電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 山東建筑大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)題 目：電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)課 程：M7120型平面磨床的PLC改造院 （部）：信息與電氣工程學(xué)院專 業(yè)：建筑電氣與智能化 目 錄 摘要 一、M7120磨床的基本結(jié)構(gòu)及控制要求 1 1.1 M7120磨床結(jié)構(gòu)1 1.2控制要求 2 二、M7120磨床電路設(shè)計(jì)及分析制圖2 2.1 砂輪電動(dòng)機(jī)分析設(shè)計(jì)2 2.2液壓泵電動(dòng)機(jī)分析設(shè)計(jì) 3 2.3 砂輪升降電動(dòng)機(jī)分析設(shè)計(jì) 4 2.4 電磁吸盤(pán)電路分析設(shè)計(jì)52.5照明和指示燈電路6三、PLC機(jī)型選擇8 3.1PLC的特點(diǎn) 83.2PLC機(jī)型的選擇 93.3PLC的外部接線圖9四、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 4.1斷路器的

2、選擇 9 4.2熔斷器的選擇 9 4.3交流接觸器的選擇 10 4.4熱繼電器的選擇 10 4.5按鈕的選擇10 4.6元件明細(xì)表11五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)11 5.1 PLC控制程序要求分析 11 5.2 程序梯形圖 12 5.3程序列表 13總結(jié)與致謝 14參考文獻(xiàn) 15 摘 要  隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已擴(kuò)展到所有的控制領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求做出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一需求，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)必須具有極高的靈活性和可靠性，可編程控制器就順應(yīng)而生。 目前我國(guó)機(jī)械制造業(yè)存在大量的通用設(shè)備，在發(fā)展

3、現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí)可以應(yīng)用微電子技術(shù)改造這些已有通用設(shè)備，比如用數(shù)顯、數(shù)控裝置改造通用設(shè)備，提高單機(jī)自動(dòng)化程度，用可編程序控制器改造通用機(jī)床、專用機(jī)床、組合機(jī)床及自動(dòng)設(shè)備與半自動(dòng)設(shè)備組成的生產(chǎn)線，這樣可以把計(jì)算機(jī)功能完備、編程靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，這是一條低成本、高效益，符合我國(guó)國(guó)情的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。 隨著可編程控制器技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的控制柜逐漸被新一代的智能化儀表所代替,對(duì)于日益復(fù)雜的控制功能傳統(tǒng)控制柜顯得無(wú)能為力。而可編程控制器具有可編程序的特點(diǎn)運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)要求自動(dòng)選擇控制算法，且適應(yīng)性強(qiáng)。 本次課程設(shè)

4、計(jì)就是對(duì)M7120型平面磨床 進(jìn)行PLC改造，使改造后的平面磨床具有單循環(huán)自動(dòng)控制功能,能點(diǎn)動(dòng)對(duì)刀，自動(dòng)運(yùn)行停車.而且有必要的指示性顯示燈。 關(guān)鍵詞： 電氣控制、平面磨床的PLC改造一、 M7120磨床的基本結(jié)構(gòu)及控制要求1.1 M7120磨床結(jié)構(gòu)平面磨床的結(jié)構(gòu)如圖所示，由床身、工作臺(tái)、電磁吸盤(pán)、砂輪箱、滑座、立柱等部分組成。 1. 床身：其中裝有液壓傳動(dòng)裝置，以使矩形工作臺(tái)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)（縱向）2. 工作臺(tái)：表面是T形槽,用來(lái)安裝電磁吸盤(pán)以吸持工件或直接安裝大型工件。3. 電磁吸盤(pán)：夾緊工件4. 砂輪箱：沿滑座水平導(dǎo)軌作橫向運(yùn)動(dòng)5. 滑座：可在立柱導(dǎo)軌上作上下移動(dòng)1.2控制要求根據(jù)磨床

