箱体加工专用机床的PLC控制系统设计样本.doc

成绩：

工业控制电气
课程设计报告

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班 级：
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设计时间：

目录
1.设计目的 1
2.设计任务与要求 1
2.1概述 1
2.2设计任务和要求 1
3.整体方案设计 2
3.1可编程控制器的选取 2
3.2 I/O分配表 2
3.1软件设计依据 3
4.硬件设计 3
4.1电器硬件连接图 3
4.2状态转移图 4
4.3控制流程分析说明 4
5.软件设计 5
5.1梯形图 5
5.2指令表 6
6.软件仿真验证 7
6.1三菱触摸屏仿真设计 7
6.2系统仿真结果 7
7.课程设计小结与心得 10
8.参考文献 10

箱体加工专用机床PLC控制系统设计
1.设计目
课程设计重要目是基于PLC针对某毕生产设备电气控制装置进行设计实践，理解普通控制系统设计过程、设计规定、应完毕工作内容和详细设计办法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学知识，达到灵活应用目。电气设计必要满足生产设备和生产工艺规定，因而，设计之前必要理解设备用途、构造、操作规定和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作整体观念。
课程设计应强调能力培养为主，在独立完毕设计任务同步，还要注意其她几方面能力培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基本知识能力，解决实际工程技术问题能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书能力；工程绘图能力；书写技术报告和编制技术资料能力。
2.设计任务与规定
本设计所选课题为：箱体加工专用机床PLC控制。其中简要概述和设计任务与规定如下。
2.1概述
PLC使用在某一专用机床控制上是最适当但是了，如图1所示为箱体加工专用机床构造加工示意图。该机床是用来专门加工箱体两侧，其加工办法是先将箱体通过夹紧装置夹紧，再由两侧左、右动力头对箱体进行加工。当加工完毕，动力头迅速回原位，此时再松开加工件，又开始下一循环。

图 1 箱体加工专用机床构造与加工示意图
2.2设计任务和规定
图中，左、右动力头主轴电动机为2.2kW，进给运动由液压驱动，液压泵电动机为3 kW。动力头和夹紧装置动作由电磁阀控制，电磁阀通断状况如表1所示。
表 1箱体加工机床电磁阀通断状况表

左动力头
右动力头
夹紧装置
QV1
QV2
QV3
QV4
QV5
QV6
QV7
上、下料
-
-
-
-
-
-
-
快进
+
-
-
+

-
-
工进
+
+
-
+
+
-
+
停留
-
-
-
-
-
-
+
快退
-
-
+
-
-
+
+

专用机床工作环节如下：
1．按下启动按钮，夹紧装置将被加工工件夹紧，夹紧后发出信号。
2．左、右动力头同步快进，并同步启动主轴。
3．到达工件附近，动力头快进转为工进加工。
4．加工完毕后，左、右动力头暂停2s后分别迅速退回原位。
5．夹紧装置松开被加工工件，同步主轴停止。
以上1-5环节持续工作，实现半自动循环。在工件夹紧、动力头快进、动力头快退及电源接通均有信号批示。
3.整体方案设计
3.1可编程控制器选用
FX系列可编程控制器是当前国内最新、最具备特色、最具代表性微型PLC。它是日本三菱电机公司研制开发。本设计系统使用了输入端口Y0-Y7和Y10-Y12总点数为11点，输出端口Y0-Y7、Y10-Y16总点数为15点。由于考虑到后来调节和扩充，普通要加上考虑10%-15%备用量和10%-20%裕量，同步考虑到顾客存储容量，因而选取FX2N-48MR作为控制器。FX2N-48MR是日本三菱公司可编程控制器(PLC),继电器输出及输入24点,输出24点，采用AC220V电源供电，有自带24V直流电源24点继电器输出接口。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高微型PLC，内置顾客存储器8Kb，可扩展到16Kb，最大可扩展到256个I/O点，可有各种特殊功能扩展，实现各种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A等）。故选取输入输出总点数为48FX2N-48MR继电器输出控制器即可。
3.2 I/O分派表
表 2 I/O分派表
输入
输出
符号
功能阐明
符号
功能阐明
X0
启动按钮
Y0
工作夹紧批示
X1
停止按钮
Y1
左动力头快进批示
X2
夹紧开关信号 SP
Y2
右动力头快进批示
X3
松开开关信号 SQ7
Y3
左动力头快退批示
X4
左动力头行程开关SQ1
Y4
右动力头快退批示
X5
左动力头行程开关 SQ3
Y5
左主轴电动机接触器
X6
左动力头行程开关SQ5
Y6
油泵电动机接触器
X7
右动力头行程开关SQ2
Y7
电磁阀YV1
X10
右动力头行程开关 SQ4
Y10
电磁阀YV2
X11
右动力头行程开关SQ6
Y11
电磁阀YV3
X12
半自动/自动开关
Y12
电磁阀YV4

