千斤顶液压缸PLC电气控制系统.docx
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千斤顶液压缸PLC电气控制系统
摘要
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
本设计中采用装在动力滑台上左，右两个动力头同时进行切削。
动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。
液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。
主要介绍了通过PLC控制系统，设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制，并设计了千斤顶液压缸加工机床电气控制梯形图，千斤顶液压缸加工机床控制硬件配置连线图，基于PLC的机床电气控制系统的控制电路图。
关键字：
千斤顶液压缸PLC电气控制硬件接线图
报告目录
2．机床概况1
3.机床结构及工作循环4
4．控制要求5
5．设计分析7
5.1I/O点数确定及PLC机型选择：
7
5.2I/O分配表7
5.3加工过程的设计9
6.电路设计10
6.1主电路的设计10
6.2外部硬件的接线图10
6.3顺序功能图11
6.4程序梯形图见附录
7．电气元件的选择及元器件清单13
8.心得体会14
9.参考文献15
1.设计目的
通过对千斤顶液压缸加工机床PLC电气控制系统设计，使学生进一步熟悉有关PLC电气控制的理论知识，PLC的结构、组成、工作原理，掌握根据生产工艺过程和自动控制要求用PLC进行控制的PLC系统及控制程序设计方法和步骤，培养同学们的工程意识和工程实践能力。
学生初步掌握PLC电气控制系统的设计方法，编程技巧以及电气常用元器件的选型；初步具有控制系统主电路、控制程序的分析和设计方法；同时使学生掌握电气线路原理图的绘制方法，为今后走上工作岗位应用PLC电气控制基本理论知识奠定良好的基础。
2．机床概况
本机床用于千斤顶液压缸两个端面的加工，采用装在动力滑台上的左、右两个动力头同时进行切削。
动力头的快进、工进及快退由液压缸驱动。
液压系统采用两位四通电磁阀控制，并用调整死挡铁的方法实现位置控制。
机床的工作程序是：
（1）工件定位人工将零件装入夹具后，定位液压缸动作，工件定位。
（2）工件夹紧零件定位后，延时15s，夹紧液压缸动作使零件固定在夹具，同时定位液压缸退出以保证滑台入位。
（3）滑台入位滑台带动动力头一起快速进入加工位置。
（4）加工零件左右动力头进行两端面切削加工，动力头到达加工终点位置即停止工进，延时30s后停转，快速退回原位。
（5）滑台复位左右动力头退回原位后，滑台复位。
（6）夹具松开当滑台复位后夹具松开，取出零件。
以上各种动作由电磁阀控制，电磁阀动作要求见下表所示：
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
定位
＋
夹紧
＋
入位
＋
＋
工进
＋
退位
＋
复位放松
注：
“+”号表示电磁阀得电。
3.机床结构及工作循环
千斤顶液压缸两端面的加工，采用装在动力滑台的左、右两动力头同时进行加工切削，机床属于双面单工位组合机床。
千斤顶液压缸两端面加工机床由两个液压滑台、动力箱、固定式夹具、底座、床身和液压站等部件组成。
千斤顶液压缸两端面加工的工作循环如图1所示，加工时，将工件放在工作台上并加紧，当工件加紧后发出加工命令，左、右滑台开始快进，当接近加工位置时，左、右滑台变为工进进给，直到加工完成后再快退返回。
至原来左、右滑台分别停止，并将工件放松取下，工作循环结束。
即工作循环如下：
工件定位工件夹紧滑台入位加工零件滑台复位夹具松开。
加工机床液压系统示意图
4.控制要求：
（1）左右动力头旋转切削由电动机M1集中传动，切削时冷却泵电动机同时运转。
（2）只有在液压泵电动机M3工作，油压达到一定压力（压力继电器检测）后，才能进行其他的控制。
（3）机床即能半自动循环工作，又能对各个动作单独进行调整。
（4）要求有必要的电气连锁与保护，还有显示与安全照明。
（5）控制信号说明如下表所示。
输入
