机电一体化综合实验
液压PLC控制系统设计
学院： 班级: 学号: 姓名： 指导老师: 组别： 第五组 同组同学 电话：
中 国 重 庆 2012 年 2 月
目 录
一、实验总体规划 ........................................................................ 错误！未定义书签。
1.1实验目的 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 1.2实验器材 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 1.3实验要求 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 1.4实验内容 ................................................................................................. 错误！未定义书签。
二、系统设计 ................................................................................................... 错误！未定义书签。
2.1 总体方案设计 ........................................................................................ 错误！未定义书签。 2.2 零件图 .................................................................................................... 错误！未定义书签。 2.3工件加工工艺过程设计、动作循环图 ................................................. 错误！未定义书签。
2.3.1工件加工工艺过程设计 ............................................................... 错误！未定义书签。 2.3.2动作循环图 ................................................................................... 错误！未定义书签。 2.4液压回路设计 ......................................................................................... 错误！未定义书签。
2.4.1 设计思路 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 2.4.2 液压回路得电顺序表 ..................................................................................................... 6 2.5 PLC控制系统设计 .................................................................................................................... 6
2.5.1系统功能设计 .................................................................................................................. 6 2.5.2 I/O口的点数及地址分配、PLC选型 ............................................................................ 7 2.6 电气原理回路设计（见附录） ............................................................................................... 8 2.8 PLC程序设计 ....................................................................................................................... 10
2.8.1流程图 ............................................................................................................................ 10 2.8.2 全局变量表 ................................................................................................................... 11 2.8.3程序设计 ........................................................................................................................ 12
2.8.4程序的理解
