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河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 1 去毛刺專用機床電氣控制系統(tǒng)設計 摘 要 本次設計的去毛刺專用機床是適用于生產進行加工過程中零件產生的 毛刺去除 由于該機控制系統(tǒng)采用了先進的電氣 液壓與機械緊密結合 動作程序互鎖 監(jiān)控嚴格的程序控制系統(tǒng) 所以具有自動化程度高 生產 能力強 操作簡單可靠和維修方便等特點 主要進行了對電氣控制系統(tǒng)的 改進 在以前繼電器控制系統(tǒng)產品的基礎上 采用了工業(yè)控制專用計算機 可編程控制器控制系統(tǒng) 在 PLC 及外部電氣系統(tǒng)控制下 通過控制進 給油泵電機 主軸電機 冷卻電機 等三個電磁閥的邏輯程序動作 完成 去除各類零件的毛刺任務 此次畢業(yè)設計 是根據生產機械的控制要求 去毛刺專用機床電氣 控制系統(tǒng)的設計和完成電控裝置在制造 使用和維護過程中所需的圖樣 和資料 要求利用功能和優(yōu)點較為齊全的可編程控制器 PLC 來對去 毛刺電氣控制系統(tǒng)進行控制及運行 以及機床電氣控制對系統(tǒng)液壓回路 的控制來完成整個零件加工過程的動作要求 從而來完成整個操作過程 中的各項任務 關鍵詞 主軸電機 去毛刺電氣控制系統(tǒng) 機床電氣控制 PLC 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 2 Deburring special purpose machine electric control system design ABSTRUCT This design s deburring special purpose machine is suitable in the production carries on the burr elimination which in the processing process the components produce Because this machine control system has used the advanced electricity the hydraulic pressure and the machinery unifies closely acts the procedure interlock the monitoring strict programmed control system therefore has the automaticity to be high productivity is strong the simplicity of operator is reliable and characteristics and so on service convenience Mainly has carried on to the electric control system s improvement in the beforehand black white control system product s foundation has used the industrial control special purpose computer programmable controller control system In PLC and under exterior electrical system control through the control to feed oil pump electrical machinery the main axle electrical machinery cools the electrical machinery and so on three solenoid valve s logical program movements completes removes each kind of components the burr duty This graduation project is according to produces machinery s control request the deburring special purpose machine electric control system s design and completes the electrically controlled installment the pattern which and the material in the manufacture the use and the maintenance process needs requests PLC comes using the function and a merit more complete programmable 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 3 controller to the deburring electric control system to carry on the control and the movement as well as the engine bed electric control completes the entire components processing process to the system hydraulic circuit s control the movement request thus completes in the entire operating process each duty KEY