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

PAGEPAGE1中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)生姓名：***學(xué)號(hào)：09020141***系：機(jī)械自動(dòng)化系專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化題目：數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)——主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)書(shū)2012/2013學(xué)年第1學(xué)期所在系：機(jī)械自動(dòng)化系專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：09020141**課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)——主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)起迄日期：2012年12月24日～2012年12月28日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：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(dá)任務(wù)書(shū)日期:2012年12月24日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1．設(shè)計(jì)目的：通過(guò)對(duì)某數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟練掌握PLC在數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的控制作用、動(dòng)作順序與原理，并學(xué)會(huì)應(yīng)用PLC。2．設(shè)計(jì)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(jì)要求等）：主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動(dòng)和沖動(dòng)。要求：①當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；②按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；③當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，并控制制動(dòng)器制動(dòng)2S；④按下沖動(dòng)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)0.5s，然后停止；⑤電動(dòng)機(jī)過(guò)載報(bào)警后，正/反轉(zhuǎn)按鈕、沖動(dòng)按鈕均無(wú)效。通過(guò)本課程設(shè)計(jì),完成①輸入輸出信號(hào)分析與PLCI/O分配圖②PLC選型③主要元器件型號(hào)的選擇④主接線圖設(shè)計(jì)⑤完成梯形圖設(shè)計(jì)并完成相應(yīng)指令。3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕：要求獨(dú)立完成主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)，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(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)。4．主要參考文獻(xiàn)：1范永勝，王岷.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：中國(guó)電力出版社，20072魯遠(yuǎn)東.PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，20103張華宇，謝鳳芹.數(shù)控機(jī)床電氣及PLC控制技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，20105．設(shè)計(jì)成果形式及要求：提供設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，要求內(nèi)容與設(shè)計(jì)過(guò)程相符，且格式要符合規(guī)定要求。6．工作計(jì)劃及進(jìn)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(jì)、繪圖2012年12月29日答辯系主任審查意見(jiàn)：簽字：年月日目錄一.目的與要求……………………2二.輸入輸出信號(hào)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(chǔ)器的選擇………………5主要元器件的型號(hào)選擇………5五.主接線圖的設(shè)計(jì)………………6六.梯形圖設(shè)計(jì)……………………8七.指令表…………87.1主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)控制………87.2主軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制……………………87.3主軸電動(dòng)機(jī)停止控制……………………87.4主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)沖動(dòng)控制………………87.5過(guò)載報(bào)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(jì)……………10九.總結(jié)…………11十.參考文獻(xiàn)……………………12目的與要求通過(guò)對(duì)某數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟練掌握PLC在數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的控制作用、動(dòng)作順序與原理，并學(xué)會(huì)應(yīng)用PLC。主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動(dòng)和沖動(dòng)。要求：①當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；②按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；③當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，并控制制動(dòng)器制動(dòng)2S；④按下沖動(dòng)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)0.5s，然后停止；⑤電動(dòng)機(jī)過(guò)載報(bào)警后，正/反轉(zhuǎn)按鈕、沖動(dòng)按鈕均無(wú)效。通過(guò)本課程設(shè)計(jì),完成①輸入輸出信號(hào)分析與PLCI/O分配圖②PLC選型③主要元器件型號(hào)的選擇④主接線圖設(shè)計(jì)⑤完成梯形圖設(shè)計(jì)并完成相應(yīng)指令。