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文檔簡介
1、<p> 基于PLC的某銑床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> 摘要:該畢業(yè)設(shè)計(jì)首先介紹了可編程控制器(PLC)概念及優(yōu)點(diǎn)。PLC是面向用戶的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),它具有可靠性高,抗干擾能力強(qiáng),編程直觀簡單,適應(yīng)性好,功能完善,接口功能強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)并廣泛的用于工業(yè)控制中,而傳統(tǒng)的繼電器控制,因其接觸器觸點(diǎn)受機(jī)械運(yùn)動(dòng)的影響,觸點(diǎn)壽命受到限制,故障率高,可靠性不及PLC控制,為此,提出用PLC對(duì)我們工業(yè)
2、加工應(yīng)用中廣泛應(yīng)用的X6132萬能銑床的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,該設(shè)計(jì)詳細(xì)地對(duì)以上兩種機(jī)床的控制線路進(jìn)行分析,并系統(tǒng)的介紹了利用PLC對(duì)這種機(jī)床進(jìn)行改造方法和方案。其中重點(diǎn)講述了PLC設(shè)計(jì)的方法和系統(tǒng)完成后的調(diào)試,對(duì)PLC的選型和PLC的特性及使用環(huán)境也做了簡單的介紹。最后通過模擬仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案具有一定可行性和可操作性。</p><p> 關(guān)健字: X6132 萬能銑床 PLC</p>
3、<p><b> 1 引言</b></p><p> 可編程控制器,其英文又稱作Programmable Logic Controller)簡寫為PLC,核心部件是微處理器。作為現(xiàn)代工業(yè)控制所用的計(jì)算機(jī),它有很多優(yōu)勢(shì),尤其是它的高準(zhǔn)確性和較好的適應(yīng)惡劣環(huán)境能力得到很多使用者的稱贊。除此之外它還有強(qiáng)大的功能、較小的體積、靈活通用、方便維護(hù)。程序編寫容易等各個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)?,F(xiàn)代計(jì)
4、算機(jī)控制技術(shù)和舊式的電器控制技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的完美結(jié)合成為可編程控制器的一大亮點(diǎn),且為自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域所服務(wù),也是使用非常多的控制設(shè)備。在現(xiàn)在工業(yè)控制三大支柱中成為最主要的控制設(shè)備(三大支柱包括機(jī)器人、PLC和CAM/CAD)。PLC在機(jī)床中的重要作用是此畢業(yè)設(shè)計(jì)的首要任務(wù),機(jī)床是電氣系統(tǒng)的主干部分,它是用各種電機(jī)為動(dòng)力系統(tǒng)與傳動(dòng)裝置的對(duì)象,在各種生產(chǎn)車間機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)有著非常廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化式機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直都是一個(gè)很受人關(guān)注的話題,由于各種
5、先的控制儀器的出現(xiàn),自動(dòng)化式機(jī)床控制的設(shè)計(jì)方案也層出不窮,且變得更加趨于完美,還有數(shù)不勝數(shù)的參考文獻(xiàn)。導(dǎo)致它越來越朝著運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的,操作維護(hù)方便,工作平穩(wěn)等方向發(fā)展,上個(gè)世紀(jì)七八十年代,我國大多數(shù)機(jī)床中,繼電器控制占據(jù)著主導(dǎo)地位不管是輔助</p><p> 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) </p><p> 2.1 可編程控制器簡介</p><p> 人們?yōu)榱私鉀Q繼