WORDS Main axle electrical machinery deburring electric control system engine bed electric control PLC 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 4 目 錄 摘要 3 一 概述 4 一 電氣控制系統(tǒng) 4 二 可編程序控制器 4 三 設計任務及要求 6 二 機床電氣控制流程的設計 7 一 設備名稱 用途 工藝過程及技術性能 7 二 電源 8 三 對電氣控制特性要求 8 四 電氣傳動 8 五 有關操作功能及控制系統(tǒng)選擇 9 三 機床電氣控制系統(tǒng)的設計 10 一 主電路控制設計 10 1 主電路設計 10 2 中間繼電器 10 二 執(zhí)行電路控制設計 10 1 機床電氣傳動的特點及控制要求 10 2 控制電路電源 11 三 輔助電路設計 11 1 信號指示與照明電路 11 2 控制箱 12 3 操縱箱 12 4 面板設計 12 四 繪制電氣原理圖 12 四 電氣元器件型號的選擇 13 五 編程的調試與 PLC 的選用 16 一 調試與運行 16 二 可編程控制器 PLC 的選用 17 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 5 1 控制要求 17 2 輸入輸出配置 17 3 工作方式與梯形圖 18 六 結論與體會 23 1 結論 23 2 體會 23 謝辭 25 參考文獻 26 附圖 27 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 6 一 概 述 隨著生產和技術的發(fā)展 在以機械 電子技術為主的多門技術學科相互滲透 相互結合過 程中逐漸形成和發(fā)展起來一門新興邊緣技術學科 它對產業(yè)或產品結構 生產或管理方式以及 人才的知識結構等將產生巨大影響 并使國民經濟建設的各個領域發(fā)生深刻的變化 去毛刺專用機床電氣控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成 即由電氣控制系統(tǒng)和可編程序控制 器 PLC 組成 一 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)是由電氣元件按照一定要求連接而成 是機床的重要組成部分 不但可對各 臺電動機的啟動 制動 反轉 停車等進行控制 還具有對各臺電動機之間實行協調 聯鎖 順序切換 顯示工作狀態(tài)的功能 對生產過程比較復雜的系統(tǒng)還要求對影響產品質量的各種工 藝參數如溫度 壓力 流量 速度 時間等能夠自動測量和自動調節(jié) 這樣就構成了功能相當 完善的電氣自動化系統(tǒng) 根據專用機床的各項要求其控制裝置也不相同 對于這一要求電氣控 制系統(tǒng)設計過程應遵循幾條基本原則 最大限度地滿足機械設備對電氣控制提出的要求 妥善處理機與電的關系 采用機電結合的方法 達到系統(tǒng)的控制要求 在滿足控制要求的前 提下 設計方案力求簡單 避免盲目地追求高性能 高指標 積極慎重地采用新技術 新工 藝 正確合理地選用電器元件 盡可能減少元器件的品種和規(guī)格 降低生產成本 操作 維護要方便 外形協調 美觀 二 可編程序控制器 可編程序控制器 Programmable Logic Controller 習慣上簡稱為 PLC 是以微處理器 為核心的通用工業(yè)自動化裝置 是 20 世紀 60 年代末在繼電器控制系統(tǒng)的基礎上開發(fā)出來的 它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術與計算機技術和通信技術融為一體 具有結構簡單 性能優(yōu)越 可 靠性高 靈活通用 易于編程 使用方便等優(yōu)點 經過十幾年的發(fā)展 PLC 已不僅能實現繼電 器控制所具有的邏輯判斷 計時 計數等順序控制功能 同時還具有了執(zhí)行算術運算 對模擬 量進行控制等功能 所以美國電氣制造商協 National Electrical Manufacturers Association 簡稱 NEMA 會經過 4 年的調查 于 1980 年將其正式命名為可編程序控制器 Programmable Controller 簡稱 PC 為避免在使用中與個人計算機 Personal 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 7 Computer 的簡稱 PC 相混淆 人們通常仍習慣地把可編程控制器簡稱為 PLC 可編程控制器 因為其優(yōu)點眾多 自其誕生以來 已成功地應用于工業(yè)中幾乎所有領域 包括鋼鐵廠 紙漿廠 食品加工廠 化工和石油化工廠 汽車廠和電廠 具體來說 PLC 的特點表現為以下幾個方面 硬件的可靠性高 PLC 專業(yè)在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應用而設計 一個設計良好的 PLC 能置 于有很強電噪聲 電磁干擾 機械振動 極端溫度和濕度很大的環(huán)境中 在硬件設計方面 首 先是選用優(yōu)質器件 再就是采用合理的系統(tǒng)結構 加固 簡化安裝 使它易于抗振沖擊 對印 刷電路板的設計 加工和焊接都采取了極為嚴格的工藝措施 而在電路 結構及工藝上采取了 一些獨特的方式 由于 PLC 本身具有很高的可靠性 所以在發(fā)生故障的部位大多集中在輸入 輸出的部位以及如傳感器件 限位開關 光電開關 電磁閥 電機等外圍裝置上 編程簡單 使用方便 用微機實現自動控制 常使用匯編語言編程 難于掌握 要求使用者具有一定水平 的計算機硬件和軟件知識 PLC 采用面向控制過程 面向問題的編程方式 與目前微機控制常 用的匯編語言相比 雖然在 PLC 