分度盘磨铣专用机床控制系统PLC改造设计

摘要目前许多制造厂家都想通过切削、磨削和刃磨刀具，来最大限度地减少停机。他们急需更精巧和万能的、能够用不同尺寸和型式的刀具进行加工的机床。为迎合这种形势，机床制造厂家正在开发速度和生产率更高的柔性机床。 从目前的发展势头来看，当前工具磨床的刚度比以前的同类机床更高，公差要求更严。一些机床甚至具有菜单驱动的软件，以便更容易编程和调整。在某些情况下，在磨床工作时，其操作者还可以监测刀具刃磨情况。为了减轻工作人员的劳动强度，提高工件的加工精度，减少工件的装夹次数，节约能源，故将一些老式的设备进行改造。 本机床的装卸由人工进行。装上工件后要求能自动完成八个工位的加工，进行调整的要求能进行一个工位的循环，即本机床要求能进行单拍和半自动工作制。加入能重复进行八个工作循环后自动停机的控制环节。关键词: PLC 磨铣床 分度盘 八工位目 录绪论-1第一章 PLC的概述1.1 PLC的产生-31.2 PLC的定义-31.3 PLC的发展趋势-41.4 PLC的特点-51.5 PLC的主要功能-6第二章 PLC的基本结构及其原理2.1 PLC的基本结构-92.2 PLC各部分的作用-9第三章 机床继电器接触器系统设计3.1 分度盘磨铣专用机床电动机及控制方式-123.2 分度盘磨铣专用机床的控制流程-123.3 主要元器件选择-143.4 继电器控制电路采用经验设计法设计-173.5 机床控制电路分析-23第四章 继电器接触器系统PLC改造4.1 由继电器接触器电路改造PLC梯形图-254.2 PLC硬件系统的设计-26致谢-29参考文献-30附表梯形图-附表1状态流程图-附表2绪 论对于机械液压电气结合控制的组合机床,电气控制起着重要的中枢神经作用。所以电气部分运行可靠与否，直接关系到机床的运行和使用。很多老式机床的继电控制系统在很多方面已不适应当今制造业的发展情况，但其机械和液压部分还有使用价值，因此老式机床PLC改造便有了相当现实的意义。专用机床加工过程概述 分度盘磨铣专用机床是一台小型八工位回转工作台组合机床。磨头安装磨铣刀具，由电动机驱动运转；旋转磨头的三次上、下运动即是对工件的磨铣加工，这个上下运动是由液压系统实现的。台升台转（45）台降台转油缸复位实际上是带动被加工工件回转45，以便进行下一工位的磨铣加工。当安装好的工件按上述工作循环重复进行8次后完成了八工位的加工任务，然后由人工卸下。1.1 专用机床的控制要求1) 反映磨头上、下运动到位的检测元件要选用接近开关。2) 本机床的装卸由人工进行。装上工件后要求能自动完成八个工位的加工，进行调整的要求能进行一个工位的循环，即本机床要求能进行单拍和半自动工作制。必须考虑加入能重复进行八个工作循环后自动停机的控制环节。3) 磨头点动调整时必须考虑磨头上、下运动的极限位的保护以及必要的联锁要求4) 控制线路在液压泵电机启动工作后才能工作。5) 系统具有程序预选功能。程序选定后，整个加工过程能自动进行。6) 加工过程要求停位准确。各运动之间应有相应的联锁。7) 其他必要的电气保护措施第一章 PLC的概述1.1 PLC的简介20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：(1) 编程方便，可现场修改程序(2) 维修方便，采用插件式结构(3) 可靠性高于继电器控制装置(4) 体积小于继电器控制盘(5) 数据可直接送入管理计算机(6) 成本可与继电器控制盘竞争(7) 输入可以是交流150V以上(8) 输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等(9) 扩展时原系统改变最小(10) 用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。1.2 PLC的定义 美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了PLC应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。1.3 PLC的发展趋势PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 1.3.1 向小型化、专用化、低成本方向发展随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使PLC结构更为紧凑，相当于一本精装本书的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。 1.3.2 向大容量、高速度方向发展大型PLC采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。 1.3.3 智能型I/O模块的发展智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。 1.3.4 基于PC的编程软件取代编程器随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对PLC控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。 