2022年组合钻床设计说明书 .pdf

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1、1 序号（学号） ：课程设计说明书课程名称组合钻床电气控制系统设计教 学 院机电工程学院专业班级姓名 指导教师2014 年12 月11 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 27 页2 目录一、设计任务书. 3二、正文 . 61. 概述 . 61.1 机电传动控制概述. 61.2 课程设计 . 72. 总体设计 . 72.1 控制要求的分析 . 72.2 液压控制回路中电磁阀被控逻辑表达式 . 83. 局部设计 . 83.1 原理图 . 83.2 接线图 . 12 3.3 元件选型 . 12 4. PLC控制电路设计 . 1

2、4 4.1 PLC的 I/O 接线 . 14 4.2 PLC的 I/O 口分配 . 16 4.3 PLC型号的确定 . 17 5. 程序设计 . 18 5.1 主回路控制程序设计. 18 5.2 回转工作台回转控制程序设计. 18 5.3 动力头液压系统控制程序. 18 三、小结 . 19 四、参考文献 . 19 五、附录 . 20精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 27 页3 一、设计任务书20142015 学年第 1 学期课程设计任务书设计名称：组合钻床电气控制系统设计班级：11 机械电子地点：K1-514 一、课程设计

3、目的本课程是机械设计制造及与自动化专业的专业必修课。课程设计的目的和任务在于使学生掌握机械设备电器控制的基本知识、基本原理和基本方法, 以培养学生对电气控制系统的分析和设计的基本能力。加深学生对课程内容的理解，验证理论和巩固、扩大所学的基本理论知识。二、课程设计内容 （含技术指标）1机床概况：本机为专用千斤顶油缸两端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头 （电机均为1.5KW ）同时进行切削。动力头的快进、工进及快退由液压油缸驱动。液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用死挡铁方法实现位置控制。液压系统的油泵电机370W，由电磁阀（ YV1-YV5 ）控制，其动作表如下：YV1 YV2 Y

4、V3 YV4 YV5 定位 (SB1) + - - - - 夹紧（ YJ1）+ + - - - 入位(YJ2) - + + - - 工进 (SQ1SQ5) - + + + - 退位 (SQ2SQ4) - + - - + 复位 (SQ3SQ6) - - - - - 2动作程序如下：（1）零件定位。 人工将零件装入夹具后，定位油缸动力定位以保证零件的加工尺寸。（2）零件夹紧。零件定位后，夹紧油缸动作使零件固定在夹具内，同时定位油缸退出以保证滑台入位。（3）滑台入位。滑台带动夹具一起快速进入加工位置。（4）加工零件。左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点，即停止工进，快速退回原位，动力头停

5、转并能耗制动。（5）滑台复位。左右动力头退回原位后滑台复位。（6）夹具松开。当滑台复位后夹具松开，取出零件。3设计要求：（1）动力头为单向运转，停车采用能耗制动。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 27 页4 （2）只有在油泵工作，油压达到一定的压力后（由油压继电器控制）才能进行其它控制。（3）专用机床能进行半自动循环，又能对各个动作单独进行调整。（4）应用照明及工作状态显示。（5）有必要的电报保护和联锁。（6）有电气原理图（3 号图纸）。（7）元件明细表。3工作原理图图 1 组合钻床工作原理精选学习资料 - - - - -

6、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 27 页5 图 2 组合钻床液压系统图三、进度安排第 1 周周一熟悉课程设计任务、计划、构思设计方案周二逻辑设计法原理介绍，中间继电器、执行电器逻辑表达式，电气原理图，电气工作过程表周三主电路原理图设计。周四电机控制原理及线路图设计。周五电机控制原理及线路图设计。第 2 周周一元件选用说明及元件明细表说明周二元件选用说明及元件明细表说明周三电气接线图设计周四电气接线图设计周五完成继电器接触器控制设计小结第 3 周周一熟悉PLC设计任务、计划、构思设计方案周二 PLC 选型， PLC硬件线图设计。周三 PLC 软件梯形图设

