立式升降臺銑床電氣及PLC控制系統設計

1、攀枝花學院學生課程設計說明書題 目： X52立式升降臺銑床電氣 及PLC控制系統設計 學生姓名：李通國 學 號：200710503023 所在院(系)： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 2007級機制二班 指 導 教 師： 譚興強 職稱： 副教授 二一年十二月二十八日攀枝花學院教務處制 本科學生課程設計任務書題目X52K立式升降臺銑床電氣及PLC控制系統設計1、課程設計的目的專業(yè)課程綜合訓練目的是使學生通過對所學主要專業(yè)課的綜合應用，基本掌握一般機床電氣控制及PLC的設計的能力。綜合運用所學的基礎知識和技能，進一步提高學生的分析及解決問題能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能

2、力，提高機床控制分析設計的總體意識和工程實踐能力。2、課程設計的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）設計內容要求：（1）輸入回路的設計；（2）(a8b$G 7p.l*l(T87能源環(huán)保論壇輸出回路的設計；（3）擴展模塊的選用；（4）PLC的網絡設計；（5）軟件編制。設計結束后提交4000字左右的課程設計論文;包含上述全部內容。3、主要參考文獻1高學民.機床電氣控制.山東：山東科學技術出版社2魯遠棟，冼進.PLC機電控制系統應用設計技術.電子工業(yè)出版社3齊占慶.機床電氣控制技術.機械工業(yè)出版社4張萬忠.中國電力出版社4、課程設計工作進度計劃 內容學時總體方案分析8輸入回路的設計8輸出

3、回路的設計30擴展模塊的選用30PLC的網絡設計8軟件編制20合計3周指導教師（簽字）日期 年 月 日教研室意見：年 月 日學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日注：任務書由指導教師填寫。課程設計（論文）指導教師成績評定表題目名稱評分項目分值得分評價內涵工作表現20%01學習態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態(tài)度。02科學實踐、調研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產實踐等渠道獲取與課程設計有關的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學知識和技能去發(fā)現與解決實際問題，能正確處理實驗數據，能對課題進行理論分

4、析，得出有價值的結論。05應用文獻的能力5能獨立查閱相關文獻和從事其他調研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設計（實驗）能力，方案的設計能力5能正確設計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調試、操作等實驗工作，數據正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應用能力5具有較強的數據運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設計等。08對計算或實驗結果的分析能力（綜合分析能力、技術經濟分析能力）10具有較強的數據收集、分析、處理、綜合的能力。成果質量45%09插圖（或圖紙）質量、篇幅、設計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關規(guī)范或規(guī)定要求；

5、規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設計說明書（論文）質量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學。11創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導教師評語指導教師簽名： 年月日摘 要采用繼電接觸器電路實現電氣控制。PLC專為工業(yè)環(huán)境應用而設計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗干擾能力強。X52K銑床電氣控制線路設計為可編程控制器控制，可以提高整個電氣控制系統的工作性能，減少維護、維修的工作量。在現代化的工業(yè)生產設備中，有大量的數字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產品的計數，溫度、壓力、流量的設定與控制等，工業(yè)現場中的這些自動

6、控制問題，若采用可編程序控制器（PLC）來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述PLC控制系統設計時應該注意的問題。通過對X52K型立式升降臺銑床的電氣控制原理進行分析，然后確定輸入點和輸出點等，畫出接線圖和其梯形圖。再在程序輸入機床后進行調試，實現了自動化控制，從而可以提高整個電氣控制系統的工作性能。關鍵詞：X52K銑床；電氣控制系統；PLC；梯形圖目 錄22222456777811141516致 謝171 緒 論 銑床常用于機械齒輪、蝸輪蝸桿等特殊機械零件的加工，按照結構形式和加工性能的不同，可分為立銑、臥銑、龍門銑、仿形銑和專用銑床。它們可來加工平面、斜面、溝槽等，裝上分度頭，

