等级: 课程设计课程名称电气控制与PLC课程设计课题名称双面钻控制系统设计专业测控技术班级1302学号25姓名唐杰指导老师刘星平，赖指南，谭梅，沈细群2016年6月17日电气信息学院课程设计任务书课题名称双面钻控制系统设计姓名唐杰专业测控技术与仪器班级1302 学号25 指导老师赖指南课程设计2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周）教研室意同意开题。
审核人：汪超林国汉一.任务及要求设计任务：以PLC为核心，设计一个双面钻控制系统，为此要求完成以下设计任务：1.根据双面钻的基本结构、工艺过程和控制要求，确定控制方案。
2.配置电器元件，选择PLC型号。
3.绘制双面钻拖动电机的控制线路原理图和双面钻液压拖动控制系统的PLC I/O接线图。
设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
设计要求1.一般要求：（1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足双面钻的工艺过程要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
（2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
（3）所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。
2.具体要求：（1）对工作方式的控制要求①连续工作方式：在双面钻处于初始状态且料抖中有料的情况下，按下启动按钮时，要求双面钻能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。
②单周工作方式：在双面钻处于初始状态且储抖中有料的情况下，按下启动按钮时，要求双面钻能够自动地完成一个循环的工作。
当双面钻完成一个循环的工作并返回到初始状态时能自动停止。
③单机手动工作方式：要求能对双面钻的送料机构，夹紧机构，左、右动力头的主轴电动机和滑台进行手动操作。
（2）对单机控制的要求①主轴电机只要求单向运转。
②可对左、右动力头进行在线/离线设置。
（3）对特殊环节的要求①能对机床进行预停和紧急停止操作。
②具有危险区保护措施。
③完善的故障保护环节。
二.进度安排1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。
2.第一周星期二～星期四：详细了解双面钻的基本组成结构、工艺过程和控制要求。
确定控制方案。
配置电器元件，选择PLC型号。
绘制双面钻拖动电机的控制线路原理图和双面钻液压拖动控制系统的PLC I/O接线图。
设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。
3.第一周星期五：上机调试程序。
4.第二周星期一：指导编写设计说明书。
5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。
6.第二周星期五：答辩。
三.参考资料[1] 刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：中国电力出版社，2015年。
[2]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2014年。
[3] 王阿根.西门子S7-200 PLC 编程实例精解[M].北京：电子工业出版社，2013年。
[4] 赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。
[4] 赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。
目录第1章双面钻概述┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉1 1.1 双面钻的基本结构和工艺过程┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉1 1.2 双面钻的控制要求┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉3 第2章控制方案论证┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉4 2.1 继电器控制┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉4 2.2 单片机控制┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉4 2.3 PLC控制┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉4 2.4 结论┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉4 第3章控制系统硬件设计┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉5 3.1 双面钻拖动电机控制线路设计┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉5 3.1.1 配置拖动电机和电器元件┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉5 3.1.2 绘制拖动电机的控制线路原理图┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉5 3.2 双面钻液压拖动控制系统硬件电路设计┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6 3.2.1 配置PLC I/O元件，选择PLC型号┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6 3.2.2 分配PLC I/O元件，绘制PLC I/O接线图┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7 第4章控制系统程序设计┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8 4.1 设计主程序┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8 4.2 设计公用子程序┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉9 4.3 设计手动工作方式子程序┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉10 