江苏大学PLC课程设计报告.docx
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江苏大学PLC课程设计报告.docx
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江苏大学PLC课程设计报告
PLC课程设计报告书
题目:
1、半自动外园磨床电气控制系统的设计
2、PLC控制变频调速系统设计与调试
班级:
J自动化1103
学号:
姓名:
指导教师:
吉敬华、刁小燕
题目一:
半自动外园磨床电气控制系统的设计
一、设计任务
某厂承接了一批磨削工件外园的加工任务,为适应批量生产的需要,将一台普通外园磨床改装为半自动外园磨床。
使用自动测量装置,自动对磨削中的零件尺寸进行测量,并发出控制信号,从而实现半自动循环磨削工作,并增设了砂轮修整及补偿装置。
磨床是一种较精密的机床,它以砂轮为刀具进行切削,经它加工的零件可以获得高光洁度的表面。
半自动磨床适用磨削二级到一级精度的圆柱形或圆锥形工件,最大磨削直径为320mm,最大磨削长度为1000和1500mm。
半自动外圆磨床能进行切入磨和纵磨两种磨削,做切入磨削时,工件旋转,工作台不动,砂轮对工件进行磨削,并连续进给;做纵磨时,工件旋转,工作台往复移动,砂轮趋近工件进行磨削,当砂轮在工件左端或右端时,进行周期性进给。
本次设计的半自动外圆磨床作切入磨削,加工时,工件旋转,工作台不动,砂轮对工件进行磨削,并连续进给,其工作示意图见图1。
该磨床的砂轮旋转和工件的旋转采用电力
拖动;砂轮架快速移动、切入进给以及砂轮修整进给,修整量的补偿采用液压传动,由电磁
阀来控制,工件的磨削尺寸由自动测量仪PQ自动控制,现要求设计半自动磨床的电气控制
电路。
机床共用了四台电动机,有关技术参数如下:
符号
电机名称
名称
规格
数量
M1
砂轮电机
J03-140S-4
7.5KW
1
M2
头架电机
JD03-90S-8/4
1.1KW
1
M3
油泵电机
J03-801-4
0.75KW
1
M4
冷却泵电机
DB-25A
0.12KW
1
此外,机床中还用了七只电磁阀YV1-YV7,型号为WFJ-1,线圈电压为AC110V。
车间配电为三相五线制交流电源,保护接地与中性线不共用(PE、N)。
机床要配工作灯(安全电压可取AC24V),灯泡功率为60W,供机床照明之用。
二:
半自动外圆磨床的控制要求
(1)各电动机的起动和停止控制
a.预起动
机床开动时,必须先开动油泵电动机M3,待油压正常后,方有开启其他电动机,设总停按钮,并有必要的短路、过载、失压保护和信号指示。
b.砂轮电机M1的启、停用按钮控制。
c.工作中,当砂轮架前进时,要求头架电机随之旋转;当砂轮架返回时,要求头架电机停止旋转。
为调整方便,头架电机应能作低速点动运转。
d.冷却泵电机M4的控制
冷却泵电机M4可按手动和自动两种方式工作。
①手动控制:
用旋转开关控制。
②自动控制:
要求在工件回转或修整砂轮时,冷却泵电动机能自动接通。
(2)砂轮架切入进给的半自动循环控制
该磨床半自动工作循环方框图如下:
砂轮架切入进给的半自动循环控制要求如下:
头架上装入工件后,即可进行磨削操作,开启砂轮,并将砂轮架快速进退手柄推到“前进”位置,此时,由手柄操作的手动换向阀接通了液压系统快速进退的“快进”油路,砂轮架快速前进,趋近工作,同时,与手柄联动的行程开关SQ1复位,从而使头架电动机随之启动,冷却泵电机也自动启动。
当砂轮架快速前进接触工件瞬间,压下行程开关SQ2,电磁阀YV1、YV3通电动作,接通粗切入的油路,使砂轮架作粗切入进给,粗切入指示灯HL1亮。
当切入进给机构碰行程开关SQ3时,电磁阀YV3失电,砂轮架由粗切入油路转换到精切入油路,开始精切入进给,同时电磁阀YV4动作,使自动测量仪架前进,卡住工件,当磨削达到预定尺寸时,自动测量仪发出第一个测量信号(PQ1触点闭合),使YV1电磁阀失电。
