[工学]深孔钻机床PLC控制电路的设计.docx

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1、设计任务书设计题目深孔钻机床PLC控制电路的设计设计要求设计出一种深孔钻机床的自动控制系统。采用PLC作为控制单元，实现电气控制与数字进给控制。其中还包括对主电路的设计和控制电路的设计，以及PLC原理的分析,以及它的优缺点，三相异步电动机的控制环节及连接和保护环节。设计进度要求第一周：查阅资料确定课题；第二、三周：查找资料,编写PLC控制程序；第四周：程序编好后进行初步运行调试、修改；第五、六周：程序通过后写毕业论文；第七周：打印论文,准备毕业答辩。指导教师（签名）:深孔钻是加工深孔的专用设备。钻深孔时为保证加工质量、提高工效,加工中钻头的冷却和定时排屑是需要解决的主要问题。传统的控制方案是采

2、用继电器一接触器控制与液压控制相结合的方法，由于进给次数多，且有快进、快退、工进等多种进给速度的变换，控制系统较复杂，大量的硬件系统接线使系统的可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率，影响了设备的加工质量。采用可编程控制器与液压相结合可以较好的解决这一问题，可大大的减少系统的硬件接线，提高了工作可靠性。而且在加工工艺改变时，只需要修改程序，就可适应新的加工要求，大大的提高了工作效率。关键词：PLC,深孔钻，分级进给摘要II1深孔加工技术111孔与?孔加工技木.11. 2深孔加工技术的特点及应用12可编程控制器的特点及应用32. 1可编程控制器发展历史33. 2可编程控制器的特点及应用32.

3、3PLC编程简介43控制方案设计73.1控制系统工作原理73. 2机械结构83. 3工艺过程及控制要求84硬件设计104. 1主电路设计104.2控制电路设计114. 3PLC型号的选择125软件设计1751PLCI*175. 2编程软件基本功能186. 3PLC控制程序设计206程序运行、监视与调试25致谢26参考文献271深孔加工技术1.1 深孔与深孔加工技术深孔在机械制造业中，一般将孔深超过孔径5倍的圆柱孔（内圆柱面）称为深孔。而孔深与孔径的比值，称之为“长径比”或“深径比”。相对而言，长径比不大于5倍的圆柱孔可称为“浅孔”。深孔直径的大小直接关系到加工的难度和采用的加工手段，所以生产实

4、践中常常按照深孔直径的大小分别称呼为特大深孔（G200以上），大深孔（65e200Inln）,普通深孔（中等直径2065mm）,小深孔（20mm）,微小深孔（4mm以下一般而言特大深孔与微小深孔比中，小深孔的加工难度更大，但是由于科学技术是不断进步的，所以，划分仅用于行业内的沟通，并非严格的科学定义。深孔加工技术泛指用于深孔加工的工具设备（硬件）和加工原理，操作规程，操作技巧（软件）。在一般情况下，深孔加工技术主要指用切削加工方法和磨料工具加工深孔的技术。随着科学技术的发展，20世纪涌现出了一批可用于深孔加工的特种加工技术，从而扩大了深孔加工技术的领域。1. 2深孔加工技术的特点及应用从表象上

5、看，深孔不过是浅孔的延长，深孔加工里当是浅孔加工方法的扩展应用，但实际上二者相差甚大。在各种零件中，长径比不超过5的孔随处可见，人所知的浅孔（孔）是构成大多数零件的不可缺少的要素。进一步考察深孔，其主要功能有：1在较长距离之间传输介质，并具有密封功能。2在较长距离之间传输力或进行热交换。3在较长距离两区域之间传输信息。4精确导向。在某些装备中的深孔零件，常常具有上述多种功能。功能越多，对深孔和深孔加工技术的要求越高，其加工难度就越大。将上述深孔与浅孔的功能加以对比，不难发现二者之间具有不可替代性。人类对深孔加工技术的需求至少可以上溯到14世纪欧洲滑膛枪的问世，远比第一次产业革命现代化机械技术革

6、命来的要早。至上世纪60年代深孔加工技术被用来应用于石油、煤炭采掘、水火力发电机组制造、船舶、航空航天、冶金化工、木材加工机械、饲料机械、等不同行业的装备制造。以深孔零件外特征的民品装备不断涌现出新的品种，成为20世纪下半页装备制造业中的一只新秀。2可编程控制器的特点及应用2.1可编程控制器发展历史早期的可编程序控制器(PrOgrammabIeLogicController,PLC),主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系

7、列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC,使得PLC的功能大大增强。在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入80年

8、代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度,各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了PLC软、硬件功能。2. 2可编程控制器的特点及应用在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元40随着电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：1 .可靠性高：PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。2 .

