臥式車床PLC電氣控制系統(tǒng)

1、機(jī)床電控及PLC 課程設(shè)計(jì)說明書題目：臥式車床電氣控制系統(tǒng) 目 錄一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書3二、臥式車床電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程5（一）總體方案說明 5（二）臥式車床電氣控制原理圖設(shè)計(jì) 5（三）PLC控制電路設(shè)計(jì)6(四) I/O指令選擇7（五）電器設(shè)備選擇 8（六）PLC控制程序設(shè)計(jì) 9三、小結(jié)13四、參考文獻(xiàn)13 課程設(shè)計(jì)課題：臥式車床電氣控制系統(tǒng)一、課程設(shè)計(jì)工作日自 年 1 月 9 日至 年 1 月 13 日 三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求（包括課題來源、類型、目的和意義、基本要求、完成時(shí)間、主要參考資料等）：1設(shè)備概況車床是機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋。車床在加

2、工工件時(shí)，隨著工件材料和材質(zhì)的不同，應(yīng)選擇合適的主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度。但目前中小型車床多采用不變速的異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，它的變速是靠齒輪箱的有級(jí)調(diào)速來實(shí)現(xiàn)的，所以它的控制電路比較簡(jiǎn)單。為滿足加工的需要，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有時(shí)需要正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，這個(gè)要求一般是通過改變主軸電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向或采用離合器來實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)多半是把主軸運(yùn)動(dòng)分出一部分動(dòng)力，通過掛輪箱傳給進(jìn)給箱來實(shí)現(xiàn)刀具的進(jìn)給。有的為了提高效率，刀架的快速運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)單獨(dú)拖動(dòng)。車床一般都設(shè)有交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的冷卻泵，來實(shí)現(xiàn)刀具切削時(shí)冷卻。有的還專設(shè)一臺(tái)潤(rùn)滑泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑。2控制要求(1) 主要控制電器為三臺(tái)電機(jī)：主電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電機(jī)、快速移動(dòng)電機(jī)。

3、三臺(tái)電機(jī)都要有短路保護(hù)措施。主電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電機(jī)采用熱繼電器進(jìn)行過載保護(hù)主電動(dòng)機(jī)要采用降壓起動(dòng)方式起動(dòng)主電動(dòng)機(jī)要求能夠正反轉(zhuǎn)控制，并且有點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制和長(zhǎng)動(dòng)控制，采用反接制動(dòng)主回路負(fù)載的電流大小能夠監(jiān)控，但要防止啟動(dòng)電流對(duì)電流表產(chǎn)生沖擊。機(jī)床要有照明設(shè)施。表1 車床控制系統(tǒng)信號(hào)說明 符 號(hào) 名 稱 及 用 途 符 號(hào) 名 稱 及 用 途 QF 斷路器作電源引入及短路保護(hù)用 FR1 熱繼電器，主電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用 FU1FU2 熔斷器作短路保護(hù) FR2 熱繼電器，冷卻泵電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用 Ml 主電動(dòng)機(jī) KM1 接觸器，主電動(dòng)機(jī)正向起動(dòng)、停止用 M2 冷卻泵電動(dòng)機(jī) KM2 接觸器，主電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)、停

4、止用 M3 快速電動(dòng)機(jī) KM3接觸器，主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)切入電阻 SBlSB4 主電動(dòng)機(jī)起、停、點(diǎn)動(dòng)按鈕 KM4 接觸器，冷卻泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止用SB5SB6 冷卻泵電動(dòng)機(jī)起停按鈕 KM5接觸器，快速電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止用SQ限位開關(guān)，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制 TC 控制與照明變壓器 HLl 主電動(dòng)機(jī)起停指示燈SA 機(jī)床照明燈開關(guān) HL2 電源接通指示燈EL 機(jī)床照明燈3設(shè)計(jì)任務(wù)1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行臥式車床電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。2) 根據(jù)控制要求，編制臥式車床控制PLC應(yīng)用程序。3) 編寫設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容包括： 設(shè)計(jì)過程和有關(guān)說明。 基于PLC的臥式車床

