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PLC在三面铣组合机床控制系统中的应用

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目录
第一章 课程设计的目的和内容概述 1
1。1 课程设计的目的 1
1.2 三面铣组合机床概述 1
1。3 三面铣组合机床的控制要求 3
1.4 课程设计的任务和要求 3
第二章 课程设计的具体内容 4
2。1机械动力滑台的设计 4
2。2 I/O分配表 4
2.3单循环自动工作 5
2。3.1 单循环自动工作功能表 5
2.3。2 单循环工作梯形图 6
2。3。3 左铣单循环工作梯形图 10
2。3。4 右1铣单循环工作梯形图 13
2。3.5 右2铣单循环工作梯形图 16
2.3。6 立铣的单循环工作梯形图 20
2。4 点动工作模式梯形图 23
2。5 电气接线图 24
2.6 主电路及照明电路 25
2。7 元器件清单 26
第三章 科技文献分析 27
3。1 科技文献。。...。..。。.。.。。.。..。。..。。.。..。。...。.。..。...。..。。。。......。。.。.。。.。。..。.。。。。。。。...。.。。.。......。。....。。.。。 27
3。2 分析 30
第四章 体会与小结 31
4。1 体会 31
4.2 小结 31

25

第一章 课程设计的目的和内容
1.1 课程设计的目的
1.进一步巩固本课程所学知识。
2。掌握一般生产机械PLC控制系统的设计与调试方法。
3。掌握一般生产机械电气线路的施工设计.
4。培养查阅图书资料、工具书的能力。
5。培养工程绘图、书写技术报告的能力。
1.2 三面铣组合机床概述
三面铣组合机床是用来对Z512W型台式钻床主轴箱的Φ80、Φ90孔端面及定位面进行铣削加工的一种自动加工设备。下图1为加工工件的示意图
图1加工工件示意图

1、基本结构
机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件夹紧液压缸等组成。机床底座上安放有床身，床身上安装有液压动力滑台，工件及夹紧装置放于滑台上。床身的两边各安装有一台铣削头，上方有立铣头、液压站在机床附近。
2、加工过程
三面铣组合机床的加工过程如图1。2所示.

图1.2三面铣组合机床的加工过程
ⅰ操作者将要加工的零件放在工件台的夹具中,在其它准备工作就绪后，发出加工指令。
ⅱ工件夹紧后压力继电器动作,液压动力滑台开始快进，到位转工进，同时启动左和右1铣头开始加工，加工到某一位置,立铣头开始加工,加工又过一定位置右1铣头停止，右2铣头开始加工，加工到终点三台电动机同时停止。
ⅲ待加工完全停止后，滑台快退回原位，工件松开，一个自动工作循环结束.
ⅳ操作者取下加工好的工件，再放上未加工的零件，重新发出加工指令重复上述加工过程。
3、液压系统
三面铣组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的。其液压元件动作情况如表所示.

元 件
工 序
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
BP1
BP2
原 位
—
（+）
-
—
—
—
—
夹 紧
+
—
—
—
—
—
+
快 进
（+)
—
+
—
—
—
+
工 进
（+)
—
+
-
+
—
+
死挡铁停留
（+）
—
+
—
+
+
+
快 退
（+）
—
-
+
—
—
+
松 开
—
+
—
—
—
—
-
液压元件动作表

4、主要电器参数 电机、滑台、电磁阀参数如下：
ⅰ左、右2铣削头电动机：J02-41—4，4KW,1440r/min，380V，8。4A；
ⅱ立、右1铣削头电动机：J02-32-4，3kW，1430r/min,380V,6。5A;
ⅲ液压泵电动机：J02—22—4,1.5KW，1410r/min,380V，3。49A;
ⅳ电磁阀:二位二通阀Z22 DO-25,直流24V,0.6A，14.4W；二位四通阀Z24 DW-25,直流24V，0.6A，14。4W；二位二通阀Z22 DO-25，直流24V，0。6A，14.4W。