內部增加了解釋程序 增加了程序的執(zhí)行時間 但對大多數的 機電控制設備來說 這種損耗是微不足道的 接線簡單 通用性好 在電信號匹配的情況下 PLC 的接線只需將輸入信號的設備 按鈕 開關等 與 PLC 輸入端子連接 將接受輸出信號執(zhí) 行控制任務的執(zhí)行元件 接觸器 電磁閥 與 PLC 輸出端子連接 接線簡單 工作量少 省去 了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的接線和拆線的麻煩 PLC 的編程邏輯提供了能隨要求而改變的邏輯 關系 這樣生產線的自動化過程就能隨意改變 這種性能使 PLC 具有很高的經濟效益 用于連 接現場設備的硬件接口實際上已經設計成為 PLC 的組成部分 模塊化的自診斷接口電路能指出 故障 并易于排除故障與替換故障部件 這樣的軟硬件設計就使現場電氣人員與技術人員易于 使用 可連接為控制網絡系統(tǒng) PLC 可連接成為功能很強的網絡系統(tǒng) 一般 PLC 網絡可以分 為兩類 一類是低速網絡 采用主從方式通信 傳輸速率從幾千波特到上萬波特 傳輸距離為 500 2500m 另一類為高速網絡 采用令牌傳送方式通信 通信速率 1M 10Mbps 傳輸距離為 500 1000m 網上結點達 1024 這兩類網絡相連 可以兼容不同類型的可編程控制器和計算機 從而組成控制范圍很大的局部網絡 易于安裝 便于維護 PLC 安裝簡單而且功能強大 其 相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方 在大型 PLC 系統(tǒng)的安裝 中 遠程輸入 輸出安放在最優(yōu)地點 遠程 I O 站通過同軸電纜或雙軸線連向 CPU 這種配置 大大減少了物料和勞力 遠程子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達安裝場地安裝時間 從一開始 PLC 便以易維護作為設計目標 由于幾乎所有的器件都是模塊化的 維護時只需要 換模塊級插入式部件 故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中 能指示器件是否正常工作 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 8 借阻于編程設備可見輸入 輸出是 ON 還是 OFF 還可寫編程指令來報告故障 另外 PLC 把自 動化技術 計算機技術和通信技術融為一體 并且還可以完成以下功能 邏輯控制 定時控制 計數控制 步進控制 A D 和 D A 轉換 數據處理 通信聯網 對控制系統(tǒng)監(jiān)控 總的來說 PLC 的推廣應用已在世界范圍內形成熱潮 目前 PLC 發(fā)展方向主要是朝著小型化 廉價化 標 準化 系列化 智能化 高速化 大容量化 網絡化方面發(fā)展 這將使 PLC 功能更強 可靠性 更高 使用更方便 適用而更廣 因此 近年來在工業(yè)自動化控制 機電一體化 改造傳統(tǒng)產業(yè)等方面廣泛的應用 三 設計任務及要求 在現代化工業(yè)生產中 生產工藝要求的提升 使得在工業(yè)生產的各個過程中工作要求更加 縝密 更加仔細 其中之一的對工廠加工部件的去毛刺機的這一過程就突顯對生產工藝的要求 之高 是目前工業(yè)生產過程中對工部件表面進行拋光處理的一種較為先進的系統(tǒng)設備 此次畢 業(yè)設計 是根據生產機械的控制要求 去毛刺專用機床電氣控制系統(tǒng)的設計和完成電控裝置在 制造 使用和維護過程中所需的圖樣和資料 要求利用功能和優(yōu)點較為齊全的可編程控制器 PLC 來對去毛刺電氣控制系統(tǒng)進行控制及運行 以及機床電氣控制對系統(tǒng)液壓回路的控制 來完成整個零件加工過程的動作要求 從而來完成整個操作過程中的各項任務 任務是 將加工出來的半成品零件在生產過程中所產生的毛刺進行去除 要求是 工件從定位夾緊 插刀進 去刺進 去刺退 插刀退 松夾撥銷 其中動作的工 作的方式可分為兩類 一類是自動控制 另一類是手動控制 自動控制動作方式是由可編程控 制器來進行控制 手動控制動作方式是由電氣系統(tǒng)來控制 機床電機的控制是用繼電器和接觸 器來控制 如液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖和電氣控制電器元件動作表 圖 1 1 和表 1 1 二 機床電氣控制流程的設計 為適應將要加工產品的要求 進行加工過程中零件產生的毛刺去除 收集了有關資料 并 將有關資料作了分析 對有些影響總體設計 但尚難以確定的環(huán)節(jié)作了原理性試驗 最后確定 了一些設計內容 一 設備名稱 用途 工藝過程及技術性能 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 9 該設備名稱為去毛刺專用機床電氣控制系統(tǒng) 它是適用于各類零件毛刺去除 主要解決如 何快速去除毛刺的有關電氣控制和 PLC 程序編制系統(tǒng)工作過程如圖 1 1 所示 工件的定位夾緊 裝置的動作由二位四通電磁換向閥完成定位液壓缸和夾緊缸動作 控制插刀液壓缸和去刺液壓 缸活塞運動方向的切換電磁閥線圈三位四通電磁換向閥與三位四通電磁換向閥來完成 各工步 電磁閥線圈通電狀態(tài)表 1 1 所示 液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖 1 1 去毛刺液壓控制生產線的工藝 流程 表 2 1 液壓系統(tǒng)電氣控制電器元件動作表 注 為保持得電 為得電 為失電 圖 2 1 液壓系統(tǒng)工作循環(huán)圖 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 10 去毛刺液壓控制生產線的工藝流程具體說明如下 1 定位夾緊缸工作 夾緊工件 工件被夾緊后 