MQA型曲轴磨电气控制系统研发设计方案 .docx

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1、精品名师归纳总结湖北文理学院机电传动把握课程设计题目: 设计一个 MQ8260A型曲轴磨床电气把握系统专业 :机电一体化班级: 机电 1121姓名:陈星学号： 2021279138指导老师 : 吴艳花2021年 12 月 18 日可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结摘 要基于 PLC 的 MQ8260A 型曲轴磨床电气把握系统的设计摘要:本课程设计内容是机械加工中常用的MQ8260A 型曲轴磨床传统电气把握系统的改造问题，意在解决传统继电器、接触器电气把握系统存在的线路复杂、牢靠性稳固性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC 电气把握系统与继电器、接触器电气把握系统相比，具有结构

2、简洁，编程便利，调试周期短，牢靠性高，抗干扰才能强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本课程设计旨在对 MQ8260A 型曲轴磨床电气把握系统的改造，把PLC把握技术应用到改造方案中去，从而大大提高曲轴磨床的工作性能。关 键 词 ： 可 编 程 控 制 器曲 轴 磨 床梯 形 图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录1 绪论11.1 设计的目的 11.2 设计的要求 21.3 设计的争论方法22 PLC 简介22.1 、PLC 的基本概念 22.2 、PLC 的基本结构 22.3 、PLC 的工作原理 33 MQ8260A 型曲轴磨床概述53.1.电气传动总体方案 5

3、3.2 MQ8260A 型曲轴磨床电气把握电路 53.2.1 主电路 53.2.2 动力电路设计 63.2.3 把握电路设计 73.2.4. 信号把握电路设计 83.2.5. 把握电源及爱惜电路设计 93.2.6. 整理完善 94 基于 PLC 的 MQ8260A 型曲轴磨床电气把握系统硬件部分设计95 系统软件部分的设计11可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5.1.1. 软继电器 125.1.2. 能流 125.1.3. 母线 125.2 车床电气把握系统的PLC 程序 12结论14参考文献15可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1 绪论1.1 设计的目的MQ826

4、0A型曲轴磨床的电气把握系统普遍接受的是传统的继电器、接触器把握方式。因其所要把握的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当 中，经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的把握如：时间、计数把握用继电器接触器把握方式较难实现，所以，有必要对传统电气把握系统进行改进设计。 PLC电气把握系统可以有效的补偿上述系统的这一缺陷。现在应用于各种工业把握领域的PLC 种类繁多，规模大小和功能强弱千差万别，但他们具有以下一些共同的特点。牢靠性高。牢靠性是用户的首选要求，目前各厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过IEC（国际电工委员会）规定的10 万小时，例如：西门子、ABB、松下、三菱等微小

5、型 PLC，而且都有完善的自诊断功能，判定故障快速。灵敏组态。可编程把握器是系列化产品，通常接受模块化结构来完成不同的任务组合。输入输出端口选择灵敏，有多种机型，组合便利。功能强大，除基本的规律把握、定时、计数、算术运算功能外，协作特殊 功能模块仍可实现点位把握、PTO运算、过程运算、数字把握等功能，为便利工厂治理又可以与上位机通信，通过远程模块可以把握远程设备。因此，PLC几乎是全能的工业把握运算机。编程便利，易于使用。PLC 的编程可接受与继电器极为相像的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。近年来又进展了面对对象的顺控流程图语言（ Sequential Function Char

6、t），使编程更加简洁便利。运行速度快。传统的机电接触电气把握系统通过大量触点的机械动作进行把握，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。PLC 的把握速度就由 CPU工作速度和扫描速度准备。因此更适合处理高速复杂的把握任务，它与微型运算机之间的差别越来越小。同时， PLC仍具备了网络功能，能进行多台PLC或 PLC与 PC机之间的联网通讯，使用PLC 可以很便利的构成“集中治理、分散把握”的分布式电气把握系统，通过现场总线的PLC 通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化供应了技术保证。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1.2 设计的要求1) 通过对 P

7、LC和 MQ8260A型曲轴磨床的基础知的明白，明确使用PLC改造机床的必要性。2) 通过对 MQ8260A型曲轴磨床原电气把握系统分析，充分明白MQ8260A型曲轴磨床的工作原理。3） 通过对 PLC改造系统的硬件设计 , 确定软件设计的基础。4） 通过对 PLC改造系统的软件设计，实现机床改造的具体功能。1.3 设计的争论方法翻译法是用所选机型的PLC 中功能相当的软元件，代替原继电器接触器把握线路原理图中的元件，将继电器接触器把握线路翻译成PLC 梯形图的方法。这种方法主要用于对旧设备、旧把握系统的技术改造。1、翻译法的设计步骤：1） 分析、熟识原有的继电器接触器把握线路的工作原理。2）

