M1432型万能外圆磨床电气与PLC控制要点

xxxx 学学 院院 学生课程设计说明书学生课程设计说明书 题 目：M1432 型万能外圆磨床电气与 PLC 控制 学生姓名： xxxx 学 号：xxxx 所在院(系)： 机 电 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 07 级 机 制 一 班 指 导 教 师： xxxx 职称： xxxxx 二 0 一 0 年 十二 月 二十三 日 xxxx 学院 机电一体化课程设计 攀枝花学院本科学生课程设计任务书攀枝花学院本科学生课程设计任务书 题题 目目M1432 型万能外圆磨床电气及 PLC 控制系统设计 1、课程设计的目的、课程设计的目的 学生在完成各综合课程学习的基础上，运用所学的电气、PLC 控制知识，机床知识，独立 完成组合机床电气 PLC 控制设计任务；从而使学生在完成机床电气及 PLC 控制的设计过程 中，强化机床电气及 PLC 控制的的掌握。能够对学生起到加深电气及 PLC 控制理论的掌握 和强化实际运用能力的锻炼。 2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） 1、 元件选型、绘制主电路原理图。 2、 完成 PLC 接口地址分配、外围线路、绘制 I/O 图。 3、 梯形图的设计。 4、 编写设计说明书 3、主要参考文献、主要参考文献 1 齐占庆主编.机床电气控制技术.北京：机械工业出版社，2005 2 李向东主编.电气控制与 PLC.北京：机械工业出版社，2005 3 吴丽主编.电气控制与 PLC 实用教程.河南郑州：黄河水利出版社，2005 4、课程设计工作进度计划、课程设计工作进度计划 内容学时 机床的主要结构及运动形式 6 分析机床对电气线路的主要要求 6 机床接触器一继电器控制电路概述 18 机床的 PLC 控制方案 36 M1432 型万能外圆磨床的 PLC 程序编制 36 PLC 电气控制系统电器元件的选择 18 合计3 周 指导教师指导教师（签字） 日期日期年 月 日 教研室意见：教研室意见： 年 月 日 学生学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日 xxxx 学院 机电一体化课程设计 I 摘摘 要要 由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作已远远达不到现代生产的要求。 因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技术改造，以可编程序控制器取 代常规的继电器，以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编程序控制器来 对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式成型平面磨床的工作原 理及用 PLC 进行改造设计的方法和设计步骤，并给出 PLC 编程程序梯形图。 改造后的磨床工作安全可靠，系统运行情况良好，磨削精度更高；利用 PLC 控 制磨床运行，实现了磨床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手 动控制和自动控制两种控制方式，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式； 提供过载，轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监 控。并因所吸工件的不同灵活调节电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。从而 实现了磨床运行的自动化。PLC 控制的特点使原机床控制大大的简单化,并且维 修方便,易于检查。节省大量的继电器元件,使机床的工作效率更高。该项技术还 可推广应用于其他辅机设备或其他领域的自动化控制改造中。 关键词关键词 可编程序控制器 PLC M1432 型万能外圆磨床 电气控制 xxxx 学院 机电一体化课程设计 II AbstractAbstract Many factories and enterprises in the age-old grinder, the work has been far below the requirements of modern production. It is essential to the old conventional motor control system for technological innovation, in order to replace the conventional PLC relay, in order to achieve automatic control of grinder. This article describes the use of programmable logic controller to control system on the surface grinder to modernize, a brief description of old- fashioned shape and surface grinder works to transform the use of PLC design methods and design procedures, and gives program PLC ladder programming. After transformation, the grinding work of safe and reliable, the system