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1、攀枝花学院本科课程设计液压动力头PLC控制系统设计学生姓名： 周阳 学生学号： 201310601194 院 （系）： 机械工程学院 年级专业： 2013级机制1班 指导教师： 李琴 副教授 二一六年十二月摘 要可编程控制器(Programmable logic Control-ler,简称PLC)是以微处理机为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置, 其具有逻辑控制、计时、计数、数据处理、联网与通信等强大功能,用来替代传统的继电接触控制系统。同时,由于PLC具有很高的可靠性和极大的应用灵活性,在各行各业的控制领域都得到了广泛的应用,并与C
2、AD/CAM和机器人技术一起被誉为现代工业自动化的三大支柱之一。大量采用传统继电接触控制系统 的设备通过改造更新,成为PLC控制的自动化系统,而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特点。本文介绍基于PLC的动力头控制系统的设计与应用。关键词 计算机技术，自动控制技术，通信技术ABSTRACTThe programmable controller is a microprocessor based automatic control device, a new type of industrial integrated computer technology, automatic control
3、 technology and communication technology and developed, its logic control, timing, counting, data processing, network communication and other powerful features, used to replace the traditional relay contact control system. At the same time, because PLC has very high reliability and great flexibility
4、, has been widely used in the field of control of all walks of life, and with CAD/CAM and robot technology has been regarded as one of the three pillars of modern industrial automation. A large number of equipment using traditional relay contact control system through the transformation and updating
5、, become PLC control automation system, and has the characteristics of low cost, short cycle and high reliability. This paper introduces the design and application of power head control system based on PLC. Keywords Computer Technology，Automatic Control Technology，Communication Technology目 录摘要ABSTRA
6、CT 目 录11 绪论21.1 研究目的与意义21.2 PLC控制系统在动力头机床中的作用与地位22 控制系统方案论证与选择52.1 动力头的设计要求52.1.1 电动机拖动部分52.1.2 液压拖动部分52.2 控制系统的论证与选择62.2.1 各种控制系统的特点62.2.2 控制系统的选择103 电路分析与元器件选择113.1 电路分析113.1.1 主电路分析113.1.2 控制电路设计123.2 元器件的选择143.2.1 电动机和电器元件的配置153.2.2 电动机型号的选择153.2.3 电器元件型号的选择164 PLC控制系统设计174.1 PLC控制系统硬件设计174.1.1
