成型磨床PLC控制系統(tǒng)設計

1、開封大學畢業(yè)設計（論文）任務書畢業(yè)設計題目：用三菱PLC完成對成型磨床的控制學 院專業(yè)電氣自動化技術班級07電氣（1）班學號2007106040姓 名指導老師韓洪濤2010年4月16日目錄一摘要 3關鍵詞 3引言 4二磨床電氣控制系統(tǒng)設計任務書 . 51 設備概況介紹 52 控制系統(tǒng)設計要求 . 5三磨床PLC電氣控制系統(tǒng)總體設計過程 61 總體方案說明 62PLC成型磨床電氣控制原理圖設計 7(1) 主電路設計 7.(2) 主要參數(shù)計算 8.(3) PLC 控制電路設計 8.(4) 繪制 PLC 控制接線圖 1.1(5) PLC 控制程序設計 1.3四 PLC 外部電源的設定： 13五成型磨

2、床電氣控制工藝設計 16致謝 21設計參考資料 . 22一摘要由于工廠企業(yè)中很多磨床年代久遠，其工作已遠遠達不到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。 因此有必要對舊式的常規(guī)電動機控制系統(tǒng)進行技術改造， 以可編程序控制器取代 常規(guī)的繼電器， 以達到磨床的自動化控制。 本文介紹了用可編程序控制器來對平 面磨床控制系統(tǒng)進行現(xiàn)代化改造， 簡要敘述了老式成型平面磨床的工作原理及用 PLC進行改造設計的方法和設計步驟，并給出 PLC編程程序梯形圖。改造后的磨 床工作安全可靠，系統(tǒng)運行情況良好，磨削精度更高；利用PLC控制磨床運行，實現(xiàn)了磨床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動控制和自動控 制兩種控制方式，可根據(jù)運

3、行要求靈活切換磨床的控制方式；提供過載，輕載， 斷相和電壓不平衡保護； 現(xiàn)場顯示運行狀態(tài)， 實現(xiàn)智能化監(jiān)控。 并因所吸工件的 不同靈活調(diào)節(jié)電磁吸盤的電流， 并且顯示數(shù)值大小。 從而實現(xiàn)了磨床運行的自動 化。PLC控制的特點使原機床控制大大的簡單化，并且維修方便，易于檢查。節(jié)省 大量的繼電器元件 , 使機床的工作效率更高。該項技術還可推廣應用于其他輔機 設備或其他領域的自動化控制改造中。關鍵詞可編程序控制器 成型磨床 改造引言現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件 的復雜性和精度要求迅速提高， 傳統(tǒng)的普通磨床已經(jīng)越來越難以適應現(xiàn)代化生產(chǎn) 的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降

4、低勞動力成本、 產(chǎn)品成本， 提高企業(yè)整體效率 和質(zhì)量的競爭發(fā)展到全面滿足顧客要求、 積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭， 將面臨知識 技術產(chǎn)品的更新周期越來越短， 產(chǎn)品批量越來越小， 而對質(zhì)量、 性能的要 求更高， 同時社會對環(huán)境保護、 綠色制造的意識不斷加強。 因此敏捷先進的制造 技術將成為企業(yè)贏得競爭和生存、 發(fā)展的主要手段。 但新機床購置費用高， 且生 產(chǎn)準備周期長。因此對原有機床的現(xiàn)代化改造顯得尤為重要。 而用pic改造老機 床有很多優(yōu)點：節(jié)省資金，減少投資額，交貨期短機床的pic改造，可大大減少資金的投入，同購置新機床相比，一般可節(jié)省 60 %80 %的費用，改造 費用低。特別是大型、特殊設備尤為

5、明顯。一般大型機床改造，只需花新機床購 置費的 1/3 ?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基， 不必像購入新設備那樣重新構(gòu)建地基。 性能穩(wěn)定可靠因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效， 幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精 度，且各部件已經(jīng)長期磨合，使改造后的機床性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量好，可作為新 設備繼續(xù)長期使用。 可充分體現(xiàn)企業(yè)自身的意愿 企業(yè)與改造人員可依照實際 需要和機床長期使用的情況， 在改造中提出對機床性能、 操作與維修等方面的改 進意見，有權選擇機械零部件、數(shù)控系統(tǒng)、電器設備等的規(guī)格、型號、性能等。 更有利于使用和維護 由于改造前機床已使用多年， 操作者對機床的特性早已 了解，在操作使用和維修方面培訓時間短、見效快

