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四川工业科技学院毕业作业（设计）作业题目运用plc技术改造普通车床学生姓名王垒学号201311640040指导教师易兴俊专业机电一体化年级2013级学院交通学院四川工业科技学院毕业作业（设计)第1页共17页诚信承诺一、本毕业作业（设计）是本人独立完成；二、本毕业作业（设计）没有任何抄袭行为；三、若有不实，一经查出，请取消本人毕业作业（设计）成绩。承诺人：年月日四川工业科技学院毕业作业（设计)第2页共17页运用PLC技术改造普通车床摘要：本文主要阐述应用三菱公司生产的FX2N系列PLC（可编程控制器）对CA6140型普通车床进行改造的过程和方法，加强和改善对机床的控制，使机床的操作更加方便、安全、高效。并进一步说明改造的必要性，给出了CA6140型普通车床结构图,控制系统的原理图，I/O地址分配，控制系统梯形图及程序运行说明。关键词：可编程控制器PLC改造普通车床梯形图四川工业科技学院毕业作业（设计)第3页共17页引言PLC（可编程逻辑控制器），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC又以三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在各类金属切削机床中，车床是应用最多、最广泛的一种机床，在一般机械加工车间的机床配置中，车床约占50％。但是由于普通车床利用简单的机械传动装置，使得在生产过程中，容易出现误差，且工作效率不高，动作繁杂易耗费体力，一旦出错，并且会造成浪费更多的劳动力。为提高生产效率和产品质量，提高成品率和降低生产成本，所以尝试采用PLC技术对车床进行技术改造。改造后车床可以在加工中自行进行三维定位，对原件进行精细加工，并自动夹装和加工等过程。提高产品质量、降低生产成本和减少人力夹取提高生产效率等。普通车床的改进可以在车床主轴箱添加PLC控制面板，并对车床本身进行加工改造。以CA6140型普通车床为例，CA6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后车床则把两大系统的运动分离开，分别由各自的点击来控制，但是为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给运动之间的联系，所以在拆掉进给系统的同时，必须在主轴上安装一个脉冲发生器，来实现主轴传动和进给运动之间的联系。同时，为了提高机床精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠，并采用单独的步进电机来控制，这样不仅提高了车床的性能和精度，还提高了车床的使用性能。四川工业科技学院毕业作业（设计)第4页共17页目录1.PLC概述...............................................................................................51.1PLC特点.......................................................................................51.2PLC机型的选择...........................................................................61.3PLC的实际应用...........................................................................72.CA6140车床.........................................................................................82.1CA6140主要结构组成及运动特点.............................................82.2CA6140电气控制线路分析.........................................................93.PLC对CA6140的改造.......................................................................103.1控制技术要求.............................................................................113.2基于PLC的系统设计.................................................................11结论........................................................................................................14参考文献....................................................................................................15四川工业科技学院毕业作业（设计)第5页共17页1.PLC概述可编程控制器PLC是一种具有执行逻辑功能的控制装置。PLC主要由CPU、存储器、输入与输出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设功能接口及编程器等部分组成。采用周期性循环扫描的工作方式。它集自动控制技术、现代通信技术、计算机技术为于一体。PLC凭借自身所具备的通信和联网、数据处理和图像显示功能，以及消耗小、工作可靠性强、编程和控制功能转换快捷方便等优势，正逐步取代传统继电器控制系统，成为工业自动控制技术中的重要设备。