工位旋轉(zhuǎn)工作臺控制

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1、 提供全套，各專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 內(nèi)容摘要 本課題中三工位旋轉(zhuǎn)工作臺是鉆孔加工中在工作臺三個不同工位分別同時完成上料、鉆孔、卸料等工藝過程的工藝技術(shù)，這大大提高了機械加工的效率、提高了生產(chǎn)率。但是新的問題接踵而至：三個工位同時動作就要要求操作工人完成上料、裝夾工件、鉆孔、卸工件。這樣高強度的工作工人是否能承受的了，怎樣降低工人的勞動強度呢？提高自動化程度就成了我們面臨的首要課題。 關(guān)鍵詞：三工位旋轉(zhuǎn)工作臺；可編程控制器；提高效率；自動化 目 錄 第1章 引 言 ……

2、………………………………………………………………1 第2章 設(shè)計方案 ……………………………………………………………… 2 2.1 總體方案說明 …………………………………………………………2 2.1.1控制要求 …………………………………………………………… 2 2.1.2制定控制方案 ………………………………………………………2 2.2 控制方式選擇 ………………………………………………………2 第3章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 ………………………………………3 3.1 動作特性 ……………………………………………………………3 3.2 液壓控制部分設(shè)計

3、 ………………………………………………………4 3.3 控制流程圖 ……………………………………………………………5 3.4 I/O地址分配表 ………………………………………………………6 3.5 I/O接線圖 …………………………………………………………7 3.6梯形圖 ………………………………………………………………………7 結(jié) 論 ……………………………………………………………

4、………………8 設(shè)計總結(jié) ………………………………………………………………………9 謝 辭 ………………………………………………………………………………… 10 附 錄 …………………………………………………………………………………11 附錄1 I/O接線圖 …………………………………………………………11 附錄2 梯形圖 ………………………………………………………………12 附錄3 語句表 ……………………………………………………………………17 參考文獻 ………………………………………………………………………20 2

5、0 第1章 引 言 機電一體化是以電子技術(shù)特別是微電子技術(shù)為主導(dǎo)、多種新興技術(shù)與機械技術(shù)交叉、融合而成的綜合性高技術(shù)，是機械與電子的有機結(jié)合產(chǎn)物。其目的是不斷提高勞動生產(chǎn)率，減輕人們的體力勞動，逐步代替部分腦力勞動。機械一體化的機械加工比傳統(tǒng)機械加工有很大的優(yōu)越性。在本課題中，機電一體化的好處顯得尤為突出。 三工位工作臺旋轉(zhuǎn)機床設(shè)備在機加工等自動化機床設(shè)備中得到廣泛引用，通過控制工作臺旋轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn)在加工過程中同時完成上料和卸料工作，并能實現(xiàn)流水作業(yè)，大大提高了工作效率,降低工人勞動強度。若在上料和卸料工位設(shè)計合適的機械手，則可實現(xiàn)無人上料和卸料工作。 ＰＬＣ的處理

6、器速度和功能在不斷增加，已發(fā)展成具有邏輯控制功能過程控制功能運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等的多功能控制器，加上它的價格低廉、操作簡便、改變功能靈活易用、維護工作量小等優(yōu)勢，使PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中獲得廣泛應(yīng)用。 目前ＰＬＣ已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用，它具有結(jié)構(gòu)簡單易于編程、性能優(yōu)越、可靠性能高、維修方便和使用方便的一系列優(yōu)點。根據(jù)課程設(shè)計要求，以西門子S7-200系列PLC來實現(xiàn)控制鉆床三工位工作臺旋轉(zhuǎn)控制設(shè)計。 鉆床加工三工位工作臺是由送料、鉆孔、卸載三部分組成。工作臺每旋轉(zhuǎn)120完成一個工位，循環(huán)運行。來實現(xiàn)工件的快速送料、鉆孔、卸載的流水作業(yè)系統(tǒng)。

