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冲床控制系统

天津广播电视大学

〔武清〕

机电一体化系统设计基础

专题报告

题目冲床控制系统

班级机械本2015秋

姓名王成

学号

一、冲床控制系统的PLC设计说明

冲床控制系统的PLC课程设计是我们学完了电大的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。

二、冲床的机械原理

冲床适用于在重大型零件上冲孔工作。

〔一〕冲床机械系统的主要特点

冲床的工件移动系统采用电机控制

2.冲床系统中，采用了进油和回油路的双重节流调速回路，并以回油节流调速为主，因此，工作台的运动平稳，且可减小工作台启动时的前冲现象。

3.具有卸荷回路，机床不工作时，可使系统卸荷，以减少功率损失和减少油液发热。

〔二〕冲床的控制原理

1.控制线路特点

〔1〕电路、控制线路、信号指示灯电路及机床照明均采用自动空气断路器作为电源引入开关。

自动空气断路器中的电磁脱扣装置作为短路保护电器而取代熔断器。

另外，此断路器也具有零压保护和欠压保护作用。

〔2〕由于各台电动机的容量不同，在起动时须区别对待。

主轴电动机容量较大，为降低起动电流，采用了Y—△起动控制线路。

其它五台电动机采用接触器直接起动控制线路或开关直接起动控制线路。

〔3〕控制线路装有总起动与总停止按钮，便于操作和在发生事故时紧急停车。

〔4〕冲床的上升运动和下降运动有严格的动作顺序，由限位开关SQ3给以保证。

〔5〕每一个主要动作均有指示灯做出指示，便于操作和进行电气维修。

〔6〕主轴的夹紧与松开单独用一台电动机拖动，使控制更为灵活。

〔7〕冲压头的上升运动和下降运动可以用主轴箱上的十字开关操作，也可以装在立柱下部的控制按钮操作，属于两地控制线路。

〔8〕立柱与主轴箱的松开与夹紧可以同时进行操作，也可以单独进行。

〔9〕控制线路采取了可靠的电气联锁措施，以防止发生电源短路事故。

主电路由六台三相交流异步电动机及其有关的电气元件组成。

主轴电动机只有一个旋转方向，因为功率较大，所以采用Y—△起动控制线路。

冷却泵电动机也只有一个旋转方向，采用开关直接起动控制线路。

其它四台交流电动机都有两个旋转方向，采用交流接触器起动控制线路。

M1为主电动机，由交流接触器KM1、KM2和KM3进行Y—△起动，KM1和KM3也是M1的停止电器。

M1的短路保护电器是总电源引入开关——自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。

热继电器FR1是M1的过载保护电器。

M2是冲压头升降电动机。

交流接触器KM4控制M2的正向起动与停止。

M2的反向起动与停止由反向交流接触器KM5控制。

M2的短路保护电器也是自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。

因为M2是短时间工作，所以不设过载保护电器。

M3是冲压头和主轴箱松开与夹紧电动机，它实质上是液压油泵电动机，为冲压头与主轴箱的松开与夹紧提供压力油。

交流接触器KM6控制M3的正向起动与停止。

M3反向转动的起动与停止由交流接触器KM7控制。

自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置是M3的短路保护器。

虽然冲压头与主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作，M3并不长期运转，但液压系统出现故障或行程开关调整不当时，M3也会处于长时间过载状态而造成事故，所以在电路中装设了热继电器FR2。

