某组合机床的电气控制系统设计

1、电气控制与PLC课程设计说明书题 目： 某组合机床的电气控制系统设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 评语：成绩：指导老师签名： 日期： 目 录 1 系统概述.2 1.1 研究背景和意义.2 1.2 设计任务及其要求.22 方案论证.3 2.1 方案一.3 2.2 方案二.3 2.3 方案三.4 2.4 方案确立.43 硬件设计.43.1系统的原理方框图.43.2 主电路.53.3 I/O分配.83.34I/O接线图.93.5 元器件选型.114 软件设计.134.1主流程.134.2梯形图.155 系统调试.16设计心得.17参考文献.18附电气控制原理图.1901 系统概述1.

2、1 研究背景和意义组合机床，以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。在组合机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，提高了生产效率和降低成本。因此组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在组合机床上进行加工。 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制

3、造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。1.2 设计任务及其要求如图1.1所示为某一组合机床的示意图，左面为1#箱体移动式动力头。主轴电机M1为5.5KW、1440转/分钟，1#箱体的进给电机为M3为1.5KW、145

4、0转/分钟，工进与快进采用电磁铁YV1（DC24V，10W）进行切换；右面为2#箱体移动式动力头。主轴电机M2为5.5KW、1440转/分钟，2#箱体的工作进给电机为M4，为1.5KW、1450转/分钟，工进与快进采用电磁铁YV2（DC24V，10W）进行切换。SQ1为左动力头的原位限位，SQ3为左动力头的快进限位，SQ5为左动力头的工进限位，SQ2为右动力头的原位限位，SQ4为右动力头的快进限位，SQ6为右动力头的工进限位。 图1.1 某组合机床示意图 具体要求如下： 1.左、右两动力头均要求快进工进快退的工作循环。 2.可使左、右两动力头同时工作，也可进行单独调整。 3.加工过程中需要进行

5、冷却。 4.应有电源有信号指示，动力头正在工作信号指示。 5.应有局部照明必要的保护环节。2方案论证2.1方案一组合机床的电气控制系统可以采用继电器接触器电气控制系统。继电器接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来，一直是机电控制的主流，它结构简单、使用方便、价格低廉，因此使用广泛，受到人们的喜爱。但是它的缺点也很明显：动作速度慢、可靠性差，精度不高。采用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现，是的继电器接触器的控制方式更加逊色。继电器接触式控制系统采用硬接线逻辑，连线复杂、体积大、功耗也大，因此该控制系统的灵活性差，扩展性也不好，继电器接触式控制系统还存在触点抖动和触点拉弧等问题。另外，继电器接触

6、式控制系统使用了大量的机械触点，连线也比较多，触点开闭时会受到电弧的损坏，寿命短，因而该控制系统可靠性差，并且其可维护性也不好。2.2方案二组合机床的电气控制系统也可以采用单片机系统控制。单片机具有结构简单，使用方便，体积小，价格便宜等优点，经常用于数据采集和工业控制当中。但是，单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的，因此使用单片机控制来实现自动控制，需要掌握汇编语言或C语言，编程复杂，需要长时间地学习。除此之外用单片机实现自动控制现场调试也比较繁琐，单片机的抗干扰能力也不强。2.3方案三组合机床的电气控制系统可以采用PLC控制系统来实现。PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运

7、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。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。因此采用PLC控制系统可靠性高，使用方便，安装简单，编程也简单，容易维修。2.4 方案确立综上所述，组合机床的控制系统应该采用方案三PLC控制系统。PLC功能完善，易于编程，组合灵活，扩展方便，实用性强；抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型；PLC各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障

8、，PLC还有强大的自检功能，这为它的维修提供了方便；另外环境要求也低，PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作，这也是PLC产品的市场生存价值。另外，针对组合机床的电气控制系统，虽然PLC的价格高一些，但良好的稳定性和高度的可靠性可确保机床在加工零件时的精度，所以决定采用PLC控制系统来实现。3 硬件电路设计3.1系统的原理方框图 图3.1 系统原理方框图3.2主电路 根据设计要求，主电路大致可以分为三个部分。首先看第一部分，主轴电机。由要求可知主轴电机工作方式有两种：正转、反转。因此根据不同的工作要求，主轴电机的转向不同。又因为主轴电机的功

