數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 題 目： 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 主軸系統(tǒng)的plc控制設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 職稱: 職稱: 2009年12月23日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2009 /2010 學(xué)年第 1 學(xué)期學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 課程設(shè)計(jì)題目： 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 主軸系統(tǒng)的plc控制設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 12 月23日12月31日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械工程系 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任： 下達(dá)任務(wù)書日期: 2009年12月23日課 程

2、設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的： 通過對(duì)某數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的plc控制設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟練掌握plc在數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的控制作用、動(dòng)作順序與原理，并學(xué)會(huì)應(yīng)用plc。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動(dòng)和沖動(dòng)。要求：當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，并控制制動(dòng)器制動(dòng)2s；按下沖動(dòng)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)0.5s，然后停止；電動(dòng)機(jī)過載報(bào)警后，正/反轉(zhuǎn)按鈕、沖動(dòng)按鈕均無效。通過本課程設(shè)計(jì),完成輸入輸出信號(hào)分析與plc i/o分配圖plc選型主要元器件型號(hào)的選擇主接線圖設(shè)計(jì)完成梯形圖設(shè)計(jì)并完成相應(yīng)指

3、令。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等： 要求獨(dú)立完成主軸系統(tǒng)的plc控制設(shè)計(jì)，包括程序的編制和調(diào)試，并根據(jù)規(guī)定格式完成課程設(shè)計(jì)說明書的撰寫。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：l 要求按國(guó)標(biāo)gb 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書寫，例：1 傅承義，陳運(yùn)泰，祁貴中.地球物理學(xué)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，1985 5設(shè)計(jì)成果形式及要求：提交課程設(shè)計(jì)說明書一份，要求與本設(shè)計(jì)任務(wù)書一塊裝入檔案袋中，在檔案袋上寫上自己的班級(jí)學(xué)號(hào)、姓名。6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2009年12月23日 資料查閱 12月24日 12月30日 分析、設(shè)計(jì)、繪圖12月31日 答辯系主任

4、審查意見： 簽字： 年 月 日目錄一.目的與要求二.輸入輸出信號(hào)分析與plc i/o分配圖三.plc的選型3.1plc的類型3.2輸入輸出模塊的選擇3.3存儲(chǔ)器的選擇3.4電源的選擇四.主要元器件的型號(hào)選擇五. 主接線圖的設(shè)計(jì)六. 梯形圖設(shè)計(jì)七. 指令表八. 總結(jié)九. 參考文獻(xiàn)一.目的與要求 通過對(duì)某數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的plc控制設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟練掌握plc在數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的控制作用、動(dòng)作順序與原理，并學(xué)會(huì)應(yīng)用plc。主軸系統(tǒng)的plc控制主軸的控制包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動(dòng)和沖動(dòng)。要求：當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，并控制制動(dòng)器制動(dòng)2s；

5、按下沖動(dòng)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)0.5s，然后停止；電動(dòng)機(jī)過載報(bào)警后，正/反轉(zhuǎn)按鈕、沖動(dòng)按鈕均無效。通過本課程設(shè)計(jì),完成輸入輸出信號(hào)分析與plc i/o分配圖plc選型主要元器件型號(hào)的選擇主接線圖設(shè)計(jì)完成梯形圖設(shè)計(jì)并完成相應(yīng)指令。要求獨(dú)立完成主軸系統(tǒng)的plc控制設(shè)計(jì)，包括程序的編制和調(diào)試，并根據(jù)規(guī)定格式完成課程設(shè)計(jì)說明書的撰寫。二.輸入輸出信號(hào)分析與plc i/o分配圖 通過對(duì)輸入輸出信號(hào)分析畫出表格： 輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)熱繼電器frx3電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)km1y0主軸正轉(zhuǎn)sb1x4電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)km2y1主軸翻轉(zhuǎn)sb2x5電動(dòng)機(jī)制動(dòng)km3y2主軸停止sb3x6刀具松緊km4y

