某組合機床的電氣控制系統(tǒng)設計

1、電氣控制與PLC課程設計說明書題目：某組合機床的電氣控制系統(tǒng)設計專業(yè)班級：自動1206姓 名：文浩學號： 201223911127指導教師：任勝杰成績：指導教師簽名：日期：目錄1系統(tǒng)概述2.2方案論證3.3硬件設計6.3.1系統(tǒng)的原理方框圖6.3.2 主電路6.3.3 I/O 分配103.3 I/O 接線圖1.13.4元器件選型 1.14 軟件設計134.1主流程134.2梯形圖155系統(tǒng)調(diào)試16設計心得18參考文獻1.9附電氣控制原理圖201系統(tǒng)概述組合機床是以通用部件為根底，配以按工件特定形狀和加工工藝設計的專用 部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、

2、多面或多工位同時加工的方式，生 產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。 由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化， 可根據(jù) 需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低本錢和高效率的 優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。 加工時，工件一般不旋轉， 由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸 孔、鏜孔、銑削平面、切削外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車 削頭夾持工件使之旋轉，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。隨著PLC控制技術日益成熟并得到越

3、來越廣泛的應用， 利用原有的繼電器一 接觸器控制電路設計PLC控制系統(tǒng)，或直接進展PLC控制系統(tǒng)的設計，都能很好 地滿足組合機床自動化控制的要求。本次設計的要求如下：圖1.1如下圖為某一組合機床的示意圖，左面為 1#箱體移動式動力頭。主軸電機M1為5.5KW、1440轉/分鐘，1#箱體的進給電機為 M3為1.5KW 1450轉/分鐘， 工進與快進采用電磁鐵 YV1DC24V 10W進展切換；右面為2#箱體移動式動 力頭。主軸電機M2為5.5KW、1440轉/分鐘，2#箱體的工作進給電機為 M4，為 1.5KW 1450轉/分鐘，工進與快進采用電磁鐵 YV2DC24V 10W進展切換。SQ1為左

4、動力頭的原位限位，SQ3為左動力頭的快進限位，SQ5為左動力頭的工 進限位，SQ2為右動力頭的原位限位，SQ4為右動力頭的快進限位，SQ6為右動 力頭的工進限位，具體要求如下：1左、右兩動力頭均要求快進工進快退的工作循環(huán)。2可使左、右兩動力頭同時工作，也可進展單獨調(diào)整。3加工過程中需要進展冷卻。4應有電源有信號指示，動力頭正在工作信號指示。5.應有局部照明必要的保護環(huán)節(jié)。2 方案論證組合機床的電氣控制，理論上講，可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片 機控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。但是在實際工程中往往選擇一種經(jīng)濟、有效、 性能優(yōu)越的控制方案，考慮到上述幾點，PLC較適合組合機床的電氣控制。

5、PLC與單片機、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點：1. PLC與繼電器-接觸器相比擬：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀二十年代問世以來，一直是機電控制的主 流。由于它的構造簡單、使用方便、價格低廉，所以使用廣泛。它的缺點是動作 速度慢，可靠性差，采用微電腦技術的可編程順序控制器的出現(xiàn)， 使得繼電接觸 式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：(1) 控制邏輯繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸點串聯(lián)、并聯(lián)、 串并聯(lián)，利用時間繼電器的延時動作等組合或控制邏輯，連線復雜、體積大、功 耗也大。當一個電氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動 而改

6、動。特別是想要能夠增加一些邏輯時就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性和擴展性較差。可編程控制器采用存儲邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外， 而 控制邏輯是以程序的方式存儲在 PLC的存當中。假設控制邏輯復雜時，那么程序 會長一些，輸入輸出的連線并不多。假設需要對控制邏輯進展修改時，只要修改 程序就行了，而輸入輸出的連接線改動不多，并且也容易改動，因此， PLC的靈 活性和擴展性強。而且PLC是由規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。(2) 控制速度繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸點的動作來實現(xiàn)的，工作頻率 低。觸點的開閉動作一般是幾十毫秒數(shù)量級

7、。 而且使用的繼電器越多，反映的速 度越慢，還是容易出現(xiàn)觸點抖動和觸點拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制的，速度相當快。 通常，一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級。由于 PLC部有嚴格的同步，不會 出現(xiàn)抖動問題，更不會出現(xiàn)觸點拉弧問題。(3) 定時控制和計數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時間繼電器的延時動作來進展定時控制。用時間繼電器實現(xiàn)定時控制會出現(xiàn)定時的精度不高，定時時間易受環(huán)境的濕度和溫度變化 而影響。有些特殊的時間繼電器構造復雜， 維護不方便。而可編程程序控制器使 用半導體集成電路作為定時器，時基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當高并且定 時時間長，定時圍廣。(4)

8、 可靠性和維護性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點， 連線也多。觸點在開閉時會受 到電弧的損壞，壽命短。因而可靠性和維護性差。PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，可靠 性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時顯示給操 作人員，還能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供了方便?？傊?，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可 靠性高，設計施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。2. PLC與單片機比擬單片機具有構造簡單，使用方便，價格比擬廉價等優(yōu)點，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片

