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1、 机电一体化专业综合实验液压PLC控制系统设计 目 录一、实验总体规划11.1实验目的11.2实验器材11.3实验要求11.4实验内容1二、系统设计22.1 总体方案设计22.2 零件图22.3 加工示意图、动作循环图22.3.1加工工艺流程设计22.3.2工件加工工艺过程设计22.3.3动作循环图32.4液压回路设计42.4.1 设计思路42.4.2 液压回路得电顺序表62.5 PLC控制系统设计62.5.1系统功能设计62.5.2 I/O口的点数及地址分配、PLC选型72.6 电气原理回路设计（见附录）82.8 PLC程序设计102.8.1流程图102.8.2 全局变量表112.8.3程序
2、设计12三、PLC程序设计、调试遇到的问题19四、结论19五、自我总结20一、实验总体规划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、熟练掌握相关PLC软件及编程方法；4、能熟练使用梯形图编写液压系统的控制软件；5、搭建具体硬件（含油、电路）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1.3、实验要求设计一个零件的某一工序在钻床及相关辅助部件上实现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，设计系统的工艺过程、动作循环及系统液压控
3、制油路、电磁阀的得电顺序表、系统功能设计、系统动作流程图、PLC控制电路原理图、PLC编程及系统调试。1.4、实验内容1.4.1熟悉实验目的、实验器材、实验要求；1.4.2系统设计；1）、设计产品的加工工艺过程，画出零件图、加工示意图以及动作循环图；2）、根据加工工艺过程设计液压回路；3）系统功能设计；4）、I/O口的点数确定，根据点数进行PLC的选型设计，进行I/O口地址分配；5）、画出电气原理图；6）、程序设计与调试；1.4.3.系统调试；1.4.4.结论；1.4.5.自我总结。 二、 系统设计2.1零件图 主视图 左视图零件工艺要求：1）孔径公差允许控制在（+0.5，0）mm内，孔深允许
4、在（+1，0）mm内，孔位垂直偏差允许在0.2以内。2）孔位表面无崩烂、毛刺等缺陷。3）零件装夹夹具与零件充分接触，保证夹紧位置精度。2.2总体方案设计设计上述零件在钻床及相关辅助部件上实现批量钻孔加工工艺流程方案。采用带传动输送工件，工件到位后，液压缸1控制夹具进行装夹。装夹完后，液压缸2控制钻头进行加工，加工完毕后，液压缸3控制挡板向右运动，工件自动掉落至下一生产线。缸1控制夹具回原位，原位传感器动作，启动带电机传送工件，然后进入下一循环。2.3 加工示意图、动作循环图2.3.1加工工艺流程设计 加工工艺示意图2.3.2、工件加工工艺过程设计 工艺过程：（1） 带传动带动工件，传感器1有信
5、号后，带传动停止，工件到位；（2） 夹具快进装夹工件，传感器2有信号后，夹具开始工进，夹紧工件；（3） 到达设定压力后，压力继电器发出信号，通知工件装夹完毕；（4） 钻头快进；（5） 传感器3有信号后，钻头工进开始钻孔；（6） 传感器4有信号后，钻孔完成，钻头工退；（7） 传感器3有信号后，钻头快退；（8） 传感器5有信号后，钻头原位停止，夹具松开，挡板右移，工件掉落零件箱；（9） 挡板右移到位后延时2秒后复位停止，传感器6有信号后，夹具复位停止，带传动带动下一工件到位，进行下一循环；2.3.3、动作循环图 动作循环示意图2.4液压回路设计2.4.1 设计思路： 完成以上动作需3个液压缸控制，
6、1缸为夹具控制缸。缸在夹紧工件时，当系统压力到达一定程度时，压力继电器工作，缸1控制夹具在工件加工过程中都处于夹紧状态。为缩短工时，1缸和3缸设计了两种速度：即工进和快进。考虑到工件的工艺合理性，3缸还设置了一个工退速度。2缸用于是控制挡板工作，所以采用单一速度，其速度可由调速阀设定。3个液压缸都由两位三通阀来控制液路是否为前进或者后退。在手动模式下，只需要控制缸1和缸3液压控制油路的两位两通阀YA3、YA8，来实现快、慢速度的选择。 液压回路图说明：1） 带传动带动工件，传感器1有信号后，带传动停止，工件到位。2） 液压缸1推入工件，YA1、YA3得电，夹具快进。传感器2接收信号，YA1得电
