某組合機床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、電氣控制與PLC課程設(shè)計說明書目:某組合機床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級:自動1206名:陳文浩號:指導教師:任勝杰系統(tǒng)概述方案論證硬件設(shè)計成績:3.1系統(tǒng)的原理方框圖3.2 主電路3.3 I/O 分配3.3 I/O 接線圖3.4元器件選型軟件設(shè)計4.1主流程4.2梯形圖系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計心得參考文獻目錄指導老師簽名:日期:1212121213141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)標準化和系列化，可 根據(jù)

2、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。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

3、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:M3MlJ雀一2# M23M4占 占 占SQ1 SQ3 SQ5占 占占SQ6 SQ4 SQ2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5.5KW 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5.5KW1440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

4、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T工進T快退的工作循環(huán)。2. 可使左、右兩動力頭同時工作，也可進行單獨調(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

5、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：1. PLC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?？删幊炭刂破鞑捎么鎯壿?。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的內(nèi)存當中。若控制邏輯復雜時，則程序會長一些，輸入輸出的連線并不多。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。觸點的幵閉動作一般是幾十毫秒數(shù)量級。而

7、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，定時范圍廣。(4) 可靠性

8、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。觸點在幵閉時會 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)，大量的幵關(guān)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琍LC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。2. PLC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

9、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(zhuǎn)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，要考慮工程現(xiàn)場

10、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幵關(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、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 PLCo(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

11、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KM1 KM2的線圈得電吸合分別使電機 M1 M2正轉(zhuǎn)；當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

12、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T工進T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分別當接觸器KM5 KM6線圈得電時正轉(zhuǎn)，當接觸器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

13、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。指示信號燈圖3-4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)的接觸器的常幵觸點連接，當接觸器的線圈得電，其常幵觸點閉合，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 KM7KM6 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，

14、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)（KM9X2左動力頭停車按鈕Y2M3工進正轉(zhuǎn)（KM3X3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（KM11X6左動力頭原位限位Y6M2主軸正轉(zhuǎn)（KM2X7左動力頭快進按鈕Y7M2主軸反轉(zhuǎn)（KM10X10左動力頭快退按鈕Y10M4工進正轉(zhuǎn)（KM4X11右動力頭正轉(zhuǎn)啟動按鈕Y11M6快進（KM6X12右動力頭反轉(zhuǎn)啟動按鈕Y12M6快退（KM8X13右動力頭

15、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CO鵬相連。按鈕和幵關(guān) 與輸入端和COh端相連。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SB4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

16、,只需要選擇幵關(guān)就可以所以選用 FXn 32MR加擴展單元 F& 32ER F&32MR含有32個I/O 點（16入，16出），F(xiàn)Xn 32ER為含有32點擴展單元。F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JO3-802-6 5.5KW 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JO3-802-6 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

17、三相交流異步電動JO3-802-6 5.5KW 380VM5左冷卻泵1機1440r/min三相交流異步電動JO3-802-6 5.5KW 380VM6右冷卻泵1機1440r/min主電動機過載保FU1熔斷器RL1-15 15A1護主電動機過載保FU2熔斷器RL1-15 15AFU3熔斷器RL1-15 15A快速工進電動機過載保護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220

18、V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

19、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按鈕黑色右冷卻泵1SQ位置開關(guān)LA2 黑色64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T工進T快退的工作循環(huán)和可4-1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 所示。圖4-1設(shè)計流程圖4.2梯形圖梯形圖圖4-25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,X 仁0Y0=1XO=O,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=1/Y 仁1,Y3=1X4=1Y2=1,Y3=0X5=1Y2=0,Y4=1,Y0=0/丫仁0X6=0Y4=0X10=1Y4=1X11=1,X12=0Y6=1X11=0,X12=1Y7=1X13=1Y6=0,Y7=0X1