7、系统输入输出元件型号的确定174.1.2 PLC机型的选择174.1.3 PLCI/O元件的分配184.2 PLC控制系统硬件设计194.3 梯形图程序195 总结216 参考文献221 绪论1.1 研究目的与意义可编程控制器(Programmable logic Control-ler,简称PLC)是以微处理机为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置, 其具有逻辑控制、计时、计数、数据处理、联网与通信等强大功能,用来替代传统的继电接触控制系统。同时,由于PLC具有很高的可靠性和极大的应用灵活性,在各行各业的控制领域都得到了广泛的应用,并与
8、CAD/CAM和机器人技术一起被誉为现代工业自动化的三大支柱之一。大量采用传统继电接触控制系统 的设备通过改造更新,成为PLC控制的自动化系统,而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特点。本文介绍基于PLC的动力头控制系统的设计与应用。1.2 PLC控制系统在动力头机床中的作用与地位控制系统在金属切削机床中的作用与地位。控制系统是金属切削机床的指挥控制中心。金属切削机床对产品所有零件的加只有在控制系统的指挥下才能进行。因此控制系统性能的好坏、自动化水平的高低直接影响到机床的整体性能及加工质量。此外，控制系统性能的好坏对于提高劳动产品的产量和质量也有着极大地影响。当然也会影响到该企业的市场竞争力
9、。所以对金属切削机床控制系统的设计与制作要引起足够的重视。要提高机床的性能，除了要提高该机床机械部分的性能外，还要提高该机床的控制系统的性能。控制系统的类型、特点及应用场合。目前就控制系统来说有三种可供选择：继电器控制系统；计算机控制系统；可编程序控制器控制系统。PLC程序控制器以其可靠性高、适应性强、设计调试方便等优点，在很多工业部门已经取代前两种控制系统控制部分；一是电动机控制部分，二是液压拖动部分。电动机控制部分主要是用继电器控制，该设计中的“启动”、“停止”、“短路保护”、“过载保护”、“失压保护”都是受这部分的控制；而液压拖动部分则是由PLC进行控制的。PLC控制系统的设计中：硬件方
10、面：可编程序控制器的型号选择和硬件配置；软件方面：程序的设计。包括公用程序、手动程序、全自动程序、半自动程序。其中公用程序与手动程序都是靠经验设计法设计的。而全自动程序与半自动程序则是使用顺序功能图一步一步进行设计的。可编程序控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4)过程控制过程是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，可
11、编程序控制器能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦一样，随着PLC应用
12、领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。（1）PLC微型化发展PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的机种，体积仅为609075mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS(集散控制系统)的差别越来越小了，用PL
13、C同样可以构成一个过程控制系统。（2）PLC网络技术化发展PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。（3）向模块化、智能化发展为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功
14、能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。（4）PLC操作向简易化方向发展。目前PLC推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步，而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握更多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错，阻碍了PLC的进一步推广应用。PLC的发展必然朝着操作简化对复杂任务的编程，在这一点上西门子就充
15、当了先行者，西门子S7-200的编程软件设计了大量的编程向导，只需要在对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序，大大方便了用户的使用。（5）编程语言和编程工具的多样化和标准化多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。2 控制系统方案论证与选择2.1 动力头的设计要求伴随着加工件的日益复杂化、精度等级以及加工效率的提高，多轴向、高转速成为工具机必备的条件，除了加工中心
