[工學]深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計.doc

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1、河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系畢業(yè)設(shè)計論文畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目 深孔鉆床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計二、設(shè)計目的1）掌握機床的深孔鉆床液壓控制的功能。2）掌握深孔鉆加工動作流程。3）掌握電氣控制元件的選擇與計算方法。4）掌握PLC的選擇與應用。三、設(shè)計要求一臺深孔鉆床用于零件的深孔加工，實現(xiàn)定時自動排屑。進給速度分為快進和二次工進，進給采用液壓控制。主軸采用2000kW電機，液壓系統(tǒng)是1000W電機，設(shè)計要求：1）鉆頭作往復運動，并且時間可調(diào)。采用直流220V電磁閥，行程開關(guān)作位置檢測。2）液壓泵電動機啟動后才能啟動主軸電動機。3）有工作狀態(tài)指示及照明。4）有必要的電氣保護和液壓壓力保護，極限

2、行程保護。5）設(shè)計與繪制電氣控制原理圖，元件安裝布置圖、接線圖。6）繪制梯形圖與語句表。四、畢業(yè)設(shè)計說明書（15000字以上）。1）設(shè)計題目2）控制原理說明設(shè)計方案論證3）主要器件選擇依據(jù)與計算4）設(shè)計總結(jié)及改進意見5）主要參考資料五、參考文獻工廠電氣控制技術(shù) 機械工業(yè)出版社 主編 方承遠工廠電氣控制設(shè)備 機械工業(yè)出版社 主編 許廖機床電氣控制技術(shù) 機械工業(yè)出版社 主編 王炳實可編程序控制器的應用技術(shù) 機械工業(yè)出版社 主編 王兆義可編程序控制器的原理及程序設(shè)計 電子工業(yè)出版社 主編 崔亞軍目錄目錄1第1章 緒論21.1深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計的目的和意義21.2深孔鉆床的控制系統(tǒng)歷史發(fā)展2

3、1.3深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計原理2第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案研究42.1方案一設(shè)計42.2方案二設(shè)計42.3深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計參數(shù)42.4本課題完成的主要任務(wù)5第3章 機床低壓電器及液壓元件的選擇63.1常用低壓電器63.1.1主令電器63.1.2控制電器63.1.3保護電器83.1.4配電電器93.2常用液壓元件9第4章 深孔鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計124.1主回路設(shè)計124.2液壓傳動及控制電路的設(shè)計144.3輔助照明電路設(shè)計154.4自動排屑部分結(jié)構(gòu)設(shè)計16第5章 深孔鉆床的PLC設(shè)計195.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)195.2 PLC的工作原理215.3 PLC的工作過程215.4

4、PLC的主要技術(shù)指標225.5深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計225.6系統(tǒng)調(diào)試29結(jié) 論31致謝32參考文獻33附錄34第1章 緒論1.1深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計的目的和意義用PLC設(shè)計深孔鉆床的控制系統(tǒng)可以縮短鉆床的加工時間，提高其加工效率。將PLC技術(shù)運用到鉆床上，能夠使用戶程序的編制清晰直觀的顯示出來，并且容易調(diào)試和差錯，使鉆床的操作更加方便快捷、安全可靠；實現(xiàn)鉆床的自動化生產(chǎn)能力，節(jié)約人力資源。同時也是為了能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)快速的批量生產(chǎn)，以及便于維護和升級機床。在本課題中，用PLC來設(shè)計深孔鉆床的控制系統(tǒng)，可以讓我們熟練地掌握深孔鉆床的加工流程，掌握各種電器的選擇及應用，以及加

5、深對PLC的了解和使用。深孔鉆床的進給傳動是液體壓力傳動，因此，液體傳動的相關(guān)知識我們也要學習，和掌握各液壓元件的原理及使用。1.2深孔鉆床的控制系統(tǒng)歷史發(fā)展19世紀末，在生產(chǎn)機械的拖動系統(tǒng)中，電動機逐漸代替了蒸汽機，出現(xiàn)了電力拖動。隨著生產(chǎn)實踐的需要與發(fā)展，20世紀20年代電力拖動方式由集中拖動發(fā)展為單獨拖動。在電力拖動方式的演變過程中，電力拖動的控制方式也由手動控制逐步向自動控制方向發(fā)展。在這種大格局的發(fā)展下，深孔鉆床也在逐步由手動控制向自動控制的方向上發(fā)展。70年代以來，隨著可編程序控制器（Programmable Controller）的出現(xiàn)，機械化生產(chǎn)的控制模式逐漸的向自動化、智能化

6、發(fā)展。為了提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，深孔鉆床的控制系統(tǒng)也就由以前的接觸器、繼電器等手控電器的手控方式逐步的與PLC相結(jié)合，實現(xiàn)自動化控制。1.3深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計原理將深孔鉆床的加工流程從接觸器、機電器等組成的控制系統(tǒng)用編寫程序的方式在PLC上變現(xiàn)出來。即先了解深孔鉆床，接著再去選取設(shè)當?shù)碾娖髟L制出深孔鉆床的電氣原理圖（主電路，控制電路，輔助照明電路），其次選取合適的液壓元件，構(gòu)建液體傳動回路，最后再將深孔鉆床的工作流程機器控制系統(tǒng)在PLC上用編程的方式表現(xiàn)出來。 圖1-1 PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框架圖1-2設(shè)計流程圖第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案研究2.1方案一設(shè)計根據(jù)深孔鉆床的加

