數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計

PAGEPAGE1中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書學(xué)生姓名：***學(xué)號：09020141***系：機械自動化系專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化題目：數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計——主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計指導(dǎo)教師：劉中柱職稱:講師彭彬彬職稱:副教授2012年12月24日中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書2012/2013學(xué)年第1學(xué)期所在系：機械自動化系專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生姓名：學(xué)號：09020141**課程設(shè)計題目：數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計——主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計起迄日期：2012年12月24日～2012年12月28日課程設(shè)計地點：中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院指導(dǎo)教師：劉中柱講師彭彬彬副教授系主任：祝錫晶下達任務(wù)書日期:2012年12月24日課程設(shè)計任務(wù)書1．設(shè)計目的：通過對某數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計，使學(xué)生熟練掌握PLC在數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的控制作用、動作順序與原理，并學(xué)會應(yīng)用PLC。2．設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動和沖動。要求：①當按下正轉(zhuǎn)按鈕時，電動機正轉(zhuǎn)；②按下反轉(zhuǎn)按鈕時，電動機反轉(zhuǎn)；③當按下停止按鈕時，電動機停止，并控制制動器制動2S；④按下沖動按鈕時，電動機正轉(zhuǎn)0.5s，然后停止；⑤電動機過載報警后，正/反轉(zhuǎn)按鈕、沖動按鈕均無效。通過本課程設(shè)計,完成①輸入輸出信號分析與PLCI/O分配圖②PLC選型③主要元器件型號的選擇④主接線圖設(shè)計⑤完成梯形圖設(shè)計并完成相應(yīng)指令。3．設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕：要求獨立完成主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計，包括程序的編制和調(diào)試，并根據(jù)規(guī)定格式完成課程設(shè)計說明書的撰寫。4．主要參考文獻：1范永勝，王岷.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：中國電力出版社，20072魯遠東.PLC機電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計技術(shù).北京：中國電力出版社，20103張華宇，謝鳳芹.數(shù)控機床電氣及PLC控制技術(shù).北京：中國電力出版社，20105．設(shè)計成果形式及要求：提供設(shè)計說明書一份，要求內(nèi)容與設(shè)計過程相符，且格式要符合規(guī)定要求。6．工作計劃及進度：2012年12月24日資料查閱階段2012年12月25日~2012年12月28日分析、設(shè)計、繪圖2012年12月29日答辯系主任審查意見：簽字：年月日目錄一.目的與要求……………………2二.輸入輸出信號分析與PLCI/O分配圖………2三.PLC的選型……………………43.1PLC的類型…………………43.2輸入輸出模塊的選擇………43.3電源的選擇…………………43.4存儲器的選擇………………5主要元器件的型號選擇………5五.主接線圖的設(shè)計………………6六.梯形圖設(shè)計……………………8七.指令表…………87.1主軸電動機正轉(zhuǎn)控制………87.2主軸電動機反轉(zhuǎn)控制……………………87.3主軸電動機停止控制……………………87.4主軸電動機正轉(zhuǎn)沖動控制………………87.5過載報警電路……………97.6指令表………………………9八．主軸系統(tǒng)主電路和PLC接線圖設(shè)計……………10九.總結(jié)…………11十.參考文獻……………………12目的與要求通過對某數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計，使學(xué)生熟練掌握PLC在數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的控制作用、動作順序與原理，并學(xué)會應(yīng)用PLC。主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動和沖動。要求：①當按下正轉(zhuǎn)按鈕時，電動機正轉(zhuǎn)；②按下反轉(zhuǎn)按鈕時，電動機反轉(zhuǎn)；③當按下停止按鈕時，電動機停止，并控制制動器制動2S；④按下沖動按鈕時，電動機正轉(zhuǎn)0.5s，然后停止；⑤電動機過載報警后，正/反轉(zhuǎn)按鈕、沖動按鈕均無效。通過本課程設(shè)計,完成①輸入輸出信號分析與PLCI/O分配圖②PLC選型③主要元器件型號的選擇④主接線圖設(shè)計⑤完成梯形圖設(shè)計并完成相應(yīng)指令。