qoX立式升降台铣床电气 及PLC控制系统设计

攀枝花学院学生课程设计说明书题 目： X52立式升降台铣床电气 及PLC控制系统设计 学生姓名：李通国 学 号：200710503023 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： 2007级机制二班 指导教 师：谭兴强职称： 副教授 二一年十二月二十八日攀枝花学院教务处制本科学生课程设计任务书题目X52K立式升降台铣床电气及PLC控制系统设计1、课程设计的目的专业课程综合训练目的是使学生通过对所学主要专业课的综合应用，基本掌握一般机床电气控制及PLC的设计的能力。综合运用所学的基础知识和技能，进一步提高学生的分析及解决问题能力，培养学生创新意识和创新能力，提高机床控制分析设计的总体意识和工程实践能力。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）设计内容要求：（1）输入回路的设计；（2）(a8b$G y9r eppbbs 7p.l*l(T87能源环保论坛输出回路的设计；（3）扩展模块的选用；（4）PLC的网络设计；（5）软件编制。设计结束后提交4000字左右的课程设计论文;包含上述全部内容。3、主要参考文献1高学民.机床电气控制.山东：山东科学技术出版社2鲁远栋，冼进.PLC机电控制系统应用设计技术.电子工业出版社3齐占庆.机床电气控制技术.机械工业出版社4张万忠.可编程控制器入门与应用实例 （西门子S7-200系列）.中国电力出版社4、课程设计工作进度计划 内容学时总体方案分析8输入回路的设计8输出回路的设计30扩展模块的选用30PLC的网络设计8软件编制20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 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘要采用继电接触器电路实现电气控制。PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。X52K铣床电气控制线路设计为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一，本文叙述PLC控制系统设计时应该注意的问题。通过对X52K型立式升降台铣床的电气控制原理进行分析，然后确定输入点和输出点等，画出接线图和其梯形图。再在程序输入机床后进行调试，实现了自动化控制，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。关键词：X52K铣床；电气控制系统；PLC；梯形图目 录摘要1 绪论12 电气控制线路图及其原理分析22.1 X52K铣床的电气控制原理图22.2主电路分析22.3控制电路分析2主轴电动机M1的控制2进给运动的控制42.4圆形工作台的控制53 PLC设计方案的确定64 PLC设计X52K铣床74.1 PLC机型的选择74.2 PLC程序设计74.3 I/O接线图和梯形图84.4 PLC的程序语句表115 PLC调试14课程设计总结15参考文献16致谢171 绪论铣床常用于机械齿轮、蜗轮蜗杆等特殊机械零件的加工，按照结构形式和加工性能的不同，可分为立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣和专用铣床。它们可来加工平面、斜面、沟槽等，装上分度头，可以铣切直齿轮和螺旋面，而 X52K铣床其原控制电路为继电器控制，存在接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大等问题。针对这种情况，我们用 PLC控制改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，高了设备使用效率，运行效果良好。特别是工艺改变灵活，不用更改任何硬件，只需对原程序做些修改或者重新编入一个新的程序，就可以实现新的加工工艺，省时省力、灵活方便、效率高。且PLC控制可靠性高、能适应各种应用环境，它编程简单、易于掌握，接口也简单、维护方便。在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一。正文将介绍X52K型立式升降台铣床的PLC改造过程，通过对X52K型立式升降台铣床的控制进行分析，然后确定输入点和输出点等，画出接线图和其梯形图。再在程序输入机床后进行调试，从而实现了自动化控制。2电气控制线路图及其原理分析2.1 X52K铣床的电气控制原理图 X52K型立式升降台铣床接触器继电器控制电路原理图见图2.1和其电器元件目录表见表2-1所示。2.2主电路分析 主电路中共有三台电动机。M1是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，QC刀开关实现主电动机正反转的开关；M2是进给电动机，拖动工作台进行前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，六个方向的进给运动同时只有一种运动产生，用机械操纵手柄和行程相配合的办法来实现六个方向进给运动的互锁，起正反转有接触器KM3、KM4实现；M3是冷却泵电动机，供应冷却液，与主轴电动机M1之间实现顺序控制，即M1启动后，M3才能启动。