專用鏜孔機床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

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摘 要 2 一、設(shè)計目的 2 二、設(shè)計要求 2 三、設(shè)計分析 2 硬件的設(shè)計： 3 軟件的設(shè)計： 4 PLC的通信： 4 四、設(shè)計方法及步驟 4 4、1 專用鏜孔機床的硬件設(shè)計 4 4、1-1 PLC的選擇 4 4、1-2 專用鏜孔機床PLC控制I/O分配表 5 4、1-3 PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖 5 4、1-4 PLC控制系統(tǒng)安裝注意事項 6 4、2 專用鏜孔機床的軟件設(shè)計 6 4、2-1 常用的編程方法 6 4、2-2 專用鏜孔機床PLC控制工作流程圖 7 4、2-3 專用鏜孔機床PLC控制順序功能圖 9 4、2-4 專用鏜孔機床PLC控制梯形圖 10 五、總結(jié) 11 六、參考文獻(xiàn) 12 摘 要 本篇文章介紹了專用鏜孔機床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案，并且敘述了PLC的基本原理、PLC的工程設(shè)計步驟。整個系統(tǒng)采用了一臺PLC控制，整個控制系統(tǒng)設(shè)一個控制室。利用PLC控制專用鏜孔機床運行，實現(xiàn)了機床急促、啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且能自動控制機床的運行，從而實現(xiàn)了銑床運行的自動化功能。PLC控制的特點使原機床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件,使機床的工作效率大大提高。 關(guān)鍵詞：可編程序控制器， 專用鏜孔機床， 電氣控制系統(tǒng) 一、設(shè)計目的 課程設(shè)計的主要目的是通過某一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容及具體的設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。電氣設(shè)計必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，以此，設(shè)計之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。 二、設(shè)計要求 1、主軸為單向運轉(zhuǎn)，停車要求制動（采用能耗制動）。 2、主軸電動機與靜壓電動機的聯(lián)鎖要求是：先開靜壓電動機，靜壓建立后（由3、油壓繼電器控制）才能啟動主軸電動機，而停機時，要求先停主軸電動機，后停靜壓電動機。 4、主軸加工操作，采用兩地控制。加工結(jié)束自動停止，手動快退之原位。 5、根據(jù)加工動作流程要求，設(shè)置鏜孔加工及鉸孔加工選擇。 6、應(yīng)有照明及工作狀態(tài)顯示。 7、有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖。 三、設(shè)計分析 專用鏜孔機床應(yīng)用于大批量生產(chǎn)某零件的鏜孔于鉸孔加工工序。其加工精度及效率的要求均較高，宜采用專業(yè)設(shè)備。機床主運動采用動力頭，由Y100L-6型（1.5kw，4A）三相異步電動機拖動，單向運轉(zhuǎn)，采用能耗制動。該設(shè)備能進(jìn)行鏜孔加工，當(dāng)更換道具和進(jìn)給速度時，又能進(jìn)行鉸孔加工，既有鏜孔與鉸孔加工選擇。進(jìn)給系統(tǒng)采用液壓泵拖動電機Y801-2型（750W，1.9A），由電磁閥（YV1~YV4）控制進(jìn)給速度，為提高加工精度，主軸采用靜壓軸承，主軸為單向運轉(zhuǎn)，停車要求制動，主軸加工操作，采用兩地控制。加工結(jié)束自動停止，手動快退至原位。由Y801-2型電動機拖動高壓液壓泵產(chǎn)生靜壓油膜。該鏜孔專業(yè)機場還要求有照明以及工作狀態(tài)的顯示，以便工人的操作，有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖，主軸電動機與靜壓電動機的聯(lián)鎖要求是：先開靜壓電動機，靜壓建立后(由油壓繼電器控制)才能啟動主軸電動機，而停機時，要求先聽主軸電動機，后停靜壓電動機，防止事故發(fā)生。 加工動作流程如圖： 手動操作 SQ2 工進(jìn) 快進(jìn) SQ4 停 原位SQ5 啟動 快退 手動操作 SQ1 工進(jìn) 快進(jìn) SQ3 停 原位SQ5 啟動 快退 （a） （b） 液壓控制要求： YV1 YV2 YV3 YV4 快進(jìn) + - + + 工進(jìn)（鏜孔） + - - - 工進(jìn)（鉸孔） + + - - 停 - - - - 快退 + - + - 硬件的設(shè)計： 1、PLC的選型 2、PLC類型的選擇 3、I/O點數(shù)的確定 4、按裝形式的選擇 5、PLC存儲容量的確定 6、輸入接口電路形式的選擇 7、輸出接口電路形式的選擇 8、PLC供電方式的選擇 9、PLC拓展模塊的選擇 10、PLC的I/O地址分配表，根據(jù)實際所需分配地址 11、繪制I/O設(shè)備與PLC的連線圖 12、電氣系統(tǒng)的設(shè)計 軟件的設(shè)計： 1、經(jīng)驗設(shè)計法 2、繼電器-接觸器控制線路轉(zhuǎn)換設(shè)計法 3、邏輯設(shè)計方法 4、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計法 本次決定用繼電器-接觸器控制線路轉(zhuǎn)換設(shè)計法 PLC的通信： 1、計算機鏈接通信協(xié)議采用專用通信協(xié)議，由計算機發(fā)出讀寫PLC數(shù)據(jù)的命令幀，PLC收到后自動生成和返回響應(yīng)幀，但計算機的程序仍需用戶編寫。 