某组合机床的电气控制系统设计

电气控制和PLC课程设计指南问题：组合机床电气控制系统的设计专业课：自动1206声明：陈文浩学习编号：201223911127导师：任胜杰成绩：地图教师签名：日期：目录1系统概述22方案论证33硬件设计63.1系统的原理块也是63.2主电路63.3 I/O分配103.3 I/O布线图113.4选择部件114软件设计134.1主流程134.2阶梯155系统调试16设计经验18参考文献19电气控制原理图包含201系统概述复合机床是基于半自动或自动专用机床的通用零件，由根据操作的特定形状和加工工艺设计的特殊零件和夹具组成。复合机床一般是多轴、多轴、多工序、多面或多站同时加工的方式，比一般机床多生产几倍到几十倍。通用部件已经过标准化和序列化，因此可以根据需要灵活配置，从而缩短设计和制造周期。因此，组合机床广泛应用于大量批量生产，具有可用于构建自动生产线的低成本和高效率优点。复合机床通常用于加工箱子或特殊形状的零件。工件通常不旋转，并且由刀具的旋转运动和刀具的相对进给运动执行，例如钻孔、铰孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹、加工外圆和端面。刀具的进给运动可以使用车削头固定工件的复合机床，还可以执行某些旋转主体零件(例如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。随着PLC控制技术的成熟和广泛应用，使用现有继电器接触器控制电路设计PLC控制系统或设计自己的PLC控制系统，可以很好地满足复合机床自动控制要求。此设计的要求如下：图1.1图中显示了左侧为1#盒移动动力头的装配机器的示意图。主轴马达M1转换为5.5千瓦、1440转/分钟、1#箱的进给马达，转换为M3的1.5千瓦、1450转/分钟、日震和快速缠绕电磁铁YV1(DC24V、10W)。右边是2#盒移动动力头。主轴电机M2转换为5.5千瓦、1440转/分钟、2#箱的操作进给电动机为M4、1.5千瓦、1450转/分钟、操作输入和快进电磁铁YV2(DC24V、10W)。SQ1是左侧动力头的现场限制，SQ3是左侧动力头的快进限制，SQ5是左侧动力头的操作限制，SQ2是右侧动力头的现场限制，SQ4是右侧动力头的快进限制，SQ6是右侧动力头的操作限制，具体要求如下：1.左右电源头需要快进工作进度快速工作周期。2.左右动力头可以同时工作，也可以单独调整。加工过程中需要冷却。4.电源必须有信号指示，并且电源头必须运行信号指示。必须具有本地照明所需的保护链接。2方案论证复合机床的电气控制理论上可以使用继电器接触器电气控制系统、单片机控制系统和PLC控制系统实现。但是在实际工程中，经常选择经济、有效、性能好的控制系统，考虑到这一点，PLC更适合于组合机床的电气控制。与单片机、继电器-接触器控制系统相比，PLC具有以下优点：1.PLC和继电器-接触器比较：继电器-接触器控制系统自20世纪20年代问世以来，一直是机电控制的主流。结构简单，使用方便，价格低廉，所以广泛使用。其缺点是动作慢、可靠性低、使用微机技术的可编程顺序控制器的出现，低于继电器接触控制系统。PLC和其他备用继电器接触控制逻辑。具体来说：(1)控制逻辑继电器接触控制系统使用硬接线逻辑，使用继电器等触点，使用串行、并行、串行和并行、时间继电器的延迟动作等组合或控制逻辑，连接复杂、体积大、功耗大。开发电气控制系统后，要再次修改，必须随着现场布线的变化而改变。特别是在可以添加部分逻辑的时候，更难的是硬连线。因此，继电器接触控制系统的灵活性和扩展性较差。可编程控制器使用存储逻辑。