熔断器FU1作为3台电动机的短路保护，熔断器FU2作为进给电动机M2的短路保护，3台电动机的过载保护由热继电器FR1、FR2、FR3实现。2.3控制电路分析2.3.1主轴电动机M1的控制 为了方便操作，主轴电动机M1采用两地控制方式，起动按钮SB1、SB2，停止按钮SB5、SB6分别装在床身和工作台上。KM1是主轴电动机M1的起动接触器。主电动机的启动主电动机起动前应先选择主轴所需的转向，即转换开关QC搬向左边正转，搬向右边反转。然后将隔离开关QS1搬到接通位置，这时再按下起动按钮SB1（装在机床正面）或按下起动按钮SB2（装在机床的侧面），接触器KM1得电吸合，KM1的主触头点闭合接通了电动机的定子绕组，主电动机起动。KM1的辅助动合触头点14闭合并将线圈自锁，辅助动合触头点15的闭合为工作台进给线路提供了电源。主电动机的制动 为了使主轴能准确的停车，主轴制动采用了能耗制动方式。当主轴要制动停车时，按下SB5（机床正面）或按下SB6（机床侧面），这时接触器KM5得电吸合，KM5的主触头闭合，KM5的辅助触头8闭合，使电动机M1制动，主轴制动停车。主轴变速时的瞬时点动压下行程开关ST5，接触器KM1线圈瞬时接通，主电动机作瞬时点动，以达到齿轮的良好啮合。当放开ST5，断开了主轴瞬时点动线路，恢复常态。当瞬时点动一次没有实现良好啮合时，可以重复进行瞬时点动动作。表2-1 电器元件目录表符 号名 称 及 用 途符 号名 称 及 用 途M1主电动机KR1主轴电动机热继电器M2进给电动机KR2冷却泵电动机热继电器M3冷却泵电动机KR3进给电动机热继电器KM1主电动机起动接触器FU1-FU4熔断器KM2快速接触器SA1六个方向进给及圆工作台开关KM3正向进给电动机起动接触器SA2照明起动开关KM4反向进给电动机起动接触器ST1工作台向左进给行程开关KM5主轴电动机制动接触器ST2工作台向右进给行程开关QS冷却泵电动机起动转换开关ST3工作台向前、向下进给行程开关QS1电源转换开关ST4工作台向后、向上进给行程开关QC主轴电动机换向开关ST5主轴变速冲动行程开关YC电磁铁ST6进给变速冲动行程开关SB1、SB2主轴起动按钮U晶闸管整流器SB3、SB4工作台快速按钮TC1控制变压器SB5、SB6主轴停止按钮TC2照明变压器2.3.2进给运动的控制进给运动在主轴起动后方可进行，工作台的左、右、上、下，前后运动是通过操纵手柄和机械联动机构控制相应的行程开关使进给电动机正转或反转来实现的。行程开关ST1和ST2制动工作台的向右和向左运动，ST3和ST4控制工作台的向前、向下和向后、向上运动。工作台的方向进给 由转位开关SA1来控制。 （1）工作台的左右运动将SA1处于断开位置，即它的SA1-1，SA1-3接通，SA1-2断开。当压下行程开关ST1，使进给电动机的正转接触器KM3线圈得电，进给电动机正转，带动工作台向右运动，当压下行程开关ST2时，行程开关ST1复位，进给电动机反转接触器KM4线圈得电，进给电动机反转，带动工作台向左运动。 （2）工作台和前后运动在手柄扳到向下或向前位置时，手柄通过机械联动机构使ST3被压下，ST4的动合触点断开，这时进给电动机正转接触器线圈得电，电动机正转，带动工作台向下或向前运动；当手柄扳到向上或向后位置时，ST4被压下，ST3的动合触点断开，这时进给电动机反转接触器线圈得电，电动机反转，带动工作台向上或向后运动。（3）进给变速时的瞬时点动 进给变速必须在进给操纵手柄放在零位置时进给。压下行程开关ST6进给电动机瞬时正转，使齿轮进入良好的啮合状态。（4）进给方向的快速移动按下快速移动按钮SB3或SB4，快速移动接触器KM2动作，接触器KM4的动作触点闭合，接通快速离合器YC，工作台在原方向上作快速移动，松开按钮快速移动停止。2.4圆形工作台的控制 首先将圆工作台开关SA1转到接通位置时，即SA1-1的触点断开，SA1-3的触点也断开，SA1-2的触点接通。这时按下起动按钮SB1或SB2，主轴电动机起动，接着是进给电动机M2的正转接触器KM3线圈得电，M2电动机起动，带动圆形工作台做旋转运动。3 PLC设计方案的确定设计方案为：(1)不改变原控制系统电气操作方法。(2)不改变原电气系统控制元件(包括按钮、行程开关、接触器、中间继电器，作用均与原电气线路相同)。(3)原控制线路中热继电器仍用硬件控制(因过载使用几率较少)。 (4) 主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变。(5)原铣床的工艺加工方法不变。(6)只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。4 PLC设计X52铣床X52K铣床通常具有下列运动：主运动：刀具的旋转运动。辅助运动：工件的移动或进给箱的移动，工作台的快速移动，圆工作台的旋转运动，为缩短传动链和便于分别摇制，铣床采用主轴和工作台分别用单独的电机拖动。4.1PLC机型的选择由三台电机拖动，分别为主轴电机M1，进给电机M2，冷却泵电机M3，其中，主轴电机M1由接触器KM1控制，进给电机M2由接触器KM3、KM4控制，冷却泵电机M3由转换开关QS控制。1主电动机与进给电动机的联锁。这是电器上的联锁，由电气图可知，进给电动机接触器KM3、KM4的电源只有当KM1接通时才能接通。2工作台各进给方向的联锁。