7、工流程以及工作環(huán)境，將主軸電動機選為直流雙速電動機，功率為2000KW，這樣方便于調(diào)速；其他電動機采用三相異步交流電動機，如液壓泵電動機1000W，冷卻泵電動機100W。啟動液壓泵電動機后，在手動啟動主軸電動機，冷卻泵電動機在需要冷卻液時手動啟動。2.2方案二設(shè)計根據(jù)深孔鉆床的加工流程以及工作環(huán)境，又考慮到方便設(shè)計和以后的維修，以及對主軸電動機和液壓泵電動機的合理控制和安排。主軸電動機、液壓泵電動機和冷卻泵電動機都選為三相異步交流電動機，其中，主軸電動機2000KW，液壓泵電動機1000W，冷卻泵電動機100W。在啟動液壓泵電動機以后，由液壓進給系統(tǒng)推動主軸前進，當快要接近工件的加工表面時，主

8、軸電動機自動啟動，帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)進行加工。冷卻液電動機只能在主軸電動機啟動后才能啟動，且在需要冷卻時，手動啟動。2.3深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計參數(shù)了解深孔鉆床的加工環(huán)境及其加工零件，正確的選擇拖動電動機；如主軸采用2000KW的三相異步交流電動機，液壓泵電機為1000W的三相異步交流電動機，根據(jù)這個，再去正確的選擇各種低壓電器的型號、規(guī)格、及適用范圍和使用方法，如接觸器、各種繼電器、開關(guān)及保護電器。在液壓控制中，根據(jù)其電動機的功率、型號來選擇液壓泵、電磁閥、換向閥等液壓控制器件的規(guī)格和型號（出于安全考慮和滿足工作要求，液壓管道及個閥類內(nèi)徑選為16mm的）?？紤]到鉆頭在加工過成中會發(fā)熱需要冷卻

9、措施，應再加上一個冷卻泵，其電動機可選為100W的三相異步交流電動機。根據(jù)以上選擇的電器和深孔鉆床的工作流程，設(shè)計并繪制其電氣原理圖。然后再根據(jù)其工作量和產(chǎn)品質(zhì)量要求，選擇可編程序控制器（即PLC）的型號和規(guī)格，在這里我們選擇西門子S7-200CN。由于在整個工作系統(tǒng)中主電路、控制電路、輔助照明電路和PLC所使用的電壓等級和類型都不一樣（主電路380V、控制電路220V、輔助照明電路36V 6V、可編程序控制器PLC為直流24V），所以，我們要選擇變壓器和整流裝置，以便方便個電路的使用。2.4本課題完成的主要任務(wù)1）設(shè)計題目2）深孔鉆床的控制原理說明設(shè)計3）主要器件的選擇依據(jù)與計算4）設(shè)計總結(jié)

10、及改進意見5）主要參考資料第3章 機床低壓電器及液壓元件的選擇3.1常用低壓電器低壓電器是電力拖動自動控制系統(tǒng)的基本組成元件，控制系統(tǒng)的可靠性、先進性、經(jīng)濟型與所用的低壓電器有著直接關(guān)系，作為電氣技術(shù)人員必須熟練掌握低壓電器的結(jié)構(gòu)、原理，并能正確選用和維護。3.1.1主令電器主令電器主要用來接通和分斷控制電路，是用于發(fā)送控制指令的開關(guān)電器。1）按鈕按鈕是一種短時接通或你斷開小電流的手動電器，常用于控制電路中，發(fā)出啟動或停止等指令，用以控制控制電器的線圈電流的接通或斷開，再由它們?nèi)ソ油ɑ驍嚅_主電路。按鈕由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸頭、靜觸頭和外殼等組成。其字母表示為SB，型號有LAY3、LAY6、

11、LA10、LA18、LA19、LA20、LA25等。有常開按鈕、常閉按鈕和復合按鈕。為了方便操作，通常有很多種不同的顏色。2）位置開關(guān)位置開關(guān)又稱行程開關(guān)或限位開關(guān)，可將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)對機械的控制。它是根據(jù)運動部件的位置而切換的電器，能實現(xiàn)運動部件的極限保護。其原理與按鈕類似，利用生產(chǎn)機械運動部件的碰壓使其觸頭動作，而將機械信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。行程開關(guān)廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。行程開關(guān)主要由觸頭系統(tǒng)、操作機構(gòu)和外殼組成。其結(jié)構(gòu)形式有直動式、滾輪式和微動式三種。其動作后的復位方式有自動復位和非自動復位兩種。其型號有LX19和JLXK1等，字母表示為S

12、Q。3.1.2控制電器在各種控制電路和控制系統(tǒng)中用于接收和發(fā)出通斷指令的電器。1） 接觸器接觸器主要分交流接觸器和直流接觸器兩種，由于機床工業(yè)中多使用交流電，故我們選擇交流接觸器。交流接觸器是機床中電動機控制和信號傳遞的器件，是連接數(shù)控裝置、可編程控制器與強電和執(zhí)行部件的樞紐，也是發(fā)生故障最多的器件之一。交流接觸器由以下四部分組成：電磁機構(gòu)、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置 其他部件 包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、傳動機構(gòu)及外殼等。 其工作原理如下：線圈通電后，在鐵芯中產(chǎn)生磁通及電磁吸力。此電磁吸力克服彈簧反力使得銜鐵吸合，帶動觸點機構(gòu)動作，常閉觸點打開，常開觸點 閉合，互鎖或接通線路。線圈失電或

