PLC课程设计说明书5.docx
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PLC课程设计说明书5.docx
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PLC课程设计说明书5
机床电气控制课程
设计说明书
课程设计题目:
立式铣床电气控制系统设计
作者所在系部:
机电工程学院
作者所在专业:
机械设计制造及其自动化
作者所在班级:
B13112
作者姓名:
张小刚
作者学号:
201322385
指导教师姓名:
韩伟娜
完成时间:
2016.3.4
北华航天工业学院
学生姓名:
张小刚专业:
机械设计制造及其自动化班级:
B13112
学号:
201322385指导教师:
韩伟娜完成时间:
2016.3.4
课程设计题目:
立式铣床电气控制系统设计
设计要求及技术要点:
本次课程设计进行选题,完成所选设备的电气控制系统设计,具体控制要求见附件。
工作内容及最终成果:
1、分析控制要求,完成元器件选型和电气原理图设计。
2、根据同样的要求,应用PLC进行控制,设计主电路和外部接线图,编写PLC控制程序。
3、最后提交:
电气原理图(A3或A4)
控制系统外部接线图(A3或A4)
撰写课程设计说明书一份(不少于6000字)。
4、要求:
PLC程序进行仿真调试;电气控制线路和PLC程序进行部分联机调试。
时间进度安排:
第1周:
查阅相关资料,完成元器件选型和电气原理图设计。
第2周:
设计主电路和外部接线图,编写PLC控制程序,撰写说明书及答辩。
指导教师签字:
年月日
摘要
可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上,逐渐发展起来的以微处理器为核心,集微电子技术、自动化技术、计算机技术通信技术为一体,以工业自动化控制为目标的新型控制装置。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富。
它的功能主要是:
控制功能、数据采集、储存与处理功能、通信、联网功能、输入/输出接口调理功能、人机界面功能。
在系统构成时,可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络,以便完成较大规模的复杂控制。
本次设计的内容主要是利用PLC对某立式铣床的电器部分进行设计。
首先我对本设计进行总体的分析,使自己有一个大致的总体概念,然后仔细分析铣床,对车床主运动和进给运动还有其它的辅助运动,进行分析。
最后根据控制电路的线路图,编译PLC的梯形图,编译通过后,利用PLC实验台进行实验仿真。
因此使某立式铣床在完成原有的功能特点外,还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。
关键词:
可编程控制器立式铣床梯形图电气控制
目录
摘要3
第一章绪论4
1.1立式铣床的简介5
1.2立式铣床的结构特点5
1.3立式铣床的使用维护6
第二章继电器控制系统设计7
2.1设计任务和要求7
2.1.1控制要求7
2.2元器件选型7
2.3电气原理图设计9
2.3.1主电路9
2.3.2控制电路12
第三章PLC控制系统设计16
3.1主机类型选用16
3.2I/O接线图设计17
3.3控制程序设计18
3.4程序仿真及调试遇到问题及解决方案20
第四章总结21
参考文献21
第一章绪论
电气控制技术是一门以电子技术、计算机应用技术为基础,以计算机控制技术为核心,综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术,从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。
1.1立式铣床的简介
立式铣床与卧式铣床相比较,主要区别是主轴垂直布置,除了主轴布置不同以外,工作台可以上下升降,立式铣床用的铣刀相对灵活一些,适用范围较广。
可使用立铣刀、机夹刀盘、钻头等。
可铣键槽、铣平面、镗孔等。
卧式铣床也可使用上面各种刀具,但不如立铣方便,主要是可使用挂架增强刀具(主要是三面刃铣刀、片状铣刀等)强度。
可铣槽、铣平面、切断等。
卧式铣床一般都带立铣头,虽然这个立铣头功能和刚性不如立式铣床强大,但足以应付立铣加工。
这使得卧式铣床总体功能比立式铣床强大。
立式铣床没有此特点,不能加工适合卧铣的工件。
生产率要比卧式铣床高。
产品用途:
