三面铣组合机床的PLC控制系统设计解读Word文档格式.docx
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3.总体方案的确定
二、硬件设计
1路原理图的设计
1.1主电路
1.2PLC外围电路及I/O接线图
三、元器件的选择
1.PLC的选择
2.接触器的选择
3.热继电器的选择
4.熔断器的选择
5.开关的选择
6.主令电器的选择
四、软件设计
1.功能表图
2.梯形图
3.程序调试
五、人机界面
1.组态王简介
2.人机界面的设计
六、设计小结
七、附录
1.电气原理图
2.PLCI/O接线图
3.功能表图
可编程控制器以体积小功能强大所著称,它具有可靠性高、抗干扰能力强,编程简单、使用方便,功能完善、通用性强,设计安装简单、维护方便,体积小、重量轻、能耗低等优点。
不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系,从而实现生产过程的自动控制。
特别是现在,由于信息、网络时代的到来,扩展了PLC的功能,使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业。
本次课程设计是基于PLC的电器控制系统的设计,是PLC在三面铣组合机床控制系统中的应用。
通过PLC的电器控制和上位机的配合,实现上下位机间的通讯,控制。
本次的系统是由四台电机来实现对工件三个面的铣削加工,同时并可实现手动操作控制和自动控制,有单循环自动工作、单铣头自动工作和点动三种工作方式。
并用组态王软件设计控制面板,来实现对机床工作流程的控制。
1、设计任务
1.1三面铣组合机床的概述
三面铣组合机床是用来对Z512W型台式钻床主轴箱的∮80、∮90孔端面及定位面进行铣削加工的一种自动加工设备。
如图1所示为加工工件示意图。
图1加工工件示意图
1.2三面铣组合机床的基本组成
机床主要由底座、床身、铣削动力头、液压动力滑台、液压站、工作台、工件松紧液压缸等组成。
机床底座上安放床身,床身上一头安装由液压动力滑台,工件及夹紧装置放于滑台上。
床身的两边各安装一台铣削头,上方有立铣头,液压站在机床附近。
1.3加工过程
三面铣组合机床的加工过程如图2所示。
操作者将要加工的零件放在工作台的夹具中,在其他准备工作就绪后,发出加工指令。
工件夹紧后压力继电器动作,液压动力滑台(工作台)开始快进,到位转工进,同时起动左和右1铣头开始加工,加工到某一位置,立铣头开始加工,加工又过一定位置右1铣头停止,右2铣头开始加工,加工到终点三台电动机同时停止。
待电动机完全停止后,滑台快速退回,工件松开,一个自动工作循环结束。
操作者取下加工好的工件,再放上未加工的零件,重新发出加工指令重复上述工作过程。
1.4三面铣组合机床的液压系统
三面铣组合机床中液压动力滑台的运动和工件松紧是由液压系统实现的。
如
表1为液压系统的原理图。
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
BP1
BP2
原位
-
(+)
夹紧
+
快进
工进
死挡铁停留
快退
松开
表1液压元件动作表
1)有单循环自动工作、单铣头自动循环工作、点动三种工作方式。
2)单循环工作方式如图2所示,油泵电机在自动加工一个循环后不停机。
3)单铣头自动循环工作包括:
左铣头单循环工作、右1铣头单循环工作、右2铣头单循环工作、立铣头单循环工作。
单铣头自动循环工作是时,要考虑各铣头的加工区间。
4)点动工作包括:
四台主轴电动机均能点动对刀、滑台快速(快进、快退)点动调整、松紧液压缸的调整(手动松开夹紧)。
5)五台电动机均为单向旋转。
6)要求有电源、液压泵工作、工件夹紧、加工、原位信号指示。
7)要求快退回来时要对工作台进行润滑。
8)要求有照明电路和必要的连锁环节与保护环节。
3.总体方案确定
三面铣组合机床系统控制的加工部分采用PLC设计,其中自动加工部分采用顺序控制设计法,手动部分采用经验设计法。
油泵指示、电源指示、油压指示、原位指示、照明、快退润滑等在PLC外电路中设计实现。
本实习采用菱阳FX系列的PLC,并规定采用I/O口为40点的PLC,其中输入端口为24点,输出端口为16点。
上位机采用组态王6.5软件进行设计,实现上下位机间的通讯及控制。
二、硬件设计
1.电路原理图的设计
1.1主电路图(见附图)
主电路只要由刀开关Q、熔断器FU、热继电器FR、交流接触器KM的主触点等电器元件及五台电动机组成。
设计思路:
为了确保刀具与工件的安全,在主轴电动机、油泵电动机过载时,除了本电动机停止外,进给电动机(左右工速电机,左右快速电机)也要相应的停止。
因此必须把进给电动机并联在主轴的熔断器FU之下(如附图1所示),使主轴电动机和进给电动机有共同的熔断器FU,保证过载时同时切断。
主电路的保护环节:
(1)熔断器主要起短路保护及过载保护;
(2)继电器起自动接通或断开控制电路和保护电力装置的作用;
(3)接触器用于远程控制负荷,切断带负荷电路;
1.2PLC外围电路及I/O接线图(见附图)
PLC外控制电路包含有照明电路、油泵指示及电源指示信号。
照明灯用个单独的开关来控制,油泵指示灯则由KM5接触器的常开辅助触点控制,当油泵打开时,KM5常开触点闭合,油泵指示灯亮,电源指示灯则由线路的总开关来控制,当开关闭合时,电源指示灯亮。