13、線圈兩端電壓顯著降低時，電磁吸力小于彈簧反力，使得銜鐵釋放，觸點機構(gòu)復位，斷開線路或解除互鎖。 其字母表示為KM。交流接觸器的選擇應根據(jù)被控對象和工作參數(shù)如電壓、電流、功率、頻率及工作制等確定。a.接觸器的線圈電壓，一般應低一些為好，這樣對接觸器的絕緣要求可以降低，使用時也較安全。但為了方便和減少設(shè)備，常按實際電網(wǎng)電壓選取。b.電動機的操作頻率不高，如壓縮機、水泵、風機、空調(diào)、沖床等，接觸器額定電流大于負荷額定電流即可。接觸器類型可選用CJl0、CJ20等。c.接觸器額定電流是指接觸器在長期工作下的最大允許電流，持續(xù)時間8h，且安裝于敞開的控制板上，如果冷卻條件較差，選用接觸器時，接觸器的額定

14、電流按負荷額定電流的110%120%選取。對于長時間工作的電機，由于其氧化膜沒有機會得到清除，使接觸電阻增大，導致觸點發(fā)熱超過允許溫升。實際選用時，可將接觸器的額定電流減小30%使用2）中間繼電器中間繼電器是最常用的繼電器之一,中間繼電器是根據(jù)某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護電力裝置的自動電器。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和交流接觸器基本相同，只是電磁系統(tǒng)小些，觸點多些。 常用的中間繼電器型號有JZ7、JZ14等，其字母表示為KA。3.1.3保護電器用于保護電路以及用電設(shè)備的電器。1） 熔斷器熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路。熔斷器主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(絕緣

15、座)組成。使用時，熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，熔斷器以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現(xiàn)短路保護及過載保護。其類型主要有瓷插式、有填料螺旋式和無填料封閉管式，字母表示符為FU。熔斷器的額定電壓額定電流硬不小于線路的額定電壓和所裝熔體的額定電流，其類型應根據(jù)線路要求和安裝條件而定。熔斷器的分段能力必須大于電路中可能出現(xiàn)的最大故障電流。2）熱繼電器熱繼電器主要是用于電氣設(shè)備（電動機）的過負荷保護。熱繼電器是一種利用電流熱效應原理工作的電器，它具有與電動機容許過載特性相近的反時限動作特性，主要與接觸器配合用，用于對三相異步電動機的過負荷和斷相保護。三相異步電動機在實際運行中，常

16、會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流（過載和斷相）現(xiàn)象。如果過電流不嚴重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許的；如果過電流情況嚴重，持續(xù)時間較長，則會加快電動機絕緣老化，甚至燒毀電動機，因此，在電動機回路中應設(shè)置電動機保護裝置。熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應考慮電動機的工作環(huán)境、起動情況、負載性質(zhì)等因素，具體應按以下幾個方面來選擇：a.熱繼電器結(jié)構(gòu)型式的選擇：星形接法的電動機可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)熱繼電器，三角形接法的電動機應選用帶斷相保護裝置的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。b.熱繼電器的動作電流整定值一般為電動機額定電流的1.051.1倍。c.對于重復短時工作的電動機，由于電動機

17、不斷重復升溫，熱繼電器雙金屬片的溫升跟不上電動機繞組的溫升，電動機將得不到可靠的過載保護。因此，不宜選用雙金屬片熱繼電器，而應選用過電壓繼電器進行保護3.1.4配電電器用于電能的輸送和分配的電器。1）刀開關(guān)刀開關(guān)是結(jié)構(gòu)最簡單且應用最廣泛的一種低壓電器，它由操作手柄、觸刀、靜插座和絕緣地板組成。其作用是引入接通斷開電源，字母表示符號QS。按極數(shù)可分為單極、雙極和三極；按刀的轉(zhuǎn)換方向可分為單擲和雙擲；按滅弧情況可分為有滅弧罩和無滅弧罩等。常用的刀開關(guān)有膠蓋刀開關(guān)和鐵殼開關(guān)。2）轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱組合開關(guān)，一般用于電氣設(shè)備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負載，測量三項電壓以及小容量感應電動機。轉(zhuǎn)換開

18、關(guān)由動觸頭、靜觸頭、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機構(gòu)及外殼等組成。字母表示符為QS或SA，有單極、雙極和多極之分。常用產(chǎn)品有HZ5HZ10和HZ15系列，在這里我們選擇HZ15系列。3.2常用液壓元件通常選用的液壓元件主要是由能夠組成液壓傳動系統(tǒng)的動力裝置、執(zhí)行裝置、控制裝置、輔助裝置。其中，液壓傳動系統(tǒng)中還有工作介質(zhì)即為液壓油。1）液壓泵液壓泵是液壓傳動系統(tǒng)的動力元件，其作用是向系統(tǒng)提供壓力油，它是把原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為輸出的液體壓力能。液壓泵的工作是通過靠密封容積的周期性變化來實現(xiàn)吸油和壓油的。其種類根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，常用的容積式泵有：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等。由于深孔鉆床的負載比較大且

19、有快速和慢速的工作行程，所以選擇限壓式變量葉片泵。2）液壓缸液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它能將油液的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，用于驅(qū)動工作機構(gòu)作往復直線運動。液壓缸結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，與杠桿、連桿、齒輪齒條、棘輪棘爪、凸輪等機構(gòu)配合，能夠?qū)崿F(xiàn)多種機械運動，故應用十分廣泛。液壓缸有多種類型，按其結(jié)構(gòu)特點可分為活塞式、柱塞式、組合式三大類；按作用方式又可分為單作用式和雙作用式兩種。根據(jù)深孔鉆床的工作需要，應選用活塞式液壓缸，又因其工作形式，應選擇單桿式活塞液壓缸。3）液壓控制閥液壓控制閥簡稱為液壓閥，在液壓系統(tǒng)中用來控制液體的流向、壓力、流量，并以此來控制調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動方向、輸出力和運動速度。