7、，夹具工进。压力继电器作用，夹紧工件。3） 液压缸3快进，YA7、YA8得电。传感器3有信号，YA6得电，缸3工进。传感器4有信号，钻孔加工完成。YA7、YA8得电，缸3快退。4） 传感器5有信号，钻头退到原位，YA4得电，缸2快进，挡板右移，工件掉落。YA2、YA3得电，缸1快退。5） 传感器6有信号，夹具退到原位。YA5得电，缸2 快退，挡板回到原位。带传动启动，进入下一个动作循环。2.4.2 液压回路得电顺序表 得电顺序表状况动作YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8缸1快进+-+-缸1工进+-缸3快进-+-+缸3工进-+-缸3工退-+-缸3快退-+缸2快进-+-缸2快退-+-
8、缸1快退-+-缸1工退-+-停留-2.5 PLC控制系统设计2.5.1系统功能设计根据工件加工工艺过程分析，系统功能设置如下：1、带电机、泵电机、钻头电机启动、停止、急停；2、自动功能：系统默认拨动开关处于手动状态，把拨动开关拨至循环位置SA1-1处，实现自动运行功能。3、手动功能：系统默认拨动开关处于手动状态下，夹具、钻头没处于原位或者自动运行出现故障时，可以经过相应的液压缸控制拨动开关SA3-1、SA3-2、SA3-3，然后通过进/退按钮SB4/SB5实现手动回位和相应的功能。4、快、慢速功能：系统默认所有部件动作处于慢速状态，可以根据现实需要拨动快速拨动开关SA2-1，实现相应的快速进给
9、功能。5、单独控制功能：在手动状态或者在自动运行出现故障时，可以根据实际需要选择液压缸控制拨动开关SA3-1、SA3-2、SA3-3控制缸1、缸2、缸3，进行相应的动作。6、系统自检功能：在系统开始进行自动功能时，夹具和钻头必须处于原位，否则相应的传感器没有信号，无法进行下一操作。2.5.2 I/O口的点数及地址分配、PLC选型输入输出名称PLC对应输入端口说明输出端口中间继电器PLC对应输出端CGQ1X0夹具原位传感器Y0KA0带传动电机CGQ2X1钻头原位传感器Y1KA1泵电机CGQ3X2夹具工进传感器Y2KA2钻头电机CGQ4X3钻头工进传感器Y3KA3电磁铁1YA按钮SB1X4带电机Y
10、4KA4电磁铁2YA按钮SB2X5泵电机Y5KA5电磁铁3YA按钮SB3X6钻头电机Y6KA6电磁铁4YA按钮SB4X7前进Y7KA7电磁铁5YA按钮SB5X10后退Y10KA8电磁铁6YA按钮SB6X11急停Y11KA9电磁铁7YA拨动开关SA1-1X12工作方式选择Y12KA10电磁铁8YA拨动开关SA2-1X13快速拨动开关SA3-1X141缸选择拨动开关SA3-2X152缸选择拨动开关SA3-3X163缸选择压力继电器X17CGQ5X20工件到位传感器CGQ6X21钻头工进停止传感器 由上图可以看出输入点为18个，输出点为11个，根据零件加工工艺特性、控制要求以及输入输出点数的情况，并
11、考虑以后扩大功能，留%10%15的余量，选定PLC型号为爱默生EC10-2416BTA晶体管输出，输入为24个点，输出为16个点，满足方案要求。2.6 画出电气原理回路设计主电路图控制电路图 2.8 PLC程序设计2.7 流程图2.8.1 全局变量表：序号变量地址注释序号变量地址注释1M0带电机停止26X5泵启动2M1自动缸1快进27X6钻头电机启动3M2自动缸1工进28X7手动缸进4M3压力继电器29X10手动缸退5M4自动缸3快进30X11急停6M5自动缸3工进31X12程序自动循环7M6缸3工进停止32X13手动快速8M7自动缸3工退33X14手动缸19M10自动缸3快退34X15手动缸
12、210M11自动缸2快进35X16手动缸311M12自动缸2快退36X17压力继电器12M13自动缸1快退37X20工件到位13M14夹具归原位38X21钻头工进到位14M15手动缸1进39Y0带电机15M16手动缸1退40Y1泵电机16M17手动缸2进41Y2钻头电机17M20手动缸2退42Y3YA118M21手动缸3进43Y4YA219M22手动缸3退44Y5YA320M23快速选择45Y6YA421X0夹具处于原位46Y7YA522X1钻头处于原位47Y10YA623X2夹具工进位置48Y11YA724X3钻头工进位置49Y12YA825X4带电机启动2.8.2 程序如下：程序解释：NE
13、TWORK02：为带电机启动、泵电机启动、钻头电机启动，而整个自动模式的循环启动通过M14来实现。系统的急停和停止通过X11来实现。NETWORK3：为自动模式的选择，自动的选择是通过MC0 MCR0来实现的。系统默认手动模式，当把拨动开关X12打到自动档，就可以实现自动模式。如果MC0 MCR0没接通在当中的程序就不会执行，这样就完全避免了在手动操作模式中传感器对动作的影响；NETWORK4 ：带传动输送工件到位，传感器1触发，M0中间继电器得电并自锁。并与带电机互锁，实现带电机的停止控制。NETWORK57：夹具处于原位，再按下带电机启动按钮X4，中间继电器M1得电并自锁，缸1 实现快进。
