成型磨床PLC控制系统设计.docx
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成型磨床PLC控制系统设计
成型磨床PLC控制系统设计
摘要……………………………………1
一引言……………………………………1
二、磨床电气控制系统设计……………………………………
1.设备概况介绍……………………………………
2.控制系统设计要求……………………………………
二、磨床PLC电气控制系统总体设计过程……………………………………
1.总体方案说明
2.PLC成型磨床电气控制原理图设计……………………………………
(1)主电路设计……………………………………
(2)主要参数计算……………………………………
(3)PLC控制电路设计……………………………………
3.控制系统的I/O点及地址分配……………………………………
3.1制定电气元件目录表……………………………………
3.2PLC系统选型……………………………………
3.3绘制PLC控制接线图……………………………………
3.4PLC控制程序设计……………………………………
3.5PLC外部电源的设定……………………………………
三.成型磨床电气控制工艺设计……………………………………
四.设计结论……………………………………
致谢……………………………………
设计参考文献……………………………………
摘要
此次用PLC对其电气系统进行控制,在看似简单的控制,需要在生产实践中进行调研,凭空想象是没有用的。
每个不同的生产线就有不同的台车,应根据实际遇到的问题进行设计,在设计中不要局限于书本上的知识,要扩展,须利用在生产中已经应用的成熟的技术。
在利用这样的技术时不能知识照搬,要将相应的技术通过自己的合理改造,使之符合此次设计的真实需求。
同时设计时也不能将自,要学会拓展,大胆的去采用可行的相对先进的技术,以便使自己的设计水平得以提高。
关键词:
PLC;平面磨床;电气系统;
Abstract
TheelectricalsystemwiththePLCforitscontrol,intheseeminglysimplecontrol,theneedtoconductresearchintheproductionpractice,imaginationisofnouse.Eachofthedifferentproductionlines,therearedifferenttrolleys,shouldbebasedontheactualproblemsencounteredbydesign,thedesignshouldnotbelimitedtobooksandknowledge,toextend,shallbeusedinproductionofmaturetechnologieshavebeenapplied.Intheuseofsuchknowledgeandtechnologycannotbecopied,toappropriatetechnology,throughtheirownrationaltransformationtoconformtotherealneedsofthedesign.Atthesametimethedesignisnotabletoself,wemustlearntoexpandandboldtotheadoptionofaviablerelativelyadvancedtechnology,inordertomaketheirowndesignstandardscanbeimproved.
Keywords:
PLC;surfacegrinder;electricalsystem
引言
可编程控制器(ProgrammableController)是为工业控制应用而设计制造的专用计算机控制装置,是20世纪60年代发展起来的控制设备。
最早的可编程控制器可追溯到1969年。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器ProgrammableLogicController,简称PLC,主要作用就是替代继电器实现逻辑控制。
工业控制领域的快速发展和不断增长的新需求。
使得目前这种装置的功能已经大大超出逻辑控制的范围,因此原来的说法已经不贴切地表示其功能了。
今天我们称之为可编程控制器,简称PC。
但为了避免与个人计算机PersonalComputer的简称混淆,还是简称PLC。
PLC是微电子技术与自动控制技术相结合的产物,它的应用非常广泛,能方便地直接用于机械制造、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各业。
即可用于老设备的技术改造,也可用于新产品的开发和机电一体化。
近年来,可编程序控制器的发展非常快,不仅应用普及非常快,而新产品的开发速度也是非常快的。
随着我国的经济飞速发展,人民生活水平迅速提高,工作居住条件得到了巨大改善。
磨床作为工业生产内的重要生产工具,与人们的工作和效力的产生息息相关。
对它的性能要求很精确。
在此,我们采用了PLC的控制来实现磨床的运行稳定。
磨床的电气系统由液压系统、砂轮、冷却泵和电磁吸盘以及照明电路部分组成。
传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点,正逐渐被淘汰。
目前磨床设计使用可编程控制器(PLC),要求功能变化灵活,编程简单,故障少,噪音低。
维修保养方便,节能省工,抗干扰能力强,控制箱占地面积少。
改造后使生产线的效率得到提到,使用寿命更长久等优点。
改造磨床是一门专业知识相当广泛的专业,它涉及到自动化专业的多门专业基础课:
电子技术、计算机控制、计算机接口、自控原理、检测技术、电力电子技术、电机拖动、电气系统控制、可编程逻辑控制器等。
