四工位组合机床的PLC控制系统设计毕业设计论文.doc

目 录第一部分 设计任务与调研…………………………………………………………1第二部分 设计说明…………………………………………………………………2第三部分 设计成果…………………………………………………………………17第四部分 结束语……………………………………………………………………18第五部分 致谢…………………………………………………………………… 19第六部分 参考文献…………………………………………………………………2020第一部分 设计任务与调研1.毕业设计的主要任务本次设计的主要任务：以四工位组合机床为基础，用三菱PLC对该机床的PLC控制系统进行设计，满足机床的加工制造需求本次设计达到的目标要求： （1）多刀同时工作，并且具有自动循环的功能；（2）电气系统可进行工作自动循环的控制，控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合构成；（3）本次设计所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器，四个辅助装置以及冷却和液压系统共14个部分机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面以及中心孔进行加工，一次加工完成一个零件，由上料机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，零件每小时可加工80件。

该机床的示意图如下：图1.1 四工位组合机床示意图1.工作台 2.主轴 3.夹具 4.上料机械手 5.进料器 5.下料机械手 2.设计的思路、方法（1）设计思路当按下启动按钮后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具夹紧零件，进料装置进料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，加工完成后，各工作滑台退回原位，接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手带料退回原位并松开，完成一个工作循环要求组合机床能以手动、半自动、全自动三种工作方式工作全自动工作方式为一个工作循环结束后，自动进入下一个工作循环；半自动工作方式为一个工作循环结束后，机床将停车于初始状态；手动方式是用于手动调整的2）设计方法首先进行现场调研，根据企业工人的使用习惯、使用诉求制定设计目标；制定设计路线图；选择电器配件；根据设计路线图和电器配件，进行PLC程序的编写和校验；完成电气线路的连接与安装；最后进行试车 第二部分 设计说明1. 理论分析四工位组合机床的PLC控制系统要求如下：(1)主轴电动机单方向起动，要求有过载及短路保护2)液压泵电动机单方向起动，过载及短路保护。

3)冷却泵电动机单向工作，过载及短路保护根据要求，要选用三台电动机如下：M1——控制主轴的电动机；M2——控制液压泵的电动机；M3——控制冷却泵的电动机再根据电动机的控制要求选择元件：QF——控制总电源的断路器，实现短路和过载保护；FU1～FU3——控制各电动机短路保护；KM1——控制主轴电动机单向工作；KM2——控制液压泵电动机工作；KM3——控制冷却泵电动机工作；FR1～FR3——用与各电动机的过载保护控制最后主电路图设计如下图： 图2.1 主电路图2.设计方案主轴电动机M1和液压泵电动机M2可以同时起停，也可以单独要求在动力头工作进给时，冷却泵电动机M3才接通，但也可以随时调整 KM1～KM3——控制M1～M3单向起动动作接触器；SB1——总停按钮；SB2、SB3——M1与M2起动按钮；SB4、SB5——M1与M2停止按钮；SB6——冷却泵电动机（M3）调整按钮；SB7——冷却泵电动机单独停止按钮；SA1——控制M1与M2的同时与单独起停开关；SA2—实现动力头工进时自动起动与手动调整的开关；FR1～FR3——M1～M3过载保护热继电器； SA3——照明开关；HL1——电源指示灯EL——照明灯。

控制电路草图根据所选元件与工作要求画出控制电路图，如下图： 图2.2 控制电路图3 作品特点本次设计采用三菱PLC进行，相比继电器-接触器控制系统具有以下优点： (1) 控制逻辑继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的触点串联、并联、串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑，连线复杂、体积大、功耗也大当一个电气控制系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的 改动而改动这都是硬接线的缘故所以，继电接触式控制系统的灵活性和扩展性较差可编程控制器采用存储逻辑它除了输入端和输出端要与现场连线以外，而控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的内存当中，PLC的灵活性和扩展性强而且PLC是由中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小2) 控制速度继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实现的，工作频率低触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级而且使用的继电器越多，反映的速度越慢，还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快通常，一条用户指令的执行时间在微秒数量级。

由于PLC内部有严格的同步，不会出现抖动问题，更不会出现触点拉弧问题3) 定时控制和计数控制：继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不高，定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响，有些特殊的时间继电器结构复杂，维护不方便4) 可靠性和维护性继电接触式控制系统使用了大量的机械触点，连线也多触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短因而可靠性和维护性差PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，可靠性高PLC还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便第三部分 设计成果1.设计成果合理选择PLC的型号，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用选择机型的基本原则是在功能满足要求的前提下，保证可靠，维护使用方便以及最佳功能价格比因此，本次设计采用三菱的PLC技术1) 结构选择PLC主要有整体式和模块式整体式PLC：整体式PLC的每一个点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对小，一般用于系统工艺过程较为固定，环境条件较好，维修量较小的小型控制系统中。