三、PLC程序设计、调试遇到的问题 ..................................................................... 19 四、结论 ....................................................................................................................... 19 五、自我总结 ............................................................................................................... 20
一、实验总体规划
1.1、实验目的
1、能熟悉基于PLC控制的液压系统开发流程，并设计一个具体的液压系统； 2、熟悉并掌握各种液压元件的技术参数和使用方法； 3、熟练掌握相关PLC软件及编程方法； 4、能熟练使用梯形图编写液压系统的控制软件；
5、搭建具体硬件（含油、电路）连接，并完成软硬件的联调。 1.2、实验器材
计算机、液压泵、各种液压阀、油管、液压接头、PLC实验板、导线、传感器、电机
1.3、实验要求
设计一个零件的某一工序在钻床及相关辅助部件上实现批量生产加工工艺流程方案。要求采用液压系统作为动力部件，设计系统的工艺过程、动作循环及系统液压控制油路、电磁阀的得电顺序表、系统功能设计、系统动作流程图、PLC控制电路原理图、PLC编程及系统调试。
1.4、实验内容
1.4.1熟悉实验目的、实验器材、实验要求； 1.4.2系统设计；
1）、设计产品的加工工艺过程，画出零件图及动作循环图； 2）、根据加工工艺过程设计液压回路； 3）系统功能设计；
4）、I/O口的点数确定，根据点数进行PLC的选型设计，进行I/O口地址分配；
5）、画出电气原理图； 6）、程序设计与调试； 1.4.3.系统调试； 1.4.4.结论； 1.4.5.自我总结。
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二、系统设计 2.1零件图
零件工艺要求：
1）孔径公差允许控制在（+0.5，0）mm内，孔深允许在（+1，0）mm内，孔位垂直偏差允许在±0.2°以内。
2）孔位表面无崩烂、毛刺等缺陷。
3）零件装夹夹具与零件充分接触，保证夹紧位置精度。
2.2总体方案设计
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设计上述零件在专用机床上实现批量加工工艺流程方案。采用带传动输送工件，工件到位后（及传感器1的位置），传送带停止。液压缸1将工件推进到位，并由压力传感器检测工件的装夹（液压缸1和液压缸4共同装夹），到位后驱动液压缸2和主轴电机钻2个孔，钻完后驱动液压缸3和主轴电机钻一个孔，钻完后驱动液压缸1快速复位，复位后驱动液压缸4快进把零件推回到传送带上，然后液压缸快退，在工退的同时传送带启动，当液压缸4工退到位时，下一个零件刚好到达传感器1的位置，此时就循环启动。
2.3工件加工工艺过程设计、动作循环图
2.3.1、工件加工工艺过程设计 工艺过程：
（1） 带传动带动工件，传感器1有信号后，带传动停止，工件到位；
（2） 驱动液压缸1快进，延时后工进并夹紧，当压力传感器2有信号后，液压缸保压；
（3） 压力传感器有信号的同时驱动液压缸2进行快进，同时启动延时；
（4） 延时启动工进并启动主轴电机1进行钻孔； （5） 当传感器4有信号后，钻孔完成，液压缸快退；
（6） 当传感器3有信号后，驱动液压缸3进行工进和启动延时，同时停止液压缸2和主轴电机1；
（7） 延时驱动液压缸3工进和启动主轴电机2；
（8） 当传感器6有信号时工进到位，同时驱动液压缸3快退； （9） 当传感器5有信号时驱动液压缸1快退，同时停止液压缸3和主轴电机2；
（10） 当传感器1有信号时驱动液压缸4快进，同时停止液压缸； （11） 当传感器8有信号时液压缸4快进停止，进行快退同时启动延时；
（12） 延时启动工退，同时启动传送带，当传感器7有信号时，液压缸4停止，刚好下一个零件到达传送带上，即传感器1有信号，即循环
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启动。
2.3.2、动作循环图
1快进1工进2快进2工进2快退3快进3工进3快退1快退4快进4快退4工退
动作循环示意图
2.4液压回路设计
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2.4.1 设计思路：
完成以上动作需4个液压缸控制，1缸为工件推进和夹具控制缸。缸在夹紧工件时，当系统压力到达一定程度时，压力继电器工作，缸1控制夹具在工件加工过程中都处于夹紧状态。为缩短工时，1、2、3缸设计了两种速度：即工进和快进/退。考虑到工件的工艺合理性，4缸还设置了一个工退速度。2缸和3缸用于钻孔。4个液压缸都由三位四通阀来控制液路是否为前进或者后退。在手动模式下，只需要控制缸1、2、3、4液压控制油路的两位两通阀YA3、YA6、YA9、 YA12，来实现快、慢速度的选择。
工件推进钻孔1钻孔2推出缸YA3YA6YA9YA12YA7YA2YA1YA4YA5YA8YA10YA11
液压回路图
说明：
1） 带传动带动工件，传感器1有信号后，带传动停止，工件到位。 2） 液压缸1推入工件，YA2得电，夹具快进。延时工进，YA2、YA3得
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电，夹具工进。压力继电器作用，并夹紧工件。
3） 液压缸2快进，YA4得电。延时YA4、YA6得电，缸3工进。传感器4有信号，钻孔加工完成。YA5得电，缸3快退。
4） 传感器3有信号，钻头退到原位，YA7得电，缸3快进，延时YA7、 YA9得电，缸3工进，传感器6有信号，钻孔加工完成。YA8得电，缸3快退。
5） 传感器5有信号，钻头退到原位，YA1得电，缸1快退。 6） 传感器1有信号，YA10得电，缸4快进，传感器8有信号后，YA11得电，缸4快退，延时YA11、 YA12得电，同时传送带启动，缸4快退。
