機(jī)電控制與可編程序控制器課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì)專(zhuān) 季：2011秋機(jī)械專(zhuān)業(yè)本科課程設(shè)計(jì)題目:機(jī)電控制與可編程序控制器學(xué)生姓名: 范立學(xué) 號(hào): 1134001252183電 大: 合肥電大指導(dǎo)教師:1  前言在保證質(zhì)量的前提下考慮如何提高生產(chǎn)效率，是企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)生存能力的條件之一。在機(jī)械加工企業(yè)中，有許多老式普通機(jī)床,為了能使這些老式機(jī)床適應(yīng)目前復(fù)雜零件批量、多品種的加工，充分挖掘利用普通機(jī)床潛力，就需要對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行機(jī)電一體化改造。數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、電氣傳動(dòng)、傳感檢測(cè)、液壓氣動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通信、光電技術(shù)、自動(dòng)化、柔性化、集成化為基礎(chǔ)的精密機(jī)械制造和管理信息等發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)。作為

2、數(shù)控加工的主體設(shè)備，數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率及高柔性決定了大力推廣使用數(shù)控機(jī)床是提高制造能力和水平，適應(yīng)市場(chǎng)需求和提高競(jìng)爭(zhēng)能力的主要物質(zhì)基礎(chǔ)條件之一。近幾年隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能越來(lái)越強(qiáng)大，功能模塊越來(lái)越多，可以在小型PLC機(jī)上實(shí)現(xiàn)大型機(jī)的功能。本文提出了利用PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床主軸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的數(shù)控化改造。2  車(chē)床改造前后的對(duì)比金屬切削加工是改變零件形狀的方法之一，從毛坯到成品，使零件加工成符合生產(chǎn)需要的形狀和尺寸。數(shù)控機(jī)床是以編程控制器（PLC）微處理器為核心的一種新型工業(yè)控制裝置，具有體積小

3、、功能強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將加工信號(hào)傳遞到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)伺服系統(tǒng)按程序自動(dòng)進(jìn)行加工，檢測(cè)設(shè)置是由傳感器和傳動(dòng)電機(jī)組成，根據(jù)閉鎖系統(tǒng)反饋的信號(hào)來(lái)控制、修正運(yùn)動(dòng)部件的偏移量，保證了零件加工的精確度。由于數(shù)控機(jī)床是根據(jù)控制器輸出的信號(hào)自動(dòng)按工藝完成所需的加工工作，減少了由操作人員接在普通機(jī)床加工時(shí)為保證零件按圖標(biāo)定的諸如直徑的上下偏差、長(zhǎng)度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重復(fù)開(kāi)停機(jī)、調(diào)整、測(cè)試等一系列浪費(fèi)時(shí)間的工作，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量。以普通車(chē)床為例，將一根直徑40、長(zhǎng)500毫米的坯料加工至直徑=36，精度要求不柱度為0.05毫米的軸。普通車(chē)床車(chē)削時(shí)所需的機(jī)動(dòng)時(shí)間T應(yīng)該為：由&#

4、160; n=1000×v×D=1000×1003.14×40=796轉(zhuǎn)/分式中：車(chē)床主軸速度        D工件坯料直徑因：  L=l+y+=500+2+2=504毫米式中：L車(chē)刀所移動(dòng)的距離     y吃刀距（毫米）          l工件待加工長(zhǎng)度       超出距（毫米） &

5、#160;  T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分鐘式中：T機(jī)動(dòng)時(shí)間           h切削厚度      s走刀量             n工件每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)      t切削

6、深度           除以上能以軸、轉(zhuǎn)速及走刀量等有據(jù)可依能算出的走刀時(shí)間外，其余的如為保證尺寸精度必須小心謹(jǐn)慎地給定進(jìn)給量前的刀尖與工件表面的對(duì)刀，然后以拖板的刻度為參考小心進(jìn)刀，試車(chē)一定長(zhǎng)度后，停機(jī)檢測(cè)（最多為兩次），確信與圖紙的要求相符后才進(jìn)行車(chē)削，其中所需的時(shí)間只能按實(shí)際操作加上人為制定給出該項(xiàng)工作所耗費(fèi)的工時(shí)，設(shè)定此所需的時(shí)間為0.5分鐘時(shí)，則普通車(chē)床的實(shí)際用時(shí)T應(yīng)為：          T=

7、T +0.5=0.79+ 0.5=1.29（分鐘）改裝（PLC）后的車(chē)床，轉(zhuǎn)由編程控制器（PLC）發(fā)出的信號(hào)完成所須的加工工序，由于車(chē)床的橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，程序應(yīng)為：以車(chē)刀刀尖為基準(zhǔn)點(diǎn)，控制車(chē)刀刀尖按指令給定的以主軸中心軸線為基準(zhǔn)進(jìn)到所需加工的軸的半徑距離時(shí)，橫向進(jìn)給自鎖，依照信號(hào)進(jìn)行縱向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反復(fù)開(kāi)停車(chē)及檢測(cè)用時(shí)，因此，從以上的加工一根簡(jiǎn)單的40×500（毫米）的軸可以得出：如果改裝后數(shù)控車(chē)床的轉(zhuǎn)速、切削用量等和普通車(chē)床相同，則數(shù)控機(jī)床所需的實(shí)際用時(shí)為T(mén)=0.79(分鐘)。普通車(chē)床與改裝（PLC）可編程控制器后的車(chē)床的實(shí)際時(shí)間差為： &