模块式PLC：模块式PLC功能扩展灵活方便在点数上，输入点数，输出点数的比例，模块的种类方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统本次设计对象是组合机床，故选用的是整体式PLC2)点选取原则PLC平均的I/O点价格比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定余量通常I/O点数是根据被控制对象的输入输出信号的实际需要，再加上10%-20%的余量来确定 本次设计对象是组合机床，由PLC组成的四工位组合机床控制系统有输入信号42个，均为开关量其中检测元件17个，按钮开关24个，选择开关1个电控制系统有输出信号27个，其中电磁阀16个，六台电动机的接触器和5个指示灯根据I/O点数的选取原则考虑10%-20%的I/O点数余量输入点数，本次设计可选取输入点数为：46-50个，输出点数为29-33个3)确定PLC机型及扩展模块根据上述原理及实际PLC机型点数，选用三菱FX2N-64MR主机和一个16点的输入扩展模块（FX-16EX）这样共有输入点（32+16）输出点就是主机的32足够可以满足42个输入，27个输出的要求，而且留有一定余量。

4)设计输入输出信号地址表输入输出信号地址表是将输入输出列成表，给出相应的地址和名称，以备软件编程和系统调试时使用的一种表由本设计可知控制电路中的按钮，行程开关，检测元件等触点都属于PLC的输入设备，PLC的输出控制对象主要是控制电路中的执行元件，本设计主要是接触器，电磁阀，指示灯根据电控系统的输入输出信号表知：输入元件数量：行程开关 12个按钮24个选择开关1个检测元件5个输出元件数量：电磁阀16个接触器6个指示灯5个根据本设计选用的PLC机型，将输入输出元件分配到PLC的输入输出接口根据本文所给的输入输出元件可列下表：表3-1 I/O地址分配表输入信号输出信号名称功 能编号名称功能编号1SQ滑台Ⅰ原位X01YV夹紧Y02SQ滑台Ⅰ终点X12YV松开Y13SQ滑台Ⅱ原位X23YV滑台Ⅰ进Y24SQ滑台Ⅱ终点X34YV滑台Ⅰ退Y35SQ滑台Ⅲ原位X45YV滑台Ⅲ进Y46SQ滑台Ⅲ终点X56YV滑台Ⅲ退Y57SQ滑台Ⅳ原位X67YV上料进Y68SQ滑台Ⅳ终点X78YV上料退Y79SQ上料器原位X109YV下料进Y1010SQ上料器终点X1110YV下料退Y1211SQ下料器原位X1211YV滑台Ⅱ进Y1312SQ下料器终点X1312YV滑台Ⅱ退Y141YJ夹紧X1413YV滑台Ⅳ进Y152YJ进料X1514YV滑台Ⅳ退Y163YJ放料X1615YV放料Y174YJ润滑压力X1716YV进料Y205YJ润滑液面开关X201KMⅠ主轴Y211SB总停X212KMⅡ主轴Y222SB启动X223KMⅢ主轴Y233SB预停X234KMⅣ主轴Y244SB润滑故障撤除X245KM冷却电动机Y251SA选择开关X256KM润滑电动机Y265SB滑台Ⅰ进X261HL润滑显示Y276SB滑台Ⅰ退X272HLⅠ、Ⅲ工位滑台原位Y307SB主轴Ⅰ点动X303HLⅡ、Ⅵ工位滑台原位Y318SB滑台Ⅱ进X314HL上料原位Y329SB滑台Ⅱ退X325HL下料原料Y3310SB主轴Ⅱ点动X3311SB滑台Ⅲ进X3412SB滑台Ⅲ退X3513SB主轴Ⅲ点动X3614SB滑能Ⅳ进X3715SB滑台Ⅳ退X4016SB主轴Ⅳ点动X4117SB夹紧X4218SB松开X4319SB上料器进X4420SB上料器退X4521SB进料X4622SB放料X4723SB冷却开X5024SB冷却停X51(5) 设计PLC控制系统电气原理图I/O接口图它反映的是PLC输入输出模块与现场设备的连接。

PLC的输入点大部分是共点式，即所有输入点具有一个公共端COMI/O电气接口图如下图。