1.3.5 PLC编程语言的标准化与个人计算机相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用。PLC的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可编程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC制定了可编程序控制器标准。标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。 1.3.6 PLC通信的易用化PLC的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 1.3.7 组态软件与PLC的软件化个人计算机（PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。 1.3.8 PLC与现场总线相结合现场总线I/O与PLC可以组成功能强大的、廉价的DCS系统。 1.3.9 开发新型特殊功能模块I/O组件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大处理能力。 1.3.10 CPU的处理速度进一步加快目前，PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的CPU也不过80486，将来会全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。1.4 PLC的特点1.4.1 抗干扰能力强，可靠性好PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：1） 隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于PLC的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2） 滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。3） 对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。4） 内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证CPU可靠运行。5） 利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。6） 对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。7） 采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。8） 以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 1.4.2 控制系统结构简单，通用性强PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。 1.4.3 编程方便，易于使用PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。 1.4.4 功能完善PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。 1.4.5 设计、施工、调试、的周期短用继电器接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 1.4.6 体积小，维护操作方便PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。 1.4.7 易于实现网络化PLC可连成功能很强的网络系统。 1.4.8 可实现三电一体化PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。1.5 PLC的主要功能 1.5.1 条件控制功能条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。 1.5.2 定时/记数控制功能定时/记数控制功能指用PLC提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。 1.5.3 数据处理功能数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。 1.5.4 步进控制功能步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 1.5.5 A/D与D/A 转换功能A/D与D/A 转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。 1.5.6 运动控制功能运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。 