数控技术课程设计 主轴系统plc设计.docx
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数控技术课程设计主轴系统plc设计
课程设计说明书
学生姓名：
学号：
学院：
机械工程与自动化学院
专业：
机械设计制造及其自动化
题目：
数控技术课程设计
——主轴系统的PLC控制设计
指导教师：
职称:
职称:
2009年12月23日
课程设计任务书
2009/2010学年第1学期
学院：
机械工程与自动化学院
专业：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
课程设计题目：
数控技术课程设计
——主轴系统的PLC控制设计
起迄日期：
12月23日～12月31日
课程设计地点：
机械工程与自动化学院机械工程系
指导教师：
系主任：
下达任务书日期:
2009年12月23日
课程设计任务书
1．设计目的：
通过对某数控机床主轴系统的PLC控制设计，使学生熟练掌握PLC在数控机床主轴系统的控制作用、动作顺序与原理，并学会应用PLC。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
主轴的控制包括正转、反转、停止、制动和冲动。
要求：
①当按下正转按钮时，电动机正转；
②按下反转按钮时，电动机反转；
③当按下停止按钮时，电动机停止，并控制制动器制动2S；
④按下冲动按钮时，电动机正转0.5s，然后停止；
⑤电动机过载报警后，正/反转按钮、冲动按钮均无效。
通过本课程设计,完成
①输入输出信号分析与PLCI/O分配图
②PLC选型
③主要元器件型号的选择
④主接线图设计
⑤完成梯形图设计并完成相应指令。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
要求独立完成主轴系统的PLC控制设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。
课程设计任务书
4．主要参考文献：
●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：
1傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：
科学出版社，1985
5．设计成果形式及要求：
提交课程设计说明书一份，要求与本设计任务书一块装入档案袋中，在档案袋上写上自己的班级学号、姓名。
6．工作计划及进度：
2009年
12月23日资料查阅
12月24日~12月30日分析、设计、绘图
12月31日答辩
系主任审查意见：
签字：
年月日
目录
一.目的与要求
二.输入输出信号分析与PLCI/O分配图
三.plc的选型
3.1PLC的类型
3.2输入输出模块的选择
3.3存储器的选择
3.4电源的选择
四.主要元器件的型号选择
五.主接线图的设计
六.梯形图设计
七.指令表
八.总结
九.参考文献
一.目的与要求
通过对某数控机床主轴系统的PLC控制设计，使学生熟练掌握PLC在数控机床主轴系统的控制作用、动作顺序与原理，并学会应用PLC。
主轴系统的plc控制——主轴的控制包括正转、反转、停止、制动和冲动。
要求：
①当按下正转按钮时，电动机正转；
②按下反转按钮时，电动机反转；
③当按下停止按钮时，电动机停止，并控制制动器制动2S；
④按下冲动按钮时，电动机正转0.5s，然后停止；
⑤电动机过载报警后，正/反转按钮、冲动按钮均无效。
通过本课程设计,完成
①输入输出信号分析与PLCI/O分配图
②PLC选型
③主要元器件型号的选择
④主接线图设计
⑤完成梯形图设计并完成相应指令。
要求独立完成主轴系统的PLC控制设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。
二.输入输出信号分析与PLCI/O分配图
通过对输入输出信号分析画出表格：
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
热继电器
FR
X3
电动机正转
KM1
Y0
主轴正转
SB1
X4
电动机反转
KM2
Y1
主轴翻转
SB2
X5
电动机制动
KM3
Y2
主轴停止
SB3
X6
刀具松紧
KM4
Y3
主轴冲动
SB4
X7
外部接线图：
三.plc的选型
PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：
可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
PLC选型原则：
（一）PLC的类型
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
（二）输入输出模块的选择
输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。
例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。
对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。
输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。
可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。
考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。
（三）电源的选择
PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。
重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。
如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。
