1、摘要PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。本设计中采用装在动力滑台上左，右两个动力头同时进行切削。动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。主要介绍了通过 PLC 控制系统，设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制，并设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制梯
2、形图，千斤顶液压缸加工机床控制硬件配置连线图，基于PLC 的机床电气控制系统的控制电路图。关键字：千斤顶 液压缸 PLC 电气控制 硬件接线图报告目录1设计目的 12机床概况 13. 机床结构及工作循环 44 控制要求 55 设计分析 75.1 I/O 点数确定及 PLC 机型选择： 75.2 I/O 分配表 75.3 加工过程的设计 96. 电路设计 106.1 主电路的设计 106.2 外部硬件的接线图 106.3 顺序功能图 116.4 程序梯形图 见附录7电气元件的选择及元器件清单 138. 心得体会 149. 参 考 文 献 151.设计目的通过对千斤顶液压缸加工机床 PLC 电气控
3、制系统设计，使学生进一步熟悉有关 PLC 电气控制的理论知识，PLC 的结构、组成、工作原理，掌握根据生产工艺过程和自动控制要求用 PLC 进行控制的PLC 系统及控制程序设计方法和步骤，培养同学们的工程意识和工程实践能力。学生初步掌握 PLC 电气控制系统的设计方法，编程技巧以及电气常用元器件的选型；初步具有控制系统主电路、控制程序的分析和设计方法；同时使学生掌握电气线路原理图的绘制方法，为今后走上工作岗位应用 PLC 电气控制基本理论知识奠定良好的基础。2机床概况本机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。液
4、压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。机床的工作程序是：(1) 工件定位 人工将零件装入夹具后，定位液压缸动作，工件定位。(2) 工件夹紧 零件定位后，延时 15s，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具内，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。(3) 滑台入位 滑台带动动力头一起快速进入加工位置。(4) 加工零件 左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点位置即停止工进，延时 30s 后停转，快速退回原位。(5) 滑台复位 左右动力头退回原位后，滑台复位。(6) 夹具松开 当滑台复位后夹具松开，取出零件。以上各种动作由电磁阀控制，电磁阀动作要求见下表所示：YV1 YV2
5、YV3 YV4 YV5定位 夹紧 入位 工进 退位 复位放松注：“+”号表示电磁阀得电。3.机床结构及工作循环千斤顶液压缸两端面的加工，采用装在动力滑台的左、右两动力头同时进行加工切削，机床属于双面单工位组合机床。千斤顶液压缸两端面加工机床由两个液压滑台、动力箱、固定式夹具、底座、床身和液压站等部件组成。千斤顶液压缸两端面加工的工作循环如图 1 所示，加工时，将工件放在工作台上并加紧，当工件加紧后发出加工命令，左、右滑台开始快进，当接近加工位置时，左、右滑台变为工进进给，直到加工完成后再快退返回。至原来左、右滑台分别停止，并将工件放松取下，工作循环结束。即工作循环如下：工件定位 工件夹紧 滑台
6、入位 加工零件 滑台复位 夹具松开。加工机床液压系统示意图左工进左快进 S Q 5S Q 6 右快进右工进右快退左快退工件加紧工件放松S Q 1 S Q 3 S Q 4S Q 24.控制要求：(1) 左右动力头旋转切削由电动机 M1 集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。(2) 只有在液压泵电动机 M3 工作，油压达到一定压力（压力继电器检测）后，才能进行其他的控制。(3) 机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。(4) 要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。(5) 控制信号说明如下表所示。输 入 输 出文字符号说 明 文字符号说 明SA1-1 机床半自动循环控制转换开