1.5.7 过程控制功能过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 1.5.8 扩展功能扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。 1.5.9 远程I/O功能远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 1.5.10 通信联网功能通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。 1.5.11 监控功能监控功能是指PLC能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制I/O状态。第二章 PLC的基本结构及原理2.1 PLC的基本结构目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。如图2-1所示，PLC控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。图2-1 PLC硬件结构图2.2 PLC各部分的作用2.2.1 中央处理器CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下：1) 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。2) 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。3) 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。4) 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。5) 应各种外部设备的工作请求。2.2.2 存储器PLC的存储器分为两大部分：一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。2.2.3 输入输出接口电路PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。2.2.4 电源PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。2.2.5 输入输出I/O扩展接口若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。2.2.6 PLC的基本工作原理PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图2-2所示。图2-2 PLC的扫描全过程1) 输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。2) 程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。3) 输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的I/O刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。第三章 机床继电器接触器系统设计3.1 分度盘磨铣专用机床电动机及控制方式。分度盘磨铣专用机床共设置两台电动机M1、M2。3.1.1 磨头电动机M1 磨头电动机M1的控制方式为单向连续工作制,轻载启动,且只有3KW,可直接全压起动。用一只交流接触器控制M1,设为KM1. 3.1.2 液压泵电动机M2液压泵电动机M2的控制方式也是单向连续工作制,M2只有2.2KW,可直流全压起动。用一只交流接触器控制M2,设为KM2。分度盘磨铣专用机床配置的电动机均在7KW以下，均可直接起动，而且均为单方向起停控制。考虑到短路保护、过载保护、零压保护和欠压保护等。电气控制电路的基本保护，设计主电路如图3-4a所示。在图3-4a主电路中，设置自动空气断路器QF为该机床电源开关，电源开关本身具有短路和过载的保护功能，使控制系统形成双重保护，FU1、FU5分别为M1、M2的短路保护用熔断器。FR1、FR2为M1、M2过载保护用热继电器、零压和欠压保护。通过电动机电源接触器KM1、KM2的电磁机构来实现。3.2 分度盘磨铣专用机床的控制流程3.2.1 机床工作循环图见下图3-1 3.2.2 机床加工过程功能图见附表1图3-1 机床工作循环图3.3 主要元器件选择3.3.1 断路器磨头电动机电流是6.4A，液压泵电动机的电流是5A根据低压短路器的选用原则，选择DZ5-20/310型断路器。其额定电压380V，额定电流20A。3.3.2 熔断器FU1的选择 磨头电动机电流是6.4A，轻载启动，连续运转，考虑电动机的启动电流，FU1选择RL1-15型，熔体取15A.FU5的选择 液压泵电动机电流是5A，轻载启动，连续运转，考虑电动机的启动电流，FU1选择RL1-15型，熔体取10A.FU2的选择 FU2是控制电路熔断器，选择RL1-15型，熔体取6A。FU3FU4的选择 FU3FU4是整流直流电路的短路保护熔断器，选择RL1-15型，熔体取4A。