16、机走向机能复合化外，车床方面已由早期的卧式车床开发出许多新的加工形态，例如双刀塔、立式车床、倒立车床、以及车铣复合机种，以顺应新时代加工方式的需求。其中车铣新概念复合机无疑是一项新技术结合的工具机杰作，最大的优点在于可轻易地在同一机台上做复杂零件的加工，可同时进行车削、钻孔、攻牙、端面切槽、侧面切槽、侧面铣削、角度钻孔、曲线铣削等等。2.1.1 电动机拖动部分液压电机、冷却电机、扩孔电机、钻孔电机根据它们的设计要求,可以采用“起保停”电路设计。因为这种控制电路无须任何中间继电器，接线方便，设计安装量也不大。因此宜采用继电器控制方案来控制。其最大的优点就是能节省开支。若用单片机控制方案，会增大接
17、口电路的设计；若用PLC控制方案，会占用输入点，引起投资的增大。因此不宜用这两种控制方案。攻丝电机因为有“正转”与“反转”之分，需要根据机械设备的工作进程来决定其“正、反转”。若采用继电器控制方案，则需一定数量的中间继电器，这会使设计、安装、接线工作量增大，程序更改不方便。而且容易出故障；若采用单片机控制方案，对环境的要求高，抗扰能力差，也不适宜采用。所以采用PLC来控制。2.1.2 液压拖动部分在液压拖动部分，各工位动力头动力头、转位机构的向前与向后、夹紧与松开等运动都是由液压系统拖动。这些动作都是根据条件一步步进行的。因为液压拖动部分的每一步都需要根据一定的条件来转换，所以如果采用继电器控
18、制方案，则需要用到大量的中间继电器，那样安装、接线工作量会很大，而且更改程序也极不方便，当出现故障时也不易查找和排除。若采用单片机控制方案，则需要为其设计制作印刷电路板和接口电路等，还要焊接，设计安装工作量大，而且对工作环境要求比较高。就动力头机床所在的工业现场而言，采用该方案时，其可靠性不能得到保证。因此，对液压拖动部分也不宜采用单片机控制方案来控制。根据设计的实际要求，需要的是能适应经常变动、可靠性强、易于维修的控制系统。因此选择采用可编程序控制器方案来控制最合适。这是因为该控制方案的可靠性高，抗干扰能力强，无需担心工业现场的恶劣环境会对PLC设备产生影响；编程方法简单易学，采用形象直观，
19、易学易懂的梯形图语言；系统的设计、安装、调试工作量少，用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少；环境要求低，适应性强可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，使之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现场；维修工作量小，维修方便可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。2.2 控制系统的论证与选择目前就控制系统来说,有三种可供选择：继电器控制系统；计算机控制系统；可编程序控制器控制系统。PLC程序控制器以其可靠性高、适应性强、设计调试方便等优点，在很多工业部门已经取代前两种控制系
20、统。2.2.1 各种控制系统的特点1. 继电器控制系统继电器是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关。继电器控制系统的控制功能是用硬件继电器（或称物理继电器）实现的。多年来，人们用电磁继电器控制顺序型的设备和生产过程。就单台继电器控制系统而言，其工作可靠性是比较高的。而且继电器本身也不贵。所以对于小型的、要求不复杂的控制对象来说，采用继电器控制系统是可行的。但是对于复杂的控制系统来说，所需的继电器很多。任何一个继电器的故障都会影响到整个系统的正常运行，查找和排除故障往往是非常困难的；由于该控制系统靠硬件接线，所以程序的更改比较困难，所以它的适应性比较差，不适应经常要求变更程序的产品的设计。当要求
21、生产小批量、多品种的产品时，继电器控制系统是不能够满足要求的。2. 计算机控制系统计算机控制系统的程序采用指令编程，程序可以替代一部分硬件，而且程序便于维修。与继电器控制系统相比较，其控制电路的故障点相应减少；其适应性、通用性与灵活性都有提高；而且因为它是由电子器件组成，所以比继电器控制系统体积小、重量轻而且耗能少。但是计算机控制系统对环境的要求比较高，其抗干扰能力不强；在制作中还需要印刷电路板，其外部I/O接线需要用插座从一双电路板上引出，既不方便也不可靠；在编程的时候用的是汇编语言或C语言，比较麻烦，不易被工厂的电气人员掌握。因此计算机控制系统的应用范围还是很受限制。3. 可编程序控制器控