7、计周四 PLC 软件调试，完成课程设计说明书周五课程设计答辩，完成课程设计小结四、基本要求通过本课程设计的实验教学有计划的培养和训练，应达到以下诸方面的要求。1. 培养学生具有一定的实践技能，树立实事求是的思想和严谨的科学作风；2. 能正确设计电气控制线路原理图；3. 能正确选择常用低压电气元件；4. 能独立的完成课程设计，提高分析问题和解决问题的能力。机械电子系2014 年 10 月 20 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 27 页6 二、正文1.概述1.1机电传动控制概述机电传动（又称电力传动或电力拖动）是指以电动机

8、为原动机驱动生产机械的系统之总称。 它的目的是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，满足各种生产工艺过程的要求，保证生产过程正常运行。在现代工业中，为了实现生产过程自动化的要求，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机， 而且包括控制电动机的一整套控制系统。也就是说， 现代机电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的，所以，本课程被命名为 机电传动控制（也称为机械电气控制 ） 。从现代化生产的要求出发，机电传动控制系统所要完成的任务，从广义上讲，就是要使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化；从狭义上讲， 则专指控制电机驱动生产机械， 实现产品数量

9、的增加、产品质量的提高、生产成本的降低工人劳动条件的改善以及能源的合理利用。例如，一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米，甚至几微米；重型镗床为保证加工精度和控制表面粗糙度，要求能在极慢的稳速下进给，即要求能在很宽的范围内调速； 轧钢车间的可逆式轧机及其辅助操作频繁，要求在不到一秒的时间内疚能完成从正转到反转的过程，即要求能迅速地启动、制动和反转；对于电梯和提升机，要求启动和制动平稳， 能并能准确地停止在给定的位置上；对于冷、 热连轧机以及造纸机的各机架或各部分，要求它们的转速保持一定的比例关系，以便进行协调运转；为了提高效率，要求对由数台或数十台设别组成的生产自动线实行统一控制和管理。诸如此

10、类要求， 都是靠电动机及其控制系统和机械传动装置来实现的。在近代机械工业的发展过程中，机电传动的发展，经历了一个复杂的过程：（1） 电机的拖动的发展过程如下：（2） 控制系统的发展过程如下：成组拖动多电机拖动 （不同机构由单独电机拖动）单电机拖动继电器控制接触器控制电机放大机控制磁放大器控制电力功率晶体管控制计算机数字控制（PLC）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 27 页7 由整个发展过程，不难看出，随着机械加工要求不断提高，机电传动控制系统的复杂度也在不断增加。 本课程的重点在与控制部分，如何利用电气元件或计算机控制电

11、气来拖动机械实现所要求的功能。在设计控制系统时，就要求设计人员对执行元件（电动机）、控制元件的熟练掌握与运用，同时也要求对控要求进行了解。1.2课程设计在本次课程设计中，我们完成的是“全自动双面钻床控制系统”的设计任务。此次课程设计的目的旨在学会利用电气元件（继电器接触器）的控制方法， 故在整个设计过程中，要求使用的元件为传统控制系统中的继电器、接触器来实现钻床的全自动工作过程。另外， 在本次课程设计中，我们还应学会如何设计主回路、控制回路以及辅助回路（照明与显示）。同时，在回路的总体连接上，要熟悉设计的技巧；在液压控制回路的设计中，要学会利用“起保停”电路来实现液压系统的控制。通过本次课程设

12、计，除了复习掌握已学过的电气知识外，还应熟悉控制系统的设计流程与设计方法，从而增加自己的阅历，提高自己的工作能力。2.总体设计2.1 控制要求的分析任务书中的控制要求有以下几点：（1）动力头位单向运转，停车采用能耗制动；（2）只有在油泵工作，油压达到一定压力后（由油压继电器控制）才能进行其他的控制；（3）专业机床能进行半自动循环，又能各个动作单独进行调整；（4）需要一套局部照明装置以及工作状态指示灯；（5）有必要地过电流保护和连锁；（6）钻孔过程中需用冷却泵进行冷却，冷却泵电动机功率为0.125kW。由上述控制要求，可分析出以下几点：（1）在主回路中仅需对电机的启停进行控制和对动力头电机进行能