3.3.3 接触器磨头电动机电流是6.4A，根据2.5倍的启动电流，选择KM1为CJ20-25型。额定电压380V，额定电流25A。液压泵电动机电流是5A，根据2.5倍的启动电流，选择KM1为CJ20-16型。额定电压380V，额定电流16A。3.3.4 热继电器FR1的选择 磨头电动机电流是6.4A，选择FR1为JR16-20/3D，整定电流6.7A。FR2的选择 液压泵电动机电流是5A，选择F21为JR16-20/3D，整定电流5.2A。3.3.5 主令按钮切换按钮选择旋钮开关L18-22X2型，其余按钮选择LA2型，颜色有红绿黑三种。3.3.6 中间继电器中间继电器选择J14系列，其吸引线圈电压380V，触头额定电压380V，触头额定电流5A。3.3.7 接近开关选择LJ18A-5/232型，输出方式为常开，额定电压220V，输出电流200A，动作距离5毫米（正负误差0.5毫米）。3.3.8 行程开关选择JLXK1-111型,单轮防护式，额定电压500V。3.3.9 时间继电器选择JS7-1A型，线圈电压380V。3.3.10 控制变压器控制变压器的容量可以根据由它供电的最大工作负载所需要的功率有一定余量选取。选择控制变压器为BK500型，500VA，380V/28V。系统所需元气件如表3-2所示表32 系统所需元气件一览表代 号元件名称型号规格数量功 能M1磨头电动机Y100L1-42.2KW 380V 1420r/min1驱动磨头M2液压泵电动机Y100L1-23KW380V 2880r/min1驱动液压泵QF自动空气开关DZ5-20/31050HZ 380V 20A1引入电流，过载短路保护FU1熔断器RL1-1515A 熔体15A3M1短路保护FU5熔断器RL1-1515A 熔体 10A3M2短路保护FU2熔断器RL1-1515A 熔体6A2控制回路短路保护FU3熔断器RL1-1515A 熔体4A1直流电路短路保护FU4熔断器RL1-1515A 熔体4A1直流电路短路保护FR1热继电器JR16-20/3D整定电流6.7A1M1过载保护FR2热继电器JR16-20/3D整定电流5.2A1M2过载保护KM1接触器CJ20-2525A 380V1磨头起动KM2接触器CJ20-1616A 380V1液压泵起动TC控制变压器BK-500380V/28V1降低电压用以整流SQG1接近开关LJ18A-5/232额定电压220V 常开1磨头上限位SQG2接近开关LJ18A-5/232额定电压220V 常开1磨头下限位SQ1行程开关JLXK1-111单轮防护式1工作台上升到顶时工作SQ2行程开关JLXK1-111单轮防护式1工作台下降到底时压合SQ3行程开关JLXK1-111单轮防护式1工作台转位到达时压合SQ4行程开关JLXK1-111单轮防护式1液压缸复位时压合SQ5行程开关JLXK1-111单轮防护式1磨头上行超行程保护SQ6行程开关JLXK1-111单轮防护式1磨头下行超行程保护SQ行程开关JLXK1-111单轮防护式1一工位时压合SB1按钮LA2红色1总停SB2、SB8按钮LA2绿色，红色2启 停M1SB3、SB9按钮LA2绿色，红色2启 停M2SB4按钮LA2绿色1启动控制电路SB5按钮LA2黑色1复位SB6、SB7按钮LA2黑色2磨床上下行点动SA切换按钮L18-22X2黑色1状态切换KAa、KAb、KAc、KAd中间继电器JZ14-62线圈电压380V4KA0-KA7 KAe KAf中间继电器JZ14-44线圈电压380V10KA9,KA10 KA20-KA28中间继电器JZ14-44线圈电压380V11KA8中间继电器JZ14-26线圈电压380V11YV-6YV电磁阀线圈DC24V 0.78A6KT时间继电器JS71A线圈电压380V13.4 继电器控制电路采用经验设计法设计机床继电器控制原理图图3-4a 主电路图3-4b 磨头控制电路图3-4c 工作台控制电路图3-4d 八工位循环计数图3-4e 电磁阀控制电路3.5 机床控制电路分析 控制电路分交流和直流两部分，交流控制电路取UW之间线电压作为控制电路电源,熔断器FU2作为其短路保护.由于电磁线圈是直流24V的,因此由控制变压器TC降压输出28V电压,再经整流器整流输出 。DC24V电压作为直流控制电路电源电压,FU3、FU4作为其短路保护熔断器。3.5.1 M1的控制按下SB2(8区)KM1吸合并自锁,M1启动运行,按下SB8(8区),KM1失电,M2停止运行.3.5.2 M2的控制按下SB3(9区)KM2吸合并自锁,M2启动运行,按下SB9(9区)KM2失电,M2停止运行.3.5. 3 磨头上下运行的控制该机床的执行机构是液压系统,电磁阀是DC24V线圈.故设计控制中间继电器KA1、KA2,通过KA1、KA2的常开触点控制1YV、2YV的通断。按下SB4（10区）KA0通电吸合并自锁，KA0常开触点（11区）闭合。机床此时处于原位，SQG1（14区）压合，KAb通电吸合，KAb常开触点（11区）闭合，KA1通电吸合自锁，KA1常开触点（34区）闭合，2YV通电，磨头下行。当磨头下行至SQG2（14区）时，KAf得电，其闭触点断开使KA1断电，2YV断电。KAf常开触点闭合（12区）KA2吸合并自锁。