1、- 1 -一、 课题来源、目的、意义1课题的来源本课题将针对武汉汽车车轮专用设备厂 1997 年生产的 JY3A 车轮轮辋滚圆机进行PLC 改造。包括了解该机床的工作原理、动作和顺序，分析原电气原理图，最终形成一套 PLC 改造方案，并设计硬件系统和控制程序。2本课题研究目的通过 PLC 改造电气系统试验，针对 JY3A 车轮轮辋滚圆机进行 PLC 改造，完成对此型号的滚圆机由普通的电气系统向 PLC 控制的转变，用以指导汽车工业生产实践，从而达到提高此种型号的机床的生产效率、加工精度、可靠程度。获得降低汽车零件生产成本,使系统满足现在加工系统的生产要求。获取更大的经济利益。3本课题研究的意义
2、JY3A 车轮轮辋滚圆机对于现在的东风汽车车轮公司而言，通过对现场观察及调研发现存在如下有待改进的主要问题：1）电气部分采用继电器控制逻辑硬接线组装。2）元器件数量多，线路复杂，使用期出现老化现象。3）故障次数高，查找费时，润滑时间控制不稳定。4）成本高，功能不够强大。基于上述的种种原因，对 JY3A 型的车轮轮辋滚圆机的电气系统的改造研究已势在必行。通过对其电气系统的改造，不但能够缩短生产周期，降低零件制造成本，提高加工精度，延长刀具寿命，而且依据 PLC 改造电气系统的成果，可以建立或完善 PLC控制电气系统，从而更大程度上提高生产效率水平、缩短生产周期、提高加工精度，从而获取更大的经济利
3、益。二、 国内外概况、预测和文献综述1课题的国内外研究概况在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可- 2 -靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968 年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且
4、这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969 年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable LogicController） 。随着微电子技术和计算机技术的发展，20 世纪 70 年代中期微处理器技术应用到 PLC 中，使 PLC 不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数
5、据传送和数据处理等功能。20 世纪 80 年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16 位和 32 位微处理器应用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速发展。PLC 不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使 PLC 真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。自从第一台 PLC 出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制 PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有 200 多家 PLC 厂商，400 多品种的 PLC 产品，按地域可
6、分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派 PLC 产品都各具特色，如日本主要发展中小型 PLC，其小型 PLC 性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的 PLC 生产厂家主要有美国的 A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱电机（Mitsubishi Electric）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的 AEG 公司、西门子（Siemens）公司，法国的 TE（Telemecanique）公司等 1。我国可编程控制器的引进、应用、研- 3 -制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控
7、制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。2课题的研究趋势预测21 世纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上
8、，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，
9、可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用 2。3文献综述目前工厂里采用的滚圆机，电气控制系统采用继电器的还是占多数。由于继电器在性能上的不足，影响到了机床的性能，使加工的零件精度偏低，加工时间长，而且机床的可靠度不高，故障率高，检修复杂，直接影响到工厂的经济效益。制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竞争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识技术产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此继电器控制系统必将