6、3主軸沖動(dòng)sb4x7外部接線圖：三.plc的選型 plc是20世紀(jì)70年代以來以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)樗哂袔讉€(gè)突出的特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單，易于掌握；功能完善，靈活方便；體積小，質(zhì)量輕，功耗低。i/o點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程

7、序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。plc選型原則：（一）plc的類型plc按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按cpu字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型plc的i/o點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型plc提供多種i/o卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（二）輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要

8、求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程i/o機(jī)架等。（三）電源的選擇plc的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)plc應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般plc的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220va

9、c電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果plc本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入plc，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。（四）存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求plc的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)i/o點(diǎn)至少選8k存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。綜上所述： 在此次課程設(shè)計(jì)中我選用fx2n-48mr，因?yàn)樗木幊滔鄬?duì)簡(jiǎn)單易懂，是理想的可編程控制器。

10、而在設(shè)計(jì)中的i/o點(diǎn)數(shù)在48以下，則用的是微型plc。其基本單元中的輸入點(diǎn)按照x000x007,x010x017 這樣的八進(jìn)制進(jìn)行編號(hào)，而輸出點(diǎn)按照yoooy007,y010y017這樣的八進(jìn)制進(jìn)行編號(hào)，內(nèi)部繼電器可多次使用，定時(shí)器將1ms,10ms,100ms等脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器可進(jìn)行向上向下計(jì)數(shù)。四.主要元器件的型號(hào)選擇文字符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格m1,m2主軸電機(jī)jo2-72-430kw,1470r/minkm1，km2，km3,km4交流接觸器cj0-7575a,線圈電壓220vfr熱繼電器tk-e02r-c10a,線圈電壓220vfu,fu1，熔斷器rm1-100qs斷路器式刀開關(guān)3v

11、u16sb1,sb2主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕la8-1sb3主軸電動(dòng)機(jī)停止按鈕la8-1sb4主軸電動(dòng)機(jī)的沖動(dòng)按鈕la8-1五.主接線圖的設(shè)計(jì)六.梯形圖設(shè)計(jì) 主要控制： 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 沖動(dòng) 七.指令表7.1主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)控制按下主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕sb1,第一邏輯行中x0閉合，y0接通并自鎖，t0接通并開始計(jì)時(shí)；第3邏輯行x0閉合，通用繼電器m1接通。第2邏輯行y0常閉觸點(diǎn)閉合，通用繼電器m0接通；第5邏輯行m0,m1常開觸點(diǎn)閉合y3接通，主軸電動(dòng)機(jī)正向啟運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到一定值時(shí)，第6邏輯行x11常開觸點(diǎn)閉合，為主軸電動(dòng)機(jī)正向旋反向制動(dòng)作好準(zhǔn)備。t0計(jì)時(shí)5秒后動(dòng)作，第9邏輯行t0常

12、開觸閉合，接通y5，電流表a開始監(jiān)測(cè)主軸電動(dòng)機(jī)的電流。7.2 主軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制 按下主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕sb2，第2邏輯行中x1閉合，y0接通并自鎖，t0接通并開始計(jì)時(shí)；第4邏輯行x1閉合，通繼電器m2常開觸點(diǎn)閉合，y4接通,y 4接通，主軸電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到一定值時(shí)，第5邏輯行x12常開閉合， 為主軸電動(dòng)機(jī)反向制動(dòng)做好準(zhǔn)備。t0計(jì)時(shí)經(jīng)過5秒后動(dòng)作，第9邏輯行常開觸點(diǎn)閉合接通y5，電流表a開始監(jiān)測(cè)主軸電動(dòng)機(jī)的電流。7.3 主軸電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制 按下主軸電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制按鈕sb6，第5邏輯行常開觸點(diǎn)閉合，y3接通，主軸電動(dòng)機(jī)串電阻r起動(dòng)運(yùn)行。7.4 主軸電動(dòng)機(jī)正向啟

