工进钻削。 设备配置： 行程开关SQ4；左钻头电动机的电源接触器KM6；左钻头电动机M5。 13-15步的转换（转换条件SQ5）： 当左钻头工进钻削到位后压下SQ5，左钻头电动机的电源接触器KM6断电，左钻头电动机M5失电，工件左钻削工艺完成，钻头工进钻削停止。 SQ5同时使左快进电动机反向接触器KM5得电并自锁，左快进电磁制动器1YB得电松开制动，M4反向旋转，左钻头箱快速退回。 设备配置： 行程开关SQ5；左钻头箱快进电动机反向电源接触器KM5。 12-14工步的转换（转换条件SQ7）： 12工步和上面提到的11工步为并列序列，同时由死挡铁通过压力继电器1SP激活，即右钻头箱和

23、左钻头箱同时从工件两面完成“快进工进钻孔钻孔完成后退”的加工工序。 和11-13步相似，12工步为右钻头箱快进，当右钻头箱快进到位时压下快进转工进行程开关SQ7，右钻头箱快进电动机正向电源接触KM7断电，电磁制动器2YB断电制动，电源接触器KM9得电自锁，右钻头电动机M7拖动钻头工进钻削加工。 设备配置： 行程开关SQ7；右钻头电动机的电源接触器KM9；右钻头电动机M7。 14-16步的转换（转换条件SQ8）： 当右钻头工进钻削到位后压下SQ8，右钻头电动机的电源接触器KM9断电，右钻头电动机M7失电，钻头工进钻削停止，右钻削工艺完成。右钻头箱快进电动机反向电源接触器KM8得电并自锁，电磁制动

24、器2YB得电松开制动，M6反向旋转，右钻头箱快速退回。 设备配置： 行程开关SQ8；右钻头箱快进电动机反向电源接触器KM8。 15、1619步的转换（转换条件SQ6，SQ9）： 组合机床加工工艺上要求只有在左、右钻削加工完成，两钻头箱确实退回原位后，才允许液压工作台退回，以防止钻头留在工件中而工作台退回造成的工作和钻具的破坏事故。由于左钻头箱原位行程开关SQ6和右钻头箱行程开关SQ9可能会不同时压合，15、16两个工步有可能出现不同时关断的情况，所以在并行序列的结束处应设置17、18两个等待工步，它们不执行任何动作，只是实现两个分支序列的相互等待。当17、18工步均为活动步县转换条件为真时（1

25、7、18两个等待工步的转换条件为1，表示随时准备转换。见图3功能表图），系统将开启19工步，同时关断17-18两个等待工步。 左钻头箱完成钻削加工退回原位，压下SQ6，右钻头箱完成钻削加工退回原位，压下SQ9，左、右钻头箱快进电动机反向电源接触器KM5、KM8和电磁制动器1YB、2YB断电，两快进电动机断电制动，钻头箱停止。此时1YV、3YV断电，2YV通电，液压工作台快速后退。 设备配置： 左钻头箱原位行程开关SQ6；右钻头箱原位行程开关SQ9。 1920步的转换（转换条件SQ10）： 在组合机床电气控制系统中设置液压工作台原位行程开关SQ10，当液压工作台快退原位时压下原位行程开关SQ10

26、。快退电磁阀2YV断电，液压工作台原位停止。 设备配置： 液压工作台原位行程开关SQ10。 20-21步的转换（转换条件SB14）： 设置工件松开按钮SB14，当液压工作台原位停稳后，按下工件松开按钮SB14，左、右夹紧电磁阀5YV、7YV断电，左、右松开电磁阀6YV、8YV通电，时间继电器KT工作，松开被加工工件。 设备配置： 工件松开按钮SB14。 21-04步的转换（转换条件：时间继电器KT）： 在20工步时，时间继电器KT已经得电。到达整定时间后，KT动作，作为转换主令使左、右松开工件电磁阀6YV、8YV断电，同时使断电卸荷电磁阀4YV断电，半自动循环的最后工步完成，系统返回预备状态，

27、以便再次进行半自动循环或手动调整操作。此时液压泵卸荷，液压泵及其拖动电动机M1无载运行。 手动调整序列04-30步的转换（转换条件SA2-2）： 1）手动调整选择序列设计思路：当把方式选择开关SA2扳至SA2-2时，系统进入手动调整选择序列。双面二工位铣钻组合机床进入手动调整状态，30步被激活，任意按一个手动调整按钮均可开启相应的手动调整工步，直到它的后继步开启才会关断。实践中常用相应手动调整按钮的常闭触点的复位（按下手动调整按钮时该常闭触点断开）作为开启后继步的转换信号。因此，可以用手动调整按钮的常开、常闭触点作为某次手动调整的起、停转换信号，达到点动调整的目的。调整结束后都回到04步，以保

