去毛刺机床电气控制分析与plc改造（终稿）—-毕业论文设计

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

去毛刺机床电气控制分析与PLC改造

卞国新

班 级 07机电四 专 业 机电一体化 教 学 系 机电系 指导教师 李智明

完成时间 年 月 日至 年 月 日

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目 录

1 概述-------------------------------------------------------------------1

1.1去毛刺机的介绍与改造要求--------------------------------------------1 1.2电气控制系统------------------------------------------------------2 1.3可编程序控制器----------------------------------------------------3 2 专业去毛刺机床电气控制线路分析-----------------------------------------5

2.1工艺过程----------------------------------------------------------5 2.2主电路原理图的分析------------------------------------------------5 2.3控制电路的分析----------------------------------------------------6 3 程序的调试与PLC的使用-------- ------------------------- -------------14

3.1基于PLC对机床控制电路进行改进-----------------------------------14

3.1.1控制要求----------------------------------------------------14 3.1.2输入输出配置------------------------------------------------15 3.1.3工作方式与梯形图--------------------------------------------16 3.1.4程序清单----------------------------------------------------18 3.2调试与运行----------------- --------------------------------------14 4结论-------------------------------------------------------------------21 个人小结 谢辞 参考文献 附图

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摘 要：

本次毕业论文是专用对去毛刺机床设备的介绍，工作原理与电气控制系统的分析，再对机床辅助电路控制系统进行PLC改造。主要进行了对电气控制系统的改进，在以前继电器控制系统产品的基础上，采用了工业控制专用计算机——可编程控制器控制系统。在PLC及外部电气系统控制下，通过控制进给油泵电机、主轴电机、冷却电机、等三个电磁阀的逻辑程序动作，完成去除各类零件的毛刺任务。利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床电气控制对系统液压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。 关键词：主轴电机、专用去毛刺机床、PLC

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1 概 述

随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来一门新兴边缘技术学科。该设备名称为去毛刺专用机床。它是适用于各类零件毛刺去除。机床的有三个电机和三个汽缸，主轴电机，进给电机，冷却电机，定位夹紧缸，插刀缸，去刺缸，接触器，继电器等组成。

1.1去毛刺机床的介绍与改造要求

在现代化工业生产中，生产工艺要求的提升，使得在工业生产的各个过程中工作要求更加缜密，更加仔细。其中之一的对工厂加工部件的去毛刺机的这一过程就突显对生产工艺的要求之高。去毛刺机床是目前工业生产过程中对工部件表面进行抛光处理的一种较为常用的系统设备。去毛刺机床可以去处各种工件生产加工时产生的毛刺。去毛刺机床主运动由电动机M1集中传动，旋转零件是靠主轴运动来完成。 主轴电动机M1制动采用接触器反接制动器。 刀架快速移动、加工由进给油泵电动机M2拖动。 冷却泵由电动机M3拖动。进给运动的纵向左右运动，横向前后运动，以及快速移动、转动都由手动操纵。

此次毕业设计，是根据生产机械的控制要求，完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料，采用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床液压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。

任务是：将加工出来的半成品零件在生产过程中所产生的毛刺进行去除。

要求是：工件从定位夹紧→插刀进→去刺进→去刺退→插刀退→松夹拨销。将操作方式由电气系统控制的手动控制操作改进为由可编程序控制器（PLC）控制的手动与自动控制操作。机床电机的控制仍是用继电器和接触器来控制。

1.2 电气控制系统

电气控制系统是由电气元件按照一定要求连接而成，是机床的重要组成部分。不但可对各台电动机的启动、制动、反转、停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、联锁、顺序切换、显示工作状态的功能。但对生产过程比较复杂的系统使用继电器和接触器会产生一些问题，比如说①接线复杂，维护费时费力。②元器件多，故障点就多。③接线完成后就只能实现一种特定的功能。④操作繁琐。