4.4 设计单周/连续工作方式子程序┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉11 第5章 PLC程序的调试┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉15 5.1 调试主程序┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉15 5.2 调试公用子程序┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉16 5.3 调试手动子程序┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉16 5.4 调试单周/连续子程序┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉17 结束语┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉18 参考文献┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉19 附录┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉20 附录A 梯形图程序附录B 指令程序第1章 双面钻概述1.1 双面钻的基本结构和工艺过程1.1.1双面钻的基本结构全自动双面钻是针对棒料两面同时进行钻孔或扩孔加工的专用机床，这种机床自动化程度高，能自动上、下料，自动进、退，并具有可靠的危险区保护措施，其结构示意图如图1所示。
全自动双面钻是由液压系统来控制其进给运动的。
动力头主轴由电动机(JQ2－Z1－4，1.5KW)拖动旋转，液压电磁阀和电动机由行程开关、压力继电器和接触器控制，其液压原理图如图2所示。
油泵电机为3KW 。
SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7左动力头右动力头夹紧装置送料装置工件工作台图1 全自动双面钻结构示意图 1.1.2全自动双面钻的工艺过程如图2所示，当液压泵电机M ，左、右动力头主轴电机M1和M2均启动完毕时，按下启动按钮SB ，YV1通电，送料机构送料。
送料到位时，碰SQ1，YV1断电，送料机构自动返回。
在送料机构返回的同时，YV2通电，夹紧机构对工件夹紧。
当夹紧到位时，碰SQ2；当对工件有足够的夹紧力时，压力继电器KP 动作。
此时，YV3和YV5通电，左、右动力头同时向前进给，开始对工件进行钻削加工。
当左、右动力头将要进入危险区时，右动力头碰SQ6，使YV5断电，右动力头停止进给，而左动力头继续进给。
当左动力头钻至整个孔深的一半时，碰SQ4，使YV3断电，YV4通电，左动力头停止进给并快速返回。
当左动力头返回到原位时，碰SQ3，于是YV4断电，左动力头停在原位。
同时YV5重新通电，使右动力头再次进给。
当右动力头将孔的余下部分钻穿时，碰SQ7，使YV5断电，YV6通电，右动力头停止进给并快速返回。
当右动力头返回到原位时，碰SQ5，使YV6断电，右动力头停止后退。
同时 YV2断电，夹紧机构开始松开。
经过1.5秒钟，夹紧机构完全松开。
至此，全自动双面钻完成了一个循环的加工。
向后向前YV3YV4SQ3SQ4向前向后YV6YV5SQ6SQ5SQ7返回送料SQ1SQ2YV2送料装置夹紧装置左动力头右动力头123M1PM67松开夹紧YV1KP图2 液压系统原理图1.2 双面钻的控制要求（1）对工作方式的控制要求①连续工作方式：在双面钻处于初始状态且料抖中有料的情况下，按下启动按钮时，要求双面钻能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。
②单周工作方式：在双面钻处于初始状态且料斗中有料的情况下，按下启动按钮时，要求双面钻能够自动地完成一个循环的工作。
当双面钻完成一个循环的工作并返回到初始状态时能自动停止。
③单机手动工作方式：要求能对双面钻的送料机构，夹紧机构，左、右动力头的主轴电动机和滑台进行手动操作。
（2）对单机控制的要求①主轴电机只要求单向运转。
②可对左、右动力头进行在线/离线设置。
（3）对特殊环节的要求①能对机床进行预停和紧急停止操作。
②具有危险区保护措施。
③完善的故障保护环节。
第2章控制方案论证2.1 继电器控制继电器控制设计出的线路比较复杂，电器控制装置的制造周期较长，造价相对较高，维修也不方便。
在完成控制任务后，若控制任务发生变化，如某些生产工艺流程的变动，则必须通过改变接线才能实现。
另外假如要接线的控制系统中的元器件较多，故障点也会随之增加，故障时间也会较长。
因此，对于继电器控制系统，继电器本身容易出现误动作，格外地，其触头易氧化及进入杂物会使得衔铁与铁芯之间的吸力不足，机械运动部件动作不顺也极易导致线圈烧坏，诸如此类给维护保养工作带来了不方便，也较大地影响了生产的质量。
2.2 单片机控制单片机控制是比继电器控制较优的控制方法，按照设计要求编写特点的汇编程序，让微机去指挥生产流程，中断处理时间短，响应快速，功能优良，且性价比也较PLC更高些，但是可靠性较差，易受电磁干扰，在程序死亡设计和修改方面需要专门的设计人员，且难度大，周期长，还需要配备一些额外的抗干扰设备和采取对应的保护措施。
2.3 PLC控制PLC控制方法简单，使用简单形象，通俗易懂的梯形图语言就能编程，对用户没有太多的技术上的要求，其功能不逊于单片机，性价比也易于接受。
整个系统只在输入输出端口接线，其通用性和抗干扰能力突出，安装、改动、调试和维护非常方便，大大减少了工作人员的工作量。
另外，PLC本身体积小，重量轻，能耗低，能在比较恶劣的环境下工作。
2.4 结论鉴于以上三种控制方案的优劣，并结合设计要求，设计方案采用PLC控制。
第3章控制系统硬件设计3.1 双面钻拖动电机控制线路设计3.1.1 配置拖动电机和电器元件表1 元器件配置元器件热继电器按钮三相电机熔断器接触器低压断路器数量4个9个4台4个4个1个型号JR0-20/3 LA2 YB2-71 RL1-60 CJ20-10 C45N 3.1.2 绘制拖动电机的控制线路原理图图3 拖动电机的控制线路原理图3.2 双面钻液压拖动控制系统硬件电路设计3.2.1 配置PLC I/O元件，选择PLC型号表2 PLC I/O分配表3.2.2 分配PLC I/O元件，绘制PLC I/O接线图图4 PLC I/O接线图第4章控制系统程序设计4.1 设计主程序图5 主程序梯形图4.2 设计公用子程序图6 公用子程序梯形图4.3 设计手动工作方式子程序图7 手动子程序梯形图4.4 设计单周/连续工作方式子程序图8 连续工作方式的顺序功能图图9 自动子程序第5章 PLC程序的调试5.1 调试主程序运行仿真软件后，系统自动进入主程序中的公用子程序，为即将到来的运行模式做准备，I0.0代表手动，I0.1代表单周期，I0.2代表连续。
