X62W型万能铣床电气控制线路PLC改造毕业设计说明书.pdf
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1、目录目录摘要.1第第 1 1 章章引引言言.2 21.1设计概述.21.2设计目标与意义.31.3章节安排.3第第 2 2 章章方案论证与选型方案论证与选型.4 42.1设计任务分析.42.2方案论证与选择.62.2.1方案一.62.2.2方案二.62.3方案确定.6第第 3 3 章章硬件电路设计硬件电路设计.83.1电路原理图.83.1.1原理分析.93.1.2主回路分析.93.1.3控制回路分析.103.1.4其他回路分析.133.1.5其他联锁和保护.133.2I/0 输入输出分配表.143.3PLC 外部接线图.153.4梯形图.16第第 4 4 章章产品调试产品调试.1 19 94.
2、1调试的设备.194.2调试步骤.194.3故障分析.20第第 5 5 章章产品使用说明产品使用说明.2 21 15.1功能描述.215.2使用说明.22第第 6 6 章章心得体会心得体会.2 23 3致谢.24参 考 文 献.25附 录.261摘要摘要PLC 控制是以计算机技术为技术核心的通用自动控制装置,在各行各业中得到了广泛的应用。铣床可以用来加工平面、斜面、沟槽装上分度头可以铣齿轮和螺旋面,装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。所以铣床在金属切削机床中占有很大的比重,使用数量仅次于车床。铣床的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识其一它能部分的代替人工操作,它能大大的改善工人的劳动
3、条件显著提高的提高生产劳动效率,加快实现工业的机械化和自动化的步伐。因而,受到各工业国家的重视并投入大量的人力、物力加以研究和应用。在我国近几年来也有较快的发展并取得一定的成果受到各工业部门的重视。通过此设计可以使大家了解到 X62W 万能铣床的电气控制系统系统的结构和 PLC 程序机床电气改造的原理简单工作原理于能力有限,设计中不当之处,敬请指导老师批评指正。关键词:X62W 万能铣床控制线路PLC 控制PLC 程序机床电气改造张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书2第第 1 1 章章引言引言1.11.1设计概述设计概述PLC 发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品,并且已经
4、标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC 有较强的带负载能力,可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现,使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用 PLC组成各种控制系统变得非常容易。易学易用,深受工程技术人员欢迎 PLC 作
5、为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造,PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律,很容易掌握。对于复杂的控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC 用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩
6、短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小,重量轻,能耗低,以超小型 PLC 为例,新近出产的品种底部尺寸小于 100mm,仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的 1/21/10。它的重量小于 150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。1.21.2设计目标与意义设计目标与意义和解决实际问题的能力,使自己受到 PLC 系统开发的综合训练,达到能够进行 PLC 系统设计和实施的目的,掌握典型 X62W 铣床的工作原理和设计思路从社会来说,PLC 可以很容易地
7、实现比较复杂的控制逻辑,传统的继电器系统实现同样的功能电控制强电,省去大量控制继电器,节省电能,运行成本低,则需要大量的控制继电器,PLC 以弱对于复杂工艺的控制系统,采用 PLC 可以简化控制设备(箱柜),节省设备投资对旧机器进行 PLC 改造可以提高机器的工作效率、质量,节约资源,开发更多更好的产品。对我国生产水平提高有重要作用。目前,不仅在传统制造领域,PLC 控制技术在其他领域也得到广泛应用。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书3在国内,引进 PLC 控制技术,设计了水净化工艺控制系统,PLC 在该系统的水净化过程中控制加药加氯动作,实现了水处理的自动化,减轻了工人的劳动强度,取得
8、了不错的效果;在太阳能开发领域,设计了基于 PLC 的太阳能热水器控制系统,在该系统中,PLC 通过控制液位、电源的通断、采集温度和风压等数据实现了自动控制功能;在裂纹检测领域,设计的基于 PLC 裂纹检测台,很好的发挥 PLC 控制系统的稳定性、智能化的优点,在汽车轮毂等转轴零件的检测找取得了良好的效果;在煤炭生产领域,利用 PLC 控制的优点,设计的基于 PLC 的焦化备煤控制系统,实现了金马焦化厂备煤过程,满足了生产需要,提高了企业生产效率;在垃圾处理领域,设计的基于 PLC 的垃圾焚烧炉控制系统,发挥了 PLC控制系统稳定、可靠、便于操作、易于控制的特点,保证了垃圾焚烧炉安全经济运行、
9、炉温稳定、尾气污染控制达标。在国外,在设计的工厂信息系统中,将 PLC 应用于采集、预处理并传送实时数据给计算机,节约了成本,保证了系统的稳定性,收到了很好的效果;在生物研究领域,为了研究微生物在不同浓度氧气环境中的生长和生产情况,在使用的带氧功能的生物反应器中,PLC 被用来自动控制氧气浓度,获得了成功的应用,;在机器人用于颜色识别的研究中也成功引入 PLC 技术。随着计算机科学技术发展和工业自动化越来越高的要求,可编程控制技术得到飞速发展,其技术和产品日趋完善。今后,PLC 将主要朝着以下两个方向发展:一是向超小型专用化和低价格,可靠性高,携带方便,适用在生活当中。1.31.3章节安排章节
