某組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電氣控制與plc課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目：某組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：姓 名： 學(xué) 號(hào):指導(dǎo)教師:評(píng)語(yǔ):成績(jī)：指導(dǎo)老師簽名: 日期:1系統(tǒng)概述21研究背景和意義21.2設(shè)計(jì)任務(wù)及其要求22方案論證32.1方案一32.2方案二32.3方案三42.4方案確立43硬件設(shè)計(jì)43系統(tǒng)的原理方框圖43.2 主電路53.3 i/o 分配83.341/0接線圖93.5元器件選型114軟件設(shè)計(jì)134.1主流程134.2梯形圖155系統(tǒng)調(diào)試16設(shè)計(jì)心得17參考文獻(xiàn)18附電氣控制原理圖191系統(tǒng)概述1.1研究背景和意義組合機(jī)床，以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件對(duì)一種或 多種工件按預(yù)先確定的工

2、序進(jìn)行切削加工的機(jī)床。在組合機(jī)床上可以同時(shí)從幾上方 向采用多把刀具對(duì)一個(gè)或數(shù)個(gè)工件進(jìn)行加工，可減少物料的搬運(yùn)和占地面積，實(shí)現(xiàn) 工序集中，提高了生產(chǎn)效率和降低成本。因此組合機(jī)床廣泛應(yīng)用于需大批量生產(chǎn)的 零部件，如汽車等行業(yè)中的箱體等。另外在中小批量生產(chǎn)中也可應(yīng)用成組技術(shù)將結(jié) 構(gòu)和工藝相似的零件歸并在一起，以便集中在組合機(jī)床上進(jìn)行加工。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn) 效率比通用機(jī)床高兒倍至兒十倍。由于通用部件己經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要 靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)， 在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)

3、生產(chǎn)線。組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)， 由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、總孔、較孔、 鎮(zhèn)孔、銃削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭 夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車 后橋半軸等)的外圓和端面加工。1. 2設(shè)計(jì)任務(wù)及其要求如圖1.1所示為某一組合機(jī)床的示意圖，左面為f箱體移動(dòng)式動(dòng)力頭。主軸電 機(jī)ml為5. 5kw、1440轉(zhuǎn)/分鐘，廣箱體的進(jìn)給電機(jī)為m3為1. 5kw、1450轉(zhuǎn)/分鐘， 工進(jìn)與快進(jìn)采用電磁鐵yv1 (dc24v, 10w)進(jìn)行切換；右面為2=

4、箱體移動(dòng)式動(dòng)力頭。 主軸電機(jī)m2為5.5kw、1440轉(zhuǎn)/分鐘,2口箱體的工作進(jìn)給電機(jī)為m4,為1. 5kw、1450 轉(zhuǎn)/分鐘,工進(jìn)與快進(jìn)釆用電磁鐵yv2 (dc24v, 10w)進(jìn)行切換。sq1為左動(dòng)力頭的 原位限位，sq3為左動(dòng)力頭的快進(jìn)限位，sq5為左動(dòng)力頭的工進(jìn)限位，sq2為右動(dòng)力 頭的原位限位，sq4為右動(dòng)力頭的快進(jìn)限位，sq6為右動(dòng)力頭的工進(jìn)限位。具體要求如下：1 左、右兩動(dòng)力頭均要求快進(jìn)f工進(jìn)f快退的工作循環(huán)。2. 可使左、右兩動(dòng)力頭同時(shí)工作，也可進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。3. 加工過(guò)程中需要進(jìn)行冷卻。4. 應(yīng)有電源有信號(hào)指示，動(dòng)力頭正在工作信號(hào)指示。5. 應(yīng)有局部照明必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。2方

5、案論證2. 1方案一組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)。繼電器接觸器 控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問(wèn)世以來(lái)，一直是機(jī)電控制的主流，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用 方便、價(jià)格低廉，因此使用廣泛，受到人們的喜愛。但是它的缺點(diǎn)也很明顯：動(dòng)作 速度慢、可靠性差，精度不高。采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，是的 繼電器接觸器的控制方式更加遜色。繼電器接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大，因此 該控制系統(tǒng)的靈活性差，擴(kuò)展性也不好，繼電器接觸式控制系統(tǒng)還存在觸點(diǎn)抖動(dòng)和 觸點(diǎn)拉弧等問(wèn)題。另外，繼電器接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也比 較多，觸點(diǎn)開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，壽命

