基于PLC的钻床改造控制系统
基于PLC的钻床改造控制系统[20200410143618]
摘要
随着时代与经济的发展，钻床已经应用到社会的很多方面，但落后的技术造成了大量的生产力与资源的浪费。本文介绍了普通钻床进行改造后实现自动化的过程。其基本原理是步进电机接受到PLC命令通过自动位移来实现自动定位并完成打孔。在这次的钻床改造中所用到的控制器有：信捷XC3-60R/T/RT-E/C型号的PLC、TN765-UT/N（P）型号的触摸屏、42系列和57系列的步进电机等。文中对钻床的控制原理进行了分析并顺利完成了自动控制系统的软件和硬件设计的要求，设计的过程包括对PLC型号的选择、触摸屏型号的选择、步进电机型号的选择、I/O硬件接线图、PLC的设计程序等等。通过改造，将PLC技术应用到控制系统中，很大程度的提高了钻床的工作效率，提高钻孔的精度。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC钻床步进电机触摸屏
目录
第一章 绪论 1
1.1 设计课题的来源 1
1.2 研究的思路与目的 1
1.2.1 研究的思路 1
1.2.2 研究的目的 2
第二章 系统的设计要求 3
2.1 钻床改造系统原理 3
2.2 自动钻床控制系统PLC控制要求 3
2.3 钻床改造主要控制流程 3
2.3.1 对零点 3
2.3.2 手动调整 3
2.3.3 自动运行 3
2.4 设计的方案与内容 4
2.4.1 钻床系统改造的设计方案 4
2.4.2 设计内容 4
第三章 系统的硬件设计及概述 5
3.1 PLC的概述选型 5
3.2 触摸屏的选型 10
3.3 步进电机的选型 10
3.3.1 42系列两相步进电机的介绍 11
3.3.2 57系列两相步进电机的介绍 12
3.4 系统硬件的安全保护措施 13
3.5 电控系统元器件清单 14
3.6 PLC的硬件接线图 14
第四章 系统的软件设计 15
4.1 PLC程序设计总流程图 15
4.2 系统的自动运行部分设计及钻孔设计方案 16
4.3 程序每个部分功能 16
4.3.1 平台回零程序 17
4.3.2 平台移至第一孔并完成一个钻孔的程序 17
4.3.3 打孔程序 20
4.3.4 钻孔切换针板程序 21
4.4 方便的检修系统 21
4.5 触摸屏部分 22
第五章 程序的调试主要步骤与安装 25
5.1 程序调试前的准备工作 25
5.2 程序调试及调试工具 25
5.3 调试主要步骤 25
5.3.1 深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。 25
5.3.2 确定I/O设备 25
5.3.3 选择合适的PLC类型 25
5.3.4 分配I/O点 25
5.3.5 设计应用系统梯形图程序 26
5.3.6 将程序输入PLC 26
5.4 程序过程及结果 26
结语 27
参考文献 28
附录一 29
附录二 30
附录三 32
致谢 52
第一章 绪论
当前，我国钻床量大面广，虽然有些钻床已实现数控，而其高昂的成本令大多数小公司望而却步，大多数企业还是处于一人一机床的状况，生产的效率低、自动化的程度低、产品的质量及工作的环境差是现如今钻床的普遍问题。在实际的生产当中，需要人工的操作、各种繁琐的装置、大量的生产力的投入以及单调的生产流程是造成的这些问题的根本。在经历了多年的发展，中国钻床生产也由学习到模仿，到最后逐步实现自主创新，但在效率、精度、智能化、自动化、绿色环保等方面与国外先进水平还有很大的差距。所以今后钻床的发展主旋律第一步就是要进一步提高生产的效率、产品的精度，提升自动化、智能化、网络化的水平；第二步要一步一步向尖端柔性制造和加工系统过渡。现阶段在不浪费现有仪器的基础上，可以适应性的对钻床进行改造，一方面将原有的钻床改造后综合利用，另一方面能够提高生产效率与提升产品精度。