1.3 可编程序控制器

可编程序控制器（Programmable Logic Controller，习惯上简称为PLC）是以微处理器

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为核心的通用工业自动化装置。是20世纪60年代末在继电器控制系统的基础上开发出来的，它将传统的继电器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。具体来说，PLC的特点表现为以下几个方面：①硬件的可靠性高。PLC专业在工业环境的恶劣条件下应用而设计。一个设计良好的PLC能置于有很强电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固、简化安装，使它易于抗振冲击，对印刷电路板的设计、加工和焊接都采取了极为严格的工艺措施，而在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以在发生故障的部位大多集中在输入/输出的部位以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁阀、电机等外围装置上。②编程简单，使用方便。用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序的执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种损耗是微不足道的。③接线简单，通用性好。在电信号匹配的情况下，PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀）与PLC输出端子连接。接线简单、工作量少，省去了传统的继电器控制系统的接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的逻辑关系，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上已经设计成为PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。④可连接为控制网络系统。PLC可连接成为功能很强的网络系统。一般PLC网络可以分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500～2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，通信速率1M～10Mbps，传输距离为500～1000m，网上结点达1024。这两类网络相连，可以兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。⑤易于安装，便于维护。PLC安装简单而且功能强大，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方。在大型PLC系统的安装中，远程输入/输出安放在最优地点。远程I/O站通过同轴电缆或双轴线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，远程子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有的器件都是模块化的，维护时只需要换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，能指示器件是否正常工作，借阻于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。另外，PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体，并且还可以完成以下功能：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、A/D和D/A转换、数据处理、通信联网、对控制系统监控。总的来说，PLC的推广应用已在世界范围内形成热潮，目前PLC发展方向主要是朝着小型化、廉价化、标准化、系列化、智能化、高速化、大容量化、网络化方面发展，这将使PLC功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用而更广。

因此，近年来在工业自动化控制、机电一体化、改造传统产业等方面广泛的应用。

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2 专业去毛刺机床电气控制线路分析

2.1 工艺过程

工件的定位夹紧装置的动作由二位四通电磁换向阀完成定位液压缸和夹紧缸动作，控制插刀液压缸和去刺液压缸活塞运动方向的切换电磁阀线圈三位四通电磁换向阀与三位四通电磁换向阀来完成。

去毛刺液压控制生产线的工艺流程具体说明如下：

（1）、定位夹紧缸工作：夹紧工件，工件被夹紧后，夹紧缸内压力达到压力继电器KP设定的值后停止工作，转到下一步工序。

（2）、插刀缸工作： 插刀前进，碰到工件后即触到限位开关2ST（SQ2）后停止。 （3）、去刺缸工作：去刺前进，去刺结束后，碰到限位开关4ST（SQ4）后停止。

（4）、去毛刺完毕后：去刺后腿，退回至碰到限位开关3ST（SQ3）后停止。 （5）、插刀后腿：碰到限位开关1ST（SQ1）即停止工作。

（6）、插刀完毕后：定位夹紧缸开始松夹停止，被去过毛刺好的工部件被取下来。 至此，整个取毛刺的过程完成了一个工作循环，再按下启动按钮，则开始下一个工件去毛刺的工作循环。

2.2 对主电路原理图的分析

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图2—1 电气原理图

主电路的电机是由接触器KM1、KM2、KM3分别控制，如图2—1所示。

机床的三相电源由电源引入开关QS引入，经熔断器FU1，实现对主电路的过流过压和短路保护。

主轴电动机M1，由接触器KM4控制运行，接触器KM1串联电阻R实现降压制动。同时采用过热继电器FR1实现过载保护，还有接地保护。另外用速度继电器KS来限制电机的最大转

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速。

进给电动机M2，由接触器KM2控制实现刀架的快速移动加工，有接地保护和过载保护——过热继电器FR2.

冷却电机M3，由接触器KM3来控制实现拖动冷却泵对工件进行冷却，有接地保护和过载保护——过热继电器FR3。

机床电气传动的特点及控制

(1) 机床主运动由电动机M1集中传动，旋转零件（满足零件加工要求）是靠主轴运动来完成。

(2) 主轴电动机M1制动采用接触器反接制动器。 (3) 刀架快速移动、加工由进给油泵电动机M2拖动。 (4) 冷却泵由电动机M3拖动。

(5) 进给运动的纵向左右运动，横向前后运动，以及快速移动、转动都由手动操纵。 电动机型号：( GB 755-81《电机基础技术要求》)

主轴电机M1：Y160M-4 11KW 380V 23.0A 1460r/min 进给电机M2：Y90S-4 1.1KW 380V 2.7A 1400r/min 冷却电机M3：JCB-22 0.15KW 380V 0.43A 2790r/min

2.3 电路控制分析

合上引入开关QS，按下开关SB4，继电器KM4锝电，电机M1运转，同时常开开关KM4闭合实现自锁。开关SB1是转换开关，按下SB1继电器KM4失电。当电机M1的转速小于速度继电器KS的设定值，电机M1直接停止工作。当电机M1的转速大于速度继电器KS的设定值，KS的常开开关就会闭合，继电器KM1得电，电机M1与R串联，电机电压降低，电机转速下降最后停止工作。