适用于加工各种零部件的平面、斜面、沟槽、孔等,是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备
节省设备投资。
但是由于立铣的零活多,这种卧式铣床+立铣头的方式,实际上是天天挂着立铣头,当立铣用,反而不如立式铣床更适合。
卧铣多用于齿轮,花键,开槽,切割等加工,立式铣床除多用于平面加工方面外,平面有高低曲直几何形状的工件,如模具类,立铣可大显身手。
1.2立式铣床的结构特点
图1.1立式铣床结构
立式铣床铣头可在垂直平面内顺、逆时针调整±45°;立式铣床X、Y、Z三方向机动进给;立式铣床主轴采用能耗制动,制动转矩大,停止迅速,可靠。
底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座、主轴箱等主要构件均采用高强度材料铸造而成,并经人工时效处理,保证机床长期使用的稳定性。
立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整±45°,拓展机床的加工范围;主轴轴承为圆锥滚子轴承,承载能力强,且主轴采用能耗制动,制动转矩大,停止迅速、可靠。
工作台X/Y/Z向有手动进给、机动进给和机动快进三种,进给速度能满足不同的加工要求;快速进给可使工件迅速到达加工位置,加工方便、快捷,缩短非加工时间。
X、Y、Z三方向导轨副经超音频淬火、精密磨削及刮研处理,配合强制润滑,提高精度,延长机床的使用寿命。
润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进行强制润滑,减小机床的磨损,保证机床的高效运转;同时,冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液流量的大小,满足不同的加工需求。
机床设计符合人体工程学原理,操作方便;操作面板均使用形象化符号设计,简单直观。
1.3立式铣床的使用维护
操作规定:
1:
严禁操作者超负荷使用设备。
2:
开车前,必须按照巡回检查点仔细进行检查,并按润滑图表进行润滑。
3:
停车八小时以上再开动设备时,应先低速转动三至五分钟,确认润滑系统通畅各部运动正常后,再开始工作。
4:
使用中不准离开和委托他人照管,不准拆掉安全防护装置,不准拆卸跟位档铁。
5:
横梁主轴工作台和升降台在移动前应先松开紧固螺钉,清除周围杂物,擦净导轨和涂油。
6:
在快速或自动进给时应先调整好限程档铁。
7:
工作中必须经常检查设备,各部的运转和润滑情况。
如运转或润滑不良时,应停止使用。
8:
工作台面禁放工、卡量具和工件。
9:
调整自动循环时开车前必须检查机床自动循环的正确性。
10:
工作完成将各手柄置于非工作位置,工作台放在中间位置,升降台落在下面并切断电源。
折叠保养措施:
操作机床前,应仔细阅读机床的使用说明书,充分理解机床的技术和功能,按规定的方式操作。
穿着合上的工作服。
经常检查机床内和机床周围是否有障碍。
参阅本说明书中规格的检查部位,定期对他们进行检查、调整、保养。
不准随意拆卸、改动安全装置或标志及防护装置。
第二章继电器控制系统设计
2.1设计任务和要求
2.1.1控制要求
某普通立式铣床,其电气拖动系统由3台电动机完成。
控制要求如下:
1.主轴电动机M1:
可正反转,由转换开关控制。
停车时有能耗制动,可通过机械调速来达到多种转速。
2.冷却泵电动机M2:
采用按钮单独控制,在主轴之后启动。
3.工作台进给电动机M3:
可实现正反转,由接触器控制。
通过机械传动可使工作台在横向、纵向、和垂直方向做手动进给,机动进给和快速移动。
4.主轴和工作台都采用调速盘选择速度,在切换齿轮以改变速度时,主轴电动机M1和工作台电动机M3有瞬时冲动,使齿轮易于啮合。
2.2元器件选型
表2-1:
元器件型号及功能
元件名称
符号
型号规格
数量
功能
电动机
M1
Y132M-4-B3
1
主轴电动机
电动机
M2
JCB-22
1
冷却泵电动机
电动机
M3
Y90L-4
1
工作台进给电动机
熔断器
FU1
RL1-60
1
M1和M2主断路保护
熔断器
FU2
RL1-15
1
M3主电路断路保护
低压断路器
QF
DZ15-63/3901
1
过载、断路、欠电压保护
接触器
KM1
CJ20-25
1
M1启动
接触器
KM2
CJ20-10
1
M2启动
接触器
KM3
CJ20-10
1
M3正转
接触器
KM4
CJ20-10
1
M3反转
接触器
KM5
CJ20-40
1
能耗制动
接触器
KM6
CJ20-10
1
快速移动
热继电器
FR1
JR16-60/3-13
1
M1过载保护
热继电器
FR2