1.1设计课题的来源
本次毕业设计课题——基于PLC的钻床改造控制系统，是老师以前的学生陆学长提供给我的。陆学长现在就职于一家PLC产品设计公司，从事PLC编程工作，对PLC等自动化设备有较强应用能力。
1.2 研究的思路与目的
1.2.1 研究的思路
我国大部分钻床设备过于陈旧，尤其是一些小型工厂，虽然这些钻床需要前期投入低，但后期的生产效率也低。那么我们该如何实现低成本与高效率呢，做到事半功倍。通过研究以及对PLC的了解，可以将钻床的加工过程实现部分自动化，剔除多余人工作业。具体是将PLC指令传达给步进电机，由步进电机来代替原来人工的移位与工进操作，不仅减少了大量的人力，而且又可以提高加工精度。
1.2.2 研究的目的
这次毕业设计的目的一方面可以检验我大学期间学的专业知识是否过硬，能不能够胜任具体的实际操作与应用；另一方面能培养钻研吃苦的能力；最重要的是能为以后毕业找工作奠定一个好基础，是一次很好的锻炼机会。
第二章 系统的设计要求
2.1 钻床改造系统原理
整个钻床电控系统大致可以分为以下几部分：
1.传动系统：一般的钻床的传动系统也就是我们所指的人通过移动工件实现传动，改造后的传动系统则是步进电机，由步进电机的运动来控制钻头的左右的运动；
2.进给系统：进给系统顾名思义就是钻头向下位移打孔的过程系统，传统的钻床由人工位移来实现，改造后的系统由步进电机自动位移来控制；
3.夹紧系统：夹紧系统有人工通过夹具夹紧；
4.控制系统：目前的机床控制系统有计算机数控、继电器、接触器和PLC等来实现控制。因为继电器接触器电气控制联动关系复杂和维修起来困难，再加上出事故率较高；而计算机数控技术的成本由于高且系统及其复杂，所以选择PLC控制。
2.2 自动钻床控制系统PLC控制要求
钻床钻孔工序步骤：首先将需加工的产品放置钻床上并夹紧，此时按下开关，通过接近开关钻孔会自动根据触摸屏上设置的参数通过步进电机运行至程序原点。这时候钻孔（孔的直径大约在0.7至0.9mm之间）开始工作，当打完第一个孔时，钻孔会位移到第二个孔的位置并开始工作，直至打完第一行的孔时，手动调整位移至第二行钻孔位置，钻孔继续打孔。孔的数量与孔的间距可根据要求在触摸屏上做具体设置。这样一次钻孔工序也就完成了。
本钻床加工对象是纺织机械的零件针板，系统有五个钻床组成，每个钻床可以一次加工两个针板，每个针板需打两排孔，具体要求如下：
1.按下启动按钮，系统进入启动状态；
2.此时平台需要人工操作使之回到零点位置；
3.当光电传感器检测到有针板放入时，进入预备状态，步进电机控制Z轴方向和X轴方向的位移；
4.当钻头接触针板之前做快速下降，接触时做缓速下降，以此保证钻头不被损坏，也能提高工作效率；
5.钻床同时打完一个孔后，步进电机根据设定的参数带动针板的位移，做循环打孔工作；
6.当第一块针板的第一排孔完成时，会根据设定的针板之间的距离自动位移；
7.当第一排孔完成时，手工将钻头移至第二排位置，并继续打孔；
8.当钻孔完成时，平台回零；
9.手动调节平台回到初始位置；
10.如再有针板到来，实现上述过程。
图2-1 钻床系统加工完成的成品样式
2.3 钻床改造主要控制流程
根据上述分析，将系统的主要控制流程分为三大类，对零点、手动调整、自动运行来完成。
2.3.1 对零点
钻床同时运行5个钻头，开始无法保证每个钻孔都在一个水平上，更不能保证它们都在程序零点上，这样加工出来的产品肯定不符合设计的要求，此时就需要对每个钻头进行对零（对零采用人工校准），确保产品的精度。
摘要
