PLC课程设计千斤顶液压缸加工机床电气控制.doc

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1、 PLC 课程设计说明书题目： 千斤顶液压缸加工机床电气控制 学生姓名： 学 号： 200806070123 院（系）： 电气与信息工程学院 专 业： 自动化 指导教师： 2011年 07 月 07 日目 录摘 要.21.千斤顶液压缸加工机床电气控制设计要求.31.1机床概况.31.2控制要求.41.3液压缸结构.52.千斤顶液压缸加工机床设计分析.52.1机床结构及工作原理.52.2 机床液压系统工作原理.63千斤顶液压缸加工机床PLC控制系统硬件设计分析.73.1确定PLC所需I/O点数.73.2 PLC型号的选择.73.3 PLC的I/O分配及外部接线图.73.4 PLC的梯形图.83.

2、5 PLC的助记符.94.总结与心得体会.11参考文献.13摘 要本设计主要利用欧姆龙系统完成。主要介绍了千斤顶液压缸加工机床电气控制的PLC的特点、PLC的功能、发展趋势、PLC控制千斤顶液压缸加工机床电气控制的软、硬件设计。在示意图、接线图、液压的控制梯形图、指令表、和程序流程图的基础之上提出了PLC的编程方法。可编程控制系统（Programmable Logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方

3、便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业自动化控制控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。千斤顶液压缸加工机床是工业生产不可缺少的加工工具，方便自动化的加工更是现在的潮流，过去的加工机床都是通过继电器接触器控制系统进行操作的，可靠性、安全性差，并且需要大量人力物力。而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，取代过去由于大量使用继电器带来的种种缺点，改善并提高了控制性能，提高了生产效率，降低了生产成本，使加工机床运行更加安全、方便、可靠。千斤顶液压缸加工机床电气控制 本文提出了在千斤顶液压缸加工机床控制系统中用PLC控制替代原来的继电器接触器控制系统，取代过去由

4、于大量使用继电器带来的种种缺点，改善并提高了控制性能，提高了生产效率，降低了生产成本。1千斤顶液压缸加工机床电气控制设计要求1.1 机床概况本机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制，油泵电动机型号为Y8014（0.55KW，1.6A）。机床的工作程序是：a) 工件定位 人工将零件装入夹具后，定位液压缸动作，工件定位。b) 工件夹紧 零件定位后，延时15s，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具内，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。c) 滑台入位 滑台带动

5、动力头一起快速进入加工位置。d) 加工零件 左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点位置即停止工进，延时30s后停转，快速退回原位。e) 滑台复位 左右动力头退回原位后，滑台复位。f) 夹具松开 当滑台复位后夹具松开，取出零件。以上各种动作由电磁阀控制，电磁阀动作要求见表1-1。YV1YV2YV3YV4YV5定位夹紧入位工进退位复位放松注：“+”号表示电磁阀得电。表1-1 电磁阀动作要求1.2 控制要求a) 左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。b) 只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力（压力继电器检测）后，才能进行其他的控制。c) 机床即能半自动

6、循环工作，又能对各个动作单独进行调整。d) 要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。e) 控制信号说明如表1-2所示。输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1机床半自动循环控制转换开关KM1动力头M1、冷却泵M2接触器SA2-1手动定位控制转换开关KM2液压泵M3接触器SA3-1手动入位控制转换开关YV11#电磁阀SA3-2手动工进控制转换开关YV22#电磁阀SA3-3手动退位控制转换开关YV33#电磁阀SB1动力头M1、冷却泵M2起动按钮YV44#电磁阀SB2动力头M1、冷却泵M2停止按钮YV55#电磁阀SB3液压泵M3起动按钮HL1动力头M1、冷却泵M2运行指示SB4液压

7、泵M3停止按钮HL2液压泵M3运行指示KM1动力头M1、冷却泵M2运行信号HL3半自动循环工作指示KM2液压泵M3运行信号HL4定位指示FR1动力头M1、冷却泵M2过载信号HL5入位指示KP压力继电器油压检测信号HL6工进指示SQ动力头工进终点位置检测信号HL7退位指示HL8故障指示表1-2控制信号说明f) 相关参数：1) 动力头电动机M1：Y100L-6，1.5 kW，AC380V，4.0A。2) 冷却泵电动机M2：JCB-22，0.15kW，AC380V，0.43A。3) 液压泵电动机M3：Y801-4，0.55kW，AC380V，1.6A。4) 电磁阀YV1YV5：100mA，AC220