KA2常开触点（33区）闭合，1YV吸合，磨头上行。磨头在一次工作循环中须上下三次，这计数三次的工作由计数电路（1618区）完成。当磨头开始工作时，KA0的常开触点（16区）闭合，磨头完成一次上下回到上限SQG1时KAb常开触点（16区）闭合，KA3吸合并自锁，计数一次。磨头完成第二次上下回到上限时，KA4吸合并自锁，同时断开KA3，计数2次。磨头第三次碰到SQG1时KA5通电吸合自锁，KA5常开触点（10区）断开，磨头停止工作，工作台开始工作。3.5.4 工作台的控制KA5通电吸合后KA5常开触点(19区)闭合,KA6通电吸合并自锁.KA6常开触点(35区),3YV通电吸合,工作台上升.上升到限位SQ1(20区)时KA7通电吸合且自锁。同时KT得电，其动合触点（21区）延时1秒闭合。KA7常开触点(37区)逼合,5YV通电.此时3YV和5YV同时吸合,工作台转位.工作台转位45压合SQ3（21区）KA8吸合自锁。KA8的三个常闭触点（18区、19区、20区）分别断开KA5、KA6、KA7。KA8常开触点（36区）闭合，4YV吸合，工作台下降。下降到底压SQ2（22区）KA9吸合并自锁，其常开触点（23区）闭合KA10通电吸合且自锁，为下一个工位的工作循环做好准备。KA9常开触点（38区）闭合、6YV吸合，夜压缸复位当压合SQ4（15区）KAC吸合。KAC常开触点（24区）闭合，KA20吸合并自锁。KA20常开触点（32区）闭合。KA28吸合，KA0吸合自锁，机床开始新的一轮工作循环。23区-32区的电路是计数电路,共计八次,原理前面以详细叙述,这里不再重复.当八次循环到达SQ时KA27吸合,KA27常闭触点(18区)断开,整个系统断电.3.5.5 其它辅助控制1) 调试状态和工作状态切换SASA在调试位置时SA-1(10区)断开,使机床只能进行一个工位的循环.SA-2(12区)SA-3(11区)闭合,可对磨头上下进行点动.SA在工作位置时SA-1(10区)闭合,机床可进行八工位循环工作.SA-2、SA-3断开，无法进行点动。2) 复位按钮SB5按下SB5(13区)Kaa吸合.KAa常开触点(12区,19区,20区)闭合,使磨头向上压合SQG1,工作台转位压合SQ,液压缸复位压合SQ4.机床处于初始状态.3） 机床各运动都有相应的连锁。第四章 继电器接触器系统PLC改造4.1 由继电器接触器电路改造PLC梯形图继电控制PLC改造通常有两种方法：一种是在原有图纸的基础上作适当的修改，将继电器控制图转变为PLC梯形图；另一种是放弃原理有电路图，根据机床的工艺要求重新设计PLC梯形图。这里使用的是前一种方法。因为一般须改造的机床都是一些较老式的机床，其原理图相对比较成熟。根据原理图改造不易有疏漏，比较稳妥。4.1.1 分析原理图原理图主要分四部分。1) 磨头电动机和液压泵电动机的启动自保持电路 该部分十分简单，可直接转换为PLC梯形图。2) 磨床上下运行控制电路 该部份电路又可分为两小部分，一部份电路控制磨床头的上下，另一部分起计数功能。磨头控制电路转化为PLC梯形图后，在局部作一些修改后便可使用，计数功能可用计数器代替。3) 工作台控制电路 该部分电路可分为两小部分，一部分电路控制工作台运转，另一部分计数。工作台控制电路是典型的顺序控制电路，稍作修改后可直接转换成PLC梯开图。计数器可用计数器代替。4) 液压阀控制电路 该电路可作为PLC外部电路。4.1.2 PLC选型及I/O分配1) 统计分度磨铣专用机床PLC输入动作点数为19，执行元器件点数为8，共27点。参照PLC的I/O点数和教学要求，本设计根据实验室现有的设备情况，选取用三菱的FX-2N型PLC作为组合机床PLC控制系统的机型。2) PLC控制系统元气件明细表见表4-1 、I/O分配表见表4-24.1.3 对继电器控制原理图进行PLC改造改造后的PLC梯形图见附表24.1.4 PLC梯形图的分析1) M1、M2 的控制 按下磨头电动机起动按纽SB2时,输入点X2接通，则KM1接通且自锁，使磨头电动机M1起动运转。按下液压泵电动机起动按钮SB3时,输入点X3接通，则KM2接通并自锁,使液压电动机M2起动运转。当SB8或SB9为ON时,M1或M2断电。2) 磨头的上下控制 按下控制电路起动按钮SB4,则X4为ON,此时机床应处于初始状态SQG1、SQ1、SQ2、SQ4、SQ均被压合,则Y1、Y3、Y4、Y5、Y6均接通且自锁。由于SB4已为ON，则Y2接通并自锁，磨头向下运行。磨头向下运行至限位压合SQG2时，X11为ON，其常闭触点断开，使Y2断电，其常开触点闭合，使Y1接通，磨头上升。磨头向上运动至限位压合SQG1时，X10为ON。其常闭触点断开，使Y1断电，其常开触点闭合，使Y2接通，磨头下降。磨头在Y1接通后，每完成一次循环即Y2接通一次，计数器C2便计数一次。计数满三次时，C2为ON，C2常闭接点断开，使Y2断电，磨头停止工作。3) 工作台的控制C2为ON时，其常开触点闭合，使Y3接通并自锁，工作台上升。工作台上升至限位压合SQ1时，X12为ON，此时Y3常开触点也已闭合，则Y5接通。Y3和Y5同时接通，工作台转位。工作台转45度压合回转限位SQ3时，X14的工作位为ON，此时Y4接通，使Y4常开触点闭合，使Y3与Y5断电，工作台下降。