这是机械与电气的双重联锁，工作台纵向进给操作手柄及工作台横向进给操作手柄是十字型操作手柄，手柄每次操作只能拨向某一位置，这是机械联锁。此外，从电路图中可以知道，当这两支操作手柄同时从中间移开时，KM3及KM4的电流通道被切断。这是电气联锁。为了在使用PLC作为主要控制装置后以上联锁功能都能保留，以上联锁所涉及的器件都需接入PLC的输入口。SA2的处理则不同，经统计：以上器件再加上各种按钮及冲动开关等器件，铣床控制所需要输入口为13个。在具体连接时，原电路中串联及并联连接的触点均在连接后接入PLC，且热继电器触点均串在输出器件电路中，不占用输入口。在考虑输出口数量时，注意到输出器件有两个电压等级，并将控制逻辑简单的电路，如一些在机外连接，不在通过PLC。这样输出口共有两组接点。再考虑一些电源要占居一些接口和输入输出口的数量及控制功能选取公司的三菱FX2n系列机一台。4.2 PLC程序设计使用梯形图设计X52K铣床PLC程序。设计的基本原则是“复述”原继电器电路所叙述的逻辑内容。由于梯形图总是输出列写支路的4.2.1数字量输入部分这个控制系统的外部输入有起动按钮，主轴制动按钮，快速进给按钮，进给方向的控制开关，5个行程开关，主轴变速冲动行程开关和进给变速冲动行程开关等12个输入点。起具体的输入地址分配如表表4.2.1X52K铣床的输入地址分配序号输入器件输入地址1SB1、SB2主轴起动X02SB5、SB6主轴制动X13SB3、SB4快速进给X24ST1工作太向左运动行程开关X35ST2工作太向右运动行程开关X46ST3工作太向左前、向下运动行程开关X57ST4工作太向左后、向上运动行程开关X68ST5主轴变速冲动行程开关X79ST6进给变速冲动行程开关X1010六个方向进给SA1X1111圆工作台行程开关SA1X1212主轴、冷却泵电动机热继电器X1313进给电动机热继电器X144.2.2数字量输出部分 这个控制系统的输出外部设备有主轴的起动，制动，进给电动机M2的正、反旋转和进给电动机M2的快速运动五个状态，所以系统共有5个输出点，且5个输出点的地址分配如表所示。表4.2.2X52K铣床的输出地址分配序号输出器件输出地址1KM1主轴起动Y02KM2快速进给Y13KM3电机M2正转Y24KM4电机M2反转Y35KM5主轴制动Y44.3 I/O接线图和梯形图根据上面对系统的输入输出点的分配画出可编程控制器的I/O接线图，如图4.1所示，并画出PLC的梯形图，如图4.2所示。图4.1 PLC外部接线图网络1 主轴启动控制回路网络2主轴制动控制回路网络3快速进给控制回路网络4进给电动机正转控制回路网络5进给电动机反转控制回路图4.2 PLC梯形图4.4 PLC的程序语句表原程序语句如下：LD X00RY0ANI X1ANI X7AND X3OR X7OUT Y0LD X1ANI X13OUT Y4LD X2ANI X1ANI X7ANI X13ANI X14OUT Y1LDI X10ANI X5ANI X6AND X11AND X13LD X11ANI X3ANI X4AND X5ORBLD X11ANI X3ANI X4ANI X6ANI X5ANI X10LDI X10ANI X5ANI X6ANI X4ANI X3AN X12ORB ORBLD Y0ORY1ANBAND X14ANI X13CUT Y2LDI X10ANI X5ANI X6AND X11AND X4LD X11ANI X3ANI X4ANI X6ORBLD Y0OP Y1ANBAND X14ANI Y2OUT Y35 PLC调试对X52K立式升降台铣床进行PLC改造后要对起进行调试。将以上设计好的PLC程序输入到三菱FX2n主机后，连接好输入输出分配和主电路，按照以上的步骤进行调试，调试过程全部通过，完全满足铣床的控制要求。改造后的设备大大降低了运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和效率，改造后的设备经使用运行，结果表明效果非常好。结论铣床在机械加工和机械修理中得到广泛的应用，X52铣床的操作是通过手柄同时操作电气与机械,以达到机电紧密配合完成预定的操作,是机械与电气结构联合动作的典型控制,是自动化程度较高的组合机床。但是在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长,给生产与维护带来诸多不便,严重地影响生产。本文所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造而成,经实际运行证明该PLC控制系统无论是硬件还是软件,控制稳定可靠, 具有极高的可靠性与灵活性, 更容易维修,更能适应经常变动的工艺条件，取得了较好的经济效益。随着毕业日子的到来，课程设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。参考文献1 高学民.机床电气控制.山东：山东科学技术出版社2 鲁远栋，冼进.PLC机电控制系统应用设计技术.电子工业出版社3 齐占庆.机床电气控制技术.北京.机械工业出版社.2007.4 肖峰.可编程控制器入门与应用实例 （三菱FX2N系列）.中国电力出版社致 谢感谢谭兴强老师在本次课程设计期间给予我的指导和帮助。由于时间和个人能力有限，本设计难免存在缺点和错误，恳请老师批评指正。