20、液壓閥的主要結(jié)構(gòu)一般由閥芯、閥體以及可使閥芯在閥體內(nèi)做相對運動的驅(qū)動裝置。液壓閥的工作原理都是利用閥芯在閥體內(nèi)的相對運動來改變閥口的通斷狀態(tài)、或者改變閥口的通流面積，從而達到控制液體的壓力、流量和方向的目的。1.單向閥單向閥包括普通單向閥和液控單向閥兩種。其作用是只允許液體沿管道的一個方向流動，另一方向的流動則被截止。液控單向閥除了具有普通單向閥的作用外，在外部控制油壓的作用下允許油液向另一個方向流動。根據(jù)需要我們選擇普通單向閥。2.換向閥換向閥在液壓系統(tǒng)中，通過改變閥芯與閥體之間的相對位置，以實現(xiàn)與閥體相連的各油路的接通與切斷，從而改變液流的方向。換向閥按結(jié)構(gòu)形式可分為轉(zhuǎn)閥式、滑閥式、球閥式

21、和錐閥式等；按操縱方式可分為手動式、機動式、電磁式、液動式以及電液式等；按閥芯可能實現(xiàn)的工作位置可分為二位閥、三位閥等；按安裝方式可分為螺紋式、板式和法蘭式等。根據(jù)設(shè)計需要，應選擇滑閥式電磁換向閥。其中三位五通的滑閥式電磁換向閥一個，二位三通的滑閥式電磁換向閥兩個。3.溢流閥溢流閥是最常用的壓力控制閥類。它的主要用途有兩個：一是保持液壓系統(tǒng)或回路的壓力恒定；二是作安全閥用，對系統(tǒng)起過載保護作用。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，常用的溢流閥有直動式和先導式兩種。其中直動式溢流閥的結(jié)構(gòu)簡單，動作靈敏。常用在低壓、小流量的液壓系統(tǒng)中。先導式溢流閥主要由主閥和先導閥兩部分組成。先導式溢流閥能夠減小系統(tǒng)的壓力波動，通常在

22、高壓、大流量的液壓系統(tǒng)中應用。結(jié)合深孔鉆床的工作需要，應選擇先導式溢流閥。4.調(diào)速閥調(diào)速閥是由一個定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成的組合閥，節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)調(diào)速閥的輸出流量，減壓閥能自動保持節(jié)流閥前后的壓力差“P”不變，以保證通過節(jié)流閥的流量（即調(diào)速閥）不受外界負載變化的影響。5.其他輔助元件所需其他元件有：油缸、管道、濾網(wǎng)等。第 37 頁 共 37 頁第4章 深孔鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1主回路設(shè)計4.1.1主要結(jié)構(gòu)和運動形式深孔鉆床是一個整體的鑄件，其內(nèi)部主要有主軸、變速箱、進給箱和操縱機構(gòu)等部件。通過機械機構(gòu)實現(xiàn)鉆頭的往復運動，切削刀具一般安裝在鉆軸前端的錐形孔里，在切削過程中，鉆軸一面旋轉(zhuǎn)，一面

23、沿軸向作進給運動。主軸和鉆頭由主軸電動機帶動旋轉(zhuǎn)，進給運動由液壓泵電動機帶動液壓泵向液壓系統(tǒng)提供液壓油通過液壓系統(tǒng)進行運動。由此我們可知鉆床的運動有三種：1）主運動，主軸的選準運動。2）進給運動，即鉆頭一面旋轉(zhuǎn)，同時做垂直縱向進給運動。3）輔助運動，包括鉆頭的自動排屑運動、鉆頭的往復運動。4.1.2 主回路的設(shè)計原理圖(如圖4-1、4-2所示) 圖4-1 主電路 圖4-2 控制電路 深孔鉆床在加工時主要靠主軸電動機，液壓泵電動機拖動和進給。如圖a所示，M1為主軸電動機，靠接觸器KM1的主觸頭接通；M2為液壓泵電動機，靠接觸器KM2的主觸頭接通；深孔鉆床在工作運行中，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1控制冷卻泵電

24、動機。其中，冷卻泵電動機必須在主軸電動機啟動后才可以啟動。深孔鉆床加工時要求進給電動機拖動動力部件，在主軸不旋轉(zhuǎn)的狀況下向前運動，當運動到接近工件的加工部位時主軸才啟動旋轉(zhuǎn)。當加工完畢以后，主軸自動退回，當推到加工零件上方某一位置時自動停轉(zhuǎn)。這就需要在液壓泵電動及啟動后才能啟動主軸電動機。由圖b可知，按下按鈕SB1接觸器KM2線圈得電并自鎖，液壓泵電動及啟動，此時可以控制主軸垂直進給運動，當運動到一定位置時，壓下行程開關(guān)SQ0接觸器KM1的線圈得電并自鎖，主軸電動機啟動，開始旋轉(zhuǎn)。當加工完成后，動力部件開始退出，在碰到行程開關(guān)SQ2時，接觸器KM1的線圈斷電，主軸電動機自動停轉(zhuǎn)。行程開關(guān)SQ6

