機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)

1、淮陰工學(xué)院 機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書淮陰工學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱： 機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì) 題目： 基于PLC的X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)的改造 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班次： 機(jī)械電子2011級(jí) 姓 名： 汪旭陽(yáng) 指導(dǎo)教師： 路連，李森林 學(xué) 期： 20132014學(xué)年 第一學(xué)期 日 期： 2013.12.27 目錄基于PLC的X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)的改造11 本課題簡(jiǎn)介11.1 自動(dòng)銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀11.2 X62W萬(wàn)能銑床基本概況11.3 X62W萬(wàn)能銑床的運(yùn)動(dòng)形式21.4 X62W萬(wàn)能銑床電氣控制主要元器件31.5 X62W萬(wàn)能銑床電力拖動(dòng)的控制要求31.6 X62W萬(wàn)能銑床

2、的主電路圖及控制電路圖31.7 X62W萬(wàn)能銑床原繼電器控制線路分析52 PLC改造72.1 PLC改造萬(wàn)能銑床的優(yōu)點(diǎn)及意義72.2 X62W萬(wàn)能銑床電氣控制改PLC控制改造說(shuō)明72.3 PLC選型72.4 I/O口分配8參考文獻(xiàn)14基于PLC的X62W萬(wàn)能銑床控制系統(tǒng)的改造1 本課題簡(jiǎn)介1.1 自動(dòng)銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀X62W銑床是由普通機(jī)床發(fā)展而來(lái)。它集于機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量、電氣自動(dòng)控制、現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)于一體，是一種高效率、高精度能保證加工質(zhì)量、解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展改進(jìn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，

3、新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。萬(wàn)能銑床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)帶來(lái)了深刻的變化，其技術(shù)水平高低和擁有量多少，是衡量一個(gè)國(guó)家和企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。一種新型的控制裝置，一項(xiàng)先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)，總是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要而產(chǎn)生的。1.2 X62W萬(wàn)能銑床基本概況銑床型號(hào)意義:X62W中X代表銑床，6代表臥式，2號(hào)工作臺(tái)，W代表萬(wàn)能。X62W萬(wàn)能銑床主要由床身、主軸、刀桿、懸梁、工作臺(tái)、回旋盤、橫溜板、升降臺(tái)、底座等部分組成。床身床身用來(lái)固定和支承銑床各部件。頂面上有供橫梁移動(dòng)用的水平導(dǎo)軌。前壁有燕尾形的垂直導(dǎo)軌，供升降臺(tái)上下移動(dòng)。內(nèi)部裝有主電動(dòng)機(jī)，

4、主軸變速機(jī)構(gòu)，主軸，電器設(shè)備及潤(rùn)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(dòng)。橫梁可沿床身的水平導(dǎo)軌移動(dòng)，其伸出長(zhǎng)度由刀桿長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行調(diào)整。主軸是用來(lái)安裝刀桿并帶動(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn)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(tái)縱向工作臺(tái)由縱向絲杠帶動(dòng)在轉(zhuǎn)臺(tái)的導(dǎo)軌上作縱向移動(dòng),以帶動(dòng)臺(tái)面上的工件作縱向進(jìn)給。臺(tái)面上的T形槽用以安裝夾具或工件。橫向工作臺(tái)橫向工作臺(tái)位于升降臺(tái)上面的水平導(dǎo)軌上，可帶動(dòng)縱向工作臺(tái)一起作橫向進(jìn)給。轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)可將縱向工作臺(tái)在水平面內(nèi)扳轉(zhuǎn)一定的角度(正、反均為045o)，以便銑削螺旋槽等。具有轉(zhuǎn)臺(tái)的臥式銑床稱為臥式萬(wàn)能銑床。升

5、降臺(tái)升降臺(tái)可以帶動(dòng)整個(gè)工作臺(tái)沿床身的垂直導(dǎo)軌上下移動(dòng),以調(diào)整工件與銑刀的距離和垂直進(jìn)給。底座底座用以支承床身和升降臺(tái)，內(nèi)盛切削液X62W萬(wàn)能銑床的外形主要結(jié)構(gòu)圖如圖： X62W萬(wàn)能銑床的外形主要結(jié)構(gòu)圖1.3 X62W萬(wàn)能銑床的運(yùn)動(dòng)形式銑床的主運(yùn)動(dòng)是由主軸帶動(dòng)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)是由主軸電動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器來(lái)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)構(gòu)中的一個(gè)雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪塊嚙合時(shí)，主軸即可旋轉(zhuǎn)。 銑床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由工作臺(tái)的前后（橫向）、左右（縱向）和上下（垂直）6個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)面的移動(dòng)是由進(jìn)給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，它通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)能進(jìn)行三種形式六個(gè)方向的移動(dòng)，即：工作臺(tái)面能直接在溜板上部可轉(zhuǎn)動(dòng)部分的導(dǎo)軌上作縱向（