22、制系统可编程序控制器的特点：(1) 可靠性高，抗干扰能力强PLC是专为工业控制而设计的，在硬件方面采用了电磁屏蔽、光电隔离、模拟量和数字量滤波、优化电源电路等措施，并对元件进行了严格的筛选；在软件方面则采取了警戒时钟、故障诊断、自动恢复等措施，利用后备电池对程序和动态数据进行保护。因此，PLC是有其他工业控制设备无可比拟的高可靠性。(2) 编程方法简单易学 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，梯形图语言形象直观，易学易懂。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程序控制器在执行梯形图程序时，用结实程序将它“翻译”成汇编语言再去执行。由于可编程序控制器运算速度的不断提高，对于一般
23、的控制设备来说，执行速度完全满足要求。PLC使用简单，一般情况下，不需要考虑接口问题，只需要用螺丝刀就可以完成全部接线工作。PLC可以采用一种面向控制过程的梯形图语言，它与继电器原理图非常接近，电气工人可以在短时间内学会。因此，世界上许多国家的可编程序控制器生产公司都将梯形图语言作为第一用户语言。(3)功能完善，应用灵活PLC的基本功能包括数字和模拟量输入/输出、算术和逻辑运算、定时、计数、移位、比较、代码转换等，其扩展功能有批数据传送、排序查表、中断控制、函数运算、通信联网、PID闭环控制、监控报警等，可以组成功能完善的控制系统。(4) 系统的设计、安装、调试工作量少可编程序控制器用软件功能
24、取代了继电器控制系统中大量的中间继电器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路花的时间要少得多。可编程序控制器的用户程序可以在实验室模拟实验，调试好后再将可编程序控制器安装在现场调试。调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决。(5) 环境要求低，适应性强可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，使之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现场。可编程序控制器已被广大用户人为最可靠的工业控制
25、设备之一。(6) 维修工作量小，维修方便可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。三菱plc与西门子plc有什么区别?分别有什么优点和缺点?该如何选择学习哪种品牌?首先它们的编程理念不同，三菱plc是日系品牌，编程直观易懂，学习起来会比较轻松，而西门子plc是德国品牌，指令比较抽象，学习难度较大，但指令较少，而三菱的指令较多，所以学习三菱和学习西门子的周期是一样的;三菱的优势在于离散控制和运动控制，三菱的指令丰富，有
26、专用的定位指令，控制伺服和步进容易实现，要实现某些复杂的动作控制也是三菱的强项，而西门子在这块就较弱，没有专用的指令，做伺服或步进定位控制不是不能实现，而是程序复杂，控制精度不高。过程控制与通信控制西门子是强项，西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单，而三菱的模拟量模块价格昂贵，程序复杂，西门子做通信也容易，程序简单，三菱在这块功能较弱。所以针对不同的设备不同的控制方式，我们要合理的选用PLC，用其长处，避其短处。例如某设备只是些动作控制，如机械手，可选择三菱的PLC，某设备有伺服或步进要进行定位控制，也选三菱的PLC;像中央空调，污水处理，温度控制等这类有很多模拟量要处理的就要选西门子的PLC
27、比较合适，某设备现场有很多仪表的数据要用通信进行采集，选西门子的好控制。三菱系列的PLC，三菱PLC英文名又称：Mitsubish Power Line Communication，是三菱电机在大连生产的主力产品。 三菱PLC在中国市场常见的有以下型号： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q。FX1S系列:三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。FX1N系列:是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一