1.3 三面铣组合机床的控制要求
1、有单循环自动工作、单铣头自动循环工作、点动三种工作方式。
2、单循环自动工作过程如图所示，油泵电机在自动工作一个循环后不停机。
3、单铣头自动循环工作包括：左铣头单循环工作，右1铣头单循环工作，右2 铣头单循环工作，立铣头单循环工作。单铣头自动循环工作时,要考虑各铣头的加工区间。
4、点动工作包括：四台主轴电动机均能点动对刀、滑台快速点动调整、松紧液压缸的调整。
5、五台电动机均能单向旋转。
6、要求有电源、液压泵工作、工件夹紧、加工等信号指示。
7、要求有照明电路和必要的连锁环节与保护环节。

1.4 课程设计的任务和要求
1、根据要求，画出工作循环图、工作流程图;
2、确定可编程控制器机型，画出输入/ 输出分配表；
3、绘制控制线路（主电路、控制电路、照明电路）；
4、编制PLC梯形图（总体结构图、各功能表图、梯形图程序）；
5、正确选择电器元件，列出电器元件、设备清单；
6、绘制操作面板、电气接线图；
7、整理技术资料，编写使用说明书。

第二章 课程设计的具体内容
2.1机械动力滑台的设计
1、机械动力滑台由滑台、滑座和双电机（快速及进给电机）传动装置三部分组成。滑台的自动工作循环是靠传动装置将动力传递给丝杠来实现的。
2、机械滑台具有两台进给电动机，一台为快速进给电动机,用来拖动滑台快进和快退运动，由接触器控制快进和快退；
3、另一台为工进电动机,拖动滑台工作进给运动，由接触器控制接通。在工进时，只允许工进电机单独工作，快速进给电机由制动器制动.
2.2 I/O分配表
I/O编号
功能
符号
I0。0
自动
SA1-1
I0。1
手动
SA1—2
I0.2
单循环启动
SA2—1
I0.3
左铣头单循环
SA2-2
I0.4
右1铣头单循环
SA2—3
I0。5
右2铣头单循环
SA2-4
I0。6
立铣头单循环
SA2-5
I0。7
启动
SB3
I1.0
工件夹紧
SB4
I1.1
原位
SQ1
I1。2
左、右1铣/工进
SQ2
I1.3
立铣头电动机启动
SQ3
I1。4
右1铣停/右2铣启
SQ4
I1.5
终点
SQ5
I1。6
松开工件
SB5
I1.7
滑台快进
SB6
I2。0
滑台快退
SB7
I2.1
停止
SB8
I2。2
液压泵启动
SB9
I2。3
回原位
SB10
I2.4
左铣头点动
SB11
I2.5
右1铣头点动
SB12
I2。6
立铣头点动
SB13
I2.7
右2铣头点动
SB14
Q0。0
夹紧工件
YV1
Q0。1
松开工件
YV2
Q0。2
滑台快进
KM7
Q0。3
滑台工进
KM6

Q0。4
滑台快退
KM8
Q0.5
左铣头工作
KM1
Q0。6
右1铣头工作
KM2
Q0。7
立铣头工作
KM3
Q1。0
右2铣头工作
KM4
Q1。1
原位指示灯
HL1
Q1.2
液压泵工作信号灯
HL2
Q1.3
工件夹紧指示灯
HL3
Q1.4
加工工件指示灯
HL4
Q1。5
终点指示
HL5
Q1.6
液压泵工作
KM5
2。1I/O分配表
2.3单循环自动工作
2。3。1 单循环自动工作功能表

2。2单循环自动工作功能表

2。3.2 单循环自动工作梯形图

2.3。3 左铣头单循环工作梯形图

2。3.4 右1铣头单循环工作

2.3.5 右2铣单循环工作梯形图

2。3.6 立头单循环工作梯形图

2.4 点动工作梯形图

2。5 电气接线图

2.4.1电气接线图
2.6 主电路及照明电路
主电路包括液压泵电机、四台工作电机及照明电路,加紧、工作两个指示灯。主电路部分有熔断器，继电器KM1、KM2等。各台电机上装有一个电流热继电器具有过载、断相保护。
机床的电机、滑台、电磁阀参数
（1)左、右2铣削头电动机
JO2-41—4 4。0kw 1440转/分 380V 8。4A
（2）右1,立铣削头电动机
JO2-32—4 3.0kw 1430转/分 380V 6。5A
（3)液压泵电动机
JO2–22-4 1.5kw 1410转/分 380V 3.49A

