PLC课程设计说明书

1 PLC PLC 应用技术设计与实践应用技术设计与实践 课程设计说明书课程设计说明书 课课 题 题 车镗专机车镗专机 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 专专 业 业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级 级 姓姓 名 名 学学 号 号 指导老师 指导老师 2 目录目录 摘要摘要 4 4 1 1 方案确定 方案确定 5 1 11 1 车镗专机组合机床简介 5 1 1 11 1 1 车镗专机概述 5 1 1 21 1 2 车镗专机的基本组成 5 1 1 31 1 3 工件加工过程 6 1 1 41 1 4 车镗专机机床液压系统说明 7 1 21 2 车镗专机组合机床控制要求 7 1 31 3 方案确定 7 2 2 PLC 控制系统硬件电路设计 8 2 12 1 主电路 8 2 22 2 步进 PLC 的控制电路和信号电路 8 2 32 3 I O 接线图 9 2 3 12 3 1 I O 接线图 9 2 3 22 3 2 I O 接线图说明 9 3 3 PLC 控制系统程序设 计 10 3 13 1 自动控制程序 10 3 1 13 1 1 全自动循环控制程序 10 3 1 23 1 2 原位判断 11 3 23 2 手动控制程序 11 3 33 3 联锁 保护程序 11 第四章第四章 器件选择 12 4 14 1 接触器选择 12 4 24 2热继电器选择 13 4 34 3 熔断器选择 13 3 4 44 4 按钮的选择 14 第五章第五章 设计小结 15 附录附录 16 主控制图 16 控制电路 17 I O 接线 18 功能表图 19 PLC 程序 20 4 摘要摘要 镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度 光洁度要求较高的孔 以及各孔间的距离要求较为精确的零件 如一些箱体零件 属于精密机床 镗床除能完 成镗孔工序外 在万能镗床上还可以进行镗 钻 扩 车及铣等工序 因此 镗床的加 工范围很广 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 它采用可 以编制程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序运算 计时 计数和算术 运算等操作的指令 并能通过数字式或模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生 产过程 本次设计的目的 能够利用 PLC 进行车镗专机控制系统设计 通过 PLC 的硬件 电路 输入 输出设备和 PLC 的确定 I O 点的分配 主电路的设计 外控电路设计 控 制面板设计 和软件电路设计 PLC 功能表图和梯形图设计 通过在 PLC 上调试 训 练我们的动手能力和可编程序控制器实际应用能力 同时提高我们的独立分析 解决问 题的能力 为进一步系统的学习打下基础 车镗专机床是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工 同时对孔的右端面进行车 削加工的一种自动加工设备 本次课程设计基于三菱 FX 系列的 PLC 编写程序实现车镗 专机床的电气控制 机床由左右动力头 液压工作台 控制柜和液压站组成 其中液压 站由一台电动机拖动 左 右机械动力头各有一台主轴电动机 本机床拥有自动和手动 两种工作方式 自动工作方式是全自动循环 手动工作方式分为 左右主轴的手动对刀 左右主轴的的快进与快退手动 本机床控制速度快 维护性较好 提高了工作效率且具 备良好的经济性 关键字关键字 车镗专机 车镗专机 PLCPLC 液压 液压 5 1 1 方案确定方案确定 1 11 1 车镗专机组合机床简介车镗专机组合机床简介 1 1 11 1 1 车镗专机概述车镗专机概述 车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工 