【正文】 ...................................36 參考文獻 ..................................................................................................37 外文資料翻譯 .........................................................................................38 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前 言 工業(yè)機床的控制在工業(yè)生產(chǎn)自動化控制中占有重要的位置。多工步機 床用于加工棉紡錠子錠腳的一種加工機床，某錠腳加工工藝比較復雜，零件加工前為實心毛坯件，整個機械加工由 7 個刀具分分別按照 7 個工步要求依次進行切削。制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國家或地區(qū)的經(jīng)實力、科技水平、生活水準和國防實力。采用傳統(tǒng)的繼電器控制時，需要的繼電器多，接線復雜，因此故障多，維修困難、費時費力。洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 多工步組合機床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 工業(yè)機床的控制在工業(yè)生產(chǎn)自動化控制中占有重要的位置。在機床行業(yè)中，多工步動作多機床由于其工步及，控制較為復雜。采用 PLC 控制，可是接線大為簡化，不但安裝十分方便，而且保證了可靠性，減少了維修量，提高了功效。而制造業(yè)的生產(chǎn)能力蛀牙取決于執(zhí)照設(shè)備 —— 機床的先進程度。 7 個工步依次為：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、絞錐孔的工步要求。多工步機床由于其工步及動作多，控制較復雜，采用傳統(tǒng)的繼電器控制時，需要的繼電器多，接線復雜，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。 該多工步機床是采用采用 PLC 控制，液壓機械傳動的機床設(shè)備。一般的 PLC 控制系統(tǒng)有信號輸入組件，輸出執(zhí)行器件，顯示器 件和 PLC 構(gòu)成。用戶買到所需要的 PLC 后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可以靈活而方便地將 PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，而且用戶程序的編制、修改 和調(diào)試都不需要具有專門的計算機編程語言知識。接著，再通過軟件的編制，最終實現(xiàn)除裝卸工件以外的其余自動循環(huán)過程。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 多工步組合機床與 PLC 課題研究的背景 本文設(shè)計的多工步機床是用于加工棉紡錠子錠腳的一種加工機床 ,其錠腳加工工藝比較復雜 ,零件加工前為實心坯件 ,整個機械加工過程由七個工步要求依次進行切削七個工步依次為：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、絞錐孔，各個工頻的動作分解如圖 11 所示。 我國工業(yè)電氣控制的發(fā)展道路，大多是引進成套設(shè)備的同時進行消化吸 收，然后進行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前，工業(yè)電氣控制技術(shù)正在向智能化，網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。 20 世紀末世界上最大的變化就是全球市場的形成。即“五個正確”。 可編程控制器的簡介 作為通用工業(yè)控制計算機， 30 年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。 可編程控制的 定義 可編程控制器 ( 簡稱 PLC），是指為計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令、并能通過數(shù)字式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程”。 PLC 由于采用現(xiàn)代規(guī)模繼承電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造 ，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息，在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷。 2. 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大，中，小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于和種數(shù)字控制領(lǐng)域。加上 PLC 通信能力的增加及人機羅布技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。它接口容易， 編程語言易于為工程技術(shù)人員。 4. 系統(tǒng)的設(shè)計，建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用破儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建行的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 5. 體積小，重量輕，能耗低 以越小型 PLC 為倒，新近出道的品種底部尺寸小于 100mm，重量小洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 于 150g, 功耗僅數(shù)瓦。 課題的提出 在機床行業(yè)中，多工步機床由于其工步及動作多，控制較復雜，采用傳統(tǒng)的繼電器控制時，需要的繼電器多，接線復雜，因此，故障多，維修困難。 PLC 是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活，方便的優(yōu)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，搞干擾能力強；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；編程語言簡單，易學，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。同時可編程控制器作為一種新型的工業(yè)自動化裝置已在工業(yè)控制名個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有體積小，功耗低，壽命長，可靠性高，靈活通用，易于編程，紀念版及使用方便等特點。它通常采用繼電器邏輯控制方式，存在著控制柜體積大，改變控 制方式困難，柔性差，設(shè)備的電控系統(tǒng)故障率高，檢修周期長等缺點。 PLC 控制與繼電器控制的比較 1. 功能強，性價比高 一臺小型 PLC 內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 3. 可靠性高，抗干擾能力強 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器，時間繼電器。 4. 系統(tǒng)的設(shè)計，安裝，調(diào)試工作量少 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器，時間繼電器，計算機等器件，使控制柜的設(shè)計，安裝，接線工作量大大減少。這種編程方法很有規(guī)律，很 容易掌握。 5. 