三工位旋转工作台

目录之中。

机电工程学院

课程设计说明书

设计题目: 三工位旋转工作台

控制系统设计

学生姓名：

学号： 20094805

专业班级：机制F09

指导教师：

2012 年12 月12 日

内容摘要

本课题中三工位旋转工作台是钻孔加工中在工作台三个不同工位分别同时完成上料、钻孔、卸料等工艺过程的工艺技术，这大大提高了机械加工的效率。但是新的问题接踵而至：三个工位同时动作就要要求操作工人完成上料、装夹工件、钻孔、卸工件。这样高强度的工作工人是否能承受的了，怎样降低工人的劳动强度呢？提高自动化程度就成了我们面临的首要课题。

随着科技的发展，继电器控制已经逐步被可编程控制器(PLC)控制所代替。PLC是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到了广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。

在PLC的支持下，怎样实现操作流程的自动化这个问题迎刃而解。于是在机加工过程中我们可以选择各种控制机制去简化工人操作以及降低工人劳动强度、提高效率等。

关键词：三工位旋转工作台；可编程控制器；提高效率；自动化

目录

第1章前言 (1)

第2章总体方案设计 (2)

2.1方案说明 (2)

2.1.1控制要求 (2)

2.1.2制定控制方案 (2)

2.2 控制方式选择 (2)

第3章 PLC控制系统设计 (4)

3.1 工作台动作特性 (4)

3.2液压控制部分的设计 (4)

3.3 系统控制流程图 (5)

3.4 选择PLC类型 (7)

3.5 I/O地址分配 (7)

3.6 I/O接线图 (9)

3.7控制程序设计 (10)

3.8控制程序语句表 (15)

3.9调试程序 (19)

结论 (22)

设计总结 (23)

谢辞 (24)

参考文献 (25)

第1章前言

随着科学技术的不断发展，机械加工的方法和手段也逐渐变得丰富起来，各种先进技术被人们引入机械行业中来形成各种新兴学科，机电一体化就是其中一门。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械与电子的有机结合产物。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。

并且，PLC的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛应用。根据PLC的原理和应用，以西门子S7系列PLC为例介绍三工位旋转工作台控制系统程序设计。

三工位旋转工作台机床设备在机械加工等自动化机床设备中得到广泛应用。通过控制工作台旋转，可以实现在加工的同时完成上料和卸料操作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率，降低了工人劳动强度。若在上料工位和卸料工位上设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料操作。

钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。工作台通过每旋转120°完成一个工位，循环运行来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。

第2章总体方案设计

2.1 方案说明

刚接触机械设计这门课程时，老师就教导我们做任何设计都要对做的题目有个宏观认识。只有对整体设计做出全局的把握，设计才会有所针对，事半功倍。拿到课程设计题目后，我并没有直接进入主题开始着手设计，而是逐步将设计要求研究了一遍，认真对设计思路做了一个规划然后才开始设计。

2.1.1 控制要求

（1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。

（2）手动调整采用按钮点动的控制方式。它包括上料器进、退操作、工件夹紧、放松操作，钻头下降、上升操作，卸料器进、退操作，工作台旋转这些操作。

（3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。

（4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。

（5）上料器、夹紧装置、卸料器、钻头上下运动由液压缸驱动。夹紧力由压力继电器检测控制。钻头旋转、工作台旋转由电动机驱动。

2.1.2 制定控制方案

（1）用选择开关来决定控制系统的全自动、半自动运行和手动调整方式。

（2）手动调整采用按钮点动的控制方式。

（3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。

（4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。

（5）系统运动不很复杂，采用三台电动机：主动电动机、液压电动机和工作台旋转电动机。除了主轴转动和工作台旋转用电动机拖动外，其他所有运动都可以采用液压传动。

（6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主零部件和控制部件，采用进入PLC的控制方式以达到方便控制。

2.2 控制方式选择

三工位旋转工作台控制系统的设计任务主要由两大部分，其中最主要的就是其旋转工作台的PLC梯形图设计，也就是逻辑程序设计；其次是液压控制原理图的设计。

该工作台控制系统在很大程度上是利用继电器实现的，继电器-接触器控制系统虽

有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触点时开时闭时容易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。其次可编程序控制器的梯形图与传统的电气原理图非常相似，主要原因是其大致上沿用了继电器控制的电路元件和符号和术语，仅个别之处有些不同，同时信号的输入输出形式及控制功能基本上也相同。

并且PLC在性能上比继电器-接触器控制系统优异，特别是其可靠性、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。并且近年来随着电子技术的飞速发展，PLC的成本在不断下降。综合考虑以上各种因素，对三工位工作台自动化控制选用PLC控制系统。

而最初的PLC就已经有很完善的继电器控制功能了。在这里选用PLC控制完全是对症下药。PLC采用循环扫描的工作方式，对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符号后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。

其工作过程为：当按下启动按钮后，各控制信号的状态在PLC的输入采样阶段被存入PLC内部的I区，然后PLC逐条执行程序，在输出刷新阶段将I区的状态输出到Q区，Q区的状态控制各继电器线圈，进而控制各电磁阀和搅拌电动机的工作。