10、被 PLC 控制系统所取代。- 4 -三、 系统设计方案及可行性分析1系统设计方案要求：通过利用 PLC 对 JY3A 型车轮轮辋滚圆机的改造,提高这台机床加工精度、自动化程度。降低成本运作费用、故障率。提高机床的生产效率。使机床满足现有的生产状况，更利于工厂现在的发展。1）滚圆机的电气控制系统的控制电路滚圆机的原继电器控制电路图如图 1 所示。2）利用 PLC 来改造 JY3A 型滚圆机的电气控制系统本课题的操作流程仍然与原系统一样，如图 2 所示。2）JY3A 经过 PLC 改造后的电气控制框图如图 3 所示。通过 PLC 控制主电机转动，给压辊系提供动力。控制离合器，使主电机与压辊系分开
11、或结合。控制润滑电机给设备提供润滑油。控制调整电机，控制托架调整。控制电磁铁，用来吸起或释放工件。控制机械手使工件移动。2可行性分析本课题重点解决 JY3A 型车轮轮辋滚圆机的电气控制系统的改造问题，研究技术重点包括 PLC 控制技术与编程技术、滚圆机的工作原理、原来的电气控制系统及电机与PLC 控制器的连接电路。这次改造之所以选择三菱公司的 FX 系列的 PLC，因为它具有如下优点：1）小型化，高速度，高性能和使用方便，既减化电路设计量，同时节省空间。2）可靠性高、抗干扰能力强，功能强大、系统设计周期短，生产成本低。3）可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可
12、以满足多样化广泛需要的 PLC。4）在基本单元上连接扩展单元或扩展模块。5）PLC 编程好懂易学，便用方便。- 5 -图 1 滚圆机的原继电器控制电路图- 6 -设备准备电源压缩空气、手动润滑送料将板料推进送料机入口设备起动起动送料电机、主电机自动开始主压辊降 离合器结合，压辊系旋转成型时间到、离合器分离、压辊系停止旋转主压辊升 吸料电磁铁通电、吸起工件机械手前进将工件带到释放位置吸料电磁铁断电，释放工件自动结束图 2 JY3A 车轮轮辋滚圆机操作流程图主电机送料电机 PLC 控制器 离合器润滑电机机械手压辊系调整电机吸料电磁铁图 3 PLC 改造后的电气控制框图- 7 -四、 预计达到的要求
13、及预计的关键技术1.预计需达到要求、技术指标1）原机床的工艺加工方法不变。2）在保留主电路的原有元件的基础上，不改变控制系统电气操作方法。3）电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电器、接触器） ，作用与原电气线路相同。4）主轴和进给起动、制动、高低速的操作方法不变。5）改造原继电器控制中的硬接线，改为 PLC 编程实现。2.预计的关键技术1）PLC 控制技术及其编程技术PLC 控制技术主要用于滚圆机的主运动、工作台运动、压辊系运动、离合器运动、机械手运动等运动的控制，而编程技术主要用于控制机床的零件加工生产情况。2）滚圆机的工作原理可以说这是改造此种滚圆机的基础,只有在此基础上才能更
14、好的改造其电气控制系统。3）原有的电气控制系统认识和理解原有的电气控制系统，才能知道它的不足之处，从而利用 PLC 对此实行电气控制系统的改造。4）电机与 PLC 控制器的连接电路五、 课题研究进展计划毕业设计具体进度安排见表 1。表 1 毕业设计具体进度安排表序号 设计（论文）各阶段名称 日 期1 动员，明确设计任务，熟悉相关软件，查阅相关资料 2007.1.5-2.262 到系教学工作室进行调研，收集资料，完成开题报告 2007.2.27-3.263 进行具体的分析、编程、调试等工作（包括翻译） 2007.3.27-5.154 完善设计，撰写设计论文 2007.5.16-6.105 交资料
15、、准备并进行毕业答辩 2007.6.11-6.18- 8 -六、 现有的条件及设备宿舍电脑一台。整个汽车学院图书馆。不懂随时可以向老师提问。七、参考文献1ipconfig.PLC 学习。http:/ PLC 介绍。http:/ 2007 年 09 月 03 日 3邓星钟.机电传动控制（第三版） 。华中科技大学出版社.20064罗辑.机床设备电气与 PLC 控制。重庆：重庆大学出版社.20045姜德希.机床电路图册（上册） 。重庆：中国农业机械出版社.19856郁汉琪.可编程序控制器的原理及应用 北京：中国电力工业出版社.20047林小峰.可编程控制器原理及应用。北京：高等教育出版社.1994
16、8宋伯生.机床控制电器及电控制器。北京：中国劳动出版社.19909于庆广.可编程控制器原理及系统设计。 北京：清华大学出版社.200410张磊.机床改装技术方法 经验 绝招 技巧。北京：机械工业出版社.199311鲁远栋.机床电气控制技术。北京：电子工业出版社.200712贺哲容.机床电气控制线路图试图技巧。北京：机械工业出版社.2005- 9 -开 题 报 告 要 求1、 开题报告必须在收集和阅读有关资料，考查生产现场，参考类似产品，进行分析、对比、论证的基础上进行撰写。2、 开题报告的内容一般包括：课题的来源、目的、意义、国内外的现状及发展；进行可行性分析及系统设计方案；系统达到的功能要求、技术指标；所应用的新技术、新工艺、新装置等及关键技术；系统研究的重点和难点；预测课题的经济效益和社会效益以及可能取得的成果等。3、 开题报告不得少于 3000 汉字，并附有毕业设计计划安排。4、 开题报告要求在毕业设计前四周内完成。导师评语（应根据“开题报告要求” ，组织所指导的学生进行交流，对学生开题报告的内容、设计方案、应用技术以及预测成果等进行综合评价。 ）导师签名： 200 年 月 日
