冲床控制系统.docx
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冲床控制系统
天津广播电视大学
〔武清〕
机电一体化系统设计基础
专题报告
题目冲床控制系统
班级机械本2015秋
姓名王成
学号
一、冲床控制系统的PLC设计说明
冲床控制系统的PLC课程设计是我们学完了电大的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
二、冲床的机械原理
冲床适用于在重大型零件上冲孔工作。
〔一〕冲床机械系统的主要特点
冲床的工件移动系统采用电机控制
2.冲床系统中，采用了进油和回油路的双重节流调速回路，并以回油节流调速为主，因此，工作台的运动平稳，且可减小工作台启动时的前冲现象。
3.具有卸荷回路，机床不工作时，可使系统卸荷，以减少功率损失和减少油液发热。
〔二〕冲床的控制原理
1.控制线路特点
〔1〕电路、控制线路、信号指示灯电路及机床照明均采用自动空气断路器作为电源引入开关。
自动空气断路器中的电磁脱扣装置作为短路保护电器而取代熔断器。
另外，此断路器也具有零压保护和欠压保护作用。
〔2〕由于各台电动机的容量不同，在起动时须区别对待。
主轴电动机容量较大，为降低起动电流，采用了Y—△起动控制线路。
其它五台电动机采用接触器直接起动控制线路或开关直接起动控制线路。
〔3〕控制线路装有总起动与总停止按钮，便于操作和在发生事故时紧急停车。
〔4〕冲床的上升运动和下降运动有严格的动作顺序，由限位开关SQ3给以保证。
〔5〕每一个主要动作均有指示灯做出指示，便于操作和进行电气维修。
〔6〕主轴的夹紧与松开单独用一台电动机拖动，使控制更为灵活。
〔7〕冲压头的上升运动和下降运动可以用主轴箱上的十字开关操作，也可以装在立柱下部的控制按钮操作，属于两地控制线路。
〔8〕立柱与主轴箱的松开与夹紧可以同时进行操作，也可以单独进行。
〔9〕控制线路采取了可靠的电气联锁措施，以防止发生电源短路事故。
主电路由六台三相交流异步电动机及其有关的电气元件组成。
主轴电动机只有一个旋转方向，因为功率较大，所以采用Y—△起动控制线路。
冷却泵电动机也只有一个旋转方向，采用开关直接起动控制线路。
其它四台交流电动机都有两个旋转方向，采用交流接触器起动控制线路。
M1为主电动机，由交流接触器KM1、KM2和KM3进行Y—△起动，KM1和KM3也是M1的停止电器。
M1的短路保护电器是总电源引入开关——自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。
热继电器FR1是M1的过载保护电器。
M2是冲压头升降电动机。
交流接触器KM4控制M2的正向起动与停止。
M2的反向起动与停止由反向交流接触器KM5控制。
M2的短路保护电器也是自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。
因为M2是短时间工作，所以不设过载保护电器。
M3是冲压头和主轴箱松开与夹紧电动机，它实质上是液压油泵电动机，为冲压头与主轴箱的松开与夹紧提供压力油。
交流接触器KM6控制M3的正向起动与停止。
M3反向转动的起动与停止由交流接触器KM7控制。
自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置是M3的短路保护器。
虽然冲压头与主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作，M3并不长期运转，但液压系统出现故障或行程开关调整不当时，M3也会处于长时间过载状态而造成事故，所以在电路中装设了热继电器FR2。
M4是立柱的松开与夹紧电动机，也是液压油泵电动机，专供立柱松开与夹紧用的压力油。
M4的正反向起动与停止分别由正向交流接触器KM8与反向交流接触器KM9控制。
M4的短路保护电器是自动空气断路QF4的电磁脱扣装置。
由于M4不是长期运行的电动机，所以不设过载保护电器。
M5是主轴箱水平移动电动机，有两个旋转方向，由交流接触器KM10和KM11分别控制其起动与停止。
短路保护电器仍为自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置。
由于短时间工作，所以不设过载保护电器。
M6是冷却泵电动机，功率很小，虽然长时间工作，也不设过载保电器。
由自动空气断路器QF2控制其起动和停止，并兼作短路保护电器。
控制线路中装设了三台时间继电器，其中KT1为通电延时型、KT2和KT3为断电延时型
在主轴箱水平移动控制线路中，主轴箱与电动机之间接入了直流电磁离合器YC1，使控制更为可靠。
表1冲床的电气元件目录表
符号
名称及用途
符号