通过这些专业课程的学习,在此次毕业设计中,又使这些课程得到了复习、巩固。
掌握所学知识并解决实际问题的方法和技能。
二.磨床电气控制系统设计
1.设备概况介绍
磨床是用砂轮对工件的表面进行磨削加工的一种精密机床。
通过磨削,使工件表面的形状、精度和光洁度等都达到预期的要求。
磨床的种类很多,有平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、无心磨床、螺纹磨床等,其中以平面磨床应用最为普遍。
结构主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱(又称磨头)、滑座和立柱等部分组成。
如图:
本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工,机床有四台电动机拖动,及磨头电动机拖动砂轮高速旋转,采用JW11—4(0.6kw),单向连续工作。
油泵电动机拖动油泵向液压系统供油,采用JO2—14—4(0.8kw)单向连续工作。
磨头升降电动机带动砂轮架上下移动,采用JW11—4正反转工作。
吸尘电动机供磨削加工中吸尘用,采用JW11—4驱动。
加工时,工件置于电磁吸盘(36V/1.2A)上,加工完毕退磁取下工件。
如图1-1所示
2.控制系统设计要求
1)为调整砂轮位置,磨头升降采用点动控制。
为了停位准确,应有制动控制(采用能耗制动)。
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。
2)磨头砂轮运转与电磁吸盘之间,应有电气连锁环节,其要求是:
只有在电磁吸盘通电并处于充磁吸着工件时,才能启动砂轮电动机。
磨削中,一旦发生失磁,砂轮电动机应自动停止运转,以确保安全。
为了修整砂轮,在吸盘不通电时,应能单独启动砂轮电动机。
3)要有照明和必要的灯光显示。
4)设置必要电气保护与联锁。
二、磨床PLC电气控制系统总体设计过程
1.总体方案说明
1)油泵电动机、磨头电动机、磨头升降电动机、吸尘电动机分别由电动机MA1、MA2、MA3、MA4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.PLC成型磨床电气控制原理图设计
(1)主电路设计
成型磨床电气控制系统主电路如图1-2所示。
图2成型磨床电气控制系统主电路
1)主回路中交流接触器KM1、KM2、分别控制油泵电动机M1、砂轮电动机M2和吸尘电动机M3;交流接触器KM3、KM4控制、磨头电动机M4升降。
2)电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4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)主要参数计算
1)断路器QG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。
成型磨床有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QG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=I2U2
(3)PLC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。
1)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。
1.1控制系统的I/O点及地址分配
表1-1和表1-2分别为成型磨床电气控制系统PLC输入和输出接口功能表。
表1-1成型磨床电气控制系统PLC输入接口功能表
序号
名称
文字符号
输入口
1
油泵电动机启动按钮
SB1
X0
2
油泵电动机停止按钮
SB2
X1
3
磨头砂轮电动机启动按钮
SB3
X2
4
修整砂轮启动按钮
SB4
X3
5
磨头砂轮电动机停止按钮
SB5
X4
6
磨头上升点动按钮
SB6
X5
7
磨头下降点动按钮
SB7
X6
8
磨头上升极限位置行程开关
SQ1
X7
9
磨头下降极限位置行程开关
SQ2
X10
10
电磁吸盘断电按钮
SB8
X11
11
电磁吸盘充磁按钮
SB9
X12
12
电磁吸盘退磁点动按钮
SB10
X13
13
照明开关
SA1
X14
14
欠电压保护开关
SA2
X15
表1-2成型磨床电气控制系统PLC输出接口功能表
序号
名称
文字符号
输出口
1
油泵电动机启动接触器
KM1
Y0
2
磨头砂轮电动机启动接触器
KM2
Y1
3
磨头上升点动启动接触器
KM3
Y2
4
磨头下降点动启动接触器
KM4
Y3
5
能耗制动启动接触器
KM5
Y4
6
电磁吸盘充磁接触器
KM6
Y5
7
电磁退盘充磁接触器
KM7
Y6
8
电磁铁
YA1
Y7
9
充磁与退磁指示灯
HL1
Y10
10
磨头升降指示灯
HL2
Y11
11
磨头砂轮运转指示灯
HL3
Y12
12
油泵电机工作指示灯
HL4
Y13
13
照明灯
EL1
Y14
14
15
16
1.2制定电气元件目录表
表1-3成型磨床电气控制系统元器件目录表
序号
文字符号
名称
数量
规格型号
备注
1
M1
电动机
1
JO2-14-4
三相交流异步电动机
2
M2、M3、M4
电动机
3
JW11-4
三相交流异步电动机
3
FR1~FR4
热继电器
4
JR16B-20/3
参照电动机整定电流
4
FU1
熔断器
3
RL1-15
熔体2~10A
5
FU2、FU3
熔断器
2
RT16-32X
熔体2A
6
QG
断路器
1
C45AD
脱扣电流10A
7
SB1
油泵电动机启动按钮
1
LAY37
绿色
8
SB2
油泵电动机停止按钮
1
LAY37
红色
9
SB3
磨头砂轮电动机启动按钮