6、電器所帶來的缺陷,于是在美國出現(xiàn)了具有邏輯判斷、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)等功能的可編程控制器,(Programmable Logic Controller)也就是我們所說的PLC,70年代中期以后,PLC處理除了具有邏輯判斷功能,還有很多其它功能。這些優(yōu)勢(shì)都?xì)w根于現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù),特別是當(dāng)今的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微處理器的迅速發(fā)展發(fā)展。舊式的繼電控制技術(shù)與與現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)的完美融合,解決了舊式繼電控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的各種缺點(diǎn),把微處理器的優(yōu)點(diǎn)運(yùn)用的淋漓盡致
7、。由于可編程控制器是沒有觸點(diǎn)的設(shè)備并且生產(chǎn)工藝可以因程序的不同而實(shí)現(xiàn)不同的功能,因此可編程控制器可用在生產(chǎn)工藝的起始階段,工藝過程可確定在實(shí)施階段;在另一方面,站在生產(chǎn)廠商的方向來看,在生產(chǎn)階段所設(shè)計(jì)的控制器與客戶的訂貨要求沒有關(guān)系,可用于大規(guī)模生產(chǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)的存在使得可編程控制器在出現(xiàn)以得到工業(yè)界人士的熱烈追捧,并且發(fā)展的非??臁,F(xiàn)在,工廠自動(dòng)化已經(jīng)越來越離不開可編程控制器,其應(yīng)用也滲透到各個(gè)方面。</p><p&
8、gt;<b> 2.2 觸摸屏簡介</b></p><p> 為了便于操作,我們將鼠標(biāo)或鍵盤用觸摸屏來替代。應(yīng)用于四種場合:主要應(yīng)用于PLC通訊,且不需要轉(zhuǎn)接器,多種PLC驅(qū)動(dòng)程序可以從人機(jī)界面提供。集中監(jiān)控,為了實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控對(duì)整個(gè)車間的不同設(shè)備,用戶可以自行編寫軟件實(shí)施監(jiān)控也可在上位PC機(jī)中使用軟件。網(wǎng)絡(luò)通訊,使設(shè)備的成本降到最低,它具有豐富的組網(wǎng)功能,并且兩個(gè)通訊口能夠同時(shí)工作,。在
9、觸摸屏中,可使用的畫面元件分別為可觸摸元件、狀態(tài)顯示元件、動(dòng)態(tài)資料及人機(jī)記錄緩沖區(qū)顯示元件和靜態(tài)顯示元件。工作時(shí),首先觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏,之后進(jìn)行定位選擇信息輸入。其工作過程如圖1:</p><p><b> 圖1</b></p><p><b> 2.3 變頻器簡介</b></p><p> 通用的變頻器
10、的組成:主電路部分、控制電路部分和操作面板三個(gè)部分。系統(tǒng)主電路主要有斷路器、交流電抗器、交流接觸器、直流電抗器、噪聲濾波、制動(dòng)單元和輸出交流電抗器等組成。控制電路的任務(wù)有保護(hù)功能和完成變頻電路開關(guān)的通斷控制它為主電路提供通斷信號(hào)。其構(gòu)成有信號(hào)檢測(cè)單元CPU電路、中央運(yùn)算處理單元、保護(hù)、驅(qū)動(dòng)控制單元LSI電路以及報(bào)警單元電路等組成。操作面板包括鍵盤和液晶顯示頻,作用是監(jiān)視變頻器的工作以及設(shè)定變頻器的參</p><p&g
11、t;<b> 數(shù)。如圖2</b></p><p><b> 圖2</b></p><p> 2.4 銑床總體概述</p><p> 銑床的種類:按結(jié)構(gòu)可分為臺(tái)式銑床、懸臂式銑床、滑枕式銑床、龍門式銑床、平面銑床、仿形銑床、升降臺(tái)銑床、搖臂銑床、床式銑床和專用銑床等。本設(shè)計(jì)中選取了: X6132萬能臥式升降臺(tái)銑床。這
12、是采用繼電接觸器電路實(shí)現(xiàn)電氣控制的多功能機(jī)床,能夠進(jìn)行螺旋面、斜面、平面及成型表面的多面操作。PLC顯著的優(yōu)勢(shì)之一就是抗擾動(dòng)能力強(qiáng),并且穩(wěn)定性高,專為自動(dòng)化工業(yè)環(huán)境的使用而設(shè)計(jì)。用可編程控制器對(duì)X6132臥式升降臺(tái)銑床電氣控制線路的控制,使得整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的工作性能得到大大的改善,維護(hù)、修理的工作量得到很大程度的減少。</p><p><b> 圖3</b></p><
13、;p> 2.5 X6132萬能銑床的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)</p><p> X6132的主要結(jié)構(gòu)如上圖3所示,它由主軸、床身、底座、懸梁、刀桿支架、工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)盤、橫溜板和升降臺(tái)組成。升降臺(tái)能夠沿著床身前面的垂直導(dǎo)軌做豎直方向上的移動(dòng)。工作臺(tái)在回轉(zhuǎn)盤上左右移動(dòng),而回轉(zhuǎn)盤在溜板的上部。固定工件用的是操作面板上的丁字型槽。這樣,就會(huì)出現(xiàn)在橫向、豎向和縱向三個(gè)方向的六個(gè)位置上進(jìn)行工件的運(yùn)動(dòng)。</p>&