6、。改造的機床一經(jīng)安裝好，就 可實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。 可以采用最新的控制技術， 提高生產(chǎn)效率。 可根據(jù)技術革 新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率， 提高設備質(zhì)量和檔次， 將舊機床改成當今水平的機床。對復雜零件而言，難度越高，功效提高得越多。 且可以不用或少用工裝， 不僅節(jié)約了費用， 而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。 提高產(chǎn) 品質(zhì)量，降低廢品率，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配方便靈活。因 此，繼電器本身固有的缺陷，給機床的安全和經(jīng)濟運行帶來了影響，用PLC對磨床 的繼電器式控制系統(tǒng)進行改造已是大勢所趨。二磨床電氣控制系統(tǒng)設計任務書1設備概況介紹本機床用于各種特殊要求型面的磨削加工，機

7、床有四臺電動機拖動，及磨頭電動機拖動砂輪高速旋轉(zhuǎn)，采用JW114(0.6kw),單向連續(xù)工作。油泵電動機拖 動油泵向液壓系統(tǒng)供油，采用J02144(0.8kw)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(zhuǎn)工作。吸塵電動機供磨削加工 中吸塵用，采用JW11 4驅(qū)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。圖-12控制系統(tǒng)設計要求1) 為調(diào)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(zhuǎn)與電磁吸盤之間，應有電氣連鎖環(huán)節(jié)，其要求是

8、：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(zhuǎn)， 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。三磨床 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MA1 MA2 MA3 MA4拖動。2）砂輪位置調(diào)整，磨頭升降采用點動控制。 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

9、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(nèi)。控制面板與電控箱內(nèi)的電器板用 BVF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。2PLC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)主電路如圖 2-1 所示圖-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、

10、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)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

11、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，IfuA2In，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 = 1.51 n直流電壓Ud= RId整流變壓器二次側(cè)交流電流12 = 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(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路設計。1) 硬

12、件結(jié)構(gòu)設計。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、負載的性質(zhì)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(jié)構(gòu)配置?？刂葡到y(tǒng)的 I/O 點及地址分配表-3, -4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-3成型磨床電氣控制系統(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SB1X02油泵電動機停止按鈕SB2X13磨頭砂輪電動機啟動按鈕SB3X24修整砂輪啟動按鈕SB4X35磨頭砂輪電動機停止按鈕SB

13、5X46磨頭上升點動按鈕SB6X57磨頭下降點動按鈕SB7X68磨頭上升極限位置行程開關SQ1X79磨頭下降極限位置行程開關SQ2X1010電磁吸盤斷電按鈕SB8X1111電磁吸盤充磁按鈕SB9X1212電磁吸盤退磁點動按鈕SB10X1313照明開關SA1X1414欠電壓保護開關SA2X15表-4成型磨床電氣控制系統(tǒng)PLC輸出接口功能表序 號名稱文字符號輸入口1油泵電動機啟動接觸器KM1Y02磨頭砂輪電動機啟動接觸器KM2Y13磨頭上升點動啟動接觸器KM3Y24磨頭下降點動啟動接觸器KM4Y35能耗制動啟動接觸器KM5Y46電磁吸盤充磁接觸器KM6Y57電磁退盤充磁接觸器KM7Y68電磁鐵YA

14、1Y79充磁與退磁指示燈HL1Y1010磨頭升降指示燈HL2Y1111磨頭砂輪運轉(zhuǎn)指示燈HL3Y1212油泵電機工作指示燈HL4Y1313照明燈EL1Y14制定電氣元件目錄表表-5成型磨床電氣控制系統(tǒng)元器件目錄表序|文字符號丨名 稱 丨數(shù)量丨規(guī)格型號|備 注號1M1電動機1JO2-14-4二相交流異步電動機2M2、M3M4電動機3JW11-4二相交流異步電動機3FR1 FR4熱繼電器4JR16B-20/3參照電動機整定電流4FU1熔斷器3RL1-15熔體210A5FU2 FU3熔斷器2RT16-32X熔體2A6QG斷路器P 1C45AD脫扣電流10A7SB1油泵電動機 啟動按鈕1LAY37綠色

15、8SB2油泵電動機 停止按鈕1LAY37紅色9SB3磨頭砂輪電 動機啟動按鈕1LAY37綠色10SB4修整砂輪啟 動按鈕1LAY37綠色11SB5磨頭砂輪電 動機停止按鈕1LAY37紅色12SB6磨頭上升點 動按鈕1LAY37綠色13SB7磨頭下降點 動按鈕1LAY37綠色14SQ1磨頭上升極 限位置行程開關1LAY37上極限位置保護15SQ2磨頭下降極 限位置行程開關1LAY37下極限位置保護16SB8電磁吸盤斷 電按鈕1LAY37紅色17SB9電磁吸盤充 磁按鈕1LAY37綠色18SB10電磁吸盤退 磁點動按鈕1LAY37黃色19SA1照明開關1LAY37-D2黑色20KM1油泵電動機 啟

