多工步機床的PLC控制課程設(shè)計[1]

1、多工步機床的PLC控制概述在機床行業(yè)中，多工步機床由于其工步及動作多，控制較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的繼電 器控制時，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，因此，故障多，維修困難，費工費時，不僅加 大了維修成本，而且影響了設(shè)備的工效。在可編程序控制器問世之前，繼電器接觸器在工業(yè)領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。繼電器接 觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的硬件實現(xiàn)控制邏輯。如果生產(chǎn)工藝或生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變 化，就必須重新設(shè)計，改變硬件結(jié)構(gòu)，這樣造成時間和資金的浪費。另外，大型控制系 統(tǒng)用繼電器和接觸器控制，使用的繼電器數(shù)目越多，控制的體積越大，耗電多，且繼電 器觸電為機械觸點，工作頻率較低，在頻繁動作的情況下壽命較短，造成系統(tǒng)故障，系 統(tǒng)可靠

2、性差。為了解決這一問題，早在 1968 年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司， 為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要用一種新 型控制裝置來取代繼電器接觸器控制裝置，并且對未來的新型控制裝置做了具體的設(shè) 想，藥把計算機的完備功能以及靈活性、通用性號等優(yōu)點溶于新的控制裝置中，且要求 新的控制裝置編程簡單，使得步熟悉計算機的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活、方便、的有點而設(shè)計制造和發(fā) 展的，這就使得PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點： 可靠性高，抗干擾能力強; 通用性強，使用方便；采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便；編

3、程語言簡單、易學(xué)， 便于掌握;系統(tǒng)設(shè)計周期短;對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強;安裝簡單，調(diào)試方便、維護工 作量小。二設(shè)計任務(wù)和要求1 根據(jù)本課題要求，采用PLC控制，試設(shè)計該控制程序，畫出I/O電氣接口圖。 2調(diào)試程序，模擬運行。1 方案的論證和分析1 1 系統(tǒng)功能 本次課題的設(shè)計的功能是實現(xiàn)對棉紡錠子錠腳加工過程的控制， 加工棉紡錠子錠腳 的是多工步機床，它對零件加工前的實習(xí)坯件利用七把刀具分為七步：鉆孔，車平面鉆 深孔，車外圓及鉆孔，粗絞雙節(jié)孔及倒角，精絞雙節(jié)孔和絞錐角。利用慢速電動機和快 速電動機實現(xiàn)快慢速的進退，電子氣閥實現(xiàn)快慢速電動機的轉(zhuǎn)換。加工時，工件由主軸上的夾頭夾緊，并由主軸電動機 M

4、1 帶動作旋轉(zhuǎn)運動。大拖板 載著六角回轉(zhuǎn)工位臺作橫向進給運行，其進給速度由工進電動機 （慢速電動機）M2、快進 電動機（快速電動機）M3經(jīng)電磁氣閥（YV2）離合器帶動絲桿控制。小拖板的縱向運動由電 磁氣閥 （YVl） 氣壓驅(qū)動。除第 2把刀（完成第-32 步，即車平面 ）是由小拖板縱向運動切 削外，其余 6把刀（完成其余 6個工步）均由大拖板載著六角回轉(zhuǎn)工作臺橫向運動切削， 每進行完一個工步，六角回轉(zhuǎn)工位臺轉(zhuǎn)動一個工位，進行下一工步的切削。12 實現(xiàn)途徑實現(xiàn)對加工棉紡錠子錠腳多工步機床控制有兩種方法， 一個是利用傳統(tǒng)的繼電器的 途徑實現(xiàn)；一個是利用可編程控制器編程途徑實現(xiàn)。兩者都有各自的優(yōu)缺點

5、。具體利用 哪一種途徑，需要對目的系統(tǒng)進行詳細和全方位的分析。13 實現(xiàn)方法 兩種途徑在實現(xiàn)的方法上也不相同。在利用傳統(tǒng)繼電器實現(xiàn)時，主要利用經(jīng)驗法，設(shè)計時思維對象是具體的繼電器，禾U用各種功能的繼電器實現(xiàn)控制電路。在利用PLC實現(xiàn)時，有兩種方法，一個是利用定時和基本指令組合實現(xiàn)。一個是利用步控指令實現(xiàn)。 用基本邏輯指令實現(xiàn)較復(fù)雜的順序控制，其梯形圖比較復(fù)雜，而且不太直觀。步控指令 使復(fù)雜的順序控制程序能夠方便地實現(xiàn)。14 技術(shù)經(jīng)濟比較采用傳統(tǒng)的繼電器控制時，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，因此，故障多，維修困 難，費工費時，不僅加大了修理成本，而且影響了設(shè)備的工效；采用PLC實現(xiàn)無需復(fù)雜的接線，而

