成型磨床PLC控制系统.doc

成型磨床成型磨床 PLC 控制系统设计控制系统设计 一、磨床电气控制系统设计任务书一、磨床电气控制系统设计任务书 1设备概况介绍设备概况介绍 本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工，机床有四台电动机拖动，及磨头电动机拖 动砂轮高速旋转，采用 JW114(0.6kw),单向连续工作。油泵电动机拖动油泵向液压系统 供油，采用 Y802-4(0.75kw) 单向连续工作。磨头升降电动机带动砂轮架上下移动，采用 JW114 正反转工作。吸尘电动机供磨削加工中吸尘用，采用 JW114 驱动。 加工时，工件置于电磁吸盘（36V/1.2A）上，加工完毕退磁取下工件。 如图 1-1 所示 2 控制系统设计要求控制系统设计要求 1) 为调整砂轮位置，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有制动控制（采用能 耗制动） 。上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。 2)磨头砂轮运转与电磁吸盘之间，应有电气连锁环节，其要求是：只有在电磁吸盘通 电并处于充磁吸着工件时，才能启动砂轮电动机。磨削中，一旦发生失磁，砂轮电动机应 自动停止运转，以确保安全。为了修整砂轮，在吸盘不通电时，应能单独启动砂轮电动机。 3)要有照明和必要的灯光显示。 4) 设置必要电气保护与联锁。 二、磨床二、磨床 PLC 电气控制系统总体设计过程电气控制系统总体设计过程 1总体方案说明总体方案说明 1) 油泵电动机、磨头电动机、磨头升降电动机、吸尘电动机分别由电动机 MA1、MA2、MA3、MA4 拖动。 2)砂轮位置调整，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有采用能耗制动。 3) 上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。 4)采用热继电器实现过载保护，用以完成各个电动机系统的过载保护。 5) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器，实现短 路保护。 6) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用 BVR 型铜导线连接，电控 箱与执行装置之间采用端子板连接。 7) PLC 选用继电器输出型。 8) PLC 自身配有 24V 直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC 接地提高抗干扰能 力。 2PLC 成型磨床电气控制原理图设计成型磨床电气控制原理图设计 (1) 主电路设计主电路设计 成型磨床电气控制系统主电路如图 1-2 所示。 图 1-2 成型磨床电气控制系统主电路 1) 主回路中交流接触器 KM1、KM2、分别控制油泵电动机 M1、砂轮电动机 M2 和吸 尘电动机 M3；交流接触器 KM3、KM4 控制、磨头电动机 M4 升降。 2) 电动机 M1、M2、M3、M4 由热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4 实现过载保护。 3) QG 为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用， 使用和维修方便。 4) 熔断器 FU1、FU2、FU3 分别实现各负载回路的短路保护。FU4、FU5 分别完成交 流控制回路和 PLC 控制回路的短路保护。 (2) 主要参数计算主要参数计算 1) 断路器 QG 为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断 路器过电流脱扣值按电动机起动电流的 1.7 倍整定。成型磨床有 0.75kW 负载电动机一台， 起动电流较大，其余三台为 0.6kW，起动电流较小，而且工艺要求 4 台电动机单独起动运 行，因此可根据 0.75kW 电动机选择自动开关 QG 脱扣电流 IQG： IQG1.7IN，选用 IQG的断路器。 2) 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。以曝气风机为例，IFU2IN，选用 IFU的熔体。其余 熔体额定电流的选择。 3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，负载额定电流的 1.2 倍。 4)能耗制动参数计算 制动电流 ID1.5IN 直流电压 UDRID 整流变压器二次侧交流电流 I2 ID /0.9 电压 U2UD/0.9 整流变压器容量 S= I2 U2 (3) PLC 控制电路设计控制电路设计 包括 PLC 硬件结构配置及 PLC 控制原理电路设计。 1) 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质 等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类 型，如：对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的 PLC 机型 及外设，完成 PLC 硬件结构配置。 1.1 控制系统的控制系统的 I/O 点及地址分配点及地址分配 表 1-1 和表 1-2 分别为成型磨床电气控制系统 PLC 输入和输出接口功能表。 