2。5主电路及照明电路

（4）电气控制主电路图

图2—3 控制电路图
2。7 元器件清单

序号
名称
符号
型号规格
数量
备注
1
按钮
SB1
LA20—11J
1
SB1用于急停

2

按钮
SB2 ，SB3,SB4，
SB5，SB6， SB7，
SB8，SB9,SB10

LA20—11

9

3

行程开关
SQ1，SQ2，SQ3,SQ4
SQ5，SQ6,SQ7， SQ8
SQ9，SQ10

LX19—111

10

4

转换开关
SA1，SA3，SA4
SA5，SA6
HZ10—10/1
5

5
转换开关
SA7
HZ10—10/2
1

6
转换开关
SA2
LW5-15D
1

7
组合开关
QS
HK1-60
1

8
熔断器
FU1
RL6—63/50
1
额定电流取50A
9
熔断器
FU2
RL6-25/6
1
6A
10
熔断器
FU3，FU4
RL6-25/25
2
25A
11
熔断器
FU5，FU6
RL6—25/12
2
12A
12
熔断器
FU7，FU8，FU11FU12
RL6-25/2
4
10A
13
熔断器
FU9，FU10
RL6—25/10
2
10A

14

接触器
KM1,KM3，KM4，KM5，
KM7，KM8，KM9
CJ20-6.3

7
或CJ20—10
15
接触器
KM2，KM6
CJ20—10
2

16
热继电器
FR1，FR3，FR6
JR20-10/9R
3
2。6—3。8A
17
热继电器
FR4,FR7
JR20—10/11R
2
4-6A
18
热继电器
FR2,FR5
JR20-10/14R
2
7-10A
19
信号灯
HL1，HL2
AD1—30/111
2
额定电压XZ36—1.5W
20
信号灯
HL3，HL4
AD1—30/111
2
额定电压220V—5W
21
照明灯
EL1，EL2
JC1-1
2
额定电压36V—35W
22
变压器
T
BK-1500
1
380—220/127/36—6。3