Y13
电磁阀YV5

Y14
电磁阀YV6

Y15
电磁阀YV7

Y16
电源
3.1软件设计根据
状态转移图也称功能图。一种控制过程可以分为若干个阶段，这些阶段称为状态。状态与状态之间由转换分隔。相邻状态具备不同动作，当相邻状态之间转换条件得到满足时，就实现转换，即上面动作结束而下一状态动作开始，可用状态转移图描述控制系统控制过程。状态转移图具备直观，简朴特点，是设计PLC顺序控制程序一种有力工具。依照以上所述和结合本系统运作方式，此控制系统设计完全适合采用状态转移图来实现各项功能。
4.硬件设计
4.1电器硬件连接图
此设计采用三菱FX2N-48MR作为控制器，其电器硬件连接图如下所示。

图 2 箱体加工专用机床PLC控制硬件连接图
4.2状态转移图

图 3 箱体加工专用机床状态转移图
4.3控制流程分析阐明
1. 初始状态S0为自动方式初始状态，同步当箱体加工专用机床接通电时，Y16电源批示灯点亮，直到拔出电源线才会熄灭。
2. 初始状态下，左、右动力头滑台分别压住行程开关SQ1和SQ2，由于此时工件尚未夹紧，SQ7亦被压住，处在闭合状态，当按下启动按钮SB1，电磁阀YV7通电驱动夹紧装置将被加工工件夹紧，同步Y0夹紧批示灯亮。
3. 当夹紧装置完全将工件夹紧后，夹紧开关信号SP闭合，驱动主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV1、电磁阀YV4运营操作，同步使左、右动力头快进批示灯亮。电磁阀YV7和夹紧批示灯由于强行置位保持先前状态。
4. 当左、右动力头同步分别到达行程开关SQ3和SQ4，上一状态结束，左右动力头快进批示灯熄灭，电磁阀YV2、电磁阀YV5得电闭合。主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV1、电磁阀YV4、电磁阀YV7和夹紧批示保持先前状态。此时左、右动力头由快进转为工进，对工件进行工进操作。
5. 当左、右动力头分别到达行程开关SQ5和SQ6时，工进操作完毕，电磁阀YV1、电磁阀YV2、电磁阀YV4和电磁阀YV5断电。主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV7和夹紧批示灯继续保持通电状态。接着触发定期器T0开始计时2秒，左、右动力头暂停不动。
6. 当定期器T0计时2秒结束后，电磁阀YV3和电磁阀YV6通电驱动左、右动刀头快退，左右动力头快退批示灯亮，同步主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV7和夹紧批示灯还保持通电状态。
7. 当左、右动力头分别返回到行程开关SQ1和SQ3时，行程开关SQ1和SQ2再次得电，使主轴电动机接触器KM1、油泵电动机接触器KM2、电磁阀YV3、电磁阀YV6、电磁阀YV7、夹紧和快退批示灯断电。同步由于夹紧装置电磁阀YV7断电，松开开关信号SQ7闭合，完毕一次加工操作。
8. 本系统设计默以为半自动操作。若半自动／自动开关X12接通，自动开始下一次循环；若半自动／自动开关未接通，则需要手动接通才会进行下一次循环操作。
5.软件设计
5.1梯形图
梯形图如下所示

5.2指令表
指令表如下所示

指令 I/O(软元件)

