基于PLC控制刨床工作台的系统设计论文

维修电工技师资格考评论文论文题目：基于PLC控制刨床工作台的系统设计单位名称：南京技师学院作者：陈飞宇2012年08月28日维修电工技师资格考评论文论文题目：基于PLC控制刨床工作台的系统设计作者：陈飞宇职业技能鉴定等级：技师单位名称：南京技师学院单位地址：南京市栖霞区学海路29号指导老师：吴佑林2012年08月28日摘要刨床是机械工业主要工作母之一，在工业生产中占有重要地位，早期刨床采用交流感应电动机拖动实现，六七十年代由于微电子科技的发展，出现了由晶闸管直接供电的直流调速系统拖动工作台的方案，但直流电动机本身结构上存在严重问题，他的机械接触式换向器不但结构复杂，而且容易出现故障。随着交流调速变频技术的发展，使得交流电动机拖动刨床工作台成为可能。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。PLC（可编程控制器）是以微机技术为核心的通用工业控制装置，它功能强大，环境适应性高，可靠性高，编程简单，体积小，功耗低等优点，在短短几十年里得到迅猛发展，已经成为当代工业自动化得主要支柱之一。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。本文则设计了一套使用PLC结合变频器控制刨床工作台的控制系统，首先介绍了基于PLC控制刨床工作台系统的工艺及相关控制要求以及设计PLC控制系统的方案思路，然后按照工艺要求对系统的硬件部分进行设计，对系统的软件部分进行反复的试验，最后设计出符合工艺要求的控制系统，来说明PLC在刨床工作台运行中的应用。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。关键词：PLC变频器刨床工作台目录摘要………………………………………………………………………………………………1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。前言………………………………………………………………………………………………1第一章刨床的概述……………………………………………………………………………2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1.1刨床的分类………………………………………………………………………………2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1.2切削原理…………………………………………………………………………………2厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1.3加工特点…………………………………………………………………………………3茕桢广鳓鯡选块网羈泪。第二章系统控制要求…………………………………………………………………………4鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2.1总体方案确定……………………………………………………………………………4籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.2控制要求…………………………………………………………………………………4預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2.3变频器控制要求…………………………………………………………………………5第三章系统硬件设计…………………………………………………………………………6渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。3.1PLC简介…………………………………………………………………………………6铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3.2PLC选型…………………………………………………………………………………7擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.3变频器简介………………………………………………………………………………8贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.4变频器选型………………………………………………………………………………9第四章系统软件设计…………………………………………………………………………104.1I/O分配表………………………………………………………………………………104.2外部接线图……………………………………………………………………………104.3状态转移图……………………………………………………………………………114.4梯形图…………………………………………………………………………………124.5变频器参数设定………………………………………………………………………15第五章运行调试………………………………………………………………………………165.1硬件调试………………………………………………………………………………165.2软件调试………………………………………………………………………………16总结……………………………………………………………………………………………17致谢……………………………………………………………………………………………18坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。参考文献………………………………………………………………………………………191前言刨床是用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。使用刨床加工，刀具较简单，但生产率较低（加工长而窄的平面除外），因而主要用于单件，小批量生产及机修车间，在大批量生产中往往被铣床所代替。根据结构和性能，刨床主要分为牛头刨床、龙门刨床、单臂刨床及专门化刨床（如刨削大钢板边缘部分的刨边机、刨削冲头和复杂形状工件的刨模机）等。牛头刨床因滑枕和刀架形似牛头而得名，刨刀装在滑枕的刀架上作纵向往复运动，多用于切削各种平面和沟槽。龙门刨床因有一个由顶梁和立柱组成的龙门式框架结构而得名，工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动，多用于加工大平面（尤其是长而窄的平面），也用来加工沟槽或同时加工数个中小零件的平面。大型龙门刨床往往附有铣头和磨头等部件，这样就可以使工件在一次安装后完成刨、铣及磨平面等工作。单臂刨床具有单立柱和悬臂，工作台沿床身导轨作纵向往复运动，多用于加工宽度较大而又不需要在整个宽度上加工的工件。