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机械滑台的控制


作者:大众麻将 2020-07-06 23:25


  湖北文理学院 湖 北 文 理 学 院 《机电传动控制课程设计》报告 题 专 班 姓 学 目 业 级 名 号 机械滑台的控制 机械设计制造及其自动化 机制 1011 2010116158 指导教师 职 称 2013 年 9 月 20 日 0 湖北文理学院 目录 第一章 前言…………………………………………………………………2 1.1 机械滑台简介 1.2 机械滑台的用途 第二章 PLC 及机械滑台的 PLC 控制………………………………………2 2.1 PLC 的发展历程 2.2 PLC 的硬件结构 2.3 PLC 的工作原理 第三章 机械滑台的设计与组装………………………………………………5 3.1 机械滑台总体设计方案 3.2 机械部分 3.3 液压控制部分 第四章 PLC 控制程序的设计…………………………………………………8 4.1 PLC 的选择 4.2 I/O 分析及分配表 4.3 程序流程图 4.4 元器件清单 第五章 基本指令系统和编程………………………………………………11 5.1 顺序功能图 5.2 梯形图 5.3 指令表 5.4 梯形图的工作过程 第六章 总结…………………………………………………………………14 参考文献:………………………………………………………………………15 1 湖北文理学院 第一章 前言 1.1 机械滑台的简介 机械滑台主要用于数控机床,本机械滑台主要能进行二维运动 : 前后运功 动,左右(横向)运动。机械滑台上还有主电动机加上相应的传动装置就可以安 装刀具或者工件进行自动加工,还有相应循环选择开关,当开关为 NO 时就能进 行自动循环动作。机械滑台用以实现进给运动,可卧式也可立式使用,在机械滑 台上安装动力箱(装上多轴箱)钻削头、镗削头、铣削头、镗孔车端面头等各种 部件,用以完成钻、扩、铰、镗、锪窝、刮端面、倒角、车端面、铣削及攻丝等 工序,亦可在其上安装工件组成输送运动实现工作循环。 1.2 机械滑台的用途 机械滑台主要用于数控机床机械滑台机械滑台的用途及性能 :在滑台上安装 工件后做往复运动,也可在滑台上安装动力头等相关附件后,通过滑台的运动,对 工件进行各种切削,钻削,镗削运动.用多个不同规格的滑台组合可进行复杂零部 件的加工或进行批量生产 ,本机械滑台可以快速运动和慢速运动 ,是机械加工行 业中一种重要的机床附件. 第二章 PLC 和机械滑台控制 2.1 PLC 的发展 近年来,随着自动化技术的不断发展,PLC 逐渐代替复杂的电器及接线而成 为控制设备的核心。而早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的,这些 器件结构简单、价格低廉、抗干扰能力强,可以实现集中控制和远距离控制、但 是其采用固定接线,通用性和灵活性差;又采用触点的开关动作,工作频率低, 触点已损坏,可靠性差。 2 湖北文理学院 可编程逻辑控制器(Programable Controller Logic),是一种数字运算操 作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的逻辑存储器,用 来在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数操作的指令。并通 过数字式或模拟式的输入和输出,控制各类型的机械或生产过程。可编程逻辑控 制器及其有关外围设备, 都应按易于与工业系统连成一个整体,易于扩充其功能 的原则设计。 目前,PLC 主要朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量花、 网络化的方向发展, 与计算机技术相结合, 形成工业控制系统、 分布式控制系统、 现场总线控制系统,这将使 PLC 的功能更强,使用更方便,适用范围更广。 PLC 具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、 搞干扰能力强等到一系列优点,在工业生产过程自动控制领域得到了广泛应用。 所以,掌握 PLC 技术是改造传统生产工艺和设备的重要途径。 2.2 PLC 的硬件结构 PLC 由中央处理器(CPU) 、存储器、输入输出接口、电源、扩展接口、通信 接口等组成。 1.中央处理器 可编程逻辑控制器的中央处理器通常采用通用微处理器, 它按照 PLC 系统程 序赋予的功能处理用户的各项指令。 2.存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统 软件(包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及 其各种管理程序) 的存储器称为系统程序存储器;存放用户程序的存储器称为用 户程序存储器,所以又分为用户程序存储器和数据存储器两部分。 3.输入输出接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量数字量三种,在我们接触的信号中,开关量 最为普遍。 3 湖北文理学院 4.电源 PLC 的电源在整个系统中起到非常重要的作用。如果没有一个可靠的良好的 电源系统是无法工作的, 因此制造商对电源的设计和制造也非常重视。一般交流 电压波动在 10%的范围内,可以不采用其它措施将 PLC 直接连到电网中去。 5.扩展接口 扩展接口拥有将扩展单元与基本单元相连。 6.通信接口 为了实现人机或机器与机器之间的对话,PLC 配有多种通信接口,PLC 通过这 些接口可以与监视器、打印机、以及其它的 PLC 及计算机相连。 2.3 PLC 的工作原理 当 PLC 投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序 执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期 间,PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1. 