工作台至下限压合SQ2时，X13的工作位为ON ，此时Y4常开触点断开，使Y6接通，Y6常开触点闭合，使Y4断电，转位液压缸复位。液压缸每接通一次，计数器便计数1次,计数满八次时,其常闭触头断开,常开触头闭合,当进行完八个工作位循环时，C1为ON，其常闭触点断开,将系统断电。4) 调试状态控制合上切换开关SA时,X0的工作位为ON，X0的常闭触头断开，常开触头闭合。按下SB6时,X6的工作位为ON。其常开触头闭合,使Y2接通，磨头向下运动。松开SB6时,Y6由ON变为OFF，将Y2断电。实现了对磨头向下的点动。同样道理,通过输入点SB7可实现对磨头向上的点动。如果机床不在原位，在调试状态，按下SB5时,X5的工作位为ON，使Y1、Y3、Y4、Y5、Y6接通机床开始复位。5) 保护措施如果FR1或FR2动作，则X21或X22的常闭触头断开，使I工位以下的程序不执行，从而达到过载保护的效果KM1和KM2之间有联锁保护3YV6YV之间不设联锁保护，这是因为控制电路中所有辅助继电器都是PLC内部的“软继电器”，它没有真正意义上的触点，不存在熔焊等现象，从而避免了几个电磁阀同时得电的可能。4.2 PLC硬件系统的设计PLC外部接线如图4-3所示 表4-1 PLC控制系统元气件明细表代号元件名称型号规 格数 量用 途KM1接触器CJ202020A 220V1磨头起动控制KM2接触器CJ202020A 220V1液压泵起动控制FU2熔断器RL11515A熔体6A1直流短路保护FU3熔断器RL11515A熔体6A1交流短路保护FU4熔断器RL11515A熔体6A1电源短路保护SB急停按钮LA1911J红色1紧急停止表4-2 I/O分配表输 入 信 号 功能元件地址停止按钮SB1X1磨头电动机起动按钮SB2X2液压泵电动机起动按钮SB3X3控制电路起动按钮SB4X4复位按钮SB5X5磨头下行点动按钮SB6X6磨头上行点动按钮SB7X7磨头电动机热继电器常开触点FR1X21液压泵电动机热继电器常开触点FR2X22磨头上行限位SQG1X10磨头下行限位SQG2X11回转工作台上限位SQ1X12回转工作台下限位SQ2X13回转工作台回转限位SQ3X14液压缸复位时压合SQ4X15磨头上升超行程保护SQ5X16磨头下降超行程保护SQ6X17工作台I工位位置开关SQX20切换开关SASB8SB9X0X23X24输 出 信 号功能元件地址磨头电动机控制接触器KM1Y11液压泵电动机控制接触器KM2Y121#电磁阀线圈1YVY12#电磁阀线圈2YVY23#电磁阀线圈3YVY34#电磁阀线圈4YVY45#电磁阀线圈5YVY56#电磁阀线圈6YVY6第23页 共34页FU1X17X20X16X15X0DC 24VAC 220VY1X1Y12Y11COMCOMY6Y5Y3Y4Y2Y1X14X13X12X11X10X24X23X22X6X21X7X5X4X3X2X1图4-3 PLC外部接线图第29页 共34页致谢毕业设计论文即将完成,即将为我的大学生涯画上一个句号,我感慨万千在毕业设计的过程中,我详细查找有关参考资料，上网浏览相关网站，认真完成。在这次设计中我应用了继电控制技术、可编程控制技术、液压传动、机械传动等多个学科的专业知识。通过这次毕业设计，使我更加深入、系统的学习了这些知识，对这些学科有了更深刻的,更深入的理解。我了解了一些以前不甚明了的专业要点，注意了一些以前不太注意的细节问题，还学到了一些新的技术知识。在这次完成设计的过程中,我深刻的意识到：我在学习和工作中一定要保持刻苦钻研、积极进取的态度，只有通过自己的刻苦钻研才会取得进步和成功。在学术求证中要敢于创新，勇于实践。通过学习，我看清了在理论和实践学习过程中的不足，理论和实践结合的面和点的错位，操作连贯性的缺乏等等，在今后的学习、工作中我会及时发现自己存在的不足，并加以改正。在这次设计过程中我衷心的感谢张灵妍、许杰、袁可为、范文宇等多位老师对我的指导以及帮助 ，使得设计在内容和时间上得到进一步的完善和充实。我也感谢我的同学、学长、朋友们，使他们教我如何更好的完成本次毕业设计，是他们在背后默默地支持我、鼓励我、帮助我。谢谢你们！你们辛苦了参考文献1 中央空调 冶金工业出版社 何耀 主编2 空调设计 湖南大学出版社 殷平 主编3 通用变频器及其应用 机械工业出版社 韩安荣主编4 可编程控制器原理与应用 华南理工大学出版社 朱寅生 主编5 小型可编程控制器实用技术 机械工业出版社 20006 可编程序控制器（PLC）原理及应用 云南科技出版社 邹金慧 编著7 三菱电机FX系列特殊功能模块用户手册 20018 三菱电机.三菱FR-F540-37K-CH系列变频器使用手册 20059 电力控制系统运动控制系统(第三版) 北京机械工业出版社 200410 可编程控制器入门和应用实例(三菱FX2N) 北京中国电力出版社 200511 电力拖动控制线路与技能训练 中国劳动社会保障出版社 2001附表1上电M1启动M2启动SA是否处于工作状态磨头下降磨头上升机床复位NX6X7X5S20S21S22S23机床复位磨头下降磨头上升磨头下降YX4X11X10C2S24S25S26S27END工作台上升工作台下降工作台转动C2X12X14X1液压缸复位C1 K8X15X158次循环后C1C1X5附表2