四工位组合机床的PLC控制系统设计论文

毕业设计报告书

题目：四工位组合机床的PLC控制系统设计

专业机电一体化技术

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指导教师

目录

第一部分设计任务与调研 (1)

第二部分设计说明 (2)

第三部分设计成果 (17)

第四部分结束语 (18)

第五部分致谢 (19)

第六部分参考文献 (20)

第一部分设计任务与调研

1.毕业设计的主要任务

本次设计的主要任务：以四工位组合机床为基础，用三菱PLC对该机床的PLC 控制系统进行设计，满足机床的加工制造需求。

本次设计达到的目标要求：

（1）多刀同时工作，并且具有自动循环的功能；

（2）电气系统可进行工作自动循环的控制，控制电路可由各动力部件的控制电路通过一定的连接电路组合构成；

（3）本次设计所用组合机床为四工位组合机床，该机床由四个滑台，各载一个加工动力头，组成四个加工工位，除了四个加工工位外，还有夹具，上下料机械手和进料器，四个辅助装置以及冷却和液压系统共14个部分。机床的四个加工动力头同时对一个零件的四个端面以及中心孔进行加工，一次加工完成一个零件，由上料机械手自动上料，下料机械手自动取走加工完成的零件，零件每小时可加工80件。该机床的示意图如下：

图1.1 四工位组合机床示意图

1.工作台

2.主轴

3.夹具

4.上料机械手

5.进料器 5.下料机械手

2.设计的思路、方法

（1）设计思路

当按下启动按钮后，上料机械手向前，将零件送到夹具上，夹具夹紧零件，进料装置进料，然后四个工作滑台向前，四个加工动力头同时加工，加工完成后，各工作滑台退回原位，接下来下料机械手向前抓住零件，夹具松开，下料机械手带料退回原位并松开，完成一个工作循环。

要求组合机床能以手动、半自动、全自动三种工作方式工作。全自动工作方式为一个工作循环结束后，自动进入下一个工作循环；半自动工作方式为一个工作循环结束后，机床将停车于初始状态；手动方式是用于手动调整的。

（2）设计方法

首先进行现场调研，根据企业工人的使用习惯、使用诉求制定设计目标；制定设计路线图；选择电器配件；根据设计路线图和电器配件，进行PLC程序的编写和校验；完成电气线路的连接与安装；最后进行试车。

第二部分设计说明

1. 理论分析

四工位组合机床的PLC控制系统要求如下：

(1)主轴电动机单方向起动，要求有过载及短路保护。

(2)液压泵电动机单方向起动，过载及短路保护。

(3)冷却泵电动机单向工作，过载及短路保护。

根据要求，要选用三台电动机如下：

M1——控制主轴的电动机；

M2——控制液压泵的电动机；

M3——控制冷却泵的电动机。

再根据电动机的控制要求选择元件：

QF——控制总电源的断路器，实现短路和过载保护；

FU1～FU3——控制各电动机短路保护；

KM1——控制主轴电动机单向工作；

KM2——控制液压泵电动机工作；

KM3——控制冷却泵电动机工作；

FR1～FR3——用与各电动机的过载保护控制。

最后主电路图设计如下图：

图2.1 主电路图

2.设计方案

主轴电动机M1和液压泵电动机M2可以同时起停，也可以单独要求在动力头工作进给时，冷却泵电动机M3才接通，但也可以随时调整。

KM1～KM3——控制M1～M3单向起动动作接触器；

SB1——总停按钮；

SB2、SB3——M1与M2起动按钮；

SB4、SB5——M1与M2停止按钮；

SB6——冷却泵电动机（M3）调整按钮；

SB7——冷却泵电动机单独停止按钮；

SA1——控制M1与M2的同时与单独起停开关；

SA2—实现动力头工进时自动起动与手动调整的开关；

FR1～FR3——M1～M3过载保护热继电器；

SA3——照明开关；

HL1——电源指示灯

EL——照明灯。

控制电路草图根据所选元件与工作要求画出控制电路图，如下图：

图2.2控制电路图

3 作品特点

本次设计采用三菱PLC进行，相比继电器-接触器控制系统具有以下优点：

(1) 控制逻辑

继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的触点串联、并联、串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑，连线复杂、体积大、功耗也大。当一个电气控制系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的改动而改动。这都是硬接线的缘故。所以，继电接触式控制系统的灵活性和扩展性较差。

可编程控制器采用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与现场连线以外，而控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的内存当中，PLC的灵活性和扩展性强。而且PLC是由中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小。

(2) 控制速度

继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实现的，工作频率低。触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多，反映的速度越慢，还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。

可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快。通常，一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于PLC内部有严格的同步，不会出现抖动问题，更不会出现触点拉弧问题。

(3) 定时控制和计数控制：

继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不高，定时时间易受环境的湿度和温度变化而影响，有些特殊的时间继电器结构复杂，维护不方便。

(4) 可靠性和维护性。

继电接触式控制系统使用了大量的机械触点，连线也多。触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短。因而可靠性和维护性差。

PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，可靠性高。PLC还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。