13、耗制动的设计，不需控制正反转；（2）在液压回路的液压泵附近处应添加压力继电器，并在液压控制回路的首端加入该压力继电器的常开触点，以实现满足油压后才能进行其他控制的要求；（3）对于机床的半自动循环，可以采用起保停电路来实现，而对于各个动作的单独调整则可在控制首端加入万能转换开关，并对各个动作设置手动按钮来实现该控制要求；（4）控制回路中可添加辅助回路，以控制照明和显示功能；（5）在每个电动机的连接处，均接入一个适合的热继电器，以实现过热保护，在主回路中各个支路与主电源相连接处均接入一个适合的熔断器，以实现过流保护（短路保护），而在控制回路与变压器相连处也应接入适合的熔断器，同样实现过流保护；（6

14、）增选一个冷却泵，并接入主回路，在控制回路中加设一支路，通过按钮控制冷却泵的启停。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 27 页8 2.2 液压控制回路中电磁阀被控逻辑表达式据分析，电磁阀被控逻辑表达式如下：YV1=(KA1+SB1)YJ1YV2=(KA2+YJ1)(SQ3+AQ6)YV3=(KA3+YJ2)SQ2SQ4YV4=(KA4+SQ1+SQ5)SQ2SQ4YV5=(KA5+SQ2+SQ4)SQ3SQ6ggg3.局部设计在局部设计中，我们主要完成三部分内容：原理图、设计元器件选型、接线图的设计。这三部分内容是整个设计的

15、核心部分，通过这部分，我们得出了整个设计的结果：两张 A3图纸，一张元器件明细表。（见附录）3.1原理图在原理图的设计部分，我们将其分为3 大模块进行分工设计。其中包括有主电路模块的设计、控制电路模块的设计与辅助电路模块的设计三部分。而在控制电路模块中，我们将其又分为电机控制电路与液压控制回路两部分。辅助回路中主要包括有照明与显示电路部分。3.1.1 主电路主电路的设计中主要应满足一下几点要求：（1）动力头电机应实现能耗制动；（2）动力头电机、液泵电机、冷却泵电机三者应分开接向主电源，并由不同的接触器控制；（3）三种电机君应实现短路保护（过流保护）与过热保护；（4）电源处应有一个总闸控制电源的

16、关断。对于要求（ 1）我们将左右动力头的两电机接在同一个接触器上进行控制，然后在接触器的首位接上一个可控的直流电源（由变压器和整流桥组成）来实现。对于要求（2）我们选用三个接触器来控制三种不同功率的电动机，并分开三个回路来控制即可。对于要求 （3）我们选用合适的熔断器，在三个回路接向电源出接上相应的熔断器来实现短路保护；再选用合适的热继电器，在接向电动机处接如相应热继电器来实现过热保护。对于要求（4）我们在电源处，添加一个刀开关QS即可。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 27 页9 具体电路图如下：图 1 主回路电路设计图

17、3.1.2 控制电路在控制回路中， 主要有两部分： 电机控制回路与液压控制回路。这两部分均应接向110V交流电压，故该回路与主回路相连接时，应将主电源的L1、L2 相接如变压器来降压，以提供 110V的两相交流电。（1）电机控制回路在控制电机时，为满足动力头电机的能耗制动，我们利用时间继电器来控制直流电源的延时断开。在三种电机的启停控制上，我们利用接触器的“起保停”电路来控制，我们分别加入启停按钮。而在动力头电机的停止上，我们利用联动开关来控制，以其常闭触点为停止，常开触点为直流电源的接入。这样，保证了动力头电机的停止，同时也接入了能耗制动。另外，我们在主电路的最后加上了一个急停回路，利用接触

18、器KM0与刀开QS0关来控精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 27 页10 制。同时，在控制回路的起始端接入接触器KM0的常闭触点，来实现急停功能。具体电路图如下：图 2 电机控制回路设计图（2） 液压控制回路在液压控制回路中，应分为自动控制和手动控制两部分。在自动控制中，主要由行程开关（SQ1到 SQ6 ） 、压力继电器（YJ1 与 YJ2）和按钮SB1来共同控制电磁阀（YV1到 YV5 ）来实现整个动作。其动作表如下：表 1 液压回路电磁阀被控一览表由上表可知，在设计液压控制回路时，可以直接利用起保停电路直接控制电磁阀的

