PLC课程设计报告-半自动花键铣床电气控制PLC改造.doc

目录第1章 引言21.1 PLC简介21.2 课题设计的目的31.3设计内容31.4实现的目标3第2章 系统硬件设计42.1 系统硬件配置及组成原理42.2 系统变量定义及I/O分配表42.3 PLC的选型52.4 系统I/O接线图设计7第3章 系统程序设计83.1 控制程序流程图设计83.1.1 PLC改造YB6016控制梯形图83.1.2 PLC改造YB6016语句表83.2 控制程序设计思路11第4章 系统调试及结果分析124.1 系统调试及解决的问题124.2 结果分析12第五章 课程设计的心得15参考文献1616第1章 引言1.1 PLC简介可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它有如下几个特点：1.使用方便，编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。2.功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4.可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。5.系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。6.维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故1.2 课题设计的目的本次课程设计是电器与PLC中电气控制与PLC的教学进行的实践环节，培养我们应用所学知识和设计方法、结合工程生产实际的设计任务进行电气控制系统设计的能力，并让我们在电气制图的能力和PLC控制系统的编程和调试能力方得到锻炼。1.3设计内容本次课程设计的内容是对YB6016半自动花键铣床电气控制PLC改造，能够完成花键零件的加工。1.4实现的目标1.滚削加工过程中切削液能够冷却；2.主电动机M3能实现顺铣，逆铣与停止，还要正反转控制；3.快速移动电动机M4用于刀架的快速移动，前进与后退，并与正常的切削进给之间不发生冲突；4.能够完成半自动循环过程；5.液压系统工作以后才能实现自动循环。第2章 系统硬件设计2.1 系统硬件配置及组成原理 图2-1 YB6016半自动花键铣床的电气控制系统电路图2.2 系统变量定义及I/O分配表 表2-1 YB6016半自动花键铣床电气元件电气元件名称与作用电气元件名称与作用M1液压泵电动机SB1SB5按钮M2冷却泵电动机SB6，SB7按钮M3主电动机FR1FR3热继电器M4快速运动电动机FU1FU7熔断器SQ1组合开关，电源引入H工作灯SQ2正反转切换用组合开关TC变压器KM1KM5接触器SQ1，SQ2行程开关KA1中间继电器SQ3，SQ4行程开关 表2-2 I/O分配表逻辑元件作用逻辑元件作用X0液压泵启动X12起点行程开关X1主电动机点动X13终点行程开关X2循环启动X14径向位置行程开关X3刀架点动快进X15刀架限位开关X4刀架点动快退Y0液压泵电动机接触器X5液压泵电动机停止Y1冷却泵接触器X6主电动机停止Y2主电动机接触器X7进给方向选择Y3刀架快退接触器X10进给方向选择Y4刀架快进接触器X11自动与手动转换Y5中间继电器2.3 PLC的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。1.PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。2.输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。3.电源的选择 PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。4.存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。5.冗余功能的选择控制单元的冗余， I/O接口单元的冗余。6.经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 结合本次设计的课题及实验室的实际情况，我们选择三菱FX2N-32MR型号的PLC。2.4 系统I/O接线图设计 图2-2 PLC外部接线图第3章 系统程序设计3.1 控制程序流程图设计3.1.1 PLC改造YB6016控制梯形图 图3-1 PLC改造YB6016控制梯形图3.1.2 PLC改造YB6016语句表0 LD X000X000 =液压泵启动1 OR Y000 Y000 =液压泵电动机接触器2 ANI X005X005 =液压泵电动机停止3 OUT Y000 Y000 =液压泵电动机接触器4 LD Y004Y004 =主电机接触器5 OUT Y001Y001 =冷却泵接触器6 LD X007X007 =进给方向选择7 ANI X012X012 =起点行程开关8 LD X010X010 =进给方向选择9 ANI X013 X013 =终点行程开关10 ORB11 ANI X006X006 =主电机停止12 MPS13 LD Y000 Y000 =液压泵电动机接触器14 AND M115 OR X002X002 =循环启动16 ANB 17 OUT M118 MPP19 LD X001X001 =主电机电动20 OR X011X011 =自动与手动切换21 ANB22 ANB23 AND X014X014 =经向位置行程开关24 OUT Y004Y004 =主电机接触器25 LD X012X012 =起点行程开关26 OR Y002Y002 =刀架快退接触器27 ANI X003X003 =刀架点动快进28 ANI X004X004 =刀架电动快退29 