7、可以銑切直齒輪和螺旋面，而 X52K銑床其原控制電路為繼電器控制，存在接觸觸點多、線路復雜、故障多、操作人員維修任務較大等問題。針對這種情況，我們用 PLC控制改造其繼電器控制電路，克服了以上缺點，降低了設備故障率，高了設備使用效率，運行效果良好。特別是工藝改變靈活，不用更改任何硬件，只需對原程序做些修改或者重新編入一個新的程序，就可以實現新的加工工藝，省時省力、靈活方便、效率高。且PLC控制可靠性高、能適應各種應用環(huán)境，它編程簡單、易于掌握，接口也簡單、維護方便。在現代化的工業(yè)生產設備中，有大量的數字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產品的計數，溫度、壓力、流量的設定與控制

8、等，工業(yè)現場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器（PLC）來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一。正文將介紹X52K型立式升降臺銑床的PLC改造過程，通過對X52K型立式升降臺銑床的控制進行分析，然后確定輸入點和輸出點等，畫出接線圖和其梯形圖。再在程序輸入機床后進行調試，從而實現了自動化控制。2 電氣控制線路圖及其原理分析2.1 X52K銑床的電氣控制原理圖 X52K型立式升降臺銑床接觸器繼電器控制電路原理圖見圖2.1和其電器元件目錄表見表2-1所示。2.2主電路分析 主電路中共有三臺電動機。M1是主電動機，拖動主軸帶動銑刀進行銑削加工，QC刀開關實現主電動機正反轉的開關；M2是進給電

9、動機，拖動工作臺進行前后、左右、上下6個方向的進給運動和快速移動，六個方向的進給運動同時只有一種運動產生，用機械操縱手柄和行程相配合的辦法來實現六個方向進給運動的互鎖，起正反轉有接觸器KM3、KM4實現；M3是冷卻泵電動機，供應冷卻液，與主軸電動機M1之間實現順序控制，即M1啟動后，M3才能啟動。熔斷器FU1作為3臺電動機的短路保護，熔斷器FU2作為進給電動機M2的短路保護，3臺電動機的過載保護由熱繼電器FR1、FR2、FR3實現。2.3控制電路分析 2.3.1主軸電動機M1的控制 為了方便操作，主軸電動機M1采用兩地控制方式，起動按鈕SB1、SB2，停止按鈕SB5、SB6分別裝在床身和工作臺

10、上。KM1是主軸電動機M1的起動接觸器。主電動機的啟動 主電動機起動前應先選擇主軸所需的轉向，即轉換開關QC搬向左邊正轉，搬向右邊反轉。然后將隔離開關QS1搬到接通位置，這時再按下起動按鈕SB1（裝在機床正面）或按下起動按鈕SB2（裝在機床的側面），接觸器KM1得電吸合，KM1的主觸頭點閉合接通了電動機的定子繞組，主電動機起動。KM1的輔助動合觸頭點14閉合并將線圈自鎖，輔助動合觸頭點15的閉合為工作臺進給線路提供了電源。主電動機的制動 為了使主軸能準確的停車，主軸制動采用了能耗制動方式。當主軸要制動停車時，按下SB5（機床正面）或按下SB6（機床側面），這時接觸器KM5得電吸合，KM5的主觸

11、頭閉合，KM5的輔助觸頭8閉合，使電動機M1制動，主軸制動停車。主軸變速時的瞬時點動壓下行程開關ST5，接觸器KM1線圈瞬時接通，主電動機作瞬時點動，以達到齒輪的良好嚙合。當放開ST5，斷開了主軸瞬時點動線路，恢復常態(tài)。當瞬時點動一次沒有實現良好嚙合時，可以重復進行瞬時點動動作。表2-1 電器元件目錄表符 號名 稱 及 用 途符 號名 稱 及 用 途M1主電動機KR1主軸電動機熱繼電器M2進給電動機KR2冷卻泵電動機熱繼電器M3冷卻泵電動機KR3進給電動機熱繼電器KM1主電動機起動接觸器FU1-FU4熔斷器KM2快速接觸器SA1六個方向進給及圓工作臺開關KM3正向進給電動機起動接觸器SA2照明