14、lt;p> 銑床的主運(yùn)動(dòng):主電機(jī)帶動(dòng)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);進(jìn)給運(yùn)動(dòng):有上、下、左、右、前、后的運(yùn)動(dòng);銑床的其他的運(yùn)動(dòng):例如工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、冷卻泵電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。</p><p> 2.6 X6132型銑床的PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p> PLC電氣控制系統(tǒng)控制 X6132型銑床其結(jié)構(gòu)主要由兩部分構(gòu)成:主電路和PLC的控制系統(tǒng)電路。它們有相同的主電路無論是PLC控制系統(tǒng)主電路還是
15、舊式的繼電式控制系統(tǒng),但控制電路部分由PLC編程所取代。PLC的控制系統(tǒng)框如圖4:</p><p><b> 圖4</b></p><p> 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p><b> 3.1方案設(shè)計(jì)</b></p><p> 1. PLC的選擇</p><p>
16、; 選用西門子S7-200,CPU224/AC/DC/RLY型。</p><p><b> 2. 觸摸屏選擇</b></p><p> 本設(shè)計(jì)采用深圳顯控自動(dòng)化技術(shù)有限公司的SA-7A人機(jī)對(duì)話界面觸摸顯示 頻。外型尺寸:216*150*40.5(mm),安裝開孔尺寸:209*143(mm)。</p><p> 3.主軸電動(dòng)機(jī)的控制方式
17、</p><p> 此設(shè)計(jì)選用三菱FR-E740-7.5K-CHI變頻器。變頻器控制主電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 以及旋轉(zhuǎn)速度以此來控制銑刀運(yùn)動(dòng)的方向和速度。</p><p> 4.進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的控制</p><p> 進(jìn)給電機(jī)接受到PLC傳來的指令后,程序輸出口輸出控制信號(hào)給交流接觸器,交流接觸器控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)。</p><p> 5.冷卻泵電動(dòng)機(jī)
18、的控制</p><p> 控制冷卻泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),程序控制主電機(jī)先起動(dòng)后,冷卻泵才能工作的方式,控制電路中沒有了中間繼電器。</p><p> 6.電磁離合器的控制</p><p> PLC的一組輸出端口實(shí)現(xiàn)繼電器和交流接觸器的通電控制,而控制電磁離合器需要另一組輸出端口接直流電源。</p><p><b> 7.安全保護(hù)措施
19、</b></p><p> 控制線路應(yīng)有欠壓、斷電、短路、失壓、過載保護(hù),除此之外為了延長高成本電器的使用壽命,我們還要增加變頻器和PLC的保護(hù)措施。</p><p><b> 3.2銑床控制原理</b></p><p><b> 1 主電路部分</b></p><p> 主電
20、路如圖5。銑床主要是通過三個(gè)電機(jī)控制其運(yùn)轉(zhuǎn),分別是:主電機(jī)、進(jìn)電機(jī)、冷卻泵電機(jī)。 當(dāng)KM1得電閉合后,主電機(jī)M1旋轉(zhuǎn),并通過變頻器來控制。變頻器上接有SA1目的是用來控制主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn),變頻器上的電阻用于控制M1的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。B C接口和PLC上的I0.2連接,目的是保護(hù)變頻器避免其受到損壞。主電機(jī)選用額定功率為7.5KW額定轉(zhuǎn)速為1440r/min的電機(jī)。M2為進(jìn)給電機(jī),進(jìn)給電機(jī)有旋轉(zhuǎn)方向,分別通過KM2和KM3控制,KM2得電閉合,
21、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),KM3閉合進(jìn)給電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),進(jìn)給電動(dòng)機(jī)選用額定功率為1.5KW,額定轉(zhuǎn)速為為1400r/min的電機(jī)。M3為冷卻泵電機(jī),用KA1來控制其運(yùn)轉(zhuǎn),冷卻泵選用的電機(jī)額定功率為90W,額定轉(zhuǎn)速為2760r/min。FU1用來保護(hù)主電路。</p><p><b> 圖5</b></p><p><b> 3.3 控制電路</b></
