毕业论文双面钻铣组合机床PLC控制系统设计

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1、毕 业 设 计（论文）题 目：双面钻銑组合机床PLC电气控制系统设计学 院：物理与电子工程学院专 业：电子信息工程学生姓名：学 号：指导老师：日 期：二一三年十月一日任务书 - 1 -开题报告 - 3 -摘 要 - 7 -关键字 - 9 -第一章 绪论. 11.1 设计概述 11.2 设计依据. 2第二章 可编程控制器的发展. 52.1 PLC简介. 522 双面二工位铣钻组合机床介绍. 8第三章 PLC的系统设计. 133.1硬件系成统的基本构 133.2 双面二工位铣钻组合机床PLC控制系统的控制要求 133.3液压电磁阀动作表及PLC选择. 133.4 双面二工位铣钻组合机床的逻辑控制流

2、程. 14第四章 PLC的硬件系统. 194.1双面钻铣组合的控制 PLC外部接线 .194.2双面钻铣组合的控制顺序功能图(见下图) 204.3双面钻铣组合的控制步进梯形图(见附录) 214.4元件清单. 22总 结 23参考文献 .24致 谢 .25附 录. 2627任务书学生姓名文雄专业班级机电11.1班指导教师王昭同论文题目双面钻铣组合机床PLC电气控制系统设计研究的目标、内容及方法任务：1 熟悉工艺要求及对电气控制要求2 进行PLC选型,绘制组合机床PLC控制系统功能表图。3 绘制PLC控制系统梯形图。4 绘制组合机床PLC控制系统硬件接线图。5 对系统所需的电器元件进行选择，编制元

3、器件明细表。编写设计说明书。要求:1. 实现组合机床一次加工工艺流程，如图所示。2. 能进行半自动循环和手动调整操作。 3. 系统要有必要的电气保护。 4. 设置必需的照明灯及各种指示灯。 分阶段完成的工作1、2013年7月查阅资料，进行功能设计，完成总体方案的设计。2、2013年8月完成各功能模块的设计，程序编写与程序调试。3、2013年9月完成硬件的安装与调试4、2013年10月完成设计报告的编写5、2013年11月之前完成设计的改进、完善工作6、2013年11月进行毕业答辩系（部）主 任意 见开题报告一、课题来源由辅导老师提供二、设计目的和意义 研究目的 1.了解双面组合机床的工作原理2

4、.分析组合机床的控制电路 3. PLC型号选择(分析控制电路，确定需要输入/输出点数，从而选择适当的PLC型号，以满足控制要求）4. 画出PLC的外部接线图（包括I/O地址的分配、以及所需的接触器，按钮开关等电器。） 研究意义通过对双面铣钻组合机床的研究制作，来实现组合PLC机床的设计，使理论知识与实践更好结合、提高综合运用所学知识和设计能力的目的。普通车床是应用非常广泛的金属切削工具,目前采用传统的继电气控制的普通车床在中小企业人大量使用。由于继电器系统接线复杂,故障诊断与排除困难，并存在：触电易被电弧烧坏而导致接触不良，机械方式实现的触点控制反应速度慢，继电器的控制功能被固定在线路中，功能

5、单一灵活性差等缺点。因而造成了这些企业的生产率低下效益差，反过来这些企业有没有足够的资金购买新的数控机床。因次当务之就是急对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。由于PLC具有通用性适应性强，完善的故障自诊断能力且维修方便，可靠性高及柔韧性等优点。在可编程序控制器问世之前，继电器接触器在工业领域中占主导地位。继电器接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产工艺或生产任务发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器和接触器控制，使用的继电器数目越多，控制的体积越大，耗电多，且继电器触电为机械触点，工作

6、频率较低，在频繁动作的情况下寿命较短，造成系统故障，系统可靠性差。为了解决这一问题，早在1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司，为了适应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出要用一种新型控制装置来取代继电器接触器控制装置，并且对未来的新型控制装置做具体的设想，药把计算机的完备功能以及灵活性、通用性号等优点溶于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得步熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便、的有点而设计制造和发展的，这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，使用方便

7、；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单、易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单，调试方便、维护工作量小。三、国内外现状和发展趋势在我国，组合机床已有28年的发展历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也以深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品和更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。他的特征是高效、高质、经济实用，而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，他的加工对象主要是生产