10、安排本论文大致可分为三部分:第一部包含第一章至第三章;第二部分包含第四章至第六章,给出电路原理图及设计过程;第三部分包括第七章,是对设计成果的总结及心得体会。设计成果报告,内容具体组织安排如下:第一章主要讲述论文的设计概述,设计目标及意义。第二章主要讲述的是方案论证与方案的选择。第三章电路原理分析和原理图。第四章调试的设备、步骤及故障分析。第五章产品的使用说明。第六章论文的心得体会及参考文献张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书4第第 2 2 章章 方案论证与选型方案论证与选型2.12.1设计任务分析设计任务分析本课题设计的是 X62W 型万能铣床电气控制线路的 PLC 改造,由于铣床的加工
11、范围较广,运动形式较多,其结构也较为复杂。X62W 型万能铣床的主要结构如图。床身固定于底座上,用于安装和支承铣床的各部件,在床身内还装有主轴部件、主传动装置及其变速操纵机构等。床身顶部的导轨上装有悬梁,悬梁上装有刀杆支架。铣刀则装在刀杆上,刀杆的一端装在主轴上,另一端装在刀杆支架上。刀杆支架可以在悬梁上水平移动,悬梁又可以在床身顶部的水平导轨上水平移动,因此可以适应各种不同长度的刀杆。床身的前部有垂直导轨,升降台可以沿导轨上下移动,升降台内装有进给运动和快速移动的传动装置及其操纵机构等。在升降台的水平导轨上装有滑座,可以沿导轨作平行于主轴轴线方向的横向移动;工作台又经过回转盘装在滑座的水平导
12、轨上,可以沿导轨作垂直于主轴轴线方向的纵向移动。这样,紧固在工作台上的工件,通过工作台、回转盘、滑座和升降台,可以在相互垂直的三个方向上实现进给或调整运动。在工作台与滑座之间的回转盘还可以使工作台左右转动 45o角,因此工作台在水平面上除了可以作横向和纵向进给外,还可以实现在不同角度的各个方向上的进给,用以铣削螺旋槽。为了完成设计要求,我们需要采用对铣床的控制电路进行 PLC 改造。图图 2.1X62W2.1X62W 型万能铣床外形结构图型万能铣床外形结构图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书51 1、2 2 一纵向工作台进给手动手轮和操纵手柄一纵向工作台进给手动手轮和操纵手柄;3 3、1
13、515 一主轴停止按钮一主轴停止按钮;4 4、1717 一主轴启动按钮一主轴启动按钮;5 5、1414 一工作台快速移动按钮一工作台快速移动按钮;6 6 一工作台横向进给手动手一工作台横向进给手动手轮;轮;7 7 一工作台升降进给手动摇把;一工作台升降进给手动摇把;8 8 一自动进给变速手柄;一自动进给变速手柄;9 9 一工作台升降一工作台升降、横向进给手柄;横向进给手柄;1010 一油泵开关;一油泵开关;1111 一电源开关;一电源开关;1212 一主轴瞬时冲动手柄;一主轴瞬时冲动手柄;1 13 3一照明开关;一照明开关;1616 一主轴调速转盘一主轴调速转盘铣床拖动的特点及控制要求(1)铣
14、床在铣削加工时,小进刀量用高速铣削,反之用低速铣削,要求主传动系统能够调速,而且在各种铣削速度下保持功率不变,即恒功率调速。为此,主轴电动机采用笼型异步电动机。(2)铣床一般有顺铣和逆铣两种加工方式,要求主轴能够正反转,但不需经常变换,只需在加工前预选主轴传动方向。(3)铣床的主传动系统在空载下迅速起动,但由于传动系统装有惯性轮,惯性大,因此设有电气制动环节。(4)为使变速时变速箱内齿轮易于啮合,减少齿轮端面的冲击,要求主轴电动机在主轴变速时具有变速冲动,进给电动机在进给变速时也具有变速冲动。(5)多向进给运动由一台电动机拖动,且在任一时刻只能接通一个方向的传动。由操作手柄实现机电联合控制,通
15、过改变电动机转向实现进给的改变。(6)为避免损坏刀具或工件,要求主运动和进给运动有顺序控制,即主轴电动机起动后可起动进给电动机。主要的照明电路电器控制系统控制逻辑采用硬件接线,利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑,其连线多且复杂、体积大、功耗大,系统构成后,想再改变或增加功能较为困难。另外,继电器的触点数量有限,所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制在继电器控制电路中,当电源接通时,电路中所有继电器都处于受制约状态,即该吸合的继电器都同时吸合,不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合,这种工作方式称为并行工作方式。继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制,工作频率低,机械触
16、点还会出现抖动问题。电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制,时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响,定时精度不高。由于电器控制系统使用了大量的机械触点,其存在机械磨损、电弧烧伤等,寿命短,系统的连线多,所以可靠性和可维护性较差。PLC 不需要大量的活动元件和连线电子元件。它的连线大大减少。与此同时,系统的维修简单,维修时间短。PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。例如:冗余的设计。断电保护,故障诊断和信息保护及恢复。PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置,它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率大大降低。张家
17、界航空工业职业技术学院毕业设计说明书6PLC 有较高的易操作性。它具有编程简单,操作方便,维修容易等特点,一般不容易发生操作的错误。对 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示,更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找,然后进行更改。PLC 有多种程序设计语言可供使用。用于梯形图与电气原理图较为接近。容易掌握和理解。PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时,通过硬件和软件的自诊断,维修人员可以很快找到故障的部位。2.22.2 方案论证与选择方案论证与选择经过对设计任务的分析,我们有两套方案可以完成设计要求;2