夾緊缸內壓力達到壓力繼電器 KP 設定 的值后停止工作 轉到下一步工序 2 插刀缸工作 插刀前進 碰到工件后即觸到限位開關 2ST SQ2 后停止 3 去刺缸工作 去刺前進 去刺結束后 碰到限位開關 4ST SQ4 后停止 4 去毛刺完畢后 去刺后腿 退回至碰到限位開關 3ST SQ3 后停止 5 插刀后腿 碰到限位開關 1ST SQ1 即停止工作 6 插刀完畢后 定位夾緊缸開始松夾停止 被去過毛刺好的工部件被取下來 至此 整個取毛刺的過程完成了一個工作循環(huán) 再按下啟動按鈕 則開始下一個工件去毛 刺的工作循環(huán) 二 電源 系統(tǒng)供電電源采用交流 380V 三相四線制工業(yè)用電 頻率 50HZ 容量 10KV A 負荷等級 為二級 三 對電氣控制特性要求 系統(tǒng)定位加緊工進工件 松夾 拔銷采用自動 手動動作方式 只要根據 PLC 程序運行進 行動作 可自動 手動的操作進行去毛刺 從系統(tǒng)工作可靠性和可維護性出發(fā) 系統(tǒng)作為如下 考慮 系統(tǒng)控制方式為順序步進邏輯控制運動部件定位 夾緊采用行程開關 系統(tǒng)位置調整可 用按鈕點動 自動 電網斷電用掉電保持繼電器作狀態(tài)記憶保護 系統(tǒng)短路及過載保護 在軟 件和硬件上采用了聯鎖和系統(tǒng)故障檢測手段 四 電氣傳動 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 11 系統(tǒng)中工件定位夾緊快進速度較低 定位精度要求不高 加工工件電氣傳動方式為電氣 控制液壓缸進行動作 無間接啟動 制動和動作功能 運動由電氣輸出信號驅動電磁閥線圈 控制液壓完成規(guī)定運動 油泵電動機根據油壓高低自動控制 五 有關操作功能及控制系統(tǒng)選擇 控制調試則將手動按鈕統(tǒng)一裝在控制板上進行手動控制 系統(tǒng)使用的環(huán)境為車間 溫度 在 5 40 范圍內 相對溫度 35 90 考慮到操作者在車間操作和各項干擾信號等因 素 要求系統(tǒng)工作可靠性高 抗干擾能力強及液壓電氣系統(tǒng)動作對 PLC 的控制速度要求低 綜 合上述要求和特點 對照各種控制系統(tǒng)性能表 選擇小型可編程程序控制器作為專用機床電氣 的系統(tǒng)控制器 可編程序控制器具有軟 硬件開發(fā)工作量小 輸出負載能力強 工作可靠性高 等特點 適合作機電一體化產品的控制器 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 12 三 機床電氣控制系統(tǒng)的設計 根據機床加工的零件的設計要求 其確定了具體從四方面來進行考慮 主電路控制設計 執(zhí)行電路控制設計 輔助電路控制設計 繪制電氣原理圖 一 主電路控制設計 1 主電路設計 根據電氣傳動的要求 由接觸器 KM1 KM2 KM3 分別控制電動機 M1 M2 M3 如 圖電氣原理圖所示 機床的三相電源由電源引入開關 QS 引入 主電動機 M1 的過載保護 由熱繼電器 KR1 實現 它的短路保護可由機床的前一級配電箱中的熔斷器充任 冷卻泵電動機 M3 的過載保護 由熱繼電器 KR2 實現 進給電動機 M2 由于是短時工作 不設過載保護 電動機 M3 設短路保護 熔斷器 FU1 主軸電動機 M1 M1 的功率較大 超過 10KW 但是由于插刀 去刺在電氣系統(tǒng) 啟動后才進行 所以電路中采用了接觸器 KM1 KM4 來控制電機的運轉和制停的動作 Y 降壓啟動 用接觸器 KM1 KM4 進行控制 在設計時考慮到過載保護 就采用熔 斷器 FU1 來限制 M1 的電流及電壓 進給電動機 M2 和冷卻電動機 M3 由于電動機 M2 和 M3 的功率都較小 額定 電流分別為 2 7A 和 0 43A 為了節(jié)省成本和縮小體積 可分別用接觸器 KM2 和 KM3 額 定電流都為 5A 其 M3 則用熔斷器 FU2 作為過載保護 2 中間繼電器 考慮到輸出部分會經常出現一系列故障 如過載 過負荷運轉會將可編程控制器 的觸點或保險絲燒壞 所以在 PLC 輸出點與閥之間使用一個中間繼電器進行轉換 這 樣做可以保證在過流 過壓 過負荷等情況下 不至于將 PLC 燒壞 中間繼電器在這 起到保護 PLC 的作用 二 執(zhí)行電路控制設計 1 機床電氣傳動的特點及控制要求 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 13 1 機床主運動由電動機 M1 集中傳動 旋轉零件 滿足零件加工要求 是靠主軸運動 來完成 2 主軸電動機 M1 制動采用接觸器反接制動器 3 刀架快速移動 加工由進給油泵電動機 M2 拖動 而液壓缸的前后運動由電磁閥控 制 4 冷卻泵由電動機 M3 拖動 5 進給運動的縱向左右運動 橫向前后運動 以及快速移動 轉動都由手動 自動 PLC 操縱 電動機型號 GB 755 81 電機基礎技術要求 主軸電機 M1 Y160M 4 11KW 380V 23 0A 1460r min 進給電機M2 Y90S 4 1 1KW 380V 2 7A 1400r min 冷卻電機 M3 JCB 22 0 15KW 380V 0 43A 2790r min 2 控制電路電源 考慮安全可靠及照明指示燈的要求 采用變壓器供電 控制線路 127V 照明 36V 指示燈 6 3V 三 輔助電路控制設計 1 控制箱 設計一個控制箱 其主要目的是用來存放可編程控制器 PLC 與電線 其技術要求 玻璃窗的玻璃厚 5mm 玻璃窗的四周包覆橡皮框 箱體下底板由兩塊可拆卸的薄 鋼板拼成 以便安裝地腳螺絲 前后門和觀察窗均安裝門鎖 2 操縱箱 設計一個操縱箱 其主要目的是用來設置擺放各種開關 按鈕 用它來操縱控制箱 以完成整個去毛刺的控制過程 3 面板設計 根據去刺機電氣控制系統(tǒng)手動 自動操作的需要 設計的操作面板如去刺機操縱 面板 附圖 