输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将 它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和 输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O 映象区中 的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信 号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。 2. 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段,PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯 形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控 制线路, 并按先左后右、 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算, 然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态; 或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态; 或者确定是否要执行该梯形 图所规定的特殊功能指令。 即,在用户程序执行过程中,只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发 4 湖北文理学院 生变化, 而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据 都有可能发生变化, 而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡 是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的 逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 3. 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后,PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相 应的外设。这时,才是 PLC 的真正输出。 第三章 机械滑台的设计与组装 3.1 机械滑台总体设计方案 本机械滑台主要是为自动循环加工而设计的,可以用在数控机床上。机械滑 台包括三个部分:1.机械部分:包括电动机.减速器.滑台台座,为了提高精度的 需要其中电动机采用三菱的伺服电机。 2,液压部分:通过液压缸 A 和液压 缸 B 来实现滑台的前进和后退,其中快进与工进的切换时通过调速阀来实现。 3,电气控制部分:主要控制是通过 PLC 来实现,由于动作的顺序性比较强采用 步进指令来编程。 5 湖北文理学院 3.2 机械部分 机械滑台由床身,滑板,丝杠,变速箱等组成。其结构简单,便于维修。机 械滑台工作原理是滑板在床身上做纵向运动,因其丝杠传动,再加上变速箱的作 用。可获得快慢等多种运行速度。 3.3 液压控制部分 由于液压系统传递动力大能够为加工时提供大的动力, 加之传动平稳能保证 进给时的进给速度平稳。 所以本机械滑台的纵向进给和横向进给是由液压系统来 完成,纵向进给由液压缸 A 完成,横向进给由液压缸 B 完成。 液压控制原理图如下: 纵向进给缸 A 横向进给缸 B 5 YV2 6 4 YV1 3 YV4 YV5 YV3 2 1 6 湖北文理学院 1,纵向快进 当工作台在原始位置时,按下启动按钮 SB1 时 YV1 得电,换向阀 3 的左位 接入系统,其主要油路为: 进油路:泵 1 换向阀 3 的左位 换向阀 5 左位 液压缸 A 左腔 换向阀 3 左位 油箱 回油路:液压缸右腔 2,纵向工进 当动力头压合 SQ2 时 YV2 得电工作台由纵向快进转向纵向工进,进行切削加 工,其主要油路为: 进油路:泵 1 换向阀 3 的左位 液压缸 A 左腔 调速阀 换向阀 3 的左位 回油路:液压缸右腔 油箱 3,横退 换向阀 5 右位 当工作台运动到 SQ3 时 YV3 得电换向阀 4 右位接入系统,工作台横向退刀其 主要油路为: 进油路:泵 1 换向阀 4 的右位 液压缸 B 右腔 油箱 回油路:液压缸 B 左腔 4,纵向快退 换向阀 4 的右位 当工作台运行到 SQ4 并将其压合时 YV3 失电 YV2,YV4 得电,换向阀 3 接入 系统,工作台纵向快速退刀,其主要油路为: 进油路:泵 1 换向阀 3 的右位 换向阀 5 右位 油箱。 液压缸 A 右腔 回油路:液压缸 A 左腔 5,横进 换向阀 3 右位 当工作台运行到 SQ5 并将其压合时,纵向退刀结束。YV5 得电换向阀 4 接入 系统工作台横向进给,其主要油路。 进油路:泵 1 换向阀 4 的左位 液压缸 B 左腔 油箱 回油路:液压缸 B 右腔 换向阀 4 的左位 7 湖北文理学院 第四章 PLC 控制程序的设计 4.1 PLC 的选择;FX1N-24MR-001 (14,10) 通过对本系统的统计得输入点数为 8 个,输出点数为 10 个,为系统以后改进 留一定的余量 (10%-15%) ,又因为系统比较简单再结合经济方面的考虑选择选择: 三菱 FX1N-24MR-001(其为继电器输出型,输入点数为 14,输出点数为 10,交 流供电) 4.2 I/O 分析及分配表 输入 输出 SB1 启动 SB2 停止 S 循环选择 行程开关 SQ1 行程开关 SQ2 X000 XOO1 XOO2 X003 X004 快进电磁阀 YV1 工进电磁阀 YV2 横退电磁阀 YV3 纵退电磁阀 YV4 横进电磁阀 YV5 YOOO Y001 Y002 Y003 Y004 行程开关 SQ3 X005 电机控制接触器 KM Y005 行程开关 SQ4 行程开关 SQ5 X006 X007 8 湖北文理学院 4.3 程序流程图 开始 SB1 为 ON? 