按下按钮SB2接通接触器KM2，KM2得电，常开开关KM2闭合自锁，按下SB5继电器KM2失电，电机停止工作。

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电机M3由继电器KM3控制 ，SB3为启动开关 ，SB5为停止开关。合上按钮SB4,中间继电器KA1得电，同时常开开关KA1闭合自锁。加紧汽缸开始工作，当缸内压力达到压力继电器KP的设定值后，常开开关KP闭合，KA2得电，开关KA2闭合自锁，同时KA1失电保持。插刀缸前进，碰到工件后即触动限为开关2ST（SQ2）后停止。限位开关SQ2闭合，中间继电器KA4得电，去刺缸前进，去刺结束后，碰到限位开关4ST（SQ4）后停止。限位开关SQ4闭合，中间继电器KA5得电，去刺后退，退回至碰到限为开关3ST（SQ3）后停止。限为开关SQ3闭合，中间继电器KA3得电，碰到限位开关1ST（SQ1）即停止工作。

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3 控制系统的PLC改进设计

3.1设计PLC控制系统

3.1.1控制要求

本生产线除装卸工部件外，整个工艺过程能自动运行。同时，定位夹紧缸、去刺缸、插刀缸均能进行自动化控制和手动控制，以便对设备进行调整和检修。采用了二位四通电磁换向阀完成定位液压缸和夹紧缸动作，控制插刀液压缸和去刺液压缸活塞运动方向的切换电磁

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阀线圈三位四通电磁换向阀与三位四通电磁换向阀来完成。

3.1.2 输入输出配置

根据机床工作的动作顺序，各个继电器与电机的得电顺序和各动作之间的互锁与联锁等输入信号分析：

（1） 输入信号

1）行程开关：用于定位加紧汽缸，插刀汽缸，去刺汽缸的位置检测和自锁每个汽缸采用4个接触式开关。

2）主令开关：泵的起停开关，手动和自动转换开关，急停按钮 。

（2） 电磁阀线圈：控制汽缸换向的电磁阀，共6个电磁阀线圈，还有一个泵控制线圈。 由此可见，本系统至少需要19个输入点和7个输出点。

3.1.3 PLC上的选用与I/O地址的分配

已知控制系统的输入输出的点数：输入点为19点；输出点为7点。选择日本三菱公司生产的F系列产品。因此选择了F2N-48MR型可编程控制器。其输入继电器编号为X0～X7，X10～X17，X20～X27共24点；输出继电器的编号为Y0～Y7和Y10～Y17，Y20～Y27共24点。

1）I/O分配见表3—1。

表3-1 I/O信号分配表

输 入 定位夹紧到位 定位夹紧后位 插刀到位 插刀后位 去刺到位 去刺后位 脚踏开关（开） 脚踏开关（关） 自动 手动 定位夹紧 拔销松夹 插刀进 插刀退 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 输 出 建压 定位夹紧 拔销松夹 插刀进 插刀退 去刺进 去刺退 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 10

急停 去刺进 去刺退 泵启动 泵停止 X16 X17 X20 X21 X22 总计输出点数为 7 总计输入点数为 19 3.1.4 工作方式与梯形图

根据生产工艺和控制要求编制的梯形图，应包括手动操作和自动控制两段程序。 （1） 手动操作

设有夹紧、放松手动操作；插刀进、退手动操作；去刺进、退手动操作。手动控制梯形图3—2 第1段程序CJP700－EJP700逻辑行程序段。当工作方式选择旋钮SB4置于“手动”时，X11常闭触点断开，转换条件成立，执行“手动”控制程序。按下按钮SB2时，X21常开触点接通Y0得电，液压机建压启动。拨动旋钮SB5时，X12或X13常开触点接通，Y1或Y2、YV1得电吸合，定位夹紧缸定位夹紧或拨销松夹。同理，拨动旋钮SB6时，X14常开触点接通Y3或X15常开触点接通Y4，YV2得电或YV3d得电，插刀缸进刀或退刀。拨动SB7时，X17常开触点接通Y3或X20常开触点接通Y6，YV4得电或YV5得电，去刺缸去刺进或去刺退。为了避免定位夹紧缸、插刀缸、去刺缸在完成了相应的定位夹紧/拨销松夹；插刀/退刀；去刺进/去刺退的工作后仍然继续施加压力，所以在进行每项工作时都添加了限位保护开关，以确保施力准确到位。另外，在每步中，也都添加了互锁的环节，为了防止定位夹紧和拨销松夹、插刀进退、去刺进退的同时进行。最重要一点就是在插刀进到去刺退的这个阶段还要保证定位夹紧缸时时刻刻夹紧工部件，否则，这个阶段所有工作全都失效。