1.1PLC特点PLC采用了计算机控制技术，是为了提升工业生产自动化程度而设计的控制装置。考虑到工业环境的特殊性和控制对象的多样性，PLC在产品的结构设计和控制方式上，与与继电器控制系统相比具有鲜明的特点。1.1.1工作方式不同继电器控制是按“并行”方式工作的，也就是同时执行方式。系统中只要形成电流通路，就有可能几个继电器同时工作。PLC是按“串行”发生工作的，在系统软件控制下，依照用户程序的指令要求，PLC中的CPU顺序扫描各输入点的状态，并进行数据处理，然后顺序向各输入点发出相应的控制信号。在每一时刻CPU只执行一条程序指令，直到程序结束，此过程会周而复始地反复进行。1.1.2接线方式不同通过观察发现，继电器控制系统的接线量大，控制方式变化时，接线也需要变更；而PLC系统的接线量小。这是因为，继电器控制是将各自独立的元器件中的电器触点，通过固定的接线形式来实现控制的。元件之间的电气联系需要借助于大量的接线来完成。当控制功能发生变化后，需更改元器件间的控制线路，才能够满足控制要求。而PLC的接线仅有输入端和输出端采用实际接线，其内部的线路已经通过软件“连接”起来。工作时，PLC自行将控制要求以程序的形式存储在其内部存储器中，此时送入存储器中的程序相当于继电器控制中的接触器和继电器的线圈、触点和连接导线。当控制要求改变时，只需更改存储器中的控制程序，就可以完成控制功能的改变，而不必去变动连线，因此增加了控制的灵活性和通用性。四川工业科技学院毕业作业（设计)第6页共17页1.2PLC机型的选择随着PLC技术的发展，市场上PLC产品的种类越来越多。由于规格的多样化，其结构、性能、编程方式也有所差异。实践中试根据控制电路的功能，考虑主令电器、继电器、接触器等电气元件的电气参数，并综合考虑控制功能的扩展和资金投入量来选择PLC。选择PLC的重点有以下几项。1.2.1输入/输出类型PLC输入信号的形式分为开关量、数字量和模拟量，输入量的特性为输入信号的各项点参数指标。选择时应根据输入信号的形式和特性来选择PLC的输入模块，根据负载的运行要求来选择PLC输出模块。1.2.2结构形式PLC在结构形式上可分为整体式和模块式。整体式价格便宜，体积小，但硬件配置不如模块式，且维修不便，多用于小型机，模块式PLC的各部分是独立单元，可自行选择相应模块组成所需PLC。具有配置灵活，装配方便，维修方便，扩展功能强等优点。1.2.3输入/输出点数I/O的点数要符合控制功能要求，并应留有一定的余量。由于点数的增加将带来成本的增加，所以选型前应认真考虑，将输入/输出点做合理的设计，尽少减少点数，做到既能保证设备正常运行，又能节约资金。1.2.4内存容量PLC的用户程序存储器的容量是以步为单位，每步可存储一条指令。用户程序的长短决定了内存容量的选择，用户程序的长短决定了内存容量的选择，用户程序的长短与编程方法、编程技巧有关。用户在程序设计时要尽量优化程序，以合理利用存储器的内存空间。1.2.5编程器PLC的编程器分为：简易编程器、智能编程器和采用计算机的编程器等。简易编程器价格便宜，但功能有限，只能联机编程；智能编程器既可联机也可脱机编程；计算机配上相应的编程软件后能适用于各种PLC的编程，但价格高。实践中可根据编程的实际情况选配适合的编程器。除以上几项外，PLC的响应速度、通信功能以及系列化程度也是选择PLC时需要考虑的。四川工业科技学院毕业作业（设计)第7页共17页1.3PLC的实际应用为了提高控制过程的灵活性，实现机械设备在生产中控制功能快速改变的目的，需要采用PLC对传统的继电器控制系统加以改造，在进行改造时，一般分为以下几个步骤。1.3.1分析被控对象现场观察设备的工作状态，明确各主令电器、电磁阀、继电器等电器元件的信号输入条件及设备工作状态间的转换条件。同时征求技术人员对设备改造的意见，是否需要增加新的动作。做到对设备现状以及预备功能状态心中有数。1.3.2确定输入/输出设备根据设备电气原理图以及设备功能的新要求，选择合适的主令电器、继电器电磁阀、检测元件、传感器等电器元件。所选电器元件的技术参数应能满足设备的正常运行。1.3.3PLC控制程序的设计将设备的电器原理图转化为梯形图。由电气原理图绘制梯形图比较方便，有了梯形图就可以利用编程器直接进行编程操作，也可以将梯形图转化为指令表进行编程操作。设计好的程序应输入PLC中进行试运行，可从中发现问题以便及时修改程序，做程序符合设计要求。1.3.4选择PLC及编程器根据设备的使用功能，输入/输出量的信号形式、电源形式、I/O点数分配表及接线图逐一将电器元件与PLC连接。安装时元器件配线要合理布置，接线正确、牢固、美观。导线端部要使用冷压接线片，并套上号码管，所有导线均要经过线槽布线。对于PLC的主机电源配线与动力线保持一定的距离，输入/输出线应与动力线及其他控制线分开布线。1.3.5线路检查用于传递模拟量的信号线，要使用屏蔽线，且屏蔽线接地。PLC基本单元和扩展单元之间的连线要采用厂家提供的专线连接线。为防止由于干扰而引起的误动作，PLC控制系统中的接线端子必须采用2mm2以上的导线可靠接地。1.3.6联机调试四川工业科技学院毕业作业（设计)第8页共17页将设计好并经运行通过的用户程序输入PLC开始现场通调去掉负载而仅带上输出设备（执行元件）先期调试。利用编程器的监控功能，对各部分电路分段调试，当各调试结果均正常后，再加上负载实际运行。经过一段时间运行，确认各项功能正常，程序符合设计要求。至此，控制系统的改造工作结束。2.CA6140车床CA6140是一种应用非常广泛的卧式车床，它能完成外圆、螺纹、端面、锥面、钻孔等加工工艺。PLC技术对其电气控制线行改造，可简化接线，提高设备的可靠性，具有重要的实践意义。CA6140车床外形图1-主轴箱；2-刀架；3-尾座；5、9-床腿；6-光杆；7-丝杠；8-溜板箱；11-挂轮2.1CA6140主要结构组成及运动特点主轴变速箱的功能是支撑主轴和传动使其旋转，包含有主轴及其轴承、传动机