機電傳動控制課程設計

1、淮陰工學院 機電傳動控制課程設計說明書淮陰工學院課 程 設 計 課程名稱： 機電傳動控制課程設計 題目： 基于PLC的X62W萬能銑床控制系統(tǒng)的改造 學 院： 機械工程學院 專業(yè)班次： 機械電子2011級 姓 名： 汪旭陽 指導教師： 路連，李森林 學 期： 20132014學年 第一學期 日 期： 2013.12.27 目錄基于PLC的X62W萬能銑床控制系統(tǒng)的改造11 本課題簡介11.1 自動銑床的發(fā)展及現狀11.2 X62W萬能銑床基本概況11.3 X62W萬能銑床的運動形式21.4 X62W萬能銑床電氣控制主要元器件31.5 X62W萬能銑床電力拖動的控制要求31.6 X62W萬能銑床

2、的主電路圖及控制電路圖31.7 X62W萬能銑床原繼電器控制線路分析52 PLC改造72.1 PLC改造萬能銑床的優(yōu)點及意義72.2 X62W萬能銑床電氣控制改PLC控制改造說明72.3 PLC選型72.4 I/O口分配8參考文獻14基于PLC的X62W萬能銑床控制系統(tǒng)的改造1 本課題簡介1.1 自動銑床的發(fā)展及現狀X62W銑床是由普通機床發(fā)展而來。它集于機械、液壓、氣動、伺服驅動、精密測量、電氣自動控制、現代控制理論、計算機控制等技術于一體，是一種高效率、高精度能保證加工質量、解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產設備。隨著科學技術的不斷發(fā)展，生產工藝的不斷發(fā)展改進，特別是計算機技術的應用，

3、新型控制策略的出現，不斷改變著電氣控制技術的面貌。萬能銑床的廣泛應用，給機械制造業(yè)的生產方式、產品機構和產業(yè)機構帶來了深刻的變化，其技術水平高低和擁有量多少，是衡量一個國家和企業(yè)現代化水平的重要標志。一種新型的控制裝置，一項先進的應用技術，總是根據工業(yè)生產的實際需要而產生的。1.2 X62W萬能銑床基本概況銑床型號意義:X62W中X代表銑床，6代表臥式，2號工作臺，W代表萬能。X62W萬能銑床主要由床身、主軸、刀桿、懸梁、工作臺、回旋盤、橫溜板、升降臺、底座等部分組成。床身床身用來固定和支承銑床各部件。頂面上有供橫梁移動用的水平導軌。前壁有燕尾形的垂直導軌，供升降臺上下移動。內部裝有主電動機，

4、主軸變速機構，主軸，電器設備及潤滑油泵等部件。橫梁橫梁一端裝有吊架，用以支承刀桿,以減少刀桿的彎曲與振動。橫梁可沿床身的水平導軌移動，其伸出長度由刀桿長度來進行調整。主軸是用來安裝刀桿并帶動銑刀旋轉的。主軸是一空心軸，前端有7:24的精密錐孔，其作用是安裝銑刀刀桿錐柄?？v向工作臺縱向工作臺由縱向絲杠帶動在轉臺的導軌上作縱向移動,以帶動臺面上的工件作縱向進給。臺面上的T形槽用以安裝夾具或工件。橫向工作臺橫向工作臺位于升降臺上面的水平導軌上，可帶動縱向工作臺一起作橫向進給。轉臺轉臺可將縱向工作臺在水平面內扳轉一定的角度(正、反均為045o)，以便銑削螺旋槽等。具有轉臺的臥式銑床稱為臥式萬能銑床。升