performed well, higher precision grinding; use of PLC controlled grinding machines to run, to achieve a grinding start, stop, failure to stop, emergency stop function, and have manual control and automatic control of two control way, according to operational requirements and flexible way to switch the control of grinding machines; provide overload, light load, phase and voltage unbalance protection; field displays the operation status of intelligent monitoring. And because of the different parts of the absorption of electromagnetic sucker flexible adjustment of the current, and shows the numerical size. The grinding operation in order to achieve automation. PLC control features that greatly simplify the original machine tool control, and easy maintenance, easy to check. Save a lot of relay components, so that the machine work more efficiently. The technology can also be applied to other auxiliary equipment or other areas of automation and control transformation. Keywords M1432 Type Universal Cylindrical Grinder PLC Electrical control xxxx 学院 机电一体化课程设计 III 目目 录录 摘要摘要 AbstractAbstract 1 1 绪论绪论1 2 PLC 电气控制系统总体设计电气控制系统总体设计 2 2.1 总体方案说明总体方案说明2 2.2 PLC 电气控制原理图设计电气控制原理图设计2 2.32.3 主要参数计算主要参数计算4 2.42.4 PLCPLC 控制电路设计控制电路设计4 3 3 绘制绘制 PLCPLC 控制接线图控制接线图6 4 4 PLCPLC 控制程序设计控制程序设计7 5 PLCPLC 外部电源设定外部电源设定 8 6 6 M1432M1432 型万能外圆磨床电气控制工艺设计型万能外圆磨床电气控制工艺设计10 7 7 参考文献参考文献12 8 小结小结13 9 致谢致谢14 xxxx 学院 机电一体化课程设计 1 1 1绪论绪论 现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零 件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通磨床已经越来越难以适应现代化 生产的要求，制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整 体效率和质量的竞争发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面 临知识技术产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、 性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷 先进的制造技术将成为企业赢得竞争和生存、发展的主要手段。但新机床购置 费用高，且生产准备周期长。因此对原有机床的现代化改造显得尤为重要。而 用 plc 改造老机床有很多优点：节省资金，减少投资额，交货期短 机床的 plc 改造，可大大减少资金的投入，同购置新机床相比，一般可节省 60 % 80 % 的费用，改造费用低。特别是大型、特殊设备尤为明显。一般大型机床改造， 只需花新机床购置费的 1/3。可以充分利用现有地基，不必像购入新设备那样 重新构建地基。 性能稳定可靠因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产 生应力变形而影响精度，且各部件已经长期磨合，使改造后的机床性能稳定可 靠，质量好，可作为新设备继续长期使用。可充分体现企业自身的意愿 企 业与改造人员可依照实际需要和机床长期使用的情况，在改造中提出对机床性 能、操作与维修等方面的改进意见，有权选择机械零部件、数控系统、电器设 备等的规格、型号、性能等。更有利于使用和维护。由于改造前机床已使用 多年，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短、见 效快。改造的机床一经安装好，就可实现全负荷运转。可以采用最新的控制 技术，提高生产效率。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自 动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。