车镗专机plc控制系统设计----课程设计说明书----大学毕业设计论文.doc
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1、电气控制与PLC技术课程设计说明书 课 题: 车镗专机PLC控制系统设计 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电气 1403 姓 名: 学 号: 指导老师: 2016 年 01 月 10 日 摘要液压车镗专机是用来对工件进行两边同时进行打孔,然后并进行右端面的车削加工的一种自动化设备,该设备运用PLC进行控制。本课题研究基于三菱FX系列的PLC的车镗专机组合机床,通过PLC改造原有的电气控制式的车镗专机机床,质量可靠,控制速度快,维护性好,提高了工作效率和经济性。使用组态王(Kingview)软件6.55版本开发的监控界面实现了对机床现场的远程监视和控制,其展示出来的效果就是模拟的车镗专机
2、的实际效果,这样就会显得比较直观,更容易大家的理解。通过整个设计提高大家对PLC的认识,利用所学的知识来完成这样的设计才能达到我们所学的这个课程的目的。整个设计过程包括:电气硬件原理图设计主电路,控制电路,I/O 接线图等由黄勇、陈威共同完成;PLC程序设计功能表图,梯形图由黄勇完成;所有相关调试与组态监控软件的整体设计共同完成。 关键词:PLC、液压车镗专机、组态王第一章 方案确定11.1 车镗专机简介11.1.1 车镗专机的基本组成11.1.2 加工过程11.1.3车镗专机床身结构示意图21.1.4车镗专机机械动力头原理示意图21.1.5车镗专机的自动加工31.1.6 液压系统31.2 车
3、镗专机组合机床控制要求31.2.1 车镗专机的控制要求31.2.2 实践任务与要求41.3 设计方案的确定41.3.1可用方案论证4第二章 车镗控制系统硬件电路设计52.1 电气主电路52.2 不进PLC的控制电路和信号电路62.3 PLC的I/O接线图6第三章 PLC控制系统程序设计83.1 自动控制程序83.1.1 程序初始化83.1.2 全循环控制程序93.1.3 I工位循环控制程序103.1.3 工位循环控制程序113.2 手动控制程序113.3 上、下位机配合控制程序123.3.1 上、下位机配合控制全循环、工位、工位循环程序123.3.2 上、下位机配合手动控制程序133.4 联锁
4、、保护程序14第四章 监控软件的设计154.1 监控软件的功能154.2 欢迎界面154.3 监控界面164.3.1 变量定义164.3.2 监控界面设计184.3.3 设计改进20第五章 设备使用及维护说明215.1 设备使用说明215.2 设备使用及维护注意事项225.2.1 控制柜的维护225.2.2 机械部件的维护22第六章 设计小结23参考文献24附录: 技术图纸245第一章 方案确定1.1 车镗专机简介车镗专机是用来对台式钻床的立柱进行镗孔加工,同时对孔的右端面进行车销加工的一种自动加工设备,加工工件如图1-1所示。 1-1 工件示意图1.1.1 车镗专机的基本组成车镗专机的基本组
5、成如图1-2所示。左、右机械动力头各有三台电动机(快速电动机、工速电动机、主轴电动机),液压站由一台电动机拖动。控制柜液压站左动力头工作台(液压)右动力头 1-2 车镗专机的基本组成示意图1.1.2 加工过程加工过程如图1-3所示。操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中,在其他准备工作就绪后,发出加工指令(按下按钮)。工件自动夹紧,压力继电器动作,左、右协力头同时开始镗销加工。左动力头快进,工进至终点后,快退回原位:而右动力头快进、工进至终点后还应进行右端面的车削加工(车刀横进、横退)后才快退。当两动力头都退回原位,此时工位的粗加工结束,工作台移到工位,开始进行精镗加工。左、右动力头重新起动
