成型磨床PLC控制系統(tǒng)方案設計書1

1、成型磨床 PLC 控制系統(tǒng)設計 一、成型磨床電氣控制系統(tǒng)設計任務書 1設備簡況介紹 本機床用于各種特殊要求型面的磨削加工，機床有四臺電動機拖動，及磨頭電動機拖 動砂輪高速旋轉，采用 JW11 4(0.6kw), 單向連續(xù)工作。液壓泵電動機拖動油泵向液壓系 統(tǒng)供油，采用 Y802 4(0.75kw) 單向連續(xù)工作。磨頭升降電動機帶動砂輪架上下移動，采 用 JW11 4 正反轉工作。吸塵電動機供磨削加工中吸塵用，采用JW114 驅動。 加工時，工件置于電磁吸盤( 36V/1.2A )上，加工完畢退磁取下工件。 2設計要求 1) 為調整砂輪位置，磨頭升降采用點動控制。為了停位準確，應有制動控制(采用

2、能 耗制動)。上下極限位置應有位置保護。在磨削加工中應保證砂輪架不能升降移動。 2) 磨頭砂輪運轉與電磁吸盤之間，應有電氣連鎖環(huán)節(jié)，其要求是：只有在電磁吸盤通 電并處于充磁吸著工件時，才能啟動砂輪電動機。磨削中，一旦發(fā)生失磁，砂輪電動機應 自動停止運轉，以確保安全。為了修整砂輪，在吸盤不通電時，應能單獨啟動砂輪電動 機。 3) 要有照明和必要的燈光顯示。 4) 設置必要電氣保護與聯(lián)鎖。 二、成型磨床 PLC 電氣控制系統(tǒng)總體設計過程 1總體方案說明 1) 油泵電動機、磨頭電動機、磨頭升降電動機、吸塵電動機分別由電動機M1、M2 、 M3 、 MA4 拖動。 2) 砂輪位置調整，磨頭升降采用點動

3、控制。為了停位準確，應有采用能耗制動。 3) 上下極限位置應有位置保護。在磨削加工中應保證砂輪架不能升降移動。 4) 采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護，用以完成各個電動機系統(tǒng)的過載保護。 5) 主電路用斷路器，各負載回路和控制回路以及PLC 控制回路采用熔斷器，實現(xiàn)短路 保護。 6) 電控箱設置在控制室內?？刂泼姘迮c電控箱內的電器板用 BVR 型銅導線連接，電控 箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。 7) PLC 選用繼電器輸出型。 8) PLC自身配有24V直流電源，外接負載時考慮其供電容量。PLC接地提高抗干擾能 力。 2. PLC成型磨床電氣控制原理圖設計 (1)主電路設計 成型磨床電氣控制系統(tǒng)主電

4、路如圖1-2所示。 L1 I 2 L 圖1-2成型磨床電氣控制系統(tǒng)主電路 1) 主回路中交流接觸器KM1、KM2、分別控制油泵電動機 M1、砂輪電動機 M2和吸 塵電動機M3 ;交流接觸器 KM3、KM4控制、磨頭電動機 M4升降。 2) 電動機M1、M2、M3、M4由熱繼電器 FR1、FR2、FR3、FR4實現(xiàn)過載保護。 3) QG為電源總開關，既可完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電源的作 用，使用和維修方便。 4) 熔斷器FU1、FU2、FU3分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。FU4、FU5分別完成交 流控制回路和PLC控制回路的短路保護。 （2）主要參數(shù)計算 1）斷路器QG為供電系統(tǒng)

5、電源開關，其主回路控制對象為電感性負載交流電動機，斷 路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.7倍整定。成型磨床有 0.8kW負載電動機一臺， 起動電流較大，其余三臺為 0.6kW，起動電流較小，而且工藝要求 4臺電動機單獨起動運 行，因此可根據(jù)0.8kW電動機選擇自動開關 QG脫扣電流Iqg： Iqg= 1.7In，選用Iqg的斷路器。 2）熔斷器FU熔體額定電流Ifu。以曝氣風機為例，Ifu2In，選用Ifu的熔體。其余熔 體額定電流的選擇。 3）熱繼電器的選擇請參考有關技術手冊，負載額定電流的1.2倍。 4）能耗制動參數(shù)計算 制動電流Id = 1.5In 直流電壓U D = Rl D 整流

6、變壓器二次側交流電流l2 = Id /0.9 電壓 U2= Ud/0.9 整流變壓器容量 S= I2 U2 （3）PLC控制電路設計 包括PLC硬件結構配置及 PLC控制原理電路設計。 1）硬件結構設計。了解各個控制對象的驅動要求，如：驅動電壓的等級、負載的性質 等；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（ I/O ）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類 型，如：對開關量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等，選擇適合的PLC機型 及外設，完成PLC硬件結構配置。 1.1控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配 表1-1和表1-2分別為成型磨床電氣控制系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。 表1-1成型磨床電氣控