所示 4 信號指示與照明電路 可設電源指示燈 HL2 綠色 在電源開關 QS 接通后 立即發(fā)光顯示 表示機床電 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 14 氣線路已處于供電狀態(tài) 設指示燈 HL1 紅色 表示主電機是否遠行 這兩個指示燈可 由接觸器 KM1 的動合和動斷兩對輔助觸電進行切換通電顯示 如電氣原理圖右上方所示 在操作板上設有交流表 A 它串聯在電動機主回路中 附圖 控制柜面板 用以 指示機床的工作電流 這樣可根據電動機工作情況調整切削用量使主電動機盡量滿載運 行 提高生產率 并能提高電動機功率因數 設照明燈 FL 安全照明 36V 安全照明 四 繪制電氣原理圖 根據各局部線路之間互相關系和電氣保護線路 畫成電氣原理圖 如電氣原理圖所 示 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 15 四 電氣元器件型號的選擇 電動機的選擇 實際上是在機電設計密切配合并進行實際實驗的情況下定型的 現對 其它電氣元件的選擇具體如下 1 電源引入開關 QS QS 主要作為電源隔離開關用 并不用它來直接起停電動機 可按電動機額定電流來選 顯然應該根據三臺電動機來選 中小型機床常用組合開關 選用 HZ10 25 3 型 額定電流為 25A 三相組合開關 2 熱繼電器 KR1 KR2 主電動機 M1 額定電流 23 0A KR1 應選用 JR0 40 型熱繼電器 熱元件電流為 25A 整定 電流調節(jié)范圍為 16 25A 工作時將額定電流調整為 23 0A 同理 KR2 應選用 JR10 10 型熱繼電器 選用 1 號元件 整定電流調節(jié)范圍是 0 40 0 64A 整定在 0 43A 3 熔斷器 FU1 FU2 FU3 用做電路電動機控制電路中的過載和短路保護用 熔體電流為 A 7 6 A5 243076 Ir 可選用 RL1 15 型熔斷器 配用 10A 的熔斷體 型號為 RL1 15 5 4 接觸器 KM1 KM2 KM3 KM4 接觸器 KM1 KM4 根據主電動機 M1 的額定電流 23 0A 控制器回路電源 127V 需eI 主觸點對 動合輔助觸電兩對 動斷輔助觸點一對 根據上述情況 選用 CT0 40 型接觸器 電磁線圈電壓為 127V 由于 M2 M3 電動機額定電流很小 KM2 KM3 可選用 JZ7 44 交流接觸器 線圈電壓為 127V 觸點電流 5A 可完全滿足要求 對小容量的電動機常用中間繼電器充任接觸器 5 控制變壓器 TC 1 變壓器最大負載時是 KM1 KM2 KM3 及 KM4 同時工作 根據公式 5 1 XCTPK 式中 所需變壓器容量 VA 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 16 變壓器容量儲備系數 1 1 1 25 TKTK 控制線路最大負載時工作的電器所需的總功率 VA XCP 顯然對于交流電器 交流接觸器 交流中間繼電器及交流電磁 鐵等 應取吸持功率值 XC XCTPKVA4 68 321 2 變壓器的容量應滿足已吸合另一些電器時仍能吸合 可按公式 5 2 STXCT5 6 0 式中 同時起動的電器的總吸持功率 VA SP VA STXCT 1 1 321 6 0 VA 可知變壓器容量應大于 68 4VA 考慮到照明燈等其他電路容量 可選用 BK 100 型 變壓器或 BK 150 型變壓器 電壓等級 380V 127 36 6 3V 可滿足輔助回路的各種電壓 需要 6 限位開關 SQ 因為機械式開關在被機械運動部件碰撞后 有的能自動復位 有的則不能自動復位 限位不準確 反應不靈敏 甚至達不到設計所期望的要求 因此選擇感應開關 感應開關 靈敏度好 反映準確 是理想化行程開關的選擇 7 按鈕 SB1 在泵起停時要用到按鈕 控制泵起停的按鈕選擇一般普通按鈕 結構型式 元件式 型號 LA18 22 顏色 紅色 綠色 8 旋鈕開關 SB2 手動控制過程中 使用旋鈕開關 型號 LA18 22 3 電壓 交流 500V 直流 400V 電流 5A 結構型式 旋鈕三位置 觸點對數 常開 2 常閉 2 顏色 黑色 9 腳踏開關 SF1 SF2 自動控制過程中 使用腳踏開關 型號 LT21 2 10 鈕子開關 SB3 SB4 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 17 進行 PLC 編程時 使用鈕子開關 型號 KN3 A 11 旋轉開關 SB5 主電路中使用 型號 LA18 22 2 電壓 交流 500V 直流 440V 電流 5A 結構型式 旋鈕二位置 觸點對數 常開 2 常閉 2 顏色 黑色 12 急停開關 SB 自動控制過程中 用于出現異常情況制停的作用 型號 LA 22J 電壓 交流 500V 440V 電流 5A 結構型式 緊急式 觸點對數 常閉 顏色 紅色 表 4 1 其它各元件的選用 符號 名稱 型號 規(guī)格 數量 M1 異步電動機 Y160M 4 11KW 380V 1460r min 1 M2 進給電機 Y90S 4 1 1KW 380V 1400r min 1 M3 冷卻電機 JCB 22 0 15KW 380V 2790r min 1 Q 組合開關 HZ10 25 3 3 級 500V 25A 1 KR1 熱繼電器 JR0 40 額定電流 25A 整定電流 23A 1 KR2 熱繼電器 JR10 10 熱元件 1 號 整定電流 0 43A 1 FU1 熔斷器 RL1 15 5 500V 熔體 10A 3 KM1 KM4 交流接觸器 CT0 40 40A 線圈電壓 127V 2 KM2 KM3 中間繼電器 JZ7 44 5A 線圈電壓 127V 2 TC 控制變壓器 BK 100 100VA 380V 127 36 6 3V 1 SL 限位開關 1 SB1 按鈕 LA18 22 紅色 綠色 1 