5、降臺升降臺可以帶動整個工作臺沿床身的垂直導軌上下移動,以調整工件與銑刀的距離和垂直進給。底座底座用以支承床身和升降臺，內盛切削液X62W萬能銑床的外形主要結構圖如圖： X62W萬能銑床的外形主要結構圖1.3 X62W萬能銑床的運動形式銑床的主運動是由主軸帶動銑刀的旋轉運動。主軸轉動是由主軸電動機通過彈性聯軸器來驅動傳動機構，當機構中的一個雙聯滑動齒輪塊嚙合時，主軸即可旋轉。 銑床的進給運動是由工作臺的前后（橫向）、左右（縱向）和上下（垂直）6個方向的運動。工作臺面的移動是由進給電動機驅動，它通過機械機構使工作臺能進行三種形式六個方向的移動，即：工作臺面能直接在溜板上部可轉動部分的導軌上作縱向（

6、左、右）移動；工作臺面借助橫溜板作橫向（前、后）移動；工作臺面還能借助升降臺作垂直（上、下）移動。銑床的輔助運動是銑床其它的運動。如工作臺的旋轉運動等。1.4 X62W萬能銑床電氣控制主要元器件銑床電機參數表:符號名稱型號規(guī)格件數作用M1主軸電動機Y132M4B375KW，380V，1450r/min1主軸傳動M2進給電動機Y90L415KW,380V,1400r/min1進給傳動M3冷卻泵電動機JCB220125KW,380V,2790r/min1冷卻泵傳動FR壓縮機熱繼電器(FR1、FR2、FR3)是由流入熱元件的電流產生的熱量使不同膨脹的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿

7、動作。使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現電動機的過載保護，繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單，成本低等優(yōu)點，在生產中得到了廣泛應用。速度繼電器（KS-1、KS-2）：反接制動，當M1的轉速低于120轉/分時，速度繼電器KS的一副常開觸點恢復斷開。切斷電路，M停轉。SB1、SB3與SB2、SB4是分別裝在機床兩邊得停止（制動）和啟動按鈕，實現兩地控制，方便操作，KM1是主軸電動機啟動接觸器，KM2是反接制動和主軸變速沖動接觸器，SQ7是與主軸變速手柄聯動的瞬間動作行程開關。1.5 X62W萬能銑床電力拖動的控制要求為了防止刀具和銑床的損壞，只有主軸旋轉后才允許有

8、進給運動和進給方向的快速運動。為了減小加工表面的粗糙度，只有進給停止后主軸才能停止或同時停止。該銑床采用機械操縱手柄和位置開關相配合的方式實現進給運動6個方向的連鎖。主軸運動和進給運動采用變速盤來進行速度選擇，為保證變速齒輪進入良好的嚙合狀態(tài)，兩種運動都要求變速后順時點動。當主軸電動機或冷卻泵過載時，進給運動必須立即停止，以免損壞刀具和銑床。 1.6 X62W萬能銑床的主電路圖及控制電路圖1.7 X62W萬能銑床原繼電器控制線路分析主軸電動機需啟動時，要先將SA5扳到主軸電動機素需要的旋轉方向，然后再按啟動按鈕SB3或SB4來啟動電動機M1。M1啟動后，KS閉合，為主軸電動機的停轉制動做好準備

9、，停車時，按停住按鈕SB1或SB2切斷KM1電路，接通KM2電路，改變M1的電源相序進行串電阻反接制動。使ks常閉觸電斷開，切斷KM2電路，M1停轉，制動結束。主軸電動機反轉時的通路：12378910KM1線圈0；主軸停止與反接制動時的通路：12345KM2線圈0主軸電動機變速時的順動（沖動）控制，是利用變速手柄與沖動行程開關SQ7通過機械上聯動機構進行控制的。但要注意，不論是開車還是停車時，都應以較快的速度把手柄推回原始位置，以免通電時間過長，引起M1轉速過高而打壞齒輪。工作臺縱向（左右）運動的控制： 工作臺左右進給手柄位置及其控制關系手柄位置位置開關動作接觸器動作電動機M2轉向傳動鏈搭合絲