表 1-1 成型磨床电气控制系统 PLC 输入接口功能表 序号名称文字符号输入口 1油泵电动机启动按钮SB1X0 2油泵电动机停止按钮SB2X1 3磨头砂轮电动机启动按钮SB3X2 4修整砂轮启动按钮SB4X3 5磨头砂轮电动机停止按钮SB5X4 6磨头上升点动按钮SB6X5 7磨头下降点动按钮SB7X6 8磨头上升极限位置行程开关SQ1X7 9磨头下降极限位置行程开关SQ2X10 10电磁吸盘断电按钮SB8X11 11电磁吸盘充磁按钮SB9X12 12电磁吸盘退磁点动按钮SB10X13 13照明开关SA1X14 14欠电压保护开关SA2X15 表 1-2 成型磨床电气控制系统 PLC 输出接口功能表 序号名称文字符号输入口 1油泵电动机启动接触器KM1Y0 2磨头砂轮电动机启动接触器KM2Y1 3磨头上升点动启动接触器KM3Y2 4磨头下降点动启动接触器KM4Y3 5能耗制动启动接触器KM5Y4 6电磁吸盘充磁接触器KM6Y5 7电磁退盘充磁接触器KM7Y6 8电磁铁YA1Y7 9充磁与退磁指示灯HL1Y10 10磨头升降指示灯HL2Y11 11磨头砂轮运转指示灯HL3Y12 12油泵电机工作指示灯HL4Y13 13照明灯EL1Y14 14 15 16 1.2 制定电气元件目录表制定电气元件目录表 表 1-3 成型磨床电气控制系统元器件目录表 序号文字符号名 称数量规格型号备 注 1M1电动机1Y802-4三相交流异步电动机 2M2 、M3、 M4 电动机3JW11-4三相交流异步电动机 3FR1FR4热继电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流 4FU1熔断器3RL1-15熔体 210A 5FU2、FU3熔断器2RT16-32X熔体 2A 6QG断路器1C45AD脱扣电流 10A 7SB1油泵电动机启动 按钮 1LAY37 绿色 8SB2油泵电动机停止 按钮 1LAY37红色 9SB3磨头砂轮电动机 启动按钮 1LAY37绿色 10SB4修整砂轮启动按 钮 1LAY37绿色 11SB5磨头砂轮电动机 停止按钮 1LAY37红色 12SB6磨头上升点动按 钮 1LAY37绿色 13SB7磨头下降点动按 钮 1LAY37绿色 14SQ1磨头上升极限位 置行程开关 1LAY37上极限位置保护 15SQ2磨头下降极限位 置行程开关 1LAY37下极限位置保护 16SB8电磁吸盘断电按 钮 1LAY37红色 17SB9电磁吸盘充磁按 钮 1LAY37绿色 18SB10电磁吸盘退磁点 动按钮 1LAY37黄色 19SA1照明开关1LAY37-D2黑色 20KM1油泵电动机启动 接触器 1DJX-9线圈电压：AC220V 21KM2磨头砂轮电动机 启动接触器 1DJX-9线圈电压：AC220V 22KM3磨头上升点动启 动接触器 1DJX-9线圈电压：AC220V 23KM4磨头下降点动启 动接触器 1DJX-9线圈电压：AC220V 24KM5能耗制动启动接 触器 1DJX-9线圈电压：DC36V 25KM6电磁吸盘充磁接 触器 1DJX-9线圈电压：DC36V 26KM7电磁吸盘退磁接 触器 1DJX-9线圈电压：DC36V 27KV1欠电压继电器1JT3线圈电压：DC36V 28HL1HL4指示灯4AD16-22指示灯电压，DC6.3V 29EL1照明灯1JL40A照明灯电压，DC36V 30HL5电源指示灯1AD16-22指示灯电压，AC220V 31TC隔离变压器1BK-100380v/135v 32YA电磁铁1DJX-9线圈电压：DC36V 1.3 PLC 系统选型系统选型 从上面分析可知道，系统共有开关量输入点 14 个，开关联输出点 14 个，所以选用 FX2N-48 继电器输出型。 (4)绘制绘制 PLC 控制接线图控制接线图 1) 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路原理图，绘制 PLC 控制电路。 图 1-3 为成型磨床 PLC 控制电路原理图。 2) KM3 和 KM4 接触器线圈支路与 KM6 和 KM7 接触器线圈支路，设计了互锁电路， 以防止误操作故障。 3) PLC 输入回路中，信号电源由 PLC 本身的 24V 直流电源提供，所有输入 COM 端短 接后接入 PLC 电源 DC24V 的（）端。输入口如果有有源信号装置，根据驱动的负载的 电压来选择合适的交、直流电源。 4) PLC 采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为 AC250V，2A。 5) 根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC 控制回路、各种保护联锁电路、 PLC 控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。 图 1-3 成型磨床 PLC 控制电路原理图 (5) PLC 控制程序设计控制程序设计 1) 程序设计。根据控制要求，建立成型磨床控制流程图，如图 1-4 所示，表达出各控 制对象的动作顺序。 2) 系统静态调试。空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关 系是否正确。调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试， 出现问题及时分析、调整程序或参数。 3) 系统动态调试及运行。在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态， 。遇 到问题及时停机，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，同时做好详尽记录，以备 分析和改进。 