5、的結(jié)構(gòu)可知它的幾種運(yùn)動(dòng)形式，主運(yùn)動(dòng)是砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。垂直進(jìn)給，即滑座在立柱上的上下運(yùn)動(dòng)；槽向進(jìn)給，即砂輪箱在滑座上的水平運(yùn)動(dòng)；縱向進(jìn)給，即工作臺(tái)沿床身的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。平面磨床采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，所需電動(dòng)機(jī)有砂輪電動(dòng)機(jī)、工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)、砂輪升降電動(dòng)機(jī),其拖動(dòng)控制要求如下：（1）砂輪、冷卻泵3臺(tái)電動(dòng)機(jī)都只要求單方向旋轉(zhuǎn)。砂輪升降電動(dòng)機(jī)、工作臺(tái)電機(jī)需雙向旋轉(zhuǎn)。（2）啟動(dòng)一次可以自動(dòng)完成一個(gè)加工的單循環(huán)。（3）單循環(huán)工序：按下啟動(dòng)按鈕，首先充磁，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，砂輪旋轉(zhuǎn)，砂輪架下降，到位后，冷卻泵啟動(dòng)，工作臺(tái)左移，開(kāi)始加工，加工完成后，工作臺(tái)自動(dòng)右移回到初始位置，停止。冷卻泵停止，砂輪架抬起，到位

6、后，停止，砂輪旋轉(zhuǎn)停止，然后充磁結(jié)束。（4）取工件之前先點(diǎn)動(dòng)退磁：退磁控制設(shè)計(jì)為點(diǎn)動(dòng)方式。（5）可以點(diǎn)動(dòng)對(duì)刀：刀架上升和下降除了自動(dòng)控制外，還可以點(diǎn)動(dòng)控制方便對(duì)刀，即調(diào)節(jié)加工量。（6）工作臺(tái)還可以點(diǎn)動(dòng)操作左移或右移：根據(jù)加工工件的尺寸不同，加工前可點(diǎn)動(dòng)移動(dòng)工作臺(tái)，以確定工作臺(tái)的加工范圍，來(lái)調(diào)整行程開(kāi)關(guān)的位置。（7）砂輪可以手動(dòng)啟動(dòng)和停止以方便對(duì)刀。二、M7120磨床電路設(shè)計(jì)及分析制圖2.1 砂輪電動(dòng)機(jī)分析設(shè)計(jì)（1）電動(dòng)機(jī)配置情況及其控制主電路有2臺(tái)電動(dòng)機(jī)。其中M1為砂輪電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成磨削加工工作；M2是冷卻泵電動(dòng)機(jī)，M1和M2同由接觸器KM1的主觸頭控制，單向旋轉(zhuǎn)。其中熱繼電器FR

7、1、FR2對(duì)電路進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，熔斷器FU對(duì)其作短路保護(hù)。（2）控制電路按下啟動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，M1和M2同時(shí)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，KM1失電釋放，M1和M2同時(shí)失電停止。注：若加工中不需要冷卻液，則可單獨(dú)關(guān)斷冷卻泵電動(dòng)機(jī)。2.2液壓泵電動(dòng)機(jī)分析設(shè)計(jì)（1）電動(dòng)機(jī)配置情況及其控制主電路有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。M為液壓泵電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由接觸器KM1的主觸頭控制，單向轉(zhuǎn)動(dòng)。其中熱繼電器FR對(duì)電路進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，熔斷器FU對(duì)其作短路保護(hù)。（2）控制電路按下啟動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，液壓泵電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，KM1失電釋放，M失電停轉(zhuǎn)