10、杠工作臺運動方向左SQ1KM3正轉左右進給絲杠向左中停止停止右SQ2KM4反轉左右進給絲杠向右當手柄扳到向右或向左運動方向時，手柄的聯動機構壓下行程SQ1或SQ2，時接觸器KM3或KM4動作，控制M2的正反轉。向左：壓下SQ1，使SQ1-2斷，SQ1-1通，而其他控制進給運動的行程開關都處于原始位置，使KM3吸合，M2正轉，其控制電路的通路為：11151617181920KM3線圈0；向右：壓動行程開關SQ2，使SQ2-2斷，SQ2-1通，使KM4吸合，M2反轉，其通路為：11151617182425KM4線圈0。工作臺上、下、中、前、后進給手柄位置及其控制關系手柄位置位置開關動作接觸器動作電

11、動機M2轉向傳動鏈搭合絲杠工作臺運動方向上下中前后SQ3SQ4SQ4SQ3KM3KM4KM4KM3正轉反轉停止反轉正轉上下進給絲杠上下進給絲杠前后進給絲杠前后進給絲杠向上向下停止向前向后 工作臺垂直（上下）和橫向（前后）運動的控制：工作臺的垂直和橫向運動，由垂直和橫向進給手柄操縱。工作臺前（或者向下）運動的的控制：下壓SQ4，使SQ4-2斷，SQ4-1通，使KM4吸合，M2反轉，其通路為：11212217182425KM4線圈0；工作臺向后（或者向上）運動的控制: 同時下壓SQ3，使SQ3-2斷，SQ3-1通，使KM3吸合，M2正轉，其通路為：11212217181920KM4線圈0。進給電動

12、機變速時的瞬動（沖動）控制：連桿機構二次瞬時壓下行程開關SQ6，使KM3瞬時吸合，M2作正向瞬動。其通路為：1121221716151920KM3線圈0。工作臺快進進給也是有進給電動機M2來驅動,在縱向，橫向和垂直三種運動形式六個方向上都可以實現快速進給控制。主軸電動機啟動后，將進給操縱手柄扳倒所需位置，按下快速進給按鈕SB5(或SB6)，使接觸器KM5通電吸臺，接通牽引電磁鐵YA，電磁鐵通過杠桿使摩擦離合器合上，減少中間傳動設置，使工作臺按運動方向作快速進給運動。當松快快速進給按鈕時，電磁鐵YA斷電，摩擦離合器斷開，快速進給運動停止，工作臺仍按原常速進給時的速度繼續(xù)運動。圓工作臺運動的控制：

13、準備：SA3-1斷，SA3-3斷，SA3-2通。然后按下主軸啟動按鈕SB3或SB4，則接觸器KM1與KM3相繼吸合。主軸電機M1與進給電機M2相繼啟動并運轉，而進給電動機僅以正轉方向帶動原工作臺定向回轉運動。其通路為：1115161722211920KM3線圈0，由上可知，原工作臺與工作臺進給有互鎖，即當圓工作臺工作時，不允許工作臺在縱向、橫向、垂直方向上有任何運動。2 PLC改造2.1 PLC改造萬能銑床的優(yōu)點及意義萬能銑床的操作是通過手柄同時操作電氣與機械，以達到機電緊密配合完成預定的操作，是機械與電氣結構聯合動作的典型控制，是自動化程度較高的組合機床。但是在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找與排

14、除是非常困難的，特別是在繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由于電氣控制線路觸點多、線路復雜、故障率高、檢修周期長，給生產與維護帶來諸多不便，嚴重地影響生產。本課題所述方案是對原來的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進行PLC改造，從而使PLC控制系統(tǒng)無論在是硬件還是軟件中，都能具有穩(wěn)定可靠的控制、 極高的可靠性與靈活性、 維修容易性，從而更能適應經常變動的工藝條件，取得了更好的經濟效益。2.2 X62W萬能銑床電氣控制改PLC控制改造說明SA5用旋轉開關替換，為了將主軸電機的正反轉控制與進給時主軸電機的轉動控制區(qū)分開，主軸電機正反轉改為接觸器KM7（正轉）、KM8（反轉）控制。在快速進給運動中，YA是牽引電磁鐵，用