7、KM1 动力头 M1、冷却泵 M2 接触关 器SA2-1 手动定位控制转换开关 KM2 液压泵 M3 接触器SA3-1 手动入位控制转换开关 YV1 1#电磁阀SA3-2 手动工进控制转换开关 YV2 2#电磁阀SA3-3 手动退位控制转换开关 YV3 3#电磁阀SB1 动力头 M1、冷却泵 M2 起动按钮YV4 4#电磁阀SB2 动力头 M1、冷却泵 M2 停止按钮YV5 5#电磁阀SB3 液压泵 M3 起动按钮 HL1 动力头 M1 冷却泵 M2 运行指示SB4 液压泵 M3 停止按钮 HL2 液压泵 M3 运行指示KM1 动力头 M1、冷却泵 M2 运行信号HL3 半自动循环工作指示KM
8、2 液压泵 M3 运行信号 HL4 定位指示FR1 动力头 M1、冷却泵 M2 过载信号HL5 入位指示KP 压力继电器油压检测信号 HL6 工进指示SQ 动力头工进终点位置检测信号HL7 退位指示HL8 故障指示6) 相关参数： 动力头电动机 M1：Y100L-6，1.5 kW，AC380V，4.0A。 冷却泵电动机 M2：JCB-22，0.15kW，AC380V，0.43A。 液压泵电动机 M3：Y801-4，0.55kW，AC380V，1.6A。 电磁阀 YV1YV5：100mA，AC220V。 指示灯 HL1HL8：10mA，DC24V；安全照明：10W，6.3V。5.设计分析5.1
9、I/O 点数确定及 PLC 机型选择：由上述控制要求可知系统可采用自动工作方式，也可以采用手动工作方式.输入有 14 点，输出有 15 点，并考虑裕量要求，因此系统采用 16 输入，16 输出的 PLC.由此系统属于小型控制系统，其中PLC 的选型范围较宽，现选用三菱公司的 FX232MR 型 PLC.5.2 I/O 分配表：PLC 输入接口功能表文字符号说明 输入口SA1-1 机床半自动循环控制转换开关 X005SA2-1 手动定位控制转换开关 X006SA3-1 手动入位控制转换开关 X007SA3-2 手动工进控制转换开关 X010SA3-3 手动退位控制转换开关 X011SB1 动力头
10、 M1、冷却泵 M2 起动按钮 X001SB2 动力头 M1、冷却泵 M2 停止按钮 X002SB3 液压泵 M3 起动按钮 X003SB4 液压泵 M3 停止按钮 X004FR1 动力头 M1、冷却泵 M2 过载信号 X014KP 压力继电器油压检测信号 X000SQ 动力头工进终点位置检测信号 X015SQ1 定位终点位置检测信号 X016SQ2 入位终点位置检测信号 X017SQ3 液压夹紧检测信号 X020SQ4 退位终点信号 X021SQ5 复位完成信号 X022KM1 动力头 M1、冷却泵 M1 运行信号 X012KM2 液压泵 M3 运行信号 X013PLC 输出接口功能表文字符
11、号 说 明 输出口YV1 1#电磁阀 Y000YV2 2#电磁阀 Y001YV3 3#电磁阀 Y002YV4 4#电磁阀 Y003YV5 5#电磁阀 Y004KM1 动力头 M1、冷却泵 M1 接触器 Y005KM2 液压泵 M3 接触器 Y006HL1 动力头 M1、冷却泵 M2 运行指示 Y007HL2 液压泵 M3 运行指示 Y010HL3 半自动循环工作指示 Y011HL4 定位指示 Y012HL5 入位指示 Y013HL6 工进指示 Y014HL7 退位指示 Y015HL8 故障指示 Y0165.3 加工过程的设计：a.工件的定位和加紧是靠电动机、液压系统和电磁阀来完成的。通过三者的
12、配合将工件定位和加紧。b.滑台的入位和复位是靠电动机的拖动和电磁阀来完成的，在滑台入位的过程中，电动机要能够根据滑台的实际位置来实现加速、减速、正转和反转，电磁阀也要能够相应的得电和断电，从而实现滑台的准确入位和精确加工。c.在加工过程中，根据具体的控制要求使电动机的工作过程、电磁阀的通断电符合控制要求。避免加工过程中的错误。如在工件定位的过程中，电磁阀 YV1 得电，其它的电磁阀都不能得电，并且只有在工件定位结束后夹紧液压缸才允许动作。d.在整个工作过程中，能够根据所给出的辅助电路，判断出现在的工作环节。当电路产生故障时可以通过辅助电路判断出故障可能发生在哪个环节。如 HL1 是动力头 M1