2、計算機鏈接可以用于一臺計算機與一臺配有RS-232C通信接口的PLC通信，但需要FX-485PC-1F轉(zhuǎn)換器。 四、設(shè)計方法及步驟 4、1 專用鏜孔機床的硬件設(shè)計 4、1-1 PLC的選擇 在PLC選型是時主要是根據(jù)所需功能和容量進(jìn)行選擇，并考慮維護(hù)的方便性，備件的通用性，是否易于擴展，有無特殊功能要求等。 （1） PLC輸入/輸出點確定：I/O點數(shù)選擇時要留出適當(dāng)余量；由控制要求可知有8個輸入口，則輸入的點數(shù)可選擇8點或16點；控制對象可知有5個，則輸出點數(shù)可以小于8點，可選擇8點。綜合以上兩點，選擇輸入輸出點數(shù)16點。 （2） PLC存儲容量：系統(tǒng)有模擬量信號存在或進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理時容量應(yīng)選擇大一些；專用鏜孔機床PLC控制程序設(shè)計步驟200步之內(nèi)存儲容量小于20K，選擇8K即可。 (3) 輸出類型：通常由于專用鏜孔機床由交流220V三相異步電機拖動，則選擇繼電器輸出型MR（有觸點，可帶交直流負(fù)載）或雙向晶閘管輸出型MS(無觸點，可帶交流負(fù)載)都可。 （4） 存儲維持時間：一般存儲約保持1~3年（與使用次數(shù)有關(guān)）。若要長期或掉電保持應(yīng)選用EEPROM存儲（不需備用電源），也可選外用存儲卡盒； PLC的擴展：可通過增加擴展模塊、擴展單元與主單元連接的方式。擴展模塊有輸入單元、輸出單元、輸入/輸出一體單元。擴展部分超出主單元驅(qū)動能力時應(yīng)選用帶電源的擴展模塊或另外加電源模塊給以支持； （5）PLC的聯(lián)網(wǎng)：PLC的聯(lián)網(wǎng)方式分為PLC與計算機聯(lián)網(wǎng)和PLC之間相互聯(lián)網(wǎng)兩種。與計算機聯(lián)網(wǎng)可通過RS232C接口直接連接、RS422+RS232C/422轉(zhuǎn)換適配器連接、調(diào)制解調(diào)通訊連接等方式；一臺計算機與多臺PLC聯(lián)網(wǎng)，可通過采用通訊處理器、網(wǎng)絡(luò)適配器等方式進(jìn)行連接，連接介質(zhì)為雙絞線或光纜；PLC之間互聯(lián)時可通過專用通訊電纜直接連接、通訊板卡或模塊+數(shù)據(jù)線連接等方式。 綜上（1）、（2）、（3）、（4）、(5) 所述原因，選擇FX2N-16MR-001。 4、1-2 專用鏜孔機床PLC控制I/O分配表 專用鏜孔機床PLC控制I/O分配表如表4-1所示： I口 接線端 O口 接線端 X000 啟動按鈕SB1 Y001 電磁閥YV1(KM1) X001 行程開關(guān)SQ1 Y002 電磁閥YV2(KM2) X002 行程開關(guān)SQ2 Y003 電磁閥YV3(KM3) X003 行程開關(guān)SQ3 Y004 電磁閥YV4(KM4) X004 行程開關(guān)SQ4 Y005 停止顯示燈HL X005 手動操作按鈕SB2 X006 行程開關(guān)SQ5 X007 鏜孔選擇開關(guān)SA 4、1-3 PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖 專用鏜孔機床PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖如圖4-2所示： 圖4-2 專用鏜孔機床PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖 4、1-4 PLC控制系統(tǒng)安裝注意事項 專用鏜床PLC系統(tǒng)安裝時應(yīng)注意以下幾個問題 ： （1）為防止來自電源線的干擾，電源線使用雙絞線，每根導(dǎo)線截面應(yīng)在1.25 mm2以上，電源通過1:1的隔離變壓器供給PLC，降低電噪聲。另外為了防止電壓過高損壞PLC,電源輸人端加上壓敏電阻。 （2）PLC輸人線路與動力線路不能位于同一線槽或電線管內(nèi)，三相動力線路束在一起走線，并且使兩部分盡可能相互垂直走線，輸人線也可采用屏蔽線，以防動力線路干擾輸入線路。 （3）為防止過熱,PLC不許安裝在變壓器等發(fā)熱元件的正上方，在元器件留有適當(dāng)空隙，以便散熱，并且在配電箱上安裝風(fēng)扇降熱。 4、2 專用鏜孔機床的軟件設(shè)計 4、2-1 常用的編程方法 對同一功能,PLC控制的編程方法可以有多種,但好的方法可以帶來最大的方便。主要介紹了 PLC順序控制的四種不同編程方法,分別應(yīng)用于不同的場合。 隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴大,傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)愈來愈難以適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需求?？