同时对孔的右端面进行车削加 工的一种自动加工设备 工件示意图 1 1 工件示意图 1 1 21 1 2 车镗专机的基本组成车镗专机的基本组成 车镗专机的基本组成如图 1 2 1 3 1 4 所示 左 右机械动力头各有三台电动机 快速电动机 工速电动机 主轴电动机 液压站由一台电动机拖动 图 1 2 车镗专机的基本组成示意图 控制柜液压站 左动力头 工作台 液压 右动力头 6 图 1 3 车镗专机床床身结构示意图 图 1 4 机械动力滑台转动示意图 图 1 4 机械动力滑台转动示意图 1 1 31 1 3 工件加工过程工件加工过程 加工过程如图所示 操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中 在其他准备工 作就绪后 发出加工指令 按下启动按钮 X0 工件自动夹紧 压力继电器动作 左 右协力头同时开始镗销加工 左动力头快进至左共进点 X2 转换成工进至左终点 X3 后 快退回原位至 X1 而右动力头快进至右共进点 X5 转换成工进至右终点 X6 后还应进行 右端面的车削加工 车刀横进至 X10 横退 后才快退至右原点 X4 当两动力头都退回 7 原位 松开工件 一个自动工作循环就结束了 1 1 4 车镗专机床液压系统说明 车镗专机床中对工件的夹紧与松开 车刀的横进与横退都是由液压系统实现的 其 系统元件如表 1 所示 表1 车镗专机床液压系统系统元件表 注 表中 表示得电 表示失电 1 21 2 车镗专机组合机床控制要求车镗专机组合机床控制要求 1 本系统有三台电机 油泵电机 右主轴电机 左主轴电机 2 具有自动返回原位功能 当在自动循环过程中突然停电 若重新得电启动油泵 电机 都能进行回原位 3 由液压系统实现加工工件的夹紧与松开 4 有自动和点动两种工作方式 自动包括全自动循环 断左机 断右机 手动工 作方式包括左 右主动轴的点动对刀 左 右动力头的快进与快退点动 手动松开工件 手动移位等 5 油泵起动后 液压系统要有一定的压力缓冲 才允许开始工作 6 具有电源 油泵工作 原位 工作指令等信号的指示 7 具有照明和必要的联锁环节和保护环节 8 1 31 3 方案确定方案确定 根据老师的要求和设计所要实现的目的 采用 PLC 控制 确立了如下的设计方案 1 首先各个电机需要有过流 过载保护 一组熔断器可以保护多台容量相近的电 动机 所以必须对这些元器件进行选择分析 避免使用多余的护器件 达到节约的目的 其中主要用到的是熔断器和热继电器 2 手动与自动互不干扰 互不影响 手动工作方式采用经验设计法实现 自动工 作方式采用顺序控制法步进指令实现 3 对于急停功能我们采用的是让油泵电机停止运行 达到急停的效果 因此对于 急停功能的处理就不进 PLC 还有照明电路 油泵控制电路和一些指示电路是为了工作 的方便而设计的电路 也不进入 PLC 这样减少了 PLC 设计时候的输入点 4 自动加工开始前进行原位判断 点动功能应具有限位保护功能 2 2 PLCPLC 控制系统硬件电路设计控制系统硬件电路设计 2 12 1 主控制电路主控制电路 主控制电路 如图 2 1 由 3 台电机控制 M1 为油泵电机 M2 控制左主轴的转动 M 3 控制右主轴的转动 分别由接触器 KM1 KM3 的主触点控制 其中 KM1 触点闭合 油 泵电机工作 KM2 触点闭合 左主轴电机转动 KM3 触点闭合 右主轴电机转动 熔断 器在电路中起短路保护作用 其中 FU1 对三台电机起保护作用 FU2 保护 M1 油泵电机 热继电器 FR1 FR3 分别对三台电动机负载的过载保护 主电路图见附图 主电路图 各车镗专机电机 电磁阀参数如下 设备名称参数 左 右主轴电机5 5KW 1440 转 分 380V 12 5A 油 泵 电 机2 2KW 1440 转 分 380V 4 9A 电磁阀 24V 0 6A 14 4W 2 22 2 不进不进 PLCPLC 的辅助控制电路和信号电路的辅助控制电路和信号电路 对于一些电路是不用进 PLC 的 例如 指示灯和照明电路 统一采用安全电压直流 24V 电压供电 直流 24V 