专用榫齿铣可编程序控制系统设计.doc

专用榫齿铣可编程序控制系统设计 8专用榫齿铣可编程序控制系统设计1 课题背景及意义 随着当今世界经济的发展，几乎所有的工厂开始使用自动化生产线，这很大程度上依赖于变频技术和PLC的发展。而为了适应一些行业的特殊要求，在工厂的生产线上，需要配置相应的高效率的榫齿铣床。它们由工频电机直接带动运行，电气控制部分一般都很简单，多数采用人工手动控制或采用继电器控制方式。而当我们深入研究这些流程的时候，在这一环节我们会发现一些问题，能耗高，启动，停止和运行不平稳，过程动作不可靠，故障率高，安全性能不高，这些都彰显着发展的困难，使它在工业生产中很难被高效运用，也是这些铣床与国外的自动化生产线脱节。本课题即为了解决这一问题。解决这一问题，一个可行方案是应用西门子S7-200 PLC和驱动系统它可以在变频器发生故障时自动将发生故障的电机切换到工频状态应急工作，也可以完成对铣床自动运行的智能化控制和管理，也能很及时地提供各种信息。应用这一方案后，可以使整个系统的自动化程度有很大提高，与国外的设备也可以配套应用，是一个较理想的解决方案。2课题内容2.1 设备概况介绍榫齿铣是用于某型发动机叶片根部榫齿铣削加工的一种高效专用铣床，其中有四台电动机拖动，即铣刀主轴拖动电动机M1为1.7kW，960rmin铣刀架工进拖动电动机M2为1kW，1440 rmin铣刀架快进拖动电动机M3为1kW，2860 rmin 冷却泵拖动电动机M4为0.125kW，2900rmin根据加工工艺要求，其动作循环如图1所示。图1 加工动作循环图2.2设计要求具有两种控制选择，即加工时的连动循环及调整中的单机点动(快进、工进与快退)。有照明及必要的灯光显示。有必要的电气保护与联锁。2.3设计任务根据控制要求设计程序及必要的硬件系统。PLC选型及IO口分配、电器元件选择。绘制梯形图。设计并绘制以下工艺图纸中的一种：元器件配置图、底板加工图；控制面板布置及接线图、面板加工图；电气箱图，总接线图。编写设计、使用说明书、设计小结及参考资料目录。3电气控制设计3.1 电路电气原理设计 电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。在各种生产机械的电气控制中，无论在设计部门或者生产现场都得到广泛的应用。 绘制电气原理图应该遵循以下原则： 电气控制线路根据电路通过的电流大小分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边。控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触头等组成，用细线条画在原理图的右边。 电气原理图中，所有电气元件的图像，文字符号必须采用国家规定的统一标准。 采用元件展开图的画法。 所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 按照电路的分支线路，原则上按照动作先后的顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点需要用墨点标出。3.1.1电气控制主电路图图2 主电路电气原理图分析：在主电路中，熔断器FU1起着全电路的保护作用，防止电流过大造成设备毁坏以及不必要的损失。继电器KM1和KM4分别控制着主轴拖动电机和冷却泵拖动电机的启动和停止运行，这部分为点动运行。KM2控制铣刀架共进运行，KM3Z和KM3F分别控制着铣刀快进电动机的快进运行和快退运行，其原理是电流的方向发生便于控制着电动机的正反方向运行，这一部分既可以点动运行也可以自动循环运行。另外，热元件FR也对电动机起到保护作用。3.1.2控制电路图图3 控制电路图分析：闭合开关SQ，小灯泡亮，起到照明的作用。电路对共进电动机和快进电动机起到循环自动运行的控制作用，结合PLC编程程序进行运行。在如图SA所置的情况下，整个系统可进行手动控制，启动按钮SB2、SB3、SB4、SB5、SB7分别控制KM1、KM2、KM3Z、KM3F和KM4。 将SA合上，共进电动机和快进电动机进入自动循环状态。合上后，铣刀架快进拖动机进行运行，当铣刀架到达某个指定位置长挡铁压SQ1时，开关SQ1合上铣刀架共进拖动机停止工作，共进拖动电机进行工作。当工作一段路径后，SQ1被释放，共进拖动机停止工作，快进拖动机重新继续工作。当工作一段路径后，行程开关SQ2被压，快进拖动机正想运行停止工作，而快进拖动机在手动控制下迅速进入快退工作状态，直到回到初始状态压行程开关SQ3，系统进行下一阶段的循环工作。3.2 PLC选型及I/O口分配，控制梯形图本次设计采用S7-200 CPU221，具有6个输入口和6个输出口I/O口分配：I0.0，I0.1，I0.2，I0.3分别对应着压SQ1，放SQ1，压SQ2，压SQ3四个指定位置的信号输入。Q0.0，Q0.1，Q0.2控制共进，快进和快退的指示命令。控制梯形图：图4 控制梯形图3.3控制面板布置图 手动控制 自动控制主轴 冷却泵 快退 共进快进 OFF ON OFFON图5 控制面板布置图3.4电器元件的选择3.4.1 主轴拖动电动机（1.7kw,960r/min）共进拖动电动机（1kw,1440r/min） 快进拖动电动机（1kw,2860r/min） 冷却泵拖动电动机（0.125kw,2900r/min）3.4.2行程开关：SQ1，SQ2，SQ3，SQ43.4.2交流接触器：KM1,KM2，KM3，KM4 线圈电压380V3.4.3热继电器FR和断路器FU,照明灯，变压器TC3.4.4按钮开关SB1SB7，选择开关SA4设计小结此方案的应用是铣床在生产中发挥了更加高效的作用，解决了传统的方案中很难克服的缺陷，使得系统的应用范围大大扩大。通过这次课题的研究，也再一次是我认识到PLC在工业中的广泛应用，了解了我们所