25、為鉆床極限保護開關(guān)，熱繼電器FR1、FR2為主軸電機和液壓泵電機的過載保護作用。4.2液壓傳動及控制電路的設(shè)計液壓動力滑臺是應用壓力油控制滑臺向前或向后運動。液壓滑臺是由滑臺、滑座及油缸三部分組成，油缸拖動滑臺在滑座上移動液壓滑臺有電氣控制液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)滑臺的自動工作循環(huán)（如圖4-3所示）。圖4-3 二次工作進給控制電路圖為二工進控制線路。它的工作循環(huán)程序是：滑臺快進一次工進二次工進快退至原位停止?；_原位停止?；_由油缸拖動前后運動，閥用電磁鐵YV1a、YV1b、YV2均為斷電狀態(tài)。滑臺停止在原位，擋鐵1壓下行程開關(guān)SQ1時，行程開關(guān)SQ1常開點閉合，而SQ1常閉點斷開（用與轉(zhuǎn)換的4塊擋鐵裝

26、于滑臺上，圖中未劃出）。滑臺快進。把轉(zhuǎn)換開關(guān)SA扳到右位置，按下SB2按鈕，繼電器KA1過電流線圈通電并自鎖，KA1常開觸頭閉合使電磁閥電磁鐵YV1a,YV2通電。電磁鐵YV1a通電，使電磁閥HF1的閥桿推向右端，滑臺快進?；_一次工進。在滑臺快進過程中，當擋鐵3壓動行程開關(guān)SQ3時，SQ3常開觸頭閉合，使KA2線圈通電，并自鎖，KA2常閉點斷開使YV2電磁鐵斷電，HF2復位，滑臺即自動轉(zhuǎn)換為工進，此時由于有KA2的自鎖，它就不會因擋鐵離開SQ3而使KA2電路中斷。滑臺二次工進。由SQ4常開點閉合接通繼電器KA3線圈并自鎖，從而控制第二次工進（見附表及工作循環(huán)圖），這時電磁鐵YV1a通電YV3

27、斷電，但是進給速度要比第一次進給低。 滑臺快退。當滑臺工進到終點時，擋鐵4壓動SQ5，使其閉合，而使繼電器KA4線圈通電并自鎖，KA4常閉點斷開，滑臺停止工進，因KA4常開閉合，使快退電磁鐵YV1b通電。電磁閥HF1的閥桿向左移，滑臺快速向左移，滑臺快速退回。當滑臺退到原位時，SQ1被壓動，SQ1常閉斷開，使繼電器KA4線圈斷電，此時電磁鐵YV1b也斷電，滑臺停止?；_的點動調(diào)整。將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA扳到“2”位置，將下按鈕SB1，KA1線圈通電，使YV1a，YV2電磁鐵通電，滑臺可向前快進。由于KA1電路不能自鎖，因此當SB1放松后，滑臺立即停止。當滑臺不在原位（及SQ1未閉合）需要快退時，可按動

28、SB3按鈕，使KA4線圈通電，YV1b電磁鐵通電，滑臺快退，直到退回原位壓下SQ1，SQ1常閉點斷開，KA4線圈斷電，滑臺停止。4.3輔助照明電路設(shè)計照明電路（如圖4-4所示），主要是在鉆床加工的過程中，給工作臺提供照明的。其中輔助電路中包含了各種指示燈，以方便永福掌握鉆床在工作時的運行狀態(tài)。圖4-4 輔助照明電路照明燈，機床在工作過程中，和尚開關(guān)SA2燈EL通電亮。機床在通電時燈HL1亮，起通電顯示作用；當主軸電動機通電運轉(zhuǎn)時，燈HL2亮；當液壓泵電動機通電運轉(zhuǎn)時，燈HL3亮。其中FU4、FU6分別保護照明電路和指示燈電路。4.4自動排屑部分結(jié)構(gòu)設(shè)計在單件、小批生產(chǎn)中，加工深孔時，常用接長的

29、麻花鉆頭，以普通的冷卻潤滑方式，在改裝過的普通車床上進行加工。為了排屑，每加工一定長度之后，須把鉆頭退出。 在批量生產(chǎn)中，深孔加工常采用專門的深孔鉆床和專用刀具，以保證質(zhì)量和生產(chǎn)率。這些刀具的冷卻和切屑的排出，很大程度上決定于刀具結(jié)構(gòu)特點和冷卻液的輸入方法。目前應用的冷卻與排屑的方法有兩種： （1）內(nèi)冷卻外排屑法 加工時冷卻液從鉆頭的內(nèi)部輸入，從鉆頭外部排出。高壓冷卻液直接噴射到切削區(qū)，對鉆頭起冷卻潤滑作用，并且?guī)е行紡牡稐U和孔壁之間的空間排出。 （2）外冷卻內(nèi)排屑法 冷卻液從鉆頭外部輸入，有一定壓力的冷卻液經(jīng)刀桿與孔壁之間的通道進入切削區(qū)，起冷卻潤滑作用，然后經(jīng)鉆頭和刀桿內(nèi)孔帶著大量切屑排

30、出。自動排屑裝置鉆床加工效率高，單位時間內(nèi)的金屬切削量大，這使工件上的金屬變成切屑后所占的空間也成倍增大。這些切屑占用加工區(qū)域，如果不及時清除，必然會覆蓋或纏繞在工件上，使加工受干擾。此外，帶熱的切屑還會向機床或工件散發(fā)熱量，使機床或工件產(chǎn)生變形，影響加工精度。因此，迅速、有效地排除切屑十分重要，而排屑裝置的主要作用是將切屑從加工區(qū)域排出到機床之外。另外，排屑裝置必須將切屑從其中分離出來，送入切屑收集箱或小車里，而將切屑液回收到冷卻液箱。 自動排屑裝置的安裝位置一般都盡可能靠近切削區(qū)域，以利于簡化機床和排屑裝置結(jié)構(gòu)，減小占地面積，提高排屑效率。排出的切屑一般都落入切屑收集箱或小車中，有的則直接