7、 第2章 設(shè)計方案 2.1總體方案說明 作為機械專業(yè)的學(xué)生從入大學(xué)開始接觸機械設(shè)計開始起，老師就教導(dǎo)任何設(shè)計都要先從整體上對要做的設(shè)計內(nèi)容要構(gòu)想一下。只有對整體設(shè)計做出全局的把握，設(shè)計才會有所針對。拿到課程設(shè)計題目后，并沒不直接進入主題開始著手設(shè)計，而是逐步先將設(shè)計要求研究了一遍，認(rèn)真對設(shè)計思路做了一個規(guī)劃然后才開始了設(shè)計。 2.1.1 控制要求 （1）用選擇開關(guān)來決定控制系統(tǒng)的全自動、半自動運行和手動調(diào)整方式。 （2）手動調(diào)整采用按鈕點動的控制方式。包括上料進、退操作；工件夾緊、放松操

8、作；鉆頭下降、上升操作；卸料進、退操作，工作臺旋轉(zhuǎn)操作。 （3）系統(tǒng)處于半自動工作方式時，每執(zhí)行完成一個工作循環(huán)，用一個啟動按鈕來控制進入下一次循環(huán)。 （4）系統(tǒng)處于全自動運行方式時，可實現(xiàn)自動往復(fù)地循環(huán)執(zhí)行。 （5）上料器、夾緊裝置、卸料器、鉆頭上下運動由液壓缸驅(qū)動。夾緊力由壓力繼電器檢測控制。鉆頭旋轉(zhuǎn)、工作臺旋轉(zhuǎn)由電動機驅(qū)動。 2.1.2 制定控制方案 （1）用選擇開關(guān)來決定控制系統(tǒng)的全自動、半自動運行和手動調(diào)整方式。 （2）手動調(diào)整采用按鈕點動的控制方式。 （3）系統(tǒng)處于半自動工作方式時，每執(zhí)行完成一個工作循環(huán)，用一個啟動按鈕來控制進入下一次循環(huán)。 （4

9、）系統(tǒng)處于全自動運行方式時，可實現(xiàn)自動往復(fù)地循環(huán)執(zhí)行‘ （5）系統(tǒng)運動不很復(fù)雜，采用三臺電動機：主動電動機、液壓電動機和工作臺旋轉(zhuǎn)電動機。除了主軸轉(zhuǎn)動和工作臺旋轉(zhuǎn)用電動機拖動外，其他所有所有運動都可以采用液壓傳動。 （6）對于部分與順序控制和工作循環(huán)過程無關(guān)的主零部件和控制部件，采用進入PLC的控制方式以達到方便控制。 2.2控制方式選擇 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)主要由兩大部分，其中最主要的就是運輸小車的PLC梯形圖設(shè)計，也就是程序設(shè)計；其次是液壓控制原理圖的設(shè)計。 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺控制系統(tǒng)在很大程度上是利用繼電器實現(xiàn)的，而最初的PLC就已經(jīng)有很完善的繼電器控制功能

10、了。在這里選用PLC控制完全是對癥下藥，根據(jù)設(shè)計內(nèi)容我們不難發(fā)現(xiàn)這個系統(tǒng)有21個輸入信號和10個輸出信號。選用任何一個系列的PLC都不能滿足輸入點的個數(shù)，也就是任何一個S7-200單片機都需要擴展。而CPU226的又很貴，所以在此選用CPU224外加一個EM221的擴展模塊就能滿足要求。 第3章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 3.1動作特性 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺控制動作特性如下： 其工作示意如圖 3-1所示。三個工位分別完成上料、鉆孔和卸料。 圖 3-1 三工位旋轉(zhuǎn)工作臺系統(tǒng)示意圖 工位1：工作臺旋轉(zhuǎn)到工位1后上料器推進，料到位后退回等待。 工位2：工工作臺旋轉(zhuǎn)到工位2后，夾緊裝置