28、款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。FX2N系列:是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX3U:是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。FX1NC FX2NCFX3UC三菱PLC:在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。Q系列三菱PLC:三菱机公司推
29、出的大型PLC,CPU类型有基本型CPU，高性能型CPU，过程控制CPU,运动控制CPU,冗余CPU等。可以满足各种复杂的控制需求。三菱电机中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱PLC，Q系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTESET型三菱PLC，即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOUSET；另一款自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指标与Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等软件，故具有极佳的性价比。A系列三菱PLC: 使用三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PL
30、C;A2ASCPU支持32个PID回路。而QnASCPU的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变；程序容量由8K步至124K步，如使用存储器卡，QnASCPU则内存量可扩充到2M字节；有多种特殊模块可选择，包括网络，定位控制，高速计数，温度控制等模块。编程语言在FX系列可编程控制器控制器中，除基本的指令表变成方式外，还可以采用在图形画面上进行阶梯符号作图的梯形图编程方式，以及对应机械动作流程进行顺控设计的SFC（顺序功能图）方式，而且，这些程序可以相互转换换。指令表及梯形图程序如果按一定的规则编写，也可以实现到SFC图的逆变换。2. 高速处理三菱系列PLC可以实现高速处理，FX系列可编程控制
31、器内置的高速计数器，对来自特定的输入继电器的高速脉冲进行中断处理，因此与扫描时间无关，可以进行高达60kHz/h的高速脉冲。在可编程控制器中设置了C-R滤波器，以防止输入信号的震动和噪音的影响。可以对脉冲进行捕捉，在脉冲捕捉中可以监视来自特定输入的脉冲信号，也可以在输入时采用中断处理设置特殊辅助继电器。3. FX的PLC支持顺序控制。可编程控制器的扫描周期是恒定模式，采用次模式可以以固定的周期处理和运算同步执行的指令。在设备不停机的情况下也可以对运行过程中的程序进行改变的功能。4. 应用指令FX系列PLC基于追求“基本功能、高速处理、便于使用”的规范理念，FX可编程控制器具有数据的传送和比较，
32、四则运算及逻辑运算、数据的循环和位移等基本指令，还有输入输出刷新、中断、高速计算器专用比较指令、高速脉冲输出等高速处理指令，以及在SFC控制方面，将机械控制的标准动作封袋化的状态初始化指令等。此外，还提供了可适应更复杂的控制的浮点运算及PID运算等。西门子系列PLC西门子股份公司（SIEMENS AG FWB：SIE, NYSE：SI）是世界最大的机电类公司之一，1847年由维尔纳?冯?西门子建立。西门子SIAMTIC模块化控制器有着很大的优势，它可以即买即用，长期兼容性和可用性，可以在恶劣环境下工作，模块还可以扩展和升级。西门子的产品十分的抗震动，通过集中式和分布式I/O控制。所以西门子在最
33、近的一些年内能够很有力的打进中国的市场并能在中国的市场牢牢的扎根。这和西门子产品的质量和性能有着十分大的关系. 其中就有S7-200、S7-300、S7-400。S7-200它适用于一系列机械设备的制造或用作独立的解决方案，微型自动化系统的组成部分，STEP 7Micro/WIN 工程组态软件应用于它，西门子plc现在不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，RISC(reduced instruction set computer)精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时生产了大量内含微处理器的智能模块，使得第四代PLC产