是 电动机启动 工作台快进 否 SQ2 为 ON? 是 工作台工进 否 SQ3 为 ON? 是 电动机停止 工作台横向退刀 刀刀 否 SQ4 为 ON? 是 工作台快退 否 SQ5 为 ON? 是 工作台横向进 给 否 否 SQ1 为 ON? 是 S 为 ON? 否 结束 是 9 湖北文理学院 4.4 元器件清单 名称 三菱伺服电机 滑台台身 螺栓 M10 减速器 液压缸 三位四通电磁阀 液压泵 溢流阀 两位三通电磁阀 调速阀 邮箱 FX1N-24MR-001 PLC 按钮开关 SB1 数量 1 1 若干 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 名称 行程阀 接触器 KM 熔断器 闸刀 热继电器 电线 液压油管 选择开关 数量 5 1 1 1 1 若干 若干 2 10 湖北文理学院 第五章 基本指令系统和编程 5.1 顺序功能图 M8002 S0 X000 S20 X002 X001 X004 S21 Y000 Y005 Y000 Y001 X005 S22 Y005 Y002 X006 S23 Y003 X007 S24 Y004 X003 S25 11 湖北文理学院 5.2 梯形图 M8002 SET S0 S0 STL X000 SET S20 S20 STL Y000 Y005 X004 SET S21 Y000 S21 STL Y001 Y005 X005 SET S22 STL Y002 X006 SET S23 STL Y003 X007 SET S24 STL Y004 X002 X001 SET X003 END SET S20 S25 S24 S23 S22 12 湖北文理学院 5.3 对应的指令表 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 12 13 14 15 LD SET STL LD SET STL OUT OUT LD SET STL OUT OUT OUT LD SET M8002 S0 S0 X000 S20 S20 Y000 Y005 X004 S21 S21 Y000 Y001 Y005 X005 S22 16 STL 17 OUT 18 LD 19 SET 20 STL 21 OUT 22 LD 23 SET 24 STL 25 OUT 26 LD 27 SET 28 STL 29 LD 30 ANI 31 SET 32 END S22 Y002 X006 S23 S23 Y003 X007 S24 S24 Y004 X003 S25 S25 X002 X001 S20 5.4 梯形图的动作过程:当 PLC 上电时 M8002 得电驱动状态寄存器 S0。 1, 快进: 当按下开始按钮 SB1 时 X000 得电状态寄存器 S20 被驱动, Y000 和 Y005 就接通即快进电磁阀 YV1 和电动接触器接通,再通过相应的 液压系统从而实现滑台的快进和动力头电动机的旋转。 2,工进:当工作台压合 SQ2 时 X004 得电状态寄存器 S21 被驱动, Y000.Y001.Y005 就接通即电磁阀 YV1.YV2 和电动接触器接通,再通过相 应的液压系统从而实现滑台的由快进转为工进和动力头电动机的旋转。 3,横退:当工作台压合 SQ3 时 X005 得电状态寄存器 S22 被驱动, Y002 就接通即电磁阀 YV3 接通, 再通过相应的液压系统从而实现滑台的由 工进转为横退。 4,纵退:当工作台压合 SQ4 时 X006 得电状态寄存器 S23 被驱动, Y003 就接通即电磁阀 YV4 接通, 再通过相应的液压系统从而实现滑台的由 横退转为纵退。 。 5,横进:当工作台压合 SQ5 时 X007 得电状态寄存器 S24 被驱动, Y004 就接通即电磁阀 YV4 接通, 再通过相应的液压系统从而实现滑台的由 纵退转为横进。 13 湖北文理学院 第六章 总结 通过对本课程设计我获益匪浅, 刚开始真的不知道从哪里动手因为以前 学过的知识也忘得差不多了。通过查资料才有了大致的思路,但要用到的知识还 是挺多的像液压与气压传动.电传动控制。这些东西我真的忘了,这次逼着我再 次找到以前的书慢慢的复习, 幸好之前学的还好很快就回想起来,像液压基本回 路,快进与工进速度换接回路等。三菱 PLC 的编程软件 GX-developer 仿真软件 GX-simulator.还有西门子 S7-200.S7-300 的编程和仿真之前都学过,但都是观 看相应的视频自己很少独立设计过,当要自己独立设计时还是花了很多时间,没 有我之前想象中的那么简单。 另外一个感触最深的是 Word 的应用,说实话这个之前我也花时间学习过, 但到编辑图表和画图时真的忘了。就拿其中的画图来说吧,在这设计中我画了液 压与气压传动图,流程图,梯形图,顺序功能图。当开始画时这些图形都是一些 零散的, 移动一下就乱了, 通过网上查找才知道用组合命令就把所有的组合在一 起从而形成一个整体。 还有如何在这些图形旁边添加文字,后来才知道要用到文 本框等等!总之这次 Word 我算是更加的了解,以后在遇到这些问题应该是小菜 一碟了。 最后就是当做 PLC 外部接线电路图时,在对输出点是否需要外接电源时,有 点糊涂, 这主要是因为自己之前很少接触到硬件方面的东西,幸好吴老师挺好的 马上帮我解决了。 通过这次课程设计我感触最深的是以后再学习东西时不能只光 学习一些理论知识, 要带着某个项目或者课题来学习。这样学习的知识记得更牢 固也更能体会到其中的乐趣。 14 湖北文理学院 参考文献 液压与气压传动.(第 4 版,左健明主编) 机电传动控制.(第 4 版,邓星钟) 15


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