随着时代与经济的发展，钻床已经应用到社会的很多方面，但落后的技术造成了大量的生产力与资源的浪费。本文介绍了普通钻床进行改造后实现自动化的过程。其基本原理是步进电机接受到PLC命令通过自动位移来实现自动定位并完成打孔。在这次的钻床改造中所用到的控制器有：信捷XC3-60R/T/RT-E/C型号的PLC、TN765-UT/N（P）型号的触摸屏、42系列和57系列的步进电机等。文中对钻床的控制原理进行了分析并顺利完成了自动控制系统的软件和硬件设计的要求，设计的过程包括对PLC型号的选择、触摸屏型号的选择、步进电机型号的选择、I/O硬件接线图、PLC的设计程序等等。通过改造，将PLC技术应用到控制系统中，很大程度的提高了钻床的工作效率，提高钻孔的精度。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC钻床步进电机触摸屏
目录
第一章 绪论 1
1.1 设计课题的来源 1
1.2 研究的思路与目的 1
1.2.1 研究的思路 1
1.2.2 研究的目的 2
第二章 系统的设计要求 3
2.1 钻床改造系统原理 3
2.2 自动钻床控制系统PLC控制要求 3
2.3 钻床改造主要控制流程 3
2.3.1 对零点 3
2.3.2 手动调整 3
2.3.3 自动运行 3
2.4 设计的方案与内容 4
2.4.1 钻床系统改造的设计方案 4
2.4.2 设计内容 4
第三章 系统的硬件设计及概述 5
3.1 PLC的概述选型 5
3.2 触摸屏的选型 10
3.3 步进电机的选型 10
3.3.1 42系列两相步进电机的介绍 11
3.3.2 57系列两相步进电机的介绍 12
3.4 系统硬件的安全保护措施 13
3.5 电控系统元器件清单 14
3.6 PLC的硬件接线图 14
第四章 系统的软件设计 15
4.1 PLC程序设计总流程图 15
4.2 系统的自动运行部分设计及钻孔设计方案 16
4.3 程序每个部分功能 16
4.3.1 平台回零程序 17
4.3.2 平台移至第一孔并完成一个钻孔的程序 17
4.3.3 打孔程序 20
4.3.4 钻孔切换针板程序 21
4.4 方便的检修系统 21
4.5 触摸屏部分 22
第五章 程序的调试主要步骤与安装 25
5.1 程序调试前的准备工作 25
5.2 程序调试及调试工具 25
5.3 调试主要步骤 25
5.3.1 深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。 25
5.3.2 确定I/O设备 25
5.3.3 选择合适的PLC类型 25
5.3.4 分配I/O点 25
5.3.5 设计应用系统梯形图程序 26
5.3.6 将程序输入PLC 26
5.4 程序过程及结果 26
结语 27
参考文献 28
附录一 29
附录二 30
附录三 32
致谢 52
第一章 绪论
当前，我国钻床量大面广，虽然有些钻床已实现数控，而其高昂的成本令大多数小公司望而却步，大多数企业还是处于一人一机床的状况，生产的效率低、自动化的程度低、产品的质量及工作的环境差是现如今钻床的普遍问题。在实际的生产当中，需要人工的操作、各种繁琐的装置、大量的生产力的投入以及单调的生产流程是造成的这些问题的根本。在经历了多年的发展，中国钻床生产也由学习到模仿，到最后逐步实现自主创新，但在效率、精度、智能化、自动化、绿色环保等方面与国外先进水平还有很大的差距。所以今后钻床的发展主旋律第一步就是要进一步提高生产的效率、产品的精度，提升自动化、智能化、网络化的水平；第二步要一步一步向尖端柔性制造和加工系统过渡。现阶段在不浪费现有仪器的基础上，可以适应性的对钻床进行改造，一方面将原有的钻床改造后综合利用，另一方面能够提高生产效率与提升产品精度。