15、PLC控制時，直接用HL7代替電磁閥YA，簡化控制線路。速度繼電器的正轉和反轉的常開觸點并接到一起為KS(“1、4”短接I2.0，“2、5”短接接DC24V電源GND端)。FR2、FR3的常閉觸點“95、96”串聯到一起，改造接線圖用FR23代替。去掉照明燈EL，增加圓工作臺指示燈HL1,非圓工作臺指示燈HL2，主軸正轉指示燈HL3，主軸反轉指示燈HL4，冷卻泵工作指示燈HL5，進給電機工作指示燈HL6，使電路控制線路過程更加明確。為使PLC改造電路具有穩(wěn)定可靠的控制性、靈活性與準確性，避免錯誤控制，把SQ7替換為SQ3，把SQ6替換為SQ4，SA3替換為SA1（I2.2接SA1的“1”，I2

16、.3接SA1的“3，I2.4接SA1的“5”，SA1的“2、4、6”接DC24V電源的GND端），SA1替換為SA4。把SQ1替換為SQ8左，把SQ2替換為SA8右，SQ3替換為SQ上，把SQ4替換為SA8下。2.3 PLC選型根據X62W萬能銑床控制要求和改造說明，本次選用的PLC型號為西門子S7-200(CPU226)。西門子S7-200是一種經濟型、低端的離散自動化系統(tǒng)和獨立自動化系統(tǒng)中使用的緊湊型控制器模塊，CPU集成輸入/輸出，設計緊湊，具有多種通信選項。S7-200主要由CPU和擴展模塊構成。CPU226能滿足復雜技術要求任務，本機帶24輸入/16輸出，滿足X62W萬能銑床的PLC

17、設計要求。2.4 I/O口分配2.4.1 X62W萬能銑床的PLC控制電路共有20個輸入口，即I0.0 - I0.7,I1.0-I1.5,I2.0-2.5。輸出口有14個，即Q0.0-QO.7，Q1.0-Q1.1，Q2.0-Q2.32.4.2 具體分配列表：序號功能輸入序號功能輸出1主軸電機熱保護FR1I0.01M1控制接觸器KM1Q0.02進給和冷卻泵熱保護FR23I0.12M1反接制動接觸器KM2Q0,13主軸停止按鈕SB1（甲地）I0.23M2正轉接觸器KM3Q0.24主軸停止按鈕SB2（乙地）I0.34M2正轉接觸器KM4Q0.35主軸啟動按鈕SB3(甲地)I0.45快速移動接觸器KM

18、5Q0.46主軸啟動按鈕SB4（乙地）I0.56M3控制接觸器KM6Q0.57電磁閥YA吸合SB5（甲地）I0.67M1反轉接觸器KM8Q0.68電磁閥YA吸合SB6（乙地）I0.78M1正轉接觸器KM7Q0.79工作臺左移SA8I1.09圓工作臺HL1Q1.010工作臺右移SA8I1.110非圓工作臺HL2Q1.111工作臺向后、向上移動SA8I1.211主軸正轉HL3Q2.012工作臺向前、向下移動SA8I1.312主軸反轉HL4Q2.113進給沖動SQ4I1.413冷卻泵工作HL5Q2.214主軸沖動SQ3I1.514進給電機工作HL6Q2.315速度繼電器正轉常開觸點KSI2.016冷卻泵啟停SA4I2.117圓工作臺、非圓工作臺控制SA1I2.218圓工作臺、非圓工作臺控制SA1I2.319圓工作臺、非圓工作臺控制SA1I2.420主軸電機轉向控制SA5I2.5參考文獻1 廖常初，設備改造中的PLC梯形圖設計方法，電工技術雜志 2