28、证下次可以任意地对其他动作进行点动调整，或者再次进入半自动循环。2）手动（点动）调整按钮的设置、用途及文字符号如下：SB5左铣头点动调整按钮；SB6右铣头点动调整按钮；SB7左钻头箱快进点动按钮；SB8左钻头箱快退点动按钮；SB9右钻头箱快进点动按钮；SB10右钻头箱快退点动按钮；SB12左钻头工进钻削点动按钮；SB13右钻头工进钻削点动按钮；SB15淮压工作台工进点动按钮；SB16液压工作台快进点动按钮；SB17液压工作台台快退点动按钮；SB18工件左夹紧点动按钮；SB19工件右夹紧点动按钮；SB20工件左松开点动按钮；SB21工件右松开点动按钮。 3）手动调整序列的控制流程分析：手动调整序

29、列由16列选择分支组成。可以方便地对双面二工位铣钻组合机床控制系统进行手动调整。 30-31步的转换（转换条件SB5）： 当需要对左铣头电动机进行手动调整时，先将方式选择开关置SA2-2位，选定手动调整序列。按下设置的左铣头电动机手动调整按钮SB5，SB5的常闭触点断开，SB5=0；SB5的常开触点接通，SB5=1。由于选择工步30步已被SA1-2激活，当转换主令SB5=1时，开通31步，关断30步。左铣头电动机的电源接触器KM2得电，左铣头电动机点动调整。松开手动调整按钮SB5，SB5的常闭触点复位接通，SB5=1。由于31步已被激活，当SB5=1时，系统关断31步，左铣头电动机停转，回到0

30、4步等待重新选择。 设备配置： 左铣头电动机点动调整按钮SB5。 其他14个手动调整工步的转换（转换条件：各工步的点动调整按钮） 其他14个手动调整工步30步至32-35步的转换条件均为各自的点动调整按钮，控制过程和30-31步相似，不再详述。 五、双面二工位铣钻组合机床PLC控制软、硬件系统的设计 PLC在工业生产中的应用和设计的具体做法就是选用合适的PLC机型，在了解设备的控制要求，确定了被控对象和元件之间的逻辑控制关系后，把PLC的各种指令进行组合嵌套，利用各种控制结果及逻辑关系，完成信号相互传递、联锁、转换等逻辑控制，设计也PLC控制系统梯形图。然后将PLC与现场必要的外围设备连起来，

31、构成一个硬件系统，写入编制好的用户程序，对生产设备的生产过程进行控制，实现被控对象的工艺要求。 PLC不但可以直接把电器元件接在I/O端，而且还有很强的驱动能力。可直接驱动接触器和电磁阀等执行元件工作，在工业控制中具有广泛的通用性。利用PLC的强大的指令系统和灵活的编程方法，可使设计PLC控制系统非常方便，PLC控制的软硬件系统设计可同时进行。 （一）PLC控制系统设计的原则和方法 对于电气控制设备，任何PLC控制系统的设计都是在控制方式和电动机技术数据确定以后进行的，是设备控制要求和工艺流程的具体化。 PLC控制系统设计应该遵循以下原则： 1）应最大限度地满足生产机械的工艺要求，并能根据需要

32、方便地进行修改。 2）整个PLC控制系统及控制电路安全可靠，简单，具有较高的性能价格比。 3）合理地选择PLC机型及电器元件。 4）容易掌握，便于操作和维修。 （二）双面二工位铣钻组合机床PLC控制系统的控制要求 1）机床开始工作时，首先起动液压泵电动机M1，且每次工作循环结束时M1并不停止。 2）机床具有半自动循环和手动调整两种工作方式。两种工作方式由方式选择开关SA2切换，SA2-1为半自动循环，SA2-2为手动调整。 3）能实现半自动循环工艺流程（详见控制流程的逻辑分析相关内容）。 4）能用按钮实现工作台、电动机、电磁阀等所有功能的点动调整。（详见控制流程的逻辑分析相关内容）。 5）进行