8、 确定 I/O 点数、种类，选择 PLC机型，绘制 I/O 端子接线图。3） 用编号确定的 PLC输入输出继电器代替继电器接触器把握线路中的对应元件。4） 继电器接触器把握线路中的时间继电器和中间继电器分别用PLC中的定时器和帮忙继电器代替。5） 对于不同回路的共用触头，可通过增加软触头来实现。6） 画出全部梯形图，最终进行简化和整理。7） 将编制好的程序先进行模拟调试，然后再进行现场连机调试2 PLC 简介2.1 、PLC的基本概念可编程把握器 Programmable Controller是运算机家族中的一员，是为工业把握应用而设计制造的。早期的可编程把握器称作可编程规律把握器Progra

9、mmable Logic Controller，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现规律把握。随着技术的进展，这种装置的功能已经大大超过了规律把握的范畴，因此，今日这种装置称作可编程把握器，简称PC。但是为了防止与个人运算机Personal Computer的简称混淆，所以将可编程把握器简称PLC2.2 、PLC的基本结构可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PLC实质是一种专用于工业把握的运算机，其硬件结构基本上与微型运算机相同，基本构成为：a.中心处理单元 CPU中心处理单元 CPU是 PLC的把握中枢。它依据 PLC系统程序赐予的功能接收并储备从编程器键入的用户程序和数据。检

10、查电源、储备器、I/O 以及戒备定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，第一它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序储备器中逐条读取用户程序，经过命令说明后按指令的规定执行规律或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等全部的用户程序执行完毕之后，最终将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高 PLC的牢靠性，近年来对大型 PLC仍接受双 CPU构成冗余系统，或接受三 CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU显现故障，整个系统仍能正常运行。b、

11、储备器存放系统软件的储备器称为系统程序储备器。存放应用软件的储备器称为用户程序储备器。c、电源PLC的电源在整个系统中起着特别重要的作用。假如没有一个良好的、可 靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结分重视。一般沟通电压波动在 +10%+15%范PLC直接连接到沟通电网上去d、输入输出接口电路围内，可以不实行其它措施而将可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场把握的接口界面的输入通道。2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断

12、请求电路集成， 作用 PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的把握信号。2.3 、PLC的工作原理一.扫描技术可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结当 PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC的 CPU以确定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 一输入采样阶段在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次的读入全部输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样终止后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数 据发生变化， I/O 映

13、象区中的相应单元的状态和数据也不会转变。因此，假如输入是脉冲信号，就该脉冲信号的宽度必需大于一个扫描周期，才能保证在任 何情形下，该输入均能被读入。 二用户程序执行阶段在用户程序执行阶段， PLC总是按由上而下的次序依次的扫描用户程序 梯形图 。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的次序对由触点构成的把握线路进行规律运 算，然后依据规律运算的结果，刷新该规律线圈在系统RAM储备区中对应位的状态。或者刷新该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映

14、象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O 映象区或系统 RAM储备区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用。相反，排在下面的梯形图， 其被刷新的规律线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中假如使用马上I/O 指令就可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被马上更新，这跟马上输入有些区分。 三输出刷新阶段当扫描用户程序终止后， PLC就进入输出刷新阶段。在此期间

15、， CPU依据I/O 映象区内对应的状态和数据刷新全部的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC的真正输出。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结名称电动机型号额定功率KW额定电压额定转速1MY132M-47.5380V1440r/min2MDB-25A0.12380V3000r/min3MY90L-61.1380V910r/min4MA02-8014/B140.55380V1400r/min5A02-8014/B140.55380V1400r/min3 MQ8260A型曲轴磨床概述3.1. 电气传动总体方案（1） 砂轮由电动机 M1驱动，单向旋转磨削。（2） 水

16、泵电机 M2的起、停与砂轮同步：砂轮电机启动、水泵即启动。砂轮停转、水泵停止。（3） 头架卡盘由电动机 M3驱动，单向运转，并可以点动调整。（4） 油泵电机 M4第一启动，油泵工作后其余各电动机方可启动，油泵润滑于机床工作始终。（5） 工作台由电动机 M5拖动。可在限定行程内向左、向右移动。（6） 任何一台电动机过载发热，就整个把握回路断电，全部电机全部停转。依据总体传动方案设计，巳确定各电动机型号及额定参数如下表。3.2 MQ8260A 型曲轴磨床电气把握电路3.2.1 主电路下图为的 MQ8260A型曲轴磨床电气把握图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - -

