某組合機床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電氣控制與PLC課程設(shè)計說明書題 目： 某組合機床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級： 自動1206 姓 名： 陳 文 浩 學(xué) 號： 7 指導(dǎo)教師： 任 勝 杰 成績：指導(dǎo)老師簽名： 日期： 目錄1 系統(tǒng)概述組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)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、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(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線

2、。 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(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)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、切削內(nèi)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(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)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(shù)日益成熟并得到越來越廣泛的應(yīng)用，利用原有的繼電器接觸器控制電路設(shè)計PLC控制系統(tǒng)，或直接進行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，都能很好地滿足組合機床自動化控制的要求。本次設(shè)計的要求如下：圖1.1如圖所示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.

3、5KW、1440轉(zhuǎn)/分鐘，1#箱體的進給電機為M3為1.5KW、1450轉(zhuǎn)/分鐘，工進與快進采用電磁鐵YV1（DC24V，10W）進行切換；右面為2#箱體移動式動力頭。主軸電機M2為5.5KW、1440轉(zhuǎn)/分鐘，2#箱體的工作進給電機為M4，為1.5KW、1450轉(zhuǎn)/分鐘，工進與快進采用電磁鐵YV2（DC24V，10W）進行切換。SQ1為左動力頭的原位限位，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

4、行單獨調(diào)整。3.加工過程中需要進行冷卻。4.應(yīng)有電源有信號指示，動力頭正在工作信號指示。5.應(yīng)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。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：1PLC與繼電器-接觸器相比較：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。由于它的結(jié)構(gòu)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(shù)的

5、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(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)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?？删幊炭刂破鞑捎么鎯壿嫛Ｋ溯斎攵撕洼敵龆艘c現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯是以程序的方式存儲在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時，則程序會長一些，輸入輸出的連線并不

6、多。若需要對控制邏輯進行修改時，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是由中大規(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。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(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)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內(nèi)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

7、控制系統(tǒng)利用時間繼電器的延時動作來進行定時控制。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結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)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(dāng)高并且定時時間長，定時范圍廣。(4) 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(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)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

8、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(shè)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。2PLC與單片機比較單片機具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格比較便宜等優(yōu)點，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。但是，單片機不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設(shè)計的，所以它與PLC比較起來有以下缺點：(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(shè)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(shù)人員來說，需要進行相當(dāng)長一段時間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機的知識才能掌握。而PLC采

9、用了面向操作者的語言編程，如梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者來說，無需了解復(fù)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。除了要進行控制程序的設(shè)計，還要在單片機的外圍進行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(guān)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(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口

10、、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可靠使用單片機進行工業(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(shè)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。通過上面的比較，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(shè)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(shè)計要求，主電路大致分為三個部分。首先看第一部分，主軸電機。主軸電機工作方式有兩種：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。根據(jù)不同的工作要求，主軸電機

11、的轉(zhuǎn)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(dāng)KM1、KM2的線圈得電吸合分別使電機M1、M2正轉(zhuǎn)；當(dāng)KM9、KM10的線圈得電吸合分別是電機M1、M2反轉(zhuǎn)。通過PLC的輸出就可以使不同的接觸器線圈得電，從而使電機的轉(zhuǎn)向不同。其次看第二部分，快速電機和進給電機。根據(jù)設(shè)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，也可進行單獨調(diào)整。所以就要求快速電機M5、M6能夠正反轉(zhuǎn)，工作進給電機為M3、M4能夠正轉(zhuǎn)即可。其主電路如下圖3-3所示。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

12、只要接觸器KM3、KM4的線圈得電就會吸合，就能正轉(zhuǎn)；M5、M6分別當(dāng)接觸器KM5、KM6線圈得電時正轉(zhuǎn)，當(dāng)接觸器KM7、KM8分別得電就反轉(zhuǎn)。最后看第三部分，照明電路和信號指示部分。當(dāng)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，告訴別人正在進行工作，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。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(yīng)的接觸器的常開觸點連接，當(dāng)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(zhuǎn)的接觸器；KM2、KM10分別是控制