33、“电气隔离”及必须的电路基本保护。 6）设置照明灯及必要的工作批示灯。 （三）确定PLC输入输出设备和I/O点数，选择PLC机型 设计PLC控制系统需先分析机床设备的工艺流程，明确控制任务和目的，设置执行元器件及转换主令元器件。将PLC的输入输出设备确定下来，搞清哪些主令信号和检测信号是PLC的输入，输出外电路有哪些执行元件，哪些是PLC的输出，哪此控制可以不进入PLC程序，在外电路里解决。PLC一共需要多少个I/O点等。 1、统计双面二工位铣钻组合机床PLC输入元器件、执行元器件及I/O点数 输入部分 点数 工作方式选择开关 2 按钮SB 18 行程开关SQ 10 压力继电器SP 3 总计

34、33 输出部分 点数 接触器KM 8 电磁阀YV 8 电磁制动器YB 2 指示灯HL 2 总计 20 根据双面二工位铣钻组合机床工艺要求，液压泵电动机M1的电源接触器LM1和起动按钮SB2，停止按钮SB1等都不进入PLC控制程序。 2、选择PLC机型 参照PLC的I/O点数和教学要求，本设计根据实验室现有PLC设备情况，选用F-60MR型PLC作为组合机床PLC控制系统的机型。 F-60MR型PLC的基本单元是具有60个I/O点独立工作系统，包括36个输入点，24个输出点及工作状态指示灯等。 （四）双面二工位铣钻组合机床PLC软件程序设计 通过对双面二工位组合机床工艺要求、控制流程及元器件的配

35、置的分析，我们对控制过程、控制要求、转换条件、机电关系和要使用的电器元件有了比较清楚的认识。PLC控制系统程序设计有多种方法，出于教学考虑，本设计采用功能表图设计法。 1、绘制双面二工位铣钻组合机床功能表图 功能表图是一种用来全面描述控制系统的控制过程、功能和特性的图表，它不仅适用于电气控制系统，也可用于气动、液压和机械等非电控制系统或系统的某些部分。在功能表图中，把一个循环过程分解成若干个清晰的连续的阶段，称为“步”。步用矩形框表示，为便于识别，步必须加数字标号。表示控制过程初始状态的初始步用双线矩形框表示。 根据双面二工位铣钻组合机床控制流程的逻辑分析及设备配置，绘制功能表图如图3所示。

36、2、列写双面二工位铣钻组合机床电器元件与PLC软继电器数据对照表 组合机床现场信号及工步与PLC数据对照表如表2所示。 表2组合机床现场信号及工步与PLC数据对照表 分类 名称 元件代号 PLC数据 输 入 信 号 停止按钮 SB1 起动按钮 SB2 FR1-FR7 SA SA1 不进PLC 热继电器 液压泵电动机点动调整开关 PLC调试开关 工作方式选择开关（半自动循环控制位） SA2-1 X001 工作方式选择开关（手动调整位） SA2-2 X002 工件夹紧按钮 SB3 X003 半自动循环工作按钮 SB4 X004 左铣头手动调整按钮 SB5 X005 右铣头手动调整按钮 SB6 X0

37、06 左钻头箱快进点动按钮 SB7 X007 左钻头箱快退点动按钮 SB8 X010 右钻头箱快进点动按钮 SB9 X011 右钻头箱快退点动按钮 SB10 X012 左钻头工进点动按钮 SB12 X400 右钻头工进点动按钮 SB13 X401 工件松开按钮 SB14 X402 液压工作台工进点动按钮 SB15 X403 液压工作台快进点动按钮 SB16 X404 液压工作台快退点动按钮 SB17 X405 工件左夹紧点动调整按钮 SB18 X406 工件右夹紧点调整按钮 SB19 X407 工件左松开点动调整按钮 SB20 X410 工件右松开点动调整按钮 SB21 X411 液压工作台快

38、进I转工进I行程开关 SQ1 X412 液压工作台快进I转工进II行程开关 SQ2 X413 液压工作台快进II转工进II行程开关 SQ3 X500 左钻头箱快进转工进行开关 SQ4 X501 右钻头箱快进转工进行程开关 SQ7 X502 左钻头工进钻削停止，钻头箱快速退回行程开关 SQ5 X503 右钻头工进钻削停止，钻头箱快速退回行程开关 SQ8 X504 左钻头箱原位行程开关 SQ6 X505 右钻头箱原位行程开关 SQ9 X506 液压工作台原位行程开关 SQ10 X510 液压工作台工进II到位压力继电器 1SP X511 液压工件左夹紧压力继电器 2SP X512 液压工件右夹紧压