名称及用途
M1
主轴电动机
QF5
整流电路电源自动空气断路器
M2
冲压头升降电动机
QF6
照明电路电源自动空气断路器
M3
主轴箱和冲压头松开与夹紧电动机
QF7
控制线路电源自动空气断路器
M4
立柱松开与夹紧电动机
QF8
信号灯电路电源自动空气断路器
M5
主轴箱水平移动电动机
YA1
主轴箱、冲压头松开与夹紧电磁铁
M6
冷却泵电动机
KA1
总起动中间继电器
KM
主轴电动机起动与停止接触器
KA2
冲压头上升中间继电器
KM2
主轴电动机定子绕组Y形接法接触器
KA3
冲压头下降中间继电器
KM3
主轴电动机定子绕组△形接法接触器
SA1
控制用十字开关
KM4
冲压头上升接触器
SA2
主轴箱、立柱松开与夹紧转换开关
KM5
冲压头下降接触器
SA3
照明灯开关
KM6
主轴箱及冲压头松开接触器
FR1
主轴电动机过载保护热继电器
KM7
主轴箱及冲压头夹紧接触器
FR2
主轴箱松开与夹紧电动机过载保护热继电器
KM8
立柱松开接触器
TC1
整流变压器
KM9
立柱夹紧接触器
TC2
控制变压器
KM10
主轴箱向右移动接触器
SB1
总起动按钮
KM11
主轴箱向左移动接触器
SB2
主轴电动机起动按钮
KT1
主轴电动机Y-△起动时间继电器
SB3
冲压头上升起动按钮
KT2
主轴箱和冲压头夹紧时间继电器
SB4
冲压头下降起动按钮
KT3
主轴箱和冲压头松开时间继电器
SB5
主轴箱与立柱松开按钮
SQ1
冲压头上升极限限位开关
SB6
主轴箱与立柱夹紧按钮
SQ2
冲压头下降极限限位开关
SB7
总停止按钮
SQ3
冲压头松开限位开关
SB8
主轴电动机停止按钮
SQ4
冲压头夹紧限位开关
EL1，EL2
机床照明灯
SQ5
主轴箱松开限位开关
HL1～HL4
工作状态指示灯
SQ6
指示灯转换开关
VC1
硅整流桥
QF1
总电源自动空气断路器
YC1
主轴箱水平移动电磁离合器
QF2
冷却泵电源自动空气断路器
XS
外接照明灯电源插座
QF3
冲压头升降电动机电源自动空气断路器
R
可调电阻
QF4
主轴箱及冲压头松紧电动机、立柱松紧电动机、主轴箱移动电动机电源自动空气断路器
三、PLC控制系统软件设计
〔一〕冲床输入地址分配
X0（SB12）主轴电动机停止按钮
X1（SB1）总起动按钮
X2（SB2）主轴电动机起动按钮
X3（SB3）冲压头上升起动按钮
X4（SB4）冲压头下降起动按钮
X5（SB5）主轴箱与立柱松开按钮
X6（SB6）主轴箱与立柱夹紧按钮
X7（SB11）总停止按钮
X10（SQ2）冲压头下降极限限位开关
X11（SQ3）冲压头松开限位开关
X12（SQ4）冲压头夹紧限位开关
X13（SQ5）主轴箱松开限位开关
X14（SQ6）指示灯转换开关
X15（SQ1）冲压头上升极限限位开关
X16（SA2）主轴箱、立柱松紧转换开关（中间位置）
X17（SA2）主轴箱、立柱松紧转换开关（左位置）
X20（SA2）主轴箱、立柱松紧转换开关（右位置）
X21（SA3）照明等开关
X22（SA1）冲压头上升
X23（SA1）冲压头下降
X24（SA1）主轴箱右移
X25（SA1）主轴箱左移
〔二〕冲床输出地址分配
Y0（YA1）主轴箱、冲压头松开与夹紧断路器
Y1（KM1）主轴电动机起动与停止接触器
Y2（KM2）主轴电动机定子绕组Y形接法接触器
Y3（KM3）主轴电动机定子绕组△形接法接触器
Y4（KM4）冲压头上升接触器
Y5（KM5）冲压头下降接触器
Y6（KM6）主轴箱及冲压头松开接触器
Y7（KM7）主轴箱及冲压头夹紧接触器
Y10（KM8）立柱松开接触器
Y11（KM9）立柱夹紧接触器
Y12（KM10）主轴箱向右移动接触器
Y13（KM11）主轴箱向左移动接触器
Y14（HL1）工作状态指示灯
Y15（HL2）工作状态指示灯
Y16（HL3）工作状态指示灯
Y17（HL4）工作状态指示灯
Y20（KA1）总起动中间继电器
〔三〕接线图〔见附图3〕
图3接线图
〔四〕冲床控制程序
主轴启停
76
ANIX7
77
ANDM1
78
ANIX5
程序号
程序
79
ANIX6
0
LDX1
80
OUTT3
1
ORM1
81
K30
2
ANIX7
82
OUTM5
3
OUTM1
83
LDIM3
4
LDX2
84
ORM4
5
ORY1
85
ANIX7
6
ANIX1
86
ANDM1
7
ANDM1
87
OUTY0
8
ANIX0
主轴箱水平移动
9
OUTT1
10
K50
12
OUTY1
程序号
程序
13
ANIT1
88
LDIX7
14
ANIY3
89
ANDM1
15
OUTY2
90
ANDX13
16
LDX2
91
ANDX24
17
ORY1
92
ANIY13
18
ANIX1