8、#160;       TT=1.290.79=0.5(分鐘)由此可見(jiàn)改裝（PLC）控制后車(chē)床的機(jī)動(dòng)時(shí)比普通車(chē)床的用時(shí)省卻了0.5分鐘，工效將近提高了一倍，對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，不僅節(jié)省了大量的時(shí)間，還提高了控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，為企業(yè)提供了更可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)保障，提高了經(jīng)濟(jì)效益。3  以CW6140型普通車(chē)床為例，把繼電控制改造為PLC控制3.1  改造分析1）根據(jù)機(jī)床電氣控制原理圖（圖1）的控制狀態(tài)，選擇合適的PLC機(jī)型；2）列出PLC輸入、輸出I/O分配表（表1、表2）；3）畫(huà)出PLC控制電路接線圖（圖2）

9、；4）畫(huà)出PLC梯形圖（圖3），并編制程序；圖1  CW6140型普通車(chē)床電氣控制線路原理圖3.2  電氣控制線路分析 CW6140型普通車(chē)床電氣控制線路原理圖如圖1所示。圖中分主電路、控制電路和照明、信號(hào)電路。3.2.1  電路分析   主電路中有兩臺(tái)電機(jī)，M1為主軸電機(jī)，帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；M2為冷卻泵。   三相交流電源通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS1引入，主軸電機(jī)M1由接觸器控制啟動(dòng)，熱繼電器FR1為主軸電機(jī)M1的過(guò)載保護(hù)。   冷卻泵電機(jī)M2由組合開(kāi)關(guān)QS2控制啟動(dòng)和停止，熱繼電器FR2為

10、它的過(guò)載保護(hù)。3.2.2 控制電路分析（1）主軸電機(jī)的控制。當(dāng)按SB2時(shí)，接觸器KM1的線圈獲得電動(dòng)作，同時(shí)KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM3和KT得電，KM1和 KM3主觸點(diǎn)閉合時(shí)電機(jī)M1星形正轉(zhuǎn)降壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)KT延時(shí)約35S時(shí)，KT延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)使KM3失電，其星形接法主觸點(diǎn)斷開(kāi)；KT延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使KM2得電，其主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)M1從星形轉(zhuǎn)換為三角形運(yùn)行。同理，按SB1時(shí)，電機(jī)M1反轉(zhuǎn)（星形三角形啟動(dòng)）。（2）冷卻泵電機(jī)的控制。旋合組合開(kāi)關(guān)QS2使冷卻泵電機(jī)M2啟動(dòng)運(yùn)行。（3）照明電路分析。控制變壓器TC的二次側(cè)輸出36V電壓，作為機(jī)床低壓照燈電源，EL為機(jī)床的低壓照明燈，由開(kāi)關(guān)SA2控制。

11、3.3  PLC及其程序設(shè)計(jì)    3.3.1   PLC選型和I/O端口分配根據(jù)以上機(jī)床主電路繼電控制要求分析，系統(tǒng)共需開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)5個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)4個(gè)，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)，擬選用三菱公司的微型機(jī)FX2n16MR機(jī)型，該機(jī)基本單元有8點(diǎn)輸入，8點(diǎn)輸出，完全能滿(mǎn)足控制要求。輸入/輸出信號(hào)地址分配如表1和表2。 表1  輸入信號(hào)地址分配表名稱(chēng)外接器件地址正轉(zhuǎn)（ 啟動(dòng)）SB2X000反轉(zhuǎn)SB1X001過(guò)載保護(hù)FR1X002過(guò)程保護(hù)FR2X003停止SBX004表2輸出信號(hào)地址分配表名稱(chēng)外接器件地址繼電器KM1

12、Y000繼電器KM2Y001繼電器KM3Y002繼電器KM4Y0033.3.2  PLC控制電路接線圖為了保證安全,系統(tǒng)外部設(shè)置了急停控制電路，SB6為電源供給按鈕，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，按下SB5，KM線圈失電，KM常開(kāi)啟點(diǎn)斷開(kāi)，PLC失去電源，機(jī)床停止工作。PLC控制電路接線如圖2所示。圖2  PLC控制電路接線圖3.3.3  PLC程序設(shè)計(jì)： 當(dāng)按SB2時(shí)， X000的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y000、Y003和T0得電，接觸器KM1的線圈獲得電動(dòng)作，同時(shí)KM1和 KM4主觸點(diǎn)閉合時(shí)電機(jī)M1星形正轉(zhuǎn)降壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)T0延時(shí)約35S時(shí)，T0延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)使KM4失電，其星形接

13、法主觸點(diǎn)斷開(kāi)；T0延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使KM3得電，其主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)M1從星形轉(zhuǎn)換為三角形運(yùn)行。同理，按SB1時(shí)，X001的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合, 接觸器KM2的線圈獲得電動(dòng)作,電機(jī)M1反轉(zhuǎn)（星形三角形啟動(dòng)）。根據(jù)以上要求編制PLC控制梯形圖（圖3）及由梯形圖寫(xiě)出PLC控制指令程序。  圖3  PLC梯形圖編程如下:LD    X000OR    Y000ANI   Y001AND  X002AND  X003AND  X004OUT  Y000LD

14、60;  X001OR   Y001ANI  Y000AND  X002AND  X003AND  X004OUT  Y001LD   Y000OR   Y001MPSANI  Y002OUT  TOK30MROLD   TOOR   Y002ANBANI   Y003OUT   Y002MPPANI   TOANI   Y002OUT  Y003END采用簡(jiǎn)易編程器或設(shè)置有三菱PLC開(kāi)發(fā)軟件的電腦，把編制的程序輸入固化到可編程控制器的存儲(chǔ)器內(nèi)，并進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，直到完全達(dá)到要求的控制功能為止。4  結(jié)束語(yǔ)課程設(shè)計(jì)通過(guò)自己實(shí)際設(shè)計(jì)修改，在老師的