19、动作。在表中，每一列以第一个“+”为该电磁阀的得电信号，而以连续“+”后的第一个“ - ”YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 定位（ SB1）+ - - - - 夹紧（ YJ1）+ + - - - 入位（ YJ2）- + + - - 工进（ SQ1SQ5 ）- + + + - 退位（ SQ2SQ4 ）- + - - + 复位（ SQ3SQ6 ）- - - - - 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 27 页11 为失电信号。 但应该注意的是行程开关的串并联关系：在夹紧动作时 （YV2） ，若要使其失电，则应两动力头均达

20、复位位置才可松开，故此时SQ3与 SQ6应为并联关系；在工进或退位时（YV4、YV5 ） ，若要使其得电，则只要有一个行程开关的信号，则应该立即动作，故SQ1与SQ5或 SQ2与 SQ4应为并联关系；在要求入位、工进或退位（YV3 、YV4、YV5 ）的停止信号时，必须两个行程开关均有信号才可失电，故此时SQ2与 SQ4或 SQ3与 SQ6应为串联关系。在手动控制中，我们利用万能选择开关来控制自动与手动的转换。另外，在控制电磁阀（ YV1到 YV5）的电路上，我们直接设计5 个按钮（ SB2到 SB6）来实现手动调节。在万能转换开关与110V 交流电源连接的部分，我们增加一盒压力继电器YJ0，

21、以实现在液压回路中达到一定压力才进行控制动作的要求。具体电路图如下：图 3 液压控制回路设计图3.1.3 辅助电路（照明显示）在辅助回路中，主要包含有照明灯的控制与显示灯的控制。照明灯所需电源为24V 交流电，而显示灯所需电源为6V交流电。故将它们分别有变压器TC的不同变压接口引出即可。照明灯应与总电源开关相同时亮灭，故在电源刀开关QS选型的时候应选择有三个主触点并带有一对常开常闭辅助触点的刀开关，并将照明灯的控制接入刀开关QS的辅助常开触点。在本设计中，我们共设置了3 个指示灯（ HL1、HL2、HL3） ，分别为启动、工进与急停。故它们分别由交流接触器KM1 、KM3 、KM0的辅助常开触

22、点来控制。另外，在控制回路的起始端（即由变压器TC引出的 3 端 110V、24V、6V）应设置短路保护。故在该处分别接上相合适的熔断器。具体电路图如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 27 页12 图 4. 辅助回路（照明与显示）设计图3.2 接线图在接线图的设计上，我们首先对箱体内元器件进行排版：第一排为总闸、变压器与熔断器；第二排为时间继电器、交流接触器；第三排为急停闸、整流桥与热继电器；第四排为中间继电器。总共4 排，并在每排间安排走线槽，便于安装与维修。然后，我们在箱盖上按功能将按钮与指示灯排列出来。另外对于

23、放置在其他设备上的器件，我们也一同画在了接线图的左端。在以上两部分的中间，我们选用一个接线端子来将其进行连接。该接线端子的作用主要是将电柜箱体内的线走出来，防止因导线杂乱而造成的事故发生。在接线图的下部分，放置了万能转换开关与接地铜板，它同样是放在箱体内部的。这样排版是为了方便接线工人识图。最后我们将原理图中各线编号，以该编号对应在接线图上进行连线。另外，在万能转换开关的编号中，由于该开关有外线与内线之分，故我们以 4 位数将其编号， 前两位为外线号，后两位为内线号。3.3 元件选型（1） 电动机的选型根据任务书中要求得知液泵电动机M1 的功率为370W ，冷却泵电动机M2 的功率为0.125

24、kW，动力头电动机M3 、M4的功率均为1.5kW。而工业用电一般都为380V三相交流电，故查 3 ，选择功率相近的电动机得一下结果：M1 ：Y2-90L-8 M2 ：Y2-801-8 M3 、M4：Y2-100L1-4 其中， M1功率 0.55kW，转速 660r/min ；M2功率 0.18kW，转速 630r/min ；M3 、M4功率2.2kW，转速 1430r/min 。（注：在实际设计当中，应同时考虑工况、班制等选择因素）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 27 页13 （2） 熔断器的选型根据选择出的电机型