6、左、右）移動(dòng)；工作臺(tái)面借助橫溜板作橫向（前、后）移動(dòng)；工作臺(tái)面還能借助升降臺(tái)作垂直（上、下）移動(dòng)。銑床的輔助運(yùn)動(dòng)是銑床其它的運(yùn)動(dòng)。如工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。1.4 X62W萬(wàn)能銑床電氣控制主要元器件銑床電機(jī)參數(shù)表:符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格件數(shù)作用M1主軸電動(dòng)機(jī)Y132M4B375KW，380V，1450r/min1主軸傳動(dòng)M2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)Y90L415KW,380V,1400r/min1進(jìn)給傳動(dòng)M3冷卻泵電動(dòng)機(jī)JCB220125KW,380V,2790r/min1冷卻泵傳動(dòng)FR壓縮機(jī)熱繼電器(FR1、FR2、FR3)是由流入熱元件的電流產(chǎn)生的熱量使不同膨脹的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿

7、動(dòng)作。使控制電路斷開(kāi)，從而使接觸器失電，主電路斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。速度繼電器（KS-1、KS-2）：反接制動(dòng)，當(dāng)M1的轉(zhuǎn)速低于120轉(zhuǎn)/分時(shí)，速度繼電器KS的一副常開(kāi)觸點(diǎn)恢復(fù)斷開(kāi)。切斷電路，M停轉(zhuǎn)。SB1、SB3與SB2、SB4是分別裝在機(jī)床兩邊得停止（制動(dòng)）和啟動(dòng)按鈕，實(shí)現(xiàn)兩地控制，方便操作，KM1是主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器，KM2是反接制動(dòng)和主軸變速?zèng)_動(dòng)接觸器，SQ7是與主軸變速手柄聯(lián)動(dòng)的瞬間動(dòng)作行程開(kāi)關(guān)。1.5 X62W萬(wàn)能銑床電力拖動(dòng)的控制要求為了防止刀具和銑床的損壞，只有主軸旋轉(zhuǎn)后才允許有

8、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給方向的快速運(yùn)動(dòng)。為了減小加工表面的粗糙度，只有進(jìn)給停止后主軸才能停止或同時(shí)停止。該銑床采用機(jī)械操縱手柄和位置開(kāi)關(guān)相配合的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)6個(gè)方向的連鎖。主軸運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用變速盤來(lái)進(jìn)行速度選擇，為保證變速齒輪進(jìn)入良好的嚙合狀態(tài)，兩種運(yùn)動(dòng)都要求變速后順時(shí)點(diǎn)動(dòng)。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)或冷卻泵過(guò)載時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)必須立即停止，以免損壞刀具和銑床。 1.6 X62W萬(wàn)能銑床的主電路圖及控制電路圖1.7 X62W萬(wàn)能銑床原繼電器控制線路分析主軸電動(dòng)機(jī)需啟動(dòng)時(shí)，要先將SA5扳到主軸電動(dòng)機(jī)素需要的旋轉(zhuǎn)方向，然后再按啟動(dòng)按鈕SB3或SB4來(lái)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1。M1啟動(dòng)后，KS閉合，為主軸電動(dòng)機(jī)的停轉(zhuǎn)制動(dòng)做好準(zhǔn)備

9、，停車時(shí)，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(jìn)行串電阻反接制動(dòng)。使ks常閉觸電斷開(kāi)，切斷KM2電路，M1停轉(zhuǎn)，制動(dòng)結(jié)束。主軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的通路：12378910KM1線圈0；主軸停止與反接制動(dòng)時(shí)的通路：12345KM2線圈0主軸電動(dòng)機(jī)變速時(shí)的順動(dòng)（沖動(dòng)）控制，是利用變速手柄與沖動(dòng)行程開(kāi)關(guān)SQ7通過(guò)機(jī)械上聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的。但要注意，不論是開(kāi)車還是停車時(shí)，都應(yīng)以較快的速度把手柄推回原始位置，以免通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起M1轉(zhuǎn)速過(guò)高而打壞齒輪。工作臺(tái)縱向（左右）運(yùn)動(dòng)的控制： 工作臺(tái)左右進(jìn)給手柄位置及其控制關(guān)系手柄位置位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作接觸器動(dòng)作電動(dòng)機(jī)M2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)鏈搭合絲