JR16-20/3-1
1
M2过载保护
热继电器
FR3
JR16-20/3-8
1
M3过载保护
时间继电器
KT
JS7-2A
1
通断电路
转换开关
SA
KT14-25J/3
1
M1正反换向
按钮
SB5
LA25-01
1
M2停止
按钮
SB2
LA25-11
1
M1停止
按钮
SB1
LA25-10
1
M1启动
按钮
SB3
LA25-10
1
M2启动
按钮
SB6
LA25-01
1
快速移动停止
按钮
SB4
LA25-10
1
快速移动
行程开关
SQ(6-11)
LX6-11
6
限位
行程开关
SQ(1-4)
LX4-22
4
档位
行程开关
SQ、SQ5
LX3-11
2
瞬时冲动
计算过程:
接触器:
KM1:
KM2:
KM3:
KM4:
KM5:
KM4:
根据上式计算所得,再通过查阅资料,可以知道接触器的选型。
所以选型依次为:
CJ20-25,CJ20-10,CJ20-10,CJ20-10,CJ20-40,CJ20-10
熔断器:
FU1:
FU2:
根据上式计算,再通过查阅资料,可以知道熔断器的选型。
选型为:
FU1:
RL1-60FU2:
RL1-15
3.热继电器:
根据上式所计算的结果,可以知道热继电器的选型,
选型为:
FR1:
JR16-60/3-14FR2:
JR16-20/3-2FR3:
JR16-20/3-9
2.3电气原理图设计
电气原理图是由主电路、控制电路两部分构成。
2.3.1主电路
有三台电动机。
M1是主轴电动机;M2是冷却泵电动机;M3是工作台进给电动机。
(1)如图2-1,主轴电动机M1通过转换开关SA与接触器KM1配合,能进行主电机的正反转控制,接触器KM5与时间继电器KT的配合,能实现能耗制动控制,并能通过机械进行变速。
图2-1:
M1主电路
(2)如图2-2,冷却泵电动机M2在M1启动后,通过点动控制。
图2-2:
M2主电路
(3)如图2-3,工作台进给电动机M3能进行正反转控制,通过接触器KM3、KM4来实现电动机3的正反转,通过行程开关SQ,SQ5,SQ1-SQ4,SQ6-SQ11及KM6、电磁离合器YC的配合,能实现进给变速时的瞬时冲动、六个方向的常速进给和快速进给控制。
图2-3:
M3主电路
(4)熔断器FU1作机床总短路保护,也可以做M1,M2的短路保护;FU2作为M3及控制变压器TC的短路保护;
2.3.2控制电路
(1)如图2-4,SB1与SB2是装在机床启动和制动按钮,KM1是主轴电动机启动接触器,KM5是能耗制动接触器,SQ是与主轴变速手柄联动的瞬时动作行程开关,使变速后的齿轮可以更好的啮合在一起。
主轴电动机需启动时,要先将SA扳到主轴电动机所需要的旋转方向,然后再按启动按钮SB1来启动电动机M1。
停车时,按停止按钮SB2切断KM1电路,接通KM5电路,通入直流电,实现能耗制动,M1停转,制动结束。
与此同时时间继电器KT开始计时,到达时间后,停止通入直流电。
KM5,KM1防止同时得电,进行电气互锁。
图2-4:
M1的控制电路
(2)如图2-5,SB3,SB5分别为冷却泵电动机的制动和启动按钮。
由于在M1启动后才可以使用M2,将KM1的常开触点串在M2的控制主干路中,对M2的启动加以制约,为了让冷却泵持续得电,要加上机械自锁。
图2-5:
M2控制电路
(3)如图2-6,工作台进给电动机的控制,工作台的纵向、横向和垂直运动都由进给电动机M3驱动,接触器KM3和KM4使M3实现正反转,用以改变进给运动方向。
它的控制电路采用了与纵向运动机械操作手柄联动的行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4即在选择三种运动形式的六个方向移动时,只能进行其中一个方向的移动,SQ5是瞬时动作行程开关。
SQ6,SQ7,SQ8,SQ9,SQ10,SQ11后为各方向超程开关。
SB4为快速进给开关,使接触器KM5通电吸合,接通牵引电磁离合器YC,电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上,减少中间传动装置,使工作台按运动方向作快速进给运动。
当按下SB6时,电磁离合器YC断电,摩擦离合器断开,快速进给运动停止,工作台仍按原常速进给时的速度继续运动。
图2-6:
M3电动机控制程序
(4)热继电器FR1、FR2、FR3分别作为M1、M2、M3的过载保护
第三章PLC控制系统设计
3.1主机类型选用
本系统有输入信号有13个,输出信号有6个.通过对可编程器的机型,容量,输入/输出模块,电源等的分析。