6、,快进,工进到终点延时后快退回原位,工位加工结束,工作台退到工位,松开工件,一个自动工作循环结束。1.1.3车镗专机床身结构示意图 左、右机械动力头各有三台电动机(快速电动机、工速电动机、主轴电动机)图1-3 车镗专机床身结构示意图1.1.4车镗专机机械动力头原理示意图图1-4 车镗专机机械动力头结构示意图1.1.5车镗专机的自动加工图1-5 车镗专机的自动加工过程1.1.6 液压系统车镗专机中工作位的转换和加工工件的夹紧与松开是由液压系统实现的,车镗专机液压系统元件如表所示。表1-1 车镗专机液压系统元件表YV1 +卸荷SP1 +油压到信号YV2 + ()工件松开 (夹紧)SP2 +工件紧信
7、号YV3 +向工位YV5 +横 进YV4 +向工位YV6 +横 退注:表中“”表示得电,“”表示断电。1.2 车镗专机组合机床控制要求1.2.1 车镗专机的控制要求1)本系统有七台电机:油泵电机、右主轴电机、右快速电机、右工速电机、左主轴电机、左快速电机、左工速电机。2)工作台有两个工位,由液压系统实现两工位的转换和加工工件的夹紧与松开。3)有自动和点动两种工作方式自动工作方式又有三种形式:全自动循环、工位循环、工位循环工作。全自动循环过程是从工位到工位再到工位工位循环、工位循环工作是指工件只在工位或工位时的加工循环。4)手动工作方式包括左、右主动轴的点动对刀,左、右动力头的快进与快退点动,手
8、动松开工件、手动移位等。5)左、右导轨应具有自动润滑功能(YV7、YV8)。6)左、右快速电动机均采用电磁铁抱闸制动(YB1、YB2)。7)油泵起动后,液压系统要有一定的压力缓冲,才允许开始工作,工作结束要卸荷。8) 具有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号的指示。9) 具有照明和必要的联锁环节和保护环节。1.2.2 实践任务与要求1)根据设备工艺要求,制定合理的改造方案;2)确定输入/输出设备,正确选用PLC;3)PLC I/O点分配,并绘制I/O接线图以及其它外部硬件图;4)绘制系统功能表图;5)设计梯形图并模拟调试;6)正确计算选择电器元件,列出电器元件一览表;7)绘制电气接线图,接线并
9、调试;8)整理技术资料,编写使用说明书。1.3 设计方案的确定1.3.1可用方案论证根据以上对车镗专机的基本认识之后可知车镗专机控制方法有以下几种:1)电气控制系统2)单片机控制系统 3)PLC控制系统根据上述车镗专机的控制要求再加上对车镗专机的工作情况的分析后,程序较为复杂,且应用的步骤较多,故放弃使用电气控制法,而单片机编程也较为复杂从而综上考虑选择PLC控制来控制。确立如下的设计方案:1)首先对整个机床设备需要有短路、过流、过载保护。因此需要对这些元气件进行选择。 2)控制电路则通过PLC编程器来完成。本次设计中自动工作方式的形式主有全自动循环和工位循环和工位循环。全自动循环工作过程为:
10、从工位工位工位,而工位循环只在工位加工就行工位循环只进行工位循环。控制工位循环或者工位循环只需要设置一个万能转换开关SA2通过开关的控制来实现工位或者工位循环。这样就能很容易的进行程序的编写。3)由于机床有两种工作方式:手动和自动。手动控制采用经验设计法设计而自动控制部分则采用顺序控制法。手动和自动工作方式可通过工作方式选择开关SA1选择或者不选择来确定是进行手动或自动控制。第二章 车镗控制系统硬件电路设计2.1 电气主电路主电路由七台电机控制,参数如表2-1。M1为油泵电机,M2控制右主轴的转动,M3控制右工进,M4控制右快进,M5控制左主轴的转动,M6控制左工进,M7控制左快进。接触器KM