編程方法簡單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電器符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂。 梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。 PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù) PLC 上的發(fā)光二極管或編程器提供的故障，迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 PLC 的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要小得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。 PLC 控制與單片 機控制的比較 PLC 是建立在單片機之上的產(chǎn)品，單片機是一種集成電器，兩者不具有可比性。對于量大的配套項目，采用單片機系統(tǒng)具有成本低，效益高的優(yōu)點，但這要有相當?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠地運行。 小結(jié) 棉紡行業(yè)的現(xiàn)代化，要求機械產(chǎn)業(yè)不斷的提供各種先進的設(shè)備為制造和維修這些設(shè)備，就必須 具備制造各種金屬零件的設(shè)備。開發(fā)研制的此項多工步機床的電氣控制系統(tǒng)的方案采用千里技術(shù)，工作可靠性高，簡單易懂，容易掌握，維護方便，性能優(yōu)良，反應(yīng)靈活，自動化程度高，適合我國現(xiàn)在的國情，對我國經(jīng)濟的發(fā)展，以及機床利用自動控制系統(tǒng)的進步有著重要的現(xiàn)實意義和實用價值。 PLC 技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程來實現(xiàn)，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。程序運行為周期性順序掃描和集中批處理的工作方式，具有故障檢測及診斷程序，可靠性極高。因此本文決定采用 PLC 進行，并且保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)的作用不變，以方便用戶，縮短適應(yīng)期。 S7200 系列西門子 PLC 家族中的成員之一，在西門子工控領(lǐng)域中占有重要的地位。而 S7200 系列的產(chǎn)品可以滿足設(shè)計要求，因此設(shè)計以西門子公司的 S7200 系列入手。第一代產(chǎn)品為 CPU21X型，包括 CPU21 CPU21 CPU215 和 CPU216，其中每種主機單元可以進行擴展。 1. CPU221 型主機單元 具有 6 輸入 /4 輸出共計 10 數(shù)字 I/O 點，無I/O 擴展能力。 3. CPU224 型主機單元 具有 14 輸入 /10 輸出共計 24 個數(shù)字量 I/O點，可以連接 7 個擴展單元，最大擴展至 168 個數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O。 5. CPU226 型主機單元 具有 24 個輸入 /16 個輸出共計 40 個熟悉 I/O點，可以連接的 I/O 擴展單元，最大擴展至 248 個數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O。因此采用 1 個基板即可。 表 21 PLC 的具體配置 序號 名稱 類型 數(shù)量 1 主機單元模板 CPU226 1 2 基板 DIN 1 PLC 的 I/O 編址 PLC 的 I/O 具體分配表 PLC 的輸入 /輸出具體分配如表 22 所示。 3 ~M 13 ~M 23 ~M 3L 1 L 2 L 3Q SF U 1K M 4F U 2K M 1K M 3K M 2 主電動機 慢速電動機 快速電動機 圖 21 主電路 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 PLC 電路主機單元 I/O 接線圖如圖 22 所示。統(tǒng)計得出需要接觸器四個，按鈕開關(guān)兩個，限位開關(guān)四個， 電磁閥一個，熔斷器兩個，三相異步交流電動機三臺。目前按鈕在結(jié)構(gòu)上是多種形式的：旋鈕式用手安東旋轉(zhuǎn)進行操作；指示燈式按鈕內(nèi)可裝入信號顯示信號；緊急式裝有蘑菇形按帽，以表示緊急操作。按鈕開關(guān)選擇額定電壓是 DC4，額定電流 5A，電氣壽命為通斷次數(shù)大于 20 萬次。 限位開關(guān)，用于控制機械設(shè)備的行程及保護。因此，限位開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。 LXW5 系列微動開關(guān)是適用于交流 50HZ 或 60HZ，電壓至 600V，額定控制電流至 15A 和直流 220V，額定控制電流 20A 的控制電路中，限位開關(guān)廣泛用于各種機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。 LX19 系列行程開關(guān)適用于交流 50HZ，交流電壓至 380V 或直流電壓值 220V 的控制電路中，將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號，作控制運動機構(gòu)的行程和變換其運動方向或速度之用。 2. 主觸點額定電壓、額定電流。 4. 電磁線圈的電源種類，頻率和額定電壓。 額定電壓：銘牌額定電壓是指主觸點上 的額定電壓。 如某負載是 380V 的三相感應(yīng)電動機，則應(yīng)選用 380V 的交流接觸器。通常用的電流等級為： 直流接觸器： 25， 40， 60， 100， 150， 250， 400， 600A 交流接觸器： 5 ， 10， 20， 40， 60， 100， 150， 250， 400， 600A 上述電流是指接觸器安裝在敞開式控制屏上，接觸工作不超過額定溫升，負載為間斷 —— 長期工作制時的電流值。如果上訴條件改變，就要做相應(yīng)修正起電流值，具體如下： 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 當接觸器安裝在想規(guī)內(nèi)，由于冷卻條件差，電流要降低 10~20%使用 當接觸器工作于長期工作制，而且通電持續(xù)率步超過 40%；敞開安裝，電流允許提高 10~25%；箱柜安裝，允許提高 5~10%。） 操作頻率：至每小時接通的次數(shù)，交流接觸器最高為 600 次 /h，直流接觸器可達 1200 次 /h。分直流、交流兩類，適用于交流電動機的頻繁啟動、制動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。本設(shè)計使用 MZJ 型交流接觸器供遠距離接通和斷開。 電磁閥用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。 ARE 系列的電磁閥主要用于氣壓流控制，根據(jù)介質(zhì)流向要求及管道連接方式克制 ARE050 可滿足設(shè)計全部要求，因此選擇ARE050 作為控制縱向運動的開關(guān)。 熔斷器選擇，主要是選擇熔斷器的種類、額定電壓、熔斷器額定電壓等級和熔體的額定電流。熔體電流的選擇是熔斷器選擇的核心，熔斷器種類很多有插入式、填料封閉管式及快速熔斷器等，有 RC1A 系列、 RL1 系列、 RT0 系列、 RS0 系列等。 電動機的額定功率選擇的原則是：所遷額定功率要滿足生產(chǎn)機械在拖洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 動的各個環(huán)節(jié)（啟動、調(diào)速、制動等）對功率和轉(zhuǎn)矩的要求并在此基礎(chǔ)上使電動機得到充分的利用。拖動閘門的電動機常采用短時工作制電動機 。 表 23 元件明細表 元 件 名 稱 符 號