34、品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器2.2.2 控制系统的选择正因为可编程控制器控制系统的这些优点，几乎所有自动化领域内的控制系统的设计，可编程序控制器都能够做到。继电器控制系统与计算机控制系统不能做到的，它也可以做到。所以选择可三菱编程控制器控制系统。 3 电路分析与元器件选择3.1 电路分析3.1.1 主电路分析液压泵电动机的作用是：拖动液压泵，为液压系统提供动力。冷却泵电动机的作用是：对工具和加工面进行冷却，起保护作用，同时确保了加工的精度。钻孔电动机的作用是：为钻孔动力头主轴的旋转提供动力。其原理图如图3.1所示。图
35、3.1 主电路原理图图 3.2液压原理图机床主电路为380V三相交流电源，接地类型是TN-S型。总电源由刀开关QS引入。交流接触器KM1是液压电动机M1接通和断开的接触器，FU1对电源板、整个线路起短路保护作用，FR1、FR2、FR3对应的电机M1、M2、M3过载保护用热继电器。3.1.2 控制电路设计 控制电路对主电路各电动机的启动、停止进行控制，其原理图见图3.2。工作状态图见表3.1。图3.3 液压控制电路原理图表3.1液压系统工作状态图YA1YA2YA3快进+-+工进+-快退-+-停止-（1）动力头原位停止：当电磁铁YA1、YA2、YA3都断电时，电磁换向阀YV1处于中位，变量泵卸荷，
36、液压缸左右两腔不进出油，动力头不动。动力头在原位时，行程开关ST1一直被挡铁压住，产生持续动作，即ST1的动合触点闭合，动断触点断开。此时，观察各支路的电磁铁（包括中间继电器的电磁铁）均不得电。（2）动力头快进：把档位切换开关S放在“1”位置，按动复合按钮SB1，中间继电器K1得电动作并自锁。其动合触点闭合使YA1和YA3得电，YA1通电使电磁换向阀YV1的左位连通，液压泵输出压力油进入液压缸的左腔，液压缸右腔的回油通过YV1的左位流至2U前端。YA3通电使YV2的左位连通，于是回油进入YV2的左位，来自液压缸右腔的回油通过其左位又流回液压缸YG的左腔，从而加大了进入左腔的油量（液压缸的差动工
37、作方式），其活塞杆向外伸出更加迅速，形成快进。（3）动力头工进：在动力头快进结束时，挡铁触碰行程开关ST3，ST3动作，其动合触点闭合，使K2得电动作并自锁，K2的动断触点断开使YA3断电，于是电磁换向阀YV2右位连通，来自液压缸右腔的回油在YV2这条支路上被截断，只能通过过滤器2U和流量调节阀L进入回油系统，由于回油没有进入液压缸左腔，减小了油量，且流量调节阀L可以调节从液压缸右腔排出的回油量，因此动力头进给速度明显变慢且可控制（由流量调节阀控制），动力头进入工作进给状态。应该注意的是，当动力头工进时，其挡铁将离开行程开关ST3，ST3的动合触点复位断开，但由于K2已经自锁，因此YV2依然右
38、位连通。（4）动力头快退：当动力头工进到终点时，挡铁触碰开关ST4，其动合触点闭合，K3得电动作并自锁，并使YA1、YA3断电，YA2得电，于是电磁换向阀YV1右位连通，变量泵输出压力油进入液压缸右腔，液压缸左腔的回油直接通过YV1右位进入回油系统，动力头结束工进，开始快速退回。动力头回到原位后，触碰行程开关ST1，K3断电使YA2断电，动力头停止运动。（5）点动调整：上述控制线路除了完成工作循环外，还可以进行点动调整。将档位切换开关S放在“2”位置时，按下按钮SB1也可接通K1，使YA1、YA3通电，动力头快进。但由于此时K1不能自锁，因此手放松按钮SB1后，动力头停止工作，从而实现点动向前
39、调整。（6）回原位操作：由于某种原因，动力头可能会不在原位而停止，如果此时需要将动力头快退回原位，可按动按钮SB2，使K3得电动作，产生快退，直到ST1被触碰，动力头在原位停止。3.2 元器件的选择动力头机床电器控制线路包括液压泵电机、冷却泵电机、钻孔、扩孔、攻丝动力头主轴电机的主电路、控制电路和辅助电路三个部分。主电路、控制电路和辅助电路的设计内容包括这些电路电器元件的配置、型号的选择以及线路中的主电路、控制电路、辅助电路原理图的设计。3.2.1 电动机和电器元件的配置在电器控制线路中,应配置以下元件:三相鼠笼式异步电动机、刀开关、万能转换开关、二位置旋钮、按钮、接触器、热继电器、熔断器、控
40、制变压器等。这些元件的作用如下：1刀开关：在机床上，主要用作电源开关，起隔离电源、安全检修的作用。2.万能转换开关：(1)工作方式选择开关：用于各种工作方式的选择。“回原点”、“手动”、“单机”、“自动”、“半自动”的相互转换。(2)单机选择开关：用于各单机的选择。3按钮：用来接通或断开电路中的电流。4接触器：用来接通或断开电动机或其他负载主回路的自动切换电器。KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别对液压泵电机、冷却泵电机、钻孔、扩孔、攻丝动力头主轴电机起控制作用。5热继电器：根据对象的温度变化来控制电流流通的继电器，即是利用电流的热效应而动作的电器，它主要用来保护电动机的过载。6