31、排入車間排屑系統(tǒng)自動排屑裝置常見的排屑裝置：（1）平板鏈式排屑裝置；（2）刮板式排屑裝置；（3）螺旋式排屑裝置。本鉆床采用平板鏈式自動排屑裝置（如圖4-5所示）。以滾輪鏈輪牽引的鋼質(zhì)平板鏈帶在封密箱中運轉(zhuǎn)，加工中的切屑落到鏈帶上被帶出機床，將切屑倉斗運送到切屑收集區(qū)，將切屑壓制成塊，以便運走。這種排屑裝置能排除各種形狀的切屑，適應性強。另外 1）鉆頭的自動往復運動是靠機床的機械傳動機構(gòu)來實現(xiàn)的。 2）主軸的變速是由齒輪變速器實現(xiàn)的。 圖4-5 平板鏈式自動排屑裝置第5章 深孔鉆床的PLC設(shè)計可編程序控制器（Programmable Logical Controller,簡稱PLC)是在繼電器控

32、制和計算機控制的基礎(chǔ)上，以微機處理器為核心，引入微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破髟谙到y(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件組成、軟件結(jié)構(gòu)、輸入/輸出（I/O）接口以及用戶界面等方面都有獨特性。目前，可編程序控制器不僅具有繼電器控制系統(tǒng)所能完成的邏輯運算、定時、記數(shù)等控制功能，同時還可以進行數(shù)據(jù)處理、模擬量控制、過程控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。圖5-1 PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖5.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)5.1.1 中央處理器（CPU）中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部 各部分工作任務(wù)?？删幊炭刂破髦胁捎玫腃PU一般有三大類，一類為

33、通用微處理器，如80286、80386等；一類為單片機芯片，如8031、8096等；另外還有位處理器，如AMD2900、AMD2903等。5.1.2 存儲器存儲器是可編程控制器的存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運算數(shù)據(jù)的單元。和一般計算機一樣，可編程控制器的存儲器有只讀存儲器(ROM)和隨機讀/寫存儲器（RAM）兩大類。只讀存儲器是用來保存那些需永久保存的程序的存儲器，即使機器掉電后其保存的數(shù)據(jù)也不會丟失，一般為掩膜只讀存儲器和可編程電擦寫只讀存儲器。只讀存儲器用來存放系統(tǒng)程序。隨機讀/寫存儲器的特點是寫入與擦除都很容易，但在掉電情況下存儲的數(shù)據(jù)就會丟失，一般用來存放用戶程序及系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)

34、。5.1.3 輸入/輸出接口輸入/輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。輸入口是用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。輸出口是用來送出可編程控制器運算后得出的控制信號，并通過機外的執(zhí)行機構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。主要有以下幾中： 開關(guān)量輸入接口。 （2）開關(guān)量輸出接口。（3）模擬量輸入接口。 （4）模擬量輸出接口。（5）智能輸入/輸出接口。5.1.4電源可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關(guān)電源及為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。5.1.5 外部設(shè)備(1) 編程器?？删幊炭刂破鞯奶攸c是它的程序是可變更的，能方便的加載程序，也可方便地修改程序，因此編程設(shè)備就成

35、了可編程控制器工作中不可缺少的部分。可編程控制器的編程設(shè)備一般有兩類，一類專用編程器，有手持的，也有臺式的，還有的可編程控制器機身上自帶編程器，其中手持式的編程器攜帶方便適合工業(yè)控制現(xiàn)場應用；另一類是個人計算機，在個人計算機上運行可編程控制器相關(guān)的編程軟件即可完成編程任務(wù)，借助軟件編程比較容易，一般是編好了以后再下載到可編程控制器中去。（2）其他外部設(shè)備。PLC還可能配設(shè)其他一些外部設(shè)備。 盒式磁帶機，用以記錄程序或信息。 打印機，用以打印程序或制表。 EPROM寫入機，用以將程序?qū)懭胗脩鬍PROM中。 高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)，用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)。5.2 PLC的工作原理

36、與普通微機類似，PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，PLC才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩部分。PLC的基本工作如下:(1)輸入現(xiàn)場信息:在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài);(2)執(zhí)行程序:順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進行邏輯運算;(3)輸出控制信號:根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點并行發(fā)出相應的控制信號，實現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。上述過程執(zhí)行完后，又重新開始，反復地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。PLC就這樣不斷反復循環(huán)，實現(xiàn)對機器的連續(xù)控制，直到接收到停機命令，或因停電、出現(xiàn)故

37、障等才停止工作。5.3 PLC的工作過程PLC的工作方式采用不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復始地重復上述循環(huán)掃描的。整個過程可分為以下幾個部分：第一部分是上電處理。第二部分是自診斷處理。第三部分是通訊服務(wù)。第四部分是程序掃描過程。 當PLC處于正常運行時，它將不斷重復掃描過程。分析上述掃描過程，如果對遠程I/O、特殊模塊和其他通訊服務(wù)暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下三個階段了。1) 輸入采樣階段2) 程序執(zhí)行階段3) 輸出刷新階段5

38、.4 PLC的主要技術(shù)指標1. I/O(輸入/輸出)點數(shù)如前所述，輸入/輸出點數(shù)是PLC組成控制系統(tǒng)時所能接入的輸入/輸出信號的最大數(shù)量，表示PLC組成系統(tǒng)時可能的最大規(guī)模。這里有個問題要注意，在總的點數(shù)中，輸入點與輸出點總是按一定比例設(shè)置的，往往是輸入點數(shù)大于輸出點數(shù)，且輸入和輸出點數(shù)不相互代替。2.應用程序的存儲容量應用程序的存儲容量是存放用戶程序的存儲趨的容量。通常用K字（KW），K字節(jié)（KB）或K位（Kb）來表示，1K=1024。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。3.掃描速度掃描速度一般以執(zhí)行1000條基本指令所需的時間來衡量，單位為毫秒/千步，也有以執(zhí)行一步指令時間的，如微妙/