11、1KM9的主触点控制电机的转动。对于右工作台,KM2触点闭合右主轴电机转动;KM3触点闭合,右工进电机转动;KM4KM5触点闭合,控制右快速电机正反转,来实现右快进或右快退。对于左工作台,KM6触点闭合左主轴电机转动;KM7触点闭合,左工进电机转动;KM8KM9触点闭合,控制左快速电机正反转,来实现左快进或左快退。KM1触点闭合,油泵电机起动。熔断器FU1-FU6在电路中进行短路、过流保护。热继电器FR1FR7分别对七台电动机负载的过载保护。 表2-1 电机参数设备名称参数左、右主轴电机4.0KW、1440转/分、380V、8.4A左、右快速电机2.2KW、1440转/分、380V、4.9A左
12、、右工进电机1.1KW、1440转/分、380V、3.0A油 泵 电 机1.1KW、1440转/分、380V、3.0A2.2 不进PLC的控制电路和信号电路本次设计PLC采用三菱FX3U-48X型号,由于其只有24个输入口,16个输出口,为保留裕量所以对于一些电路是不用进PLC。例如电源指示灯,油泵指示灯,液压泵指示灯等都是不需要进入PLC中的。控制电路的供电电压是从三相电动机的任意两相引出,线电压为交流380V。所以我们必须采用变压器将电压降到110V交流(供电气控制电路和信号电路使用)和直流为24V的电压(供给液压电磁阀电路)。只有当液压泵电动机得电启动后,液压达到一定的压力后才能按下启动
13、按钮使PLC控制机床开始加工工件,液压泵的停止可以当作机器停止条件,不进入 PLC控制而直接在控制面板上手动控制,这样简化了PLC控制程序也降低了对设备的要求。由于工件夹紧、工位移动均是由液压控制,所以油泵电机是否正常工作十分重要,如果油泵电机不在正常工作状态,应该将所有的工作都停止。也就是油泵电机的停止按钮可以等效与急停按钮。可以采用带蘑菇头的停止按钮。系统开始运行的条件就是油压到达一定压力后,系统按启动按钮才能开始进行正常的工作。2.3 PLC的I/O接线图开关量的输入模块是用来接收现场输入设备的的开关信号,将信号转换成为PLC内部接受的低电压信号,并实现PLC内外信号的电气隔离。在选择输
14、入口时留下10%20%的余量,因而选择20个输入口,因此由于开关过多复四个输入口:X12、X13、X14、X15开关量的输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号,并实现PLC内外部信号的电气隔离。根据该控制系统的设计要求,通过按钮以及各种开关的数目来确定与PLC有关的输入输出设备,确定PLC的I/O点数。I/O分配表如下表2-2和表2-3所示:有二十个输入点和十六个输出点,其中复用了四对输入口。表2-2 输入点对应表信号名称电气接口PLC输入接口启动SB1X0油压KP1X1夹紧信号KP2X2左镗刀原位SQ8X3左镗刀工进终位SQ10X4右镗刀原位SQ1X5右镗刀工进终位
15、SQ3X61工位SQ5X72工位SQ6X10手自动选择SA1X11自动操作开关右镗刀快进转工进位SQ2X12车刀原位SQ4X13车刀到位SQ7X14左镗刀快进转工进位SQ9X15手动操作开关左主轴点动SB2X12右主轴点动SB3X13手动松开SB4X14手动移位SB5X15左快进点动SB6X16左快退点动SB7X17右快进点动SB8X20右快退点动SB9X211工位循环SA2X222工位循环X23表2-3 输出点对应表信号名称电气接口PLC输出接口左主轴电机KM2Y0左工进KM3Y1左快进KM4Y2左快退KM5Y3右主轴电机KM6Y4右快退KM6Y5右工进KM7Y6右快进KM8Y7卸荷YV1Y