8、批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工，各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成行面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，他应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等。能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由

9、于组合机床及其自动线是一种技术合性很高技术专业产品，是根据用户特殊要求而设计的，他涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总技术水平比发达国家要落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品成本提高。因此，市场不断要求我们开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。四、设计内容、途径及技术路线 研究内容1实现PLC机床的设计。2PLC代替继电器接触器电气控制电路。3建立PLC控制模型，并实现仿真

10、。4完成硬件设计和软件编程，并进行调试 研究途径收集相关资料和文献，系统学习PLC控制系统，按照继电器接触器控制电路选择PLC号，在PLC编程软件上建立完整仿真模型制作硬件和软件并调试。 技术路线1熟悉组合机床PLC控制系统在生活中的应用。2运用FXPG/WIN-C软件按照所设计电气控制进行编程，在仿真机上进行仿真，并和继电器接触器控制系统作比较，更进一步认识PLC。3保证组合机床在各传动链中保持良好的机械特性，并对其在调试中能进行检修，熟悉机床内部结构和各个电机所控制执行件。4实现组合机床加工工艺流程。五、设计工作的主要阶段、进度和指标阶段起始日期终止日期进度技术指标第一阶段2013.072

11、013.08完成选题和资料收集丰富全面第二阶段2013.082013.09控制器设计仿真及训练符合精度要求第三阶段2013.092013.10完成硬件设计和软件编程设计合理结构化、模块化第四阶段2013.102013.11进行在线调试实现制动控制第五阶段2013.112013.11编写论文准备答辩详细全面六、最终目标及完成时间所设计的PLC控制系统能准确无误的完成各个控制环节，在实验台上进行调试并能进行自动循环和手动调整操作。2013年10月完成论文“双面钻铣组合机床PLC电气控制系统设计”。七、现有条件及必须采取的措施PLC可编程控制器实验室，电气自动化控制实验室，电子电路实验室，电工实验室

12、。 必须措施：现有条件上还需开发基于PLC控制机床并编制相应控制软件。八、协作单位及要解决的主要问题协作单位：学院PLC实验室。所要解决本课题的主要问题是：控制策略的开发和仿真，以及PLC的设计、制作和调试。如条件允许，需解决：购买专用于PLC开发的集成芯片及开发软件，购买用于继电器接触器电路设计的较精确的实验仪器及电控产品开发周期的快速成型系统软件。摘 要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

13、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

14、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。Abstract The second-stage double-sided milling drilling machine is a combination of double-sided milling and double-sided drilling, the specific processi

15、ng object is larger parts of the rough shell. Combined machine is horizontal, set hydraulic power slipway for mobile workstations, using trip control and hydraulic transmission; it can be used for semi-automatic processing cycle and manual adjustment. Clamping of work piece uses hydraulic control sy

16、stem (relaxation) which has circuit lost electrical clamping function to clamp processed parts, in a semi-automatic cycle, the work piece carried out two position milling, drilling process (For each position have been quick feed and feed two-step), each of the two position completes the digital proc

17、essing. The first position is the double-sided milling: Milling head installs two sides of the worktable, milling cutter does rotary movement, in the table to work from the fast-forward into the time table for clamping the work piece in the milling process. The second position is a two-sided drill;

18、it consists of two drill box. Drill process consists two positions. Dual milling head milling, the table carrying the work piece clamping block to move forward to death to stop iron. Fixed table at this time, fast forward and then by the electromagnetic motor brake power, the clamping fixed in the w

19、ork piece table to work into the drilling, processing power after the drill motor, fast motor sequence was reversed-phase electricity, electromagnetic brake release the brake, motor driven inverted bit me quick return. Only after both of the left and right back to situ, allow hydraulic table back to

20、 situ rapidly. After hydraulic table return to situ rapidly, the workers let go and unload the work piece, the second shell parts for processing, the entire control system use trip and pressure control. Clamping parts processed (relaxed) is completed by a loss of electric circuit clamp function hydr

21、aulic control systems. Key words: Semi-automation circle; Move-adjustment; Fast forward; Brake关键字梯形图, 工进, 快进, 顺序功能图, 组合机床 第一章 绪论1.1 设计概述1.1.1设计随着现代工业技术的快速发展，自动化水平的不断提高，组合机床的研究成为机器制造业的一个重要方向。制造技术的发展和提高对国民经济的发展起着重要支柱作用。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造