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 18 SB2 旋鈕開關 LA18 22 3 黑色 2 SF1 SF2 腳踏開關 LT21 2 黑色 2 SB3 SB4 鈕子開關 KN3 A 黑色 2 SB5 旋轉開關 LA18 22 2 黑色 2 SB 急停開關 LA 22J 紅色 1 HL1 HL2 指示燈 XDN 220 XH16 2 紅色 綠色 2 VC 橋式整流器 QL10 1 五 編程的調試與 PLC 的選用 一 調試與運行 PLC 程序編寫完成后 通過手編程器寫入到 PLC 存儲器中 首先對照步進流程圖進行 校對 修改 補充后 然后進行室內模擬調試 把電氣控制系統(tǒng)的各限位開關 液動電磁 閥負載 在模擬板上用信號指示燈代替 然后運行程序 看是否符合預計的動作要求 發(fā) 現錯誤立即修改和調整程序 直到滿足工藝流程和狀態(tài)流程圖要求 室內模擬調試完成后 把程序固化在 PLC 中 可以進入現場實際運行調試階段 這時 先不帶負載 只帶上驅動電磁閥的線圈 而與之連接的機械負載則脫開 再連上必要的指 示信號燈 即空載運行調試 在空載運行調試階段時 可以按運行方式如回原點 點動 手動操作 單周期運行等逐步進行 最后進行連續(xù)運轉調試 在調試運行中 可借助于步 進流程圖 判斷故障原因與部位 隨時查清原因 及時采取修改程序或接線等措施予以排 除 如果運行正常了 則可以進入帶負載運行調試階段 將各電磁閥連接上機械負載 并 通過操作按鈕按去毛刺專用機床工藝順序 手動運行各機械部份看動作是否正常 如插刀 進 退 去刺進 退 定位夾緊動作順序 有無機械位置干涉等現象 如有機械干涉可通過 調整各個接近開關的安裝位置等措施解決 還可以通過調節(jié)其距離來控制去刺刀的范圍 經仔細調整一切正常后 就可以啟動 PLC 進行自動運轉 但在自動運轉階段時 必須密切 注意觀察機床各部件動作 如有異常立即按緊急停止按鈕停車檢查 最后再進行考機運行 一般連續(xù)運行 72 小時以上 以考核電氣及機械運行是否穩(wěn)定 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 19 可靠 如遇干擾一般要采取以下措施來解決如 檢查 PLC 控制柜 液動電磁閥等接地是否 良好 一定要分別接地 清查接線看強弱電信號線有無分開敷設 在 PLC 輸入通道加接 硬件濾波 如阻容濾波 通過對專用機床 PLC 控制系統(tǒng)的室內模擬調試和現場帶負載運行調試工作 我深切體 會到以上調試原則和步驟的重要性 往往遇到問題按學過的知識和方法去處理就能順利解 決了 二 可編程控制器 PLC 的選用 1 控制要求 本生產線除裝卸工部件外 整個工藝過程能自動運行 同時 定位加緊缸 去刺缸 插 刀缸均能進行手動控制 以便對設備進行調整和檢修 2 輸入輸出配置 本去毛刺生產線過程 I 0 口信號分析選用 F1 40MR 型 PLC 輸入輸出 I O 配置見表 5 1 如下 I O信號分配表 表5 1 輸 入 輸 出 定位夾緊到位 X400 建壓 Y430 定位夾緊后位 X505 定位夾緊 Y431 插刀到位 X401 拔銷松夾 Y432 插刀后位 X404 插刀進 Y433 去刺到位 X402 插刀退 Y434 去刺后位 X403 去刺進 Y435 腳踏開關 開 X405 去刺退 Y436 腳踏開關 關 X406 自動 X407 手動 X410 定位夾緊 X411 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 20 拔銷松夾 X412 插刀進 X413 插刀退 X500 急停 X502 去刺進 X503 去刺退 X504 泵啟動 X506 泵停止 X507 總計輸入點數為 19 總計輸出點數為 7 已知控制系統(tǒng)的輸入輸出的電數 輸入點為 19 點 輸出點為 7 點 選擇日本三菱公司生產的 F 系列產品 因此選擇了 F1 40MR 型可編程控制器 其輸入繼電器編號為 X400 X413 和 X500 X513 共 24 點 輸出繼電器的編號為 Y430 Y437 和 Y530 Y537 共 16 點 3 工作方式與梯形圖 根據生產工藝和控制要求編制的梯形圖 應包括手動操作和自動控制兩段程序 具體 如附圖 梯形圖 所示 1 手動操作 設有夾緊 放松手動操作 插刀進 退手動操作 去刺進 退手動操作 手動控制梯 形圖見附圖 第 1 段程序 CJP700 EJP700 邏輯行程序段 當工作方式選擇旋鈕 SB4 置于 手動 時 X410 常閉觸點斷開 轉換條件成立 執(zhí)行 手動 控制程序 按下按鈕 SB2 時 X506 常開觸點接通 Y430 YV1 得電 液壓機建壓啟動 撥動旋鈕 SB5 時 X411 或 X412 常開觸點接通 Y431 或 Y432 YV2 或 YV3 得電吸合 定位夾緊缸定位夾緊或撥 銷松夾 同理 撥動旋鈕 SB6 時 X413 常開觸點接通 Y433 或 X500 常開觸點接通 Y434 YV4 得電 插刀缸進刀或退刀 撥動 SB7 時 X503 常開觸點接通 Y433 或 X504 常 開觸點接通 Y436 YV4 得電 去刺缸去刺進或去刺退 為了避免定位夾緊缸 插刀缸 去刺缸在完成了相應的定位夾緊 撥銷松夾 插刀 退刀 去刺進 去刺退的工作后仍然繼 續(xù)施加壓力 所以在進行每項工作時都添加了限位保護開關 以確保施力準確到位 另 外 在每步中 也都添加了互鎖的環(huán)節(jié) 為了防止定位夾緊和撥銷松夾 插刀進退 去 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 21 刺進退的同時進行 最重要一點就是在插刀進到去刺退的這個階段還要保證定位夾緊缸 時時刻刻夾緊工部件 否則 這個階段所有工作全都失效 圖 5 1 手動操作梯形圖 2 自動控制 去毛刺的過程時典型的順序控制 