39、步。以下是掃描速度參考值：由目前PLC采用的CPU主頻考慮，掃描速度比較慢的為2.2ms/K邏輯運算程序和60ms/K數(shù)字運算程序；較快的為1ms/K邏輯運算程序和10ms/K數(shù)字運算程序；更快的能夠達到0.75ms/K邏輯運算程序。另外，可編程控制器的可擴展性、可靠性、易操作性及經(jīng)濟性等 指標也是用戶關(guān)心的問題。5.5深孔鉆床控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言、布兒代數(shù)語言等。其中前兩種語言用得較多，流程圖語言也在許多場所被采用。本章僅介紹梯形圖語言和助記符語言的編程及特點。一、 梯形圖編程語言1.梯形圖與繼電控制的區(qū)別梯形圖結(jié)構(gòu)沿用繼電控制原理圖的形式

40、，采用了常開觸點、常閉觸點、線圈和功能塊等結(jié)構(gòu)的圖形語言。對于同一控制電路，繼電控制原理圖和梯形圖的輸入/輸出信號基本相同，控制過程等效。二者的區(qū)別在于繼電控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時器，靠硬件連接組成控制線路，而PLC梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時器和計數(shù)器，靠軟件實現(xiàn)控制。2.PLC的選擇由于本課題中所選用的PLC是用在一臺機床上，并且程序所占空間不大，所需要的I/O接口最多只有40個，所以應該選擇一個小型的PLC就能滿足控制要求了。又因西門子公司生產(chǎn)的PLC功能強大、使用的編程軟件方便靈活、程序修非常方便、安全可靠、并由完善的網(wǎng)上技術(shù)支持，便于學習和應用，以及更新。由于考慮到經(jīng)濟性

41、，所以在這里，我們選擇S7-200CN 224XP小型PLC。二、PLC的I/O分配如表5-1、圖5-2所示的I/O分配：表5-1 I/O地址分配表 分類用途及名稱元件代號I/O地址輸入信號停止按鈕液壓泵啟動按鈕快進按鈕快退按鈕照明燈接通開關(guān)進給點動長動調(diào)整開關(guān)SB0I0.0SB1I0.1SB2I0.2SB3I0.3KA2I0.4KA3I0.5主軸電機自啟動行程開關(guān)主軸快退限位開關(guān)主軸停轉(zhuǎn)限位開關(guān)一次工進限位開關(guān)二次工進限位開關(guān)快退限位開關(guān)極限保護限位開關(guān)M1過載保護M2過載保護SQ0I1.0SQ1I1.1SQ2I1.2SQ3I1.3SQ4I1.4SQ5I1.5SQ6I1.6FR1I2.0FR

42、2I2.1 輸 出 信 號主軸電動機啟動接觸器液壓泵電動機啟動接觸器換向閥1左邊電磁鐵換向閥1右邊電磁鐵換向閥2的電磁鐵換向閥3的電磁鐵照明燈通電顯示主軸指示燈液壓泵指示KM1Q0.0KM2Q0.1YVa1Q0.2YVb1Q0.3YV2Q0.4YV3Q0.5ELQ1.0HL1Q1.1HL2Q1.2HL3Q1.3 中 間 繼 電 器主軸快進中間繼電器一次工進中間繼電器二次工進中間繼電器快退中間繼電器PLC內(nèi)部輔助繼電器PLC內(nèi)部輔助繼電器PLC內(nèi)部輔助繼電器PLC內(nèi)部輔助繼電器KA1-KA2-KA3-KA4-圖5-2 I/O分配端口三、PLC對深孔鉆床梯形圖的繪制圖5-3 梯形圖四. 助記符語言

43、助記符語言是PLC的命令語句表達式。用梯形圖編程雖然直觀、簡便，但要求PLC配置較大的顯示器方可輸入圖形符號，這在有些小型機上常難以滿足，故需借助助記符語言。應該指出的是，不同型號的PLC其助記符語言也不相同，但其基本原理相近的。編程時，一般先根據(jù)要求編制梯形圖，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語言，助記符語句表如下所示。LD SM0.1O M0.0AN M0.1= M0.0LD I0.1A M0.0O M0.1AN I2.1AN I1.6AN I0.0= M0.1= Q0.1LD M0.1A I1.0O M0.2AN I1.2AN I2.0AN I1.6AN I0.0= M0.2= Q0.0LD

44、 I0.5A I0.2LD I1.1A I0.2LDN M1.3A M1.0OLDAN I0.5OLD= M1.0LDN M1.3A M1.0LPSA M1.1AN M1.2= Q0.5LRDAN M1.1= Q0.4LPP= Q0.2LD M1.0A I1.3O M1.1AN M1.3= M1.1LD M1.1A I1.4O M1.2AN M1.3= M1.2LDI I0.5A I1.5LDI I1.1LD I0.3O M1.3ALDOLD= Q0.3= M1.3LD I0.4= Q1.0LD M0.0O M0.7= M0.7= Q1.1LD M0.2= Q1.2LD M0.1= Q1.3E