由三相电源相电压交流 220V 通过交流变压器降压得到一个稳定 的 24V 直流电源 9 由于工件夹紧 松开均是由液压控制 所以油泵电机是否正常工作十分重要 如果 油泵电机不在正常工作状态 应该将所有的工作都停止 也就是油泵电机的停止按钮可 以等效与急停按钮 系统开始运行的条件就是油压到达一定压力后 系统才能开始进行 正常的工作 所以油泵电机的启动按钮 可以等效成整个车床的开始按钮 控制电路图 见附图 控制电路图 2 32 3 I OI O 接线图接线图 2 3 12 3 1 I OI O 接线图 如附录所示 接线图 如附录所示 2 3 22 3 2 I OI O 接线图说明 接线图说明 按照设计的要求 本课题设计中采用三菱 FX0N 系列 PLC 本系统有自动和手动两种 工作状态 然后列出 I O 的分配图如表 2 X0SB1 启动按钮 X1SQ1 左行程开关 X2SQ2 左工位行程开关 X3KP3 左终点行程开关 X4SQ3 右原点行程开关 X5SQ4 右工位行程开关 X6KP4 右终点行程开关 X7SQ5 横进原点行程开关 X10SQ6 横进终点行程开关 X11KP1 压力继电器 油压 X12KP2 压力继电器 夹紧 X13手动 自动转换开关 X14SB2 左快进按钮 X15SB3 左快退按钮 X16SB4 右快进按钮 X17SB5 右快退按钮 X20手动夹紧 松开 X21SA2 断左机 X22SA3 断右机 10 X23SB6 左对刀按钮 X24SB7右对刀按钮 Y0KA1 线圈 工件夹紧 Y1KA2 线圈 工件松开 Y2YV8 线圈 左快进 Y3YV9 线圈 左快退 Y4YV10 线圈 左工进 Y5YV11 线圈 右快进 Y6YV12 线圈 右快退 Y7YV13 线圈 右工进 Y10YV6 线圈 车刀横进 Y11YV7 线圈 车刀横退 Y12工作指示灯 Y13原位指示灯 Y14KM2 线圈 控制左主轴电机 Y15KM3 线圈 控制右主轴电机 表 2 I O 资源分配图 3 3 PLCPLC 控制系统程序设计控制系统程序设计 3 1 自动控制程序 3 1 1 全自动循环控制程序 全循环过程 当检测到油压信号 X11 到时 工件夹紧 将手 自动切换按钮 X13 切 到自动档 这时候判断左动力头 右动力头 横刀是否都在原位 若原位指示灯 Y13 得 电 有亮 则判断四个此时都在原位 若原位指示灯不亮 Y13 失电 则判断四个当中 至少有一个不在原位 需进行原位复位 如果在原位 则执行工件松开 Y1 得电 当 按下启动开关 X0 工件夹紧 工件夹紧信号 X12 到位 接下来选择断左机工作 断 右机工作或两边同时工作 断左机 Y5 得电先右快进至共进点 X5 Y7 得电进行右共 进至右终点 X6 Y10 得电进行横进至横进终点 X10 Y6 和 Y11 得电进行右快退和 横退至右原点 X4 断右机 Y2 得电先左快进至共进点 X2 Y4 得电进行左共进至 左终点 X3 Y3 得电进行左快退至左原点 X1 当两边同时工作时 就执行上述的所 有过程 当左右动力头到达原点时 工作指示灯熄灭 Y12 失电 至此工件完成了一次 11 全循环的加工过程 3 1 2 原位判断 首先上电 当油压信号到之后 判断手自动开关是接到自动还是手动 然后决定是 进入手动还是自动 进入自动之后 首先进行判断左 右动力头以及横刀是否处于原位 采用经验设计方法直接进行左快退 右快退 横退 避免出现原本就已经在原位的情况 串联其原位触点的常闭开关 3 23 2 手动控制程序手动控制程序 手动 点动工作也是用 PLC 程序来控制的 点动分为2台主轴电机均能手动对刀 手动快 进 手动快退和工件的手动松开等 用相应的按钮来控制其点动 以下程序为程序控制 的右主轴点动 左快进点动和手动松开 其中有快进和快退的互锁保护和左 右动力头 的限位保护 3 33 3 联锁 保护程序联锁 保护程序 如上图 3 6 联锁 保护程序是为了避免在程序运行中 出现误动作时不会引起硬 件的误动作 避免不必要的损失 在本程序中要联锁和保护的是在左右快速电机快进和 快退及原位判断时左快退 右快退 横退 如下图程序所示进行联锁 