通常采用中間繼電器來實現控制要求 去毛刺 PLC 控 制系統(tǒng)的梯形圖如附圖及圖 1 PLC 外部接線圖 所示 圖中第 2 段程序 CJP701 EJP701 為 自動控制程序段 要進行自動控制程序 自動工作的動作過程說明如下 1 定位夾緊缸工作 夾緊工件 工件被夾緊后 夾緊缸內壓力達到壓力繼電器 KP 設定 的值后停止工作 轉到下一步工序 2 插刀缸工作 插刀前進 碰到工件后即觸到限位開關 2ST SQ2 后停止 3 去刺缸工作 去刺前進 去刺結束后 碰到限位開關 4ST SQ4 后停止 4 去毛刺完畢后 去刺后腿 退回至碰到限位開關 3ST SQ3 后停止 5 插刀后腿 碰到限位開關 1ST SQ1 即停止工作 6 插刀完畢后 定位夾緊缸開始松夾停止 被去過毛刺好的工部件被取下來 至此 整個取毛刺的過程完成了一個工作循環(huán) 再按下啟動按鈕 則開始下一個工件去毛 刺的工作循環(huán) 值得注意的是 在實際自動控制過程中 會出現一系列步可預見的情況 在此特別注明 在設計中增加了腳踏開關 SF1 SF2 因為在實際定位夾緊工部件所處的位置并不是象理想 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 22 中一樣完美 添加 SF1 以便于調整零件的位置 SF2 實為 SF1 自鎖 伴隨整個自動過程 添 加急停按鈕 SEM1 目的是為了在工作中如果出現意外事故 即可以采取緊急的制停措施 從而不至于造成更大的傷害 圖 5 2 自動操作梯形圖 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 23 4 程序清單 根據梯形圖編制的程序單如下 程序號 指 令 程序號 指 令 0001 LD X506 0054 OUT M100 0002 ANI X507 0055 LD X406 0003 OUT T454 0056 OR Y433 K5 0057 ANI T452 0005 LD T454 0058 ANI X404 0006 OR Y430 0059 ANI Y434 0007 OUT Y430 0060 AND Y431 0008 LDI X410 0061 AND M100 0009 ANI Y430 0062 OUT Y433 CJP700 0063 LD X404 0011 LD X411 0064 OUT T450 0012 ANI X400 K1 0013 ANI Y432 0066 OR Y435 0014 OUT Y431 0067 LD M100 0015 LD X412 0068 AND T450 0016 ANI X505 0069 OUT T452 0017 ANI Y431 K12 0018 OUT Y432 0071 ANI X403 0019 LD X413 0072 ANI T452 0020 ANI X402 0073 ANI Y436 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 24 0021 ANI Y434 0074 AND Y431 0022 AND Y431 0075 OUT Y435 0023 OUT Y433 0076 LD X404 0024 LD X500 0077 OR T452 0025 ANI X401 0078 OR Y434 0026 AND Y431 0079 ANI Y433 0027 ANI Y433 0080 ANI X401 0028 OUT Y434 0081 AND Y431 0029 LD X503 0082 OUT Y434 0030 ANI X404 0083 LD X403 0031 ANI Y436 0084 OR Y436 0032 AND X431 0085 ANI Y435 0033 OUT Y435 0086 ANI X402 0034 LD X504 0087 ANI X431 0035 ANI X403 0088 OUT Y436 0036 ANI Y435 0089 LD X404 0037 ANI Y431 0090 ANI X405 0038 OUT Y436 0100 OUT T451 EJP700 K4 0040 LDI X407 0101 ANI M100 0041 ANI Y430 0102 ANI Y431 CJP701 0103 ANI T451 0043 LD X405 0104 OUT Y432 0044 OR M100 EJP701 0045 ANI Y432 END 0046 ANI Y502 0047 OUT Y431 0048 LD X400 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 25 0049 AND X406 0050 OR M100 0051 LD X403 0052 ORI Y436 0053 ANI X502 六 總結與體會 一 總結 畢業(yè)設計已經結束了 通過 2 個月的刻苦努力 在張承陽老師的幫助下 基本上按照畢業(yè) 設計任務的要求 較好的完成了任務 根據零件對控制系統(tǒng)的要求 論證了總體方案 選擇了我認為是最佳方案的 PLC 控制系統(tǒng) 通過對 PLC 的輸入 輸出信號的分析計算 論證 合理的對 PLC 進行了選型 并且通過現場實 習 弄清了去刺機的各部組成 結構及工藝動作要求 繪制出了控制邏輯動作程序圖及程序梯 形圖 據此編制出了 PLC 控制程序 并且參加了電動機 電磁閥和各限位開關的外部電路設計 從而 初步掌握了機電一體化產品的設計過程和要求 總體來說 此次設計給我的影響頗大 讓我知道了什么才算是一個真正的設計方案 它與以往的 PLC 課程設計有很大的區(qū)別 后者只 要畫出外部接線圖 并且編好程序 整個工作就差不多算完工了 而現在 不僅僅要考慮這些 還要考慮諸多方方面面的問題 如 