电气控制课程设计箱体加工专用机床的PLC控制系统设计

级课程设计说明书箱体加工专用机床的PLC控制系统设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称专业：班级：完成时间：2014年6月15日摘要日本三菱公司的FX2N系列PLC是一种性价比高的小型PLC，FX2N系列是FX 家族中最先进的系列，最大范围地包容了标准特点、执行速度更快、通讯功能更齐全，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

该机床是用三菱FX2N可编程控制器控制，专门加工箱体两侧的。

其加工方法是先按下启动按钮，夹紧装置将被加工工件夹紧，夹紧后发出信号，再有左、右动力头同时快进，并同时启动主轴，到达工件附件，动力头快进转为工进加工，加工完毕后，左、右动力头暂停2s后分别快速退回原位，夹紧装置松开被加工工件，同时主轴停止。

最终，完成箱体工件的加工。

该机床的工作流程为顺序控制，用步进指令实现控制，这样就使的机床在控制上更加的简化，也便于操作。

关键词：可编程控制器；箱体加工专用机床；三菱FX2NABSTRACTJapan's mitsubishi FX2N series PLC is a kind of high cost performance, small PLC FX2N series is the most advanced in the family of FX series, the maximum range tolerance standard features, execute faster, more complete communication function, for factory automation applications to provide maximum flexibility and control ability.This machine is with mitsubishi FX2N programmable controller control, special processing on either side of the box body. Its processing method is to press the start button, the clamping device will be processed workpiece clamping, signal after clamping, have left and right power head fast forward at the same time, and start the spindle at the same time, reach the artifacts accessories, power head fast-forward to work into the processing, the processing is completed, left and right head suspended after 2 s quickly returned to the in situ, respectively, to the release of processed workpiece clamping device, spindle stop at the same time. In the end, the finish machining of enclosure.Working process of the machine tool for sequence control, step by step instruction is used to implement control, thus make the machine more simplified in terms of control, also facilitate the operation.Key words:programmable controller; Special case processing machine tools; Mitsubishi FX2N目录1 概述 (1)2 设计任务和要求 (2)3 设计方案 (5)3.1 可编程控制器的选择 (5)3.2 主电路设计 (6)3.3 I/O分配地址 (7)3.4 控制系统电路图的设计 (8)4 可编程控制器的控制系统设计 (9)4.1 箱体加工机床的控制流程 (9)4.2 状态转移图 (10)4.3 接线图 (11)4.4 梯形图及指令表 (12)5 设计小结 (14)参考文献 (15)致谢 (16)1 概述1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。

这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC(Programmable Logic Controller)。

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30%~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。

PLC把计算机的完备功能以及灵活性，通用性好等优点和继电器控制器控制的简单易懂操作方便，价格便宜等优点溶入新的控制系统中，且编程简单使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。

可编程控制器的处理速度大大提高，增加了许多特殊功能。

使得可编程控制器不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。

PLC使用在专用机床控制上是最合适不过了，如图1所示为箱体加工专用机床的结构加工示意图。

该机床是用来专门加工箱体两侧的，其加工方法是先将箱体通过夹紧装置夹紧，再由两侧左、右动力头对箱体进行加工。

当加工完毕，动力头快速回原位，此时在松开加工件，又开始下一个循环。

2 设计任务和要求图1 箱体加工专用机床结构与加工示意图图1中，左、右动力头主轴电动机为2.2KW，进给运动由液压驱动，液压泵电动机为3KW。

动力和夹紧装置的动作由电磁阀控制，电磁阀通断情况如表1所示。

表1 箱体加工机床电磁阀通断情况表左动力头右动力头夹紧装置YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 YV6 YV7 上、下料_ _ _ _ _ _ _ 夹紧_ _ _ _ _ _ + 快进+ _ + + _ + + 工进+ _ _ + _ _ + 停留_ _ _ _ _ _ + 快退_ + _ _ + _ +专用机床的工作步骤如下：1）按下启动按钮，夹紧装置将被加工工件夹紧，夹紧后发出信号。

2）左、右动力头同时快进，并同时启动主轴。

3）到达工件附件，动力头快进转为工进加工。

4）加工完毕后，左、右动力头暂停2s后分别快速退回原位。

5) 夹紧装置松开被加工工件，同时主轴停止。

以上1~5步骤连续工作，实现半自动循环。

在工件夹紧、动力头快进、动力头快退及电源接通均有信号显示。

3 设计方案3.1 可编程控制器的选择日本三菱公司的FX2N系列PLC是一种性价比高的小型PLC，FX2N系列是FX 家族中最先进的系列，最大范围地包容了标准特点、执行速度更快、通讯功能更齐全，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

本系统共有输入设备11个：SB1-SB2、SQ1-SQ7、SP、SA1-SA2和输出设备16个：Y0-Y6、KM1-KM2、YV1-YV7。

考虑10%-15%的裕量，共需输入输出点数32点，因此选择FX2N-48MR。

该型号的PLC采用AC220V电源供电，有自带24V直流电源的24点继电器输出接口。

电磁铁和接触器选择220V的小功率的交流电磁铁和交流接触器，由PLC直接控制。

为了确保系统的安全,本系统还配备了过载保护和短路保护。

FX2N系列可编程控制器的技术性能表2 FX2N功能技术指标3.2 主电路设计箱体加工专用机床采用采用继电器控制方式与PLC程序控制方式相组合的形式构成控制系统。

左右主轴电动机分别由接触器KM1和KM3控制，油泵电动机由接触器KM2控制。

左右主轴电动机分别控制左右动力头的旋转运动。

而左右动力头的快进、工进和快退由电磁阀和油泵电动机共同控制。

图2 主电路图3.3 I/O分配地址本系统共有输入设备11个：按钮开关SB1-SB2,行程开关SQ1-SQ6,开关信号SP、SQ7,自动开关SA。

输出设备15个：指示灯Y0-Y4，电动机Y5、Y6、Y16，电磁阀YA7-YA15。

表3 I/O分配表3.4 控制系统电路图的设计箱体加统电路图设计工专用机床采用采用继电器控制方式与PLC程序控制方式相组合的形式构成控制系统。

左右主轴电动机分别由接触器KM1和KM3控制，油泵电动机由接触器KM2控制。

左右主轴电动机分别控制左右动力头的旋转运动。

而左右动力头的快进、工进和快退由电磁阀和油泵电动机共同控制。

如末页中所示，即为箱体加工专用机床的控制系统电路图。

4 可编程控制器的控制系统设计4.1 箱体加工机床的控制流程1)初始状态下，左、右动力头滑台分别压住行程开关SQ1和SQ2，由于此时工件尚未夹紧，SQ7亦被压住，处于闭合状态，按下启动按钮SB1，此时电磁阀YV7通电使夹紧装置将被加工工件夹紧，同时夹紧指示灯亮。