ANI X015X015 =刀架限位开关30 AND X007X007 =进给方向选择31 LDI Y004Y004 =主电机接触器32 AND X004X004 =刀架点动快退33 ORB34 ANI Y003Y003 =刀架快进接触器35 ANI X013X013 =终点行程开关36 OUT Y002Y002 =刀架快退接触器37 LD X013X013 =终点行程开关38 OR =Y003Y003 =刀架快进接触器39 ANI X003X003 =刀架点动快进40 ANI =X004X004 =刀架点动快退41 ANI =X015X015 =刀架限位开关42 AND X010X010 =刀架方向选择43 LDI Y004Y004 =主电机接触器44 AND X003X003 =刀架点动快进45 ORB46 ANI Y002Y002 =刀架快退接触器47 ANI X012 X012 =点动行程开关48 OUT Y003Y003 =刀架快进接触器49 LD M150 OUT Y005Y005 =中间继电器51 END3.2 控制程序设计思路对于一个控制程序的设计，必须要了解它的工艺特点与要求，确定它有多少个输入和多少个输出，再结合实际的控制要求来进行设计。此次设计的YB6016的电气控制，它由4台电动机组成，其中主轴电动机和快速移动电动机要求能够正反转；电动机的启停有先后顺序，而且要求快移电动机与进给运动之间不发生冲突。所以在设计时，要先让液压泵的电动机启动，接着是主电动机，冷却泵电动机和控制径向运动的启动。第4章 系统调试及结果分析4.1 系统调试及解决的问题根据PLC的外部接线图，结合PLC实验室操作台的实际情况进行接线，接着将设计的程序写入到PLC中进行调试。调试的过程如下：按下按钮SB1，液压泵电动机接触器线圈得电，液压泵电动机开始工作，并且实现自锁功能；当按下按钮SB6时，液压泵电动机接触器线圈失电，液压泵电动机停止工作。首先保持液压泵电动机接触器线圈得电（Y0），然后打开开关SA3-1，同时按下按钮SB3，M1（代替原来的中间继电器KA1）得电，此时Y5得电，开始工作，按下按钮SB2和打开开关SQ3，主轴电动机的接触器线圈得电，并开始工作，X11（开关SA4）是自动与手动转换，它可以让主电动机一直工作，处于自动状态。当主轴电动机工作后，冷却泵电动机会自动的工作，这就有顺序的启动，即冷却泵电动机要在主轴电动机启动后它才能启动。打开开关SQ1和SA3-1，此时刀架快进接触器线圈得电（Y2），并且它能够实现自锁；或者在主轴电动机停止的状态下按下按钮SB5，也可以让刀架快进接触器线圈得电（Y2），在刀架进行快进时，它就不能快退，这就是实现互锁的功能。打开开关SQ2和SA3-2，此时刀架快退接触器线圈得电（Y3），并且它能够实现自锁；或者在主轴电动机停止的状态下按下按钮SB4，也可以让刀架快退接触器线圈得电（Y3），在刀架进行快退时，它就不能快进，这就是实现互锁的功能。上面的5步就是整个控制程序的调试过程，在调试的过程中我们也遇到一些问题，比如外部接线图接错了；按钮和开关接反了；少安或多按了按钮；少打开或多打开开关等等，这些都会导致我们的调试失败。4.2 结果分析通过我们前期的程序的设计及调试，我们所设计的程序能够满足设计要求。1半自动循环控制准备工作将组合开关SA2转换到相应位置，转换开关SA4闭合，将SA3触点0-2接通，刀架移动到左端SQ1位置，输入继电器X11、X10为ON。然后按下按钮SB1，X0为ON，则输出继电器Y0的逻辑回路导通并自锁，接通负载接触器KM1线圈，液压泵起动，为自动循环做好准备。根据刀具材料、工件材料和加工参数选定刀具转速和进给速度，并调整对应的齿轮机构，为自动加工做好准备。自动工作过程按下按钮SB3，输入继电器X2为ON，辅助继电器M1逻辑回路导通，切削加工起动，此时刀具尚不在背吃刀量位置上，所以辅助继电器M1的常开触点驱动输出继电器Y5的逻辑回路导通，负载中间继电器KA1线圈得电，常开触点闭合，电磁铁YA1得电，由液压缸驱动刀架快速进给到键槽深度位置，压下行程开关SQ3，输入继电器X14为ON；X14自动接通输出继电器Y4线圈逻辑回路，Y4驱动负载接触器KM3线圈电路接通，主触点闭合，接通电动机M3电路，电动机按照预定的方向转动，电动机M3不仅带动刀具转动，实现切削加工需要的主运动，还通过内联系传动机构带动刀架按照选定的进给速度，从左向右运动进给，切削过程自动进行。当刀具运动到右边终点位置时，切削加工结束，压下行程开关SQ2，输人继电器X13为ON，取反后常闭触点为OFF，切断了辅助继电器M1和输出继电器Y4的逻辑回路，电动机M3停止转动，刀具停止转动，进给也停止；同时，输出继电器Y5和电磁铁YA1都断电，刀架在液压系统带动下快速后退，离开加工深度位置，SQ,3复位，另外，X13的常开触点驱动输出继电器Y3的逻辑回路导通并自锁Y3的负载接触器KM5线圈得电，主触点闭合，快速电动机反转，带动刀架快速退回到SQ4处，压下SQ4，输出继电器X14为ON，其常闭触点切断了Y3的逻辑回路，快速退回停止，一次加工循环结束。2点动调整主轴点动调整点动调整控制时，将转换开关SA4断开，输入继电器X11为OFF；需要先起动液压泵，然后按下按钮SB3，输入继电器X2为ON，辅助继电器M1得电并自锁，为点动调整做好准备。此时，按下点动按钮SB2，输入继电器X1为ON，输出继电器Y4逻辑回路导通，但不能自锁，驱动负载接触器KM3得电，主电动机M3实现点动，同时进行点动进给，以便进行刀具、机床、工件等位置的调整。快速进给调整在主轴停止转动的非自动循环状态下，按下按钮SB4，输入继电器X3为ON，接通输出继电器Y2逻辑回路，驱动负载接触器KM4线圈得电，快速移动电动机M4正转，主电路接通，通过传动机构带动刀架快速前进。由于Y2不能自锁，所以只能实现点动快进。相反，当按下按钮SB4