25、号，可大致计算该电机工作时的最大电流：112233P550I=1.45AU380P180I=0.47AU380P2200I=5.8AU380再根据以下经验公式，计算出所需熔断器的最大允许电流值：RNRmaxNI =(1.52.5)II=(1.52.5)II:单支路：多支路：故计算得：N1N2N34I3AI1AI23.2A另外，根据经验，控制回路中的电流最大不会超法国5A，照明显示回路电流最大不会超过 2A，故查 2 ，并选择熔断器结果如下FU1：RL-15/4, 最大熔断电流4A；FU2：RL-15/2, 最大熔断电流2A；FU3：RL-60/25, 最大熔断电流25A；FU4：RL-15/6

26、, 最大熔断电流6A；FU5：RL-15/2 最大熔断电流2A。（3） 热继电器的选型根据前面算出的电动机工作电流，查2 可直接选出热继电器，得如下结果：FR1 ： LR1-D09307，整定电流范围1.62.5 ；FR2 ： LR1-D09306，整定电流范围11.6 ；FR3 ： LR1-D09310，整定电流范围46；FR4 ： LR1-D09310，整定电流范围46。（4） 交流接触器、中间继电器与时间继电器的选型根据前面计算出的电动机工作电流值，可知交流接触器的工作电流应在10A 以内，而由设计的原理图知交流接触器所需要的主触点为3 对辅助触点不超过2 常开 2 常闭，再根据380V

27、三相交流电的要求，查2 ，可选出交流接触器如下：KM04 ：CJ20-10，允许功率4kW ，辅助触点2 常开 2 常闭。由于控制回路中，电压为110V交流电，且根据控制回路设计图得知中间继电器所需触点不超过4 常开 4 常闭，故查 2 ，可选择中间继电器如下：KA15 ：JZ14-44J/Z ，110V吸引线圈电压，触点数4 常开 4 常闭。由于动力头电动机的能耗制动时间较短，故可确定在0.460s 的范围内。根据110V交流电，同样查 2 ，选择时间继电器如下：KT：JS7-1A，110V吸引线圈电压，定时时间调节范围0.460s 。（5） 照明与显示灯的选型精选学习资料 - - - -

28、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 27 页14 根据经验，一般照明灯使用的是24V交流电，故查 2 得， 照明灯选择型号为： AD1-22/11 。在我们设计的系统中，有三种指示灯：启动、工进以及急停。根据经验，启动指示灯一般用绿色，工进用黄色，急停用红色。而工厂中，一般指示灯使用电压为6V。故查 2 ，选择指示灯型号如下：启动： AD1-22/11 ，电压 6V，绿色；工进： AD1-22/11 ，电压 6V，黄色；急停： AD1-22/11 ，电压 6V，红色。（6） 变压器的选型由于我们设计的系统中，需要将380V三相交流电转换成110V、24

29、V、6V 等三种不同压值的交流电，故选择变压器时应同时考虑考虑变压器的容量与接处的点数。查3 ，选择变压器结果如下：TC：BK-100，4 变压接出头。（7） 按钮及刀开关的选型在液压控制回路中，共有6 个常开按钮。其中SB2SB6为手动控制按钮，故可选择黄色； SB1为定位启动按钮，故选择绿色。在电机控制回路中，共有3 个常开按钮、 2 个常闭按钮与1 个联动开关。其中SB11、SB21、SB31为电机启动按钮，故可选择绿色；SB10、SB20为电机停止按钮，故选择红色；SB30为联动开关，控制动力头电机的停止，同时也开始能耗制动，故也选择红色。查2 ，选择按钮型号如下：SB1 ： LA19

30、-11，绿色；SB2SB6 ：LA19-11，黄色；SB11、SB21 、 SB31：LA19-11，绿色；SB10、SB20 ： LA19-11，红色；SB30：LAZ-11A/XR，红色。而在整个设计中，我们用到了两个刀开关，总闸一个（即控制电源，又控制照明灯），急停一个。 故总闸刀开关QS选用蓝色； 急停刀开关QS0选用红色色。 查2 选择刀开关如下：QS ：DZ20-100/3 ，蓝色；QS0 ： DZ20-100/3 ，红色。4. PLC控制电路设计4.1 PLC 的 I/O 接线由电气控制原理图，可以知道 PLC控制系统主要由以下几部分组成，其接线原理图如图7 所示。4.1.1主回