10、杠工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向左SQ1KM3正轉(zhuǎn)左右進(jìn)給絲杠向左中停止停止右SQ2KM4反轉(zhuǎn)左右進(jìn)給絲杠向右當(dāng)手柄扳到向右或向左運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，手柄的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓下行程SQ1或SQ2，時(shí)接觸器KM3或KM4動(dòng)作，控制M2的正反轉(zhuǎn)。向左：壓下SQ1，使SQ1-2斷，SQ1-1通，而其他控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程開(kāi)關(guān)都處于原始位置，使KM3吸合，M2正轉(zhuǎn)，其控制電路的通路為：11151617181920KM3線圈0；向右：壓動(dòng)行程開(kāi)關(guān)SQ2，使SQ2-2斷，SQ2-1通，使KM4吸合，M2反轉(zhuǎn)，其通路為：11151617182425KM4線圈0。工作臺(tái)上、下、中、前、后進(jìn)給手柄位置及其控制關(guān)系手柄位置位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作接觸器動(dòng)作電

11、動(dòng)機(jī)M2轉(zhuǎn)向傳動(dòng)鏈搭合絲杠工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向上下中前后SQ3SQ4SQ4SQ3KM3KM4KM4KM3正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)上下進(jìn)給絲杠上下進(jìn)給絲杠前后進(jìn)給絲杠前后進(jìn)給絲杠向上向下停止向前向后 工作臺(tái)垂直（上下）和橫向（前后）運(yùn)動(dòng)的控制：工作臺(tái)的垂直和橫向運(yùn)動(dòng)，由垂直和橫向進(jìn)給手柄操縱。工作臺(tái)前（或者向下）運(yùn)動(dòng)的的控制：下壓SQ4，使SQ4-2斷，SQ4-1通，使KM4吸合，M2反轉(zhuǎn)，其通路為：11212217182425KM4線圈0；工作臺(tái)向后（或者向上）運(yùn)動(dòng)的控制: 同時(shí)下壓SQ3，使SQ3-2斷，SQ3-1通，使KM3吸合，M2正轉(zhuǎn)，其通路為：11212217181920KM4線圈0。進(jìn)給電動(dòng)

12、機(jī)變速時(shí)的瞬動(dòng)（沖動(dòng)）控制：連桿機(jī)構(gòu)二次瞬時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān)SQ6，使KM3瞬時(shí)吸合，M2作正向瞬動(dòng)。其通路為：1121221716151920KM3線圈0。工作臺(tái)快進(jìn)進(jìn)給也是有進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2來(lái)驅(qū)動(dòng),在縱向，橫向和垂直三種運(yùn)動(dòng)形式六個(gè)方向上都可以實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)給控制。主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，將進(jìn)給操縱手柄扳倒所需位置，按下快速進(jìn)給按鈕SB5(或SB6)，使接觸器KM5通電吸臺(tái)，接通牽引電磁鐵YA，電磁鐵通過(guò)杠桿使摩擦離合器合上，減少中間傳動(dòng)設(shè)置，使工作臺(tái)按運(yùn)動(dòng)方向作快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)松快快速進(jìn)給按鈕時(shí)，電磁鐵YA斷電，摩擦離合器斷開(kāi)，快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)停止，工作臺(tái)仍按原常速進(jìn)給時(shí)的速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。圓工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的控制：

13、準(zhǔn)備：SA3-1斷，SA3-3斷，SA3-2通。然后按下主軸啟動(dòng)按鈕SB3或SB4，則接觸器KM1與KM3相繼吸合。主軸電機(jī)M1與進(jìn)給電機(jī)M2相繼啟動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)，而進(jìn)給電動(dòng)機(jī)僅以正轉(zhuǎn)方向帶動(dòng)原工作臺(tái)定向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其通路為：1115161722211920KM3線圈0，由上可知，原工作臺(tái)與工作臺(tái)進(jìn)給有互鎖，即當(dāng)圓工作臺(tái)工作時(shí)，不允許工作臺(tái)在縱向、橫向、垂直方向上有任何運(yùn)動(dòng)。2 PLC改造2.1 PLC改造萬(wàn)能銑床的優(yōu)點(diǎn)及意義萬(wàn)能銑床的操作是通過(guò)手柄同時(shí)操作電氣與機(jī)械，以達(dá)到機(jī)電緊密配合完成預(yù)定的操作，是機(jī)械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動(dòng)作的典型控制，是自動(dòng)化程度較高的組合機(jī)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(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長(zhǎng)，給生產(chǎn)與維護(hù)帶來(lái)諸多不便，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。本課題所述方案是對(duì)原來(lái)的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造，從而使PLC控制系統(tǒng)無(wú)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(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件，取得了更好的經(jīng)濟(jì)效益。2.2 X62W萬(wàn)能銑床電氣控制改PLC控制改造說(shuō)明SA5用旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)替換，為了將主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制與進(jìn)給時(shí)主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制區(qū)分開(kāi)，主軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)改為接觸器KM7（正轉(zhuǎn)）、KM8（反轉(zhuǎn)）控制。在快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中，YA是牽引電磁鐵，用