39、力继电器 3SP X513 输 出 信 号 液压泵电动机电源接触器 KM1 不进PLC 左铣头电动机电源接触器 KM2 Y030 右铣头电动机电源接触器 KM3 Y031 左钻头箱快速进给电源接触器 KM4 Y032 左钻头箱快速后退电源接触器 KM5 Y033 左钻头电动机电源接触器 KM6 Y034 右钻头箱快速进给电源接触器 KM7 Y035 右钻头箱快速后退电源接触器 KM8 Y036 右钻头电动机电源接触器 KM9 Y037 液压工作台工进电磁阀 1YV Y430 液压工作台快退电磁阀 2YV Y431 液压工作台快进电磁阀 3YV Y432 断电卸荷电磁阀 4YV Y433 工件左

40、夹紧电磁阀 5YV Y434 工件左松开电磁阀 6YV Y435 工件右夹紧电磁阀 7YV Y436 工件右松开电磁阀 8YV Y437 左电磁制动离合器 1YB Y531 右电磁制动离合器 2YB Y532 半自动循环指示灯 HL1 Y534 手动调整指示灯 HL2 Y535 步 序 继 电 器 X04 M100 X17 M115 X38 M210 X05 M101 X18 M116 X39 M211 X06 M102 X19 M117 X40 M212 X07 M103 X20 M120 X41 M213 X08 M104 X21 M121 X42 M214 X09 M105 X30 M2

41、00 X43 M215 X10 M106 X31 M201 X44 M216 X11 M107 X32 M202 X45 M217 X12 M110 X33 M203 X50 M220 X13 M111 X34 M204 X60 M240 X14 M112 X35 M205 X15 M113 X36 M206 X16 M114 X37 M207 其他 起动脉冲 L M71 时间继电器 KT T450 3、顺序功能图4、梯形图及指令表 体型图 指令表 LDM121 ANDT450 IDM220 ANDX002 ORB LDM201 ANIX005 ORB LDM202 ANIX006 ORB L

42、DM203 ANIX007 ORB LDM204 ANIX010 ORB LDM205 ANIX011 ORB LDM206 ANIX012 ORB LDM207 ANIX400 ORB LDM210 ANIX401 ORB LDM211 ANI403 ORB LDM212 ANIX404 ORB LDM213 ANIX405 ORB LDM214 ANIX406 ORB LDM215 ANIX407 ORB LDM216 ANIX410 ORB LDM240 ANDX001 ORB ORM100 ORM71 ANIM101 ANIM200 OUTM100 LDM100 ANDX001 ORM

43、101 ANIM102 ANIM220 OUTM101 LDM101 ANDX003 ORM102 ANDM103 OUTM102 LDM102 ANDX512 ANDX513 ANDX004 ORM103 ANIM104 OUTM103 LDM103 ANDX412 ORM104 ANIM105 OUTM104 LDM104 ANDX413 ORM105 ANIM106 OUTM105 LDM105 ANDX500 ORM106 LDIM107 ORIM110 ANB OUTM106 LDM106 ANDX511 ORM107 ANIM111 OUTM107 DM107 ANDX501 OR

44、M111 ANIM113 OUTM111 LDM111 ANDX503 ORM113 ANIM115 OUTM113 LDM113 ANDM505 ORM115 ANIM117 OUTM115 LDM106 ANDX511 ORM110 ANIM112 OUTM110 LDM110 ANDX502 ORM112 ANIM114 OUTM112 LDM112 ANDX504 ORM114 ANIM116 OUTM114 LDM114 ANDX506 ORM116 ANIM117 OUTM116 LDM115 ANDM116 ORM117 ANIM120 OUTM117 LDM117 ANDX51

45、0 ORM120 ANIM121 OUTM120 LDM120 ANDX402 ORM121 ANIM100 OUTM121 LDM101 ANDX002 ORM220 ANIM100 OUTM220 LDM100 ANDX002 ORM200 ANIM201 ANIM202 ANIM203 ANIM204 ANIM205 ANIM206 ANIM207 ANIM210 ANIM211 ANIM212 ANIM213 ANIM214 ANIM215 ANIM216 ANIM217 ANIM240 OUTM200 LDM200 ANDX005 ORM201 ANIM100 OUTM201 LDM