1
LAY37
绿色
10
SB4
修整砂轮启动按钮
1
LAY37
绿色
11
SB5
磨头砂轮电动机停止按钮
1
LAY37
红色
12
SB6
磨头上升点动按钮
1
LAY37
绿色
13
SB7
磨头下降点动按钮
1
LAY37
绿色
14
SQ1
磨头上升极限位置行程开关
1
LAY37
上极限位置保护
15
SQ2
磨头下降极限位置行程开关
1
LAY37
下极限位置保护
16
SB8
电磁吸盘断电按钮
1
LAY37
红色
17
SB9
电磁吸盘充磁按钮
1
LAY37
绿色
18
SB10
电磁吸盘退磁点动按钮
1
LAY37
黄色
19
SA1
照明开关
1
LAY37-D2
黑色
20
KM1
油泵电动机启动接触器
1
DJX-9
线圈电压:
AC220V
21
KM2
磨头砂轮电动机启动接触器
1
DJX-9
线圈电压:
AC220V
22
KM3
磨头上升点动启动接触器
1
DJX-9
线圈电压:
AC220V
23
KM4
磨头下降点动启动接触器
1
DJX-9
线圈电压:
AC220V
24
KM5
能耗制动启动接触器
1
DJX-9
线圈电压:
DC36V
25
KM6
电磁吸盘充磁接触器
1
DJX-9
线圈电压:
DC36V
26
KM7
电磁吸盘退磁接触器
1
DJX-9
线圈电压:
DC36V
27
KV1
欠电压继电器
1
JT3
线圈电压:
DC36V
28
HL1~HL4
指示灯
4
AD16-22
指示灯电压,DC6.3V
29
EL1
照明灯
1
JL40A
照明灯电压,DC36V
30
HL5
电源指示灯
1
AD16-22
指示灯电压,AC220V
31
TC
隔离变压器
1
BK-100
380v/135v
32
YA
电磁铁
1
DJX-9
线圈电压:
DC36V
1.3PLC系统选型
从上面分析可知道,系统共有开关量输入点14个,开关联输出点14个,所以选用FX2N-48继电器输出型。
(4)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。
图1-3为成型磨床PLC控制电路原理图。
2)KM3和KM4接触器线圈支路与KM6和KM7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。
图3成型磨床PLC控制电路原理图
(5)PLC控制程序设计
1)程序设计。
根据控制要求,建立成型磨床控制流程图,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。
PLC外部电源的设定:
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。
流程图:
图4成型磨床PLC控制流程图
成型磨床PLC控制程序如图5所示。
图5成型磨床PLC控制梯形图程序
0
LD
X000
1
OR
Y000
2
ANI
X001
3
AND
X015
4
OUT
Y000
5
LD
X002
6
AND
Y005
7
OR
X003
8
OR
Y001
9
ANI
X004
10
AND
X015
11
OUT
Y001
12
LD
X005
13
ANI
X007
14
ANI
Y004
15
ANI
Y003
16
ANI
Y001
17
OUT
Y002
18
OUT
M0
19
LD
XOO6
20
ANI
X010
21
ANI
Y004
22
ANI
Y002
23
ANI
Y001
24
OUT
Y008
25
OUT
M1
26
LD
M0
27
OR
M1
28
OR
M2
29
ANI
T0
30
OUT
M2
31
LD
M2
32
ANI
Y002
33
ANI
Y003
34
OUT
Y004
35
OUT
T0K200
36
LDI
X011
37
MPS
38
LD
X012
39
OR
Y005
40
ANB
41
ANI
Y006
42
OUT
Y005
43
MPP
44
AND
X013
45
ANI
Y005
46
OUT
Y006
47
LD
X014
48
OUT
Y014
49
LD
Y005
50
OR
Y006
51
OUT
Y007
52
OUT
Y010
53
LD
Y002
54
OR
Y004
55
OUT
Y011
56
LD
Y001
57
OUT
Y012
58
LD
Y000
59
OUT
Y013
60
END
图6成型磨床PLC控制指令程序
三.成型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。
本系统在成型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1-6~图1-7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,基本完成了成型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。
图7电控箱电器面板元件布置图
图8电控箱电器板元件布置图
四.设计结论
经过这次的设计圆满的完成了这次设计,本次设计让我受益匪浅。
我的设计题目是成型磨床PLC控制系统的设计,随着科技的发展电气自动化控制将会发展越来越迅速,PLC控制更是为电气控制提供了一条便捷通道。
我的设计必须结合机电传动、PLC控制、电气控制等的知识来设计。
在设计中,我充分的搜寻各种有用资料,参考书,为这次设计顺利完成做好了准备。
设计过程中让我对前段时间学习的机电传动控制与可控制编程等学科有了更进一步的认识。
我们经过了金工实习对磨床的结构及运动形式早已了解,通
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- 成型 磨床 PLC 控制系统 设计