【正文】 24 PLC的工作方式 ...................................................................................... 24 PLC程序的總體結(jié)構(gòu) ............................................................................... 25 程序 ........................................................................................................... 27 手動(dòng)程序 ....................................................................................... 27 半自動(dòng)程序 .................................................................................... 28 全自動(dòng)程序 .................................................................................... 30 ............................................................................................... 32 電磁兼容性概述 ...................................................................................... 32 干擾源及干擾形式 ................................................................................... 32 電網(wǎng)噪聲 ...................................................................................... 33 . 信號傳輸線上的噪聲 ..................................................................... 33 . 直接混入 PLC的輻射干擾 ............................................................. 33 PLC本身產(chǎn)生的干擾 .................................................................... 33 系統(tǒng)的抗 干擾措施 ................................................................................... 34 PLC本身的抗干擾措施 .................................................................. 34 使用者的抗干擾措施 ...................................................................... 35 7 結(jié)論 .................................................................................................................... 37 致 謝 ................................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................ 39 第 1 頁 設(shè)計(jì)選題背景及意義 鉆床指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。此外，論文中對電氣元器件的選擇也作了詳細(xì)的講解。同時(shí)，詳細(xì)的介紹了電氣控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，并列出了 PLC的 I/O 地址分配表，繪制了 PLC 的外圍接線圖，并繪 制了 PLC 的工作流程圖以及可編程控制器的梯形圖。 本文主要研究可編程控制技術(shù)在專用鉆床電氣控制中的應(yīng)用，它主要用于加工一種小型的空心圓柱型零件。 I 摘要 傳統(tǒng)的鉆孔機(jī)床精度低，可靠性不高，已不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要。隨著 PLC 控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以 PLC為核心的鉆孔機(jī)床控制系統(tǒng)已經(jīng)顯示出其優(yōu)勢。首先對所選課題的現(xiàn)狀及背景、現(xiàn)代可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀、特點(diǎn)等，以及鉆床的機(jī)械系統(tǒng)、總體工作流程和電氣控制系統(tǒng)功能設(shè)定都做了簡單的概述，并寫出了可編程控制方案設(shè)計(jì)步驟。最后，對實(shí)際中可能產(chǎn)生的電磁干擾也做了介紹，并提出一些防干擾的一些措施。 本設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用了 PLC 控制技術(shù)，液壓傳動(dòng)技術(shù)，電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)等現(xiàn)在機(jī)械系統(tǒng)中常用的技術(shù)，這些技術(shù)對同類機(jī)械以及一般的工業(yè)控制都有很重要的參考價(jià)值。