多工步机床的PLC控制课程设计

多工步机床的PLC控制

一.概述

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。

在可编程序控制器问世之前，继电器接触器在工业领域中占主导地位。继电器接

触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产工艺或生产任务发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制

系统用继电器和接触器控制，使用的继电器数目越多，控制的体积越大，耗电多，且

继电器触电为机械触点，工作频率较低，在频繁动作的情况下寿命较短，造成系统故障，系统可靠性差。为了解决这一问题，早在1968年，美国最大的汽车制造商通用汽

车公司，为了适应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出

要用一种新型控制装置来取代继电器接触器控制装置，并且对未来的新型控制装置做

了具体的设想，药把计算机的完备功能以及灵活性、通用性号等优点溶于新的控制装

置中，且要求新的控制装置编程简单，使得步熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使

用技术。

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。

.设计任务和要求

1 ?根据本课题要求，采用PLC控制，试设计该控制程序，画出I/O电气接口图

2.调试程序，模拟运行

设计方案

1方案的论证和分析

1. 1系统功能

本次课题的设计的功能是实现对棉纺锭子锭脚加工过程的控制，加工棉纺锭子锭脚的是多工步机床，它对零件加工前的实习坯件利用七把刀具分为七步：钻孑L,车平面钻深孔，车外圆及钻孔，粗绞双节孔及倒角，精绞双节孔和绞锥角。利用慢速电动机和快速电动机实现快慢速的进退，电子气阀实现快慢速电动机的转换。

加工时，工件由主轴上的夹头夹紧，并由主轴电动机M1带动作旋转运动。大拖板

载着六角回转工位台作横向进给运行，其进给速度由工进电动机（慢速电动机）M2、快进电动机（快速电动机）M3经电磁气阀（YV2）离合器带动丝杆控制。小拖板的纵向运动由电磁气阀（YVI）气压驱动。除第2把刀（完成第--32步，即车平面）是由小拖板纵向运动切削外，其余6把刀（完成其余6个工步）均由大拖板载着六角回转工作台横向运动切削，每进行完一个工步，六角回转工位台转动一个工位，进行下一工步的切肖U。

1. 2实现途径

实现对加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制有两种方法，一个是利用传统的继电器

的途径实现；一个是利用可编程控制器编程途径实现。两者都有各自的优缺点。具体

利用哪一种途径，需要对目的系统进行详细和全方位的分析。

1. 3实现方法

两种途径在实现的方法上也不相同。在利用传统继电器实现时，主要利用经验法，设计时思维对象是具体的继电器，禾U用各种功能的继电器实现控制电路。在利用PLC

实现时，有两种方法，一个是利用定时和基本指令组合实现。一个是利用步控指令实

现。用基本逻辑指令实现较复杂的顺序控制，其梯形图比较复杂，而且不太直观。步

控指令使复杂的顺序控制程序能够方便地实现。

1. 4技术经济比较

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，不仅加大了修理成本，而且影响了设备的工效；采用PLC实现无需

复杂的接线，而且实现起来方便，不费时。无需大量继电器，只需PLC芯片，基本无

修理成本。

2系统方案的选定

上面分析过了实现加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制有两种途径，各有优缺点。

而加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制过程复杂，工步多，分为七步，每一步又可以再

细分解成更多的操作。采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，实现起来很困难，而且可靠性不高。PLC正适合这种工序复杂的场合，编程方便，也方便维护。考虑到此系统是按顺序工作的，适合利用顺步控制指令来实现，每个操作可以看成是一个特定的状态。经过分析，我们选择PLC利用步控指令来实现系统控制。

整个机械加工过程由七把刀具分别按照七个工步要求依次进行切削，其加工步如

表所示：

要求中的工步表中不同的工步中的一些行程开关是一样的，分析一下就可以

知

道，在实际的加工过程中不同工步的一些行程开关的位置一定是不一样的。

比如第一

工步的工进过程中遇到的行程开关和第二工步的工进过程中遇到的行程开关的位置应该是不一样的，第二工步钻孔深度比第一工步钻孔深度要深。所以这两个地

方应该使

用不同的行程开关。但可以看出，在对这两个工步利用步控指令编程时，它们的过程和内容都一样。所以为了简化课程设计的工作量，我把一些相同操作的工步，只取其

中的一个，其它的都删去。

在第二三工步里，有一个纵进纵退的过程，在此过程中小拖板有电磁气阀

（YVI ）气

压驱动，虽然在实际加工的过程中纵进纵退和横向前进后退动作不一样，但在编程时，和第一工步是一样的。因此我把它也省去了。

在做了长时间的分析后，为了减少重复工作，我们只设计第一工步和第四工步。

其他的工步都省去了。

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2. 1 I/O配和外部接线图

输入输出

X0: 启动开关Y0: 电动机M1接触器KMI

XI：停止按钮Y1：

电动机M2接触器KM2

X2：行程开关SQI Y2: 电动机M3接触器KM3

X3：行程开关SQ2 Y5: 电动机M3接触器KM4

X4：行程开关SQ3

：

行程开关SQ4

2. 2系统的主电路

系统的主电路包括三个电动机，四个接触器，一个电磁阀，和一个开关。其中电

动机M1是主轴电动机受KM1控制，工进电动机和快进电动机受KM2 KM3 KM4空制。KM2实现正转相当于前进，KM3实现反转相当与后退。电磁阀YV2受KM3控制。YV2接通实现工进，YV2断开和KM4-起实现快进。

KM3 7

2. 3系统工作流程图

根据工步列表可以很方便的画出流程图。要说明的是流程图中，相邻的两个状态的转换条件没有被列出。之所以画出流程图是为了以后方便画状态转移图，他们两者有许多相似的地方。所以画流程图可以说是给状态转移图先打个草稿。加工棉纺锭子锭脚多工步机床的流程就是加工工序，启动后拖板快进-工进-延时-快退。快退到初始位置后紧接着又快进-工进-延时-工退-快退。