删幊炭刂破?PLC是以微處理器為核心,綜合了計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種通用型的工業(yè)控制裝置。外部接線簡單方便,它的控制主要是程序的設(shè)計,編制梯形圖是最常用的編程方式,使用中一般有經(jīng)驗設(shè)計法,邏輯設(shè)計法,繼電器控制電路移植法和順序控制設(shè)計法,其中順序控制設(shè)計法也叫功能表圖設(shè)計法,功能表圖是一種用來描述控制系統(tǒng)的控制過程功能、特性的圖形,它主要是由步、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件、箭頭線和動作組成。有了功能表圖后,可以用四種方式編制梯形圖,它們分別是:起保停編程方式、步進(jìn)梯形指令編程方式、移位寄存器編程方式和置位復(fù)位編程方式。本文以三菱公司 F1系列PLC為例,說明實現(xiàn)順序控制的三種編程方式。 （1）使用起保停電路的編程方式 起保停電路僅僅使用與觸點和線圈有關(guān)的指令,無需編程元件做中間環(huán)節(jié),各種型號 PLC的指令系統(tǒng)都有相關(guān)指令,加上該電路利用自保持,從而具有記憶功能,且與傳統(tǒng)繼電器控制電路基本相類似,因此得到了廣泛的應(yīng)用 。這種編程方法通用性強,編程容易掌握,一般在原繼電器控制系統(tǒng)的 PLC改造過程中應(yīng)用較多（2）使用步進(jìn)梯形指令的編程方式 步進(jìn)梯形指令是專門為順序控制設(shè)計提供的指令,它的步只能用狀態(tài)寄存器 S來表示,狀態(tài)寄存器有斷電保持功能,在編制順序控制程序時應(yīng)與步進(jìn)指令一起使用,而且狀態(tài)寄存器必須用置位指令 SET置位,這樣才具有控制功能,狀態(tài)寄存器 S才能提供 STL觸點,否則狀態(tài)寄存器 S與一般的中間繼電器M相同。在步進(jìn)梯形圖中不同的步進(jìn)段允許有雙重輸出,即允許有重號的負(fù)載輸出,在步進(jìn)觸點結(jié)束時要用 RET指令使后面的程序返回原母線 。這種編程方法很容易被初學(xué)者接受和掌握,對于有經(jīng)驗的工程師,也會提高設(shè)計效率,程序的調(diào)試、修改和閱讀也很容易,使用方便,程序也較短,在順序控制設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先考慮,該法在工業(yè)自動化控制中應(yīng)用較多。 （3）使用置位復(fù)位指令的編程方式 在以置位復(fù)位指令的編程方式中,用某一轉(zhuǎn)換所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器的常開觸點與轉(zhuǎn)換對應(yīng)的觸點或電路串聯(lián),作為使所有后續(xù)步對應(yīng)的輔助繼電器置位和使所有前級步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位的條件。對簡單順序控制系統(tǒng)也可直接對輸出繼電器置位或復(fù)位。該方法順序轉(zhuǎn)換關(guān)系明確,編程易理解,一般多用于自動控制系統(tǒng)中手動控制程序的編程。 4、2-2 專用鏜孔機床PLC控制工作流程圖 專用鏜孔機床PLC控制工作流程圖如圖4-3所示： 圖4-3 專用鏜孔機床PLC控制工作流程圖 4、2-3 專用鏜孔機床PLC控制順序功能圖 專用鏜孔機床PLC控制順序功能圖如圖4-4所示： 圖4-4 專用鏜孔機床PLC控制順序功能圖 4、2-4 專用鏜孔機床PLC控制梯形圖 專用鏜孔機床PLC控制梯形圖如圖4-5所示： 圖4-5 專用鏜孔機床PLC控制梯形圖 五、總結(jié) 通過近一周的努力，我終于成功地完成了這次課設(shè)，本次我設(shè)計的是專用鏜孔機床PLC控制系統(tǒng)，開始我接到這個課題還真不知道該如何下手，因為它涉及到機械類的鏜孔機床，我對大型的機床根本沒有看到過，更不要說有多了解了，于是我就到圖書館去搜集專用鏜孔機床方面的書籍，經(jīng)過仔細(xì)閱讀后，我大概了解了專用鏜孔機床的構(gòu)造及其工作原理。 通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到了許多問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做PLC課設(shè)，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。而這次課設(shè)也正好鍛煉我這一點，這是非常寶貴的經(jīng)驗。 六、參考文獻(xiàn) [1]郁漢琪，《電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)》，2009年 [2]魯遠(yuǎn)棟，《PLC機電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計技術(shù)》，2006年 [3]王兆義，《可編程控制器教程》，2001年 [4]齊占慶，《電氣控制技術(shù)》，2002年 [5]金續(xù)曾，《電機電氣控制線路圖冊》，2002年 [6]鄭德明，《可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)》，2004年 [7]張鳳珊，《電氣控制及可編程序控制器》，2003年