5、電氣控制系統(tǒng)電路圖。 PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 電器元器件的選擇和有關(guān)計(jì)算。 電氣設(shè)備明細(xì)表。 參考資料、參考書及參考手冊(cè)。 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對(duì)課程設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和建議等。二、臥式車床電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程(一) 總體方案說明1. 臥式車床電氣控制系統(tǒng)控制對(duì)象：主電動(dòng)機(jī)，冷卻泵電機(jī)，快速移動(dòng)電機(jī)。均由交流接觸器完成起，?？刂啤Ｖ麟妱?dòng)機(jī)要采用正反控制。并且有點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制盒長(zhǎng)動(dòng)控制。采用反接制動(dòng)。2. 主電動(dòng)機(jī)，冷卻泵電機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，其熱繼電器的常開觸點(diǎn)通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC的輸入信號(hào)，用以完成各個(gè)電動(dòng)機(jī)

6、系統(tǒng)的過載保護(hù)。3. 主電動(dòng)機(jī)要求：降電壓?jiǎn)?dòng)方式。利用接觸器完成定子電路串聯(lián)降電壓?jiǎn)?dòng)方式。PLC控制電路與之對(duì)應(yīng)。4. 主電路用斷路器。各負(fù)載回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。5. 機(jī)床的照明設(shè)施：主電動(dòng)機(jī)起停指示燈，機(jī)床照明燈。采用接觸器常開觸點(diǎn)通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC輸出信號(hào)，用以完成各部分的照明及指示作用。6. PLC選用繼電器輸出型。7. PLC自身配有24V直流電源。外接負(fù)載時(shí)若慮其供電容量，PLC接地端采用第三種接地方式。提高抗干擾能力。8. 所選用的動(dòng)力設(shè)備均采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)。主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M1, 功率為30 kW；冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2,

7、功率為0. 15 kW, 用于在車削加工時(shí), 供出冷卻液, 對(duì)工件與刀具進(jìn)行冷卻；快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3, 功率為22 kW, 由于溜板箱連續(xù)移動(dòng)時(shí)短時(shí)工作, M3 只要求單向點(diǎn)動(dòng), 短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。(二) 臥式車床電氣控制原理圖設(shè)計(jì)1. 主電路設(shè)計(jì)：臥式車床電氣控制系統(tǒng)主電路如下圖所示2. 主回路中,KM1,KM2分別控制主電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)。KM3控制主電路的串電阻降壓?jiǎn)?dòng)和反接制動(dòng)。KM4、KM5，分別控制冷卻泵M2，快速電動(dòng)機(jī)M3。3. 主電動(dòng)機(jī)M1，冷卻泵電機(jī)M2由熱繼電器FR1，F(xiàn)R2實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。4. QF為電源總開關(guān)，即可完成主電路的短路保護(hù)作用，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫措妷鹤魇褂煤途S修方便

8、。5. 熔斷器FU1，F(xiàn)U2分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)作用。6. 主要參數(shù)計(jì)算1） 斷路器QF斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，及短路保護(hù)作用。2） 熱繼電器FR的選擇根據(jù)M1和M2的額定電流選擇熱繼電器如下FR1選用JRO-40型熱繼電器，熱元件額定電流25A，額定電流調(diào)節(jié)范圍1625A，工作時(shí)調(diào)整在22.6A。FR2選用JR0-40型熱繼電器，熱元件額定電流0.64A，額定電流調(diào)節(jié)范圍為0.400.64A，工作時(shí)調(diào)整在0.43A.3） 熔斷器的選擇本電路中的熔斷器有三個(gè)，F(xiàn)U1，F(xiàn)U2，F(xiàn)U3FU1主要對(duì)M2和M3進(jìn)行短路保護(hù)，M2和M3的額定電流分別為0.43A和2.7A，所以按下式計(jì)算熔件的