8、。電路控制圖如圖2.2.1所示： 圖2.2.1 液壓泵電動(dòng)機(jī)的控制電路2.3 砂輪升降電動(dòng)機(jī)分析設(shè)計(jì)（1）電動(dòng)機(jī)配置情況及其控制主電路有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。M為砂輪升降電動(dòng)機(jī)，用于在磨削過(guò)程中調(diào)整砂輪與工件之間的位置，有接觸器KM1和KM2的主觸頭控制，雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。其中熔斷器FU對(duì)其作短路保護(hù)。砂輪升降電動(dòng)機(jī)是短期工作的，因此不設(shè)過(guò)載保護(hù)。（2）控制電路砂輪升降電動(dòng)機(jī)只有在調(diào)整工件和砂輪之間的位置時(shí)才使用，因此用點(diǎn)動(dòng)控制。按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB1時(shí)，接觸器KM1得電吸合，電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)正轉(zhuǎn)，砂輪上升。按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB2時(shí)，接觸器KM2得電吸合，電動(dòng)機(jī)M啟動(dòng)反轉(zhuǎn)，砂輪下降。砂輪達(dá)到所需位置時(shí)，松開(kāi)SB1或SB2，

9、KM1或KM2失電釋放，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升或下降。電路控制圖如圖2.2.1所示： 圖2.2.1 砂輪升降電動(dòng)機(jī)的控制電路2.4 電磁吸盤(pán)電路分析設(shè)計(jì)2.4.1砂輪與液壓泵電動(dòng)機(jī)控制電路和電磁吸盤(pán)電路根據(jù)控制要求，我們?cè)谏拜嗠妱?dòng)機(jī)與冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制電路中添加了動(dòng)合觸頭KV，該觸頭為欠壓繼電器KV的動(dòng)合觸頭。電磁吸盤(pán)控制電路通過(guò)欠電壓繼電器KV進(jìn)行聯(lián)系，當(dāng)電源電壓過(guò)低時(shí)，電磁吸盤(pán)吸力不足，會(huì)導(dǎo)致加工過(guò)程中工件飛離吸盤(pán)的事故，因此，吸盤(pán)線圈并接有欠電壓繼電器KV。當(dāng)電源電壓過(guò)低時(shí)，KV不吸合，串接在KM1、KM2線圈控制電路中的動(dòng)合觸頭KV斷開(kāi)，切斷KM1、KM2線圈電路，是砂輪電動(dòng)機(jī)和液壓

10、泵電動(dòng)機(jī)停止工作，確保安全生產(chǎn)。電路控制圖如2.4.1（1）所示2.4.2.電磁吸盤(pán)電路（1）充磁過(guò)程按下充磁按鈕SB8，接觸器KM3得電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，電磁吸盤(pán)YH線圈得電，工作臺(tái)充磁吸住工件，同時(shí)KM5輔助動(dòng)斷觸頭斷開(kāi)，使KM6不能得電，實(shí)現(xiàn)互鎖。磨削加工完畢，在取下加工好的工件時(shí)，先按下SB7，切斷電磁吸盤(pán)YH上的直流電源。由于吸盤(pán)和工件都有剩磁，因此需對(duì)吸盤(pán)和工件進(jìn)行去磁。（2）去磁過(guò)程按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB9，接觸器KM6得電吸合，其兩副主觸頭閉合，電磁吸盤(pán)通入反向直流電，使工作臺(tái)和工件去磁。去磁時(shí)，為防止因時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而使工作臺(tái)反向磁化，再次吸住工件，因而接觸器KM6采用點(diǎn)動(dòng)控制。

11、保護(hù)裝置由放電電阻R和電容C以及欠電壓繼電器KV組成，電阻R和電容C的作用是，電磁吸盤(pán)是一個(gè)大電感，在充磁吸工件時(shí)，存儲(chǔ)了大量的磁場(chǎng)能量，在脫離電源的一瞬間，吸盤(pán)YH的兩端產(chǎn)生較大的自感電動(dòng)勢(shì)，使線圈和其他電器元件損壞，因此用電阻和電容組成放電回路利用電容C兩邊的電壓不能突變的特點(diǎn)，使電磁吸盤(pán)線圈兩端電壓變化趨于緩慢，利用電阻消耗電磁能量。欠電壓繼電器KV的作用是，在加工過(guò)程中，若電源電壓不足，則電磁吸盤(pán)不能吸牢工件，導(dǎo)致工件被砂輪打出，造成嚴(yán)重事故。因此，在電路中設(shè)置了欠電壓繼電器KV，將其線圈并聯(lián)在直流電源上，其動(dòng)合觸頭串聯(lián)在液壓泵電動(dòng)機(jī)與砂輪電動(dòng)機(jī)的控制電路中，若電磁吸盤(pán)不能吸緊工件，K