16、動接觸器1DJX-9線圈電壓：AC220V21KM2磨頭砂輪電 動機啟動接 觸器1DJX-9線圈電壓：AC220V22KM3磨頭上升點1DJX-9線圈電壓：AC220V動啟動接觸 器23KM4磨頭下降點 動啟動接觸器1DJX-9線圈電壓：AC220V24KM5能耗制動啟 動接觸器1DJX-9線圈電壓：DC36V25KM6電磁吸盤充 磁接觸器1DJX-9線圈電壓：DC36V26KM7電磁吸盤退 磁接觸器1DJX-9線圈電壓：DC36V27KV1欠電壓繼 電器1JT3線圈電壓：DC36V28HL1 HL4指示燈r 4AD16-22指示燈電壓，DC6.3V29EL1照明燈1JL40A照明燈電壓，DC

17、36V30HL5電源指示燈1AD16-22指示燈電壓，AC220V31TC隔離變壓器r 1BK-100380v/135v32YA電磁鐵1DJX-9線圈電壓：DC36VPLC系統(tǒng)選型從上面分析可知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點14個，開關聯(lián)輸出點14個，所 以選用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控制電路原理圖，繪制PLC控 制電路。圖-6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 CO

18、M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(qū)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，繪制出最終的電氣原理圖。Bl.z尸rp iT丄jTrp王rp i-F紀忸托i3=I FHr l刖 h-圖-6成型磨床PLC控制I/O分配圖（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(diào)試。

19、空載靜態(tài)調(diào)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(diào)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(diào)試，出現(xiàn)問題及時分析、調(diào)整程序或參數(shù)。3）系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試及運行。在動態(tài)帶負載狀態(tài)下調(diào)試，密切觀察系統(tǒng)的運行 狀態(tài)，。遇到問題及時停機，分析產(chǎn)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(jié)構(gòu)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

20、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。四 PLC 外部電源的設定：輸出端應根據(jù)外部負載額定電壓設定，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。圖-7成型磨床PLC控制流程圖成型磨床PLC控制程序如圖-8所示程序清單:05XOuO1OBYOOO2AMIXC013AhlDX0154OUTYOno5LUX002CANPYOOS7OKX血33aY0019AMIX00410AMbX0L511OUTY00112LUX

21、0Q515AMIX00714AMIY00415AHIYOOSIfAMIYOni17OUT002比OUTMO13LDX0D82BAMIX01021AMIY00422AMIZ00223ftNIY00124OUT00325OUTMl關LDM027OSMlORM2AMIrcOUTM281LUM2AMIY002AMIY跳OJT/C04OUTTOK!00L&IX011MPS40LDKOI 241OEYOOS42ANE4SAN1YO0641OUTYOOS45MPP45ANb燦47AN IYOOS43OUTYOOS43SKOI 450OUTYOU51LD7005魄OSme53OUTYOO?OUT010茁LDY

22、00256OE00467OUT011訊LDY0Q1冏OUTY012GOLDYOOO81OUTY哄82END圖-9成型磨床PLC控制指令程序五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(jié)構(gòu)，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(nèi)電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

23、據(jù)用戶要求滿足操作方便、美觀大方、布局均勻?qū)ΨQ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 -10 圖-11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

24、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(diào)試，把需經(jīng)常調(diào)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

25、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(diào)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 與結(jié)構(gòu)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，以利布線和維護圖-11電控箱電器板元件布置圖畢業(yè)設計小結(jié)經(jīng)過幾周的設計圓滿的完成了這

26、次畢業(yè)設計， 本次畢業(yè)設計讓我獲得很多知 識。我的畢業(yè)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。我的畢業(yè)設計必須結(jié)合機電傳動、 PLC 控制、電氣控制等的知識來設計。畢 業(yè)設計的前幾天， 我充分的搜尋各種有用資料， 參考書， 為這次畢業(yè)設計順利完 成做好了準備。畢業(yè)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(jié)構(gòu)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。但是我們學習的都是課本上的知識， 不能得心應手， 必須反復推敲。 這次畢 業(yè)設計讓我們有了對工廠電氣控制設備有了一定的了解， 我們必須把理論與實踐 結(jié)合起來解決我們遇到的問題，只有這樣我們才能不斷的發(fā)現(xiàn)問題解決問題。本次畢業(yè)設計遇到的