9、機不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設計的，所以它與PLC比擬起來有以下缺點：(1) 單片機不如PLC容易掌握使用單片機來實現(xiàn)自動控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。 這就要 求設計人員要有一定的計算機硬件和軟件知識。 對于那些只熟悉機電控制的技術 人員來說，需要進展相當長一段時間系統(tǒng)地學習單片機的知識才能掌握。而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖、狀態(tài)轉移圖等，對于使用 者來說，無需了解復雜的計算機知識，而只要用較短時間去熟悉PLC的簡單指令 系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。(2) 單片機不如PLC使用簡單使用單片機來實現(xiàn)自動控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如， 要

10、考慮工程現(xiàn)場與單片機的連接，輸出帶負載能力、接口的擴展，接口的工作方 式等。除了要進展控制程序的設計，還要在單片機的外圍進展很多硬件和軟件工 作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也較繁瑣。而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關直接 連接，非常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動負載能力，能適應一般的控制要求。 而且，在輸入接口、輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進入 PLC(3) 單片機不如PLC可靠使用單片機進展工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的自動控制， 在設計和制造過程中采取了 抗干擾性措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。通過上面

11、的比擬，針對組合機床的電氣控制系統(tǒng)，雖然 PLC的價格高一些， 但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機床在加工零件時的精度， 所以決定采用 PLC控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。3硬件設計3.1系統(tǒng)的原理方框圖圖3-1系統(tǒng)框圖3.2 主電路根據(jù)設計要求，主電路大致分為三個局部。首先看第一局部，主軸電機。主 軸電機工作方式有兩種：正轉、反轉。根據(jù)不同的工作要求，主軸電機的轉向不 同。因主軸電機的功率較小，故可以直接啟動。其主電路圖如下 3-2所示：圖3-2主軸電機當KM1、KM2的線圈得電吸合分別使電機 M1、M2正轉；當KM9、KM10 的線圈得電吸合分別是電機 M1、M2反轉。通過PLC的輸出就可以使不同的接

12、 觸器線圈得電，從而使電機的轉向不同。其次看第二局部，快速電機和進給電機。根據(jù)設計要求知左、右兩動力頭均 要求快進工進快退的工作循環(huán)，并且左、右兩動力頭可以同時工作，也可進 展單獨調(diào)整。所以就要求快速電機 M5、M6能夠正反轉，工作進給電機為 M3、 M4能夠正轉即可。其主電路如下列圖 3-3所示。3ylKz二 rIL1VY2VY4MK圖3-3快速電機和進給電機因為這4個功率都較小，所以可以直接啟動。 M3、M4只要接觸器KM3、KM4的線圈得電就會吸合，就能正轉； M5、M6分別當接觸器KM5、KM6線圈 得電時正轉，當接觸器 KM7、KM8分別得電就反轉。最后看第三局部，照明電 路和信號指

13、示局部。當機床工作時，為了警告旁人不要誤動作，故要有信號指示 說明，告訴別人正在進展工作，不要誤動作。信號指示也能顯示機床是否是在正 常工作、有無問題。有時候需要晚上工作，所以需要必要的照明。9HyE-mlZAA圖3-4指示信號燈如圖3-4,其指示著組合機床的工作狀態(tài)，指示燈分別與與之對應的接觸器的常開觸點連接，當接觸器的線圈得電，其常開觸點閉合，通過6.3V電壓使之亮。KM1、KM9分別是控制M1的正反轉的接觸器；KM2、KM10分別是控制M2 的正反轉的接觸器；KM3、KM4分別是控制左右工進電機正轉的接觸器；KM5、 KM7, KM6、KM8分別是左右快進快退電機。這樣就可以把所有的電機

14、的狀態(tài)顯 示出來。照明燈如下列圖3-5所示。圖3-5照明燈3.3 I/O分配因采用PLC控制，需分配其I/O點，它決定著系統(tǒng)如何工作輸入地址號信號名稱輸出地址號信號名稱X0左動力頭正轉啟動按鈕Y0M1主軸正轉KM1X1左動力頭反轉啟動按鈕Y1M1主軸反轉KM9X2左動力頭停車按鈕Y2M3工進正轉KM3X3左動力頭冷卻泵啟動Y3YV1 快進YV1X4左動力頭快進限位Y4YV2 快退YV2X5左動力頭工進限位Y5左冷卻泵KM11X6左動力頭原位限位Y6M2主軸正轉KM2X7左動力頭快進按鈕Y7M2 主軸反轉KM10X10左動力頭快退按鈕Y10M4工進正轉KM4X11右動力頭正轉啟動按鈕Y11M6