16、10工件松开YV2Y11向1工位YV3Y12向2工位YV4Y13车刀横进YV5Y14车刀横退YV6Y15原位指示灯HL1Y16工作指示灯HL2Y17第三章 PLC控制系统程序设计3.1 自动控制程序3.1.1 程序初始化首先初始化脉冲M8002给予脉冲置位S0,在判断油压是否到位,如果油压信号到位置位S20则进行判断是否进入手动状态,默认是进入自动状态。然后进行判断是否在左原位,右原位,车刀是否在原位。X2未拨动为默认工件夹紧信号。往上拨为松开信号。下列程序是让其回到各原位。下列程序为判断是否在工位,如果没有将回到工位(Y12是向工位移动)。然后才能卸荷。并松开工件3.1.2 全循环控制程序对
17、于全循环,在原位时,当油压到位KP1(X1),按下启动按钮SB1(X0),工件加紧KP2(X2),左右镗刀开始快进,右边到达SQ9(X15),左边到达SQ2(X12)时,开始工进,此时左右工速电机和左右主轴电机同时运行。到左右终点工进终点时,左镗刀开始快退返回左原位电机停止。车刀开始横进,到达右车刀终点时,开始横退,横退完,右镗刀开始退出,快退回右原点,电机停止运行,然后开始向工位移动,进行精加工。到达工位后,左右镗刀开始快进,右边到达SQ9(X15),左边到达SQ2(X12)时,开始工进,此时左右工速电机和左右主轴电机同时运行。到左右终点工进终点,延时2S后开始快退,当左右镗刀都退回左右原点
18、后,工件向工位移动,原位指示灯亮,并开始松开工件,卸荷。启动并油压到位工件夹紧,并开始进行工位工作。工位结束向工位移动Y13是向工位移动的输出信号。3.1.3 I工位循环控制程序按下循环开关(SA2)拨到工位循环时,在原位时,当油压到位KP1(X1),按下启动按钮SB1(X0),工件加紧KP2(X2),左右镗刀开始快进,右边到达SQ9(X15),左边到达SQ2(X12)时,开始工进,此时左右工速电机和左右主轴电机同时运行。到左右终点工进终点时,左镗刀开始快退返回左原位电机停止。车刀开始横进,到达车刀终点时,开始横退,横退完,右镗刀开始退出,快退回右原点,电机停止运行,原位指示灯亮,并开始松开工
19、件,开始卸荷!如果要继续循环则需要按下启动按钮,并判断油压是否到位,然后判断是否夹紧到位。然后继续重复上面的工作。如果只循环工位则将X22拨为常闭,工位循环完会直接返回并卸荷,并需要在次按下启动按钮才能循环。3.1.3 工位循环控制程序 按下循环开关(SA2)拨到工位循环按钮,在原位时,当油压到位KP1(X1),按下启动按钮SB1(X0),工件加紧KP2(X2),开始移位到工位,左右镗刀开始快进,右边到达SQ9(X15),左边到达SQ2(X12)时,开始工进,此时左右工速电机和左右主轴电机同时运行。到左右终点工进终点时,延时2S后开始快退,当左右镗刀都退回左右原点后,向工位移动,并松开工件开始
20、卸荷。如果要继续循环则需要按下启动按钮,并判断油压是否到位,然后判断是否夹紧到位。然后继续重复上面的工作。如果只进行工位循环,则只需要将X23按下,则程序启动后将不会进入工位工作而是直接进入移动到工位工作,完了以后在回到工位。一直循环此过程。3.2 手动控制程序SA1为手自动选择按钮,当不按下时车镗专机自动运行。若SA1拨到上时,进入手动模式其中有多个地方可以进入手动模式。 在初始油压到位信号到之前拨下,X11就可以直接切入到手动状态,程序中在回到原位并卸荷也可以切换到手动状态。并且手动完了会自动去判断是否在原位。并接着工作。手动模式下只能进行点动操作。SB2按钮为左镗刀点动,SB3按钮为右镗
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