22、周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。继电器控制系统通过许多继电器，采用硬接线的方式来完成控制功能。其接线多而复杂，体积大、功耗大，系统可靠性差。PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便、的优点而设计制造和发展的，这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，使用方便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单、易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单，调试方便、维护工作量小。随着PLC的广泛应用和机床电气控制技术的不断发展,利用PLC实现对组合机床的

23、自动控制,有着广阔的前景。对于机械电气结合控制的组合机床，电气控制系统起着重要的神经中枢作用。我们在设计组合机床电气控制系统的时候，应根据组合机床的控制特点和工艺流程选择合适的控制方案，先设计出组合机床的功能表图，然后根据各工步的激活情况和主令转换情况，设计出满足机床控制要求的电气控制系统，随着PLC控制技术日益成熟并得到越来越广泛的应用，利用原有的继电器接触器控制电路设计PLC控制系统，或直接进行PLC控制系统的设计，都能很好地满足组合机床自动化控制的要求。本次设计如下：1.1.2.概述 1.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，采用直接起动

24、控制。 2.工作台和电动机之间的配合与联锁符合双面二工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。 3.控制回路除了电气基本保护外，还设置“电隔离保护”，以提高安全性。 4.机床电气控制系统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具备必要的配合和联锁。 5.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。 6.进行PL

25、C硬件系统设计时考虑必要的硬件联锁及不同电压种类和等级的分组。 7.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。1.2 设计依据 1.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，具体加工对象是对较大型壳体零件的粗加工。组合机床为卧式，采用行程控制，可作半自动循环加工和手动调整。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。 2.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

26、个钻头箱构成，钻孔过程分为两个工步。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，才允许工作台快速退回原位。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控制。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1.1所示。 组合机床工艺流程如图1.13.双面二工

27、位铣钻组合机床采用机械、电气相结合的控制方式。其中机械设计是机床的基础，电气控制设计起着神经中枢的作用。使机电的结合成为可能。设计技术数据：（1）进给电动机M1：Y112M-4 4kw 1440r/min 8.8A 380V 联结（2）左、右铣削头电动机M2、M3：Y132S-4 5.5kw 1440r/min 15.4A 380V联结 (3)左、右钻头箱快速进给电动机M4、M6：Y90S-4 1.1kw 1400r/min 2.7A 380VY联结 (4)左、右钻头电动机M5、M7:Y100L-4 3kw 1420r/min 6.8A 380V 联结4.根据大型壳体零件加工要求，双面二工位铣

28、钻组合机床需要配置床身、左右铣削头、移动工作台及夹具、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，可作半自动循环加工和手动调整。总计设置7台电动机。5.电动机拖动形式 （1）进给电动机M1进给电动机采用连续运转工作方式，电动机M1的控制方式为连续工作制。电动机轻载起动，且只有4kw，可直接全压起动。用两只交流接触器来控制进给电动机M1，设为KM1，KM12。 (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

29、机M4、M5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KM4、KM5。 （4）左、右钻头箱快速进给电动机M6、M7左、右钻头箱快速进给电动机M6、M7的功率只有1.1kw，但必须满足钻头箱的快进、快退要求，电动机需设置正反向控制。左钻头箱为KM6和KM8,右钻头箱为KM9和KM11.由于M6、M7电动机都有制动要求，故分别设置两只电磁制动器1YB、2YB。电磁制动器为断电型制动型。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。第二章 可编程控制器的发展2.1 PLC简介2.1.1 概述

30、 1PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应

31、面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。 2PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。 在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。 PLC采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时

32、、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，其特点是应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要装置之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用，在其他领域（例如民用和家庭自动化）的应用也得到了迅速的发展 利用PLC的控制功能，完成双面二工位铣钻组合机床进行工件加工的流程与工艺控制，本设计在完成主电路设计的基础上，点完成PLC实施各电机行程控制的程序设计2.1.2.PLC的特点。 1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有

33、很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了 2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场

34、合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易 3易学易用PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4过程控制是指对

35、温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一

36、般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便 2.1.3 PLC系统的基本构成 1三菱公司前几年刚刚投入市场的小型可编程序控制器，可以单机运行，也可以进行输入/输出和功能模块的扩展。它的价格低廉，结构小巧，可靠性高，运行速度快，继承和发挥可它在大、中型PLC领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多