LD M8002
SET S0
SET Y016
STL S0
LD X000
ANI X001
AND X004
AND X007
SET S20
STL S20
SET Y015
SET Y000
LD X002
SET S21
STL S21
SET Y007
SET Y012
SET Y005
SET Y006
OUT Y001
OUT Y002
LD X005
AND X010
SET S22
STL S22
OUT Y010
OUT Y013
LD X006
AND X011
SET S23
STL S23
RST Y007
RST Y012
OUT T0
K20
LD T0
SET S24
STL S24
OUT Y011
OUT Y014
OUT Y003
OUT Y004
LD X004
AND X007
SET S25
STL S25
RST Y005
RST Y006
RST Y000
RST Y015
LD X003
AND X012
OUT S0
RET
END

6.软件仿真验证
6.1三菱触摸屏仿真设计
本系统设计采用软件GX-works2和GT-Simulator3，并使用三菱触摸屏作为显示屏进行系统仿真验证，三菱触摸屏 系统操作页面如图所示：

图 4 箱体加工专用机床PLC控制系统操作页面
6.2系统仿真成果
1. 当系统接通电源时，电源显示灯点亮，如图5所示：

图 5
2. 启动按钮SB1，并触发行程开关SQ1和SQ2，电磁阀YV7通电将被加工工件夹紧，同步Y0夹紧批示灯亮。如图6，图7所示。

图 6

图 7

图 8

3. 夹紧开关信号SP闭合，驱动主轴电动机接触器Y5、油泵电动机接触器Y6、电磁阀YV1、电磁阀YV4运营操作，同步使左、右动力头快进批示灯亮。如图8，图9所示。

图 9
4. 行程开关SQ3和SQ4被触发，左右动力头快进批示灯熄灭，电磁阀YV2、电磁阀YV5得电闭合。主轴电动机接触器、油泵电动机接触器、电磁阀YV1、电磁阀YV4、电磁阀YV7和夹紧批示保持先前状态。此时左、右动力头由快进转为工进，对工件进行工进操作。如图10，图11所示。

图 10

图 11 工进操作

图 12 快退操作

5. 行程开关SQ5和SQ6触发时，工进操作完毕。定期器T0开始计时2秒，左、右动力头暂停不动。当定期器T0计时2秒结束后，电磁阀YV3和电磁阀YV6通电驱动左、右动刀头快退，左右动力头快退批示灯亮，同步主轴电动机接触器、油泵电动机接触器、电磁阀YV7和夹紧批示灯还保持通电状态。如图12，图13所示。

图 13
6. 当左、右动力头分别返回到行程开关SQ1和SQ3时，行程开关SQ1和SQ2再次得电，使主轴电动机接触器、油泵电动机接触器、电磁阀YV3、电磁阀YV6、电磁阀YV7、夹紧和快退批示灯断电，如图14所示。同步由于夹紧装置电磁阀YV7断电，松开开关信号SQ7闭合，完毕一次加工操作，如图15所示。

图 14

图 15
7. 若半自动／自动开关X12接通，自动开始下一次循环。
7.课程设计小结与心得
本箱体加工专用机床PLC控制系统设计重要使用输入输出总点数为48FX2N-48MR作为控制器，采用状态转移图设计系统软件功能，运用AutoCAD设计电气硬件连接图、GX-works和GT-Simulator3进行程序设计和仿真。
通过本次PLC课程设计，我对可编程序控制器原理及应用这门课有了更加深刻理解，锻炼和提高了我理论联系实际，与详细项目和课题相结合开发、设计产品能力，同步巩固了专业基本知识。在这次课程设计中，我还学到了诸多课本中没有知识。通过同窗间讨论，和自己查阅关于资料，我解决了在课程设计中遇到各个问题，同步也增长了自己对PLC兴趣。但是有某些不满足就是从来都没能进行实体仿真。
8.参照文献
[1]郁汉琪、郭健．可编程序控制器原理及应用（第二版）[M]．北京：中华人民共和国电力出版社，．
[2]邓则名等．电器与可编程控制器应用技术[M]．北京：机械工业出版社，．
[3]黄玮．电器CAD实用教程(第2版)[M]．北京：人民邮电出版社，．
[4]百度百科. FX2N-48MR-001[EB/OL].[-5-30].