此控制逻辑以程序方式存储在PLC内存中，而输入部和输出部与现场连接一起工作。控制逻辑复杂的情况下，过程会更长，与输入输出的连接不多。如果需要修改控制逻辑，则只需修改程序，输入输出的连接线不会发生太大变化，易于更改，从而提高了PLC的灵活性和可扩展性。PLC由中等规模集成电路组装而成，因此功耗小，体积小。(2)速度控制继电器接触控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作实现的，操作频率低。触点的开闭动作通常是数十毫秒。而且，继电器使用得越多，反映速度越慢，或者容易出现触点抖动和触点拉弧问题。可编程控制器可以通过程序指令控制半导体电路，以相当快的速度控制。通常，一个用户指令以微秒为单位运行。PLC内部的严格同步不会导致抖动问题，也不会导致触点拉弧问题。(3)时序控制和计数控制：继电器接触控制系统使用时间继电器的延时动作进行时序控制。通过时间继电器实现时序控制，时序的准确度不高，随着环境湿度和温度的变化，时序时间容易受到影响。一些特殊的时间继电器结构复杂，维护不便。可编程程序控制器使用半导体集成电路作为计时器，时域脉冲由晶体振动器产生，准确度相当高，时序长，时序范围广。(4)可靠性和维护。继电器触点控制系统使用大量机械触点，连接也很多。触点在开闭时被电弧损坏，寿命短。可靠性和可维护性较差。PLC使用无触点的半导体电路执行大量开关行为的微电子技术，提供了高可靠性。PLC还具有自检和监控功能，可以诊断自身故障，随时向操作员显示，动态监视控制程序的执行，从而简化现场调试和维护。结论PLC的性能优于继电器接触控制系统。特别是控制速度快，可靠性高，设计建设周期短，调试方便，控制逻辑容易修改，体积小，功耗低。2.PLC与单片机的比较单片机结构简单，使用方便，价格比较便宜，一般用于数据收集和工业控制。但是，由于单片机不是专门为工业现场自动控制而设计的，因此与PLC相比，存在以下缺点：(1)微控制器不如PLC容易掌握要使用单片机实现自动控制，通常需要使用微处理器的汇编语言进行编程。这要求设计人员具备计算机硬件和软件方面的知识。对于只熟悉机电控制的技术人员来说，可以相当长的时间系统地学习微芯片微计算机。PLC使用面向工作人员的语言编程(例如阶梯、状态转换图等)，因此可以在更短的时间内使用和编程，以便熟悉PLC的简单命令系统和操作方法，而无需了解复杂的计算机知识。(2)微控制器不像PLC那么简单要使用单片机实现自动控制，通常需要在I/o接口上执行很多任务。例如，需要考虑工程现场的单片机连接、输出带容量、接口扩展、接口工作方式等。为了控制现场连接和调试工作，需要在单片机之外执行很多硬件和软件任务。PLC的输入/输出接口可以直接连接到没有外部电源的交换机，非常方便。输出接口具有恒定的驱动载荷能力，符合一般的控制要求。而且，通过输入接口、输出接口、光电耦合设备，防止现场干扰信号轻易进入PLC。(3)微控制器不如PLC可靠使用单片机的工业控制，抗干扰性能差是很明显的。PLC在工程现场环境中为自动控制而设计，在设计和制造过程中采取了抗干扰措施，提供了高可靠性和可靠性。通过以上比较，对于复合机床的电气控制系统，PLC的价格较高，但稳定性和可靠性较好，保证了零件加工时机器的精度，因此决定采用PLC控制系统来实现这一点。3硬件设计3.1系统原理方框图图3-1系统方框图3.2主电路根据设计要求，主电路主要分为三部分。第一部分，先看主轴电机。主轴电机有两种运行方式：正旋转、反转。主轴电机的旋转取决于运行要求。主轴电机的功率小，可以直接启动。主电路图如下3-2所示：图3-2主轴马达如果KM1，KM2的线圈被电吸收，则电动机M1，M2将分别在正向旋转。