PLC在车镗专机控制系统中的应用Word下载.docx
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1.1车镗专机概述
车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工,同时对孔的右端面进行车销加工的一种自动加工设备,加工工件如图1-1所示。
1-1工件示意图
1.1.1车镗专机的基本组成
车镗专机的基本组成如图1-2所示。
左、右机械动力头各有三台电动机(快速电动机、工速电动机、主轴电动机),液压站由一台电动机拖动。
1-2车镗专机的基本组成示意图
1.1.2加工过程
加工过程如图1-3所示。
操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中,在其他准备工作就绪后,发出加工指令(按下按钮)。
工件自动夹紧,压力继电器动作,左、右协力头同时开始镗销加工。
左动力头快进,工进至终点后,快退回原位:
而右动力头快进、工进至终点后还应进行右端面的车削加工(车刀横进、横退)后才快退。
当两动力头都退回原位,此时Ⅰ工位的粗加工结束,工作台移到Ⅱ工位,开始进行精镗加工。
左、右动力头重新起动,快进,工进到终点延时后快退回原位,Ⅱ工位加工结束,工作台退到Ⅰ工位,松开工件,一个自动工作循环结束。
1-3车镗专机的加式过程
1.1.3液压系统
车镗专机中工作位的转换和加工工件的夹紧与松开是由液压系统实现的,车镗专机液压系统元件如表所示。
YV1+
卸荷
SP1+
油压到信号
YV2+(—)
工件松开(夹紧)
SP2+
工件紧信号
YV3+
向Ⅰ工位
YV5+
横进
YV4+
向Ⅱ工位
YV6+
横退
表车镗专机液压系统元件表
注:
表中“+”表示得电,“-”表示断电。
1.2课程设计任务与要求
1.2.1车镗专机的控制要求
1)本系统有七台电机:
油泵电机、右主轴电机、右快速电机、右工速电机、左主轴电机、左快速电机、左工速电机。
2)工作台有两个工位,由液压系统实现两工位的转换和加工工件的夹紧与松开。
3)有自动和点动两种工作方式,其中自动工作方式又有三种形式:
全自动循环、Ⅰ工位循环、Ⅱ工位循环工作。
全自动循环过程是从Ⅰ工位到Ⅱ工位再到Ⅰ工位,Ⅰ工位循环、Ⅱ工位循环工作是指工件只在Ⅰ工位或Ⅱ工位时的加工循环。
4)手动工作方式包括左、右主动轴的点动对刀,左、右动力头的快进与快退点动,手动松开工件、手动移位等。
5)左、右床习导轨应具有自动润滑功能(YV7、YV8)。
6)左、右快速电动机均采用电磁铁抱闸制动(YB1、YB2)。
7)油泵起动后,液压系统要有一定的压力缓冲,才允许开始工作,工作结束要卸荷。
8)具有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号的指示。
9)具有照明和必要的联锁环节和保护环节。
1.2.2实践任务与要求
1)根据设备工艺要求,制定合理的改造方案;
2)确定输入/输出设备,正确选用PLC;
3)PLCI/O点分配,并绘制I/O接线图以及其它外部硬件图;
4)绘制系统功能表图;
5)设计梯形图并模拟调试;
6)正确计算选择电器元件,列出电器元件一览表;
7)绘制电气接线图,接线并调试;
8)整理技术资料,编写使用说明书。
1.3设计方案的确定
根据上述车镗专机的控制要求再加上对车镗专机的工作情况的分析后,程序较为复杂,且应用的步骤较多,故放弃使用电气控制法,而采用PLC控制。
我确立了如下的设计方案:
1)首先我对整个机床设备需要有过流、过载保护。
因此需要对这些元气件进行选择。
2)对于急停功能我们采用断电源的方法,因此对于急停功能的处理就不进PLC。
这样也可以省下PLC的一个输入点。
还有照明电路、抱闸制动、润滑和一些指示电路是为了工作的方便而设计的电路,也不进入PLC。
3)其他控制电路则通过PLC编程器来完成。
由于机床有两种工作方式:
手动和自动。
手动控制采用经验设计法而自动控制以顺序控制法为主。
本次设计中自动工作方式的形式主要全自动循环,全自动循环工作过程为:
从Ⅰ工位→Ⅱ工位→Ⅰ工位。
手动和自动工作方式可通过工作方式选择开关SA1选择或者不选择来确定是进行手动或自动控制。
第二章车镗控制系统电路设计
2.1电气主电路
主电路(如图2-1)由七台电机控制。
M1为油泵电机,M2控制右主轴的转动,M3控制右工进,M4控制右快进,M5控制左主轴的转动,M6控制左工进,M7控制左快进。
接触器KM1~KM9的主触点控制电机的转动。
其中KM2触点闭合,右主轴电机转动;
KM3触点闭合,右工进电机转动;
KM4~KM5触点闭合,右快进和右快退电机转动;
KM6触点闭合,左主轴的转动;
KM7触点闭合,左工进电机转动;
KM8~KM9触点闭合,左快进、左快退电机转动;
KM1触点闭合,油泵电机起动;
熔断器在电路中进行过流保护。
热继电器FR1~FR7分别对七台电动机负载的过载保护。
图2-1主电路图设计方案
2.2部分硬件设备参数确定
2.2.1指示灯的选择
1、额定电压:
交流6/12/24/36/48/110/220/380V