9、額定電流(2 2.5)+系數(shù)取2.5計(jì)算可得7.18A，所以FU1選擇RL1-15型熔斷器。熔件額定電流為0.1A。4） 按鈕的選擇根據(jù)需要的觸點(diǎn)數(shù)量，動(dòng)作要求，使用場(chǎng)合和顏色等進(jìn)行按鈕的選擇。本電路中，SB1、SB2、SB3、SB4、SB5為啟動(dòng)按鈕，所以選擇LA-18型按鈕，顏色為綠色；SB6、SB7停止按鈕，所以選擇LA-18型按鈕，顏色為紅色。5） 照明及指示燈的選擇 照明燈EL選擇JC2型，交流36V，40W，與燈開關(guān)S成套配置，指示燈HL1和HL2選擇ZSD-0型，交流6.3V，0.25V，顏色分別為紅色和綠色。(三) PLC控制電路設(shè)計(jì) 包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路

10、設(shè)計(jì)。1. 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對(duì)象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對(duì)開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等，選擇適合的PLC機(jī)型及外設(shè)，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。2. 根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路原理圖，繪制PLC控制電路，編制I/O接口功能表。圖11-4為SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖，L6作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路的負(fù)載供電，輸出回路所有COM端短接后接入電源N端。3. PLC輸入回路中，信號(hào)電源由PLC本身的24V直流電源提供，所有輸

11、入COM端短接后接入PLC電源DC24V的（）端。4. 在PLC和輸出繼電器之間加繼電器隔離板，每個(gè)繼電器隔離板輸出點(diǎn)額定控制容量為AC380V，2A硬件接線圖如下所示FU硬件接線圖 (四) I/O指令選擇1. 根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：12個(gè)輸入端，7個(gè)輸出端。2. 根據(jù)熱繼電器控制電路中輸入觸點(diǎn)的數(shù)量，計(jì)有8個(gè)按鈕，一個(gè)行程開關(guān)，2個(gè)熱繼電器，2個(gè)速度繼電器，共有12個(gè)輸入信號(hào)，也需要占用12個(gè)PLC輸入點(diǎn)。3. PLC輸出控制對(duì)象，主要是電路中的執(zhí)行部件，該機(jī)床的執(zhí)行部件有接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5本設(shè)計(jì)選用I/O點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)的FX2N-MT-D型PLCI/O指令分配表 。輸入

12、輸出X0SA機(jī)床照明燈開關(guān)Y0EL機(jī)床照明燈X1SB1主電機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)Y1KA1主電機(jī)正轉(zhuǎn)X2SB2主電機(jī)反轉(zhuǎn)起動(dòng)Y2KA2主電機(jī)反轉(zhuǎn)X3SB3主電機(jī)正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)Y3KA3切入電阻X4SB4主電機(jī)反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)Y4KA4冷卻泵電機(jī)起停X5SB5冷卻泵起動(dòng)Y5KA5快速電機(jī)起停X6SB6冷卻泵停止Y6HL1主電機(jī)運(yùn)行指示燈X7SB7主電機(jī)停止M0輔助繼電器X10FR1主電機(jī)過載保護(hù)M1輔助繼電器X11FR2冷卻泵電機(jī)過載保護(hù)X12SQ快速移動(dòng)行程開關(guān)X13KS1正轉(zhuǎn)速度繼電器X14KS2反轉(zhuǎn)速度繼電器(五) 電器設(shè)備選擇1. 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，對(duì)照主回路檢查交流控制回路、PLC控制回路、各種保護(hù)聯(lián)鎖電路、PLC