从KM9，KM10电吸入线圈将反转电动机M1，M2。通过PLC输出给不同的接触器线圈供电，可以改变电动机的方向。其次，研究第二部分，高速电动机和进料电动机。根据设计要求，左右列头必须快转快转快速工作周期以及左右两列头必须同时工作或可以单独调整。因此，快速马达M5，M6必须能够立即反转，运转进给马达M3，M4必须能够立即旋转。主电路如下图3-3所示。图3-3高速马达和进给马达这四个功率都很小，可以直接启动。M3，M4接触器KM3，KM4的线圈通电后即可旋转；M5，M6分别在接触器KM5，KM6线圈过帐时正向旋转，在接触器KM7，KM8分别过帐时反转。最后，看第三部分，照明电路和信号标记部分。在机床上工作的时候，为了警告别人出故障，工作正在进行中，发出不要出故障的信号。信号指示还指示机床是否工作正常，是否有问题。有时晚上要工作，所以需要必要的照明。图3-4信号灯显示图3-4表示组合机床的工作状态。指示灯分别连接该接触器的常开触点，接触器的线圈过帐后，常开触点关闭，以6.3V电压亮。KM1、KM9分别是控制M1的正反转接触器。KM2、KM10分别是控制M2的正反转接触器。KM3、KM4分别是控制左右电动马达正向的接触器。KM5、KM7、KM6和KM8分别是左右快进的电动马达。然后，您可以展示所有马达的状态。照明如下图3-5所示。图3-5照明3.3 I/O分配由于PLC控制，必须指定用于确定系统工作方式的I/o点。输入地址编号信号名称输出地址号信号名称X0左侧动力头旋转开始按钮Y0M1主轴正向(KM1)X1左侧动力头翻转开始按钮Y1M1主轴反转(KM9)X2左侧动力头停车按钮Y2M3作业前馈(KM3)X3左侧动力头冷却泵启动Y3YV1快进(YV1)X4左侧动力头快进极限Y4YV2快速回滚(YV2)X5左侧动力头功率Y5左侧冷却泵(KM11)X6左侧动力头in situ limitY6M2主轴正向(KM2)X7左侧动力头快进按钮Y7M2主轴反转(KM10)X10左侧动力头快速按钮Y10M4正向(KM4)X11右侧动力头正向启动按钮Y11M6快进(KM6)X12右侧动力头翻转开始按钮Y12M6快速后退(KM8)X13右侧动力头停车按钮Y13右侧冷却泵(KM12)X14右侧动力头冷却泵启动X15右侧动力头快进极限X16右侧动力头功率X17右侧动力头in situ limitX20右侧动力头快进按钮X21右侧动力头快速按钮表3-1 I/o端口地址分配表3.3 I/O接线图图3-6 PLC I/o布线图接触器的线圈连接110V电压，连接到PLC的输出和COM末端。按钮和开关连接到输入和COM的末尾。3.4选择部件第一个是PLC的选择。统计组合机器PLC输入零件、执行零件和I/O点：输入部分输入部分积分动力头工作方式选择按钮SB6冷却泵选择开关SA2行程开关SQ6按钮SB4总计18输出部分输出部分积分接触器12总计12注意事项：照明不需要存取PLC，只需选取开关即可。因此，您可以选择具有32个I/o点的FX2N-32MR扩展单元fx2n-32er-32mr (16、16)和具有32个点扩展单元的fx2n-32er。以下是电气零件选择：大湖名称类型和仪表盘使用方法数量M1三相交流异步电动机JO3-802-6 5.5KW 380V 1440r/min主马达1M2三相交流异步电动机JO3-802-6 5.5KW 380V 1440r/min主马达1M3三相交流异步电动机JO3-802-6 1.5KW 380V 1450r/min对电动机进行快速操作1M4三相交流异步电动机JO3-802-6 1.5KW 380V 1450r/min对电动机进行快速操作1M5三相