第三章 科技文献分析
3。1 科技文献
如何解决PLC系统的干扰问题
  摘要:分析了可编程控制器系统中各种常见的干扰因素及特点，对PLC抗干扰技术进行了详细论述，并总结了提高系统可靠性的技术路线及抑制和消除干扰的常用方法.
  关键词：PLC 控制系统 抗干扰
  前言
  可编程控制器是以微处理器为基础的通用工业控制装置，可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称为PLC,他的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用.就PLC本身来说,在设计和制造过程中厂家已采取了多层次的抗干扰措施，具有一定的稳定性和可靠性，但由于PLC的应用场合越来越广，应用环境越来越复杂，所受的干扰也就越来越多。使系统不能正常工作。因此，研究PLC控制系统抗干扰信号的来源、成因及其抑制措施，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力及可靠性具有重要的意义。
  1、PLC系统中干扰的主要来源
  1）辐射干扰 辐射电磁场主要是由电力电网、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视和雷达等产生的，通常称为辐射干扰，.若此时PLC置于其辐射场内,其信号、数据线和电源线即可充当天线接受辐射干扰。此种干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场的大小，特别是与频率有关。
  2)来自系统外部电源、信号线等的干扰
　 a）来自电源的干扰:PLC的正常供电电源均由电网供电，因而会直接影响到PLC的正常工作.由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间的电磁干扰而产生持续的高频谐波干扰。特别在断开电网中的感性负载时产生的瞬时电压峰值是额定值的几十倍，其脉冲功率足以损坏PLC半导体器件，并且含有大量的谐波可以通过半导体线路中的分布电容、绝缘电阻等侵入逻辑电路，引起误动作,再者在现代工业中，开关操作浪涌、大型电力设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等均能在电网中形成脉冲干扰。
  b)来自信号线的干扰：PLC控制设备的运行，总会有很多信号线的参与,然而在信号传输的过程中,除了传输有效的数据外，总会有干扰信号的侵入，此时就形成了干扰.此干扰主要有两种途径：一是变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源于扰，这往往被忽略；二是信号线上的外部感应干扰，其中静电放电、脉冲电场及切换电压为主要干扰来源。由信号线引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。若系统隔离性能较差，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动作甚至死机。
  c）来自不规范接地的干扰:PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。而不规范的接地就有可能对各个接地点造成不同的地电位差，引起地环路电流以及信号工模干扰，影响系统正常工作。
  d）来自相邻变频器的干扰:在PLC的实际应用中，经常与各类型号的变频器配合使用，由PLC的输出控制变频器的运行。变频器起动机运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量;变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响系统正常工作。
  2、抗干扰的措施
  抗干扰的措施，主要分为两种,一是硬件方面;二是从软件方面。下面逐一对这两个方面进行分析：
  1）从硬件方面来说在设计PLC控制系统时,通过在正确选择PLC、合理配置供电电源、正确选择接地点、接地方式和输入输出配线等措施，可有效提高系统的抗干扰能力。
  a)PLC的选择:选用PLC时，要选择有较高抗干扰能力、尤其是外部抗干扰能力以及包括电磁兼容性(EMC)好的产品，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC品牌。同时要根据应用的具体环境(电磁环境）合理选择PLC，由于我国采用的是220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网,我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化也就大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，因而对系统抗干扰能力也就更高，在国外能正常工作的PLC产品在国内就不一定能可靠运行，因此在采用国外PLC产品时应按我国的标准（GB/T13926)合理选择.
  b）电源的选择和抗干扰方法:首先电源的选择上要选择抗干扰能力强的电源，它可以抑制电网引入的干扰（来自PLC供电电源的干扰).电网引入的干扰在各种干扰中占有较高的比例。电网干扰窜人PLC控制系统主要通过PLC系统中应用到一些电源，如CPU电源、1/O变送器电源等,由于PLC本身抗干扰的能力很强，通常只要将PLC电源与系统动力设备分开配线，对于从电源来的干扰,具有足够强的抑制能力.但是，如果遇到特殊情况，电源干扰特别严重可以采取以下措施：（1）使用隔离变压器衰减从电源进线的高频干扰信号，输入、输出线应用双绞线以抑制共模干扰。其屏蔽层接地方式不同，对干扰抑制的效果也不一样,一般做法是将初、次级屏蔽层均接地.(2）用低通滤波器抑制高次谐波.低通滤波器的内部电容上电感组合方式不同，其高次谐波的抑 制效果也有一定区别。另外其电源输入、输出线应分隔开,屏蔽层应可靠接地。一般是在电源系统中既使用滤波器又使用隔离变压器，但要注意先将滤波器接入电源再接隔离变压器.
  c)采用正确的接地方式:接地的目的无非是为了安全和防止干扰，给PLC接地的目的主要是抑制附加在电源及输入、输出端的干扰,所以说正确的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。接地方式有浮地方式和直接接地方式,对于PLC控制系统应采用直接接地方式，具体的接地方法采用如下:1）PLC控制系统接地线应采用一点接地和串联一点接地方式，集中布置的PLC系统适用于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式（即搭接），用一根大截面的铜母线(或绝缘电缆)连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面〉22mm2的铜导线，总母线使用截面〉60mm2的铜排。接地极的接地电阻<2Ω，接地极最好埋在距建筑物10-15m远处,而且PLC系统接地地点必需与强电设备接地点相距l0m以上；2)屏蔽线屏蔽层的接地:信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；信号源不接地时,应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地.
  d)输入输出部分的配线：PLC电源线、I/O电源线、输入信号线、输出信号线、交流线、直流线都应尽量分开布线。开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线，且后者应采用屏蔽线，并且将屏蔽层接地。数字传输线也要用屏蔽线,并且要将屏蔽层接地。由于双绞线中电流方向相反，大小相等，可将感应电流引起的噪声互相抵消,故信号线多采用双绞线或屏蔽线。
  2）从软件设计方面提高系统抗干扰能力 PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作，提高系统的抗干扰能力。
  a)延时控制：控制器的外部开关量和模拟量输入信号,由于噪声、干扰、开关的误动作、模拟信号误差等因素的影响,不可避免会形成输入信号的错误，引起程序判断失误，造成事故。当按钮、开关作为输入信号时,则不可避免产生抖动。输入信号是继电器触点，有时会产生瞬间跳动，将会引起系统误动作。在这种情况下，可采用定时器延时来去掉抖动,定时时间根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定,这样可保证触点确实稳定闭合(或断开后）才执行。
  b）封锁控制：某些干扰是可以预知的,例如可编程序控制器的输出命令驱动大功率器件动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使可编程序控制器接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号，适当延时，在干扰消除后，再取消封锁。
  c)软件滤波：对于模拟信号，可采用多种软件滤波方法来提高数据的可靠性。连续采样多次，采样间隔根据A/D转换时间和信号的频率而定。采样数据先后存放在不同的数据寄存器中，经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。常用的滤波方法有：(1）程序判断滤波；（2）中值滤波；（3）滑动平均值滤波；(4）去极值平均滤波;(5）算术平均值滤波;（6)防脉冲干扰平均值滤波。
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3.2 分析