41、熔断器：主要用于短路保护。FU1对电源板、整个线路起短路保护作用；FU2用于控制电路的短路保护；FU3用于控制变压器的短路保护；FU4用于照明回路的短路保护；FU5用于信号灯供电电路的短路保护。7控制变压器：根据负载电压的要求调节电压。TC的副边为电源指示灯HL提供6.3V电压，为机床照明指示灯EL提供36V电压。3.2.2 电动机型号的选择1电动机的选择：电动机是机床电力拖动系统的拖动元件，在电动机的选择内容中，功率的选择是首要的，同时，电机的转速、型式、电压等的选择也是必要的。液压泵电机与冷却泵电机都是按经验选择。液压泵电机选择额定容量为3KW，冷却泵电机选择额定容量为90W。钻孔动力头主
42、轴拖动电动机M3的选择钻孔动力头主轴拖动电动机功率的计算公式P=0.0646D1.19 式中 P主拖动电动机功率,KW；D最大钻孔直径，m 。该机床钻孔动力头加工的孔的最大直径为45mm，需要的拖动功率为1.95KW,因此选择额定功率为3KW的电动机。3.2.3 电器元件型号的选择1刀开关QS：不带融断器式刀开关主要有HD型及HS型，带融断器式刀开关有HR3系列。2熔断器：熔断体额定电流是个主要的技术参数。熔断体的额定电流IR可按下列关系选择IR=（1.5-2.5）IN。式中IN-异步电动机的额定电流。3接触器：机床用的是交流接触器。常用的有CJ10、CJ12、CJ20等系列交流接触器。交流接
43、触器主触点电流可根据下面经验公式进行选择：IN=PN1000/KUN4热继电器：热继电器的额定电压和额定电流应大于或等于被保护电动机的额定电压和额定电流。从一个产品系列中选择热继电器的具体规格时，主要是依据额定电流值。5中间继电器：选用中间继电器的主要依据，一是继电器触点的额定电流应满足被控电路的要求；二是继电器触点的品种和数量必须满足控制电路的要求。电器元件选择汇总表如下表3.2：表3.2 电器元件的选择名称型号液压电机Y132M-4钻孔电机Y100L-2冷却电机AOB-25液压电机接触器KM1CJ20-63冷却电机接触器KM2CZ0-40/02钻孔电机接触器KM3CZ0-40/20熔断器F
44、R1、FR2、FR3BZ002刀开关QSHR3-100/34转换开关SLW5-16按钮开关SB1 SB2KOB-83ER1电磁铁YA1MFJ9-26YC行程开关ST1 ST2 ST3JLXK1-114 PLC控制系统设计4.1 PLC控制系统硬件设计PLC控制系统硬件设计的内容包括：PLC输入、输出元件型号的确定、PLC机型的选择、PLCI/O元件的分配、PLC的I/O接线图。4.1.1 系统输入输出元件型号的确定在PLC控制系统中，所需要的输入元件有：按钮、指令开关、限位开关；输出元件有：接触器、电磁阀。这些元件的选择见表3.2.4.1.2 PLC机型的选择PLC机型选择应考虑以下因素：（1
45、）物理结构根据物理结构，可编程序控制器分为整体式和模块式两种。对于该机床这种小型控制系统而言，选择整体式PLC有优势。采用整体式PLC，I/O点数够用，设计好后，功能不需要再扩充。其价格便宜，安装也非常方便。（2）指令功能的选择FX系列可编程序控制器提供了具有不同档次功能的几个子系列，可以根据系统的具体情况选用满足要求的子系列。不需要联网通信的小型开关量控制系统，可以选用价格便宜的FXOS系列；I/O点数多、控制功能复杂、要求联网通信的系统可以选择FX2N系列。（3）I/O点数的确定确定I/O点数时，应准确地统计出被控设备对可编程序控制器输入/输出点数的总需求，在次基础上，应留有10%-20%
46、的裕量，以备今后对系统改进和扩充时使用。整体式可编程序控制器的基本单元、扩展单元的输入点数和输出点数的比例是固定的。（4）存储器容量的选择在初步估算时，对于仅需开关量控制的系统，输入5输出6，留20%余量，查表选择PLC型号FX1S-10MR-001输入输出点：6，4。 图4.1 I/O接线图4.1.3 PLCI/O元件的分配为了便于施工接线和阅读的方便，根据以上PLC及其I/O元件选择的结果，可将输入/输出元件分别列入PLC输入/输出元件的分配表中。各输入/输出元件在PLC输入/输出点上的分配应该遵循以下原则：（1）按元件的操作顺序来安放输入/输出点。先操作的元件放在编号小的输入/输出点上；后操作的元件放在编号大的输入输出点上。（2）同一类元件集中分配在连续编号的一组输入/输出点上。PLC输入输出元件分配表如表4.1所示。表4.1输入输出元件分配表输入元件输出元件名称符号输入点编号名称符号输出点编号转换开关SX0电磁铁YA1Y0自动循环按钮SB1X1原位行程开关SB2X