8、V。5) 指示灯HL1HL8：10mA，DC24V；安全照明：10W，6.3V。1.3 千斤顶液压油缸结构1) 工件台即可装卸工件的部分，当工件处于可被加工位置时，先用定位油压缸对其进行定位夹紧，工件处于固定不动的状态，这样可以进行高精度的加工。2) 动力头动力头用动力头电机带动，它能够同时完成刀具切削运动和进给运动，在液压系统中动力头主要完成刀具的切削运动，进给运动主要靠液压滑台来实现。3) 液压滑台液压滑台主要是由油泵电机控制来完成两个动力头的进给运动，既快进、工进和快退。它的换向主要靠电磁阀改变压力油路来实现的，因为液压系统可以方便地进行无级调速，正反向平稳，冲击力小，便于频繁的换向，它

9、可以电气控制系统相配合。因此，液压动力滑台在组合机床及专用机床都得到了广泛的应用。2千斤顶液压缸加工机床设计分析2.1 机床结构及工作循环 千斤顶液压刚两端的加工，采用装在动力滑台上的左右两动力头同时进行切削，机床属于双面单工为组合机床。千斤顶液压缸两端面加工机床有两个液压滑台、动力箱、固定式夹具、底座、床身和液压站等部件组成。 千斤顶液压缸两端加工机床工作循环如图2-1所示，加工时，将工件放在工作台上并夹紧，当工件夹紧后，发出加工指令，左右滑台开始快进，当接近加工位置时，左右滑台变为共进进给，直至终点后在快退返回。至原来左右台分别停止，并将工件放松取下，工作循环结束。左快进 SQ5左工进 右

10、快进 SQ6右工进 左快退 右快退 SQ1SQ3SQ4SQ2 图2-1机床工作循环示意图2.2 机床液压系统工作原理插定位销拔定位销3421YV1紧 松75DF6YV2JK9YV310YV51617YV41415131211进 退88SP机床液压系统如图2-2所示，由于左右液压滑台工作油路相同，图中只画出一个液压滑台油路。千斤液压缸两端面加工机床采用了两位四通电磁阀控制，工件的定位是由液压缸4驱动，工件的夹紧、放松是由液压缸7驱动，动力投的快进、工进以及快退是由液压缸12驱动的。人工将零件装入夹具后，打开运行按钮，只有电磁换向阀YV1得电，电磁换向阀右位接通，液压泵流出的液压油驱动液压缸左行，

11、插入定位销，将工件定位；工件定位后，延长一段时间，电磁换向阀YV2得电，液压油经过压力油经阀，驱动液压缸7动作，将零件固定在夹具内，压力继电器检测到油路到一定压力，零件夹紧后，电磁换向阀YV3、YV4、YV5同时得电，同时，为了保证滑台入位，YV1失电，是定位油缸退出，YV4得电，使液压缸左行快进，快速进入加工位置，回油经单向阀14流入油缸；当液压缸12驱动动力头到达加工位置时，YV5失电，回油经调速阀17，单向阀15流入油缸，机床进入工进状态，左右动力台进行两端面切削加工；当动力头到达加工终点时，停止工进，延长一段时间后，YV4失电，液压油经过单向阀13，快速退回原位；左右动力头退到原位后，

12、YV3失电，使滑台复位；滑台复位后，YV2失电，夹具放松，可以取出工件。 1-过滤器 2-液压泵 8-压力继电器 5-压力油经阀 17-调速阀10、13、14、15-单向阀 3、6、9、11-电磁换向阀 4、7、12-液压缸图2-2加工机床液压系统3千斤顶液压缸加工机床PLC控制系统硬件设计分析3.1 确定PLC所需I/O点数根据上述工作原理及控制要求，PLC所需要的输入端包括一个启动输入SB0，一个紧急停止输入SB1，限位行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6，一个压力继电器输入开关SP，一共需要9个输入端即可；PLC所需要的输出端有电磁换向阀YV1、YV2、YV3、YV4、

13、YV5、YV6、YV7共7个电磁线圈，液压泵开关电磁线圈KM1，共需要8个输出端。本系统不需要模拟量变换及存储，只需要17个开关量控制，因此估算用户程序存储器容量：存储器字数开关量I/O总数10=170。所以要选用输入点个数9、输出点个数8、用户程序存储器容量170的PLC。3.2 PLC型号的选择 根据以上分析，要选择输入点个数9，输出点个数8，存储器字数170的PLC。选择的型号为欧姆龙公司30点的CPMIA，多出I/O点作为备用点。该可编程控制器的主机有18个输入点（0000000011,0010000105）、12个输出点（0100001007,0110001103）。可直接驱动电动机

