数控技术课程设计-：主轴系统plc设计

1 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 学生姓名 学 号 学 院 机械工程与自动化学院 专 业 机械设计制造及其自动化 题 目 数控技术课程设计 主轴系统的 PLC 控制设计 指导教师 指导教师 职称职称 职称职称 2009 年 12 月 23 日 课程设计任务书 2009 2010 学年第 1 学期 2 学 院 机械工程与自动化学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 学 号 课程设计题目 数控技术课程设计 主轴系统的 PLC 控制设计 起 迄 日 期 12 月 23 日 12 月 31 日 课程设计地点 机械工程与自动化学院机械工程系 指 导 教 师 系 主 任 下达任务书日期 2009 年 12 月 23 日 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 1 设计目的 通过对某数控机床主轴系统的 PLC 控制设计 使学生熟练掌握 PLC 在数控机床主 轴系统的控制作用 动作顺序与原理 并学会应用 PLC 3 2 设计内容和要求 包括原始数据 技术参数 条件 设计要求等 主轴的控制包括正转 反转 停止 制动和冲动 要求 当按下正转按钮时 电动机正转 按下反转按钮时 电动机反转 当按下停止按钮时 电动机停止 并控制制动器制动 2S 按下冲动按钮时 电动机正转 0 5s 然后停止 电动机过载报警后 正 反转按钮 冲动按钮均无效 通过本课程设计 完成 输入输出信号分析与 PLC I O 分配图 PLC 选型 主要元器件型号的选择 主接线图设计 完成梯形图设计并完成相应指令 3 设计工作任务及工作量的要求 包括课程设计计算说明书 论文 图纸 实物样品等 要求独立完成主轴系统的 PLC 控制设计 包括程序的编制和调试 并根据规定 格式完成课程设计说明书的撰写 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 4 主要参考文献 4 要求按国标 GB 7714 87 文后参考文献著录规则 书写 例 1 傅承义 陈运泰 祁贵中 地球物理学基础 北京 科学出版社 1985 5 设计成果形式及要求 提交课程设计说明书一份 要求与本设计任务书一块装入档案袋中 在档案袋上写 上自己的班级学号 姓名 6 工作计划及进度 2009 年 12 月 23 日 资料查阅 12 月 24 日 12 月 30 日 分析 设计 绘图 12 月 31 日 答辩 系主任审查意见 签字 年 月 日 5 目录目录 一一 目的与要求目的与要求 二二 输入输出信号分析与输入输出信号分析与 PLC I O 分配图分配图 三三 plc 的选型的选型 3 1PLC 的类型的类型 3 2 输入输出模块的选择输入输出模块的选择 3 3 存储器的选择存储器的选择 3 4 电源的选择电源的选择 四四 主要元器件的型号选择主要元器件的型号选择 五五 主接线图的设计主接线图的设计 六六 梯形图设计梯形图设计 七七 指令表指令表 八八 总结总结 九九 参考文献参考文献 6 一一 目的与要求目的与要求 通过对某数控机床主轴系统的 PLC 控制设计 使学生熟练掌 握 PLC 在数控机床主轴系统的控制作用 动作顺序与原理 并学会 应用 PLC 主轴系统的 plc 控制 主轴的控制包括正转 反转 停止 制动和冲动 要求 当按下正转按钮时 电动机正转 按下反转按钮时 电动机反转 当按下停止按钮时 电动机停止 并控制制动器制动 2S 按下冲动按钮时 电动机正转 0 5s 然后停止 电动机过载报警后 正 反转按钮 冲动按钮均无效 通过本课程设计 完成 输入输出信号分析与 PLC I O 分配图 PLC 选型 主要元器件型号的选择 主接线图设计 完成梯形图设计并完成相应指令 要求独立完成主轴系统的 PLC 控制设计 包括程序的编制和调试 并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写 二二 输入输出信号分析与输入输出信号分析与 PLC I O 分配图分配图 通过对输入输出信号分析画出表格 7 输入信号输出信号 名称代号输入点编 号 名称代号输出点编 号 热继电器FRX3电动机正 转 KM1Y0 主轴正转SB1X4电动机反 转 KM2Y1 主轴翻转SB2X5电动机制 动 KM3Y2 主轴停止SB3X6刀具松紧KM4Y3 主轴冲动SB4X7 外部接线图 8 三三 plc 的选型的选型 PLC 是 20 世纪 70 年代以来以微处理器为核心 综合计算机技术 自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制 被广 泛应用于各个领域 因为它具有几个突出的特点 可靠性高 抗干 扰强 编程简单 易于掌握 功能完善 灵活方便 体积小 质量 轻 功耗低 I O 点数估算时应考虑适当的余量 通常根据统计的输 入输出点数 再增加 10 20 的可扩展余量后 作为输入输出点 数估算数据 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储 单元大小 程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大 9 小 因此程序容量小于存储器容量 设计阶段 由于用户应用程序 还未编制 因此 程序容量在设计阶段是未知的 需在程序调试之 后才知道 为了设计选型时能对程序容量有一定估算 通常采用存 储器容量的估算来替代 PLC 选型原则 一 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 二 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 10 是否需要扩展机架或远程 I O 机架等 三 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 