9、具有丰富的I/O接口模块：PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。3 .采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4 .编程简单易学JLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解

10、和掌握。5 .安装简单，维修方便。PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。由于PLC强大功能和优点，被广泛的应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力等各行各业。其主要功能是进行工艺参数的采集、生过程控制、信息处理、设备运行状态监测等。2.3PLC编程简介PLC的应用设计，一般应按下述几个步骤进行，具体流程见图2.1。1熟悉被控制对象首先要全面详细的了解被控对象的机械结构和生产工艺过程，了解机械设备的运动内容、运动方式和步骤

11、，归纳出工作循环图或状态（功能）流程图。PLC应用系统的开发流程图图2.1PLC应用的系统开发流程图2明确控制任务与设计要求要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求。例如机械部件的传动与驱动，液压、气动的控制；仪表、传感器的连接与驱动等。归纳出电气执行元件的动作节拍图。电控系统的根本任务就是实现这个节拍图。以上两个步骤得到的图表，综合而完整的反映了被控对象的全部功能和对被控系统的全部要求，是整个系统设计的依据，也是系统设计的目的和任务所在。3制定电气控制方案根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行和多机联线运行等

12、。还要确定电控系统应有的其他功能，例如故障诊断与显示报替、紧急情况的处理、管理功能、联网通信功能等。4确定电控系统的输入输出信号通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤、各种状态、各种功能的发生、维持、结束、转换和其他相互关系，来确定各种控制信号和各种检测反馈信号、相互的转换和联系信号。并且确定哪些信号需要输入PLC,哪些信号需要PLC输出或者哪些负载要由PLC驱动，分类统计出各种输入、输出量的性质与参数。5PLC的选型和硬件配置根据以上的各个步骤所得到的结果，选择合适的PLC型号并确定各种硬件配置。本系统选定了西门子公司的S7-200CPU226o6PLC元件的编号分配对各种输入、输出信号占用的

13、PLC输入、输出端点及其其他元件进行编号分配，并设计出PLC的外部设计图口。7程序开发用PLC厂家提供的专用软件包按照特定的规则，开发出梯形图程序或语句表程序。在进行程序开发的同时，可以平行的进行电控系统的其他部分工作，例如PLC外部电路和电气控制柜等的设计、装配、安装和接线工作。8现场运行调试完成以上各种工作后，即可将已初步调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，PLC接入实际输入信号和实际负载，进行现场运行调试，及时解决调试中发现的问题，直到完全满足设计要求，即可交付使用。3控制方案设计3.1控制系统工作原理在深孔加工中，钻孔深度与钻头直径之比往往在5倍以上。因此，在加工深孔的过程中，

14、排屑与冷却成为主要的问题。而在深孔加工的过程中，采用分级进给的方法，可以使切屑顺利排出，钻头也可以得到较好的冷却。分级进给的加工方法是将被加工孔分为数段进行加工，每次加工只加工其中的一段距离。每次加工后，钻头就后退一定距离，并暂停一定时间，以利于排屑和冷却。这样经过往复多次的加工，直到孔深达到要求，钻头退会原位。SQ1SQ2图3.1工作示意图在图3.1中，SQKA为原位行程开关和挡铁，SQ2、B为工进行程开关和挡，SQ3、C为终点行程开关和挡铁，SPl为工件夹紧完成压力继电器，SP2为工件放松完成压力继电器。开始运行后，液压电动机启动，拖动液压泵推动液压缸夹紧工件，工件夹紧后，SPl输入信号，

15、动力头电动机启动，并快速进给。至挡铁B压下SQ2,动力头转为工进，冷却泵电动机启动，开始加工工件。由于是采用分级进给，所以需要用定时器对加工时间，后退距离和暂停时间进行控制。经过多次的分级循环加工，直至孔深达到要求。这时，挡铁C压下SQ3,动力头快速后退至挡铁A压下SQl,动力头停于原位，并放松工件，至SP2发出放松完成的信号，整个系统停止运行，工作结束。3.2机械结构在机床运动过程中，机床动力头的旋转由电动机拖动，由接触器控制。动力头的进给运动由液压驱动，电液控制。由电动机拖动液压泵，为液压缸提供动力，它的快进，快退和工进均由直流电磁阀换向阀控制。当某一个线圈通电后，就一直保持当前的机械动作，直到线圈断电后另一动作的线圈通电为止。例如，当快进线圈通电时，动力头快速进给。线圈断电后，停止快速进给。或者，工进线圈通电，快进停止，并转为工进。工作台的放松，夹紧同样采用液压驱动，电液控制。为保证机床正确，安全的运行，在工作台上安装了压力继电器，用于检测工进是否夹紧。如果工作台上的工进没有夹紧，则动力头无法启动。以保证机床可以安