17、欢迎下载精品名师归纳总结R右4向F左向台面3RF8 B SQS7 B S4MK5 M K5MK4 M K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结动点停启架头停启轮BS砂动启泵油路电明照路电护保及器压变2RF1RFA1K5UFU6FV42 V3.62BS1BS6 B S5 B S4 B S3 B SA KA K1 M K3 M K3M KSA2 M KA K1 M K1 A K3 M K可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5M K机5电面M台4U4M KF机4电泵M油可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结机电架头机电却

18、冷机电轮砂源3电 0833UFU2F1UFS Q062RF3RFPXSR1F3M2M1M3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.2.2 动力电路设计由电气传动总体方案知：除拖动台面左右移动的电动机M5需要正反转把握外，其它几台电动机均不必反转。砂轮电动机M1与水泵电机 M2应联动把握。为便利砂轮的修整， M2增设插口以灵敏插取。按电动机编号次序依次排列， 并加上短路爱惜及过载爱惜装置。动力电路如图下示。电源砂轮电机冷却电机头架电机油泵电机台面电机变压器及爱惜电路3380可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结600QSFU1FU2FU3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品

19、名师归纳总结KM4KM5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结FR1FR2PXSFR3FU4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1MM23M3M4M5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.2.3 把握电路设计按电气传动总体方案要求，油泵电机M4的把握电路应排在总把握电路最左 前 边。头架卡盘电动机 KM3应设置长动起动按钮。为防止误操作，不必设置单机停止按钮。 KM3与其它把握电路之间应加设其常开触头以实现次序联锁。 砂轮电机 M的把握电路中， KM1应设置单机独立起、停按钮，长动自锁。头架电机 M3的把握（

20、KM2）电路中，工艺要求既能长动，又能点动，增设中间继电器 KA予以实现，设置单机停止按钮。台面对左、向右（KM4、KM5）应设置互锁可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结爱惜，并设置行程限位把握与爱惜、点动把握。总把握电路如图下示。照明电路油泵启动砂轮启停头架启停点动台面对左向右SBFR1FR2FR3FR4KA1SB1SB23BS4BS5BS6BSSQ7BS8BS3M1KMKAKAKKM5KM43M11245KAKMKAKMKMKMK3.2.4.信号把握电路设计该机床应设置局部照明灯 EL一台，电源指示信号灯 HL1和油泵工作指示信号灯 HL2各一个。电路如图下示。可编辑资料 -

21、- - 欢迎下载精品名师归纳总结照明电路F U6F U56.3V24VS AKM33.2.5.把握电源及爱惜电路设计把握电路接受把握变压器供电：380/110 、24、63 伏电压。容量按前述方法运算后选定。不同等级电压按其负载电流选择熔断器作短路爱惜，据方案要求，各电动机过载爱惜串联于总把握电路中，把握电路设置紧急式总停按钮SB，必要时急停爱惜。其把握爱惜电路如图下示。变压器及爱惜电路SBFR1FR2FR3FR43.2.6.整理完善统一检查整理后，发觉KM3的帮忙常开触头用了三对，由接触器结构所限需要增设一只中间继电器 KA1。考虑到台面电动机点动把握、短时工作的特点，过载的可能性不大，可省

22、掉热继电器FR5。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4基于 PLC的 MQ8260A型曲轴磨床电气把握系统硬件部分的设计依据对床的 MQ8260A型曲轴磨床电气把握线路分析，车床改造后应达到下 列把握要求： 1 砂轮由电动机 M1驱动，单向旋转磨削。（ 2）水泵电机 M2的起、停与砂轮同步：砂轮电机启动、水泵即启动。砂轮停转、水泵停止。（3） ）头架卡盘由电动机 M3驱动，单向运转，并可以点动调整。（ 4）油泵电机 M4第一启动，油泵工作后其余各电动机方可启动，油泵润滑于机床工作始终。（ 5）工作台由电动机 M5拖动。可在限定行程内向左、向右移动。6 ）任何一台电动机过载发热，就