7） 传感器7有信号，缸4停止，同时传送带停止。 2.4.2 液压回路得电顺序表
得电顺序表
快缸进 1 进 快 进 缸工2 进 快退 快 进 缸工3 进 快退 缸1 退 快工YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YA8 YA9 YA10 YA11 YA12 快 进 缸快4 退 工退 --------+---++++++++-----+++++++------++--------6
----+----------+-------------+++----------------------+--------------+------------++-----------+
2.5 PLC控制系统设计
2.5.1系统功能设计
根据工件加工工艺过程分析，系统功能设置如下： 1、带电机、泵电机、钻头电机启动、停止、急停；
2、自动功能：系统默认处于自动状态，按下泵电机SB2，实现自动运行功能。
3、手动功能：按下SB7，系统处于手动状态下，夹具、钻头没处于原位或者自动运行出现故障时，可以经过相应的液压缸控制拨动开关SB6-1、SB6-2、SB6-3、SB6-4，然后通过进/退按钮SB9/SB10实现手动回位和相应的功能。
4、快、慢速功能：系统默认所有部件动作处于快速状态，可以根据现实需要按下SB8，实现相应的慢速进给功能。
5、单独控制功能：在手动状态或者在自动运行出现故障时，可以根据实际需要选择液压缸控制拨动开关SB6-1、SB6-2、SB6-3、SB6-4控制缸1、缸2、缸3、缸4，进行相应的动作。
6、系统自检功能：在系统开始进行自动功能时，夹具和钻头必须处于原位，否则相应的传感器没有信号，无法进行下一操作。
2.5.2 I/O口的点数及地址分配、PLC选型
输入 输PLC对应输入名称 端口 说明 出端口 YSB1 X0 急停 0 YSB2 X1 泵电机 1 YSB3 SB4
输出 中间继电器 PLC对应输出端 电磁铁1YA YA1 电磁铁2YA YA2 电磁铁X2 X3 主轴电机1 主轴电机2 7
2 Y3YA 4YA YA3 电磁铁
3 YSB5 X4 传送带电机 4 YSB6—1 X5 1缸选择 5 YSB6-2 X6 2缸选择 6 YSB6-3 X7 3缸选择 7 YSB6-4 X10 4缸选择 10 YSB7 X11 手动/自动 11 YSB8 X12 快速/慢速 12 YSB9 X13 进 13 YSB10 X14 退 传送带到位/1CGQ1 X15 缸快进 14 Y15 YCGQ2 X16 压力传感器 2缸快退到位传CGQ3 X17 感器 2缸工进到位传CGQ4 X20 感器 3缸快退到位传CGQ5 X21 感器 8
YA4 电磁铁5YA YA5 电磁铁6YA YA6 电磁铁7YA YA7 电磁铁8YA YA8 电磁铁9YA YA9 电磁铁10YA YA10 电磁铁11YA YA11 电磁铁12YA YA12 泵电机 KM1 KM2 主轴电机1 16 Y17 KM3 主轴电机2 传送带电KM4 机
3缸工进到位传CGQ6 X22 感器 4缸快进停止传CGQ8 X23 感器 4缸工退停止传CGQ7
由上图可以看出输入点为21个，输出点为16个，根据零件加工工艺特性、控制要求以及输入输出点数的情况，并考虑以后扩大功能，留%10~%15的余量，选定PLC型号为爱默生EC10-2416BTA晶体管输出，输入为24个点，输出为16个点，满足方案要求。
2.6 画出电气原理回路设计 主电路图
X24 感器
控制电路图
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2.8 PLC程序设计
2.7 流程图
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开始手动/自动NY波段开关 选缸快速/慢速前进/后退
启动泵电机启动传送带电机N传送带传感器Y传送带停止/I缸快进I缸工进N压力传感器YI缸停止/II缸快进延时II缸工进/II主轴 电机启动NII缸工进到位传感器YII缸快退NII缸快退到位传感器Y11
II主轴电机停止III缸快进延时III缸工进III主轴电机启动NIII缸工进到位传感器YIII缸快退NIII缸快退到位传感器YIII主轴电机停止I缸快退NI缸快退到位传感器YIV缸快进IV缸快进到位传感器NYIV缸快退延时IV缸工退NIV缸工退到位传感器Y
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2.8.1 全局变量表：
变量地序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 址 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 注释 急停 泵电机 主轴电机1 主轴电机2 传送带电机 缸1波段开关 缸2波段开关 缸3波段开关 缸4波段开关 手动/自动 快速/慢速 进 退 传送带传感器（114 X15 缸快进/快退） 压力传感器（1缸15 X16 工进停止） 2缸快退到位传感16 X17 器 2缸工进到位传感17 X20 器 3缸快退到位传感18 X21 器 3缸工进到位传感19 X22 器 4缸工退停止传感20
序号 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 变量地址 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 注释 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 11YA 12YA 泵电机 37 Y15 主轴电机1 38 Y16 主轴电机2 39 Y17 传送带电机 40 M0 M10传送带启动 41 0 M20缸3手动慢速进给 42 0 M30缸2手动慢速进给 X23 器 13
