课程设计说明书

设计题目：三工位钻床的plc控制系统设计

学生姓名。学号。

专业班级： 11-机制（4）班。

指导教师：马。

2024年 06 月 28 日。

目录。任务书 0

第1章引言 1

第2章整体设计方案论证 2

2.1总体方案说明 2

2.1.1 控制要求 2

2.1.2 制定控制方案 2

2.2控制方式选择 3

第3章控制系统设计 3

3.1动作特性 3

3.2 plc型号的选择 4

3.3 液压控制部分的设计 5

3.4 控制流程图 6

3.5 i/o地址分配表 7

3.6 i/o接线图 8

3.7梯形图 8

3.8 电器位置图和安装接线图的设计 15

结论 16致谢 16

参考文献 17

附录a：语句指令表程序 18

附录b：钻床元器件明细表 19

随着科学技术的不断发展，机械加工的方法和手段也逐渐变得丰富起来，各种先进技术被人们引入机械行业中来形成各种新兴学科，机电一体化就是其中一门。机电一体化是以电子技术特别是微电子技术为主导、多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高技术，是机械与电子的有机结合产物。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。

机械一体化的机械加工比传统机械加工有很大的优越性。在本课题中，机电一体化的好处显得尤为突出。

三工位工作台旋转机床设备在机加工等自动化机床设备中得到广泛引用，通过控制工作台旋转，可以实现在加工过程中同时完成上料和卸料工作，并能实现流水作业，大大提高了工作效率，降低工人劳动强度。若在上料和卸料工位设计合适的机械手，则可实现无人上料和卸料工作。

ｐｌｃ的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的**低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使plc在工业生产过程自动化中获得广泛应用。

目前ｐｌｃ已经在工业生产过程中得到广泛应用，它具有结构简单易于编程、性能优越、可靠性能高、维修方便和使用方便的一系列优点。根据课程设计要求，以西门子s7-200系列plc来实现控制钻床三工位工作台旋转控制设计。

钻床加工三工位工作台是由送料、钻孔、卸载三部分组成。工作台每旋转120°完成一个工位，循环运行。来实现工件的快速送料、钻孔、卸载的流水作业系统。

整个方案包括以下几个方面：分析设计要求，控制元件选择，液压控制系统设计，plc系统设计。

1）最大钻孔直径为300mm。

2）主轴拖动要求正反转，且具有点动控制。

3）钻床的工作要求，钻孔的自动加工循环图见下图。

4）必要的保护环节，照明，信号指示。

5）上料器、夹紧装置、卸料器、钻头上下运动由液压缸驱动。夹紧力由压力继电器检测控制。钻头旋转、工作台旋转由电动机驱动。

（1）用选择开关来决定控制系统的全自动和手动调整方式。

（2）手动调整采用按钮点动的控制方式。

（3）系统处于半自动工作方式时，每执行完成一个工作循环，用一个启动按钮来控制进入下一次循环。

（4）系统处于全自动运行方式时，可实现自动往复地循环执行。

（5）系统运动不很复杂，采用三台电动机：主动电动机、液压电动机和工作台旋转电动机。除了主轴转动和工作台旋转用电动机拖动外，其他所有所有运动都可以采用液压传动。

（6）对于部分与顺序控制和工作循环过程无关的主零部件和控制部件，采用进入plc的控制方式以达到方便控制。

三工位旋转工作台控制系统的设计任务主要由两大部分，其中最主要的就是plc梯形图设计，也就是程序设计；其次是液压控制原理图的设计。

三工位旋转工作台控制动作特性如下：

其工作示意如图3-1所示。三个工位分别完成上料、钻孔和卸料。

图3-1 三工位旋转工作台系统示意图。

工位1：工作台旋转到工位1后上料器推进，料到位后退回等待。

工位2：工工作台旋转到工位2后，夹紧装置将料加紧，钻头向下进给钻孔，下钻到位后退回，退回到位后工件松开，放松完成后等待。

工位3：工作台旋转到工位3后，卸料器向前将加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。

其控制线路原理图附录1；

3.2 plc型号的选择。

选择plc机型，主要考虑以下几个因素：

3.2.1 依据plc的物理结构。

plc的物理结构有整体式、模块式和叠装式三种。整体式的每一i/o点的平均**比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统而且没有特殊的控制任务，整体式plc完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式plc比模块式和叠装式plc**便宜，因此钻床的plc电气控制系统采用整体式结构的plc。