本次设计的PLC输入点数有18个,输出点数有17个
输入点数的确定:
(1)手/自动共有的:
死档铁停留信号BP1、夹紧信号BP2、油压信号BP3、原位行程开关SQ1、上下位机切换开关SA1。
(2)自动所特有的:
开始按钮SB5、左铣及右1铣头行程开关SQ2、右2铣头行程开关SQ3、立铣头行程开关SQ4。
还有用三个点五种状态来实现单循环自动工作、左铣动力头自动循环工作、右1铣动力头自动循环工作、右2铣动力头自动循环工作、立系动力自动循环工作之间的切换。
(3)手动加工部分有:
快进按钮SB1、快退按钮SB2、夹紧按钮SB3、松开按钮SB4、左动力头点动按钮SB6、右1动力头点动按钮SB7、右2动力头点动按钮SB8、立铣动力头点动按钮SB9。
为了尽量减少所需的I/O点数,采用分组输入的方法来减少输入点数。
由于三面铣组合机床系统中有自动和手动两种工作方式,其中动力头的电动输入点可以和自动状态下的相对应的行程开关输入点复用,即X13、X15、X16三个点可以复用,为了防止出现寄生回路,产生错误输入信号,在共用的输入端口串联二极管。
输出点数的确定:
在输出端包含有交流110V线圈:
左动力头接触器线圈KM1、右1动力头接触器线圈KM2、右2动力头接触器线圈KM3、立铣头电动机接触器线圈KM4。
直流24V线圈:
夹紧电磁阀线圈YV1、松开电磁阀线圈YV2、快进电磁阀线圈YV3、快退电磁阀线圈YV4、工进电磁阀线圈YV5、润滑电磁阀线圈YV6。
还有交流220V的指示灯:
原位指示L1、加工指示L2、工件夹紧指示L3、油压报警指示L4、夹紧报警指示L5、快进报警指示L6、快退报警指示L7。
在输出(Y10—Y13)中由于是交流线圈输出,为了防止突然断电,由于电感的存在(U=L*di/dt),会产生高压脉冲,损坏PLC,在输出要并联RC电路,起续流作用。
而输出(Y2—Y7)是直流输出,同样要并联续流二极管,保护PLC。
三、元器件的选择
1.PLC的选择
I/O点数:
在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少,但必须留有一定的裕量(10%~15%)。
基于本设计I/O口的要求,需18个输入点,17个输出点,因此我们选择了FX-0N这种型号的PLC。
2.接触器的选择
左、右2铣削头电动机:
JO2-41-4,4.0kw,1440r/min,380v,8.4A
立、右1铣削头电动机:
JO2-32-4,3.0kw,1430r/min,380v,6.5A
液压泵电动机:
JO2-22-4,1.5kw,1410r/min,380v,3.49A
根据以上参数选出接触器的型号:
KM1、KM3的型号CJ20-10,KM2、KM6、KM1的型号CJ20-8
3.热继电器的选择
一般情况下热元件额定电流按电动机额定电流来选择。
对于过载能力较差的电动机,热元件额定电流应适当降低。
热继电器的额定电流大于等于热元件的额定电流,热继电器的额定电压大于或等于线路和额定电压,根据三面铣组合机床的原理图及上述电动机的一些参数其型号可选JR20-10/14R,JR20-10/13R,JR20-10/10R等。
4.熔断器的选择
熔体额定电流与负载大小、负载性质有关。
对于一般照明电路、电热电路等负载:
可按负载电流大小来确定熔体的额定电流。
对于电动机负载:
单台:
INP=(1.5~2.5)INM;
多台:
INP=(1.5~2.5)INMmax+∑INM
5.开关选择
5.1刀开关
参数选择:
极数,额定电流,额定电压,通断能力等
5.2组合开关
位数(2~4),极数(1~4),额定电流,额定电压,通断能力等。
5.3万能转换开关
位数,接线图编号,额定电流,额定电压,通断能力等。
6.主令电器的选择
6.1控制按钮的选用
额定电压,额定电流,圆形头或方形头、安装尺寸,结构形式,动作方式等。
6.2行程开关的选择
操作头的结构,自动复位或非自动复位,长挡铁与短挡铁,触点的数量。
6.3控制变压器的选择
变压器一、二次电压应与交流电源电压、控制电路电压与辅助电路电压要求相符。
电器元件清单
序号
名称
符号
型号规格
数量
备注
1
按钮
SB1
LA20-11J
SB1用于急停
2
SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10
LA20-11
9
3
行程开关
SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9、SQ10
LX19-111
10
4
转换开关
SA1、SA3、SA4、SA5、SA6
HZ10-10/1
5
SA7
HZ10-10/2
6
SA2
LW5-15D
7
组合开关
QS
HK1-60
8
熔断器
FU1
RL6-63/50
1.5*8.4+8.4+3+3+3+4.9+4.9=39.8熔体额定电流取50A
FU2
RL6-25/6
1.5*3=4.5≈6A
FU3、FU5
RL6-25/25
1.5*8.4+3+4.9=20.5≈25A
11
FU4、FU6
RL6-2
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