13、、冷却泵 M2 的运行指示，当 HL1 亮时说明动力头 M1、冷却泵 M2 正在运行。6.电路设计6.1 主电路的设计6.2 外部硬件的接线图6.3 顺序功能图6.4 梯形图见附录7. 电气元件的计算与选择7.1.熔断器选择常用的熔断器有 RM10 系列、RT0 系列 ，RL 系列和 RC1A 系列。在直接向电动机供电的电力支线中，由于要躲开电动机的启动电流，熔断器熔体的额定的电流 Ier（或自动开关脱扣器的整定电流）往往选得较大。各种熔断器都是由熔管和熔体两部分组成。熔管的作用一是安装和固定熔体，二是使熔体断开的电弧的过程在管内完成，以保护人身安全。为了加快灭弧的速度，有些型号熔断器在管内还
14、装有灭弧填料（如石英砂等） 。熔体也有两种类型：一种是高导电率的金属如铜或银制成，截面较小，称为小热容量熔断器；另一种是用电阻率较大的金属如铅、铅锡合金或锌制成，截面较大，称之为大热容量熔断器。注： 特点：只用于大容量线路，短流能力高，性能很好，但价格高，熔片熔断后更换不方便。特点：体积小，安全可靠，用于容量不大的电路，更换方便，熔体熔断后有指示。由于本电路设计电机类负载，多台电动机由一个熔断器保护和变压器负载，所以：熔断器 FU1 的选择应该满足： I （1.52.5）I +1FUNMAXNI所以 I 1.5*4+6.03=12.03A熔断器 FU2 的选择应该满足：I （1.52.5）I2
15、FUN所以 I 1.5*0.43=0.65A熔断器 FU3 的选择应该满足：I （1.52.5）I3FUN所以 I 1.5*1.6=2.4A7.2.接触器的选择常用的接触器有 CJ20 系列，CJ24 系列，CJ24 系列，CJ29 系列等，本电路选择 CJ20 系列交流接触器：由于是电动机负载，所以接触器主触点额定电流应该满足: I =NosUPc3103P 为电动机功率（kW）,U 为电动机额定线电压（V） ，N Ncos 为电动机功率因数， 为电动机的效率，一般取 0.80.9由此选取接触器如下表电机设备名称 电机 IN(A) 接触器型号电动机 M1 和M24.5 CJ20-100电动机
16、 M3 1.6 CJ20-25元器件清单电器设备名称 型号及规格 额定功率 额定电压 数量 额定电流动力头电动机 M1 Y100L-6 1.5 kW AC380V 1 台 4.0A冷却泵电动机 M2 JCB-22 0.15kW AC380V 1 台 0.43A液压泵电动机 M3 Y801-4 0.55kW AC380V 1 台 1.6A电磁阀 YV1 34E2-10 25W AC220V 1 个 100mA电磁阀 YV2 34E2-10 25W AC220V 1 个 100mA电磁阀 YV3 34E2-10 25W AC220V 1 个 100mA电磁阀 YV4 34E2-10 25W AC2
17、20V 1 个 100mA电磁阀 YV5 34E2-10 25W AC220V 1 个 100mA指示灯 HL1 6.3V 10W DC24V 1 只 10mA指示灯 HL2 6.3V 10W DC24V 1 只 10mA指示灯 HL3 6.3V 10W DC24V 1 只 10mA指示灯 HL4 6.3V 10W DC24V 1 只 10mA指示灯 HL5 6.3V 10W DC24V 1 只 10mA指示灯 HL6 6.3V 10W DC24V 1 只 10mA指示灯 HL7 6.3V 10W DC24V 1 只 10mA指示灯 HL8 6.3V 10W DC24V 1 只 10mA8.心
18、得体会PLC 应用是一门实践性很强的专业课，PLC 编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型 PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 9.参考文献1、 PLC 电气控制技术漆汉宏 主编 机械工业出版社 20082、 可编程控制器教程王兆义 主编 机械工业出版社3、 工厂电气控制技术方承远 主编 机械工业出版社4、 PLC 可编程控制器系统开发实例导航 汪晓平等编著 人民邮电出版社5、 PLC 编程及应用 廖常初主编 机械工业出版社6、 PLC 分析与设计应用 周万珍,高鸿斌编著 电子工业出版社