此时,液压系统使砂轮架停止切入进给,而转为无火花磨削,以提高磨削的精度及光洁度。
当磨削到最终尺寸时,自动测量仪发出第二个测量信号(PQ2触点闭合),使电磁阀YV5动作,从而接通“快速”油路,使砂轮架快速退回,此时液压机构还将砂轮快速进退手柄推到“快退”位置,行程开关SQ1被压。
致使头架电机、冷却泵电机相继停转。
这时,电磁阀YV2动作,使液压系统切入进给机构返回。
当液压系统恢复到原来的状态时,压下行程开关SQ5,电磁阀YV2断电,为下次工作作好准备,到此一个工件磨毕。
自动测量仪也可进行手动测量,可用旋钮开关直接控制电磁阀YV4的通断,若YV4动作,自动测量仪即自动卡向工件,进行尺寸测量。
(3)砂轮的自动修整控制
当砂轮在磨削时,要不断地自励,当加工一定数量的工件后,应由金刚刀进行修正一次。
由电磁阀YV6,YV7控制,同时修整器进给一次,工件台亦补偿相同的量,以保证加工尺寸的不变。
当修整器油缸运动到终点时,压下行程开关SQ6,修整器返回原位。
电磁阀工作状态表
电磁阀
工步
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
YV6
YV7
砂轮架快进
-
-
-
-
-
-
-
砂轮架粗切入进给
+
-
+
-
-
-
-
砂轮架精切入进给
+
-
-
+
-
-
-
自动测量仪前进
+
-
-
+
-
-
-
无火花磨削
-
-
-
+
-
-
-
砂轮架快退
-
-
-
-
+
-
-
切入进给机构返回
-
+
-
-
-
-
-
砂轮修整器进给和补偿
-
-
-
-
-
+
+
砂轮修整器退回,补偿退回
-
-
-
-
-
-
-
“+”者为电磁阀线圈通电,“-”者为电磁阀线圈失电。
三:
PLC控制电路设计
(1)电器元件的型号和规格
序号
电器代号
图区
名称和用途
型号规格
数量
备注
1
M1
主电路
砂轮电机
J03-140S-47.5KW
1
无
2
M2
主电路
头架电机
JD03-90S-8/4
1.1KW
1
无
3
M3
主电路
油泵电机
J03-801-40.75KW
1
无
4
M4
主电路
冷却泵电机
DB-25A0.12KW
1
无
5
YV
I/O接线图
电磁阀
WFJ-1
7
无
6
LED
I/O接线图
粗切入指示灯
1
无
PLC选型:
CPU226CN24V:
DC电源24VDC输入24VDC输出,CPU226本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。
可连接7个扩展模块。
6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。
1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
I/O端子排可很容易地整体拆卸。
是具有较强控制能力的控制器。
(2)电气控制主电路图
四、PLC控制电路I/O分配表及端子接线图
(1)I/O分配表
输入信号
输出信号
停止按钮
SB1
I0.0
粗切入指示灯
HL1
Q0.0
启动按钮
SB2
I0.1
电磁阀
YV1
Q0.1
M1启动按钮
SB3
I0.2
电磁阀
YV2
Q0.2
M1停止按钮
SB4
I0.3
电磁阀
YV3
Q0.3
M2点动按钮
SB5
I0.4
电磁阀
YV4
Q0.4
手动修整按钮
SB6
I0.5
电磁阀
YV5
Q0.5
M4启动按钮
SB7
I0.6
电磁阀
YV6
Q06
M4停止按钮
SB8
I0.7
电磁阀
YV7
Q0.7
行程开关
SQ1
I1.1
砂轮电机M1接触器
KM1
Q1.1
行程开关
SQ2
I1.2
头架电机M2接触器
KM2
Q1.2
行程开关
SQ3
I1.3
油泵电机M3接触器
KM3
Q1.3
行程开关
SQ5
I1.5
冷却泵电机M4接触器
KM4
Q1.4
行程开关
SQ6
I1.6
测量仪器发出的第一个测量信号
PQ1
I2.1
测量仪器发出的第二个测量信号
PQ2