如果 PLC 本身带有可使用电源时 应核对提供的 电流是否满足应用要求 否则应设计外接供电电源 为防止外部高 压电源因误操作而引入 PLC 对输入和输出信号的隔离是必要的 有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离 四 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 综上所述 在此次课程设计中我选用 FX2N 48MR 因为它的编程相对简单易 懂 是理想的可编程控制器 而在设计中的 I O 点数在 48 以下 则 用的是微型 PLC 其基本单元中的输入点按照 X000 X007 X010 X017 这样的八进制进行编号 而输出点按照 YOOO Y007 Y010 Y017 这样的八进制进行编号 内部继电器可多次使 用 定时器将 1ms 10ms 100ms 等脉冲进行加法计数 计数器可进行 向上向下计数 11 四四 主要元器件的型号选择主要元器件的型号选择 文字符号名 称 型号规格 M1 M2主 轴 电 机 JO2 72 430Kw 1470r mi n KM1 KM2 KM3 KM4交 流 接 触 器 CJ0 7575A 线圈电压 220V FR热 继 电 器 TK E02R C 10A 线圈电压 220V FU FU1 熔 断 RM1 100 12 器 QS断 路 器 式 刀 开 关 3VU16 SB1 SB2主 轴 电 动 机 启 动 按 钮 LA8 1 SB3主 轴 电 LA8 1 13 动 机 停 止 按 钮 SB4主 轴 电 动 机 的 冲 动 按 钮 LA8 1 五五 主接线图的设计主接线图的设计 14 六六 梯形图设计梯形图设计 主要控制 正转 反转 冲动 15 七七 指令表指令表 7 1 主轴电动机正转控制 按下主轴电动机正转启动按钮 SB1 第一逻辑行中 X0 闭合 Y0 接通 并自锁 T0 接通并开始计时 第 3 逻辑行 X0 闭合 通用继电器 M1 接通 第 2 逻辑行 Y0 常闭触点闭合 通用继电器 M0 接通 第 5 逻辑行 M0 M1 常开触点闭合 Y3 接通 主轴电动机正向启运转 当主轴电动机正向旋转速度达到一定值时 第 6 逻辑行 X11 常开触 点闭合 为主轴电动机正向旋反向制动作好准备 T0 计时 5 秒后动 作 第 9 逻辑行 T0 常开触闭合 接通 Y5 电流表 A 开始监测主轴 电动机的电流 16 7 2 主轴电动机反转控制 按下主轴电动机正转启动按钮 SB2 第 2 逻辑行中 X1 闭合 Y0 接通并自锁 T0 接通并开始计时 第 4 逻辑行 X1 闭合 通继电器 M2 常开触点闭合 Y4 接通 Y 4 接通 主轴电动机反向起动运转 当主轴电动机反向旋转速度达到一定值时 第 5 逻辑行 X12 常开闭 合 为主轴电动机反向制动做好准备 T0 计时经过 5 秒后动作 第 9 逻辑行常开触点闭合接通 Y5 电流表 A 开始监测主轴电动机 的电流 7 3 主轴电动机点动控制 按下主轴电动机点动控制按钮 SB6 第 5 逻辑行常开触点闭合 Y3 接通 主轴电动机串电阻 R 起动运行 7 4 主轴电动机正向启动运行反向制动停止控制 当 Y0 Y3 T0 Y5 闭合 主轴电动机正向运转时 按下停止 按钮 SB4 第第一逻辑行 X3 常闭触点断开 Y0 T0 失电 第 3 逻 辑行 X3 常闭点断开 M1 失电 而第 5 逻辑行 M1 常开触点复位 断开 Y3 失电 主轴电动机停止正转 同时 第 6 逻辑行 X3 常 开触点闭合 Y4 接通 给主轴电动机通入反转电源 使之产生一个 反转力矩制动主轴电动机的正向旋转 主轴电动机的正转速度迅速 下降 当正转速度下降至一定速度时 速度继电器 KS1 触点断开 X11 常开触点复位断开 Y4 断电 完成主轴电动机的正向启动运行 反向制动停止过程 7 5 主轴电动机反向启动正向制动停止控制 17 当 Y0 Y4 T0 Y5 闭合 主轴电动机反向运转时 按下停止按钮 SB4 第一逻辑行 X3 常闭触点断开 Y0 T0 失电 第 4 逻辑行 X3 常闭点断开 M2 失电 第 6 逻辑行 M2 常开触点复位断开 Y4 失电 主轴电动机停止反转 同时 第 5 逻辑行 X3 常开触点 闭合 Y3 接通 给主轴电动机通入正转电源 使之产生一个正转力 矩制动主轴电动机的反向旋转 主轴电动机的反转速度迅速下降 当反转速度下降至一定速度时 速度继电器 KS2 触点断开 X12 常 开触点复位断开 Y3 掉电 完成主轴电动机的反向启动运转正向制 动停止过程 指令如下 LD X0 OR X1 OR M0 ANI X3 AND X3 OUT Y0 OUT T0 K50 LD Y0 OUT M0 LD X0 OR M1 18 ANI X3 OUT M1 LD X1 OR M2 ANI X3 OUT M2 LD M0 AND M1 OR X5 LD X3 OR Y3 AND X12 ORB AND X7 ANI Y4 OUT Y3 LD M0 AND M2 LD X3 OR Y4 AND X11 ORB 19 AND X7 ANI Y3 OUT Y4 LD X2 OR Y1 ANI X5 AND X10 OUT Y1 LD X6 OUT Y2 LD T0 OUT Y5 END 八八 总结总结 课程设计 让我们有很多的机会实际运用一下所学的知识 在对 电气原理图 安装图等的绘制与分析 对 PLC 编程与调试等过程中 提高了我们的动手能力及解决实际问题的能力 在这次学习后 我对接触器控制 PLC 程序控制两者不同之处有了 深刻的体会 接触器控制具有自动控制方法简单 工作可靠 成本 低等特点 大多是用于有触点控制系统 适用于固定动作要求的控 制设备 一旦工作中发生程序变化 错误 就需要重新配线 比较 20 麻烦 不适用与较复杂和控制要求经常改变的场合 PLC 程序控制 是在计算机技术基础上发展起来的一种工业自动控制 它编程简单 动作可靠且动作顺序变更容易 一旦工作中发生程序变化 只要改 变程序结构即可 因此