14、快进到位后，传感器2触发，M2得电并自锁，缸1开始工进。夹具对工件进行夹紧，当系统压力上升到压力继电器X17的设定值后，压力继电器触发，M3得电并自锁，而X17自身也控制该路的断开。NETWORK812：当钻头处于原位，压力继电器触发，中间继电器M4得电并自锁，缸3快进。快进到位，传感器3触发，中间继电器M5得电并自锁，缸3开始工进。工进到位后，传感器4触发，M6得电并自锁。计时器工作，钻头停留一段时间。计时完毕，M7得电并自锁，缸3工退。传感器3触发，M10得电并自锁，缸3快退。NETWORK1314：缸3快退至原位，传感器5触发，中间继电器M11得电并自锁，缸2控制挡板右移。计时器开始计时
15、，计时完毕后，M12得电并自锁，缸2控制挡板左移回原位。NETWORK1517：缸2快进同时，M13得电并自锁，缸1控制夹具快退。当夹具退回至原位后，传感器6触发。缸2快退停止。至此，开始进入下一自动循环。NETWORK1823：手动程序的编制是根据分支结构来编写。可以分别选择缸1、缸2、缸3，然后通过按钮X13选择速度快慢，通过X7、X10控制缸的前进或后退。NETWORK2430：为各程序段输出。每条程序均有急停控制，以保证安全。三、 PLC系统设计、调试遇到的问题 问题一、在零件设计的时候没考虑到液压系统的特性，出现了包含斜面、曲面的零件。同时思维不够发散，仅局限于阶梯轴等零件的思考。
16、问题二、零件加工工艺知识掌握不够全面。在设计零件加工工艺过程时，零件夹具的液压控制回路的速度设置不合理。在靠近工件夹紧时，应该把速度放慢。钻头加工完毕后，应该有一个工退速度，而不能一下子快退。否则会碰坏零件或者钻头。 问题三、根据功能要求，在手动模式下要实现快、慢速度的选择。在液压回路的设计和PLC程序编写时把问题复杂化，在老师的指点下，我们仅控制阀YA3、YA8便能实现，简单便捷。 问题四、用急停开关X11控制各个电机停止和用带电机启动按钮X4启动自动程序是可以实现其功能，但是在实际生产时不可取，应该设置相对应的功能按钮。 问题五、在PLC编程时，我们刚开始把自动/手动、快速/慢速功能的实现
17、分部分去编写。但实际上只用MC0/MCR0指令便可实现。使程序更加简单易懂。 问题六、在编写手动控制缸1、缸2、缸3前进或后退的程序时，我们按相对关系去编了6个程序块去实现，显得复杂难以控制。在张老师的启发下，我们只用3个程序块去实现。具体程序参考：NETWORK22NETWORK22。四、结论 本次实验的过程中，虽然出现很多问题，但是在老师的指导下和组员的努力下，达到了预期的目的。我们熟悉了液压PLC系统设计的步骤、液压回路的设计、PLC程序的编写和调试。同时也学习了画图软件Office Visio 的使用，进一步熟练掌握PLC编程软件及编程方法，为以后的毕业设计打下了基础。五、自我总结四天
18、的机电综合实验已经结束，虽然我们组在大家的共同努力下完成了实验的要求任务。完成了确定零件、制定方案、确定加工工艺图、确定液压回路、PLC程序的编辑以及PLC原理图的绘制、程序的调试等各个步骤。但还是暴露了很多的缺点和不足。 我主要负责方案的制定、确定液压回路和PLC程序的编写，以及后续的报告整理工作。同时也参与了其他部分的一些工作，使我受益良多。 下面回顾一下我在实验的过程出现的问题以及解决方法： 1）方案的确定：初始的方案一直被老师否定，因为思维局限于一些常见的零件加工，后来想到加工的某一道工序也可满足实验的要求，于是制定了现有的方案。这些都反映了我平时缺乏对零件和及其生产过程的仔细观察，对
19、机械行业的关注度不够。 2）液压回路的制定涉及到零件加工工艺过程，但是零件加工工艺这方面的知识是我们现阶段最为薄弱的环节。老师强调：现实生产中，必须考虑工艺的可行性，否则设计无法实现，失去意义。要考虑到细节，细节决定成败。 3）PLC程序的编写是多方法的，必须不断学习。在本次的PLC编程中，我学会了运用MC0/MCR0指令去实现功能的选择，简化了程序编写。4） 由于绘制PLC原理图是由其他组员完成，所以对主电路图和控制电路图的接线不是很明白，一直在消化之中，但还存在一些问题需要我及时去解决。5） 后期的排版也出现很多问题，甚至把零件图和方案因果关系颠倒。很多需要专业软件绘的图没有按照要求去绘制。后来经老师指导，用Office Visio 软件完成了图形的绘制。