46、200 ANDX006 ORM202 ANIM100 OUT202 LDM200 ANDX007 ORM203 ANIM100 OUTM203 LDM200 ANDM010 ORM204 ANIM100 OUTM200 ANDX011 ORM205 ANIM100 OUTM205 LDM200 ANDX012 ORM206 ANIM100 OUT206 LDM200 ANDX400 ORM207 ANIM100 OUTM207 LDM200 ANDX401 ORM210 ANIM100 OUTM210 LDM200 ANDX403 ORM211 ANIM100 OUTM211 LDM200 A

47、NDX404 ORM212 ANIM100 OUTM212 LDM200 ANDX405 ORM213 ANIM100 OUTM213 LDM200 ANDX406 ORM214 ANIM100 OUTM214 LDM200 ANDX407 ORM215 ANIM100 OUTM215 LDM200 ANDX410 ORM216 ANIM100 OUTM216 LDM200 ANDX411 ORM217 ANIM100 OUTM217 LDM200 ANDX001 ORM240 ANIM100 OUTM240 LDM103 ORM104 ORM105 ORM106 ORM107 OUTY030

48、 LDM103 ORM104 ORM105 ORM106 ORM202 OUTY031 LDM107 ORM203 OUTY032 LDM113 ORM204 OUTY033 LDM111 ORM207 OUTY034 LDM110 ORM205 OUTY035 LDM114 ORM206 OUTY036 LDM112 ORM210 OUTY037 LDM103 ORM104 ORM105 ORM106 ORM211 OUTY430 LDM117 ORM213 OUTY431 LDM103 ORM105 ORM212 OUTY432 LDM102 ORM103 ORM104 ORM105 OR

49、M106 ORM107 ORM110 ORM111 ORM112 ORM113 ORM114 ORM117 ORM120 OUTY433 LDM102 ORM103 ORM104 ORM105 ORM106 ORM107 ORM110 ORM111 ORM112 ORM113 ORM114 ORM117 ORM120 ORM214 OUTY434 LDM121 ORM216 OUTY435 LDM121 ORM217 OUTY437 LDM107 ORM113 OUTY531 LDM110 ORM114 OUTY532 LDM102 ORM103 ORM104 ORM105 ORM106 OR

50、M107 ORM110 ORM111 ORM112 ORM113 ORM114 ORM117 ORM120 ORM215 OUTY436 LDX001 ORY534 ANIX002 ORY535 ANIX001 OUTY535 LDM121 OUTT450 K3 END 4、软件程序调试 PLC控制系统软件程序完成后，必须将程序写入PLC进行模拟调试；若选择的机型与实验室机型一致，可直接利用实验室的模拟调试开关板进行调试。调试时先不接执行电器，注意观察PLC输入、输出状态指示灯，以确定程序是否符合控制要求。 若设计用的机型与实验室机型不同，也必须想办法进行调试，只是要根据实验室能用的机型改写新

51、的输入输出点和新的指令，设计时最好能避免这种情况发生。调试可在软件程序设计好后立即进行，也可待硬件系统设计好后一起进行。 双面二工位铣钻组合机床PLC控制程序的调试可以分段进行。一般是不接执行电器，先调半自动循环工艺步，仔细观察相应的输出指示灯是否能根据具体工步点亮，是否符合工艺要求。然后用控制钮子开关模拟每个按钮的点动，观察输出指示灯能否在每个相应的点动状态得电。调试过程中一定要注意各基本环节之间的控制逻辑是否满足控制和联锁要求，输出有无失步现象。由于模拟调试开关板一般由不能复位的钮子开关组成，调试时要注意模拟能复位的按钮的动作必须是钮子开关接通后立即断开。 双面二工位铣钻组合机床PLC控制

52、系统程序上机调试通过，调试过程略。 （五）双面二工位铣钻组合机床PLC硬件系统设计 1、控制电源的设计 为了在设计中符合“电隔离保护”的技术要求，在双面二工位铣钻组合机床PLC控制系统中设置了控制变压器TC。TC的一次侧为交流380V周到次侧为交流电110V；28V（整流后24V）；36V和6.3V四个轴头。其中交流110V电压提供给接触器KM1-KM9；直流24V电压提供给电磁阀线圈1YV-8YV以及电磁制动器1YB、2YB；36V提供给照明灯EL；交流6.3V提供给按钮指示灯半自动循环指示灯、手动状态指示灯等。由于电磁阀线圈是电感性负载，自身有滤波作用，故整流电路中不再设置滤波电容。整流采