M4是立柱的松开与夹紧电动机，也是液压油泵电动机，专供立柱松开与夹紧用的压力油。

M4的正反向起动与停止分别由正向交流接触器KM8与反向交流接触器KM9控制。

M4的短路保护电器是自动空气断路QF4的电磁脱扣装置。

由于M4不是长期运行的电动机，所以不设过载保护电器。

M5是主轴箱水平移动电动机，有两个旋转方向，由交流接触器KM10和KM11分别控制其起动与停止。

短路保护电器仍为自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置。

由于短时间工作，所以不设过载保护电器。

M6是冷却泵电动机，功率很小，虽然长时间工作，也不设过载保电器。

由自动空气断路器QF2控制其起动和停止，并兼作短路保护电器。

控制线路中装设了三台时间继电器，其中KT1为通电延时型、KT2和KT3为断电延时型

在主轴箱水平移动控制线路中，主轴箱与电动机之间接入了直流电磁离合器YC1，使控制更为可靠。

表1冲床的电气元件目录表

符号

名称及用途

符号

名称及用途

M1

主轴电动机

QF5

整流电路电源自动空气断路器

M2

冲压头升降电动机

QF6

照明电路电源自动空气断路器

M3

主轴箱和冲压头松开与夹紧电动机

QF7

控制线路电源自动空气断路器

M4

立柱松开与夹紧电动机

QF8

信号灯电路电源自动空气断路器

M5

主轴箱水平移动电动机

YA1

主轴箱、冲压头松开与夹紧电磁铁

M6

冷却泵电动机

KA1

总起动中间继电器

KM

主轴电动机起动与停止接触器

KA2

冲压头上升中间继电器

KM2

主轴电动机定子绕组Y形接法接触器

KA3

冲压头下降中间继电器

KM3

主轴电动机定子绕组△形接法接触器

SA1

控制用十字开关

KM4

冲压头上升接触器

SA2

主轴箱、立柱松开与夹紧转换开关

KM5

冲压头下降接触器

SA3

照明灯开关

KM6

主轴箱及冲压头松开接触器

FR1

主轴电动机过载保护热继电器

KM7

主轴箱及冲压头夹紧接触器

FR2

主轴箱松开与夹紧电动机过载保护热继电器

KM8

立柱松开接触器

TC1

整流变压器

KM9

立柱夹紧接触器

TC2

控制变压器

KM10

主轴箱向右移动接触器

SB1

总起动按钮

KM11

主轴箱向左移动接触器

SB2

主轴电动机起动按钮

KT1

主轴电动机Y-△起动时间继电器

SB3

冲压头上升起动按钮

KT2

主轴箱和冲压头夹紧时间继电器

SB4

冲压头下降起动按钮

KT3

主轴箱和冲压头松开时间继电器

SB5

主轴箱与立柱松开按钮

SQ1

冲压头上升极限限位开关

SB6

主轴箱与立柱夹紧按钮

SQ2

冲压头下降极限限位开关

SB7

总停止按钮

SQ3

冲压头松开限位开关

SB8

主轴电动机停止按钮

SQ4

冲压头夹紧限位开关

EL1，EL2

机床照明灯

SQ5

主轴箱松开限位开关

HL1～HL4

工作状态指示灯

SQ6

指示灯转换开关

VC1

硅整流桥

QF1

总电源自动空气断路器

YC1

主轴箱水平移动电磁离合器

QF2

冷却泵电源自动空气断路器

XS

外接照明灯电源插座

QF3

冲压头升降电动机电源自动空气断路器

R

可调电阻

QF4

主轴箱及冲压头松紧电动机、立柱松紧电动机、主轴箱移动电动机电源自动空气断路器

三、PLC控制系统软件设计

〔一〕冲床输入地址分配

X0（SB12）主轴电动机停止按钮

X1（SB1）总起动按钮

X2（SB2）主轴电动机起动按钮

X3（SB3）冲压头上升起动按钮

X4（SB4）冲压头下降起动按钮

X5（SB5）主轴箱与立柱松开按钮

X6（SB6）主轴箱与立柱夹紧按钮

X7（SB11）总停止按钮

X10（SQ2）冲压头下降极限限位开关

X11（SQ3）冲压头松开限位开关

X12（SQ4）冲压头夹紧限位开关

X13（SQ5）主轴箱松开限位开关

X14（SQ6）指示灯转换开关

X15（SQ1）冲压头上升极限限位开关

X16（SA2）主轴箱、立柱松紧转换开关（中间位置）

X17（SA2）主轴箱、立柱松紧转换开关（左位置）

X20（SA2）主轴箱、立柱松紧转换开关（右位置）

X21（SA3）照明等开关

X22（SA1）冲压头上升

X23（SA1）冲压头下降

X24（SA1）主轴箱右移

X25（SA1）主轴箱左移

〔二〕冲床输出地址分配

Y0（YA1）主轴箱、冲压头松开与夹紧断路器

Y1（KM1）主轴电动机起动与停止接触器

Y2（KM2）主轴电动机定子绕组Y形接法接触器

Y3（KM3）主轴电动机定子绕组△形接法接触器

Y4（KM4）冲压头上升接触器

Y5（KM5）冲压头下降接触器

Y6（KM6）主轴箱及冲压头松开接触器

Y7（KM7）主轴箱及冲压头夹紧接触器

Y10（KM8）立柱松开接触器

Y11（KM9）立柱夹紧接触器

Y12（KM10）主轴箱向右移动接触器

Y13（KM11）主轴箱向左移动接触器

Y14（HL1）工作状态指示灯

Y15（HL2）工作状态指示灯

Y16（HL3）工作状态指示灯

Y17（HL4）工作状态指示灯

Y20（KA1）总起动中间继电器

〔三〕接线图〔见附图3〕

图3接线图

〔四〕冲床控制程序

主轴启停

76

ANIX7

77

ANDM1

78

ANIX5

程序号

程序

79

ANIX6

0

LDX1

80

OUTT3

1

ORM1

81

K30

2

ANIX7

82

OUTM5

3

OUTM1

83

LDIM3

4

LDX2

84