輸入輸出信號分析與PLCI/O分配圖外部接線圖：圖1PLCI/O分配圖根據(jù)FX2N-48MR型PLC的外部接線圖統(tǒng)計PLC的輸入和輸出信號及其信號的性質(zhì)①輸入信號：熱繼電器FR主軸電動機M正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2主軸電動機M反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3主軸電動機M停止按鈕SB1主軸電動機M正轉(zhuǎn)沖動按鈕SB4②輸出信號：主軸電動機M正轉(zhuǎn)接觸器KM1主軸電動機M反轉(zhuǎn)接觸器KM2主軸電動機M停止接觸器KM3控制能耗制動的時間繼電器KT2主軸電動機M正轉(zhuǎn)沖動接觸器KT1蜂鳴報警器H根據(jù)以上分析可列出數(shù)控機床主軸系統(tǒng)PLC的輸入和輸出點分配表，見表1：表1數(shù)控機床主軸系統(tǒng)PLC的輸入和輸出點分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號熱繼電器FRX0主軸電動機M正轉(zhuǎn)接觸器KM1Y0主軸電動機M正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2X1主軸電動機M反轉(zhuǎn)接觸器KM2Y1主軸電動機M反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3X2主軸電動機M停止接觸器KM3Y2主軸電動機M停止按鈕SB1X3主軸電動機M正轉(zhuǎn)沖動接觸器KT1Y3主軸電動機M正轉(zhuǎn)沖動按鈕SB4X4控制能耗制動的時間繼電器KT2Y4蜂鳴報警器HY5三.PLC的選型PLC是20世紀70年代以來以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，因為它具有幾個突出的特點：可靠性高，抗干擾強；編程簡單，易于掌握；功能完善，靈活方便；體積小，質(zhì)量輕，功耗低。I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。PLC選型原則：3.1PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。3.2輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。3.3電源的選擇PLC的供電電源，除了引進設(shè)備時同時引進PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。3.4存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。綜上所述：在此次課程設(shè)計中我選用FX2N-48MR，因為它的編程相對簡單易懂，是理想的可編程控制器。而在設(shè)計中的I/O點數(shù)在48以下，則用的是微型PLC。其基本單元中的輸入點按照X000—X007,X010—X017…這樣的八進制進行編號，而輸出點按照YOOO—Y007,Y010—Y017…這樣的八進制進行編號，內(nèi)部繼電器可多次使用，定時器將1ms,10ms,100ms等脈沖進行加法計數(shù)，計數(shù)器可進行向上向下計數(shù)。主要元器件的型號選擇表2主要元器件的型號選擇文字符號名稱型號規(guī)格M1,M2主軸電機JO2-72-430Kw,1470r/minKM1，KM2，KM3,KM4交流接觸器CJ0-7575A,線圈電壓220VFR熱繼電器TK-E02R-C10A,線圈電壓220VFU,FU1，熔斷器RM1-100QS斷路器式刀開關(guān)3VU16SB1,SB2主軸電動機啟動按鈕LA8-1SB3主軸電動機停止按鈕LA8-1SB4主軸電動機的沖動按鈕LA8-1五.主接線圖的設(shè)計六.梯形圖設(shè)計主要控制：正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止沖動七.指令表7.1主軸電動機正轉(zhuǎn)控制按下主軸電動機正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2,第一邏輯行中X1閉合，Y0接通并自鎖，第二邏輯行中Y0斷開，實現(xiàn)互鎖。7.2主軸電動機反轉(zhuǎn)控制按下主軸電動機反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3，第二邏輯行中X2閉合，Y1接通并自鎖，第一邏輯行中Y1斷開，電機開始反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)互鎖。7.3主軸電動機停止控制按下主軸電動機停止控制按鈕SB1，第三邏輯行中X3閉合，Y2接通并自鎖，第一邏輯行和第二邏輯行中X3常閉觸點斷開，電機停止轉(zhuǎn)動。同時，得電延時繼電器開始計時，使制動系統(tǒng)一直作用于電動機，計時夠2S時，第三邏輯行中Y4常閉觸點失電斷開，制動器停止工作。7.4主軸電動機正轉(zhuǎn)沖動控制按下主電動機的正轉(zhuǎn)沖動按鈕SB4時，第一邏輯行中的X4閉合，主軸正轉(zhuǎn)，得電延時繼電器KT1開始計時，第一邏輯行中Y3開始接通，計時到0.5S時，正轉(zhuǎn)電路中Y3斷開，電動機停止工作。7.5過載報警電路當主電路中載荷超過額定載荷后，主電路中熱繼電器發(fā)熱作用，使控制電路中的熔斷開關(guān)FR斷開，即各邏輯行中的常閉觸點X0斷開，使正、反轉(zhuǎn)按鈕、沖動按鈕均無效。同時，報警電路中的常開觸點FR閉合，即第四邏輯行中的X0，使報警器開始工作，直到工作人員發(fā)現(xiàn)并斷開報警開關(guān)。7.6指令表指令如下：LDIX3ANIX2ANIY1ANIY3ANIX0ANDX1ORY0OUTY0ORX4OUTY3LDX2ORY1ANIX3ANIX1ANIY0ANIX0OUTY1LDX3ORY2ANIY4ANIY0ANIY1ANI