37、种集成功能和实用性，其性能价格比非常高，所以它在各个行业中的应用得到迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。 2PLC硬件系统的配置方式采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的输入/输出点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能模块。图2.1 一个完整的系统组成图 2.1.4.模块的扩展在双面二工位铣钻加工机床控制中，我们选用二个EM221对输入扩展和2个EM222对输出扩展。（10个输入10个输出） 1基本单元基本单元有时又称做CPU模块，也有的称之为主机或本机。它包括CPU模块、存储器、基本输入/输出点和电源等，是PLC的主要部分。实际上它就是一个完整的控制系统，可以单独完成一

38、定的控制任务。 2扩展单元主机I/O点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。 3特殊功能模块当需要妄称某些特殊功能的控制任务时，需要扩展功能模块。它们是完成某种特殊控制任务的一些装置。 4相关设备相关设备是为充分和方便地利用系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备、人机操作界面和网络设备等。 5工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机软件等几大类构成。图2.2 工业软件构成图22 双面二工位铣钻组合机床介绍2.2.1双面

39、二工位铣钻组合机床的结构组成 1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1。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

40、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。 2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2，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）

41、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。 3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

42、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。 4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。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。2.2.2双面钻铣组合机床的控制主电路 在图中，设置自动空气断路器QF为双面二

43、工位铣钻组合机床电源开关，电源开关本身具有短路和过载的保护功能4，使控制系统形成双重保护，FU1F 给各电动机短路断器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KM1KM9KM1KM9的电磁机构来实现。2.3双面钻铣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M

44、1 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、M

45、6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

46、压保护等电气控制电路的基本保护，设计主电路如图所示（附图） 5.双面二工位铣钻组合机床PLC控制系统的设计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5。然后将PLC与现场必要的外围设备连起来，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

47、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。第三章 PLC的系统设计3.1硬件系成统的基本构 1. 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。3.2 双面二工位

48、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。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。能实现半自动循环工艺流程。 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。 2.进行“电气隔离”及必须的电路基本保护。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。3.3液压电磁阀动作表及PLC选择液压控制回路电磁阀及压力继

49、电器动作表如表所示。表 液压电磁阀动作表YV1YV2YV3YV4YV5SP1原位工件夹紧滑台快进滑台工进死挡铁滑台快退工件松开 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33输出部分点数接触器KM 8电磁阀YV 8电磁制动器YB2指示灯HL2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。 PLC机型的选择: 1参照PLC的I/O点数，本设计选用FX-60MR型PLC作为组合机床PLC控制系统的

50、机型。 2FX-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3.4 双面二工位铣钻组合机床的逻辑控制流程 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。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，全部指示灯熄灭，机床又处于停止（等待）状态。自动空气断路器QF；电源变压器TC；电源指示灯HL。 按下起动按钮SB2，液压泵

51、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。 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3.1。 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

52、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6。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

53、。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。 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。 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

54、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。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、

55、3YV得电，快速向前进给油路接通，工作台向前快进。 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。 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。 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。 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

56、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。 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

57、头电动机的电源接触器KM6得电自锁；左钻头电动机M5得电，拖动钻头工进钻削。 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。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

58、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。 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，电磁制动器2YB得电松开制动，M6反向旋转，右钻头箱快速退回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

59、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（17、18两个等待工步的转换条件为1，表示随时准备转换。见图4.4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。 在组合机床电气控制系统中设置液压工作台原

60、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。 快退电磁阀2YV断电，液压工作台原位停止。 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。 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，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。 2. PLC/分配根据机床工艺及控制要求，选择FX2N-48MR型PLC作为组合机床PLC控制系统的机型。PLC的分配见下表。名称输入点名称输入输出点启动按钮SB0X0液压泵电动机继电器KM0Y0滑台快进限位SQ1X1左铣电动机继电器 KM1Y1滑台工进限位压力继电器SP1X2右铣电动机继电器 KM2Y2左钻头箱快进限位SQ3X3左钻头箱快进继电器KM3Y3左钻头工进限位SQ4X4左钻头箱快退继电器KM4Y4左钻头箱快退限位SQ5X5左钻头工进继电器KM5Y5右钻头箱快进限位SQ6X6右钻头箱快进继电器KM6Y6右钻头工进限位SQ7X7右钻头