31、路控制原电路要求M1、M2电动机同时起动工作。由复合开关SA3、SA4控制 M1与 M2各自单独起动、停止 ;M3电动机在动力头工进时自动起动, 也可以由按钮SB3单独控制。按动电动机起动按钮 SB2, 交流接触器KM1、 KM2得电动作 ,M1、M2电动机起动。停止时,按动按钮SB1, KM1、KM2同时断电， M1、M2电机停止。其中控制按钮SB1、 SB2、SB3，复合开关SA3、SA4如图 7 PLC 外部接线图中所示；电动机M1、M2、M3控制交流接触器接线如图7 PLC 外部接线图中的KM1、KM2、KM3所示。4.1.2 回转工作台回转控制系统精选学习资料 - - - - - -

32、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 27 页15 回转工作台转位过程: 自锁销脱开及回转台抬起回转台回转及缓冲回转台反靠回转台夹紧。 原电气图要求M1、M2电动机起动后,动力头在原位, 限位开关 ST1被压合 , 按下回转台起动按钮SB4, 电磁铁YA5得电动作 ( 电磁铁控制相应的电磁阀动作, 控制相应油路的通、断) ，自锁销脱开, 回转台抬起。回转台抬起后, 压动行程开关ST5, 电磁铁YA7通电，从而使回转台回转。回转台转到接近定位点时,压合行程开关ST6, 电磁铁YA9通电动作，工作台低速回转 ( 缓冲动作 ), 回转台继续低速回转, ST6复位 ,

33、 电磁铁 YA7断电 , 电磁铁 YA8通电动作 , 回转台反靠。回转台反向靠紧后压合行程开关ST7, 电磁阀 YA6得电动作 , 将工作台夹紧, 同时顶起自图 5 PLC 外部接线图锁销。回转台夹紧压力达到一定值后, 电磁阀 YA8、YA9断电 , 电磁铁YA10通电 , 使离合器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 27 页16 脱开。离合器脱开时压合行程开关ST8, 电磁铁 YA8得电 , 使活塞复位。活塞复位后, 压动行程开关 ST9, 电磁铁 YA10断电 ,离合器重新结合以备下次循环。其行程开关ST1、ST5、

34、ST6、ST7、ST8、ST9，控制按钮SB4电磁铁 YA5、YA6、YA7、YA8、YA9、YA10如图 7 PLC外部接线图中所示。4.1.3.动力头液压系统原电气图要求当回转工作台夹紧, 液压回转台的回转油缸活塞返回原位后, 行程开关ST9被压合 , 当按下按钮SB5时，电磁铁YA1、YA3同时得电 , 动力头快速前进。当动力头快进压动行程开关ST3, 电磁铁 YA3断电 , 动力头转为工作进给。当动力头工进到达终点时, 压动行程开关 ST4, 电磁铁 YA1失电 , 动力头停止前进, 同时时间继电器得电,并延时停留。经一定时间后,输出继电器Y2得电 , 电磁铁YA2得电动作 , 控制油

35、缸 , 使动力头快速退回。当动力头退回原位后, 压动行程开关ST1,电磁铁 YA2断电 , 动力头停止。动力头退回原位后, 压动行程开关ST1,也为回转工作台的回转, 进入下一道工序做好准备。其行程开关ST1、ST3、ST4、ST9，控制按钮SB5，YA1、YA2、YA3如图 7 PLC外部接线图YA1、YA2、YA3。4.2 PLC 的 I/O 口分配组合机床的电气控制属单机控制 , 输入、输出均为开关量。前面我们通过对继电器接触器的详细分析设计出了PLC外部接线图， 从所设计出的PLC外部接线图我们可以看出本设计需要 PLC检测的输人信号包括6 个控制按钮、 8 个行程开关、 3 个选择开