12、V就會(huì)釋放使液壓泵電動(dòng)機(jī)和砂輪電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，保證了安全。電路控制圖如2.4.1（2）所示2.5照明和指示燈電路HL為照明燈，其工作電壓為24V，由變壓器TC供電。SA為照明負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)。HL1HL5為指示燈，工作電壓均為6V，也由變壓器TC供電。其中，HL1為控制電路指示燈，HL2為液壓泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示燈，HL3為砂輪電動(dòng)機(jī)及冷卻泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈，HL4為砂輪升降電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示燈，HL5為電磁吸盤(pán)工作（充磁或退磁）指示燈。其工作原理為控制各電動(dòng)機(jī)的交流接觸器常開(kāi)輔助觸頭控制。照明和指示燈電路如圖2.5.1所示 圖2.4.1 電磁吸盤(pán)電路（1） 圖2.4.1 電磁吸盤(pán)電路（2） 三、PLC機(jī)型選

13、擇3.1 PLC的特點(diǎn)1. 使用方便，編程簡(jiǎn)單2. 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)5. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少6. 維修工作量小，維修方便3.2 PLC機(jī)型的選擇 PLC的選擇主要應(yīng)從PLC 的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下,力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。（1）合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC主要有整體式和模塊式

14、兩種結(jié)構(gòu)型式。（2）安裝方式的選擇 PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。（3）相應(yīng)的功能要求 一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能,對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。（4）響應(yīng)速度要求 PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器,不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC,或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí),則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度,可選用具有高速I/O處理功能的PLC,或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。（5）系統(tǒng)可靠性的要求 對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng),應(yīng)

15、考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 德國(guó)西門(mén)子（SIMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在工控、冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。在眾多的PLC生產(chǎn)廠家中，西門(mén)子公司的PLC系列產(chǎn)品以其較高的性價(jià)比成為眾多客戶都首選。因此我們選擇西門(mén)子公司PLC作為本次設(shè)計(jì)的可編程序控制器。 S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X兩代產(chǎn)品，其中CPU22X型PLC有CPU221，CPU222,CPU224,CPU226四種基本型號(hào)。選用PLC上，考慮到只是對(duì)M7120磨床做電氣部分的改造，輸出端口需要16個(gè)，輸入端口7個(gè)。而且并不通過(guò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)

16、，實(shí)用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用SIMATIC S7-200 系列的 S7-226 作為本次設(shè)計(jì)的PLC型號(hào)。3.3 PLC的外部接線圖詳情見(jiàn)A3-2圖紙。四、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1斷路器的選擇 斷路器主要用于保護(hù)交流、直流電路內(nèi)地設(shè)備，使之免受過(guò)電流、逆電流、短路和欠電壓等不正常情況地危害，同時(shí)也可用于不頻繁啟動(dòng)地電動(dòng)機(jī)以及操作和轉(zhuǎn)換電路。選擇斷路器時(shí)應(yīng)考慮地主要參數(shù)有：額定電壓、額定電流和允許分?jǐn)嗟貥O限電流。選擇地一般要求是：（1） 低壓斷路器地額定電壓大于或等于線路額定電壓。（2） 低壓斷路器地額定電流大于或等于線路計(jì)算負(fù)載電流。（3） 低壓斷路器地脫扣器額定電流大于或等于線路計(jì)算負(fù)載電