ORM4

5

ORY1

85

ANIX7

6

ANIX1

86

ANDM1

7

ANDM1

87

OUTY0

8

ANIX0

主轴箱水平移动

9

OUTT1

10

K50

12

OUTY1

程序号

程序

13

ANIT1

88

LDIX7

14

ANIY3

89

ANDM1

15

OUTY2

90

ANDX13

16

LDX2

91

ANDX24

17

ORY1

92

ANIY13

18

ANIX1

93

OUTY12

19

ANDM1

94

LDIX7

20

ANIX0

95

ANDM1

21

ANDT1

96

ANDX13

22

ANIY2

97

ANDX25

23

OUTY3

98

ANIY12

冲压头升降

99

OUTY13

主轴箱松开夹紧

100

LDX7

程序号

程序

101

ANDM1

24

LDX3

102

ANDX20

25

ORX22

103

ANDX5

26

ANIX7

104

ANIX7

27

ANDM1

105

OUTY6

28

ANIX15

106

LDX7

29

ANIM3

107

ANDM1

30

OUTM2

108

ANDX20

31

LDX4

109

ANDX6

32

ORX23

110

ANIM2

33

ANIX7

111

ANIM3

34

ANDM1

112

ANDT2

35

ANIX10

113

ANIY6

36

ANIM2

114

OUTY7

37

OUTM3

115

LDX7

38

LDM2

116

ANDM1

39

ORM3

117

ANDX17

40

ANIX7

118

ANDX5

41

ANDM1

119

ANIY11

42

OUTM4

120

OUTY10

43

OUTT2

121

LDX7

44

K30

122

ANDM1

45

ANIX11

123

ANDX17

46

ANDM5

124

ANDX6

47

ANIY7

125

ANIY10

48

OUTY6

126

OUTY11

49

LDM2

127

LDX7

50

ORM3

128

ANDM1

51

ANIX7

129

ANDX16

52

ANDM1

130

ANDX5

53

ANDX11

131

ANIY7

54

ANDM2

132

OUTY6

55

ANIY5

133

LDX7

56

OUTY4

134

ANDM1

57

LDM2

135

ANDX16

58

ORM3

136

ANDX5

59

ANIX7

137

ANIY11

60

ANDM1

138

OUTY10

61

ANDX11

139

LDX7

62

ANDM3

140

ANDM1

63

ANIY4

141

ANDX6

64

OUTY5

142

ANIM2

65

LDX12

143

ANIM3

66

ORT2

144

ANDT2

67

ANIX7

145

ANIY6

68

ANDM1

146

OUTY7

69

ANIM2

147

LDX7

70

ANIM3

148

ANDM1

71

ANIT2

149

ANDX16

72

ANIY6

150

ANDX6

73

OUTY7

151

ANIY10

74

LDX12

152

OUTY11

75

ORT2

END

程序语句表设计好以后，绘制相应的梯形图及接线图。

四、程序模拟运行调试

系统程序调试主要就是对主轴电机起停、冲压头升降、主轴箱松开、夹紧、主轴箱水平移动等一系列动作要求能否实现的调试。

〔一〕主轴电机起停

按下X1，按下X2，看Y2指示灯有无点亮，如果亮则说明主轴电动机开始起动；起动5秒后，观察Y3指示灯可否点亮，Y2可否熄灭，如果Y3指示灯亮且Y2指示灯熄灭，说明完成了星形向三角形转换的减压起动；同时要观察Y1可否常亮。

如果Y1不亮，此证明电机控制系统无电，电机无法运行。

在此程序中Y2，Y3构成互锁，使起相互独立工作。

〔二〕主轴箱松开、夹紧

将SA2扳到不同的位置，即分别对X16、X17、X20置“1”，再分别对不同的输入点置位来实现Y6、Y7、Y8、Y9的同时，不同时置“1”，以区分立柱和主轴箱的同时与不同时动作。

在调试时给出—输入就应该对应出—输出，如无输出，只需检查，此光路程序输入，编写有无过失，电机连接是否过失即可。

〔三〕工件的移动控制

SQ5〔X13〕给出输入信号，在SA1〔X24、X25〕给出不同状态时，主轴箱分别置于不同的运动状态，例如向左移动或向右移动；向左移动和向右移动分别有接触器Y12和Y13来实现，另外它们之间构成了互锁使其各自工作不相互干扰，当看到Y12的指示灯亮时说明主轴箱向左移，反之向右移，调试完成。

〔四〕系统运行情况

试运行过程说明PLC改造系统具有了强大的功能，性能可靠控制方便等优点，能实现冲床主要参数的控制，确保了该机台的性能与质量。

五、参考文献：

《机电控制与可编程序控制器技术》中央广播电视大学出版社

《机电控制技术及应用》北京电子工业出版社

《PLC实用技术》北京科学出版社

《PLC编程及应用》北京机械工业出版社

《PLC机电控制系统应用设计技术》北京电子工业出版社

《PLC编程实例精解》北京电子工业出版社

《液压传动》北京机械工业出版社

《电器控制与PLC控制技术》北京机械工业出版社