7、制系統(tǒng) PLC輸入接口功能表 序號 名稱 文字符號 輸入口 1 油泵電動機啟動按鈕 SB1 X0 2 油泵電動機停止按鈕 SB2 X1 3 磨頭砂輪電動機啟動按鈕 SB3 X2 4 修整砂輪啟動按鈕 SB4 X3 5 磨頭砂輪電動機停止按鈕 SB5 X4 6 磨頭上升點動按鈕 SB6 X5 7 磨頭下降點動按鈕 SB7 X6 8 磨頭上升極限位置行程開關 SQ1 X7 9 磨頭下降極限位置行程開關 SQ2 X10 10 電磁吸盤斷電按鈕 SB8 X11 11 電磁吸盤充磁按鈕 SB9 X12 12 電磁吸盤退磁點動按鈕 SB10 X13 13 照明開關 SA1 X14 14 欠電壓保護開關 S

8、A2 X15 表1-2成型磨床電氣控制系統(tǒng) PLC輸岀接口功能表 序號 名稱 文字符號 輸入口 1 油泵電動機啟動接觸器 KM1 Y0 2 磨頭砂輪電動機啟動接觸器 KM2 Y1 3 磨頭上升點動啟動接觸器 KM3 Y2 4 磨頭下降點動啟動接觸器 KM4 Y3 5 能耗制動啟動接觸器 KM5 Y4 6 電磁吸盤充磁接觸器 KM6 Y5 7 電磁退盤充磁接觸器 KM7 Y6 8 電磁鐵 YA1 Y7 9 充磁與退磁指示燈 HL1 Y10 10 磨頭升降指示燈 HL2 Y11 11 磨頭砂輪運轉指示燈 HL3 Y12 12 油泵電機工作指示燈 HL4 Y13 13 照明燈 EL1 Y14 1.2

9、制定電氣元件目錄表 表1-3成型磨床電氣控制系統(tǒng)元器件目錄表 序號 文字符號 名稱 數(shù)量 規(guī)格型號 備注 1 M1 電動機 1 J802- 4(0.75kw) 三相交流異步電動機 2 M2、M3、 M4 電動機 3 JW11-4 三相交流異步電動機 3 FR1FR4 熱繼電器 4 JR16B-20/3 參照電動機整定電流 4 FU1 熔斷器 3 RL1-15 熔體210A 5 FU2、 FU3 熔斷器 2 RT16-32X 熔體2A 6 QG 斷路器 1 C45AD 脫扣電流10A 7 SB1 油泵電動機啟動 按鈕 1 LAY37 綠色 8 SB2 油泵電動機停止 按鈕 1 LAY37 紅色

10、9 SB3 磨頭砂輪電動機 啟動按鈕 1 LAY37 綠色 10 SB4 修整砂輪啟動按 鈕 1 LAY37 綠色 11 SB5 磨頭砂輪電動機 停止按鈕 1 LAY37 紅色 12 SB6 磨頭上升點動按 鈕 1 LAY37 綠色 13 SB7 磨頭下降點動按 鈕 1 LAY37 綠色 14 SQ1 磨頭上升極限位 置行程開關 1 LAY37 上極限位置保護 15 SQ2 磨頭下降極限位 1 LAY37 下極限位置保護 置行程開關 16 SB8 電磁吸盤斷電按 鈕 1 LAY37 紅色 17 SB9 電磁吸盤充磁按 鈕 1 LAY37 綠色 18 SB10 電磁吸盤退磁點 動按鈕 1 LAY

11、37 黃色 19 SA1 照明開關 1 LAY37-D2 黑色 20 KM1 油泵電動機啟動 接觸器 1 DJX-9 線圈電壓：AC220V 21 KM2 磨頭砂輪電動機 啟動接觸器 1 DJX-9 線圈電壓：AC220V 22 KM3 磨頭上升點動啟 動接觸器 1 DJX-9 線圈電壓：AC220V 23 KM4 磨頭下降點動啟 動接觸器 1 DJX-9 線圈電壓：AC220V 24 KM5 能耗制動啟動接 觸器 1 DJX-9 線圈電壓：DC36V 25 KM6 電磁吸盤充磁接 觸器 1 DJX-9 線圈電壓：DC36V 26 KM7 電磁吸盤退磁接 觸器 1 DJX-9 線圈電壓：DC3