1.1设计课题的来源
本次毕业设计课题——基于PLC的钻床改造控制系统，是老师以前的学生陆学长提供给我的。陆学长现在就职于一家PLC产品设计公司，从事PLC编程工作，对PLC等自动化设备有较强应用能力。
1.2 研究的思路与目的
1.2.1 研究的思路
我国大部分钻床设备过于陈旧，尤其是一些小型工厂，虽然这些钻床需要前期投入低，但后期的生产效率也低。那么我们该如何实现低成本与高效率呢，做到事半功倍。通过研究以及对PLC的了解，可以将钻床的加工过程实现部分自动化，剔除多余人工作业。具体是将PLC指令传达给步进电机，由步进电机来代替原来人工的移位与工进操作，不仅减少了大量的人力，而且又可以提高加工精度。
1.2.2 研究的目的
这次毕业设计的目的一方面可以检验我大学期间学的专业知识是否过硬，能不能够胜任具体的实际操作与应用；另一方面能培养钻研吃苦的能力；最重要的是能为以后毕业找工作奠定一个好基础，是一次很好的锻炼机会。
第二章 系统的设计要求
2.1 钻床改造系统原理
整个钻床电控系统大致可以分为以下几部分：
1.传动系统：一般的钻床的传动系统也就是我们所指的人通过移动工件实现传动，改造后的传动系统则是步进电机，由步进电机的运动来控制钻头的左右的运动；
2.进给系统：进给系统顾名思义就是钻头向下位移打孔的过程系统，传统的钻床由人工位移来实现，改造后的系统由步进电机自动位移来控制；
3.夹紧系统：夹紧系统有人工通过夹具夹紧；
4.控制系统：目前的机床控制系统有计算机数控、继电器、接触器和PLC等来实现控制。因为继电器接触器电气控制联动关系复杂和维修起来困难，再加上出事故率较高；而计算机数控技术的成本由于高且系统及其复杂，所以选择PLC控制。
2.2 自动钻床控制系统PLC控制要求
钻床钻孔工序步骤：首先将需加工的产品放置钻床上并夹紧，此时按下开关，通过接近开关钻孔会自动根据触摸屏上设置的参数通过步进电机运行至程序原点。这时候钻孔（孔的直径大约在0.7至0.9mm之间）开始工作，当打完第一个孔时，钻孔会位移到第二个孔的位置并开始工作，直至打完第一行的孔时，手动调整位移至第二行钻孔位置，钻孔继续打孔。孔的数量与孔的间距可根据要求在触摸屏上做具体设置。这样一次钻孔工序也就完成了。
本钻床加工对象是纺织机械的零件针板，系统有五个钻床组成，每个钻床可以一次加工两个针板，每个针板需打两排孔，具体要求如下：
1.按下启动按钮，系统进入启动状态；
2.此时平台需要人工操作使之回到零点位置；
3.当光电传感器检测到有针板放入时，进入预备状态，步进电机控制Z轴方向和X轴方向的位移；
4.当钻头接触针板之前做快速下降，接触时做缓速下降，以此保证钻头不被损坏，也能提高工作效率；
5.钻床同时打完一个孔后，步进电机根据设定的参数带动针板的位移，做循环打孔工作；
6.当第一块针板的第一排孔完成时，会根据设定的针板之间的距离自动位移；
7.当第一排孔完成时，手工将钻头移至第二排位置，并继续打孔；
8.当钻孔完成时，平台回零；
9.手动调节平台回到初始位置；
10.如再有针板到来，实现上述过程。
图2-1 钻床系统加工完成的成品样式
2.3 钻床改造主要控制流程
根据上述分析，将系统的主要控制流程分为三大类，对零点、手动调整、自动运行来完成。
2.3.1 对零点
钻床同时运行5个钻头，开始无法保证每个钻孔都在一个水平上，更不能保证它们都在程序零点上，这样加工出来的产品肯定不符合设计的要求，此时就需要对每个钻头进行对零（对零采用人工校准），确保产品的精度。
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