12、起動開關KM4反向進給電動機起動接觸器ST1工作臺向左進給行程開關KM5主軸電動機制動接觸器ST2工作臺向右進給行程開關QS冷卻泵電動機起動轉換開關ST3工作臺向前、向下進給行程開關QS1電源轉換開關ST4工作臺向后、向上進給行程開關QC主軸電動機換向開關ST5主軸變速沖動行程開關YC電磁鐵ST6進給變速沖動行程開關SB1、SB2主軸起動按鈕U晶閘管整流器SB3、SB4工作臺快速按鈕TC1控制變壓器SB5、SB6主軸停止按鈕TC2照明變壓器2.3.2進給運動的控制 進給運動在主軸起動后方可進行，工作臺的左、右、上、下，前后運動是通過操縱手柄和機械聯動機構控制相應的行程開關使進給電動機正轉或反轉

13、來實現的。行程開關ST1和ST2制動工作臺的向右和向左運動，ST3和ST4控制工作臺的向前、向下和向后、向上運動。工作臺的方向進給 由轉位開關SA1來控制。 （1）工作臺的左右運動 將SA1處于斷開位置，即它的SA1-1，SA1-3接通，SA1-2斷開。當壓下行程開關ST1，使進給電動機的正轉接觸器KM3線圈得電，進給電動機正轉，帶動工作臺向右運動，當壓下行程開關ST2時，行程開關ST1復位，進給電動機反轉接觸器KM4線圈得電，進給電動機反轉，帶動工作臺向左運動。 （2）工作臺和前后運動 在手柄扳到向下或向前位置時，手柄通過機械聯動機構使ST3被壓下，ST4的動合觸點斷開，這時進給電動機正轉接

14、觸器線圈得電，電動機正轉，帶動工作臺向下或向前運動；當手柄扳到向上或向后位置時，ST4被壓下，ST3的動合觸點斷開，這時進給電動機反轉接觸器線圈得電，電動機反轉，帶動工作臺向上或向后運動。 （3）進給變速時的瞬時點動 進給變速必須在進給操縱手柄放在零位置時進給。壓下行程開關ST6進給電動機瞬時正轉，使齒輪進入良好的嚙合狀態(tài)。 （4）進給方向的快速移動按下快速移動按鈕SB3或SB4，快速移動接觸器KM2動作，接觸器KM4的動作觸點閉合，接通快速離合器YC，工作臺在原方向上作快速移動，松開按鈕快速移動停止。2.4圓形工作臺的控制 首先將圓工作臺開關SA1轉到接通位置時，即SA1-1的觸點斷開，SA

15、1-3的觸點也斷開，SA1-2的觸點接通。這時按下起動按鈕SB1或SB2，主軸電動機起動，接著是進給電動機M2的正轉接觸器KM3線圈得電，M2電動機起動，帶動圓形工作臺做旋轉運動。3 PLC設計方案的確定設計方案為：(1)不改變原控制系統電氣操作方法。(2)不改變原電氣系統控制元件(包括按鈕、行程開關、接觸器、中間繼電器，作用均與原電氣線路相同)。(3)原控制線路中熱繼電器仍用硬件控制(因過載使用幾率較少)。 (4) 主軸和進給起動、制動、低速、高速和變速沖動的操作方法不變。(5)原銑床的工藝加工方法不變。(6)只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代。4 PLC設計X52銑床X52

16、K銑床通常具有下列運動：主運動：刀具的旋轉運動。輔助運動：工件的移動或進給箱的移動，工作臺的快速移動，圓工作臺的旋轉運動，為縮短傳動鏈和便于分別搖制，銑床采用主軸和工作臺分別用單獨的電機拖動。4.1 PLC機型的選擇由三臺電機拖動，分別為主軸電機M1，進給電機M2，冷卻泵電機M3，其中，主軸電機M1由接觸器KM1控制，進給電機M2由接觸器KM3、KM4控制，冷卻泵電機M3由轉換開關QS控制。1主電動機與進給電動機的聯鎖。這是電器上的聯鎖，由電氣圖可知，進給電動機接觸器KM3、KM4的電源只有當KM1接通時才能接通。2工作臺各進給方向的聯鎖。這是機械與電氣的雙重聯鎖，工作臺縱向進給操作手柄及工作