12、6V 27 KV1 欠電壓繼電器 1 JT3 線圈電壓：DC36V 28 HL1 HL4 指示燈 4 AD16-22 指示燈電壓，DC6.3V 29 EL1 照明燈 1 JL40A 照明燈電壓，DC36V 30 HL5 電源指示燈 1 AD16-22 指示燈電壓，AC220V 31 TC 隔離變壓器 1 BK-100 380v/135v 32 YA 電磁鐵 1 DJX-9 線圈電壓：DC36V 14個，開關聯(lián)輸出點14個，所以選用 1.3 PLC系統(tǒng)選型 從上面分析可知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點 FX2N-48繼電器輸出型。 繪制PLC控制接線圖 1）根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電

13、路原理圖，繪制PLC控制電路。 圖1-3為成型磨床PLC控制電路原理圖。 2）KM3和KM4接觸器線圈支路與 KM6和KM7接觸器線圈支路，設計了互鎖電路， 以防止誤操作故障。 3）PLC輸入回路中，信號電源由 PLC本身的24V直流電源提供，所有輸入 COM端短 接后接入PLC電源DC24V的（+ ）端。輸入口如果有有源信號裝置，根據(jù)驅動的負載的 電壓來選擇合適的交、直流電源。 4) PLC采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為AC250V , 2A。 5) 根據(jù)上述設計，對照主回路檢查交流控制回路、PLC控制回路、各種保護聯(lián)鎖電 路、PLC控制程序等，全部符合設計要求后，繪制出最終的電氣

14、原理圖。 0- 計 卩L 労彌 rp嚴 X 迎 巴屮 m rp沮 D1 +：I 嚴！ HL 2- HL .ML1 in I LI- f 0 圖 1-3 成型磨床 PLC 控制電路原理圖 （5） PLC 控制程序設計 1）程序設計。根據(jù)控制要求，建立成型磨床控制流程圖，如圖 1-4 所示，表達出各控 制對象的動作順序。 2）系統(tǒng)靜態(tài)調試?？蛰d靜態(tài)調試時，針對運行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關 系是否正確。調試過程中盡量接近實際系統(tǒng)，并考慮到各種可能發(fā)生的情況，作反復調 試，出現(xiàn)問題及時分析、調整程序或參數(shù)。 3）系統(tǒng)動態(tài)調試及運行。在動態(tài)帶負載狀態(tài)下調試，密切觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài)，。遇 到問題

15、及時停機，分析產生問題的原因，提出解決問題的方法，同時做好詳盡記錄，以備 分析和改進。 設計程序設計注意事項： 1）遵循梯形圖設計基本原則 ,在不增加硬件元器件的基礎上運用一些輔助元件和觸點 使電路結構清晰； 2）分離交織在一起的電路，載體信徒設計時，將各線圈的控制電路分離開，這樣處理 增加了觸點，電路會跟清晰； 3）中間單元的設置，在梯形圖中設置該電路控制的輔助繼電器； 4）復雜電路的等效設計； 5）盡量減少 PLC 的輸入信號和輸出信號 : 6）一個輸入繼電器的常開或常閉觸點可以多次使用； 7）軟件互鎖與硬件互鎖； 8）梯形圖電路優(yōu)化設計。 PLC 外部電源的設定： 輸出端應根據(jù)外部負載額

16、定電壓設定，還要設定必要的短路保護； 輸入端電源由 PLC 自身 24V 直流電源提供。 .結束 圖1-4成型磨床PLC控制流程圖 成型磨床PLC控制程序如圖1-5所示。 圖1-5成型磨床PLC控制梯形圖程序 0 LD xooo 1 0P Y000 2 ANI X001 3 AMD X015 4 our 000 5 LD X002 6 m YOQS 7 OR X003 8 OE Y001 3 m X004 10 m X01E 11 OUT yooi 12 LD X005 U AHI X00? U ANI Y004 15 ANI TQQ3 16 m Y001 17 OUT Y002 19 OUT

17、 M0 19 LD X006 20 m X010 21 M 伽 22 m YO02 23 m Y0Q1 24 OUT Y003 漁 OUT Ml 朋 LD MO 27 OE Ml 28 OE M2 溜 TO OUT 出 31 LD M2 耗 m 002 33 ftNl Y008 34 OUT Y004 35 OUT TO 38 LDI X011 39 MPS 程序清單: 40 LD KOI 2 41 OR YOOS 42 ANB 4$ AN1 Y006 44 OUT Y005 45 MPP 46 AND X01? 47 AMI YOOS 48 OUT YOOfi 49 LD X014 50 o