13、動(dòng)運(yùn)行反向制動(dòng)停止控制 當(dāng)y0、y3、t0、y5閉合，主軸電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按下停止按鈕sb4，第第一邏輯行x3常閉觸點(diǎn)斷開，y0、t0失電，第3邏輯行x3常閉點(diǎn)斷開，m1失電； 而第5邏輯行m1常開觸點(diǎn)復(fù)位斷開，y3失電，主軸電動(dòng)機(jī)停止正轉(zhuǎn)。同時(shí)， 第6邏輯行x3常開觸點(diǎn)閉合，y4接通，給主軸電動(dòng)機(jī)通入反轉(zhuǎn)電源，使之產(chǎn)生一個(gè)反轉(zhuǎn)力矩制動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)的正向旋轉(zhuǎn)，主軸電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)速度迅速下降。當(dāng)正轉(zhuǎn)速度下降至一定速度時(shí)，速度繼電器ks1觸點(diǎn)斷開，x11常開觸點(diǎn)復(fù)位斷開，y4斷電，完成主軸電動(dòng)機(jī)的正向啟動(dòng)運(yùn)行反向制動(dòng)停止過程。 7.5主軸電動(dòng)機(jī)反向啟動(dòng)正向制動(dòng)停止控制當(dāng)y0、y4、t0、y5閉合，主

14、軸電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按下停止按鈕sb4，第一邏輯行 x3常閉觸點(diǎn)斷開，y0、t0失電，第4邏輯行x3常閉點(diǎn)斷開， m2失電；第6邏輯行 m2常開觸點(diǎn)復(fù)位斷開，y4失電，主軸電動(dòng)機(jī)停止反轉(zhuǎn)。同時(shí)， 第5邏輯行x3常開觸點(diǎn)閉合，y3接通，給主軸電動(dòng)機(jī)通入正轉(zhuǎn)電源，使之產(chǎn)生一個(gè)正轉(zhuǎn)力矩制動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)，主軸電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)速度迅速下降。當(dāng)反轉(zhuǎn)速度下降至一定速度時(shí)，速度繼電器ks2觸點(diǎn)斷開，x12常開觸點(diǎn)復(fù)位斷開，y3掉電，完成主軸電動(dòng)機(jī)的反向啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)正向制動(dòng)停止過程。指令如下：ld x0or x1or m0ani x3and x3out y0out t0k50ld y0out m0ld x0or

15、 m1ani x3out m1ld x1or m2ani x3out m2ld m0and m1or x5ld x3or y3and x12orband x7ani y4out y3ld m0and m2ld x3or y4and x11orb and x7ani y3out y4ld x2or y1ani x5and x10out y1ld x6out y2ld t0out y5end八.總結(jié)課程設(shè)計(jì)，讓我們有很多的機(jī)會(huì)實(shí)際運(yùn)用一下所學(xué)的知識(shí)，在對(duì)電氣原理圖，安裝圖等的繪制與分析，對(duì)plc編程與調(diào)試等過程中提高了我們的動(dòng)手能力及解決實(shí)際問題的能力。在這次學(xué)習(xí)后，我對(duì)接觸器控制、plc程序控制兩者不同之處有了深刻的體會(huì)。接觸器控制具有自動(dòng)控制方法簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低等特點(diǎn)。大多是用于有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)，適用于固定動(dòng)作要求的控制設(shè)備，一旦工作中發(fā)生程序變化、錯(cuò)誤，就需要重新配線，比較麻煩，不適用與較復(fù)雜和控制要求經(jīng)常改變的場(chǎng)合。plc程序控制是在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)自動(dòng)控制，它編程簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠且動(dòng)作順序變更容易，一旦工作中發(fā)生程序變化，只要改變程序結(jié)構(gòu)即可，因此被廣泛應(yīng)用與復(fù)雜控制系統(tǒng)。通過課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電氣