93
OUTY12
19
ANDM1
94
LDIX7
20
ANIX0
95
ANDM1
21
ANDT1
96
ANDX13
22
ANIY2
97
ANDX25
23
OUTY3
98
ANIY12
冲压头升降
99
OUTY13
主轴箱松开夹紧
100
LDX7
程序号
程序
101
ANDM1
24
LDX3
102
ANDX20
25
ORX22
103
ANDX5
26
ANIX7
104
ANIX7
27
ANDM1
105
OUTY6
28
ANIX15
106
LDX7
29
ANIM3
107
ANDM1
30
OUTM2
108
ANDX20
31
LDX4
109
ANDX6
32
ORX23
110
ANIM2
33
ANIX7
111
ANIM3
34
ANDM1
112
ANDT2
35
ANIX10
113
ANIY6
36
ANIM2
114
OUTY7
37
OUTM3
115
LDX7
38
LDM2
116
ANDM1
39
ORM3
117
ANDX17
40
ANIX7
118
ANDX5
41
ANDM1
119
ANIY11
42
OUTM4
120
OUTY10
43
OUTT2
121
LDX7
44
K30
122
ANDM1
45
ANIX11
123
ANDX17
46
ANDM5
124
ANDX6
47
ANIY7
125
ANIY10
48
OUTY6
126
OUTY11
49
LDM2
127
LDX7
50
ORM3
128
ANDM1
51
ANIX7
129
ANDX16
52
ANDM1
130
ANDX5
53
ANDX11
131
ANIY7
54
ANDM2
132
OUTY6
55
ANIY5
133
LDX7
56
OUTY4
134
ANDM1
57
LDM2
135
ANDX16
58
ORM3
136
ANDX5
59
ANIX7
137
ANIY11
60
ANDM1
138
OUTY10
61
ANDX11
139
LDX7
62
ANDM3
140
ANDM1
63
ANIY4
141
ANDX6
64
OUTY5
142
ANIM2
65
LDX12
143
ANIM3
66
ORT2
144
ANDT2
67
ANIX7
145
ANIY6
68
ANDM1
146
OUTY7
69
ANIM2
147
LDX7
70
ANIM3
148
ANDM1
71
ANIT2
149
ANDX16
72
ANIY6
150
ANDX6
73
OUTY7
151
ANIY10
74
LDX12
152
OUTY11
75
ORT2
END
程序语句表设计好以后，绘制相应的梯形图及接线图。
四、程序模拟运行调试
系统程序调试主要就是对主轴电机起停、冲压头升降、主轴箱松开、夹紧、主轴箱水平移动等一系列动作要求能否实现的调试。
〔一〕主轴电机起停
按下X1，按下X2，看Y2指示灯有无点亮，如果亮则说明主轴电动机开始起动；起动5秒后，观察Y3指示灯可否点亮，Y2可否熄灭，如果Y3指示灯亮且Y2指示灯熄灭，说明完成了星形向三角形转换的减压起动；同时要观察Y1可否常亮。
如果Y1不亮，此证明电机控制系统无电，电机无法运行。
在此程序中Y2，Y3构成互锁，使起相互独立工作。
〔二〕主轴箱松开、夹紧
将SA2扳到不同的位置，即分别对X16、X17、X20置“1”，再分别对不同的输入点置位来实现Y6、Y7、Y8、Y9的同时，不同时置“1”，以区分立柱和主轴箱的同时与不同时动作。
在调试时给出—输入就应该对应出—输出，如无输出，只需检查，此光路程序输入，编写有无过失，电机连接是否过失即可。
〔三〕工件的移动控制
SQ5〔X13〕给出输入信号，在SA1〔X24、X25〕给出不同状态时，主轴箱分别置于不同的运动状态，例如向左移动或向右移动；向左移动和向右移动分别有接触器Y12和Y13来实现，另外它们之间构成了互锁使其各自工作不相互干扰，当看到Y12的指示灯亮时说明主轴箱向左移，反之向右移，调试完成。
〔四〕系统运行情况
试运行过程说明PLC改造系统具有了强大的功能，性能可靠控制方便等优点，能实现冲床主要参数的控制，确保了该机台的性能与质量。
五、参考文献：
《机电控制与可编程序控制器技术》中央广播电视大学出版社
《机电控制技术及应用》北京电子工业出版社
《PLC实用技术》北京科学出版社
《PLC编程及应用》北京机械工业出版社
《PLC机电控制系统应用设计技术》北京电子工业出版社
《PLC编程实例精解》北京电子工业出版社
《液压传动》北京机械工业出版社
《电器控制与PLC控制技术》北京机械工业出版社
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