通常鉆孔動(dòng)力頭的旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。鉆床的結(jié)構(gòu)形式很多，有 立式鉆床 、臥式鉆床、 臺(tái)式鉆床 、深孔鉆床、多軸鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。這種專用鉆床是用來加工一種小型的空心圓柱型零件，這種零件小并且是大批量生產(chǎn)的。因此，要解決這樣一個(gè)問題，最好的方法是使鉆床能夠自動(dòng)控制加工。 可編程控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC 或 PC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來。采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控 制、定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型 機(jī)械的生產(chǎn)過程。 PLC 電氣控制系統(tǒng)與繼電器 — 接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)，被日益廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)中。 在本設(shè)計(jì)中，鉆床的主體分為三個(gè)部分： 棘輪上料機(jī) 構(gòu)； 工件夾緊機(jī)構(gòu)； 鉆孔動(dòng)力頭機(jī)構(gòu)。這些部分的詳細(xì)內(nèi)容將在第二、三 章中詳細(xì)描述。例如，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與停止；電磁閥控制；工件的位置、速度、加速度等的測定；產(chǎn)品的計(jì)數(shù)以及溫度、壓力、流量等物理量的設(shè)定和控制等。眾所周知，這種控制方式雖然造價(jià)便宜，但 存在著很多致命的弱點(diǎn)；如只能用于簡單的邏輯控制；而且僅適用于某種控制項(xiàng)目，缺乏通用性，一旦實(shí)現(xiàn)改動(dòng)或是優(yōu)化，只能通過硬件的重新組合來實(shí)現(xiàn)。如 70 年代大型搖臂鉆床 ， 80年代進(jìn)入中國的美國的 ELDORADO 公司的 MEGA50，德國 TBT 公司的 T303250，NAGEL 公司的 B4H30C/L，日本神崎高級精工制作所的 DEG型等鉆床都是采用繼電器控制的。如 TBT 公司 90 年代初上市的 ML 系列深孔鉆床除進(jìn)給系統(tǒng)由機(jī)械無級變速器改為采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副，進(jìn)給用滑臺(tái)導(dǎo)軌采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌以外，鉆桿箱傳動(dòng)為了保證高速旋轉(zhuǎn)、精度平穩(wěn)，由交換皮帶輪及皮帶，和雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有級傳動(dòng)變?yōu)闊o級調(diào)速的變頻電機(jī)到電主軸驅(qū)動(dòng)，為鉆削小孔深孔鉆床和提高深孔鉆床的水平質(zhì)量創(chuàng)造了有利條件。例如專門為了加工曲軸上的 油孔，連桿上的斜油孔，平行孔和飼料 機(jī) 械上料模的多個(gè)徑向出料孔等。為了客戶需要 ,在一條生產(chǎn)線上可以加工多種不同品種的曲軸油孔，于 2020 年設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)柔性曲軸加工中心，可以加工 2～ 12 缸不同曲軸上所有的油孔。該工件孔數(shù)量多達(dá) 36000 個(gè)。 由于深孔鉆床比其他類型的鉆床更具有優(yōu)勢，因此 得到了很好的發(fā)展。并且也分出了三個(gè)小方向，既普通型單座標(biāo)深孔鉆床、專用型深孔鉆床、三座標(biāo)數(shù)控深孔鉆床。近些年來為了加工某些零件上的相互交叉或任意角度、或與加工零件中心線成一定角度的斜孔，垂 直孔或平行孔等需要，各個(gè)國家而專門開發(fā)研制多種專用深孔鉆床。如： TBT 公司生產(chǎn)的特別適用于 第 3 頁 加工摩托車到輕型卡車的各種中小型曲軸油孔的 BW200KW 深孔鉆床；特別適用于大中型卡車曲軸油孔的 BW250KW 深孔鉆床，它們均具有 X、 Y、 Z、 W 四軸數(shù)控。英國 MOLLART 公司生產(chǎn)制造的專為加工顆粒擠出模具而開發(fā)的具有六等分六根主軸同時(shí)加工同一工件上六個(gè)孔的專用深孔鉆床。全都是數(shù)控系統(tǒng)控制的。由過去的單一座標(biāo)軸的深孔鉆床加工發(fā)展到需要加工座標(biāo)孔系的多孔加工而開發(fā)的三座標(biāo)數(shù)控深孔鉆床近些年來發(fā)展很快 。標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)與模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使 PLC 不僅適應(yīng)大小不同，功能繁復(fù)的系統(tǒng)控制要求 ，而且適應(yīng)工藝流程變更較多的場合。硬件連接方面來看， PLC 對現(xiàn)場要求不高，無論是接線還是配置都極其方便，不需要自行設(shè)計(jì)和制造很多專用接口電路。 PLC采用電氣操作人員習(xí)慣的梯形圖形式編程，直觀易懂。 （ 3）操作方便，維修容易。 PLC 還有 完善的監(jiān)視和診斷功能。硬件方面，選用優(yōu)質(zhì)器件，合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固簡化安裝，使之有較強(qiáng)的抗震動(dòng)沖擊能力。