为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。
（四）存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。
需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。
综上所述：
在此次课程设计中我选用FX2N-48MR，因为它的编程相对简单易懂，是理想的可编程控制器。
而在设计中的I/O点数在48以下，则用的是微型PLC。
其基本单元中的输入点按照X000—X007,X010—X017…这样的八进制进行编号，而输出点按照YOOO—Y007,Y010—Y017…这样的八进制进行编号，内部继电器可多次使用，定时器将1ms,10ms,100ms等脉冲进行加法计数，计数器可进行向上向下计数。
四.主要元器件的型号选择
文字符号
名称
型号
规格
M1,M2
主轴电机
JO2-72-4
30Kw,1470r/min
KM1，KM2，KM3,KM4
交流接触器
CJ0-75
75A,线圈电压220V
FR
热继电器
TK-E02R-C
10A,线圈电压220V
FU,FU1，
熔断器
RM1-100
QS
断路器式刀开关
3VU16
SB1,SB2
主轴电动机启动按钮
LA8-1
SB3
主轴电动机停止按钮
LA8-1
SB4
主轴电动机的冲动按钮
LA8-1
五.主接线图的设计
六.梯形图设计
主要控制：
正转反转冲动
七.指令表
7.1主轴电动机正转控制
按下主轴电动机正转启动按钮SB1,第一逻辑行中X0闭合，Y0接通并自锁，T0接通并开始计时；第3逻辑行X0闭合，通用继电器M1接通。
第2逻辑行Y0常闭触点闭合，通用继电器M0接通；第5逻辑行M0,M1常开触点闭合Y3接通，主轴电动机正向启运转。
当主轴电动机正向旋转速度达到一定值时，第6逻辑行X11常开触点闭合，为主轴电动机正向旋反向制动作好准备。
T0计时5秒后动作，第9逻辑行T0常开触闭合，接通Y5，电流表A开始监测主轴电动机的电流。
7.2主轴电动机反转控制
按下主轴电动机正转启动按钮SB2，第2逻辑行中X1闭合，Y0接通并自锁，T0接通并开始计时；第4逻辑行X1闭合，通继电器M2常开触点闭合，Y4接通,Y4接通，主轴电动机反向起动运转。
当主轴电动机反向旋转速度达到一定值时，第5逻辑行X12常开闭合，为主轴电动机反向制动做好准备。
T0计时经过5秒后动作，第9逻辑行常开触点闭合接通Y5，电流表A开始监测主轴电动机的电流。
7.3主轴电动机点动控制
按下主轴电动机点动控制按钮SB6，第5逻辑行常开触点闭合，Y3接通，主轴电动机串电阻R起动运行。
7.4主轴电动机正向启动运行反向制动停止控制
当Y0、Y3、T0、Y5闭合，主轴电动机正向运转时，按下停止按钮SB4，第第一逻辑行X3常闭触点断开，Y0、T0失电，第3逻辑行X3常闭点断开，M1失电；而第5逻辑行M1常开触点复位断开，Y3失电，主轴电动机停止正转。
同时，第6逻辑行X3常开触点闭合，Y4接通，给主轴电动机通入反转电源，使之产生一个反转力矩制动主轴电动机的正向旋转，主轴电动机的正转速度迅速下降。
当正转速度下降至一定速度时，速度继电器KS1触点断开，X11常开触点复位断开，Y4断电，完成主轴电动机的正向启动运行反向制动停止过程。
7.5主轴电动机反向启动正向制动停止控制
当Y0、Y4、T0、Y5闭合，主轴电动机反向运转时，按下停止按钮SB4，第一逻辑行X3常闭触点断开，Y0、T0失电，第4逻辑行X3常闭点断开，M2失电；第6逻辑行M2常开触点复位断开，Y4失电，主轴电动机停止反转。
同时，第5逻辑行X3常开触点闭合，Y3接通，给主轴电动机通入正转电源，使之产生一个正转力矩制动主轴电动机的反向旋转，主轴电动机的反转速度迅速下降。
当反转速度下降至一定速度时，速度继电器KS2触点断开，X12常开触点复位断开，Y3掉电，完成主轴电动机的反向启动运转正向制动停止过程。
指令如下：
LDX0
ORX1
ORM0
ANIX3
ANDX3
OUTY0
OUTT0
K50
LDY0
OUTM0
LDX0
ORM1
ANIX3
OUTM1
LDX1
ORM2
ANIX3
OUTM2
LDM0
ANDM1
ORX5
LDX3
ORY3
ANDX12
ORB
ANDX7
ANIY4
OUTY3
LDM0
ANDM2
LDX3
ORY4
ANDX11
ORB
ANDX7
ANIY3
OUTY4
LDX2
ORY1
ANIX5
ANDX10
OUTY1
LDX6
OUTY2
LDT0
OUTY5
END
八.总结
课程设计，让我们有很多的机会实际运用一下所学的知识，在对电气原理图，安装图等的绘制与分析，对PLC编程与调试等过程中提高了我们的动手能力及解决实际问题的能力。
在这次学习后，我对接触器控制、PLC程序控制两者不同之处有了深刻的体会。
接触器控制具有自动控制方法简单、工作可靠、成本低等特点。
大多是用于有触点控制系统，适用于固定动作要求的控制设备，一旦工作中发生程序变化、错误，就需要重新配线，比较麻烦，不适用与较复杂和控制要求经常改变的场合。
PLC程序控制是在计算机技术基础上发展起来的一种工业自动控制，它编程简单、动作可靠且动作顺序变更容易，一旦工作中发生程序变化，只要改变程序结构即可，因此被广泛应用与复杂控制系统。
通过课程设计，我对电气控制和可编程控制器PLC也有了一定的了解和掌握。
在未上这门课之前，我连接触器、继电器这类最基本的电气元件都不知道。
后来通过老师的讲解及自己慢慢的学习，对这方面的知识，逐渐的也有了一定的了解。
现在已能看懂和设计一些简单的电气图了。
九.参考文献
【1】范永胜王岷主编《电气控制与PLC应用》，中国电力出版社。
【2】王爱玲李克天冯裕强主编《机床数控技术》，高等教育出版社。
【3】周云水主编《更我学PLC编程》，中国电力出版社.
【4】肖峰贺哲荣主编《PLC编程100例》，中国电力出版社.
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