本文主要针对PLC控制系统在工业应用方面如何解决PLC的干扰问题，以提高PLC的抗干扰能力和可靠性。
首先要分析PLC控制系统抗干扰信号的来源、成因。一般主要来自于辐射干扰和系统外部电源、信号线等的干扰.其中来自系统外部电源、信号线等的干扰又可以分为四个方面：来自电源的干扰、来自信号线的干扰、来自不规范接地的干扰、来自相邻变频器的干扰.
针对干扰信号的来源制定相关的抑制干扰措施，具体有两种方法：一是硬件方面；二是从软件方面。
硬件措施主要是PLC的选择，电源的选择和抗干扰方法，采用正确的接地方式,输入输出部分的配线
软件措施：PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们设计一些程序,可以屏蔽输入元件的误信号,防止输出元件的误动作，提高系统的抗干扰能力.主要有延时控制，封锁控制，软件滤波，去极值平均滤波。
总而言之，PLC控制系统中的干扰因素非常复杂，因此应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰源,对有些干扰情况还需做具体分析，对症下药，这样才能保证PLC控制系统的正常运行。

第四章 体会与小结
4.1 体会
通过这次试验,我复习巩固了PLC软件的控制使用，对机械手操作的构造及连线了解加深，对三面铣组合机床的慨况有了更确切的理解,实际感受到PLC在机电控制中起到了重要的作用.
1、随时学习。程序设计是一项看似简单实则十分复杂的工作，有时候看到的听到的当时有所感，却并没有或者很少能真正转化成自己的东西。这就要求我们必须作好前期工作，要作到提前了解各种知识，
以上是此次设计中我一点点的感受,难于面面俱到.通过这段时间的实习,我们在一定程度上对PLC有了更近一步的认识,完善了自己的知识体系。不管以后的学习生活或工作中是否还能接触到这类课程的学习，不可置疑，这已成为我知识中不可或缺的一部分。
4。2 小结
1、复习巩固了机电传动控制的各方面内容，对PLC设计的流程有了一定的了解。
2、对PLC的应用有了进一步的认识，把PLC与实际生活的事物可以联系起来.
3、本次设计内容需要在图书馆内查阅有关的知识,来丰富及完善自己的设计，并提高了书写报告的能力。
4各种试验的图表都是用CAD专业制图软件完成其基本结构,巩固了自身、CAD的实际应用水平.

[参考文献]
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