控制機器的各種按鈕開關的選型 PLC 機身如何放置 怎 樣放置 在操縱 PLC 和放置 PLC 時都要考慮到應該設計怎樣一個操縱設備和控制設備來解決這 些問題等等 對于現在新型的 PLC 技術 我還十分陌生 我一定要結合此次畢業(yè)設計的經驗 努力學習 掌握好新技術 為以后踏上工作崗位打好基礎 二 體會 三年的大學學習 讓我的專業(yè)知識有了進一步的提高 畢業(yè)設計是我們學習中最后一個 重要的實踐性環(huán)節(jié) 它是一個綜合性較強的設計課題 為我們以后從事實際的技術工作 打下 了一個良好的基礎 并且對我們掌握所學知識情況 進行了全面而又直觀的檢驗 為了能夠完 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 26 成這次畢業(yè)設計 我投入了全部精力 做了充分的準備工作 首先 我針對所選畢業(yè)課題 在指導老師的指點和幫助下 搜集和整理了有關資料 根據 設計要求 再對資料做歸類 分析 其次 依據指導老師給出的設計任務要求 先制定并論證了總體設計方案 按以保證設計 不走彎路 按照已得到老師認可的總體方案 一步一步去做 從而順利的完成了本課題設計 畢業(yè)設計雖已經結束了 但想想我在其中所學到的知識 所遇到的困難 仍記憶猶新 它 讓我明白了無論是設計新產品 還是改造原先的老產品 都是一個復雜的技術過程 容不得半 點含糊 設計人員應先明白設計的目的 了解產品的價值和實用性 其次要對設計的產品進行 構思 確定總體方案 查閱資料 最后編寫產品的設計說明書 進行繪圖 這些一步都不能 少 這次的畢業(yè)設計 培養(yǎng)了我的獨立思考 分析解決問題的能力 拓寬了我的知識面 是一 次極好的鍛煉機會 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 27 謝 辭 在老師悉心指導下 本人順利完成了 去毛刺專用機床電氣控制系統(tǒng) 課題的畢業(yè)設計 張老師治學嚴謹 待人和藹 他是我學習的好榜樣 在畢業(yè)設計過程中 所在單位的領導 工 程師以及我的同事們提供了相關的資料 并為我的設計提出了許多好建議 同時在畢業(yè)設計過 程中 機械系部領導以及相關老師 都給予我很大幫助 在此一并表示衷心感謝 另外還要感謝課外指導老師周德卿教授 他在工作之余對我此次畢業(yè)設計給予了很大的幫 助 最后 誠摯的感謝四年來所有關心和幫助過我的老師 同學和親友們 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 28 參考文獻 1 趙永成 五豐 李明穎 編著 機電傳動控制 北京 中國計量出版社 2003 8 2 程周主 編著 電氣控制與 PLC 原理及應用 北京 電子工業(yè)出版社 2003 7 3 吳曉君 楊向明 編著 電氣控制與可編程控制器應用 北京 中國建材工業(yè)出版社 2004 2 4 常曉玲 編著 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器 北京 機械工業(yè)出版社 2004 1 5 王也仿 編著 可編程控制器應用技術 北京 機械工業(yè)出版社 2001 9 6 余雷聲 方宗達 編著 電氣控制與 PLC 應用 北京 機械工業(yè)出版社 1998 10 7 齊占慶 機床電氣控制技術 北京 機械工業(yè)出版社 1999 10 8 張文寬 編著 怎樣擴大車床的應用 機械工業(yè)出版社 9 史貴權 編著 機械畢業(yè)設計指導 哈爾濱兵器工業(yè)職工大學 1984 10 常見機構的原理及應用 編導組編 常見機構的原理及應用 機械工業(yè)出版社 1977 11 吳宗澤 編著 機械零件 中央廣播電視大學出版社 1994 12 張策主編 機械原理與機械設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 9 13 張京輝主編 機械設計基礎 M 西安 西安電子科技大學出版社 2005 2 14 孔慶華主編 機械設計基礎 M 上海 同濟大學出版社 2004 7 15 吳宗澤 羅圣國主編 機械設計課程設計手冊 北京 高等教育出版社 1999 16 鄒慧君主編 機械原理課程設計手冊 M 北京 高等教育出版社 1998 6 17 劉鴻文主編 材料力學 M 北京 高等教育出版社 2004 1 18 曹龍華主編 機械原理 M 北京 高等教育出版社 1986 19 彭文生 黃華梁等主編 機械設計 武漢 華中理工大學出版社 1996 20 鄒慧君主編 機械系統(tǒng)設計 M 上海 上?？茖W技術出版社 1995 21 He Guang Ping Self reconfiguration Of Underactuated Redundant Manipulators With Optimizing The Flexibility Ellipsoid Chinese Journal of Mechanical Engineering J 2005 VOL 18 92 97 22 東南大學出版社 新編英漢通信詞典 2000 23 武漢理工大學出版社 機械工程專業(yè)英語 2001 7 24 張維剛編著 現代設計方法 英文版 面向 21 世紀普通高校雙語適用教材 機械工 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 29 業(yè)出版社 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 30 附圖 1 電氣接線示意圖 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 31 附圖 2 梯形圖 河北工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 論文 32 附圖 3 操縱柜示意圖