18、.1.1 方案一方案一:采用三菱 PLC它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。2.2.2 方案二方案二:采用西门子 PLC产品包括 LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400 等,具备体积小、速度快、标准化的特点,PLC 采用梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言,其不需要大量的活动元件和连线电子元件,编程简单,有较高的易操作性,能自动诊断,维修容易。2.32.3 方案确定方案确定方案二,西门子 PLC 可靠性高,抗干扰能力强
19、,西门子 PLC 高可靠性是电气控制设备的关键性能。西门子 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。从西门子 PLC 的机外电路来说,使用西门子 PLC 构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。1.西门子 PLC 带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除西门子 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.西门子 PLC 配
20、套齐全,功能完善,适用性强,西门子 PLC 发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书7除了逻辑处理功能以外,现代西门子 PLC 具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来西门子 PLC 的功能单元大量涌现,使西门子 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、西门子 PLC 等各种工业控制中。加上西门子 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用西门子 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3.西门子 PLC 易学易用,深受工程技术人员喜欢。西门子 PLC 作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工
21、控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用西门子 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.西门子 PLC 系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造,西门子PLC 用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.西门子 PLC 体积小,重量轻,能耗低,由于体
22、积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。通过两种方案的对比,可以看出要达到此次设计的目标,应当选择第二种方案,既采用西门子 S7-200 来对平面铣床进行 PLC 改造。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书8第第 3 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计3.13.1 电路原理电路原理X62W 万能铣床平面电气控制线路图 3-1图 3-1 X62W 型万能铣床电气控制线路图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书93.1.1 原理分析X62W 型万能铣床是由三台电动机共同完成各种加工时的动作功能。M1 为主轴电动机,M2 为工作给进电动机,M3 是冷却泵电动机。主轴电动机是通过
23、换向开关 QS5 以及接触器 KM2 和 KM3 来完成正反转、反接制动及瞬动控制,并可通过机械机构进行变速。要求 M2 的功能就更为全面,它能进行正反转控制、快慢速控制、限位控制,并通过机械机构使工作台进行上下、左右、前后方向运动。M3为冷却泵电动机。3.1.2 主回路分析图 3-2 X62W 型万能铣床电气电路图主轴电动机 M1要求能够实现正反转,但旋转方向变换不频繁。通过换向开关 SA4在加工前预先选择,与接触器 KM1配合,能进行正反转控制;与接触器 KM2、制动电阻 R 及速度继电器 KV 的配合,实现主轴电动机的正反转反接制动控制,并通过机械装置进行变速。进给电动机 M2要求能够实
24、现正反转,通过接触器 KM3、KM4与行程开关、接触器 KM5和牵引电磁铁 YA 配合,实现三种形式六个方向的常速进给和快速进给控制。冷却泵电动机只要求单向旋转。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书10电路中熔断器 FU1既作为铣床总的短路保护,又作为主轴电动机 M1的短路保护;FU2作为进给电动机 M2、冷却泵电动机 M3及控制变压器、照明变压器一次侧的短路保护;热继电器 FR1、FR2和 FR3分别作为 M1、M2和 M3的过载保护。3.1.2 控制电路分析:图中 SB1、SB2、SB3和 SB4 是分别装在工作台的前面和床身侧面的启动和停止按钮,可在两地控制,方便操作。图图 3-33
25、-3控制线路控制线路3.1.3 控制线路KM1是主轴电动机启动接触器,需要启动主轴电动机时,先将转换开关 SA4扳到主轴电动机所需的旋转方向;然后按下启动按钮 SB1或 SB2,接触器 KM1 得电且自锁,电动机 M1拖动主轴旋转;速度继电器 KV 动作,KV-1 或 KV-2 中的一对常开触点闭合,为主轴电动机的反接制动作好准备。主轴电动机 M1得电通路:T1SQ7常闭触点SB4SB3SB1或 SB2KM2常闭触点KM1线圈T1。KM2 是反接制动和主轴变速冲动接触器。停车时,按下停止按钮 SB3 或 SB4,接触器 KM1失电,主轴电动机 M1惯性转动;停止按钮按到底,KM2得电且自锁,改
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