軟件方面，設(shè)置了警戒時(shí)鐘 WDT，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對 WDT 定時(shí)刷新，一旦出現(xiàn)死循環(huán)，立即跳出，重新啟動(dòng)并發(fā)出警報(bào)。 （ 1）電磁干擾性能好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) PLC 是直接針對工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的，產(chǎn)品在相當(dāng)寬的環(huán)境溫度、 濕度，以及規(guī)定的機(jī)械振動(dòng)、沖擊下，在規(guī)定的電源電壓與頻率變化、電源瞬時(shí)中斷、電源電壓降低等因素下，均能正常工作。其 第 4 頁 擴(kuò)展功能還有 A/D 和 D/A轉(zhuǎn)換， PID閉環(huán)回路控制、高速計(jì)數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制及特殊功能函數(shù)運(yùn)算等功能，可以通過上位機(jī)進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄、人機(jī)對話，使控制水平大大提高。網(wǎng)絡(luò)分為兩種：一類是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方式通信；另一類為高速網(wǎng)絡(luò)，采用 令牌傳送方式通信。 結(jié)論 綜上所述現(xiàn)代利用鉆孔機(jī)床及刀具與其他機(jī)床一樣發(fā)展很快，向數(shù)控多軸化、多功能化發(fā)展，不久的將來環(huán)保型的鉆床亦將陸續(xù)出現(xiàn)。本設(shè)計(jì)將普通專用鉆孔機(jī)床和 PLC結(jié)合，從而實(shí)習(xí)普通鉆床的高度自動(dòng)化?？偟恼f來，本系統(tǒng)是一個(gè)小型的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 機(jī)械部分簡要介紹 本鉆孔機(jī)床的機(jī)械部分與普通鉆孔機(jī)床類似，功能相對簡單，可以稱之為專用鉆孔機(jī)床，但是有一個(gè)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，與 PLC 相結(jié)合就組成一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)。 機(jī)械部分主要由以下幾個(gè)部分組成： 夾緊機(jī)構(gòu)部分：主要是由一個(gè)夾緊油壓缸來實(shí)現(xiàn)。 棘輪機(jī)構(gòu)部分：主要是由一個(gè)油壓缸的前后運(yùn)動(dòng)，來帶動(dòng)棘輪的運(yùn)動(dòng)。 鉆孔動(dòng)力頭部分：主要是由一個(gè)油壓缸推動(dòng)動(dòng)力頭的前進(jìn)與后退，而鉆頭的旋轉(zhuǎn)則是由電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。 電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)在電氣控制部分設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到用戶的功能要求和系統(tǒng)機(jī)械部分的配合要求，在具體實(shí)現(xiàn)過程中，又以系統(tǒng)的可靠性、易用性和安全性為準(zhǔn)則，目的是把本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為一個(gè)實(shí)用且自動(dòng)化程度高的設(shè)備。下面的運(yùn)行可以分為三種：手動(dòng)、半自動(dòng)和全自 動(dòng)。 手動(dòng)操作 調(diào)節(jié)鉆孔深度：通過調(diào)節(jié)限位開關(guān) SQ1 和限位開關(guān) SQ2 的位置來調(diào)節(jié)鉆孔的深度。 冷卻液冷卻：接通冷卻液控制閥開關(guān) SB1，則冷卻液噴出，鉆頭冷卻，斷開此開關(guān)，則停止噴出冷卻液。 鉆孔：接通鉆孔 開關(guān) SB5，則鉆孔動(dòng)力頭前進(jìn)，開始鉆孔；斷開此開關(guān)，則鉆孔動(dòng)力頭停止前進(jìn)，鉆孔停止。工作流程為如圖 3．全自動(dòng)操作 在自動(dòng)方式下 ，按下“全自動(dòng)”按鈕 SB3，則設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行。一個(gè)工件加工完畢，自動(dòng)上料，再加工另一個(gè)零件。 其中，工件計(jì)數(shù)是由專門的計(jì)數(shù)器記數(shù)，設(shè)備每加工一個(gè)零件，計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)加 1，以次來記錄被加工的工件數(shù)量，當(dāng)計(jì)數(shù)完成后，可以將計(jì)數(shù)器手動(dòng)清零。當(dāng)鉆頭折斷時(shí)，設(shè)備的聲光報(bào)警器會(huì)報(bào)警，同時(shí)設(shè)備停止運(yùn)行，以保證工作人員及時(shí)檢修設(shè)備。另外，此系統(tǒng)還有液位傳感器，當(dāng)冷卻液降低到設(shè)定值一下，就會(huì)光報(bào)警，提醒工作人員加冷卻液。在本設(shè)計(jì)中，自動(dòng)和半自動(dòng)功能由 PLC控制，所以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性相應(yīng)的提高。電動(dòng)機(jī)的控制部分的供電由圖中的 L L2 引入，給 PLC、 信號燈、和繼電器供電。 3 M 3 M 3 MF R 1 F R 2F R 3K M 1K M 2K