13、控制程序等，全部符合設(shè)計(jì)要求后，繪制出最終的電氣原理圖。2. 根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電氣元件，編制原理圖的元器件目錄表序號(hào)編號(hào)名稱數(shù)量規(guī)格備注1電動(dòng)機(jī)3Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)2熱繼電器2JR16B-20/3參照電動(dòng)機(jī)整定電流3熔斷器3RT16B-32X熔體2A4QF斷路器1C45AD脫扣電流10A5TC隔離變壓器1BK-100變比1:1 AC220V6SB1主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕1LAY37綠色7SB2主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕1LAY37黑色8SB3主電機(jī)正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕1LAY37綠色9SB4主電機(jī)反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕1LAY37綠色10SB5冷卻泵起動(dòng)按鈕1LAY37綠色11SB6冷卻泵停止按鈕1LAY37紅色1

14、2SB7主電機(jī)停止按鈕1LAY37紅色13接觸器5DJX-9線圈電壓：AC220V14指示燈2AD16-22LED顯示AC220V15EL照明燈116SA照明燈開關(guān)1綠色17SQ限位開關(guān)118PLC可編程控制器1FX1S-30MT-D繼電器輸出電器設(shè)備明細(xì)表(六) PLC控制程序設(shè)計(jì)1） 程序設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求，建立系統(tǒng)控制流程圖，表達(dá)出各控制對(duì)象的動(dòng)作順序，相互間的制約關(guān)系。在明確PLC寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，包括主程序編制，各功能子程序的編制、其他輔助程序的編制等。2） 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試。空載靜態(tài)調(diào)試時(shí)，針對(duì)運(yùn)行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關(guān)系是否正

15、確，然后先調(diào)試子程序或功能模塊程序，然后調(diào)試初始化程序，最后調(diào)試主程序。調(diào)試過程中盡量接近實(shí)際系統(tǒng)，并考慮到各種可能發(fā)生的情況，作反復(fù)調(diào)試，出現(xiàn)問題及時(shí)分析、調(diào)整程序或參數(shù)。3） 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試及運(yùn)行。在動(dòng)態(tài)帶負(fù)載狀態(tài)下調(diào)試，密切觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，采用先手動(dòng)再自動(dòng)的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題及時(shí)停機(jī)，分析產(chǎn)生問題的原因，提出解決問題的方法，同時(shí)做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。程序流程圖電源通電主電機(jī)起動(dòng)按鈕按下轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速電機(jī)正常運(yùn)行按下冷夜泵電機(jī)起動(dòng)按鈕冷卻泵電機(jī)起動(dòng)按下冷卻泵停止按鈕冷卻泵停止快速電機(jī)運(yùn)行壓下行程開關(guān)開始主電機(jī)降壓起動(dòng)結(jié)束控制程序如下指令表對(duì)控制電路的說明1. SA控制

16、機(jī)床照明燈的開關(guān)。 2. 當(dāng)斷路器接通是，電源指示燈亮。當(dāng)主電功機(jī)床工作時(shí)，主電功機(jī)指示燈亮。 3. SB1,SB2分別是主電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，KM1,KM2常閉觸電實(shí)現(xiàn)互鎖。4. SB3,SB4為復(fù)合按鈕，由常開和常閉組成。當(dāng)按下正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3,常開觸點(diǎn)閉合，KM1通電，電功機(jī)正轉(zhuǎn)，常閉觸點(diǎn)斷開，斷開電機(jī)自鎖。松開SB3，電機(jī)停止。同理，SB4相同，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制。5. SB7為急停按鈕，由常開和常閉組成。當(dāng)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)時(shí)，KS1處閉合。按下SB7，SB7常閉觸點(diǎn)斷開。KM1斷電，SB7常開觸點(diǎn)閉合，KM2通，電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到150r/min后，KS1斷開，KM6斷開，KM2斷開，實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。同理，當(dāng)電機(jī)處于反轉(zhuǎn)時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。 6. 當(dāng)SB6閉合時(shí)，KM4得電，KM4常開觸點(diǎn)