11、將料加緊，鉆頭向下進給鉆孔，下鉆到位后退回，退回到位后工件松開，放松完成后等待。 工位3：工作臺旋轉(zhuǎn)到工位3后，卸料器向前將加工完成的工件推出，推出到位后退回，退回到位后等待。 3.2液壓控制部分的設(shè)計 根據(jù)三工位旋轉(zhuǎn)工作臺的動作要求，控制部分大多采用液壓電磁閥控制。當(dāng)送料器送料到位后碰到送料到位行程開關(guān)時碰到送料退回電磁閥，使液壓閥供油方向發(fā)生改變，活塞桿退回。活塞桿退回到位后碰到退回到位行程開關(guān)，使液壓閥動作處于中間位置，工位1處于等待狀態(tài)。工位2動作順序是工作臺轉(zhuǎn)動到位后液壓閥動作夾緊，夾緊后壓力繼電器動作使活塞缸處于保壓狀態(tài)，同時使鉆頭旋轉(zhuǎn)以及下降。等鉆頭下降達到行程開關(guān)位置處鉆

12、頭停止下降，上升繼電器得電轉(zhuǎn)而鉆頭上升。鉆頭上升到位碰到行程開關(guān)使鉆頭停止轉(zhuǎn)動和上升，并且活塞桿放松工件。放松完成碰到行程開關(guān)使工位2處于等待狀態(tài)。工位3的動作順序是工作臺旋轉(zhuǎn)結(jié)束后活塞缸推動工件開始卸料，到行程開關(guān)后活塞桿反行程電磁閥得電退回，退回到位碰到行程開關(guān)處于等待狀態(tài)。等三個工位都停止動作后，工作臺旋轉(zhuǎn)電磁閥的電，工作臺旋轉(zhuǎn)進入下一個循環(huán)。根據(jù)要求做出合理的液壓原理圖如圖 3-2示。 圖 3-2 液壓原理圖 3.3 I/O地址分配表 分配表如下表 1所示： 表1：輸入輸出信號對照表 輸入信號名稱 外部元件 內(nèi)部地址 輸出

13、信號名稱 外部元件 內(nèi)部地址 手動運行選擇 SF4-1 I0.0 送料器推進電磁閥 MB1 Q0.0 半自動運行選擇 SF4-2 I0.1 送料退回電磁閥 MB2 Q0.1 全自動運行選擇 SF4-3 I0.2 工件夾緊電磁閥 MB3 Q0.2 上料器推進按鈕 SF1 I0.3 工件放松電磁閥 MB4 Q0.3 上料器退回按鈕 SF2 I0.4 鉆頭下降電磁閥 MB5 Q0.4 工件夾緊按鈕 SF3 I0.5 鉆頭上升電磁閥 MB6 Q0.5 工件放松按鈕 SF4 I0.6 卸料推進電磁閥 MB7 Q0.6

14、 鉆頭下降按鈕 SF5 I0.7 卸料退回電磁閥 MB8 Q0.7 鉆頭上升按鈕 SF6 I1.0 工作臺轉(zhuǎn)動電動機轉(zhuǎn)動接觸器 KF1 Q1.0 卸料器退出按鈕 SF7 I1.1 鉆頭轉(zhuǎn)動電動機接觸器 KF2 Q1.1 卸料器退回按鈕 SF8 I1.2 工作臺旋轉(zhuǎn)按鈕 SF9 I1.3 上料到位行程開關(guān) BG1 I1.4 上料退回到位行程開關(guān) BG2 I1.5 鉆頭下降到位行程開關(guān) BG3 I1.6 鉆頭上升到位行程開關(guān) BG4 I1.7 卸料器推進

15、到位行程開關(guān) BG5 I2.0 卸料器退回到位行程開關(guān) BG6 I2.1 工作臺旋轉(zhuǎn)到位行程開關(guān) BG7 I2.2 放松到位行程開關(guān) BG8 I2.3 壓力繼電器觸點 BP1 I2.4 3.4 控制流程圖 根據(jù)三工位旋轉(zhuǎn)工作臺的控制要求，設(shè)計如下流程圖： 圖 3-3控制流程圖 3.5 I/O接線圖 根據(jù)輸入輸出信號對照表，可以設(shè)計出PLC的外部接線，接線圖見附錄1，實際接線時還應(yīng)考慮以下幾個方面。 （1） 應(yīng)有電源輸入線。通常為220V，50Hz交流電源，允許電源電壓有