45、ND5.6系統(tǒng)調(diào)試1.電氣部分調(diào)試和上刀開關(guān)Q，看看通電指示燈HL1是否發(fā)光，若不發(fā)光則應檢查電源進線、熔斷器FU1以及變壓器的線路連接是否完好，有則予以改正。接著按下啟動按鈕SB1，啟動液壓泵電動機，查看液壓泵工作情況；將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3打到左邊，按下SB2，看滑臺是否移動，松開SB2，看滑臺是否停下；然后將SA3打到右邊，按下SB2，看滑臺是否正常移動，當走到設(shè)定位置時主軸電動機是否自動啟動，在滑臺的整個進給運動中，看其是否能夠符合所設(shè)計的要求，實現(xiàn)快進、一次工進、二次工進；當主軸到達所設(shè)定的零件加工完成后的位置時，看主軸是否能夠?qū)崿F(xiàn)快退，當完全退回后，主軸電動機是否能實現(xiàn)自動停轉(zhuǎn)。2.PL

46、C調(diào)試將梯形圖編寫在PLC上整體編譯，看是否存在編程上的錯誤。如若顯示有，則需要對照著電氣原理圖以及I/O接口進行逐句逐句的修改，直至編譯無誤為止。待沒有編程上的錯誤后，將所編程序下載到PLC的CPU中，然后發(fā)布執(zhí)行信號，看機床是否按照所規(guī)定的要求進行工作。若不是，則需要對整個所編寫的程序進行更改或重編。直至機床的工作流程符合要求，再將正確的程序下載到PLC的CPU中保存。在調(diào)試的過程中應當注意：冷卻液電動機需要手動操作進行冷卻，照明燈也需手動操作，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3是對液壓系統(tǒng)是進行連續(xù)工作還是點動工作的一個前提判斷。結(jié) 論用PLC可編程序控制器對深孔鉆床的電器控制進行設(shè)計后，它采用了可編程序的

47、存儲器是將邏輯運算、順序控制時序、計數(shù)以及算術(shù)運算等控制程序 ，用一串指令形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過程進行控制的裝置。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，可編程序控制器得到了迅速發(fā)展，并廣泛應用于各種領(lǐng)域中，以滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的高效、高可靠性、高難度的自動化要求。主運動由刀具作旋轉(zhuǎn)來完成，而進給運動是由工作臺的移動來達到，主軸的變速是靠變頻器來實現(xiàn)的，其鉆頭的往復運動則有機械機構(gòu)完成。因此，深孔鉆床在加工孔或盲孔方面是非常方便的。為了能夠更好地適應市場要求，鉆床在加工時，鉆頭的往復運動可由機械機構(gòu)控制轉(zhuǎn)化為電器控制；主軸電動機的調(diào)速可改為

48、變頻器控制，這樣，更能夠保證產(chǎn)片質(zhì)量和增大調(diào)速的范圍；主軸的啟動與停止，可根據(jù)所加工零件做適當?shù)恼{(diào)整與改進，以適應加工環(huán)境。在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，讓我對所學的知識有了一次系統(tǒng)性的串接，也讓我在設(shè)計的過程中知道了自己在專業(yè)知識中的不足。例如，再設(shè)計主電路和控制電路的過程中，對于選取元件有很多都不知道，而是要重新從課本中學習；在選取液壓控制元件和液壓系統(tǒng)設(shè)計時，不知道何種設(shè)計更為合理，這些在課本上也找不到切實的方法，而是通過上網(wǎng)，再網(wǎng)絡(luò)上查找和向與此專業(yè)有關(guān)的學者提問已得到更好的設(shè)計方案；在繪制各種設(shè)計圖形時，讓我更加認識到自己對相關(guān)軟件應用的不足，以至于在設(shè)計的過程中浪費了大量的時間，在不斷的

49、學習中慢慢摸索著前進，因此，今后我要更加努力的學習相關(guān)專業(yè)知識，學會應用有關(guān)軟件的操作。致謝本論文從開題以來，到目前為止已經(jīng)有一個多月的時間了，這次畢業(yè)設(shè)計中，雖然都沒太多的經(jīng)驗，但是在周偉老師的指導下，同學鼓勵、幫助下，相互奮勉，最終圓滿的完成了設(shè)計任務(wù)。在整個過程當中，有許多人給了我啟發(fā)和幫助，在畢業(yè)論文完成之際，我要在此表達對他們最誠摯的感謝。首先，最需要感謝的人是我的指導老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，方案可行的確定和論文綱領(lǐng)細節(jié)的修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計等整個過程中都給予了我悉心的指導。每一次的批評和教育，使我受益非淺，值此論文完成之際,謹

50、向周老師再一次向他致以衷心的謝意，感謝他為學生營造的濃郁學術(shù)氛圍,以及學習上的耐心細致幫助!最后我還要感謝我的同學與朋友，他們也給我很大的幫助，給我提供了不少的建議，讓我少走了許多的彎路。參考文獻工廠電氣控制技術(shù) 機械工業(yè)出版社 主編 方承遠工廠電氣控制設(shè)備 機械工業(yè)出版社 主編 許廖機床電氣控制技術(shù) 機械工業(yè)出版社 主編 王炳實可編程序控制器的應用技術(shù) 機械工業(yè)出版社 主編 王兆義可編程序控制器的原理及程序設(shè)計 電子工業(yè)出版社 主編 崔亞軍S7-200編程及應用 機械工業(yè)出版社 主編 廖常初電機與電氣控制 西安電子科技大學出版社 主編 冉文液壓與氣動技術(shù) 中國輕工業(yè)出版社 主編 王恩海 解先敏機床電氣控制 科學出版社 主編 王洪案例解說PLC、觸摸屏及變頻器綜合應用 中國電力出版社 編著 陳浩附錄 附圖1 深孔鉆床電氣原理圖及液壓系統(tǒng)流程圖