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1、毕业设计（论文）题 目：双面钻金先组合机床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：文雄学 号：412312100061指导老师：王昭同日 期：二0一三年十月一日任务书-1 -开题报告-3 -摘要-8 -关键字-10 -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 52. 2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程 . 14第
2、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26学生姓名文雄论文题目任务:1.2.3.4.5.任务书专业班级机电11.1班指导教师王昭同双面钻铣组合机床PLC电气控制系统设计熟悉工艺要求及对电气控制要求进行PLC选型,绘制组合机床PLC控制系统功能表图。绘制PLC控制系统梯形图。绘制组合机床PLC控制系统硬件接线图。对系统所需的电器元件进行选择，编制元器件明细表。编写设计说明书。要求:1.2.3.4.原位实现组合机床一次加工
3、工艺流程，如图所示。能进行半自动循环和手动调整操作。系统要有必要的电气保护。设置必需的照明灯及各种指示灯。滑台快进滑台工进SQ1-钻头箱快进SQ2钻头工进钻削滑台快退SQ5 CSQ8)钻头箱快退SQ4 CSQ7)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. 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
4、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
5、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
6、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；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
7、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
8、，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 的组合机床一一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，
9、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。2. PLC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。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
10、。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2013.072013.08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
11、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。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
12、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。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
13、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全死挡铁停止。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
14、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。AbstractThe second-stage double-sided milling drilling machine is a combination of double-sided milling and double-sided drilling, the specific processing object is larger parts of the rough shell. Combined machine is
15、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 system （relaxation） which has circuit lost electrical clamping funct
16、ion 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 processing. The first position is the double-sided milling: Milling he
17、ad 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; it consists of two drill box. Drill process consists two positions
18、. 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 work piece table to work into the drilling, processing power after
19、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 situ rapidly. After hydraulic table return to situ rapidly, the w
20、orkers 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 hydraulic control systems. Key words: Semi-automation circle; Move-adj
21、ustment; 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
22、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 机床的自动控制，有着广阔的前景。对于机械一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
23、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，利用原有的继电器一接触器控制电 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
24、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PLC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
25、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）
26、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。滑台快进原位 勺滑台工进E钻头箱快进即r钻头工进钻削SQ5 (SQ8)钻头箱快退门眼组合机床工艺流程如图1
27、.1冲伽门即9滑台快退3. 双面二工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。使机一电的结合成为可能。 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 380V Y联结(4) 左、右钻头电动机 M5、M7:Y100L-4 3kw 1420r/min 6.8
28、A 380V 联 结4. 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
29、M2、M3进行单向连续运行控制， 设为 KM2、KM3。（3）左、右钻头电动机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l.lkw，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
30、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1. PLC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
31、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。2. PLC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%）
32、、 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、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
33、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
34、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
35、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
36、、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
37、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。2. PLC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。功能模编程工具CFU主机通信设备人机界面扩展模 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EM
38、221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
39、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2. 2双面二工位铣钻组合机床介绍2.2.1双面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
40、次工进全死挡铁停留。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
41、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）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
42、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全死挡铁停止。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
43、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FR1-FR7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
44、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
45、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
46、、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
47、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