直流6/12/24/36/48/110/220V
2、尺寸:
∮10/∮12/∮16/∮22/∮25/∮30
3、形状:
球形/园平头/方形/长方形
4、颜色:
红、绿、黑、黄、白、蓝等
5、发光源:
LED、白炽灯泡和氖泡
2.2.2熔断器的选择
1、熔体额定电流的选择
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
2、熔断器额定电流与额定电压的选择
熔断器额定电流大于或等于熔体的额定电流
熔断器额定电压大于或等于电路的工作电压
3、是否带指示等功能
2.2.3组合开关与万能转换开关的选择
1、组合开关参数选择:
位数(2~4)、极数(1~4)、额定电流(≤100A)、额定电压(≤380V)、通断能力等
2、组合开关类型选择:
HZ5系列普通型组合开关(10A/20A/40A/60A)
HH10系列组合开关(10A/25A/60A/100A)
3、万能转换开关参数选择:
位数,接线图编号,额定电流,额定电压,通断能力等。
车镗专机电机、电磁阀参数(如下表所示)
设备名称
参数
左、右主轴电机
4.0KW、1440转/分、~380V、8.4A
左、右快速电机
2.2KW、1440转/分、~380V、4.9A
左、右工速电机
1.1KW、1440转/分、~380V、3.0A
油泵电机
电磁阀
-24V、0.6A、14.4W
制动电磁铁
-24V、1.1A、27.0W
2.3电气控制电路
2.3.1控制电路简介
控制电路(如图2-2所示)的主控制器为西门子S7-226CPU226PLC(6ES7216-2AD21-0XB0),而有一部分控制电路与信号指示电路是不用进入PLC。
例如,照明电路要使用手工控制,因此供电电压必须是安全交流24V电压。
控制电路、电源和油泵指示灯则使用交流220V供电。
而控制电路的供电电压是从三相电动机的任意两相引出,线电压为交流380V。
液压电磁阀的供电电压是直流24V,.因此必须采用控制变压器,通过变压器把电压降成24V的交流电,然后经过开关电源得到一个稳定的直流电源,开关电源的稳定性比其他三端稳压电源抗干扰力强很多,通过开关电源就可以得到一个24V的稳压电源。
只有当液压泵电动机得电启动后,液压达到一定的压力后才能按下启动按钮使PLC控制机床开始加工工件,液压泵的启动和停止可以当作机器的启动和停止条件,不进入PLC控制而直接在控制面板上手工控制,这样简化了PLC控制程序也降低了对设备的要求。
左右床身导轨的自动润滑功能和左右快速电动机采用的电磁铁抱闸制动也在控制电路中。
润滑动作在快退期间启动,抱闸动作通过行程开关触发。
图2-2控制电路图设计
2.3.2可编程序控制器(PC)主机
选用的PC主机是SIMATICS7-200CPU226,有24个输入点,16个输出点,可采用助记符和梯形图两种编程方式。
PLC主机面板图如图2-1所示
图2-1
图中①输出接线端;
②输出端口状态指示;
③输入接线端;
④输入端口状态指示;
⑤主机状态指示及可选卡插槽;
有三个指示灯SF/DIAG:
系统错误,当出现错误时点亮(红色);
RUN:
运行,绿色,连续点亮;
STOP:
停止,橙色,连续点亮;
可选卡插槽有:
EEPROM卡,时钟卡,电池卡;
⑥模式选择开关(运行、停止)、模拟电位器、I/O扩展端口;
⑦通讯口1;
⑧通讯口0;
第三章软件设计
3.1I/O的确定与分配
开关量的输入模块是用来接收现场输入设备的的开关信号,将信号转换成为PLC内部接受的低电压信号,并实现PLC内外信号的电气隔离。
在选择输入口时留下10%~20%的余量,因而选择20个输入口。
开关量的输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号,并实现PLC内外部信号的电气隔离。
根据该控制系统的设计要求,通过按钮以及各种开关的数目来确定与PLC有关的输入输出设备,确定PLC的I/O点数。
I/O分配表如下图所示:
输入口
编号
名称用途
I0.1
KP1
油压信号
I0.2
KP2
夹紧信号
I0.3
SQ5
I工位
I0.4
SQ6
II工位
I0.5
SQ8
左原点
I0.6
SQ1
右原点
I0.7
SQ9
左快—》工
I1.0
SQ2
右快—》工
I1.1
SQ7
横刀终位
I1.2
SQ4
横刀原点
I1.3
SQ10、SB2
左工—》退/松开工作
I1.4
SQ3、SB3
右工—》手动移位
I1.5
SB4
左点动
I1.6
SB5
右点动
I1.7
SB6
左快进
I2.0
SB7
左快退
I2.1
SB8
右快进
I2.2
SB9
右快退
I2.3
SA1
自/手切换
I0.0
SB1
启动
输出口
Q0.1
KM1
左主轴
Q0.2
KM2
Q0.3
KM3
Q0.4
KM4
左工进
Q0.5
KM5
右主轴
Q0.6
KM6
Q0.7
KM7
Q1.0
KM8
右工进
Q1.1
YV2
夹紧
Q1.2
YV3
向I工位
Q1.3
YV4
向II工
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