四工位组合机床的PLC控制系统设计论文

毕业设计报告书题目：四工位组合机床的PLC控制系统设计专业机电一体化技术班级姓名指导教师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 (20)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PLC。

(2)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X0 1YV 夹紧Y02SQ 滑台Ⅰ终点X1 2YV 松开Y13SQ 滑台Ⅱ原位X2 3YV 滑台Ⅰ进Y24SQ 滑台Ⅱ终点X3 4YV 滑台Ⅰ退Y35SQ 滑台Ⅲ原位X4 5YV 滑台Ⅲ进Y46SQ 滑台Ⅲ终点X5 6YV 滑台Ⅲ退Y57SQ 滑台Ⅳ原位X6 7YV 上料进Y68SQ 滑台Ⅳ终点X7 8YV 上料退Y79SQ 上料器原位X10 9YV 下料进Y1010SQ 上料器终点X11 10YV 下料退Y1211SQ 下料器原位X12 11YV 滑台Ⅱ进Y1312SQ 下料器终点X13 12YV 滑台Ⅱ退Y141YJ 夹紧X14 13YV 滑台Ⅳ进Y152YJ 进料X15 14YV 滑台Ⅳ退Y163YJ 放料X16 15YV 放料Y174YJ 润滑压力X17 16YV 进料Y205YJ 润滑液面开关X20 1KM Ⅰ主轴Y211SB 总停X21 2KM Ⅱ主轴Y222SB 启动X22 3KM Ⅲ主轴Y233SB 预停X23 4KM Ⅳ主轴Y244SB 润滑故障撤除X24 5KM 冷却电动机Y251SA 选择开关X25 6KM 润滑电动机Y265SB 滑台Ⅰ进X26 1HL 润滑显示Y276SB 滑台Ⅰ退X27 2HL Ⅰ、Ⅲ工位滑台原位Y307SB 主轴Ⅰ点动X30 3HL Ⅱ、Ⅵ工位滑台原位Y318SB 滑台Ⅱ进X31 4HL 上料原位Y329SB 滑台Ⅱ退X32 5HL 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COM。

I/O电气接口图如下图表3-2 I/O电气接口示意图(6) 设计PLC控制系统操作面板控制系统的操作面板是向PLC控制系统发布控制命令的主令元件组合而成的。

本设计中，输入元件共42个其中按钮SB 24个、检测元件YJ 5个、行程开关SQ 12个，选择开关1个，基于对机床工作方式的控制要求，面板上应设有选择开关1SA、预停按钮；鉴于手动调整方式下，相应按钮发出控制命令，驱动组合机床相应部件运动，因此面板上应设相应按钮5SB-24SB，鉴于对组合机床的启动，停止及润滑故障的处理控制，应在操作制面板上设有启动按钮2SB、总停按钮1SB、润滑故障切除按钮4SB、其他输入元件均为检测元件，不在操作面板中设置，由上面综述，可得控制系统操作面板如下图所示表3-3 控制系统操作示意图2.作品的特点根据本设计的控制与工艺要求，按机床的动作顺序及每步所完成的任务，可得工作循环流程图如图:表3-4 PLC工作循环流程图(1) 设计PLC控制系统初始化梯形图程序初始化程序主要用来处理组合机床的各种号，如启动，预停，总停以及各种的原始信号，机床启动前应具备的各种初始信号，工作方式选择信号，各种复位信号，并将处理结果作为机床启动，停止，程序转换的依据，初始化程序一般用经验法设计。