多工步机床PLC控制系统设计
目录
1 绪论 1
1.1 课题简介 1
1.2 本课题的研究背景 1
1.3 多工步机床在国民经济中的地位及其发展趋势 2
1.4 本课题研究的主要内容 2
2 工步机床控制系统的总体方案设计 3
2.1 系统的原理 3
2.2 系统的实现途径 3
2.2.1 传统的继电器控制系统 4
2.2.2 单片机控制系统 4
2.2.3 PLC控制系统 4
2.3 控制方案的确定5
3 工步机床控制系统的硬件设计 5
3.1 PLC选型 5 3.2 PLC的I/O点数分配 6
3.3 PLC的外部接线图 7
3.4 系统的主电路分析 8
3.4.1 多工步机床的电气元件和功能说明表 9
3.4.2 系统的主电路图 9
4 多工步机床的软件设计11
4.1 控制语言的选择11
4.2 编程软件的选择12
4.3 多工步机床的逻辑分析12
4.4 多工步机床梯形图设计分析13
总结17
致谢18
参考文献19
附录A:梯形图20
附录B:语句表27
1 绪论
1.1 课题简介
本课题来源于工程实践，主要研究的是以多工步电气控制系统为背景，通过采用可编程序控制设备完成对多工步机床生产的控制[1]。其突出特点表现在可靠性高，抗干扰能力强，系统组合灵活方便，编程语言简单易懂，对生产工艺适应性强等优点 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
。多工步机床由于控制内容多，自动化程度要求较高其继电器控制系统接线复杂，故障率较高，可靠性较差。应用PLC对其进行技术改造，可以把机械加工设备的功能，效率，柔性提高到一个新的水平，有利于提高产品的加工质量，生产效率，降低设备故障率。同时可以根据工艺要求迅速灵活的改变生产流程和对系统进行扩充。且系统维护简单，使用方便，降低了工人的劳动强度。
1.2 本课题的研究背景
在机床行业中，多工步机床由于其工步及动作多，控制较复杂，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此，故障多，维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响了设备的工效。PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便、的有点而设计制造和发展的，这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，使用方便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单、易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单，调试方便、维护工作量小[2]。
多工步机床是一种可以进行特定加工的高效率、自动化的专用设备。采用继电器逻辑控制方式，其存在着控制器体积大、柔韧性差、改变控制方式困难、设备的电控系统故障率高，检修周期较长等缺点。而采用PLC控制，可使系统接线大为简化，不仅安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修费用，提高了工效。
现如今，要求机械产业不断地提供各种先进设备，为制造、维修这些设备，就必须具备制造各种金属零件的设备。机械零件的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求较高的零件，主要靠机床切削加工来达到。尤其是形状复杂和精度要求高的零件，通常需要几道切削加工工步才能完成。开发研制的多工步机床的电气控制系统的方案，并且采用先进技术、简单易懂、操作维护方便、性能优良、工作可靠性高、反应灵活、自动化程度高，适合我国现如今的国情，对我国经济的不断发展，以及机床利用自动控制系统的进步有着十分重要的现实意义和实用价值[1]。
1.3 多工步机床在国民经济中的地位及其发展趋势
一个国家要想繁荣富强，就必须实现农业、工业、国防以及科学技术的现代化，这就需要有一个强有力的机械制造业作为基础，为国民经济的各个部门提供现代化的、成熟化的先进技术设备与装备，即各种自动化的机器、仪器和工具等。在普通的机械制造厂中，机床所担负的加工工作量很大，约占机械制造总工作量的45%～65%，机床的技术性能直接的影响到机械产品的质量和产量及其制造的经济性，进而左右着国民经济的发展水平。
我国的多工步机床及组合机床自动化的总体技术水平比发达国家要相对落后很多，国内所需要的一些高水平组合机床及自动线几乎都是从国外进口[8]。工艺装备的大量进口必然导致投资规模的扩大，并使得产品生产成本提高。因而，市场要求我们不断开发新工艺、新技术，研发新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向不断发展，满足用户需求，并能真正成为刚柔兼备的自动化装备。