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。本文选用PLC和变频器作为刨床工作台的控制部分，将二者有机结合，完成刨床工作台的功能运行，再从硬件和软件二大方面综合的分析刨床工作台控制功能。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。第一章刨床的概述21.1刨床的分类牛头刨床适用于刨削长度不超过1000毫米的中小型零件。牛头刨床的特点是调整方便，但由于是单刃切削，而且切削速度低，回程时不工作，所以生产效率低，适用于单件小批量生产。刨削精度一般为IT9-IT7，表面粗糙度Ra值为6.3-3.2um,牛头刨床的主参数是最大刨削长度。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。龙门刨床龙门刨床主要加工大型工件或同时加工多个工件。与牛头刨床相比，从结构上看，其形体大，结构复杂，刚性好，从机床运动上看，龙门刨床的主运动是工作台的直线往复运动，而进给运动则是刨刀的横向或垂直间歇运动，这刚好与牛头刨床的运动相反。龙门刨床由直流电机带动，并可进行无级调速，运动平稳。龙门刨床的所有刀架在水平和垂直方向都可平动。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。龙门刨床主要用来加工大平面，尤其是长而窄的平面，一般可刨削的工件宽度达1米，长度在3米以上。龙门刨床的主参数是最大刨削宽度。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。插床插床又叫立式刨床，主要是用来加工工件的内表面。它的结构与牛头刨床几乎完全一样，不同点主要是插床的插刀在垂直方向上作直线往复运动（切削运动），工作台除了能作纵、横方向的间歇进刀运动外，还可以在圆周房间上做间歇的回转进刀运动。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。按传动方式的不同，刨床有机械传动和液压传动两类：有机械传动的牛头刨床、龙门刨床和插床；液压传动的牛头刨床和插床。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。1.2切削原理刨床是使刀具和工件之间产生相对的直线往复运动来达到刨削工件表面的目的。往复运动是刨床上的主运动。机床除了有主运动以外，还有辅助运动，也叫进刀运动，刨床的进刀运动是工作台（或刨刀）的间歇移动。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。在刨床上可以刨削水平面、垂直面、斜面、曲面、台阶面、燕尾形工件、T形槽、V形槽，也可以刨削孔、齿轮和齿条等。如果对刨床进行适当的改装，那么，刨床的适应范围还可以扩大。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。1.3加工特点根据切削运动和具体的加工要求，刨床的结构比车床、铣床简单，价格低，3调整和操作也较方便。所用的单刃刨刀与车刀基本相同，形状简单，制造、刃磨和安装皆较方便。刨削的主运动为往复直线运动，反向时受惯性力的影响，加之刀具切入和切出时有冲击，限制了切削速度的提高。单刃刨刀实际参加切削的切削刃长度有限，一个表面往往要经过多次行程才能加工出来，基本工艺时间较长。刨刀返回行程时不进行切削，加工不连续，增加了辅助时间。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。因此，刨削的生产率低于铣削。但是对于狭长表面(如导轨、长槽等)的加工，以及在龙门刨床上进行多件或多刀加工时，刨削的生产率可能高于铣削。刨削的精度可达IT9～IT8，表面粗糙度Ra值为3.2μm～1.6μm。当采用宽刃精刨时，即在龙门刨床上用宽刃细刨刀以很低的切削速度、大进给量和小的切削深度，从零件表面上切去一层极薄的金属，因切削力小，切削热少和变形小，所以，零件的表面粗糙度Ra值可达1.6μm～0.4μm，直线度可达0.02mm/m。宽刃细刨可以代替刮研，这是一种先进、有凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。效的精加工平面方法。4第二章系统控制要求2.1总体方案确定刨床工作台控制系统主要由PLC、变频器组成。可编程控制器PLC，完成系统逻辑控制部分。PLC负责处理各种信号的逻辑关系．从而向变频器发出启停等信号，同时变频器也将工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系，PLC是系统的核心。变频器实现电机调速。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。2.2控制要求1刨床工作台电动机由变频器拖动，实现程序控制速度。2刨床的垂直进刀由一台步进电动机（模拟）控制每次进刀量，并设有进刀下限和回刀上限。3刨刀的水平进刀由另一台步进电动机控制每次进刀量，并设有进刀左限和右限。4垂直与水平进刀次数根据工件尺寸和硬度设计计数器次数控制。5加工步骤为手动垂直与水平进刀至原点位置——启动——垂直进刀一次——工作程序运行一周——水平右进一次——工作程序运行一周——水平进刀次数（右限）到——垂直进刀一次——工作台程序运行一周——水平左进一次——工作台程序运行一周——水平进刀次数（左限）——垂直进刀次数（下限）到——回原位。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。6原点为左限与上限位置，车刀在原点位置时，车刀指示灯亮。7加工步骤及步进电动机（模拟）控制由PLC实现。52.3变频器控制要求变频器控制速度如图2-1所示图2-1程序控制速度图6第三章系统硬件设计3.1PLC的简介可编程控制器是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是为工业控制应用而专门设计制造的。早期可编程控制器主要应用于逻辑控制，因此称作可编程逻辑控制器（ProgammableLogicController），简称PLC。随着技术的发展，可编程控制器的功能已经大大超越了逻辑控制的范围，现今这种装置称作可编程控制器（ProgammableController）。为了避免与个人计算机的简称PC相混淆，所以仍将可编程控制器简称为PLC。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：一、电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。二、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。7三、存储器存放系统软