3.2.2 依据plc的指令功能。

因为任何一种plc都可以满足开关量电气控制系统的要求，所以本设计将尽量采用**便宜的plc。

3.2.3 依据plc的输入输出点数。

如表1和表2所示，g607型圆锯床的电气控制系统需要23个输入口和12个输出口，而plc的实际输入点数应等于或大于所需输入点数23，plc的实际输出点数应等于或大于所需输出点数12，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的裕量。

3.2.4 依据plc的存储容量。

plc存储器容量的估算方法：对于仅有开关量输入和输出信号的电气控制系统，将所需的输入和输出点数乘以8，就是所需plc存储器的存储容量（单位为bit）即：

23+12）×8=280 bits

3.2.5 依据输入模块的类型。

输入模块的输入电压一般为dc24v、ac110v和ac220v。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。

因为本设计是基于plc的钻床的电气控制系统，工作环境并不恶劣，且对电气控制系统操作人员来说dc24v电压较ac110v电压安全些。所以，本基于plc的钻床的电气控制系统的plc输入模块应选直流输入模块，输入电压应为dc24v电压。

3.2.6 依据输出模块的类型。

plc输出模块有继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型三种。

继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，每一点的输出容量较大（可达2a）,在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制。

晶体管型与晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应带宽快，寿命长，但是过载能力差，每1点的输出量只有0.5a，4点同时输出的总容量不得超过2a。

由于钻床的控制对象对plc输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本设计选用继电器型的输出模块，并结合钻床电气控制系统的实际情况，需要的输入点数大于23个，输出点数大于12个。

综上可知，为了使钻床在改造后能够很好地工作，确定使用日本三菱公司生产的fx2n—40mr型号的plc。该型plc不但具有钻床电气控制系统所需要的所有指令功能（其总输入点数为24点，总输出点数为16点，用户存储器容量5kb，输入模块电压为dc24v，输出模块为继电器型），而且体积小，功能强，使用非常方便，性价比较高。

根据三工位旋转工作台的动作要求，控制部分大多采用液压电磁阀控制。当送料器送料到位后碰到送料到位行程开关时碰到送料退回电磁阀，使液压阀供油方向发生改变，活塞杆退回。活塞杆退回到位后碰到退回到位行程开关，使液压阀动作处于中间位置，工位1处于等待状态。

工位2动作顺序是工作台转动到位后液压阀动作夹紧，夹紧后压力继电器动作使活塞缸处于保压状态，同时使钻头旋转以及下降。等钻头下降达到行程开关位置处钻头停止下降，上升继电器得电转而钻头上升。钻头上升到位碰到行程开关使钻头停止转动和上升，并且活塞杆放松工件。

放松完成碰到行程开关使工位2处于等待状态。工位3的动作顺序是工作台旋转结束后活塞缸推动工件开始卸料，到行程开关后活塞杆反行程电磁阀得电退回，退回到位碰到行程开关处于等待状态。等三个工位都停止动作后，工作台旋转电磁阀的电，工作台旋转进入下一个循环。

根据要求做出合理的液压原理图如图3-2示。

图3-2 液压原理图。

根据三工位旋转工作台的控制要求，在不同的工位能同时进行加料、钻孔加工和卸料。根据课程设计的具体要求，分析并设计如下流程图3-3：

图3-3 控制流程图。

三工位旋转工作台控制系统在很大程度上是利用继电器实现的，而最初的plc就已经有很完善的继电器控制功能了。在这里选用plc控制完全是对症下药，根据设计内容我们不难发现这个系统有23个输入信号和10个输出信号。而cpu226拥有24个输入端16个输出端，所以在此选用cpu226就能满足要求。

分配表如下表1所示：

表1：输入输出信号对照表。

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