17、臺橫向進給操作手柄是十字型操作手柄，手柄每次操作只能撥向某一位置，這是機械聯鎖。此外，從電路圖中可以知道，當這兩支操作手柄同時從中間移開時，KM3及KM4的電流通道被切斷。這是電氣聯鎖。為了在使用PLC作為主要控制裝置后以上聯鎖功能都能保留，以上聯鎖所涉及的器件都需接入PLC的輸入口。SA2的處理則不同，經統計：以上器件再加上各種按鈕及沖動開關等器件，銑床控制所需要輸入口為13個。在具體連接時，原電路中串聯及并聯連接的觸點均在連接后接入PLC，且熱繼電器觸點均串在輸出器件電路中，不占用輸入口。在考慮輸出口數量時，注意到輸出器件有兩個電壓等級，并將控制邏輯簡單的電路，如一些在機外連接，不在通過P

18、LC。這樣輸出口共有兩組接點。再考慮一些電源要占居一些接口和輸入輸出口的數量及控制功能選取公司的三菱FX2n系列機一臺。4.2 PLC程序設計使用梯形圖設計X52K銑床PLC程序。設計的基本原則是“復述”原繼電器電路所敘述的邏輯內容。由于梯形圖總是輸出列寫支路的4.2.1數字量輸入部分這個控制系統的外部輸入有起動按鈕，主軸制動按鈕，快速進給按鈕，進給方向的控制開關，5個行程開關，主軸變速沖動行程開關和進給變速沖動行程開關等12個輸入點。起具體的輸入地址分配如表表4.2.1 X52K銑床的輸入地址分配序號輸入器件輸入地址1SB1、SB2主軸起動X02SB5、SB6主軸制動X13SB3、SB4快速

19、進給X24ST1工作太向左運動行程開關X35ST2工作太向右運動行程開關X46ST3工作太向左前、向下運動行程開關X57ST4工作太向左后、向上運動行程開關X68ST5主軸變速沖動行程開關X79ST6進給變速沖動行程開關X1010六個方向進給SA1X1111圓工作臺行程開關SA1X1212主軸、冷卻泵電動機熱繼電器X1313進給電動機熱繼電器X144.2.2數字量輸出部分 這個控制系統的輸出外部設備有主軸的起動，制動，進給電動機M2的正、反旋轉和進給電動機M2的快速運動五個狀態(tài)，所以系統共有5個輸出點，且5個輸出點的地址分配如表所示。表4.2.2 X52K銑床的輸出地址分配序號輸出器件輸出地址

20、1KM1主軸起動Y02KM2快速進給Y13KM3電機M2正轉Y24KM4電機M2反轉Y35KM5主軸制動Y44.3 I/O接線圖和梯形圖根據上面對系統的輸入輸出點的分配畫出可編程控制器的I/O接線圖，如圖4.1所示，并畫出PLC的梯形圖，如圖4.2所示。 圖4.1 PLC外部接線圖網絡1 主軸啟動控制回路網絡2主軸制動控制回路網絡3快速進給控制回路網絡4進給電動機正轉控制回路網絡5進給電動機反轉控制回路圖4.2 PLC梯形圖4.4 PLC的程序語句表 原程序語句如下：LD X00R Y0ANI X1ANI X7 AND X3OR X7OUT Y0LD X1ANI X13OUT Y4LD X2A

21、NI X1ANI X7ANI X13ANI X14OUT Y1 LDI X10 ANI X5ANI X6AND X11AND X13LD X11ANI X3ANI X4AND X5ORBLD X11ANI X3ANI X4ANI X6ANI X5ANI X10LDI X10ANI X5ANI X6ANI X4ANI X3AN X12ORB ORBLD Y0OR Y1ANBAND X14ANI X13CUT Y2LDI X10ANI X5ANI X6AND X11AND X4LD X11ANI X3ANI X4ANI X6ORBLD Y0OP Y1ANBAND X14ANI Y2OUT Y35 PLC調試對X52K立式升降臺銑床進行PLC改造后要對起進行調試。將以上設計好的PLC程序輸入到三菱FX2n主機后，連接好輸入輸出分配和主電路 ，按照以上的步驟進行調試 ，調試過程全部通過，完全滿足銑床的控制要求。改造后的設備大大降低了運行的故障率，提高了設備運行的穩(wěn)定性和效率 ，改造后的設備經使用運行 ，結果表明效果非常好。結 論銑床在機