15、PLC控制時(shí)，直接用HL7代替電磁閥YA，簡(jiǎn)化控制線路。速度繼電器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的常開(kāi)觸點(diǎn)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(diǎn)“95、96”串聯(lián)到一起，改造接線圖用FR23代替。去掉照明燈EL，增加圓工作臺(tái)指示燈HL1,非圓工作臺(tái)指示燈HL2，主軸正轉(zhuǎn)指示燈HL3，主軸反轉(zhuǎn)指示燈HL4，冷卻泵工作指示燈HL5，進(jìn)給電機(jī)工作指示燈HL6，使電路控制線路過(guò)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(zhǔn)確性，避免錯(cuò)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(jù)X62W萬(wàn)能銑床控制要求和改造說(shuō)明，本次選用的PLC型號(hào)為西門子S7-200(CPU226)。西門子S7-200是一種經(jīng)濟(jì)型、低端的離散自動(dòng)化系統(tǒng)和獨(dú)立自動(dòng)化系統(tǒng)中使用的緊湊型控制器模塊，CPU集成輸入/輸出，設(shè)計(jì)緊湊，具有多種通信選項(xiàng)。S7-200主要由CPU和擴(kuò)展模塊構(gòu)成。CPU226能滿足復(fù)雜技術(shù)要求任務(wù)，本機(jī)帶24輸入/16輸出，滿足X62W萬(wàn)能銑床的PLC

17、設(shè)計(jì)要求。2.4 I/O口分配2.4.1 X62W萬(wàn)能銑床的PLC控制電路共有20個(gè)輸入口，即I0.0 - I0.7,I1.0-I1.5,I2.0-2.5。輸出口有14個(gè)，即Q0.0-QO.7，Q1.0-Q1.1，Q2.0-Q2.32.4.2 具體分配列表：序號(hào)功能輸入序號(hào)功能輸出1主軸電機(jī)熱保護(hù)FR1I0.01M1控制接觸器KM1Q0.02進(jìn)給和冷卻泵熱保護(hù)FR23I0.12M1反接制動(dòng)接觸器KM2Q0,13主軸停止按鈕SB1（甲地）I0.23M2正轉(zhuǎn)接觸器KM3Q0.24主軸停止按鈕SB2（乙地）I0.34M2正轉(zhuǎn)接觸器KM4Q0.35主軸啟動(dòng)按鈕SB3(甲地)I0.45快速移動(dòng)接觸器KM

18、5Q0.46主軸啟動(dòng)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(zhuǎn)接觸器KM8Q0.68電磁閥YA吸合SB6（乙地）I0.78M1正轉(zhuǎn)接觸器KM7Q0.79工作臺(tái)左移SA8I1.09圓工作臺(tái)HL1Q1.010工作臺(tái)右移SA8I1.110非圓工作臺(tái)HL2Q1.111工作臺(tái)向后、向上移動(dòng)SA8I1.211主軸正轉(zhuǎn)HL3Q2.012工作臺(tái)向前、向下移動(dòng)SA8I1.312主軸反轉(zhuǎn)HL4Q2.113進(jìn)給沖動(dòng)SQ4I1.413冷卻泵工作HL5Q2.214主軸沖動(dòng)SQ3I1.514進(jìn)給電機(jī)工作HL6Q2.315速度繼電器正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)KSI2.016冷卻泵啟停SA4I2.117圓工作臺(tái)、非圓工作臺(tái)控制SA1I2.218圓工作臺(tái)、非圓工作臺(tái)控制SA1I2.319圓工作臺(tái)、非圓工作臺(tái)控制SA1I2.420主軸電機(jī)轉(zhuǎn)向控制SA5I2.5參考文獻(xiàn)1 廖常初，設(shè)備改造中的PLC梯形圖設(shè)計(jì)方法，電工技術(shù)雜志 2