为此我们选择了S7-200。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
如:
冲压机床,磨床,印刷机械,橡胶化工机械,中央空调,电梯控制,运动系统。
3.2I/O接线图设计
表3-1:
I/O地址分配及功能表
图3-1:
外部接线图
3.3控制程序设计
根据控制要求,设计该电气控制系统的PLC控制梯形图,如图3-2所示。
该程序共有6条支路,反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。
第1网络行为主轴电动机的启动与瞬时冲动,I0.1、I0.2都采用常闭触头,I0.0采用常开触点,按下启动按钮I0.0时,Q0.0线圈得电并自锁,I0.2常闭触点起到瞬时冲动作用。
第2网络行为主轴电动机的能耗制动,按下I0.1后,计时器T37开始计时,达到时间后,主轴电动机停止转动。
第3网络行为冷却泵电动机的启停,Q0.0常开触点起到与主轴电动机顺序作用,I0.3为冷却泵电动机的启动按钮,I0.5为停止按钮,当按下I0.3后,I0.4和Q0.1得电自锁。
冷却泵电动机开始工作,按下I0.4后,停止。
第4和5网络行为工作台实现6个方向进给及瞬时冲动。
Q0.2和Q0.3进行电气互锁。
第6网络行为工作台快速进给电动机,I1.4为启动按钮,开始快速移动,I1.5为快速移动结束按钮。
由于需要在工作台进给过程中实现快速进给,所以将Q0.2,Q0.3分别串接其中。
3.4程序仿真及调试遇到问题及解决方案
1.在电脑上用西门子S7-200编程软件对其进行编程,然后对所编的程序进行导出,修改文件格式,保存在桌面上。
2.用电脑将S7-200仿真软件打开,修改CPU型号为CPU-224,然后对其进行装载程序,点击运行。
3.通过控制各个按钮的开断,对其程序进行控制,以达到想要的结果。
第四章总结
在课程设计过程中,通过向老师咨询,老师多次帮助我分析思路,开拓视角,在我遇到难题的时候给予我最大的支持和鼓励。
课程设计过程中很多内容都是所学知识的延伸,在课程设计的过程中也把自己所学的知识牢牢地巩固一遍。
而这次课程设计也正好给予了这样一个难得的机会。
通过这次课程设计,我学会了plc的基本编程方法,对plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中,提高了我们的工程素质,在没有做课程设计以前,我们对知道的撑握都是思想上的,对一些细节不加重视,当我们把自己想出来的程序与到plc中的时候,问题出现了,不是不能运行,就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题,我们对plc的理解得到加强,看到了实践与理论的差距。
通过合作,我们的合作意识得到加强。
合作能力得到提高。
上大学后,很多同学都没有过深入的交流,在设计的过程中,我们用了分工与合作的方式,每个人互责一定的部分,同时在一定的阶段共同讨论,以解决分工中个人不能解决的问题,在交流中大家积极发言,和提出意见,同时我们还向别的同学请教。
在此过程中,通过积极向同学说明自己的想法,选出最好的方案。
在这过程也提高了我们的表达能力。
通过此次课设,也让我了解了plc梯形图、电气原理图有了更好的了解。
虽然本次课程设计是要求自己独立完成,但是,彼此还是脱离不了集体的力量,遇到问题和同学互相讨论交流。
多和同学讨论。
我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题,这样,我们可以尽可能的统一思想,这样就不会使自己在做的过程中没有方向,并且这样也是为了方便最后设计和在一起。
讨论不仅是一些思想的问题,还可以深入的讨论一些技术上的问题,这样可以使自己的处理问题要快一些,少走弯路。
多改变自己设计的方法,在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法,这样可以方便自己解决问题。
参考文献
[1]邓星钟.机电传动与控制.华中科技大学出版社
[2]张万忠.电气与PLC控制技术.化学工业出版社,2003.8
[3]陈宏钧.编程控制器课程设计指导书.[M]天津:
天津大学出版社,2001
[4]温照方.SIMATICS7-200可编程序控制器教程.北京理工大学出版社,2005
[5]易泓可.电气控制系统设计基础与范例.机械工业出版社,2005
[6]陈建明.电气控制与PLC应用.电子工业出版社,2013
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