输出
文字符号
说明
文字符号
说明
SA1-1
机床半自动循环控制转换开关
KM1
动力头M1、冷却泵M2接触器
SA2-1
手动定位控制转换开关
KM2
液压泵M3接触器
SA3-1
手动入位控制转换开关
YV1
1#电磁阀
SA3-2
手动工进控制转换开关
YV2
2#电磁阀
SA3-3
手动退位控制转换开关
YV3
3#电磁阀
SB1
动力头M1、冷却泵M2起动按钮
YV4
4#电磁阀
SB2
动力头M1、冷却泵M2停止按钮
YV5
5#电磁阀
SB3
液压泵M3起动按钮
HL1
动力头M1冷却泵M2运行指示
SB4
液压泵M3停止按钮
HL2
液压泵M3运行指示
KM1
动力头M1、冷却泵M2运行信号
HL3
半自动循环工作指示
KM2
液压泵M3运行信号
HL4
定位指示
FR1
动力头M1、冷却泵M2过载信号
HL5
入位指示
KP
压力继电器油压检测信号
HL6
工进指示
SQ
动力头工进终点位置检测信号
HL7
退位指示
HL8
故障指示
6）相关参数：
①动力头电动机M1：
Y100L-6，1.5kW，AC380V，4.0A。
②冷却泵电动机M2：
JCB-22，0.15kW，AC380V，0.43A。
③液压泵电动机M3：
Y801-4，0.55kW，AC380V，1.6A。
④电磁阀YV1～YV5：
100mA，AC220V。
⑤指示灯HL1～HL8：
10mA，DC24V；安全照明：
10W，6.3V。
5.设计分析
5.1I/O点数确定及PLC机型选择：
由上述控制要求可知系统可采用自动工作方式，也可以采用手动工作方式.输入有14点，输出有15点，并考虑裕量要求，因此系统采用16输入，16输出的PLC.由此系统属于小型控制系统，其中PLC的选型围较宽，现选用三菱公司的FX2—32MR型PLC.
5.2I/O分配表：
PLC输入接口功能表
文字符号
说明
输入口
SA1-1
机床半自动循环控制转换开关
X005
SA2-1
手动定位控制转换开关
X006
SA3-1
手动入位控制转换开关
X007
SA3-2
手动工进控制转换开关
X010
SA3-3
手动退位控制转换开关
X011
SB1
动力头M1、冷却泵M2起动按钮
X001
SB2
动力头M1、冷却泵M2停止按钮
X002
SB3
液压泵M3起动按钮
X003
SB4
液压泵M3停止按钮
X004
FR1
动力头M1、冷却泵M2过载信号
X014
KP
压力继电器油压检测信号
X000
SQ
动力头工进终点位置检测信号
X015
SQ1
定位终点位置检测信号
X016
SQ2
入位终点位置检测信号
X017
SQ3
液压夹紧检测信号
X020
SQ4
退位终点信号
X021
SQ5
复位完成信号
X022
KM1
动力头M1、冷却泵M1运行信号
X012
KM2
液压泵M3运行信号
X013
PLC输出接口功能表
文字符号
说明
输出口
YV1
1#电磁阀
Y000
YV2
2#电磁阀
Y001
YV3
3#电磁阀
Y002
YV4
4#电磁阀
Y003
YV5
5#电磁阀
Y004
KM1
动力头M1、冷却泵M1接触器
Y005
KM2
液压泵M3接触器
Y006
HL1
动力头M1、冷却泵M2运行指示
Y007
HL2
液压泵M3运行指示
Y010
HL3
半自动循环工作指示
Y011
HL4
定位指示
Y012
HL5
入位指示
Y013
HL6
工进指示
Y014
HL7
退位指示
Y015
HL8
故障指示
Y016
5.3加工过程的设计：
a.工件的定位和加紧是靠电动机、液压系统和电磁阀来完成的。
通过三者的配合将工件定位和加紧。
b.滑台的入位和复位是靠电动机的拖动和电磁阀来完成的，在滑台入位的过程中，电动机要能够根据滑台的实际位置来实现加速、减速、正转和反转，电磁阀也要能够相应的得电和断电，从而实现滑台的准确入位和精确加工。
c.在加工过程中，根据具体的控制要求使电动机的工作过程、电磁阀的通断电符合控制要求。
避免加工过程中的错误。
如在工件定位的过程中，电磁阀YV1得电，其它的电磁阀都不能得电，并且只有在工件定位结束后夹紧液压缸才允许动作。
d.在整个工作过程中，能够根据所给出的辅助电路，判断出现在的工作环节。