17、流。（4） 低壓斷路器地極限通斷能力大于或等于線路中最大短路電流。配電用斷路器選用條件：（1） 長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定值Izi為0.81倍導(dǎo)線允許載流量。（2） 3倍長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定值地可返回時(shí)間大于或等于線路中最大啟動(dòng)電流地電動(dòng)機(jī)地啟動(dòng)時(shí)間。電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器選用條件：（1） 長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作電流整定值Izi等于電動(dòng)機(jī)地額定電流。（2） 6倍長(zhǎng)延時(shí)電流整定值地可返回時(shí)間大于或等于電動(dòng)機(jī)地實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間。（3） 瞬時(shí)整定電流對(duì)籠型電動(dòng)機(jī)為815倍脫扣器額定電流，對(duì)繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)為36倍脫扣器額定電流。4.2熔斷器的選擇熔斷器的類型很多，通常有插入式，螺旋式，填料封閉管式等，選擇熔斷器，實(shí)際上主要是選擇熔

18、斷器類型，額定電壓和電流，以及熔體的額定電流。對(duì)于具有沖擊電流的電氣設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為額定電流的5-7倍，則應(yīng)采用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法。對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一個(gè)熔斷器進(jìn)行保護(hù)的，則取 Ir>=(1.52.5)Inmax+Iqt 其中 Ir-熔體的額定電流 Inmax-容量最大的電動(dòng)機(jī)額定電流 Iqt -其余電動(dòng)機(jī)額定電流之和4.3交流接觸器的選擇接觸器分為交流和直流兩種，在機(jī)床上應(yīng)用最多的是交流接觸器，選擇時(shí)主要考慮主觸點(diǎn)的額定電流，輔助觸點(diǎn)的數(shù)量，吸引線圈的電壓等級(jí)，操作頻率等。選擇的交流接觸器，其主觸點(diǎn)的額定電流應(yīng)大于負(fù)載或電動(dòng)機(jī)的額定電流。4.4熱繼電器的選擇熱繼電器時(shí)依據(jù)電流流

19、過(guò)發(fā)熱元件時(shí)產(chǎn)生地?zé)崾闺p金屬片發(fā)生彎曲而推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)做的一種電器，主要用于電動(dòng)機(jī)地過(guò)載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行地保護(hù)及其他電器設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)地控制。對(duì)于過(guò)載可能性很小的電動(dòng)機(jī)就不必增設(shè)熱繼電器。按電動(dòng)機(jī)地額定電流來(lái)確定熱繼電器地型號(hào)和規(guī)格。熱繼電器元件地額定電流Ir應(yīng)接近或略大于電動(dòng)機(jī)地額定電流In，即 Ir=(0.951.05)In4.5按鈕的選擇按鈕通常是用來(lái)短時(shí)接通或斷開(kāi)小電流控制電路的開(kāi)關(guān)。按鈕主要根據(jù)電源種類、觸點(diǎn)數(shù)、使用場(chǎng)合及顏色來(lái)選擇。M7120型機(jī)床有四個(gè)電動(dòng)機(jī)，其電動(dòng)機(jī)參數(shù)是：M1砂輪電動(dòng)機(jī):Y90S-4,3kW，380V,5A，2860r/minM2砂輪升降電動(dòng)機(jī)：0.75Kw,380V，2.0A，1400r/minM3冷卻泵電動(dòng)機(jī)：JCB-22，0.15kW,380V，0.43A，2790r/minM4工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)：0.75Kw,380V，2.0A，1400r/min4.6 元件明細(xì)表序號(hào)器件名稱數(shù)量型號(hào)規(guī)格參數(shù)備注1斷路器1DZ47LE-32/3N380V 10A正泰 2熔斷器3RT28-32380V 15A正泰3熔斷器3RT28-32380V 2A正泰4交流接觸器1CJ20-10380V 6A正泰5交流接觸器1CJ20-10380V 4A正泰6熱繼電器1JT2