18、ur YOU 51 ID YOOS 52 OH YOOB 53 our Y007 54 OUT Y010 55 LD YOOZ 56 OR Y004 57 our YOU 58 LD Y001 59 OUT Y0L2 eo LD Y100 SI our YQ13 2 .END 圖1-6成型磨床PLC控制指令程序 三.成型磨床電氣控制工藝設計 按設計要求設計繪制電器板電器元器件平面圖、控制面板電器平面圖及相關電氣接線 圖。 1) 先根據(jù)控制系統(tǒng)要求和電氣設備的結構，確定電器元器件的總體布局以及控制面板 上應安裝的電器元件。本系統(tǒng)在成型磨床現(xiàn)場設計安裝的電器元件和動力設備有：電動機 等。電控箱內電

19、器板上安裝的電器元件有：斷路器、熔斷器、隔離變壓器、 PLC 、接觸 器、中間繼電器、熱繼電器和端子板等。在控制面板上設計安裝的電器元件有：控制按 鈕、旋鈕開關、各色指示燈等。 2) 依據(jù)用戶要求滿足操作方便、美觀大方、布局均勻對稱等設計原則，繪制電控箱電 器板元件布置圖、電器面板元件布置圖，如圖1-6圖1-7所示。進出引線采用接線端子板 連接，接線圖略。 3) 依據(jù)電器元件布置圖及電器元器件的外形尺寸、安裝尺寸，繪制電器板(絕緣板、 鍍鋅鐵板或架)、控制面板(有機玻璃板、鋁板或鐵板等)、墊板(有機械強度的絕緣板 或鍍鋅板)等零部件加工圖。圖中應注明外形尺寸、安裝孔徑、定位尺寸與公差、板材厚

20、度以及加工要求等。本設計所涉及的鈑金加工技術圖從略。 4) 依據(jù)電器安裝板、控制面板尺寸設計電控箱，繪制電控箱安裝圖。本設計從略。 至此，基本完成了成型磨床系統(tǒng)要求的電氣控制原理設計和工藝設計任務。 劃分組件的原則是： (1) 把功能類似的元件組合在一起； (2) 盡可能減少組件之間的連線數(shù)量，同時把接線關系密切的控制電器置于同一組件 中； (3) 讓強弱電控制器分離，以減少干擾； (4) 為力求整齊美觀，可把外形尺寸、重量相近的電器組合在一起； (5) 為便于檢查與調試，把需經(jīng)常調節(jié)、維護和易損元件組合在一起。 3 電器元件布置圖的設計與繪制 電氣元件布置圖是某些電器元件按一定原則的組合。電

21、器元件布置圖的設計依據(jù)是部 件原理圖、組件的劃分情況等。設計時應遵循以下原則： (1) 同一組件中電器元件的布置應注意將體積大和較重的電器元件安裝在電器板的下 面，而發(fā)熱元件應安裝在電氣箱(柜)的上部或后部，但熱繼電器宜放在其下部，因為熱繼 電器的出線端直接與電動機相連便于出線，而其進線端與接觸器直接相連接，便于接線并 使走線最短，且宜于散熱； (2) 強電弱電分開并注意屏蔽，防止外界干擾； (3) 需要經(jīng)常維護、檢修、調整的電器元件安裝位置不宜過高或過低，人力操作開關及 需經(jīng)常監(jiān)視的儀表的安裝位置應符合人體工程學原理； (4) 電器元件的布置應考慮安全間隙，并做到整齊、美觀、對稱，外形尺寸與

22、結構類似 的電器可安放在一起，以利加工、安裝和配線。若采用行線槽配線方式，應適當加大各排 電器間距，以利布線和維護 口口 HE |k J3 | 4 | 口 士 1( ebl l. 1 7 ID- ii 圖11-7電控箱電器面板元件布置圖 圖11-8電控箱電器板元件布置圖 四課程設計小結 經(jīng)過一周的設計圓滿的完成了這次課程設計，本次課程設計讓我受益匪淺。 我的課程設計題目是成型磨床 PLC 控制系統(tǒng)的設計，隨著科技的發(fā)展電氣自動化控制 將會發(fā)展越來越迅速， PLC 控制更是為電氣控制提供了一條便捷通道。我的課程設計必須 結合機電傳動、 PLC 控制、電氣控制等的知識來設計。課程設計的前幾天，我充分的搜尋 各種有用資料，參考書，為這次課程設計順利完成做好了準備。 設計過程中讓我對前段時間學習的機電傳動控制與可控制編程等學科有了更進一步的 認識。我們經(jīng)過了金工實習對磨床的結構及運動形式早已了解，通過查閱資料我了解了磨 床的電力拖動與電氣控制要求，對元器件的選擇也有了了解。 但