数控技术课程设计主轴系统的PLC控制设计

PAGEPAGE1中北大学信息商务学院课程设计说明书学生姓名：***学号：09020141***系：机械自动化系专业：机械设计制造及其自动化题目：数控技术课程设计——主轴系统的PLC控制设计指导教师：刘中柱职称:讲师彭彬彬职称:副教授2012年12月24日中北大学信息商务学院课程设计任务书2012/2013学年第1学期所在系：机械自动化系专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：09020141**课程设计题目：数控技术课程设计——主轴系统的PLC控制设计起迄日期：2012年12月24日～2012年12月28日课程设计地点：中北大学信息商务学院指导教师：刘中柱讲师彭彬彬副教授系主任：祝锡晶下达任务书日期:2012年12月24日课程设计任务书1．设计目的：通过对某数控机床主轴系统的PLC控制设计，使学生熟练掌握PLC在数控机床主轴系统的控制作用、动作顺序与原理，并学会应用PLC。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：主轴的控制包括正转、反转、停止、制动和冲动。要求：①当按下正转按钮时，电动机正转；②按下反转按钮时，电动机反转；③当按下停止按钮时，电动机停止，并控制制动器制动2S；④按下冲动按钮时，电动机正转0.5s，然后停止；⑤电动机过载报警后，正/反转按钮、冲动按钮均无效。通过本课程设计,完成①输入输出信号分析与PLCI/O分配图②PLC选型③主要元器件型号的选择④主接线图设计⑤完成梯形图设计并完成相应指令。3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：要求独立完成主轴系统的PLC控制设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。4．主要参考文献：1范永胜，王岷.电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社，20072鲁远东.PLC机电控制系统应用设计技术.北京：中国电力出版社，20103张华宇，谢凤芹.数控机床电气及PLC控制技术.北京：中国电力出版社，20105．设计成果形式及要求：提供设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求。6．工作计划及进度：2012年12月24日资料查阅阶段2012年12月25日~2012年12月28日分析、设计、绘图2012年12月29日答辩系主任审查意见：签字：年月日目录一.目的与要求……………………2二.输入输出信号分析与PLCI/O分配图………2三.PLC的选型……………………43.1PLC的类型…………………43.2输入输出模块的选择………43.3电源的选择…………………43.4存储器的选择………………5主要元器件的型号选择………5五.主接线图的设计………………6六.梯形图设计……………………8七.指令表…………87.1主轴电动机正转控制………87.2主轴电动机反转控制……………………87.3主轴电动机停止控制……………………87.4主轴电动机正转冲动控制………………87.5过载报警电路……………97.6指令表………………………9八．主轴系统主电路和PLC接线图设计……………10九.总结…………11十.参考文献……………………12目的与要求通过对某数控机床主轴系统的PLC控制设计，使学生熟练掌握PLC在数控机床主轴系统的控制作用、动作顺序与原理，并学会应用PLC。主轴的控制包括正转、反转、停止、制动和冲动。要求：①当按下正转按钮时，电动机正转；②按下反转按钮时，电动机反转；③当按下停止按钮时，电动机停止，并控制制动器制动2S；④按下冲动按钮时，电动机正转0.5s，然后停止；⑤电动机过载报警后，正/反转按钮、冲动按钮均无效。通过本课程设计,完成①输入输出信号分析与PLCI/O分配图②PLC选型③主要元器件型号的选择④主接线图设计⑤完成梯形图设计并完成相应指令。输入输出信号分析与PLCI/O分配图外部接线图：图1PLCI/O分配图根据FX2N-48MR型PLC的外部接线图统计PLC的输入和输出信号及其信号的性质①输入信号：热继电器FR主轴电动机M正转启动按钮SB2主轴电动机M反转启动按钮SB3主轴电动机M停止按钮SB1主轴电动机M正转冲动按钮SB4②输出信号：主轴电动机M正转接触器KM1主轴电动机M反转接触器KM2主轴电动机M停止接触器KM3控制能耗制动的时间继电器KT2主轴电动机M正转冲动接触器KT1蜂鸣报警器H根据以上分析可列出数控机床主轴系统PLC的输入和输出点分配表，见表1：表1数控机床主轴系统PLC的输入和输出点分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号热继电器FRX0主轴电动机M正转接触器KM1Y0主轴电动机M正转启动按钮SB2X1主轴电动机M反转接触器KM2Y1主轴电动机M反转启动按钮SB3X2主轴电动机M停止接触器KM3Y2主轴电动机M停止按钮SB1X3主轴电动机M正转冲动接触器KT1Y3主轴电动机M正转冲动按钮SB4X4控制能耗制动的时间继电器KT2Y4蜂鸣报警器HY5三.PLC的选型PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。PLC选型原则：3.1PLC的类型PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。3.2输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。3.3电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。3.4存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。综上所述：在此次课程设计中我选用FX2N-48MR，因为它的编程相对简单易懂，是理想的可编程控制器。而在设计中的I/O点数在48以下，则用的是微型PLC。其基本单元中的输入点按照X000—X007,X010—X017…这样的八进制进行编号，而输出点按照YOOO—Y007,Y010—Y017…这样的八进制进行编号，内部继电器可多次使用，定时器将1ms,10ms,100ms等脉冲进行加法计数，计数器可进行向上向下计数。主要元器件的型号选择表2主要元器件的型号选择文字符号名称型号规格M1,M2主轴电机JO2-72-430Kw,1470r/minKM1，KM2，KM3,KM4交流接触器CJ0-7575A,线圈电压220VFR热继电器TK-E02R-C10A,线圈电压220VFU,FU1，熔断器RM1-100QS断路器式刀开关3VU16SB1,SB2主轴电动机启动按钮LA8-1SB3主轴电动机停止按钮LA8-1SB4主轴电动机的冲动按钮LA8-1五.主接线图的设计六.梯形图设计主要控制：正转反转停止冲动七.指令表7.1主轴电动机正转控制按下主轴电动机正转启动按钮SB2,第一逻辑行中X1闭合，Y0接通并自锁，第二逻辑行中Y0断开，实现互锁。7.2主轴电动机反转控制按下主轴电动机反转启动按钮SB3，第二逻辑行中X2闭合，Y1接通并自锁，第一逻辑行中Y1断开，电机开始反转，实现互锁。7.3主轴电动机停止控制按下主轴电动机停止控制按钮SB1，第三逻辑行中X3闭合，Y2接通并自锁，第一逻辑行和第二逻辑行中X3常闭触点断开，电机停止转动。同时，得电延时继电器开始计时，使制动系统一直作用于电动机，计时够2S时，第三逻辑行中Y4常闭触点失电断开，制动器停止工作。7.4主轴电动机正转冲动控制按下主电动机的正转冲动按钮SB4时，第一逻辑行中的X4闭合，主轴正转，得电延时继电器KT1开始计时，第一逻辑行中Y3开始接通，计时到0.5S时，正转电路中Y3断开，电动机停止工作。7.5过载报警电路当主电路中载荷超过额定载荷后，主电路中热继电器发热作用，使控制电路中的熔断开关FR断开，即各逻辑行中的常闭触点X0断开，使正、反转按钮、冲动按钮均无效。同时，报警电路中的常开触点FR闭合，即第四逻辑行中的X0，使报警器开始工作，直到工作人员发现并断开报警开关。7.6指令表指令如下：LDIX3ANIX2ANIY1ANIY3ANIX0ANDX1ORY0OUTY0ORX4OUTY3LDX2ORY1ANIX3ANIX1ANIY0ANIX0OUTY1LDX3ORY2ANIY4ANIY0ANIY1ANI