6、短，因而該控制系統(tǒng)可靠性差，并且其 可維護(hù)性也不好。2. 2方案二組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)也可以采用單片機(jī)系統(tǒng)控制。單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 使用方便，體積小，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制當(dāng)中。但是， 單片機(jī)不是專門針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，因此使用單片機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)控制，需要掌握匯編語(yǔ)言或c語(yǔ)言，編程復(fù)雜，需要長(zhǎng)時(shí)間地學(xué)習(xí)。除此z外 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試也比較繁瑣，單片機(jī)的抗干擾能力也不強(qiáng)。2. 3方案三組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)可以采用plc控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。plc是一種專門在工 業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器， 用來(lái)在其內(nèi)部存

7、儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令, 并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。plc及 其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的 原則而設(shè)計(jì)。因此采用plc控制系統(tǒng)可靠性高，使用方便，安裝簡(jiǎn)單，編程也簡(jiǎn)單, 容易維修。2. 4方案確立綜上所述，組合機(jī)床的控制系統(tǒng)應(yīng)該采用方案三plc控制系統(tǒng)。plc功能完善, 易于編程，組合靈活，擴(kuò)展方便，實(shí)用性強(qiáng)；抗干擾能力和可靠性能力都強(qiáng)，遠(yuǎn)高 于其他各種機(jī)型；plc各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情 況和查找故障，plc還有強(qiáng)大的自檢功能，這為它的維修提供了

8、方便；另外環(huán)境要 求也低，plc的技術(shù)條件能在一般高溫、振動(dòng)、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能 在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠工作，這也是plc產(chǎn)品的市場(chǎng)生存價(jià)值。另外，針對(duì)組合 機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然plc的價(jià)格高一些，但良好的穩(wěn)定性和高度的可靠性可 確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定釆用plc控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的原理方框圖圖3.1系統(tǒng)原理方框圖32主電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主電路大致可以分為三個(gè)部分。首先看第一部分，主軸電機(jī)。 由要求可知主軸電機(jī)工作方式有兩種：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。因此根據(jù)不同的工作要求，主 軸電機(jī)的轉(zhuǎn)向不同。乂因?yàn)橹鬏S電機(jī)的功率較小，只有5. 5kw,故可以直接啟動(dòng)。其

9、主電路圖如下3. 2所示。圖3.2主軸電機(jī)電路圖當(dāng)kmk km2的線圈得電吸合分別使電機(jī)ml、m2 ie轉(zhuǎn)；當(dāng)km9、km10的 線圈得電吸合分別是電機(jī)ml、m2反轉(zhuǎn)。通過(guò)plc的輸岀就可以使不同的接觸器線 圈得電，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)向不同。其次看第二部分，快速電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求知左、右兩動(dòng)力頭均要 求快進(jìn)一工進(jìn)一快退的工作循壞，并且左、右兩動(dòng)力頭可以同時(shí)工作，也可進(jìn)行單 獨(dú)調(diào)整。所以就要求快速電機(jī)和工作進(jìn)給電機(jī)m3、m4能夠正反轉(zhuǎn)。其主電路如下 圖3.3所示。圖3.3快速電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)由設(shè)計(jì)要求可知，冷卻泵應(yīng)該分為左右兩個(gè)即m5,m6兩個(gè)，能夠正傳即可，冷 卻泵電路圖如圖3.4所示。k

10、m11fu5fu6fr5用冷、.c匚km12fr6右冷 卻婁m5m6最后看第三部分，照明電路和信號(hào)指示部分。當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，為了警告旁人不圖3.4冷卻泵電路圖要誤動(dòng)作，故要有信號(hào)指示說(shuō)明，告訴別人正在進(jìn)行工作，不要誤動(dòng)作。信號(hào)指示 也能顯示機(jī)床是否是在正常工作、有無(wú)問(wèn)題。有時(shí)候需要晚上工作，所以需要必要 的照明，指示信號(hào)燈電路如圖3.5所示。>9寸h寸wi®宦寸縣圖3.5指示信號(hào)燈指示燈分別與與z對(duì)應(yīng)的接觸器的常開觸點(diǎn)連接，當(dāng)接觸器的線圈得電，其常 開觸點(diǎn)閉合，通過(guò)6.3v電壓使之亮。kmk km9分別是控制ml的正反轉(zhuǎn)的接觸 器；km2、km10分別是控制m2的正反轉(zhuǎn)的接觸器；