9、率较小，只有5.5KW，故可以直接启动。其主电路图如下3.2所示。 图3.2 主轴电机电路图当KM1、KM2的线圈得电吸合分别使电机M1、M2正转；当KM9、KM10的线圈得电吸合分别是电机M1、M2反转。通过PLC的输出就可以使不同的接触器线圈得电，从而使电机的转向不同。其次看第二部分，快速电机和进给电机。根据设计要求知左、右两动力头均要求快进工进快退的工作循环，并且左、右两动力头可以同时工作，也可进行单独调整。所以就要求快速电机和工作进给电机M3、M4能够正反转。其主电路如下图3.3所示。 图3.3 快速电机和进给电机由设计要求可知，冷却泵应该分为左右两个即M5,M6两个，能够正传即可，冷

10、却泵电路图如图3.4所示。 M5 M6 图3.4 冷却泵电路图最后看第三部分，照明电路和信号指示部分。当机床工作时，为了警告旁人不要误动作，故要有信号指示说明，告诉别人正在进行工作，不要误动作。信号指示也能显示机床是否是在正常工作、有无问题。有时候需要晚上工作，所以需要必要的照明，指示信号灯电路如图3.5所示。 图3.5 指示信号灯 指示灯分别与与之对应的接触器的常开触点连接，当接触器的线圈得电，其常开触点闭合，通过6.3V电压使之亮。KM1、KM9分别是控制M1的正反转的接触器；KM2、KM10分别是控制M2的正反转的接触器；KM3、KM4分别是控制左右工进电机正转的接触器。 照明电路如下图

11、3.6所示： 图3.6 照明电路3.3 I/O分配 因采用PLC控制，需分配其I/O点，它决定着系统如何工作,该系统的I/O口分配如下表3.7所示。 表3.7 I/O口地址分配表输入地址号信号名称输出地址号 信号名称X0左动力头正转启动按钮Y0M1主轴正转（KM1）X1左动力头反转启动按钮Y1M1主轴反转（KM9）X2左动力头停车按钮Y2M3工进正转（KM3）X3左动力头冷却泵启动Y3YV1快进（YV1）X4左动力头快进限位Y4YV2快退（YV2）X5左动力头工进限位Y5左冷却泵（KM11）X6左动力头原位限位Y6M2主轴正转（KM2）X7左动力头快进按钮Y7M2主轴反转（KM10）X10左动

12、力头快退按钮Y10M4工进正转（KM4）X11右动力头正转启动按钮Y11YV1快进（YV1）X12右动力头反转启动按钮Y12YV2快退（YV2）X13右动力头停车按钮Y13右冷却泵（KM12）X14右动力头冷却泵启动X15右动力头快进限位X16右动力头工进限位X17右动力头原位限位X20右动力头快进按钮X21右动力头快退按钮3.4 I/O接线图 该系统PLC的I/O接线图如下图3.8所示。 图3.8 I/O接线图注：接触器的线圈通过接220V电压与PLC的输出端和COM端相连。按钮和开关与输入端和COM端相连。3.5 元器件选型本机床控制系统采用的是日本三菱公司的FX2N系编程控制器，根据设计

13、的机床控制系统对输入输出的要求，本机床控制系统设计选择了日本三菱公司生产的FX2N系列可编程控制器中的FX2N48MR-001,如下图3.9所示。该型号的输入点数24个，输出点数24个，不但满足本系统的输入输出点数要求，而且为以后本机床的控制系统的升级改造留有一定的系统扩展空间。 图3.9 FX2N-48MR-001元器件清单表如下表3.10所示： 表3.10 元器件清单表代 号名 称型 号 及 规 格用 途数量价格PLC三菱可编程控制器 FX2N-48MR-001编程控制15490元M1三相交流异步电动机Y132S-4 5.5KW 380V 1440r/min主电动机1850元M2三相交流异