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图3-2 手动操作梯形图

（2） 自动控制

去毛刺的过程时典型的顺序控制，通常采用中间继电器来实现控制要求。去毛刺PLC控制系统的梯形图如图3—3。图中第2段程序CJP701—EJP701为自动控制程序段，要进行自动控制程序，自动工作的动作过程说明如下：

（1）、定位夹紧缸工作：夹紧工件，工件被夹紧后，夹紧缸内压力达到压力继电器KP设定的值后停止工作，转到下一步工序。

（2）、插刀缸工作： 插刀前进，碰到工件后即触到限位开关2ST（SQ2）后停止。 （3）、去刺缸工作：去刺前进，去刺结束后，碰到限位开关4ST（SQ4）后停止。 （4）、去毛刺完毕后：去刺后腿，退回至碰到限位开关3ST（SQ3）后停止。 （5）、插刀后腿：碰到限位开关1ST（SQ1）即停止工作。

（6）、插刀完毕后：定位夹紧缸开始松夹停止，被去过毛刺好的工部件被取下来。 至此，整个取毛刺的过程完成了一个工作循环，再按下启动按钮，则开始下一个工件去毛刺的工作循环。

在实际自动控制过程中，会出现一系列不可预见的情况，在此特别注明，在设计中增加了脚踏开关SF1、SF2，因为在实际定位夹紧工部件所处的位置并不是象理想中一样完美，添加SF1以便于调整零件的位置，SF2实为SF1自锁，伴随整个自动过程。添加急停按钮SEM1，

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目的是为了在工作中如果出现意外事故，即可以采取紧急的制停措施，从而不至于造成更大的伤害。

图3-3 自动操作梯形图

3.1.5 程序清单

根据梯形图编制的程序单如下： 程序号 0001 指 令 LD X506 程序号 0054 指 令 OUT M100 13

0002 0003 0005 0006 0007 0008 0009 0011 0012 0013 0014 0015 0016 0017 0018 0019 0020 0021 0022 0023 0024 0025 0026 0027 0028 0029 0030 0031 ANI OUT LD OR OUT LDI ANI LD ANI ANI OUT LD ANI ANI OUT LD ANI ANI AND OUT LD ANI AND ANI OUT LD ANI ANI X507 T454 K5 T454 Y430 Y430 X410 Y430 CJP700 X411 X400 Y432 Y431 X412 X505 Y431 Y432 X413 X402 Y434 Y431 Y433 X500 X401 Y431 Y433 Y434 X503 X404 Y436 0055 0056 0057 0058 0059 0060 0061 0062 0063 0064 0066 0067 0068 0069 0071 0072 0073 0074 0075 0076 0077 0078 0079 0080 0081 0082 0083 0084 LD OR ANI ANI ANI AND AND OUT LD OUT OR LD AND OUT ANI ANI ANI AND OUT LD OR OR ANI ANI AND OUT LD OR X406 Y433 T452 X404 Y434 Y431 M100 Y433 X404 T450 K1 Y435 M100 T450 T452 K12 X403 T452 Y436 Y431 Y435 X404 T452 Y434 Y433 X401 Y431 Y434 X403 Y436 14

0032 0033 0034 0035 0036 0037 0038 0040 0041 0043 0044 0045 0046 0047 0048 0049 0050 0051 0052 0053 AND OUT LD ANI ANI ANI OUT LDI ANI LD OR ANI ANI OUT LD AND OR LD ORI ANI X431 Y435 X504 X403 Y435 Y431 Y436 EJP700 X407 Y430 CJP701 X405 M100 Y432 Y502 Y431 X400 X406 M100 X403 Y436 X502 0085 0086 0087 0088 0089 0090 0100 0101 0102 0103 0104 ANI ANI ANI OUT LD ANI OUT ANI ANI ANI OUT END Y435 X402 X431 Y436 X404 X405 T451 K4 M100 Y431 T451 Y432 EJP701 3.2 调试与运行

PLC程序编写完成后，通过编程器写入到PLC存储器中，首先对照步进流程图进行校对、修改、补充后，然后进行室内模拟调试。把电气控制系统的各限位开关、液动电磁阀负载，在模拟板上用信号指示灯代替。然后运行程序，看是否符合预计的动作要求，发现错误立即修改和调整程序，直到满足工艺流程和状态流程图要求。

室内模拟调试完成后，把程序固化在PLC中，可以进入现场实际运行调试阶段。这时先不带负载，只带上驱动电磁阀的线圈，而与之连接的机械负载则脱开，再连上必要的指示信号灯，即空载运行调试。在空载运行调试阶段时，可以按运行方式如回原点、点动、手动操作、单周期运行等逐步进行，最后进行连续运转调试。在调试运行中，可

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