钻床加工系统机电一体化实训

机电一体化综合实训

报 告

班级 机电09-3 姓名 刘新 学号 0930130301

大连理工大学

大连理工大学 机电一体化综合实训成绩评议表 姓 名 学 号 班 级 机电09-3班 实训题目 实训地点 钻床加工系统 实验教学楼1-101机房 起止时间 2011年12月19日~2011年12月30日 指导教师评语 指导教师签字： 2012年1月5日 评议成绩

指导教师签字： 2012年1月 5日 1

一、实训目的 目的：机电一体化综合训练是一个阶段性的综合训练环节，大学三年级上学期开设。通过综合训练，首先让学生了解一般机电控制系统的组成和控制方法，建立机电一体化系统控制的概念；其次通过学生综合运用所学机电专业相关理论知识，根据机电一体化系统上的机械结构及控制部分的工作原理，自己动手设计各个机械部件的动作控制流程，最后在典型机电一体化系统仿真试验台上进行仿真实验，锻炼学生的理论联系实际能力及综合应用知识的能力。 二、实训任务 任务：包括机电一体化系统电气控制系统搭建及PLC应用训练、设计PLC程序机电系统的过程控制、在仿真试验台上运行程序并进行仿真实验。 任务分配：PLC程序的编制与调试： PLC外部硬件的连线： PLC硬件的调试运行： PLC程序I/O口的分配： 实验报告的编写： 三、实训主要内容 1、分析用PLC控制专用钻床加工系统示意图如下： 动作过程：原位→工件夹紧→钻头1、2下降到位→钻头1、2上升到原位→工件旋转120°→钻头1、2下降到位→钻头1、2上升到原位→工件旋转120°→钻头1、2下降到位→钻头1、2上升到原位→结束加工。 2、加工控制要求：

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需加工的零件为圆盘状零件，其上均匀分布了3个大孔和3个小孔。钻床运行的初始状态为：两个钻头在最上位，上限位开关SQ1和SQ3为ON。钻孔的孔数用计数器来控制，计数器设定初值为3。工作过程为：按下启动按钮，加紧工件（由加紧开关检测）大小钻头旋转开始向下钻孔，至规定的深度后(SQ2、SQ4检测)钻头向上提升并等待；工件旋转120°后（由到位开关检测），开始加工第二对孔。当3对孔加工完后，松开工件，回到初始状态。 3、控制系统的构成图： 4、选择PLC 可编程控制器（简称PLC）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如下图所示： 3

考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 本设计选取CPU224，它有7输入/6输出，I/O共计13点。和CPu222相比，存储容量扩大一倍，并且有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数以及处理能力，是应用最多的s7-200产品。 5、硬件系统设计 （1）钻床加工系统硬件图： 4

(2)PLC外部硬件接线图： 使用说明： 钻头1上限位开关：当钻头1电机上升，碰到它时，上限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。由于现在钻头1电机是停在上面

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的，因此它的初始状态是上面为常开触点，下面为常闭触点。 钻头1下限位开关：当钻头1电机下降，碰到它时，下限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。 钻头2上限位开关：当钻头2电机上升，碰到它时，上限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。由于现在钻头2电机是停在上面的，因此它的初始状态是上面为常开触点，下面为常闭触点。 钻头2下限位开关：当钻头2电机下降，碰到它时，下限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。 到位开关：本构件将整个工作分为三个工位，每120度为一个工位，当工作台每旋转120度时，到位开关动作一次。它的初始状态是上面常闭，下面常开。 加紧开关检测：当工作台将物件加紧时，开关状态改变。由于初始状态为放松，所以它的初始状态是上面常闭，下面常开。 钻头1/2升降电机：2个升降电机，都是直流驱动电机，控制钻头的下降和上升，当电源的正负极接入升降电机的正负极时，钻头下降，反之，则钻头上升。 钻头1/2电机：都是三相交流异步电动机，电动机的接线图为： 2个钻头电机，旋转电机：是直流驱动电机，控制工作台的旋转，当电源的正负极接入旋转电机的正负极时，工作台顺时针旋转，反之，则逆时针旋转。

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：用来控制动作部件夹紧固定物体，当接入电源的时候，工作台上的工件被夹紧。 在工件俯视图中，可以看到钻孔的情况。 6、PLC程序设计： 7

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其中I/O及标志位寄存器M等地址的分配如下： 起动卡紧行程行程行程行程到位卡紧钻头钻头1按钮 SB1 开关 开关开关开关开关开关装置1下上行 SQ5 SQ2 SQ1 SQ4 SQ3 SQ6 K 降 KM1 I0.0

KM2 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 Q0.0 Q0.1 Q0.2 11

钻头2钻头2 卡紧下降上行开关KM3 KM4 动作KM5 Q0.3 Q0.4 Q0.5 6、程序调试及结果分析： （1）程序调试: 1) 按照PLC图的I/O端对应的外部接线图连接硬件电路，检查无误后实验装置上电。 2) 打开SIEMENS S7-200PLCz编程软件，键入所编程序。经编译检查无误后，把编写好的程序下载到西门子S7-200的PLC中进行调试。 3）程序调试：按下I0.0，Q0.0为1后开始夹紧工件，Q0.0就有输出此时Q0.0灯亮。按下I0.1，钻头1、2开始下降，Q0.1和Q0.3就有输出，此时Q0.1和Q0.3亮。钻到深度后，I0.2,I0.4得电，钻头1、2开始上行，此时Q0.2和Q0.4亮。I0.6得电，工件旋转 120°，再一次进行钻孔加工，如此循环加工3次钻孔，夹紧装置松开 ，结束加工。 （2）结果分析： 以上程序经模拟调试和现场运行均达到了理想的效果，钻床能够安全、稳定和按照工艺要求运行，实现了钻床加工自动化和半自动化的控制要求。 四、实训心得体会 为期两周的PLC课程设计已接近尾声，看着自己的作品真的是感慨良多。 在本次要用到许多里理论知识，由于有些知识应经遗忘，这时我们要重新温习知识，因此在设计之前对S7-200PLC以及钻床的相关课程重新复习了一遍，开始对本课题的设计任务有了大致的了解。 回味两周的时间，开始着手整理自己的成果，一种少有的成功的喜悦让我畅快不已。通过课程设计，我发现自己所掌握的知识是如此的不牢固，又是如此的匮乏，自己综合应用所学的专业知识的能力是如此的不足，我必须尽快进入状态迎接新的挑战，因为我知道要紧盯着自己的目标。

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此次机电传动课程设计在王老师的指导下，我收获颇多。在系统设计过程中，我遇到了很多设计方面的问题。为了弄懂相关的知识，掌握相关技术，我翻阅了大量的书籍和资料，并积极利用互联网丰富的资源找取答案，并且在老师的帮助下我还学会了子程序调用的编程方法。让我对plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。另外，我和小组成员们还在仿真软件进行仿真加工过程。 从这次设计中我有了很深的体会，任何事情都不是一蹴而就的，都需要付出很艰辛的努力。我会更加努力的学习专业知识，充实自己！

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