对复 杂零件而言，难度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约 了费用，而且可以缩短生产准备周期。提高产品质量，降低废品率，零件的加 工精度高，尺寸分散度小，使装配方便灵活。因此,继电器本身固有的缺陷,给 机床的安全和经济运行带来了影响,用 PLC 对磨床的继电器式控制系统进行改造 已是大势所趋。 xxxx 学院 机电一体化课程设计 2 2 2、PLCPLC 电气控制系统总体设计过程电气控制系统总体设计过程 2.12.1 总体方案说明总体方案说明 1) 油泵电动机、头架电动机、内圆砂轮电动机、外圆砂轮电动机、冷却 泵电动机分别由电动机 M1、M2、M3、M4、M5 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。 2.2 M1432 型万能外圆磨床型万能外圆磨床 PLC 电气控制原理图设计电气控制原理图设计 1. M1432 型万能外圆磨床接触器继电器控制电路概述 （1）电路设计 M1432 型万能外圆磨床接触器继电器控制电路原理图如图 5-1 所示。 从图 5-1 中可以看出，M1432 型万能磨床由五台电动机拖动，即油泵电动 机 M1、头架电动机 M2、内圆砂轮电动机 M3、外圆砂轮电动机 M4、冷却泵电 动机 M5。 从控制电路来看，M1432 型万能外圆磨床只有在油泵电动机 M1 启动运转 后，即电路图 13 区中接触器 KM1 的常开触点闭合后，其它的电动机才能启动 运行。 在控制电路中，SB1 为机床的总停止按钮；SB2 为油泵电动机 M1 的启动 按钮；SB3 为头架电动机 M2 的点动按钮；SB4 为内、外圆砂轮电动机 M3、M4 的启动按钮；SB5 为内、外圆砂轮电动机 M3、M4 的停止按钮；手动 开关 SA1 为头架电动机 M2 高、低速转换开关；SA2 为冷却泵电动机 M5 的手 动开关；行程开关 ST1 为砂轮架快速联锁开关；ST2 为内、外圆砂轮电动机 M3、M4 的联锁行程开关。 xxxx 学院 机电一体化课程设计 3 按下按钮 SB2，接触器 KM1 通电闭合并自锁，油泵电动机 M1 启动运转， 其它电动机即可启动。 按下按钮 SB3，头架电动机可点动。将手动开关 SA1 扳至“低”速挡，将砂 轮架快速移动操纵手柄扳至“快进”位置，液压油进入砂轮架移动驱动油缸，带 动砂轮架快速进给移动。当砂轮架接近工件时，压合行程开关 ST1，接触器 KM2 通电闭合，头架电动机 M2 低速运转。同理，将 SA1 扳至“高”速挡位置， 重复以上过程，头架电动机 M2 高速运转。 内、外圆电动机 M3、M4 的控制由行程开关 ST2 进行转换。当将砂轮架上 的内圆磨具往下翻时，行程开关 ST2 复位，按下按钮 SB4，接触器 KM4 通电 闭合，内圆砂轮电动机 M3 启动运行；当将砂轮架上的内圆磨具往上翻时，行 程开关 ST2 被压合，按下按钮 SB4，接触器 KM5 通电闭合，外圆电动机 M4 启动运转。 说明： 1) 主回路中交流接触器 KM1、KM2（KM3）分别控制油泵电动机 M1、头架电 图 5-1 M1432 型万能外圆磨床接触器继电器控制电路原理图 L3 QS L2 L1 FU1 FU2 KR2 KR1 KM1 KM3 KM2 KM2 KM3 KM 5 KM6 KM4 FU3 KR4 KR3 KR5 X XB PE TC FU6 FU4 FU5 110 V 6 V HL1 HL2EL SA3 KM1 KR1 KR2 KR3 KR4 KR5 SB 1 SB 2 KM 1 KM 1 KM2KM3 KM4YA KM5KM6 SB 3 SA1 KM3KM2KM5KM4 ST1 SB5 ST2 KM4 SB4 KM5 SA2 KM2 KM3 U1V1W1 U2V2W2 19 414 16 19 L12 L22 L32 L13 L33 L15 L35 L14L34 UWV L16 L36 L18 L38 L19 L39 L10L30 W4 V4U4 W3V3U3 W 5 V5 U5 L17 L37 1 3 5 7 9 11 13 15 17 0 101 103 105 203 205 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 45 L11 L21 L31 2 2 2 10 13 3 3 3 5 5 5 3 19 7 7 7 6 6 6 18 168 8 8 L23L25 L24 M1 3 M2 3 L26 M4 3 M3 3 M5 3 L27L28 L20 L29 24 V 201 12345678910111213141516171819 xxxx 学院 机电一体化课程设计 4 动机 M2；交流接触器 KM4、KM、KM6 分别控制内圆砂轮电动机 M3、外圆 砂轮电动机 M4、冷却泵电动机 M5。 2) 电动机 M1、M2、M3、M4、M5 由热继电器 KR1、KR2、KR3、KR4、KR5 实现过载保护。 3) QS 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。 2.3 主要参数计算主要参数计算 1) 断路器 QS 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。外圆磨床有 0.8kW 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 0.8kW 电动机选择自动开 关 QS 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 2.42.4 PLCPLC 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。 