36、关、 3 个复合开关和 1 个继电器开关，共计21 个点输入，其具体的输入口分配如表2 所示。表 2 PLC 输入出口分配地址元件功能X000 SB1停止X001 SB2启动X002 SB3冷却启动X003 SB4回转X004 SB5快进X005 SB6快退X006 S 冷却方式X007 SA3液压泵启动X010 SA4主电机启动X011 S1长动点动X012 S2动力头控制X013 ST1动力头原位X014 ST3快进到位X015 ST4工进到位X016 ST5微抬到位X017 ST6回转到位X020 ST7回转台反靠X021 ST8离合器脱开X022 ST9回转缸返回X023 KP 回转台

37、夹紧X024 SA5冷却泵电源输出信号包括9 个电磁离合器、 3 个继电器、 1 个指示灯， 共计 13 个点输出其具体输出精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 27 页17 口分配如表3 所示。表 3 PLC 输出口分配地址元件功能Y000 KM1控制主电机Y001 KM2控制液压泵电机Y002 KM3控制冷却泵电机Y003 HL 电源指示灯Y004 YA1动力头向前Y005 YA2动力头快退Y006 YA3动力头快进Y010 YA5回转台微抬Y011 YA6转台夹紧Y012 YA7回转台回转Y013 YA8回转缸返回Y0

38、14 YA9低速回转Y015 YA10离合器脱开4.3.PLC型号的确定随着 PLC的推广普及， PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。 PLC的品种繁多， 其结构型式、 性能、容量、 指令系统、编程方法等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC ，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。三菱公司 FX2N系列 PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元和扩展的高度和宽度相等，相互之间的连接无需使用基板，仅通过扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个长方形的

39、整体。FX2N系列 PLC具有强大的功能和很高的运行速度，可用于要求很高的机电一体化系统。 而其具有的各种扩展单元和扩展模块可以根据现场系统功能的需要组成不同的控制系统，FX2N系列 PLC的用户程序存储器可扩展到16 步， I/O 点最多可扩展到256 点，有 27 条基本指令， 其基本指令的执行速度超过了很多大型PLC 。该系列还具有多种特殊功能模块，如模拟量输入/ 输出模块、高速计数模块、脉冲输出模块、位置控制模块。使用特殊功能模块和功能扩展板可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。其内部结构图如下图8 所示。本设计根据实际的控制要求 , 并考虑系统改造成本 , 在准确计算 I/O

40、点数（输入点为21 个，输出点为13 个）的基础上 , 选用三菱公司FX2N 48MR型( 继电器输出 , 整体式 )PLC为基本单元 ( 输入 24 点, 输出 24 点 ); FX2N 32ER ( 输入 16 点, 输出 16 点) 为扩展单元。既可满足本次改造需要, 又为今后生产工艺的调整提供了很大的方便。原系统中 , 除外部输入设备、输出设备及必要的配电设备外, 中间继电器、 时间继电器全部都舍弃掉, 代之以 PLC内部的“软继电器”。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 27 页18 图 6 PLC内部结构图5.

41、 程序设计5.1主回路控制系统程序设计根据原电气电路中主回路的工作过程与I/O 口的分配可设计出其。 用 PLC进行设计改造后的控制程序如下图9 所示。图 7 主回路控制程序5.2回转工作台回转控制程序设计回转工作台多用于多工位组合机床上，它可以有多个有多个加工工位，被加工工件在回转台回转一周完成在该机床上的全部加工工序。用PLC 进行设计改造后的控制程序如下图10 所示。5.3动力头液压系统控制程序根据动力头系统的控制原理以及I/O 口分配可设计出其控制程序如图11 所示。图 8 回转工作台控制程序输输入出单单元元电源部分CPU 存储器编程器或其他编程单元电磁阀接触行程开关继 电 器 触按钮

42、指示灯精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 27 页19 图 9 动力头控制程序三、小结在全自动双面钻控制系统的改造中, 由于触摸屏的使用省去了传统控制方法中的开关、按钮、指示灯和仪表等, 这样也相应的减少了PLC 的 I/ O 点数 , 使得控制柜的体积变小, 配线减少 , 方便了安装和调试。良好的人机界面, 完善的监视功能和保护措施, 不但方便操作,而且系统性能更加安全可靠, 受到用户的好评。四、参考文献1 邓星中等，机电传动控制（第四版），华中科技大学出版社，2007.7 2 李正吾、赵文瑜等，新电工手册（上册），安徽