43 0 缸1手动慢速进给 4缸快进停止传感21 X24 器 断开缸2手动慢速22 M201 进给 断开缸3手动慢速23 M4044 0 M2045 3 M2046 4 缸4手动慢速进给 断开缸4手动慢速进给 断开缸1手动慢速进给 M202 进给
2.8.2 程序如下：
用X1启动泵电机Y14和传送带电机Y17，同时自锁Y14，Y17。当到达传感器时，传感器X15常闭触电断开，传送带停止运作
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此程序控制1缸快进，由泵电机和传送带传感器输入X15一起控制Y1输出。同时启动延时，自锁。
延时时间到，触点T0闭合，Y2输出3YA得电，1缸转为工进，自锁。同时由Y2触点断开延时继电器。
语句5用于手动调试，由手动/自动开关和波段开关X5同时控制。由X12实现信号输入，可实现1缸的慢速前进，断开X12在下降沿慢速进给。
当压力传感器X16输入信号,X16和Y2共同启动Y3输出信号,自锁。此时夹紧工件
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此段程序实现II缸快进开始启动时间继电器，延时5秒后Y5输出信号并自锁，II缸转为工进
此语句同样用于手动调试，由手动/自动开关和波段开关X6控制。由X12输入信号，按下X12，II缸慢速进给，断开X12在下降沿断开慢速进给。
由延时继电器触点T1启动II缸主轴电机开始加工并自锁。
II缸工进到位，传感器X20输入信号与Y15同时空竹Y4输入信号。断开Y3 Y5，II缸开始快退。
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当按下手动/自动按钮时,可由X11断开此条语句，产生互锁。
II缸快退到位后,X17得电与Y4同时空竹Y6输出信号，Ⅲ缸快进，同时断开Y4 Y15，此时II缸停止快退，主轴电机停止，并同时启动延时继电器T2，延时5秒。
延时继电器触点T2到点闭合启动Ⅲ缸主轴电机。
用于手动调试,由手动/自动开关和波段开关X7同时控制。由X12输入信号。按下X12实现Ⅲ
缸慢速进给，断开X12在下降沿断开慢速进给
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Ⅲ缸工进到位，由传感器X22和Y17同时空竹Y7输出信号，断开Y6，Y10。Ⅲ缸工进停止，并开始快退。
Ⅲ缸快退到位，由传感器X21与Y7同时控制Y0输出信号，断开Ⅲ缸快退并停止主轴。同时启动1缸快退
由Y0和Y11同时输出控制Ⅳ缸快进
语句21用于手动调试。由开关手动/自动和波段开关X10同时控制。X12输入信号，按下实现Ⅳ缸慢速进给，断开X12在下降沿停止慢速进给。
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Ⅳ缸快进到位，由传感器X23与Y11同时作用控制Y12信号输出，Ⅳ缸开始快退。
语句22用于由Y12启动延时继电器T3并断开Y11.
语句23由延时继电器触点T3同时启动Y13和M0。开始Ⅳ缸工进，启动传送带停止，传送下一个零件。当Ⅳ缸工退到位后，由传感器X24输入低电平信号，Ⅳ缸工退停止。进入下一个循环
三、 PLC系统设计、调试遇到的问题
在PLC系统设计中，考虑问题不大全面，没有一个很清晰的思路，未选择中间继电器，导致后来调试的时候发现问题过程中修改的麻烦。未考虑到突发事件的处理，一直是按照一步一步的往下进行的，导致后面的程序实现上很乱，输出可以跳过上面一步直接进行下面一步。这些问题都是以后需要重点注意的地方。
四、结论
此次实验我们是设计的一套流水作业的一个钻孔工位的控制。由送工件到位到加
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工完毕后送出工件的一系列控制，加工一个五通上的3个小孔。通过小组同学的一起协助，初步形成了该动作的控制。用到了PLC控制四个液压缸实现。
五、自我总结
在老师的细心指导下我们顺利的完成了此次实验。通过本次实验，获益颇多。在实验开始阶段，由于我们没有一个清晰的解决问题的思路，导致后面遇到了一系列的问题。开始都把问题想得过于简单，需要考虑的问题没有考虑全面。在本次实验中，首先我的任务就是画电路图。虽然这个任务相对而言简单，没有多大的难度，但是通过自己画图我了解画图需要弄清PLC的接线方法和各个信号的输入情况。输出控制由于保护需要用个中间继电器控制电池阀继电器。在程序编制方面由于我没有参与到主要编制的同学中，也在旁边积极的参与，帮助梳理思路看此处该如何进行控制，程序如何编写。在调试过程中，对于老师指出的不足之处让我们意思到考虑问题的全面性。以后在编写程序时需要采用中间继电器编程，这样可以使得程序的编制显得清晰易懂，也可以在后面修改程序的时候好处理。
通过此次实验，我懂的了团队合作的重要性。有的时候一个人的能力固然重要，但是在复杂的问题前还是需要团队的协同作业。在编程过程中，大家都同时提出自己的想法，当某个同学被程序绕进去了后，我们还可以在一旁纠正。在修改程序的时候，一个人发现不了的问题，可以在我们的一起读程序的时候找出不足之处和错误的地方。还有就是在我们编写的程序是用来实际加工的。需要考虑到显示生产实际当中所要遇到的问题，不能思考问题太理想化，毕竟工厂的环境并不是理想化的。
通过本次实验，我意识到在以后的学习工作中，不能把自己孤立出来，要意识到团队协作的重要性。人多力量大，多参与积极的讨论，收集大家的意见，可以把本次工作做得足够完善。多多思考可能发生的问题，解决于程序当中，增加程序的可行性。
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