12 图3 6右快进 右快退程及原位判断程序中联锁 保护程序设计 由于工件夹紧 工位移动都是依靠液压来实现 所以对于油压信号 是否达到十分重要 如果油压未达到预期值 则工件无法实现夹紧 工件加工会出现事 故 所以当油压降低时 应停止所有操作 等待油压信号 因为油压降低后 工件出现 松动 再次夹紧会影响工件加工的精度 所以每次油压降低后 应会原位 重新摆放工 件位置 或者换个工件进行加工 4 4 器件选择 器件选择 4 14 1 接触器选择接触器选择 1 接触器分直流和交流接触器两大类 以接触器的主触点所能通断的负载类型为依 据进行选择 本次液压车镗专机使用电机主电路采用 Y 型联结 即额定电压为 220V 交 流电压驱动 因此选用交流接触器 2 交流接触器按负荷种类一般分为一类 二类 三类和四类 分别记为 AC1 AC2 AC3 和 AC4 其中 AC3 类的典型用途是笼型感应电动机的运转和运行中分断 适用于本次液压车镗专机的使用 3 按实际情况选择接触器额定参数 1 选择左 右电动机接触器 13 电动机的规格是品名 5 5KW 1440 转 分 380V 12 5A 接触器主触点额定电流等于或稍大于电动机的额定电压和额定电流即可 即大于等 于 12 5A 考虑接触器的容量等级 应使它与被控制电动机的容量相当 即约 7 5kw 接触器线圈额定电压应为 2200V 由控制回路的电压决定 综上 可以选择 CJ20 25 接触器 2 选择油泵电动机接触器 电动机的规格是品名 2 2KW 1440 转 分 380V 4 9A 接触器主触点额定电流等于或稍大于电动机的额定电压和额定电流即可 即大于等 于 4 9A 考虑接触器的容量等级 应使它与被控制电动机的容量相当 即约 3 0kw 接触器线圈额定电压应为 220V 由控制回路的电压决定 综上 可以选择 CJ20 6 3 接触器 4 24 2 热继电器选择 热继电器选择 4 2 热继电器选择 热继电器主要用作电动机的过载保护 所以应按电动机的工作环境 起动情况 负 载性质等因素来考虑 液压车镗专机三种电动机均选用带断相保护装置的三相结构热继 电器 在三相异步电动机电路中 对 Y 联结的点动机可选择两相或三相感应电动机的热 继电器 一般采用两相结构的热继电器 即在两相主电路中串联热元件 1 选择左 右镗刀电动机热继电器 整定电流 一般可按下式选取 IN 0 95 1 05 INM 取系数为 1 即热继电器整 定电流值为约 12 5 1 12 5A 确定热继电器整定电流后 可依此电流去选择热元件的整 定电流为 10 12 14A 即确定热元件的代号为 4S 选择 JR20 16 热继电器 2 选择油泵电动机热继电器 整定电流 一般可按下式选取 IN 0 95 1 05 INM 取系数为 1 即热继电器整 定电流值为约 4 9 1 4 9A 确定热继电器整定电流后 可依此电流去选择热元件的整定 电流为 4 5 6A 即确定热元件的代号为 11R 选择 JR20 10 热继电器 4 3 熔断器选择 熔断器选择 熔断器的主要技术参数有额定电压 额定电流 熔断器的额定电流 熔体的额定电 流 极限分断能力等 所以应根据负载的保护特性和短路电流大小来选择熔断器的类 14 型 选择要求 熔体额定电流与负载大小 负载性质有关 A 对于一般照明电路 电热电路等负载 可按负载电流大小来确定熔体的额定电流 B 对于电动机负载 单台 IRN 1 5 2 5 IN 多台 IRN 1 5 2 5 INM IN 1 熔断器额定电压 主电路的熔断器 FU1 FU2 额定电压为 220V 2 熔断器额定电流 油泵电机熔断器 FU2 IN 2 4 9 9 8A 左 右电动机熔断器 FU1 IN 2 12 5 12 5 4 9 42 4A 3 是否带指示等功能 由于本设计带有电源指示灯等 故无需带指示功能 4 综上所述选择熔断器 FU1 选用 RT28 63 16A FU2 选用 RT28 63 50A 4 4 按钮的选则 按钮的选则 1 按钮的使用场合 2 左右主电机和油泵电机额定工作电压为 220V 的交流电 工作地没有显著的摇动 冲击振动