但是，随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、多品种、短周期、高生产率、数控组合机床及其产线正在冲击着传统的多工步机床行业企业，因此多工步机床装备的发展思路必须是以提高多工步机床加工精度、多工步机床工作可靠性和多工步机床技术的成套性为主攻方向。一方面，不断加强数控技术应用，提高多工步机床产品数控化率；另一方面，还要进一步发展新型工业部件，尤其是多坐标部件，使其柔性化、模块化、多品种加工的市场需求。然而更重要的是通信技术在机床装备中的应用，在这些方面我国多工步机床装备还有大的差距，因此我国多工步机床技术装备高速度、柔性化、高精度、任意加工性以及通信技术的应用将会是日后的发展方向。
1.4 本课题研究的主要内容
本次研究的课题是对多工步机床的电气控制的PLC改造，即多工步机床要依次完成七个工步，之前是用传统的继电器来控制系统，但是由于各种缺点，我们用PLC对七个工步进行控制，从而实现零件的加工。本次设计过程中，一共有三个电机，分别是主轴电动机M1、快速电动机M2以及快速电动机M3，利用可编程控制器PLC对三台电动机进行电气控制，从而完成七个工步，实现零件的加工。由于采用可编程控制器(PLC)来构成其控制系统，那么系统具有体积小、维修量少、工作可靠、操作简单并能适应控制要求等优点。因此可以根据各设备的控制要求，来进行系统总体控制方案的设计。
2 工步机床控制系统的总体方案设计
2.1 系统的原理
本次课题的课程设计的功能是用来实现对一个机械零件多次不同的加工控制，即使用多工步机床来实现控制要求[3]。多工步机床对零件加工前的实习坯件利用7把刀具来完成七个工步，具体的加工顺序为：粗钻，车平面，精钻，车外沿，倒角，粗绞，精绞。利用快速电动机和慢速电动机来实现快速、慢速的进退，电磁气阀实现快慢速电动机的转换[4]。
各个工步的动作分解图如下图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7
图2-1粗钻 图2-2车平面
图2-3精钻 图2-4车外沿
图2-5倒角 图2-6粗绞
1 绪论 1
1.1 课题简介 1
1.2 本课题的研究背景 1
1.3 多工步机床在国民经济中的地位及其发展趋势 2
1.4 本课题研究的主要内容 2
2 工步机床控制系统的总体方案设计 3
2.1 系统的原理 3
2.2 系统的实现途径 3
2.2.1 传统的继电器控制系统 4
2.2.2 单片机控制系统 4
2.2.3 PLC控制系统 4
2.3 控制方案的确定5
3 工步机床控制系统的硬件设计 5
3.1 PLC选型 5 3.2 PLC的I/O点数分配 6
3.3 PLC的外部接线图 7
3.4 系统的主电路分析 8
3.4.1 多工步机床的电气元件和功能说明表 9
3.4.2 系统的主电路图 9
4 多工步机床的软件设计11
4.1 控制语言的选择11
4.2 编程软件的选择12
4.3 多工步机床的逻辑分析12
4.4 多工步机床梯形图设计分析13
总结17
致谢18
参考文献19
附录A:梯形图20
附录B:语句表27
1 绪论
1.1 课题简介
本课题来源于工程实践，主要研究的是以多工步电气控制系统为背景，通过采用可编程序控制设备完成对多工步机床生产的控制[1]。其突出特点表现在可靠性高，抗干扰能力强，系统组合灵活方便，编程语言简单易懂，对生产工艺适应性强等优点 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
。多工步机床由于控制内容多，自动化程度要求较高其继电器控制系统接线复杂，故障率较高，可靠性较差。应用PLC对其进行技术改造，可以把机械加工设备的功能，效率，柔性提高到一个新的水平，有利于提高产品的加工质量，生产效率，降低设备故障率。同时可以根据工艺要求迅速灵活的改变生产流程和对系统进行扩充。且系统维护简单，使用方便，降低了工人的劳动强度。
1.2 本课题的研究背景
在机床行业中，多工步机床由于其工步及动作多，控制较复杂，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此，故障多，维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响了设备的工效。PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便、的有点而设计制造和发展的，这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，使用方便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单、易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单，调试方便、维护工作量小[2]。
