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表5.3 液压系统工作执行情况 电磁铁工作状态
工作循环
1YA
快进 工进 暂停 快退 原始停止
+ + - - -
2YA - - - + -
3YA - + - - -
换向阀6 左位 左位 中位 右位 中位
速度换接阀5
左位 右位 左位 左位 左位
液压元件工作状态
注：“+”表示得电 ， “-”表示失电。
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6. PLC控制系统设计
6.1 PLC控制系统分析
PLC（Programmable logic Controller 可编程控制器），是一种用软件手段来实现各种控制功能、以微处理器为核心的新型工业控制器。它把计算机的功能完备，灵活性、通用性好等优点和继电器接触器控制系统的操作方便、价格低、简单易懂等优点结合起来，成为一种适应工业环境的通用控制装置，并独具一格地采用以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使变成方法和程序输入更加简便，使不熟悉计算机的人员也能很快掌握其使用技术。现在可编程控制器已成为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制，由最初的逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制，具有数字运算、数据处理和通信联网等功能。现在可编程序控制器已成为电气自动化控制系统中应用最为广泛的控制装置。
由上述分析，可见采用PLC控制钻削动力头的进给运动是较好的方案，不但操作方便、价格低，而且控制精度高，工作可靠等。使操作人员的劳动强度降低，还提高了生产效率。
要实现钻削动力头进给运动的控制，必须设计出相对应的机械不仅和液压回路系统的PLC控制系统。
6.2 PLC控制系统设计
根据前面所设计的液压回路系统，设计钻削动力头进给运动的电气控制系统，使主轴能够在作主运动的同时，能实现快进——工进——延时——快退——原始停止的动作。
首先设计电气原理图，如图6.1所示。 液压进给的电气控制系统工作原理： (1)快进
按下SB2，KA1自锁，1YA得电使电磁换向阀在左位，实现快速进给功能。 （2）工进
当钻头碰到工件时，弹簧缓冲装置受到一定压力时，开关SQ1接通，继电器KA2得电使开关KA2合闭，3YA得电使速度换接阀启动，实现工作进给运动。
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图6.1 钻削动力头电气原理图
（3）暂停
经过端子板进行位置检测，当钻头进给到一定深度或钻头工件时，SQ2开关接通，继电器KT得电使开关KT断开导致各支路断开，各开关复位，进给运动停止。 （4）快退
延时开关KT延时到预定时间接通，2YA得电使电磁换向阀在右位，实现快退功能。 （5）原始停止
当钻头退到原来的位置时，撞击挡块SQ3接通，继电器KA3得电使开关KA3断电，切断了整个进给系统的线路，同时主轴也停止了快退动作。
经过以上一个完成的工作过程，整个电气控制系统又恢复原位。当按下SB2按钮时才会进入下一个工作循环，此动作由数控系统控制。
在一般的情况下，大多采用电气控制。但在恶劣的工作环境下，电气控制系统的元器件和线路容易老化，老化后更换也不方便。所以在本设计的钻削动力头的工作环境，考虑采用模块式PLC控制，模块式PLC的功能扩展灵活方便，I/O点数量、输入点数于输出点数的比例、I/O模块的种类等方面，选择余地较大。维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。因此，模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差的场合。
根据钻学动力头的工艺流程，控制液压系统。设计PLC控制系统，图6.2所示，1ST---2ST为限位开关，SB为启动按钮，1YA---3YA为电磁阀，KT为延时继电器。
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图6.2 钻削动力头工艺流程图
开始时，动力头在原位，压着限位开关1ST，即1ST闭合。当按下启动按钮SB后，电磁阀1YA动作，动力头快进；接近工件时，碰上位置开关2ST，2ST闭合，电磁阀3YA得电动作，动力头转为工进；工进到位，碰上位置开关3ST，则1YA、3YA断电，动力头停止前进；延时继电器KT接通，设延时1S，延时到，电磁阀2YA得电，动力头退回，当退回到原始位置时，碰着1ST，此时，2YA断电，动力头停止在原位上。每按一下启动按钮，重复一次上述循环。可由数控系统执行程序来控制启动按钮。
钻削动力头的动作顺序如表6.1所示。输入条件中，1ST*SB表示1ST于SB同时闭合；在输出栏中，“+”号表示电磁阀得电，“-”表示电磁阀失电。
表6.1 钻削动力头的动作顺序表
步 序
输出
输入条件
1YA
2YA - - - - + -
3YA - - + - - -
原 位 快 进 工 进 延 时 快 退 原 始
1ST 1ST*SB 2ST 3ST 3ST*KT 1ST
- + + - - -
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根据动作顺序表选定与各开关、电磁阀等现场器件相对应的PLC内部等效电器地址编号，其对照表如表6.2所示。
表6.2 现场器件于PLC内部等效继电器对照表
现场器件
1ST 2ST
输入
3ST 4ST 1YA
输出
2YA 3YA
内部等效继电器地址号
400 401 402 403 431 433 432
说明 动力头原位 动力头快进到位 动力头工进到位 启动按钮 动力头快进、工进 动力头工进 动力头退回
根据表6.2画出PLC于现场器件实际连接图，如图6.3所示。
图6.3 PLC与现场器件的连接
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