设计程序设计注意事项： 1）遵循梯形图设计基本原则,在不增加硬件元器件的基础上运用一些辅助元件和触点 使电路结构清晰； 2)分离交织在一起的电路，载体信徒设计时，将各线圈的控制电路分离开，这样处理 增加了触点，电路会跟清晰； 3）中间单元的设置，在梯形图中设置该电路控制的辅助继电器； 4）复杂电路的等效设计； 5）尽量减少 PLC 的输入信号和输出信号: 6)一个输入继电器的常开或常闭触点可以多次使用； 7）软件互锁与硬件互锁； 8）梯形图电路优化设计。 PLC 外部电源的设定：外部电源的设定： 输出端应根据外部负载额定电压设定，还要设定必要的短路保护； 输入端电源由 PLC 自身 24V 直流电源提供。 点动磨头下降到预定位置， 为磨削工作准备 启动油泵电动机，磨头砂轮电 动机，及吸尘电动机 平面加工完成？ 位置 1 点动磨头上升到位置 2 结束 停止油泵电动机，磨头砂轮电 动机，及吸尘电动机 退磁 充磁？ 欠电压继电器得电 接通电源 断开电源 N Y Y N N Y Y Y N 图 1-4 成型磨床 PLC 控制流程图 成型磨床 PLC 控制程序如图 1-5 所示。 图 1-5 成型磨床 PLC 控制梯形图程序 程序清单： 图 1-6 成型磨床 PLC 控制指令程序 三成型磨床电气控制工艺设计三成型磨床电气控制工艺设计 按设计要求设计绘制电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线 图。 1) 先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及控制面板 上应安装的电器元件。本系统在成型磨床现场设计安装的电器元件和动力设备有：电动机 等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、 中间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋 钮开关、各色指示灯等。 2) 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电 器板元件布置图、电器面板元件布置图，如图 1-6图 1-7 所示。进出引线采用接线端子板 连接，接线图略。 3) 依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸，绘制电器板（绝缘板、 镀锌铁板或架） 、控制面板（有机玻璃板、铝板或铁板等） 、垫板（有机械强度的绝缘板或 镀锌板）等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、安装孔径、定位尺寸与公差、板材厚度 以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图从略。 4) 依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。本设计从略。 至此，基本完成了成型磨床系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。 划分组件的原则是： (1)把功能类似的元件组合在一起； (2)尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件 中； (3)让强弱电控制器分离，以减少干扰； (4)为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起； (5)为便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。 3 电器元件布置图的设计与绘制 电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。电器元件布置图的设计依据是部 件原理图、组件的划分情况等。设计时应遵循以下原则： (1)同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在电器板的下 面，而发热元件应安装在电气箱(柜)的上部或后部，但热继电器宜放在其下部，因为热继 电器的出线端直接与电动机相连便于出线，而其进线端与接触器直接相连接，便于接线并 使走线最短，且宜于散热； (2)强电弱电分开并注意屏蔽，防止外界干扰； (3)需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关 及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理； (4)电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类 似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。若采用行线槽配线方式，应适当加大各 排电器间距，以利布线和维护 图 11-7 电控箱电器面板元件布置图 图 11-8 电控箱电器板元件布置图 四课程设计小结四课程设计小结 经过一周的设计圆满的完成了这次课程设计，本次课程设计让我受益匪浅。 我的课程设计题目是成型磨床 PLC 控制系统的设计，随着科技的发展电气自动化控制 将会发展越来越迅速，PLC 控制更是为电气控制提供了一条便捷通道。我的课程设计必须 结合机电传动、PLC 控制、电气控制等的知识来设计。课程设计的前几天，我充分的搜寻 各种有用资料，参考书，为这次课程设计顺利完成做好了准备。 设计过程中让我对前段时间学习的机电传动控制与可控制编程等学科有了更进一步的 认识。我们经过了金工实习对磨床的结构及运动形式早已了解，通过查阅资料我了解了磨 床的电力拖动与电气控制要求，对元器件的选择也有了了解。 但是我们学习的都是课本上的知识，不能得心应手，必须反复推敲。这次课程设计让 我们有了对工厂电气控制设备有了一定的了解，我们必须把