设计某组合机床的电气控制系统.docx
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设计某组合机床的电气控制系统
电气控制与PLC
课程设计
题目:
设计某组合机床的电气控制系统
院系名称：
电气工程
专业班级：
自动化0801
学生姓名：
田冠枝
学号：
200848280126
指导教师：
任胜杰
设计地点：
2-211
设计时间：
2011.7.4-2011.7.9
成绩：
指导老师签名：
日期：
摘要
文章组合机床为研究对象,通过对主要结构和运动形式的探究以及对机床的工作过程和控制要求分析,给出了机床动作循环图、液压元件动作表;并采用PLC控制系统的设计方法,进行了软硬件设计,列出了PLC的I/O地址分配表,绘制了PLC的I/O分配图和单循环自动工作流程图，编写PLC控制程序的梯形图和指令表;使整个控制系统的操作变得简单，方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性。
关键词:
可编程控制器（PLC）组合机床控制系统
目录
1绪论1
2设计方案2
2.1左、右两动力头进给电机2
2.2主轴电机3
2.3照明及信号指示3
2.4PLC的选择5
2.5程序的设计5
3I/O分配7
4外部接线图8
4.1PLCI/O接线图8
4.2电气控制原理图9
5梯形图10
6系统调试13
设计心得14
参考文献15
1绪论
对于机械—电气结合控制的组合机床，电气控制系统起着重要的神经中枢作用。
传统的组合机床采用的继电器—接触器控制系统，接线复杂、故障率高、调试和维护困难。
随着PLC控制技术日益成熟并得到越来越广泛的应用，利用原有的继电器—接触器控制电路设计PLC控制系统，或直接进行PLC控制系统的设计，都能很好地满足组合机床自动化控制的要求。
本次设计的要求如下：
图1-1组合机床的示意图
如图所示为组合机床的示意图，左面为1#箱体移动式动力头。
主轴电机M1为4KW、1440转/分钟，1#箱体的工作进给电机为M3，快速电机M5为1.5KW、1450转/分钟；右面为2#箱体移动式动力头。
主轴电机M2为5.5KW、1440转/分钟，2#箱体的工作进给电机为M4，快速电机M6为1.5KW、1450转/分钟。
要求如下：
1.左、右两动力头均要求快进→工进→快退的工作循环。
2.可使左、右两动力头同时工作，也可进行单独调整。
3.加工过程中需要进行冷却。
4.应有电源有信号指示，动力头正在工作信号指示。
5.应有局部照明必要的保护环节。
2设计方案
2.1左、右两动力头进给电机
根据设计要求知左、右两动力头均要求快进→工进→快退的工作循环，并且左、右两动力头可以同时工作，也可进行单独调整。
所以就要求快速电机M5、M6能够正反转，工作进给电机为M3、M4能够正转即可。
其主电路如下图2-1。
图2-1M3、M4、M5、M6的接线电路图
因为这4个功率都较小，所以可以直接启动。
M3、M4只要接触器KM3、KM4的线圈得电就会吸合，就能正转；M5、M6分别当接触器KM5、KM6线圈得电时正转，当接触器KM7、KM8分别得电就反转。
2.2主轴电机
主轴电机工作方式有两种：
正转、反转。
根据不同的工作要求，主轴电机的转向不同。
因主轴电机的功率较小，故可以直接启动。
其主电路图如下2-2。
图2-2主轴电机的接线图
当KM1、KM2的线圈得电吸合分别使电机M1、M2正转；当KM9、KM10的线圈得电吸合分别是电机M1、M2反转。
通过plc的输出就可以使不同的接触器线圈得电，从而使电机的转向不同。
2.3照明及信号指示
当机床工作时，为了警告旁人不要误动作，故要有信号指示说明，告诉别人正在进行工作，不要误动作。
信号指示也能显示机床是否是在正常工作、有无问题。
有时候需要晚上工作，所以需要必要的照明。
图2-3指示信号灯
如图2-3，其指示着组合机床的工作状态，指示灯分别与与之对应的接触器的常开触点连接，当接触器的线圈得电，其常开触点闭合，通过6.3V电压使之亮。
KM1、KM9分别是控制M1的正反转的接触器；KM2、KM10分别是控制M2的正反转的接触器；KM3、KM4分别是控制左右工进电机正转的接触器；KM5、KM7，KM6、KM8分别是左右快进快退电机。
这样就可以把所有的电机的状态显示出来。
照明灯如下图2-4。
图2-4照明灯
2.4PLC的选择
统计组合机床PLC输入元器件、执行元器件及I/O点数：
输入部分
输入部分
点数
动力头工作方式选择按钮SB
6
冷却泵选择开关SA
2
行程开关SQ
6
按钮SB
4
总计
18
输出部分
输出部分
点数
接触器
12
总计
12
注：
照明不需要接入PLC，只需要选择开关就可以。
所以选用FX2N―32MR加扩展单元FX2N―32ER，FX2N―32MR含有32个I/O点（16入，16出），FX2N―32ER为含有32点扩展单元。
2.5程序的设计
根据要求知需使左、右两动力头均要求快进→工进→快退的工作循环和可使左、右两动力头同时工作，也可进行单独调整。
故设计的流程图如下图2-5。
图2-5程序流程图
3I/O分配
因采用PLC控制，需分配其I/O点，它决定着系统如何工作。
输入地址号
信号名称
输出地址号
信号名称
X0
左动力头正转启动按钮
Y0
M1主轴正转（KM1）
X1
左动力头反转启动按钮
Y1
M1主轴反转（KM9）
X2
左动力头停车按钮
Y2
M3工进正转（KM3）
X3
左动力头冷却泵启动
Y3
M5快进（KM5）
X4
左动力头快进限位
Y4
M5快退（KM7）
X5
左动力头工进限位
Y5
左冷却泵（KM11）
X6
左动力头原位限位
Y6
M2主轴正转（KM2）
X7
左动力头快进按钮
Y7
M2主轴反转（KM10）
X10
左动力头快退按钮
Y10
M4工进正转（KM4）