多工步机床是一种可以进行特定加工的高效率、自动化的专用设备。采用继电器逻辑控制方式，其存在着控制器体积大、柔韧性差、改变控制方式困难、设备的电控系统故障率高，检修周期较长等缺点。而采用PLC控制，可使系统接线大为简化，不仅安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修费用，提高了工效。
现如今，要求机械产业不断地提供各种先进设备，为制造、维修这些设备，就必须具备制造各种金属零件的设备。机械零件的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求较高的零件，主要靠机床切削加工来达到。尤其是形状复杂和精度要求高的零件，通常需要几道切削加工工步才能完成。开发研制的多工步机床的电气控制系统的方案，并且采用先进技术、简单易懂、操作维护方便、性能优良、工作可靠性高、反应灵活、自动化程度高，适合我国现如今的国情，对我国经济的不断发展，以及机床利用自动控制系统的进步有着十分重要的现实意义和实用价值[1]。
1.3 多工步机床在国民经济中的地位及其发展趋势
一个国家要想繁荣富强，就必须实现农业、工业、国防以及科学技术的现代化，这就需要有一个强有力的机械制造业作为基础，为国民经济的各个部门提供现代化的、成熟化的先进技术设备与装备，即各种自动化的机器、仪器和工具等。在普通的机械制造厂中，机床所担负的加工工作量很大，约占机械制造总工作量的45%～65%，机床的技术性能直接的影响到机械产品的质量和产量及其制造的经济性，进而左右着国民经济的发展水平。
我国的多工步机床及组合机床自动化的总体技术水平比发达国家要相对落后很多，国内所需要的一些高水平组合机床及自动线几乎都是从国外进口[8]。工艺装备的大量进口必然导致投资规模的扩大，并使得产品生产成本提高。因而，市场要求我们不断开发新工艺、新技术，研发新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向不断发展，满足用户需求，并能真正成为刚柔兼备的自动化装备。
但是，随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、多品种、短周期、高生产率、数控组合机床及其产线正在冲击着传统的多工步机床行业企业，因此多工步机床装备的发展思路必须是以提高多工步机床加工精度、多工步机床工作可靠性和多工步机床技术的成套性为主攻方向。一方面，不断加强数控技术应用，提高多工步机床产品数控化率；另一方面，还要进一步发展新型工业部件，尤其是多坐标部件，使其柔性化、模块化、多品种加工的市场需求。然而更重要的是通信技术在机床装备中的应用，在这些方面我国多工步机床装备还有大的差距，因此我国多工步机床技术装备高速度、柔性化、高精度、任意加工性以及通信技术的应用将会是日后的发展方向。
1.4 本课题研究的主要内容
本次研究的课题是对多工步机床的电气控制的PLC改造，即多工步机床要依次完成七个工步，之前是用传统的继电器来控制系统，但是由于各种缺点，我们用PLC对七个工步进行控制，从而实现零件的加工。本次设计过程中，一共有三个电机，分别是主轴电动机M1、快速电动机M2以及快速电动机M3，利用可编程控制器PLC对三台电动机进行电气控制，从而完成七个工步，实现零件的加工。由于采用可编程控制器(PLC)来构成其控制系统，那么系统具有体积小、维修量少、工作可靠、操作简单并能适应控制要求等优点。因此可以根据各设备的控制要求，来进行系统总体控制方案的设计。
2 工步机床控制系统的总体方案设计
2.1 系统的原理
本次课题的课程设计的功能是用来实现对一个机械零件多次不同的加工控制，即使用多工步机床来实现控制要求[3]。多工步机床对零件加工前的实习坯件利用7把刀具来完成七个工步，具体的加工顺序为：粗钻，车平面，精钻，车外沿，倒角，粗绞，精绞。利用快速电动机和慢速电动机来实现快速、慢速的进退，电磁气阀实现快慢速电动机的转换[4]。
各个工步的动作分解图如下图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7
图2-1粗钻 图2-2车平面
图2-3精钻 图2-4车外沿
图2-5倒角 图2-6粗绞
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