I2.2
(2)I/O端子接线图
注:
在实验室的模拟平台上,无法实现行程开关SQ1-SQ6的模拟。
因此用普通按钮SB1-SB6对其进行模拟,即可完成该实验的模拟。
五:
PLC控制梯形图程序设计
(1)、工作流程图
(2)顺序功能图
(3)梯形图程序
题目二:
PLC控制变频调速系统设计与调试
1、设计任务
PLC控制电机变频调速系统由S7-200PLC、变频器、电机及电机测速系统等组成。
需使用的实验设备有:
S7-200PLC一台、EM235模拟量扩展模块(4输入1输出)一块;PC/PPI编程电缆一根;模拟输入开关一套;JD-PLC变频调速实验模块一块;200VA自耦调压器一台;可加载/可测速的三相异步电动机系统一套;触摸屏(实验箱)一只。
PLC控制电机变频调速实验系统总图如图所示,图中表明了控制系统中变频器与各部分的组成和连接。
图1:
PLC控制电机变频调速实验总图
2、控制任务
1、控制要求
(1)变频调速器受0~10V输入电压控制:
(实验室有可能是4-20mA电流信号)
0V输出频率为0HZ,对应同步转速为0r/min;
5V输出频率为50HZ,对应同步转速为1500r/min;
10V输出频率为100HZ,对应同步转速为3000r/min;
输入电压与输出频率按线性关系变化。
(2)要求输出转速按下图(见附图)函数变化,请编写梯形图控制程序,并完成调试。
(3)利用D/A1来输出五个斜率大于零的锯齿波(见附图)?
2、课题要求:
(1)按题意要求,画出PLC端子接线图及控制梯形图。
(2)完成PLC端子接线工作,并利用编程器输入梯形图控制程序,完成调试。
(3)完成课程设计说明书。
3、电气控制主电路图
4、PLC控制电路设计;
1、输入输出分配表、I/O端子接线图;
输入
输出
I0.0
启动按钮
Q0.0
变频器
I0.1
停止按钮
AQW0
控制模拟量输出
AIW0
转速模拟量输入
IO分配表
IO端子接线图
2、选择PLC的机型及I/O模块型号,进行系统配置
(1)扩展模块的链式形式
(2)各模块编址情况
主机
模块1
CPU226
4AI/4AQ
I0.0
Q0.0
AIW0
AQW0
I0.1
Q0.1
AIW2
I0.2
Q0.2
AIW4
I0.3
Q0.3
AIW6
I0.4
Q0.4
I0.5
Q0.5
I0.6
Q0.6
I0.7
Q0.7
I1.0
Q1.0
I1.1
Q1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
五、PLC控制梯形图程序设计;
1、程序流程图
主程序提速阶段恒速阶段
减速阶段恒速子程序
2、顺序功能图
3、梯形图程序
(1)主程序
a)启动、初始化
b)提速阶段
c)恒速阶段
d)减速I阶段
e)恒速II阶段
f)减速II阶段
g)输出
(2)恒速子程序
(3)中断子程序
六:
设计成果的评价或改进意见
两个课程设计的中的第一个是外圆磨床的PLC设计,是一个PLC控制开关量来控制电机的,其中用到了四个电机。
通过通过四个电机的开关来控制整个打磨的过程,通过控制具体的电磁阀来实现具体的功能。
其中工艺过程当中有多个行程开关,由于实验中没有专门的模块,行程开关是通过手动的输入量来给定,操作起来不是很方便,生产过程的连续性不能较好的体现出来。
其中第一个网络中的一个电机控制位在写程序时有一点不完善,造成在之后的程序需要对其进行多次的清楚操作,这一点是可以改进的,通过改动第一个网络中的部分内容实现程序的简化。
其中第二个程序是变频调速系统,是一个模拟量的控制的调速系统。
设计出符合题目中所给定的固定电机转速波形的程序。
通过改变输出的电信号来控制电机的转速。
第一个为加速、恒速、减速几个过程。
第二个为转速的锯齿波形。
需要改进的地方是锯齿波行的实验波形只通过程序的运行数据观察实现。
数据的观察不太方便。
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