-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 1#2# 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