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。 控制系统的 I/O 点及地址分配： xxxx 学院 机电一体化课程设计 5 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KR1R5I0.0油泵电动机 M1接触器KM1Q0.0 总停止按钮SB1I0.1 油泵电动机 M1启动按钮SB2I0.2头架电动机 M2低速接触器KM2Q0.1 头架电动机 M2点动按钮SB3I0.3头架电动机 M2高速接触器KM3Q0.2 内、外圆电动机启动按钮SB4I0.4内圆砂轮电动机 M3接触器KM4Q0.3 内、外圆电动机停止按钮SB5I0.5外圆砂轮电动机 M4接触器KM5Q0.3 砂轮架快速联锁开关ST1I0.6冷却泵电动机 M5接触器KM6Q0.5 内外圆砂轮电动机联锁开关ST2I0.7油泵指示灯HL2Q0.6 头架电动机低速转换开关SA1I1.0电磁铁YAQ0.7 头架电动机高速转换开关SA1I1.1 冷却泵电动机 M5手动开关SA2I1.2 (1) 列出 M1432 型万能外圆磨床 PLC 的输入/输出点分配表，见表 5-1 M1432 型万能外圆磨床 PLC 的输入/输出点分配表： PLC 系统选型 从上面分析可知道，系统共有开关量输入点 11 个，开关联输出点 8 个，所 以选用 FX2N-48 继电器输出型。 xxxx 学院 机电一体化课程设计 6 3 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。下图为 M1432 型万能外圆型磨床 PLC 控制电路原理图。 2) KM2 和 KM3 接触器线圈支路与 KM4 和 KM5 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 M1432 型万能外圆磨床 PLC 控制 I/O 分配图： 1L I0.0 Q0.0 Q0.1 KM1 1M I0.1 Q0.2 Q0.3 SB2 KM2 KM3 Q0.5 Q0.6 Q0.4 2L Q0.7 I0.2 I0.3 ST1 I0.6 I0.5 2M I0.4 SB5 SB4 SB3 SA1 KR2KR1KR3 KR4KR5 ST2 I0.7 SA2 KM4 KM6 KM5 YA HL2 3M SB1 I1.0 I1.1 I1.2 xxxx 学院 机电一体化课程设计 7 4 4 PLCPLC 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。 xxxx 学院 机电一体化课程设计 8 5 5 PLCPLC 外部电源设定外部电源设定 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。 xxxx 学院 机电一体化课程设计 9 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，头架 电动机，及外圆砂轮电 动机 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，头架 电动机，及外圆砂轮电 动机 退磁 充磁？ 欠电压继电器得电 电 接通电源 断开电源 N Y Y N N Y Y Y N PLC 控制流程图 根据 M1432 型万能外圆磨床的控制要求，设计出 M1432 型万能外圆磨床 PLC 控制梯形图及指令语句表，如图 5-3 所示。 xxxx 学院 机电一体化课程设计 10 6 6 M1432M1432 型万能外圆磨床电气控制工艺设计型万能外圆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。本系统在外圆磨床现场设计安装的电器元件 Q0.2I1.0I0.6 I0.2 Q0.1 Q0.3 I0.4Q0.3Q0.4 Q0.0 Q0.6 I1.1Q0.1Q0.2 I0.7Q0.7I0.5 I1.0 Q0.0 Q0.0I0.0 Q0.1 I1.2 I0.4Q0.3 Q0.5 Q0.4I0.7 Q0.4 Q0.2 / / / / / / LD O AN LD LPS LD O ALD LPS A AN LPP A AN LRD AN LPS AN LD O ALD AN LPP LD O I0.1 Q0.0 I0.0 Q0.0 Q0.0 Q0.6 I0.6 I0.2 I1.0 Q0.2 Q0.1 I1.1 Q0.1 Q0.2 I0.5 I0.7 Q0.7 I0.4 Q0.3 Q0.4 Q0.3 I0.7 Q0.4 ALD A LPP LD O O ALD I0.4 Q0.4 I1.2 Q0.1 Q0.2 Q0.5 (a) (b) ANQ0.3 xxxx 学院 机电一体化课程设计 11 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-10 图-11 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，基本完成了外圆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 xxxx 学院 机电一体化课程设计 12 线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护。 电控箱电器面板元件布置图 电控箱电器板元件布置图 7 7 参考资料参考资料 【1】方承远 工厂电气控制技术 机械工业出版社 2000.4 xxxx 学院 机电一体化课程设计 13 【2】王淑英 电气控制与 PLC 应用技术 机械工业出版社 1998.7 【3】吴丽 电气控制与 PLC 应用技术 机械工业出版社 2001.3 【4】韩洪涛 机械