X11
右动力头正转启动按钮
Y11
M6快进（KM6）
X12
右动力头反转启动按钮
Y12
M6快退（KM8）
X13
右动力头停车按钮
Y13
右冷却泵（KM12）
X14
右动力头冷却泵启动
X15
右动力头快进限位
X16
右动力头工进限位
X17
右动力头原位限位
X20
右动力头快进按钮
X21
右动力头快退按钮
表3-1I/O口地址分配表
4外部接线图
4.1PLCI/O接线图
图4-1PLCI/O接线图
接触器的线圈通过接110V电压与plc的输出端和com端相连。
按钮和开关与输入端和com端相连。
4.2电气控制原理图
图4-2电气控制原理图
图中上面部分是电机和左右冷却泵的接线图，下面是指示灯和照明灯接线图。
5梯形图
图5-1梯形图
左动力头的控制程序说明：
1.当要主轴电机启动，按下SB1/SB2按钮，X0=1/X1=1，接触器KM1/KM9（左主轴正转/反转接触器）线圈得电，使电机得电启动。
2.当要停机时，只需按下SB3，所有的动作都将停止。
3.当要动力头快进，按下SB4按钮，X7=1，其中X7与Y0和Y1的并串联，这保证只有在主轴电机启动后才能快进，这样的好处是可以确保在加工工件的时候主轴电机已经起动完成。
并且它与Y4串联，形成互锁，这保证动力头在快进/快退的时候按下快退/快进的按钮的时候KM7（快退接触器）/KM5（快进接触器）也不会得电。
Y3的自锁使得其在启动后保持得电。
4.当突然要快退时，按下SB5按钮，X10=1，Y4的自锁使之保持得电。
5.当要打开冷却泵时，打开开关SA1，X3=1，从而Y5=1，左冷却泵得电，从而进行冷却。
6快进-工进-快退的工作循环：
当按下启动按钮和快进按钮后，动力头快进，在此过程中主轴电机逐渐起动完成;当到达快进限位时，行程开关SQ3被按下，X4=1，从而使得内部继电器M1得电，故M1的常开触点闭合，常闭触点断开，故Y3=0，Y2=1，Y2的自锁使得其保持得电，故左工进电机M3得电，动力头进入工作状态；当到达工进限位时，行程开关SQ5被按下，X5=1，内部继电器M3得电，其常开和常闭分别闭合和断开，故Y2=0，工进电机停机，Y4=1快退电机得电，Y4的自锁使得其保持得电；当到达原位限位使，行程开关SQ1被按下，X6=0，使得Y4=0，快退停止；完成了快进-工进-快退的工作循环。
由于右动力头与左动力头工作方式完全类似，所以右动力头程序与左动力头类似，都是一样的工作。
左右两动力头只要按下不同的按钮就可以完成同时工作又可以完成单独工作。
6系统调试
安装GXDeveloper和三菱的仿真软件，建立一个新工程，将梯形图输入到工程中，完成后将其转换。
再启动梯形图逻辑测试，选择软元件测试，输入不同的软元件，改变其状态，观察输出的改变。
软元件的改变
输出的改变
X0=1,X1=0
Y0=1
X0=0,X1=1
Y1=1
X2=0
Y0=0,Y1=0
X3=1
Y5=1
X3=0
Y5=0
X7=1,X0=1,X1=0/X7=1,X0=0,X1=1
Y0=1,Y3=1/Y1=1,Y3=1
X4=1
Y2=1,Y3=0
X5=1
Y2=0,Y4=1,Y0=0/Y1=0
X6=0
Y4=0
X10=1
Y4=1
X11=1,X12=0
Y6=1
X11=0,X12=1
Y7=1
X13=1
Y6=0,Y7=0
X14=1
Y13=1
X20=1,X11=1,X12=0/X20=1,X11=0,X12=1
Y11=1,Y6=1/Y11=1,Y7=1
X15=1
Y10=1,Y11=0
X16=1
Y10=0,Y12=1,Y6=0/Y7=0
X17=0
Y12=0
X21=1
Y12=1
表6-1调试表格
设计心得
感觉这次PLC课程设计比其它的科目的课程设计要简单些，因该是因为平常上课时任老师就给我们讲了大量的实例的原因，使我们对实际工程有很多的了解，有助于我们进行实际的设计。
通过这次PLC课程设计，我知道：
使机床与plc结合，可以轻松的完成规定的工作，这可以很大程度的减小工人的工作和减小危险。
因为这一切都是有程序控制的，能够使机器严格按规律执行，而人工作的时候总会有一些错误发生，这些错误有可能引发危险。
和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。
我做的是组合机床的组合机床的电气控制系统。
由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。
但通过各方面的查资料并学习。
我基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。
通过这次设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
通过此次课设，让我了解了plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。
有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。
下学期就要找工作了，相信这次课程设计会对我们下半年找工作奠定良好的基础。
参考文献
1.常晓玲主编《电气控制系统与可编程控制器》机械工业出版社；
2.王永华主编《现代电气控制及PLC应用》；
3.陈立定等编《电气控制与可编程控制器》华南理工大学出版社2001年；
4.张华主编《电类专业毕业设计指导》机械工业出版社；
5王炳实主编《机床电气控制》机械工业出版社；
6马镜澄等编《低压电器》兵器工业出版社；
7李建心主编《可编程控制器及其应用》机械工业出版社
8李仁主编《生产机械的电气控制》机械工业出版社
9徐虎等编《电机原理》机械工业出版社
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