11、km3、km4分別是控制左右 工進(jìn)電機(jī)止轉(zhuǎn)的接觸器。照明電路如下圖3.6所示：saac 36v圖3.6照明電路3. 3 i/o分配因采用plc控制，需分配其i/o點(diǎn)，它決定著系統(tǒng)如何工作，該系統(tǒng)的i/o 口分配如下表3. 7所示。表3.7 i/o 口地址分配表輸入地址號(hào)信號(hào)名稱輸出地址號(hào)信號(hào)名稱x0左動(dòng)力頭正轉(zhuǎn)啟動(dòng) 按鈕y0ml主軸正轉(zhuǎn)(km1)xi左動(dòng)力頭反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕y1ml主軸反轉(zhuǎn)(km9)x2左動(dòng)力頭停車按鈕y2m3工進(jìn)正轉(zhuǎn)(km3)x3左動(dòng)力頭冷卻泵啟動(dòng)y3yv1 快進(jìn)(yv1)x4左動(dòng)力頭快進(jìn)限位y4yv2 快退(yv2)x5左動(dòng)力頭工進(jìn)限位y5左冷卻泵(km11)x6左動(dòng)力頭原位限

12、位y6m2主軸止轉(zhuǎn)(km2)x7左動(dòng)力頭快進(jìn) 按鈕y7m2主軸反轉(zhuǎn)(km10)x1o左動(dòng)力頭快退 按鈕y10m4工進(jìn)正轉(zhuǎn)(km4)xii右動(dòng)力頭正轉(zhuǎn)啟動(dòng) 按鈕y11yv1 快進(jìn)(yv1)x12右動(dòng)力頭反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕y12yv2 快退(yv2)x13右動(dòng)力頭停車按鈕y13右冷卻泵(km12)x14右動(dòng)力頭冷卻泵后動(dòng)x15右動(dòng)力頭快進(jìn)限位x16右動(dòng)力頭工進(jìn)限位x17右動(dòng)力頭原位限位x20右動(dòng)力頭快進(jìn) 按鈕x21右動(dòng)力頭快退 按鈕3.4 i/o接線圖該系統(tǒng)plc的i/o接線圖如下圖3. 8所示。xox1x2x3x4x5x6x7x8x9fx2n48mr00y3y4-朽y6y7y8y9o 123456 了

13、 89km1km4km12圖3.8 i/o接線圖注：接觸器的線圈通過(guò)接220v電壓與plc的輸出端和com端相連。按鈕和開關(guān) 與輸入端和com端相連。3. 5元器件選型本機(jī)床控制系統(tǒng)采用的是口本三菱公司的fx2n系編程控制器，根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)床 控制系統(tǒng)對(duì)輸入輸出的要求，本機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的fx2n 系列可編程控制辭中的fx2n - 48mr-001,如下圖3. 9所示。該型號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù)24個(gè), 輸出點(diǎn)數(shù)24個(gè)，不但滿足本系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)要求，而且為以后本機(jī)床的控制系 統(tǒng)的升級(jí)改造留有一定的系統(tǒng)擴(kuò)展空間。圖 3.9 fx2n-48mr-001元器件清單表如下表3. 10所示

14、：表3. 10元器件清單表代號(hào)plcmlm2m3m4m5三菱可編程控制器fx2n-48mr-001三相交流界步y(tǒng)132s-4 5.5kw 38ov電動(dòng)機(jī)1440r/min三相交流異步y(tǒng)132s-4 5.5kw 38ov電動(dòng)機(jī)1440r/min三相交流異步y(tǒng)90s-21.5kw38ov電動(dòng)機(jī)1450r/min三相交流界步y(tǒng)90s-21.5kw 380v電動(dòng)機(jī)1450r/mi n三相交流異步y(tǒng)132s-4 5.5kw 380v名 稱 型號(hào)及規(guī)格用途數(shù)量?jī)r(jià)格編程控制15490 元主電動(dòng)機(jī)1850元主電動(dòng)機(jī)1850元快速工進(jìn)電動(dòng)機(jī)1380?？焖俟みM(jìn)電動(dòng)1380兀機(jī)左冷卻泵1850元m6電動(dòng)機(jī)三相交流異

15、步電動(dòng)機(jī)1440r/miny132s-4 5.5kw 380v1440r/min右冷卻泵1主電動(dòng)機(jī)過(guò)載850元fu1熔斷器rl1-1515a保護(hù)10.5 元主電動(dòng)機(jī)過(guò)載fu2熔斷器rl1-1515a保護(hù)10.5 元快速工進(jìn)電動(dòng)fu3熔斷器rl1-1515a10.5 元機(jī)過(guò)載保護(hù)快速工進(jìn)電動(dòng)fu4熔斷器rlm5 15a|v |/rf ( vj10.5 元機(jī)過(guò)載保護(hù)左冷卻泵過(guò)載fu5熔斷器rl1-1515a保護(hù)10.5 元右冷卻泵過(guò)載fu6熔斷器rl1-1515a保護(hù)10.5 元cj10-75 a線圈電壓km1交流接觸器220v控制ml正轉(zhuǎn)185元cj10-75a線圈電壓km2交流接觸器220v控