6、且實現(xiàn)起來方便，不費時。無需大量繼電器，只需PLC芯片，基本無修理成本。2 系統(tǒng)方案的選定 上面分析過了實現(xiàn)加工棉紡錠子錠腳多工步機床控制有兩種途徑，各有優(yōu)缺點。而 加工棉紡錠子錠腳多工步機床控制過程復(fù)雜，工步多，分為七步，每一步又可以再細分 解成更多的操作。采用傳統(tǒng)的繼電器控制時，需要的繼電器多，接線復(fù)雜，實現(xiàn)起來很 困難，而且可靠性不高。PLC正適合這種工序復(fù)雜的場合，編程方便，也方便維護?？?慮到此系統(tǒng)是按順序工作的，適合利用順步控制指令來實現(xiàn)，每個操作可以看成是一個 特定的狀態(tài)。經(jīng)過分析，我們選擇 PLC 利用步控指令來實現(xiàn)系統(tǒng)控制。整個機械加工過程由七把刀具分別按照七個工步要求依次進

7、行切削， 其加工步如表 所示：事工步機味加工工步皐拈孔工涉內(nèi)容曹氏舐節(jié)孔則扎要求中的工步表中不同的工步中的一些行程開關(guān)是一樣的，分析一下就可以知 道，在實際的加工過程中不同工步的一些行程開關(guān)的位置一定是不一樣的。比如第一工 步的工進過程中遇到的行程開關(guān)和第二工步的工進過程中遇到的行程開關(guān)的位置應(yīng)該 是不一樣的，第二工步鉆孔深度比第一工步鉆孔深度要深。所以這兩個地方應(yīng)該使用不 同的行程開關(guān)。但可以看出，在對這兩個工步利用步控指令編程時，它們的過程和內(nèi)容 都一樣。所以為了簡化課程設(shè)計的工作量，我把一些相同操作的工步，只取其中的一個， 其它的都刪去。在第二三工步里，有一個縱進縱退的過程，在此過程中小

8、拖板有電磁氣閥（YVI）氣壓驅(qū)動，雖然在實際加工的過程中縱進縱退和橫向前進后退動作不一樣， 但在編程時，和第一工步是一樣的。因此我把它也省去了。在做了長時間的分析后，為了減少重復(fù)工作，我們只設(shè)計第一工步和第四工步。其他的工步都省去了2. 1 I/O配和外部接線圖 輸入X0:啟動開關(guān)X1 :停止按鈕X2:行程開關(guān)SQIX3:行程開關(guān)SQ2X4:行程開關(guān)SQ3X5:行程開關(guān)SQ4輸出丫0:電動機M1接觸器KMIY1:電動機M2接觸器KM2丫2:電動機M3接觸器KM3丫5:電動機M3接觸器KM4I/O地址分配圖2. 2系統(tǒng)的主電路系統(tǒng)的主電路包括三個電動機，四個接觸器，一個電磁閥，和一個開關(guān)。其中電

9、 動機M1是主軸電動機受KM1控制，工進電動機和快進電動機受 KM2 KM3 KM4控制。 KM2實現(xiàn)正轉(zhuǎn)相當(dāng)于前進，KM3實現(xiàn)反轉(zhuǎn)相當(dāng)與后退。電磁閥YV2受KM3控制。YV2接通 實現(xiàn)工進，YV2斷開和KM4 起實現(xiàn)快進。024 V 0KM3 7warn快、慢換速電鐵吒岡2. 3系統(tǒng)工作流程圖根據(jù)工步列表可以很方便的畫出流程圖。要說明的是流程圖中，相鄰的兩個狀態(tài) 的轉(zhuǎn)換條件沒有被列出。之所以畫出流程圖是為了以后方便畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，他們兩者 有許多相似的地方。所以畫流程圖可以說是給狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖先打個草稿。加工棉紡錠子 錠腳多工步機床的流程就是加工工序，啟動后拖板快進-工進-延時-快退?？焱说?初始

10、位置后緊接著又快進-工進-延時-工退-快退。流程停止2. 4系統(tǒng)工作時序圖根據(jù)多工步列表可以畫出系統(tǒng)的工作時序圖，需要說明的是停止按鈕和緊急按鈕沒有畫在時序圖里，當(dāng)這兩個按鈕被按下時所有的輸出都被禁止了， 其他按鈕沒被禁用。 還有以保護行程開關(guān)也沒有畫進去，一般情況下，它不會沒觸動，只有當(dāng)行程開關(guān)SQ2失靈的時候才會被觸動，觸動后所有的輸出都被禁止。1nnnrLY02. 5 PLC設(shè)計狀態(tài)圖根據(jù)工作流程圖和I/O地址分配，可以畫出系統(tǒng)工作狀態(tài)圖，將系統(tǒng)的每一次操作 看成一個狀態(tài)，比如可以把工進看作一個狀態(tài)，在此狀態(tài)中選擇適當(dāng)?shù)妮敵鍪瓜到y(tǒng)進行 工進操作。將那些行程開關(guān)和定時器計時完畢作為狀態(tài)之間