15、快進KM6X12右動力頭反轉啟動按鈕Y12M6 快退KM8X13右動力頭停車按鈕Y13右冷卻泵KM12X14右動力頭冷卻泵啟動X15右動力頭快進限位X16右動力頭工進限位X17右動力頭原位限位X20右動力頭快進按鈕X21右動力頭快退按鈕表3-1 I/O 口地址分配表3.3 I/O接線圖KM1x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x10 x11 x12 x13 x14 x15 x16 x17 x20 x21 COM圖3-6 PLC I/O接線圖接觸器的線圈通過接入端和端相連。110V電壓與PLC的輸出端和端相連。按鈕和開關與輸3.4元器件選型首先是PLC的選擇。統(tǒng)計組合機床PLC輸入元

16、器件、執(zhí)行元器件及I/O點數(shù):輸入局部輸入局部點數(shù)動力頭工作方式選擇按鈕 SB6冷卻泵選擇開關SA2行程開關SQ6按鈕SB4總計18輸出局部輸出局部點數(shù)接觸器12總計12注：照明不需要接入PLC只需要選擇開關就可以所以選用FX2n32MR加擴展單元FX2n32ER FX2n32MR含有32個I/O點16入，16出，F(xiàn)X2n32ER為含有32點擴展單元。下面是電器元件選擇。代 號名稱型號及規(guī)格用途數(shù)量三相交流異步電動JO3-802-65.5KW 380VM1主電動機1機1440r/min三相交流異步電動JO3-802-6 5.5KW 380VM2主電動機1機1440r/min三相交流異步電動JO

17、3-802-6 1.5KW 380VM3快速工進電動機1機1450r/min三相交流異步電動JO3-802-6 1.5KW 380VM4快速工進電動機1機1450r/min三相交流異步電動JO3-802-65.5KW 380VM5左冷卻泵1機1440r/min三相交流異步電動JO3-802-65.5KW 380VM6右冷卻泵1機1440r/min主電動機過載保FU1熔斷器RL1-1515A1護主電動機過載保FU2熔斷器RL1-1515A1護快速工進電動機FU3熔斷器RL1-1515A1過載保護快速工進電動機FU4熔斷器RL1-1515A過載保護左冷卻泵過載保1FU5熔斷器RL1-1515A護1

18、FU6熔斷器RL1-1515A右冷卻泵過載保護1KM1交流接觸器CJ10-75A 線圈電壓220V控制M1正轉1KM2交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220V控制M2正轉1KM3交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220VM3工進1KM4交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220VM4工進1KM9交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220V控制M1反轉1KM10交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220V控制M2反轉1YV1電磁鐵DC24V,10W控制M3快進1YV2電磁鐵DC24V,10W控制M4快進1FR1熱繼電器JR10-60 52.5AM1過載保護1FR2熱繼電器JR10-60 5

19、2.5AM2過載保護1FR3熱繼電器JR10-10 *147.20AM3過載保護1FR4熱繼電器JR10-10 *147.20AM4過載保護1FR5熱繼電器JR10-60 52.5AM5過載保護1FR6熱繼電器JR10-60 52.5AM6過載保護1SB1按鈕黑色M1正轉1SB2按鈕黑色M1反轉1SB3按鈕M2正轉1SB4按鈕黑色M2反轉1SB5按鈕黑色M3工進1SB6按鈕黑色M3快進1SB7按鈕黑色M4工進1SB8按鈕黑色M4快進1SB9按鈕黑色左冷卻泵1SB10按鈕黑色右冷卻泵SQ位置開關LA2 黑色圖343電器元件數(shù)量、型號表4軟件設計4.1主流程根據(jù)要求知需使左、右兩動力頭均要求快進工

20、進快退的工作循環(huán)和可使左、右兩動力頭同時工作，也可進展單獨調(diào)整。故設計的流程圖如下列圖4-1所示。NNNN圖4-1設計流程圖4.2梯形圖TO 04KLY0Q3益 T I一 一 f-TOD2YQgYOOO站卻丘OXI Fi-fJ-FTOOlI I<Y0O2KOI 1YflO®TOOTK0>0IMcrooaKOI? TOIDI« KQifi3 70l£T I1-F-fJ f節(jié)I ?TOOT3?Ot4sroisw I I-<V0!35系統(tǒng)調(diào)試安裝GX Developer和三菱的仿真軟件，建立一個新工程，將梯形圖輸入到工 程中，完成后將其轉換。再啟動梯形圖邏輯測試，選擇軟元件測試，輸入不同的 軟元件，改變其狀態(tài)，觀察輸出的改變。軟元件的改變輸出的改變X0=1,X 仁0Y0=1X0=0,X 仁1Y1=1X2=0Y0=0,Y 仁0X3=1Y5=1X3=0Y5=0X7=1,X0=1,X1=0/X7=1, X0=0,X 仁1Y0=1,Y3=1Y1=1,Y3=1X4=1Y2=1,Y3=0X5=1Y2=0,Y4=1,Y0=0/Y 仁0X6=0Y4=0X10=1Y4=1X11=1,X12=0Y6=1X11=0,X12=1Y7=1X13=1Y6=0,Y7=0X14=1Y13=1X20=1,X11=1,X12=0/X20=1,X11=0,X12=