16、制m2正轉(zhuǎn)185元cj 10-40 a線圈電壓km3交流接觸器220vm3工進(jìn)185元cj10-40a 線圈電壓km4交流接觸器220vm4工進(jìn)185元cj10-75 a 線圈電壓km9交流接觸器220v控制ml反轉(zhuǎn)185元cj 10-75 a線圈電壓km10交流接觸器220v控制m2反轉(zhuǎn)185元yv1電磁鐵dc24vj0w控制m3快進(jìn)140元yv2電磁鐵dc24vj0w控制m4快進(jìn)140元fr1熱繼電器jr 10-60 52.5aml過(guò)載保護(hù)131元fr2熱繼電器jr 10-60 52.5am2過(guò)載保護(hù)131元fr3熱繼電器jr10-10 *14 7.20am3過(guò)載保護(hù)123元fr4熱繼電器

17、jr10-10 *14 7.20am4過(guò)載保護(hù)123元fr5熱繼電器jr 10-60 52.5am5過(guò)載保護(hù)131元fr6熱繼電器jr 10-60 52.5am6過(guò)載保護(hù)131元sb1按鈕r16-503adml正轉(zhuǎn)12元sb2按鈕r16-503adml反轉(zhuǎn)12元sb3按鈕r16-503adm2正轉(zhuǎn)12元sb4按鈕r16-503adm2反轉(zhuǎn)12元sb5按鈕r16-503adm3工進(jìn)12元sb6按鈕r16-503adm3快進(jìn)12元sb7按鈕r16-503adm4工進(jìn)12元sb8按鈕ri6-503adm4快進(jìn)12元sb9按鈕r16-503ad左冷卻泵12元sb 10按鈕r16-503ad右冷卻泵12

18、元sq位置開關(guān)la39-b2-106120元sa照明開關(guān)xd86-00217元sai冷卻泵開關(guān)ad-16116元sa2冷卻泵開關(guān)ad-16116元指示燈ad16-16c812元照明燈12-85v113元總計(jì)10667元4軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程圖根據(jù)要求知需使左、右兩動(dòng)力頭均要求快進(jìn)一工進(jìn)一快退的工作循環(huán)和可使左、右兩動(dòng)力頭同時(shí)工作，也可進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，設(shè)計(jì)的流程圖如下圖4.1所示。:停止f圖4. 1程序流程圖4.2梯形圖梯形圖如下圖4. 2所示。xoooyooix0o2m3yoooxooyoo2t i_x0o2xoosyoojx00312 i hx0o414 | h<yooo<yoo

19、1<y006<klx0o7tooomly004<yoo3x0o524 1 k-圖4.2梯形圖5系統(tǒng)調(diào)試安裝gx developer和三菱的仿真軟件，建立一個(gè)新工程，將梯形圖輸入到工程 中，完成后將其轉(zhuǎn)換。再啟動(dòng)梯形圖邏輯測(cè)試，選擇軟元件測(cè)試，輸入不同的軟元 件，改變其狀態(tài)，觀察輸出的改變。調(diào)試情況如下表5. 1所示。表5. 1調(diào)試表格軟元件的改變輸出的改變xo=1,x1=oy0=lx0二0, xl=lyl=lx2 二 0y0二0, yl=0x3 二 1y5=lx3 二 0y5=0x7=l,x0=l,xl=0/x7=l, x0=0, xl=ly0=l, y3=1/y1=1, y

20、3=lx4=ly2二 1, y3=0x5=ly2=0, y4=l, yo=o/y1二0x6 二 0丫4二0x10 二 1y4=lxll 二 1,x12 二 0y6=lxll=0,x12=ly7=lx13=ly6二0, y7=0x14=ly13=lx20=l, xll=l, x12二0/x20二1, xi1=0, x12=lyll二 1, y6二 1/y11 二 1, y7二 1x15=ly10二 1, yll二0x16=ly10=0,y12=l, y6=0/y7=0x17 二 0y12=0x21=ly12=l設(shè)計(jì)心得plc （可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、 性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)