43、科学技术出版社，2003.4 3 周小群等，简明电工使用手册，安徽科学技术出版社，2006.6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 27 页20 五、附录附表 1：元器件选型明细表符号名称型号规格数量M1 液压泵电动机Y2-90L-8 AU380V,0.55kW,660r/min 1 M2 冷却泵电动机Y2-801-8 AU380V,0.18kW,630r/min 1 M3 、M4 动力头电动机Y2-100L1-4 AU380V,2.2kW,1430r/min 2 KM0 、KM1 、KM2 、 KM3 、 KM4 交流接

44、触器CJ20-10 AU380V,10A,4kW,主触点 3 对，辅助触点 2 常开 2 常闭5 KA1 、KA2、KA3 、 KA4 、 KA5 中间继电器JZ14-44J/Z AU380V,吸引线圈电压110V， 触点 4 常开 4 常闭5 KT 时间继电器JS7-1A AU380V,吸引线圈电压110V， 延时时间0.4s 到 60s，触点 2 常开 2 常闭1 FR1 液泵热继电器LR1-D09307 整定电流范围1.6A 到 2.5A 1 FR2 冷却泵热继电器LR1-D09306 整定电流范围1A到 1.6A 1 FR3 、FR4 动力头热继电器LR1-D09310 整定电流范围4

45、A到 6A 2 FU1 液泵熔断器RL1-15/4 3 FU2 冷却泵熔断器RL1-15/2 3 FU3 动力头熔断器RL1-60/25 3 FU4 控制回路熔断器RL1-15/6 1 FU5 照明、显示回路熔断器RL1-15/2 2 TC 变压器BK-100 1 L1、L2、 L3 显示灯AD1-22/11 AU6V ，绿黄红各一个3 L0 照明灯AD1-22/11 AU24V ，无色1 QF 、QF0 （QS ）自动开关（刀开关）DZ20-100/3 额定电流32A，带一对辅助触点，QF蓝色， QF0红色2 SA 联动开关LAZ-11A/XR 按钮数 1，点数 1 常开 1 常闭1 QC

46、万能转换开关LW6-2 1 SB1 、SB2、SB3 、SB4、SB5 、SB6、SB10 、SB11、SB20 、SB21、SB31 按钮LA19-11 SB1 、 SB11、SB21 、SB31绿色（4 个） ，SB2SB6黄色（5 个） ， SB10、SB20红色（ 2 个）11 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 27 页21 附图 1：原理图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 27 页22 附图 2：接线图精选学习资料 - - - - - -

47、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 27 页23 附表 3：梯形图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 27 页24 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 27 页25 附表 2：程序清单LDI X0 MC N0 M0 AN X1 OR X7 OR Y0 LD X10 OR Y1 ANB ORB MC N1 M1 ANI X7 OUT Y0 ANI X10 OUT Y1 LD M1 LD X6 LD X2 OR Y2 A

48、NB ORB LDI X24 OUT Y2 LDI Y1 MCR N1 MCR N0 LDI Y1 MC N0 M0 LD X25 AN X3 OUT Y10 LD X16 ANI M4 ORB OUT Y12 LDI X22 MC N1 M1 LD X16 ANI X17 OR M3 OUT M3 LDI M6 OR X21 MC N2 M2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 27 页26 LD M3 ANI X21 OUT Y14 LD M4 OUT Y13 MCR N2 LDI X17 AN M3 OUT M4 L

49、D X20 AN M4 OUT M5 LD M5 OUT Y11 ANI X23 OUT M6 LD M4 AN M6 OUT Y15 MCR N1 LDI X11 AN X4 LD X11 AN M6 ORB LD X11 MC N3 M3 LD MO ANI T0 ORB OUT M0 LD X15 OUT T1 K10 LD T1 MCR N3 LDI X25 ANI M2 OR X5 ORB OUT M2 LD X2 MC N4 M4 LD M0 OUT Y4 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 27 页27 ANI M1 OUT Y6 LD M1 LD M0 AN X14 ORB OUT M1 MCR N4 LD M2 OUT Y5 MCR N0 END 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 27 页