23、整个把握回路断电，全部电机全部停转。(1) 输入输出点数输入输出点数准备了 PLC可把握的输入开关信号和输出开关信号的总体数量。I/O点数具体功能和支配如下表所示。输入的址输出的址脉冲信号输入I0.0砂轮电机启动KM1Q0.0停止SBI0.1头架电机启动KM2Q0.1砂轮停止SB1I0.2油泵电机启动KM3Q0.2头架停止SB2I0.3台面点击左转KM4Q0.3油泵启动SB3I0.4台面点击右转KM5Q0.4砂轮启动头架启动SB4SB5I0.5I0.6头架点动台面对左SB6SB7I0.7I1.0台面对右热继电器SB8FR1I1.1I1.2热继电器热继电器FR2FR3I1.3I1.4热继电器FR

24、4I1.5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结接近开关SQI1.6依据表可知，车床电气把握系统需要15 个外部输人信号， 5 个输出信号。PLC用户储备器一般由用户储备器和数据储备器组成，基于本次设计程序不是太多，储备器容量有几M就可达到要求。（3） 编程指令的种类和功能某种程度上用户程序所完成的把握功能受限于PLC指令的种类和功能。 PLC指令的种类和功能越多，用户编程就越便利简洁。（4） 内部寄存器的配置和容量用户编制 PLC程序时，需要大量使用PLC内部的寄存器变量、中间结果、定时计数及各种标志位等数据信息。因此内部寄存器的数量直接关系到用户 程序的编制。依据以上几点分析，现

25、选择西门子公司的S7-200 系列的 CUP226PL，C 本机集成 24 输入/16 输出共 40 个数字量 I/O点。可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 248 路数字量 I/O点或 35 路模拟量 I/O点。13K 字节程序和数据储备空间。6 个独立的 30kHz 高速计数器， 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 把握器。 2 个 RS485通讯/ 编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI通讯协议和自由方式通讯才能。 I/O 端子排可很简洁的整体拆卸。用于较高要求的把握系统，具有更多的输入 / 输出点，更强的模块扩展才能，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完

26、全适应于一些复杂的中小型把握系统。其有14 点输入， 10 点输出，储备器容量 8192 字节，接受 T 型图或程序两种编程方式，这样完全可以中意本系统的需要。PLC接线图如下可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5系统软件部分的设计5.1.1 软继电器PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输 出继电器、内部帮忙继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存 储单元（软继电器），每一软继电器与PLC储备器中映像寄存器的一个储备单元相对应。该储备单元假如为“1”状态，就表示梯形图中对应软继电器的线圈可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结“通电”，

27、其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1” 或“ ON”状态。假如该储备单元为“ 0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状 态与上述的相反，称该软继电器为“ 0”或“ OFF”状态。使用中也常将这些 “软继电器”称为编程元件。5.1.2 能流有一个假想的“概念电流”或“能流” PowerFlow 从左向右流淌，这一方向与执行用户程序时的规律运算的次序是一样的。能流只能从左向右流淌。利用能流这一概念，可以帮忙我们更好的懂得和分析梯形图。5.1.3 母线梯形图两侧的垂直公共线称为母线 Bus bar 。在分析梯形图的规律关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（

28、左母线和右 母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流 动。右母线可以不画出。5.2 车床电气把握系统的 PLC程序PLC的程序可以接受梯形图、语句表、程序块等形式表示。为了与继电器- 接触器系统相承接，接受梯形图形式对车床电气把握系统进行编程。梯形图与继电器- 接触器系统的原理图从本质上相一样，设计方法为参照继电器原理图在保持原有把握规律基础上改绘。车床电气把握系统的 PLC程序如下图所示可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结油泵电动机的启动I0.1I1.2I1.3I1.4I1.5I0.4Q0.2Q0.2M0.0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳

29、总结砂轮，头架，台面电动机的启动I0.1I1.2I1.3I1.4I1.5M0.0I0.2I0.5Q0.0Q0.0I0.3I0.6M0.1M0.1I0.7Q0.1M0.1I1.6I1.0Q0.3Q0.4I1.1Q0.3Q0.4结论 :本课程设计是基于 PLC在 MQ8260A卧式车床电气把握系统的改造实现了 MQ8260A车床的把握自动化，便利了工人在生产中对机床的实际操作。设计成果：（1） ）接受 PLC自动把握技术取代了传统继电器接触器电气把握系统，实现了对 MQ8260A车床的自动把握。（2） ）大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。（3） ）通过这次课程设计使我对 PLC和电气把握方面的学问又有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结了更加深刻的懂得和把握，为今后走向工作岗位从事相关工作奠定了很好的基础。未做好的的方：PLC的一些功能没有充分发挥设计可能存在缺陷可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载