14、，也可以通过继电器或接触器控制大功率的负载。SB0SB1SPSQ1SQ2SQ4SQ3SQ5SQ60000000001000020000300004000050000600007000080100101003010050100001002010040100601007YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7KM3FUCOMCOMM3PLCE3.3 PLC的I/O分配及外部接线图图3-3外部接线图输入启动开关SB000000紧急停止SB100001压力继电器SP00002左动力头原位限位SQ100003右动力头原位限位SQ100004左动力头共进限位SQ100005右动力头共进限位SQ10000

15、6左动力头快进限位SQ100007右动力头快退限位SQ100008输出电磁换向阀YV1线圈01000电磁换向阀YV1线圈01001电磁换向阀YV1线圈01002表3-3 具体I/O分配表3.4 PLC的梯形图 根据I/O分配图和外部接线图，设计要求千斤顶液压缸两端加工机床工作循环如图2-1所示，加工时，将工件放在工作台上并夹紧，当工件夹紧后，发出加工指令，左右滑台开始快进，当接近加工位置时，左右滑台变为共进进给，直至终点后在快退返回。至原来左右台分别停止，并将工件放松取下，工作循环结束。 其中通过延时来使工件充分夹紧和放松，从而使工作可靠安全，运行符合要求。右工进OUT 20001OUT 20

16、0030100400005TIM001200012000100007TIM001000032000020003000010100600006TIM002200032000300008TIM002000042000220004ENDTIM 001OUT 20002OUT 01006TIM 002OUT 20004OUT 20005左工进#0300左快进右快进#0300右快退复位 放松000000000101007010070000201000TIM0002000000002200052000220004200002000101004OUT 00000OUT 01000TIM 000OUT 000

17、01OUT 20000OUT 00004OUT 00003OUT 00005OUT 01004液压泵启动定位#0150夹紧3.5 PLC的助记符：LD 00000OR 01007AND NOT OOOO1OUT OOOOOLD 01007AND NOT 00002 OUT 01000LD 01000 OUT TIM000LD TIM000OUT 00001LD 00002OUT 20000LD 20000AND NOT 20005OUT 00004AND NOT 20002 OUT 00003AND NOT 20004OUT 00005LD 20000OR 01004AND NOT 20001

18、OUT 01004LD 01004 AND 00005LD 20001OR-LDAND NOT TIM001OUT 20001LD 20001AND 00007OUT TIM001LD TIMOO1 AND NOT 00003OUT 20002LD 20000OR 01006AND NOT 20003OUT 01006LD 01006AND 00006LD 20003OR-LDAND NOT TIM002OUT 20003LD 20003AND NOT 00008OUT TIM002LD TIM002AND NOT 00004OUT 20004LD 20002AND 20004OUT 2000

19、5END4.总结与心得体会对于PLC课程设计，由于以前没有涉及这方面的知识，所以开始感觉非常难。刚拿到题目的时候，真不知道如何下手。做课程设计的时间只有两、三天，由于时间的紧迫，所以很多地方还是没有很好的掌握。PLC在当今的应用十分广泛因为其功能强，性能价格比高可靠性高，抗干扰能力强PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握

20、。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的实时梯形图的状态迅速的查明故障的原因，用修改程序或更换模块的方法可以迅速地排除故障。对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个

21、继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。首先，我要明白设计千斤顶液压缸加工机床控制系统内容和目的。经过不断地查阅知识和课本，最后我选择了欧姆龙公司30点的CPMIA作为核心控制。因为这款PLC符合本次设计，再设计过程中我遇到了很多问题。首先，对于系统的保护问题，我们要保证系统可靠安全的运行。其次，要非常清楚系统的I/O分配，了解每一条指令的意义和作用。最后，由于没有找到合适软件导致有关原理图和梯形图都是通过画图工具做出来的。在这次设计中，我对PLC程序的设计过程有了一个很好的理解，也对PLC在现实生活中的应用有了一个大致的了解。虽然课程设计的过程不轻松，但是在这过程中我的收获是丰富的。课程设计锻炼了我独立思考的能力，培养了我独立研究、发现问题、分析问题、解决问题的能力，也增强了自己的动手能力。参考文献1. 电机与电气控制 谭维瑜 主编 机械工业出版社2. 电气控制及可编程序控制器 张风珊 主编 中国轻工业出版社