輸入輸出信號(hào)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(jì)PLC的輸入和輸出信號(hào)及其信號(hào)的性質(zhì)①輸入信號(hào)：熱繼電器FR主軸電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2主軸電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3主軸電動(dòng)機(jī)M停止按鈕SB1主軸電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)沖動(dòng)按鈕SB4②輸出信號(hào)：主軸電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)接觸器KM1主軸電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)接觸器KM2主軸電動(dòng)機(jī)M停止接觸器KM3控制能耗制動(dòng)的時(shí)間繼電器KT2主軸電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)沖動(dòng)接觸器KT1蜂鳴報(bào)警器H根據(jù)以上分析可列出數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)PLC的輸入和輸出點(diǎn)分配表，見(jiàn)表1：表1數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)PLC的輸入和輸出點(diǎn)分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)熱繼電器FRX0主軸電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)接觸器KM1Y0主軸電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2X1主軸電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)接觸器KM2Y1主軸電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3X2主軸電動(dòng)機(jī)M停止接觸器KM3Y2主軸電動(dòng)機(jī)M停止按鈕SB1X3主軸電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)沖動(dòng)接觸器KT1Y3主軸電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)沖動(dòng)按鈕SB4X4控制能耗制動(dòng)的時(shí)間繼電器KT2Y4蜂鳴報(bào)警器HY5三.PLC的選型PLC是20世紀(jì)70年代以來(lái)以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)樗哂袔讉€(gè)突出的特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾強(qiáng)；編程簡(jiǎn)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(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)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(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)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(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)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(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)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(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)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(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)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。考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。3.3電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)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(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。3.4存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。綜上所述：在此次課程設(shè)計(jì)中我選用FX2N-48MR，因?yàn)樗木幊滔鄬?duì)簡(jiǎn)單易懂，是理想的可編程控制器。而在設(shè)計(jì)中的I/O點(diǎn)數(shù)在48以下，則用的是微型PLC。其基本單元中的輸入點(diǎn)按照X000—X007,X010—X017…這樣的八進(jìn)制進(jìn)行編號(hào)，而輸出點(diǎn)按照YOOO—Y007,Y010—Y017…這樣的八進(jìn)制進(jìn)行編號(hào)，內(nèi)部繼電器可多次使用，定時(shí)器將1ms,10ms,100ms等脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器可進(jìn)行向上向下計(jì)數(shù)。主要元器件的型號(hào)選擇表2主要元器件的型號(hào)選擇文字符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格M1,M2主軸電機(jī)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(kāi)關(guān)3VU16SB1,SB2主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕LA8-1SB3主軸電動(dòng)機(jī)停止按鈕LA8-1SB4主軸電動(dòng)機(jī)的沖動(dòng)按鈕LA8-1五.主接線圖的設(shè)計(jì)六.梯形圖設(shè)計(jì)主要控制：正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止沖動(dòng)七.指令表7.1主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)控制按下主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)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(kāi)，實(shí)現(xiàn)互鎖。7.2主軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制按下主軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)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(kāi)，電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)互鎖。7.3主軸電動(dòng)機(jī)停止控制按下主軸電動(dòng)機(jī)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(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，得電延時(shí)繼電器開(kāi)始計(jì)時(shí)，使制動(dòng)系統(tǒng)一直作用于電動(dòng)機(jī)，計(jì)時(shí)夠2S時(shí)，第三邏輯行中Y4常閉觸點(diǎn)失電斷開(kāi)，制動(dòng)器停止工作。7.4主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)沖動(dòng)控制按下主電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)沖動(dòng)按鈕SB4時(shí)，第一邏輯行中的X4閉合，主軸正轉(zhuǎn)，得電延時(shí)繼電器KT1開(kāi)始計(jì)時(shí)，第一邏輯行中Y3開(kāi)始接通，計(jì)時(shí)到0.5S時(shí)，正轉(zhuǎn)電路中Y3斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止工作。7.5過(guò)載報(bào)警電路當(dāng)主電路中載荷超過(guò)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(kāi)關(guān)FR斷開(kāi)，即各邏輯行中的常閉觸點(diǎn)X0斷開(kāi)，使正、反轉(zhuǎn)按鈕、沖動(dòng)按鈕均無(wú)效。同時(shí)，報(bào)警電路中的常開(kāi)觸點(diǎn)FR閉合，即第四邏輯行中的X0，使報(bào)警器開(kāi)始工作，直到工作人員發(fā)現(xiàn)并斷開(kāi)報(bào)警開(kāi)關(guān)。7.6指令表指令如下：LDIX3ANIX2ANIY1ANIY3ANIX0ANDX1ORY0OUTY0ORX4OUTY3LDX2ORY1ANIX3ANIX1ANIY0ANIX0OUTY1LDX3ORY2ANIY4ANIY0ANIY1ANI