53、用全波整流形式，控制电源电路如图2-2C所示。 2、液压泵电动机控制电路 液压泵电动机控制电路不进PLC控制程序，由于组合机床采用液压传动，所以一旦液压泵电动机失电，加工过程应立即自动停止，PLC断电。考虑到PLC的调试及液压泵电动机的点动调整，液压泵电动机控制回路设置SA、SA1两个手动开关，具体电路如图2-2b所示。 3、照明及显示电路设计 照明灯EL1、EL2采用交流36V安全电压供电，受各自的灯开关控制。 SB1-SB21的按钮指示灯采用交流6.3V电压，当合上QF以后即被点亮半自动循环状态指示灯HL1和手动状态指示灯HL2也由交流6.3V供电，控制中可根据相关程序点亮。 4、PLC输

54、入/输出接线端子外接线图 PLC输入端子外电路共接33个输入点，分别连接旋钮、按钮、行程开关压力继电器等主令元件及检测元件，电源由PLC内部提供。输出端子外电路按执行电器的电源类别分别组成不同的端子组，公用端子COM端加装熔断器作短路保护，必要时可并联放电二极管以利PLC输出继电器触点的来弧。 PLC的电源进线串入液压泵电动机的电源接触器KM1的辅助触点进行顺序控制及欠压和零压保护，并联的SA1可以在调试时不起动液压泵电动机也能让PLC受电工作。 PLC输入/输出接线端子外接线电路如图2b所示。 （六）绘制双面二工位铣钻组合机床PLC控制系统接线图（见图2a-f） 六、双面二工位铣钻组合机床P

55、LC电气控制系统电器元件的选择 电气元件表 可控制编程器（PLC）选择： F-60MR型60个I/O点独立工作系统36个输入点24个输出点及工作指示灯 电动机的选择： 名称 型号 功率（KW） 转速（r/min） 电流 （A） 电压 （V） 个数（台） 液压泵电动机M1 Y112M-4 4 1440 8.8 380 1 左右铣削电动机M2M3 Y132S-4 5.5 1440 15.4 380 2 左右钻头进给箱电动机M4M6 1.1 1440 2.7 380 2 左右钻头电动机M5M7 Y100L-4 3 1420 6.8 380 2 电源开关的选择： 自动空气断路器（QF）：T0-125型

56、380V125A3级 控制变压器：BK-500型500VA380V/110V36V28V6.3V 交流接触器的选择： 名称 型号 电流（A） 吸引线圈电压（V） 消耗功率（VA） 个数（个） 液压泵电动机M1的交流接触器 CJXI-12 （3TB41） 12 110 22 1 左右铣削电动机M2M3的交流接触器 CJX1-22 （3TB43） 22 110 32 2 左右钻头进给箱电动机M4M6的交流接触器 CJX1-9 （3TB40） 9 110 11 4 左右钻头电动机M5M7的交流接触器 CJXI-12 （3TB41） 12 110 22 2 熔断器的选择 ： 名称 型号 熔体最大电流（

57、A） 个数（台） 液压泵电动机M1熔断器 RL1-60 25 3 左右铣削电动机M2M3熔断器 RL1-60 40 6 左右钻头快进电动机M5M7熔断器 RL41-15 10 6 左右钻头电动机M5M7熔断器 RL1-60 20 6 液压电动机控制电路熔断器 RT18-32 2 3 接触线圈组熔断器 RT18-32 4 7 电磁阀线圈熔断器 RT18-32 6 8 信号灯熔断器 BHC 4 1 PLC电源熔断器 BHC 2 1 照明灯熔断器 RT18-32 2 1 热继电器的选择： 名称 型号 整定电流（可调）（A） 个数（个） 液压泵电动机M1热继电器 3VA5000-1J 6.3-10 1

58、 左右铣削电动机M2M热继电器 3VA5200-213 12.5-20 2 左右钻头快进电动机M5M7热继电器 3VA5000-1D 2-3.2 2 左右钻头电动机M5M7热继电器 3VA5000-1J 6.3-10 2 导线的选择： 名称 型号 截面积（mm2） 环境温度（C） 电压（V） 准许载流值（A） 实际载流值（A） 主回路的电线 BVR-49/0.52 10 40 380 57 28.5 控制回路电线 BVR-7/0.43 1 40 380 14 7 接线端子的选择： 名称 型号 电压 电流 标记座 端盖 主回路接线端子 TZ1-40 380 40 TZ1-40B TZ1-10B 控制回路端子 TZ1-10 380 10 TZ1-40G TZ1-10G 照明灯的选择： JC2型交流36V40W 指示灯的选择： ZSD型交流6.3V0.25A 按钮的选择： LA