成型磨床PLC控制系统设计

1、开封大学毕业设计（论文）任务书毕业设计题目：用三菱PLC完成对成型磨床的控制学 院专业电气自动化技术班级07电气（1）班学号2007106040姓 名指导老师韩洪涛2010年4月16日目录一摘要 3关键词 3引言 4二磨床电气控制系统设计任务书 . 51 设备概况介绍 52 控制系统设计要求 . 5三磨床PLC电气控制系统总体设计过程 61 总体方案说明 62PLC成型磨床电气控制原理图设计 7(1) 主电路设计 7.(2) 主要参数计算 8.(3) PLC 控制电路设计 8.(4) 绘制 PLC 控制接线图 1.1(5) PLC 控制程序设计 1.3四 PLC 外部电源的设定： 13五成型磨

2、床电气控制工艺设计 16致谢 21设计参考资料 . 22一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

3、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 成型磨床 改造引言现代工业生产中，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

4、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pic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pic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

5、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

6、。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。二磨床电气控制系统设计任务书1设备概况介绍本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工，机

7、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JW114(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J02144(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。图-12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

8、：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。三磨床 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

9、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 BVF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。2PLC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 2-1 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、

10、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) QG 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

11、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，IfuA2In，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 = 1.51 n直流电压Ud= RId整流变压器二次侧交流电流12 = Id /0.9电压U2= Ud/0.9整流变压器容量 S= I2 U2(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

12、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 点及地址分配表-3, -4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-3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SB1X02油泵电动机停止按钮SB2X13磨头砂轮电动机启动按钮SB3X24修整砂轮启动按钮SB4X35磨头砂轮电动机停止按钮SB

13、5X46磨头上升点动按钮SB6X57磨头下降点动按钮SB7X68磨头上升极限位置行程开关SQ1X79磨头下降极限位置行程开关SQ2X1010电磁吸盘断电按钮SB8X1111电磁吸盘充磁按钮SB9X1212电磁吸盘退磁点动按钮SB10X1313照明开关SA1X1414欠电压保护开关SA2X15表-4成型磨床电气控制系统PLC输出接口功能表序 号名称文字符号输入口1油泵电动机启动接触器KM1Y02磨头砂轮电动机启动接触器KM2Y13磨头上升点动启动接触器KM3Y24磨头下降点动启动接触器KM4Y35能耗制动启动接触器KM5Y46电磁吸盘充磁接触器KM6Y57电磁退盘充磁接触器KM7Y68电磁铁YA

14、1Y79充磁与退磁指示灯HL1Y1010磨头升降指示灯HL2Y1111磨头砂轮运转指示灯HL3Y1212油泵电机工作指示灯HL4Y1313照明灯EL1Y14制定电气元件目录表表-5成型磨床电气控制系统元器件目录表序|文字符号丨名 称 丨数量丨规格型号|备 注号1M1电动机1JO2-14-4二相交流异步电动机2M2、M3M4电动机3JW11-4二相交流异步电动机3FR1 FR4热继电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流4FU1熔断器3RL1-15熔体210A5FU2 FU3熔断器2RT16-32X熔体2A6QG断路器P 1C45AD脱扣电流10A7SB1油泵电动机 启动按钮1LAY37绿色

15、8SB2油泵电动机 停止按钮1LAY37红色9SB3磨头砂轮电 动机启动按钮1LAY37绿色10SB4修整砂轮启 动按钮1LAY37绿色11SB5磨头砂轮电 动机停止按钮1LAY37红色12SB6磨头上升点 动按钮1LAY37绿色13SB7磨头下降点 动按钮1LAY37绿色14SQ1磨头上升极 限位置行程开关1LAY37上极限位置保护15SQ2磨头下降极 限位置行程开关1LAY37下极限位置保护16SB8电磁吸盘断 电按钮1LAY37红色17SB9电磁吸盘充 磁按钮1LAY37绿色18SB10电磁吸盘退 磁点动按钮1LAY37黄色19SA1照明开关1LAY37-D2黑色20KM1油泵电动机 启

16、动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V21KM2磨头砂轮电 动机启动接 触器1DJX-9线圈电压：AC220V22KM3磨头上升点1DJX-9线圈电压：AC220V动启动接触 器23KM4磨头下降点 动启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V24KM5能耗制动启 动接触器1DJX-9线圈电压：DC36V25KM6电磁吸盘充 磁接触器1DJX-9线圈电压：DC36V26KM7电磁吸盘退 磁接触器1DJX-9线圈电压：DC36V27KV1欠电压继 电器1JT3线圈电压：DC36V28HL1 HL4指示灯r 4AD16-22指示灯电压，DC6.3V29EL1照明灯1JL40A照明灯电压，DC

17、36V30HL5电源指示灯1AD16-22指示灯电压，AC220V31TC隔离变压器r 1BK-100380v/135v32YA电磁铁1DJX-9线圈电压：DC36VPLC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。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-6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 CO

18、M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。Bl.z尸rp iT丄jTrp王rp i-F紀忸托i3=I FHr l刖 h-图-6成型磨床PLC控制I/O分配图（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。

19、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

20、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。四 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。图-7成型磨床PLC控制流程图成型磨床PLC控制程序如图-8所示程序清单:05XOuO1OBYOOO2AMIXC013AhlDX0154OUTYOno5LUX002CANPYOOS7OKX血33aY0019AMIX00410AMbX0L511OUTY00112LUX

21、0Q515AMIX00714AMIY00415AHIYOOSIfAMIYOni17OUT002比OUTMO13LDX0D82BAMIX01021AMIY00422AMIZ00223ftNIY00124OUT00325OUTMl關LDM027OSMlORM2AMIrcOUTM281LUM2AMIY002AMIY跳OJT/C04OUTTOK!00L&IX011MPS40LDKOI 241OEYOOS42ANE4SAN1YO0641OUTYOOS45MPP45ANb灿47AN IYOOS43OUTYOOS43SKOI 450OUTYOU51LD7005魄OSme53OUTYOO?OUT010茁LDY

22、00256OE00467OUT011讯LDY0Q1冏OUTY012GOLDYOOO81OUTY哄82END图-9成型磨床PLC控制指令程序五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

23、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，基本完成了成型磨床系统要求

24、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

25、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-11电控箱电器板元件布置图毕业设计小结经过几周的设计圆满的完成了这

26、次毕业设计， 本次毕业设计让我获得很多知 识。我的毕业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。我的毕业设计必须结合机电传动、 PLC 控制、电气控制等的知识来设计。毕 业设计的前几天， 我充分的搜寻各种有用资料， 参考书， 为这次毕业设计顺利完 成做好了准备。毕业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， 通过查阅资料我了解了磨床的电力拖动与电气控制要求， 对元器件的选择也有了 了解。但是我们学习的都是课本上的知识， 不能得心应手， 必须反复推敲。 这次毕 业设计让我们有了对工厂电气控制设备有了一定的了解， 我们必须把理论与实践 结合起来解决我们遇到的问题，只有这样我们才能不断的发现问题解决问题。本次毕业设计遇到的