14、步电动机Y132S-4 5.5KW 380V 1440r/min主电动机1850元M3三相交流异步电动机Y90S-2 1.5KW 380V 1450r/min快速工进电动机1380元M4三相交流异步电动机Y90S-2 1.5KW 380V 1450r/min快速工进电动机1380元M5三相交流异步电动机Y132S-4 5.5KW 380V 1440r/min左冷却泵1850元M6三相交流异步电动机Y132S-4 5.5KW 380V 1440r/min右冷却泵1850元FU1熔断器RL1-15 15A主电动机过载保护110.5元FU2熔断器RL1-15 15A主电动机过载保护110.5元FU3

15、熔断器RL1-15 15A快速工进电动机过载保护110.5元FU4熔断器RL1-15 15A快速工进电动机过载保护110.5元FU5熔断器RL1-15 15A左冷却泵过载保护110.5元FU6熔断器RL1-15 15A右冷却泵过载保护110.5元KM1交流接触器CJ10-75A 线圈电压220V控制M1正转185元KM2交流接触器CJ10-75A 线圈电压220V控制M2正转185元KM3交流接触器CJ10-40A 线圈电压220VM3工进185元KM4交流接触器CJ10-40A 线圈电压220VM4工进185元KM9交流接触器CJ10-75A 线圈电压220V控制M1反转185元KM10交流

16、接触器CJ10-75A 线圈电压220V控制M2反转185元 YV1电磁铁DC24V,10W控制M3快进140元YV2电磁铁DC24V,10W控制M4快进140元FR1热继电器JR10-60 52.5AM1过载保护131元FR2热继电器JR10-60 52.5AM2过载保护131元FR3热继电器JR10-10 *14 7.20AM3过载保护123元FR4热继电器JR10-10 *14 7.20AM4过载保护123元FR5热继电器JR10-60 52.5AM5过载保护131元FR6热继电器JR10-60 52.5AM6过载保护131元SB1按钮R16-503ADM1正转12元SB2按钮R16-5

17、03ADM1反转12元SB3按钮R16-503ADM2正转12元SB4按钮R16-503ADM2反转12元SB5按钮R16-503ADM3工进12元SB6按钮R16-503ADM3快进12元SB7按钮R16-503ADM4工进12元SB8按钮R16-503ADM4快进12元SB9按钮R16-503AD左冷却泵12元SB10按钮R16-503AD右冷却泵12元SQ位置开关LA39-B2-10 6120元SA照明开关XD86-00217元SA1冷却泵开关AD-16116元SA2冷却泵开关AD-16116元指示灯AD16-16C812元照明灯12-85V113元总计10667元4 软件设计4.1程序

18、流程图根据要求知需使左、右两动力头均要求快进工进快退的工作循环和可使左、右两动力头同时工作，也可进行单独调整，设计的流程图如下图4.1所示。 图4.1 程序流程图4.2梯形图 梯形图如下图4.2所示。图4.2 梯形图5系统调试安装GX Developer和三菱的仿真软件，建立一个新工程，将梯形图输入到工程中，完成后将其转换。再启动梯形图逻辑测试，选择软元件测试，输入不同的软元件，改变其状态，观察输出的改变。调试情况如下表5.1所示。 表5.1调试表格软元件的改变输出的改变 X0=1,X1=0Y0=1X0=0,X1=1Y1=1X2=0Y0=0,Y1=0X3=1Y5=1X3=0Y5=0X7=1,X0=1,X1=0/X7=1, X0=0,X1=1Y0=1,Y3=1/Y1=1,Y3=1X4=1Y2=1,Y3=0X5=1Y2=0,Y4=1,Y0=0/Y1=0X6=0Y4=0X10=1Y4=1X11=1,X12=0Y6=1X11=0,X12=1Y7=1X13=1Y6=0,Y7=0X14=1Y13=1X20=1,X11=1,X12=0/X20=1,X11=0,X12=1Y11=1,Y6=1/Y11=1,Y7=1X15=1Y10=1,Y11=0X16=1Y10=0,Y12=1,Y6=0/Y7=0X17=0Y12=0X21=1Y12=1设计心得 PLC（可编程控制器）以其可