11、的轉(zhuǎn)換條件。然后根據(jù)系統(tǒng) 的工作流程來連接狀態(tài)。按下啟動按鈕(X0),拖板進入快進狀態(tài)(丫0,丫1,丫5)，觸到行 程開關(guān)SQ1(X2)進入到工進狀態(tài)(丫0,丫1),碰到SQ2(X3)后延時一秒，進入快退狀態(tài)(丫0,丫2,丫5)，到了初始行程開關(guān) SQ3(X4)后有進入快進狀態(tài)(丫0,丫1,丫5)，觸到SQ1 (X2)后進入工進狀態(tài)(丫0,丫1),到SQ(X3)后延時一秒，完了就進入工進狀態(tài)(丫0,丫2), 再將SQ1 (X2)撥回時，進入快退狀態(tài)(丫0,丫2,丫5)，最后遇到SQ3(X4)停止。需要說 明的是，拖板再遇到SQ1以后，由于拖板的面積大，SQ1直處于動作狀態(tài)，直到退回 為止。除了

12、上面的一些器件以外還有極限行程開關(guān)SQ4(X5)，緊急開關(guān)(X1),當(dāng)它們被動作后系統(tǒng)的輸出全部禁止2. 6系統(tǒng)工作梯形圖根據(jù)設(shè)計好的的狀態(tài)圖，梯形圖就很容易編寫了，這屬于技術(shù)問題了27 程序指令表LDM8002SETS31SETS0OUTY1STLS0LDX5RSTY0SETM8034LDX0LDX3SETS20SETS40STLS20STLS40SETY0OUTT1OUTY1K10OUTY5LDT1LDX2SETS32SETS21STLS32STLS21OUTY2OUTY1LDIX2LDX3SETS33SETS22STLS33LDX5OUTY2SETM8034OUTY5STLS22LDX4

13、OUTT0OUTS0K10RETLDT0LDX1SETS23SETM8034STLS23ENDOUTY2OUTY5LDX4SETS30STLS30OUTY1OUTY5LDX2四軟件調(diào)試由于是對加工棉紡錠子錠腳多工步機床控制， 所以在實驗室里只能進行模擬 仿真了。開始我們先將設(shè)計好了的程序直接輸入到編程器里， 然后按照上面的 I/O 地址分配圖進行接線。接著就開始運行程序了，看是否和我們期望的效果一致。 為了能模擬 SQ1 我們把它接到了雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)。開始運行程序，按下按鈕相當(dāng)于 遇到了相應(yīng)的行程開關(guān)。 當(dāng)模擬運行到了第二工步時沒經(jīng)過快進的狀態(tài)， 就直接 進入到了工進狀態(tài)。由于工進狀態(tài)只比快進狀態(tài)

14、少輸出一個Y5, 因此我們以為是少輸入了 Y5 的指令。于是我們檢查程序，發(fā)現(xiàn)沒有少輸出Y5 。于是乎就把問題指向了快進與工進之間的轉(zhuǎn)換條件SQ1.接著我們一點一點的模擬實際的工作流程。終于找到了問題的所在，原來在第一工步的快退狀態(tài)中 SQ1 應(yīng)該被撥回 只初始狀態(tài)， 這一動作在實際過程中是系統(tǒng)自動進行的， 而現(xiàn)在我們在模擬時應(yīng) 該認為的把 SQ1 撥回。重新再模擬時在第一工步的快退狀態(tài)中加了把 SQ1 撥回 的動作后，程序模擬成功了。在模擬到最后時，按要求遇到行程開關(guān) SQ3(X4) 時，系統(tǒng)應(yīng)該停止。但是當(dāng)我們按下 X4 時，還有一個 Y0 輸出，原因很簡單。 由于在整個過程中在程序的一開

15、始主軸電動機應(yīng)該始終運行著直到加工結(jié)束。 因 此我們在一開始需要輸出 Y0 狀態(tài)里用了 SET 指令。這樣的話即使在返回到初始 狀態(tài)時沒有任何輸出， Y0 還是處于“ 1”狀態(tài)。于是我們給初始狀態(tài)一個清零的 指令。這樣不影響原先初始狀態(tài)的作用。 另外還有其他一些小問題， 在此步再列 出說明?？傊?，我們的調(diào)試過程比較順利，但只是進行模擬仿真，在實際的應(yīng)用 和操作過程中，一定回遇到其他的問題，而導(dǎo)致需要更改原先的程序。五課程設(shè)計總 結(jié)此次的設(shè)計課題是多工步機床的 PLC控制,之前我們在老師的指導(dǎo)下對 PLC 技術(shù)進行了比較全面的學(xué)習(xí)，從各種電器知識到控制電路設(shè)計在到后來的PLC指令系統(tǒng)和步控系統(tǒng)功能指令 . 剛開始設(shè)計就覺得設(shè)計就是把程序編好 , 其實后 來的實踐的過程證明這一想法是錯誤的。 由于加工棉紡錠子錠腳多工步機床控制 過程復(fù)雜，工步多，分為七步，而每一步又可以再細分解成更多的操作。所以在 設(shè)計的時候思路不明確害我走了不少的彎路總覺得沒有頭緒， 最后決定從單步下 手層層銜扣，縷清設(shè)計步