深孔钻组合机床的PLC控制系统设计

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2013届毕业生毕业设计说明书

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题目: 深孔钻组合机床的PLC控制系统设计

学院名称：电气工程学院班级：自动F0904

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2013 年 5 月 20 日

目次

1 绪论 (1)

课题背景和主要研究内容 (1)

深孔钻技术的发展状况介绍 (1)

PLC在国内外的发展现状介绍 (2)

2 方案论证 (5)

3 深孔钻组合机床介绍 (6)

深孔钻组合机床的结构 (6)

深孔钻组合机床的控制方式 (7)

4 PLC控制系统硬件设计 (9)

PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (9)

深孔钻组合机床PLC控制系统的控制要求 (11)

PLC的选型 (11)

PLC的I/O分配表 (12)

PLC的I/O接线图 (12)

主要电器元件选型 (13)

5 PLC控制系统的软件设计 (18)

深孔钻组合机床逻辑控制流程 (18)

程序设计 (20)

总结 (22)

致谢 (23)

参考文献 (24)

附录一语句表 (25)

1 绪论

课题背景和主要研究内容

随着机电一体化技术的发展，可编程逻辑控制器（PLC）被越来越多地应用于机械加工设备和其它电气控制系统中。现在人们在工业生产中所使用的机械加工设备，它的控制系统有些已经落后，而使用PLC则可以对其控制系统进行改造升级[1]。经过PLC改造过的机械加工设备，其生产出的产品质量和加工效率会明显提高，降低了设备故障率，能够给企业创造更多的价值[4]。使用深孔钻组合机床，可以完成一些高精密零件的加工任务。有很多方法可以实现深孔钻组合机床的自动化，采用PLC对深孔钻组合机床进行自动化控制，是一种比较好的控制方式。

本课题的目的是把深孔钻组合机床的控制与PLC结合起来，以实现深孔钻组合机床的自动控制。以前的深孔钻组合机床使用的是具有结构简单、价格低廉的继电器-接触器电气控制系统，这种传统的控制系统布线比较复杂，灵活性很差，并且容易损坏元器件，可靠性差，经济效益低[11]。基于这种考虑，本文提出了一种基于PLC的控制系统，来代替传统的继电器-接触器控制系统。PLC以软件手段实现各种控制功能，具有灵活性高、抗干扰能力强、编程简单、扩展方便等突出优点。与继电器接触器控制系统相比，极大地提高了灵活性。

深孔钻技术的发展状况介绍

在机械制造业中，人们一般把那些孔的深度对孔的直径的比值大于五的圆柱形的孔叫做深孔，而孔深与孔径的比值被人们称为“长径比”。然而在深孔加工中，长径比往往大于十。

深孔加工技术有广义和狭义之分。从狭义上来讲，深孔加工就是指使用切削加工的方法和工业设备进行深孔加工的技术。从广义上来讲，深孔加工技术不仅包括用于此加工的设备和生产原理，还包括生产过程中的一些工作章程和操作技巧。随着科学技术的日益发展，上世纪末出现了一些能够用于深孔加工的新技术，这些技术增加了深孔加工的功能性，极大地拓展了深孔加工技术的领域。

深孔钻组合机床是进行深孔加工的专用设备。加工质量和工作效率是衡量深孔加工性能的两个指标[15]。好的加工设备不仅加工出来的产品质量很高，并且加工效率也很高。但

是钻头的冷却和排屑深深地影响着深孔加工的性能，为了使深孔加工能正常进行，进而生产出高质量的产品，必须想出可行的办法很好地解决这两个问题。即使在机械加工中，深孔钻都是一项比较难的工艺，因为它不仅对设备的转速、进给等性能要求极高，而且对钻头的要求业极高，只有高性能的设备才能非常完美的完成深孔加工这项工艺。

PLC在国内外的发展现状介绍

PLC发展历程

PLC是可编程控制器的英文简称，全称是Programmable Logic Controller[2]。它使用了可以编程的基本功能指令，用来执行诸如逻辑、顺序等功能。并且通过数字或模拟量的输入和输出来控制各种机械生产过程。

早期的PLC功能极为有限，只能进行简单的定时计数以及逻辑控制。并且当时的PLC 结构也比较简单，主要由中小规模集成电路和分立元件组成。后来，随着微处理器的出现，人们很快地把微处理器引入到可编程控制器中，将其作为可编程控制器的核心，使PLC增加了数据传送和处理等功能。最后，PLC发展成为了一种全新的工业自动化控制装置。梯形图是可编程控制器的主要编程语言，此时的PLC是微机技术发展到一定阶段的产物。

由于科学技术日新月异的发展，可编程控制器的发展也不甘落后。在上个世纪70年代中期以后，可编程控制器的功能得到进一步完善，发展迅速，进入了全面的实用性阶段。1980年以后，在一些发达国家，他们的工业发展比较迅速，很多已经在广泛的使用可编程控制器。在这个关键性的时期，越来越多的国家和企业在可编程控制器这一领域进行科学研究，快速发展，使可编程控制器性能越来越高，产品规模也越来越大。这个阶段，可编程控制器的技术发展已经趋于成熟。现在，在一些机械和化工领域，可编程控制器的应用发展更为迅速。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国已经可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

PLC 的结构

PLC 是一种用于新型自动控制装置，其硬件结构与微型计算机相比基本上相同。PLC 系统主要由基本单元、外部设备和I/O 扩展单元组成，其中基本单元又包含中央处理单元、电源、I/O 接口、存储器[7]。如图为PLC 的硬件结构图。

输入电路

CPU

RAM

EPR OM

基本单元输出电路

各种外设接口

内部电源

扩展I/O 接口

主机

现场

输入信号

扩展链接电缆

输出信号

编程器打印机

PC 机

现场输入信号

扩展单元至其他扩展单元

...

...

...

输出电路输入电路

输出信号

...

...

图 PLC 的硬件结构图

PLC 的特点

PLC 的特点如下： （1）可靠性高，抗干扰能力强

使用软件编程可以实现大量的模拟量逻辑运算，解决了因继电器触头接触不良导致的一些问题。采用直流低电压输入，更安全、可靠。对于工业环境方面，采取诸如滤波、屏蔽、隔离等在内的多种抗干扰的措施，以适应多种复杂的工业环境。与传统的继电器-接触器控制系统相比，更加卓越。 （2）质量轻，体积小，功耗低

因为采用了单片机等一些集成芯片，所以它的体积较小，结构紧密，功耗较低。 （3）编程简单，容易掌握

PLC 采用梯形图的方式编写应用程序，与继电器控制的逻辑设计相似，编写简单，看起来直观，一般人掌握起来比较容易。

（4）功能完善

由于PLC 技术的进一步发展，不仅具有步进、开关量逻辑控制和计数功能，同时还有