16、一定的浮動范圍。 （2） 輸入和輸出端子每8個為一組公用一個COM端口。 （3） 輸出端的線圈和電磁閥必須加保護電路，如并接阻容吸收回路或續(xù)流二極管。 3.6梯形圖 梯形圖見附錄2： 從本系統(tǒng)的功能流程可以看出，系統(tǒng)可以實現(xiàn)手動，半自動和自動控制。 （1）如果開始時方式選擇開關(guān)置于手動方式，則手動調(diào)整結(jié)束后回到初始步。如果滿足自動或半自動工作的初始條件，且將方式開關(guān)切換到自動或半自動位置時，可以完成手動向自動，半自動的切換。 （2）如果系統(tǒng)已經(jīng)進入自動或半自動工作狀態(tài)，一個動作循環(huán)完成后，如果選擇開關(guān)置于半自動位置，可以使被控設(shè)備停止工作。不能直接切換到手動調(diào)整方

17、式，必須將PLC從RUN切換到STOP方式。選擇開關(guān)由半自動切換到手動位置，然后再將至于RUN方式，這樣才能切換到手動調(diào)整方式. 結(jié) 論 此次課程設(shè)計主要其實是對PLC的控制功能進行練習(xí)了解掌握，而在三工位工作臺旋轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計中跟多要求的是我們對PLC經(jīng)典控制模塊——繼電器控制部分進行設(shè)計。設(shè)計之初面臨著兩個不同的選擇方案一：盡量使用PLC控制以方便控制；二、電動機接觸器不接入PLC減少PLC輸入輸出點。通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在

18、實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。 在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館和網(wǎng)絡(luò)成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我們受益非淺。在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。 這次設(shè)計我覺得創(chuàng)新點在于各種控制之間的邏輯關(guān)系比較合理，利用各個繼電器之間的互鎖，是系統(tǒng)穩(wěn)定運

19、行。 設(shè)計總結(jié) 兩周的課程設(shè)計很快就結(jié)束了，期間遇見了很多麻煩。在老師和同學(xué)的幫助下設(shè)計了一個比較合理的解決方案。雖然課程設(shè)計還不算完美，也許還有很多瑕疵。但是這次課程設(shè)計的目的基本上已經(jīng)達到了，在這兩周內(nèi)我們對PLC控制有了比較熟悉的了解。 通過這次設(shè)計實踐。我學(xué)會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設(shè)計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行

20、，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。 通過此次課設(shè)，讓我了解了plc梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出最適合的設(shè)計方法。 雖然本次課程設(shè)計是要求自己獨立完成，但是，彼此還是脫離不了集體的力量，遇到問題和同學(xué)互相討論交流。多和同學(xué)討論。我們在做課程設(shè)計的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設(shè)計和在一起。討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討

21、論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設(shè)計的方法，在設(shè)計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題。 謝 辭 在這里我非常感謝老師。沒有的細心指導(dǎo)就沒有我這次的課程設(shè)計，薛老師每次到教室都耐心細致的為我們講解各個方面的難題，引領(lǐng)我們走出誤區(qū)，在這兩個周的時間里我確實學(xué)到了很多的知識。 還要感謝和我一起討論各位同學(xué)，經(jīng)過和大家的熱情討論我更加堅定自己的方案，也學(xué)到了很多自己從不了解的知識，在大家的共同努力下我們的課程設(shè)計最終順利完成。

22、 附 錄 附錄1 I/O接線圖 圖 3-4 I/O接線圖 附錄2 梯形圖 網(wǎng) 絡(luò) 1 附錄3 語句表 參考文獻 [1]左建民.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2007. [2]王宗才等.機電傳動與控制.北京：電子工業(yè)出版社，2011. [3]張建民等.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：高等教育出版社，2001. [4]高欽和.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計實例.北京：人民郵電出版社，2004. [5]李穎卓.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008. [6]郭海潮等.西門子S7-200系列PLC應(yīng)用與開發(fā).北京：中國水利水電出版社，2007.