-某组合机床的电气控制系统设计

电气控制与电气控制与 PLCPLC 课程设计说明书课程设计说明书 题题目目某组合机床的电气控制系统设计 专业班级专业班级 姓姓名名 学学号号 指导教师指导教师 成绩 指导老师签名 日期 目录 1系统概述3 2方案论证4 3硬件设计6 3.1 系统的原理方框图6 3.2主电路.6 3.3 I/O 分配 .9 3.3 I/O 接线图 .11 3.4 元器件选型.11 4软件设计13 4.1 主流程13 4.2 梯形图15 5 系统调试16 设计心得18 参考文献19 附电气控制原理图20 2 1 1系统概述系统概述 组合机床是以通用部件为基础， 配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用 部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生 产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据 需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的 优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。 加工时， 工件一般不旋转， 由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰 孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用 车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件 如 飞轮、汽车后桥半轴等的外圆和端面加工。 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 M1 M3 SQ1SQ3SQ5SQ6SQ4SQ2 12 M2 M4 如图所示为某一组合机床的示意图，左面为 1箱体移动式动力头。主轴电 机 M1 为 5.5KW、1440 转/分钟，1箱体的进给电机为 M3 为 1.5KW、1450 转/ 分钟，工进与快进采用电磁铁 YV1（DC24V，10W）进行切换；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，为1.5KW、1450 转/分钟，工进与快进采用电磁铁YV2（DC24V，10W） 进行切换。SQ1 为左动力头的原位限位，SQ3 为左动力头的快进限位，SQ5 为左 动力头的工进限位，SQ2 为右动力头的原位限位，SQ4 为右动力头的快进限位， SQ6 为右动力头的工进限位，具体要求如下 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。 3 2 2方案论证方案论证 组合机床的电气控制,理论上讲,可以采用继电器接触器电气控制系统，单片 机控制系统和 PLC 控制系统来实现。但是在实际工程中往往选择一种经济、有 效、性能优越的控制方案，考虑到上述几点，PLC 较适合组合机床的电气控制。 PLC 与单片机、继电器-接触器控制系统相比具有以下优点 1．PLC 与继电器-接触器相比较 继电器-接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来，一直是机电控制的主 流。由于它的结构简单、使用方便、价格低廉，所以使用广泛。它的缺点是动作 速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的可编程顺序控制器的出现，使得继电接触 式控制系统更加逊色。PLC 等取代继电接触式控制逻辑。具体如下 1 控制逻辑 继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的触点串联、并联、 串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑，连线复杂、体积大、功 耗也大。 当一个电气控制系统研制完后，要想再做修改都要随着现场接线的改动 而改动。特别是想要能够增加一些逻辑时就更加困难了，这都是硬接线的缘故。 所以，继电接触式控制系统的灵活性和扩展性较差。 可编程控制器采用存储逻辑。 它除了输入端和输出端要与现场连线以外，而 控制逻辑是以程序的方式存储在 PLC 的内存当中。若控制逻辑复杂时，则程序 会长一些，输入输出的连线并不多。若需要对控制逻辑进行修改时，只要修改程 序就行了，而输入输出的连接线改动不多，并且也容易改动，因此， PLC 的灵活 性和扩展性强。而且 PLC 是由中大规模集成电路组装成的，因此，功耗小，体 积小。 2 控制速度 继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实现的，工作频率 低。触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器越多，反映的速 度越慢，还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。 而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快。 通常，一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于 PLC 内部有严格的同步， 不会出现抖动问题，更不会出现触点拉弧问题。 3 定时控制和计数控制 继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。 用时间继 电器实现定时控制会出现定时的精度不高， 定时时间易受环境的湿度和温度变化 而影响。有些特殊的时间继电器结构复杂，维护不方便。而可编程程序控制器使 用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体震荡器产生，精度相当高并且定 时时间长，定时范围广。 4 可靠性和维护性。 继电接触式控制系统使用了大量的机械触点， 连线也多。触点在开闭时会受 到电弧的损坏，寿命短。因而可靠性和维护性差。 4 PLC 采用微电子技术， 大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成， 可靠 性高。PLC 还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故障，并随时显示给操 作人员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 总之，PLC 在性能上均优越于继电接触式控制系统，特别是控制速度快，可 靠性高，设计施工周期短，调试方便，控制逻辑修改方便，而且体积小，功耗低。 2．PLC 与单片机比较 单片机具有结构简单，使用方便，价格比较便宜等优点，一般用于数据采集 和工业控制。但是，单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的，所以 它与 PLC 比较起来有以下缺点 1 单片机不如 PLC 容易掌握 使用单片机来实现自动控制， 一般要使用微处理器的汇编语言编程。这就要 求设计人员要有一定的计算机硬件和软件知识。 对于那些只熟悉机电控制的技术 人员来说，需要进行相当长一段时间系统地学习单片机的知识才能掌握。 而 PLC 采用了面向操作者的语言编程，如梯形图、状态转移图等，对于使 用者来说，无需了解复杂的计算机知识，而只要用较短时间去熟悉 PLC 的简单 指令系统及操作方法，就可以使用和编程。 2 单片机不如 PLC 使用简单 使用单片机来实现自动控制， 一般要在输入输出接口上做大量的工作。 例如， 要考虑工程现场与单片机的连接，输出带负载能力、接口的扩展，接口的工作方 式等。 除了要进行控制程序的设计，还要在单片机的外围进行很多硬件和软件工 作，才能与控制现场连接起来，调试也较繁琐。 而 PLC 的输入/输出接口已