当电路产生故障时可以通过辅助电路判断出故障可能发生在哪个环节。
如HL1是动力头M1、冷却泵M2的运行指示，当HL1亮时说明动力头M1、冷却泵M2正在运行。
6.电路设计
6.1主电路的设计
6.2外部硬件的接线图
6.3顺序功能图
6.4梯形图
见附录
7.电气元件的计算与选择
7.1.熔断器选择
常用的熔断器有RM10系列、RT0系列①，RL②系列和RC1A系列。
在直接向电动机供电的电力支线中，由于要躲开电动机的启动电流，熔断器熔体的额定的电流Ier（或自动开关脱扣器的整定电流）往往选得较大。
各种熔断器都是由熔管和熔体两部分组成。
熔管的作用一是安装和固定熔体，二是使熔体断开的电弧的过程在管完成，以保护人身安全。
为了加快灭弧的速度，有些型号熔断器在管还装有灭弧填料（如石英砂等）。
熔体也有两种类型：
一种是高导电率的金属如铜或银制成，截面较小，称为小热容量熔断器；另一种是用电阻率较大的金属如铅、铅锡合金或锌制成，截面较大，称之为大热容量熔断器。
注：
①特点：
只用于大容量线路，短流能力高，性能很好，但价格高，熔片熔断后更换不方便。
②特点：
体积小，安全可靠，用于容量不大的电路，更换方便，熔体熔断后有指示。
由于本电路设计电机类负载，多台电动机由一个熔断器保护和变压器负载，所以：
熔断器FU1的选择应该满足：
I
（1.5~2.5）I
+
所以I
1.5*4+6.03=12.03A
熔断器FU2的选择应该满足：
I
（1.5~2.5）I
所以I
1.5*0.43=0.65A
熔断器FU3的选择应该满足：
I
（1.5~2.5）I
所以I
1.5*1.6=2.4A
7.2.接触器的选择
常用的接触器有CJ20系列，CJ24系列，CJ24系列，CJ29系列等，本电路选择CJ20系列交流接触器：
由于是电动机负载，所以接触器主触点额定电流应该满足:
I
=
P
为电动机功率（kW）,U
为电动机额定线电压（V），
cos
为电动机功率因数，
为电动机的效率，一般取0.8~0.9
由此选取接触器如下表
电机设备名称
电机IN（A）
接触器型号
电动机M1和M2
4.5
CJ20-100
电动机M3
1.6
CJ20-25
元器件清单
电器设备名称
型号及规格
额定功率
额定电压
数量
额定电流
动力头电动机M1
Y100L-6
1.5kW
AC380V
1台
4.0A
冷却泵电动机M2
JCB-22
0.15kW
AC380V
1台
0.43A
液压泵电动机M3
Y801-4
0.55kW
AC380V
1台
1.6A
电磁阀YV1
34E2-10
25W
AC220V
1个
100mA
电磁阀YV2
34E2-10
25W
AC220V
1个
100mA
电磁阀YV3
34E2-10
25W
AC220V
1个
100mA
电磁阀YV4
34E2-10
25W
AC220V
1个
100mA
电磁阀YV5
34E2-10
25W
AC220V
1个
100mA
指示灯HL1
6.3V
10W
DC24V
1只
10mA
指示灯HL2
6.3V
10W
DC24V
1只
10mA
指示灯HL3
6.3V
10W
DC24V
1只
10mA
指示灯HL4
6.3V
10W
DC24V
1只
10mA
指示灯HL5
6.3V
10W
DC24V
1只
10mA
指示灯HL6
6.3V
10W
DC24V
1只
10mA
指示灯HL7
6.3V
10W
DC24V
1只
10mA
指示灯HL8
6.3V
10W
DC24V
1只
10mA
8.心得体会
PLC应用是一门实践性很强的专业课，PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
赞同
9.参考文献
1、《PLC电气控制技术》漆汉宏主编机械工业2008
2、《可编程控制器教程》王兆义主编机械工业
3、《工厂电气控制技术》方承远主编机械工业
4、《PLC可编程控制器系统开发实例导航》 汪晓平等编著人民邮电
5、《PLC编程及应用》 廖常初主编 机械工业
6、《PLC分析与设计应用》周万珍,高鸿斌编著电子工业
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