13、M2的正反轉(zhuǎn)的接觸器；KM3、KM4分別是控制左右工進電機正轉(zhuǎn)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的狀態(tài)顯示出來。照明燈如下圖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(zhuǎn)啟動按鈕Y0M1主軸正轉(zhuǎn)（KM1）X1左動力頭反轉(zhuǎn)啟動按鈕Y1M1主軸反轉(zhuǎn)（KM9）X2左動力頭停車按鈕Y2M3工進正轉(zhuǎn)（KM3）X3左動力頭冷卻泵啟動Y3YV1快進（YV1）X4左動力頭快進限位Y4YV2快退（YV2）X5左動力頭工進限位Y5左冷卻泵（KM11）X

14、6左動力頭原位限位Y6M2主軸正轉(zhuǎn)（KM2）X7左動力頭快進按鈕Y7M2主軸反轉(zhuǎn)（KM10）X10左動力頭快退按鈕Y10M4工進正轉(zhuǎn)（KM4）X11右動力頭正轉(zhuǎn)啟動按鈕Y11M6快進（KM6）X12右動力頭反轉(zhuǎn)啟動按鈕Y12M6快退（KM8）X13右動力頭停車按鈕Y13右冷卻泵（KM12）X14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接線圖圖3-6 PLC I/O接線圖接觸器的線圈通過接110V電壓與PLC的輸出端和COM端相連。按鈕和開關(guān)與輸入端和COM端相連。3

15、.4 元器件選型首先是PLC的選擇。統(tǒng)計組合機床PLC輸入元器件、執(zhí)行元器件及I/O點數(shù)：輸入部分輸入部分 點數(shù)動力頭工作方式選擇按鈕SB6冷卻泵選擇開關(guān)SA2行程開關(guān)SQ6按鈕SB 4總計 18輸出部分輸出部分點數(shù)接觸器12 總計 12注：照明不需要接入PLC，只需要選擇開關(guān)就可以。所以選用FX2N32MR加擴展單元FX2N32ER，F(xiàn)X2N32MR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M1三相交流異步電動機JO3-802-6 5.5KW 380V 1440r/min主電動機1M2三相交流異步電

16、動機JO3-802-6 5.5KW 380V 1440r/min主電動機1M3三相交流異步電動機JO3-802-6 1.5KW 380V 1450r/min快速工進電動機1M4三相交流異步電動機JO3-802-6 1.5KW 380V 1450r/min快速工進電動機1M5三相交流異步電動機JO3-802-6 5.5KW 380V 1440r/min左冷卻泵1M6三相交流異步電動機JO3-802-6 5.5KW 380V 1440r/min右冷卻泵1FU1熔斷器RL1-15 15A主電動機過載保護1FU2熔斷器RL1-15 15A主電動機過載保護1FU3熔斷器RL1-15 15A快速工進電動機

17、過載保護1FU4熔斷器RL1-15 15A快速工進電動機過載保護1FU5熔斷器RL1-15 15A左冷卻泵過載保護1FU6熔斷器RL1-15 15A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(zhuǎn)1KM2交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220V控制M2正轉(zhuǎn)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(zhuǎn)1KM10交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220V控制M2反轉(zhuǎn)1YV1電磁鐵DC24V,10W控制M3快進1YV2電磁鐵

18、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 52.5AM2過載保護1FR3熱繼電器JR10-10 *14 7.20AM3過載保護1FR4熱繼電器JR10-10 *14 7.20AM4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(zhuǎn)1SB2按鈕黑色M1反轉(zhuǎn)1SB3按鈕M2正轉(zhuǎn)1SB4按鈕黑色M2反轉(zhuǎn)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

19、右冷卻泵1SQ位置開關(guān)LA2 黑色6圖3.4.3電器元件數(shù)量、型號表4 軟件設(shè)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，也可進行單獨調(diào)整。故設(shè)計的流程圖如下圖4-1所示。圖4-1設(shè)計流程圖4.2梯形圖圖4-2 梯形圖5 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(zhuǎn)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,X1=0Y0=1X0=0,X1=1Y1=1X2=0Y0=0,Y1=0X3=1Y5=1X3=0Y5=0X7=1,X0=1,X1=0/X7=1, X0=0,X1=1Y0=1,Y3=1/Y1=1,Y3=1X4=1Y2=1,Y3=0X5=1Y2=0,Y4=1,Y0=0/Y1=0X6=0Y4=0X10=1Y4=1X11=1,X12=0Y6=1X11=0,X12=1Y7=1X13=1Y6=0,Y7=0X14=1Y13=1X20=1,X11=1