M1432型万能外圆磨床电气与PLC控制

/xxxx学院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XX学院本科学生课程设计任务书题目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、工作要求等元件选型、绘制主电路原理图。完成PLC接口地址分配、外围线路、绘制I/O图。梯形图的设计。编写设计说明书3、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.XXXX：黄河水利出版社.20054、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36M1432型万能外圆磨床的PLC程序编制36PLC电气控制系统电器元件的选择18合计3周指导教师〔签字日期年月日教研室意见：年月日学生〔签字：接受任务时间：年月日摘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。关键词可编程序控制器PLCM1432型万能外圆磨床电气控制AbstractManyfactoriesandenterprisesintheage-oldgrinder,theworkhasbeenfarbelowtherequirementsofmodernproduction.Itisessentialtotheoldconventionalmotorcontrolsystemfortechnologicalinnovation,inordertoreplacetheconventionalPLCrelay,inordertoachieveautomaticcontrolofgrinder.Thisarticledescribestheuseofprogrammablelogiccontrollertocontrolsystemonthesurfacegrindertomodernize,abriefdescriptionofold-fashionedshapeandsurfacegrinderworkstotransformtheuseofPLCdesignmethodsanddesignprocedures,andgivesprogramPLCladderprogramming.Aftertransformation,thegrindingworkofsafeandreliable,thesystemperformedwell,higherprecisiongrinding;useofPLCcontrolledgrindingmachinestorun,toachieveagrindingstart,stop,failuretostop,emergencystopfunction,andhavemanualcontrolandautomaticcontroloftwocontrolway,accordingtooperationalrequirementsandflexiblewaytoswitchthecontrolofgrindingmachines;provideoverload,lightload,phaseandvoltageunbalanceprotection;fielddisplaystheoperationstatusofintelligentmonitoring.Andbecauseofthedifferentpartsoftheabsorptionofelectromagneticsuckerflexibleadjustmentofthecurrent,andshowsthenumericalsize.Thegrindingoperationinordertoachieveautomation.PLCcontrolfeaturesthatgreatlysimplifytheoriginalmachinetoolcontrol,andeasymaintenance,easytocheck.Savealotofrelaycomponents,sothatthemachineworkmoreefficiently.Thetechnologycanalsobeappliedtootherauxiliaryequipmentorotherareasofautomationandcontroltransformation.KeywordsM1432TypeUniversalCylindricalGrinderPLCElectricalcontrol目录摘要……………ⅠAbstract………………………Ⅱ1绪论………………12PLC电气控制系统总体设计………22.1总体方案说明……………22.2PLC电气控制原理图设计………………22.3主要参数计算……………42.4PLC控制电路设计………………………43绘制PLC控制接线图…………………64PLC控制程序设计……………………75PLC外部电源设定……………86M1432型万能外圆磨床电气控制工艺设计……………107参考文献……………128小结……………139致谢……………14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：⑴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。⑵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。⑶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。⑷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。⑸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。2、PLC电气控制系统总体设计过程2.1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。2.2M1432型万能外圆磨床PLC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。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：IQG＝1.7IN.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.IFU≥2IN.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ID＝1.5IN直流电压UD＝RID整流变压器二次侧交流电流I2＝ID/0.9电压U2＝UD/0.9整流变压器容量S=I2U22.4PLC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：<1>列出M1432型万能外圆磨床PLC的输入/输出点分配表.见表5-1M1432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。3绘制PLC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：4PLC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。5PLC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。点动磨头下降到预定位置,为磨削工作准备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NY NNYYYNPLC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。6M1432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[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]韩洪涛机械加工设备与工装高等教育出版社1999.4[5]张运波工厂电气控制技术高等教育出版社1998.6[6]李道森电气控制与PLC原理及应用电子工业出版社2002.38小结经过几周的设计圆满的完成了这次机电一体化课程设计.本次课程设计让我获得很多知识。我的课程设计题目是M1432型万能外圆磨床