22、p><p><b> 控制電路如圖6</b></p><p> ?。?)供電方式和短路保護(hù)</p><p> 主電路提供380V交流電,控制電路提供220V交流電,且主電路經(jīng)過變壓器TC1分別輸出220V和24V電壓,其中24V電壓是給照明燈供電,受旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA2控制。220V電壓是為控制電路的各個(gè)負(fù)載供電。220V電壓是給控制電路的各個(gè)負(fù)載供
23、電,但是不能給電磁離合器提供220V交流電壓,并且經(jīng)過PLC的Q0.4~Q0.6以及2L輸出端口。刀開關(guān)QF合閘,電源指示燈HL1亮,則說明對(duì)裝置供電狀況良好。而HL2~HL8信號(hào)燈分別與KM1~KM3、KA1以及電磁離合器YC1~YC3并聯(lián),目的是判斷它們的工作情況。(2)信號(hào)指示燈</p><p> 此系統(tǒng)中有8個(gè)指示燈,其中HL1燈為電源指示燈。其余七個(gè)是用來指示線圈的工作情況。</p>&
24、lt;p><b> (3)斷電保護(hù)</b></p><p> SA3為鑰匙開關(guān),要使QF1合閘,必須打開SA3。SQ1在控制箱門的內(nèi)部,優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)合上柜門時(shí)SQ1收到壓力后可以斷開,此時(shí)QF1線圈不得電。要使SQ1閉合,只需開啟柜門就可以了,這時(shí)QF1線圈得電QF斷開,線路斷電。</p><p> ?。?)PLC啟動(dòng)和保護(hù)</p><p&g
25、t; SB1、SB2和KA2控制著PLC的通斷電,按下常開SB2,KA2線圈得電吸合,KA2常開觸點(diǎn)閉合,此時(shí)PLC通電。要使PLC斷電,按下常閉觸點(diǎn)SB1,則KA2線圈釋放,KA2觸點(diǎn)斷開。所以當(dāng)PLC電壓不足或無電壓時(shí)KA2可以對(duì)其保護(hù)。</p><p> ?。?)主軸電動(dòng)機(jī)的控制</p><p> PLC的I0.0端口和I0.1端口控制M1和M3的停轉(zhuǎn)。常閉換刀開關(guān)SA4和常閉按
26、鈕SB3、SB4串聯(lián)接控制端口I0.0,常閉觸頭FR1和FR2串聯(lián)接控制端口I0.1。</p><p> PLC的I0.3端口控制KM1線圈的吸合,以此來控制變頻器的通電,以及主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。當(dāng)要進(jìn)行調(diào)速時(shí)要將變頻器斷電,當(dāng)調(diào)速完成,SQ2會(huì)快速再次閉合KM1也會(huì)快速再次吸合,實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的短時(shí)點(diǎn)動(dòng)操作。常開觸點(diǎn)SB5和SB6并聯(lián)與PLC控制端口I0.3連接,SQ2與控制端口I0.4連接。</p&
27、gt;<p> 主電動(dòng)機(jī)的斷電操作:按下常閉觸頭SB3和SB4,主電動(dòng)機(jī)和變頻器都停止運(yùn)行,同時(shí)電磁離合器YC1通電對(duì)主電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。如果要進(jìn)行換刀操作,可斷開換刀開關(guān)SA4,此時(shí)KM1無電不能吸合。這時(shí)的變頻器不工作,KM1無電釋放,B C口也將斷開,變頻器的供電被切斷。</p><p> (6)冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制</p><p> 要想使冷卻泵電機(jī)運(yùn)行,必須先使主電
28、機(jī)和變頻器先運(yùn)行然后轉(zhuǎn)動(dòng)SA5。</p><p> 當(dāng)主電機(jī)和變頻器不工作時(shí),SA5已變得無效。SA5接PLC的控制端口I0.5。</p><p><b> 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的控制</b></p><p> 電磁離合器YC2和YC3通過常開觸點(diǎn)SB7和SB8控制,SB7和SB8并聯(lián)接到PLC的I0.6控制端,按住其任意一個(gè)都能使YC3通電,YC
29、2斷電。M2的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)是根據(jù)KM2或KM3的吸合,也就是根據(jù)SQ3~SQ6的狀態(tài),從而達(dá)到工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。松開SB7或SB8,M2停轉(zhuǎn)。</p><p> ?。?) 縱向操作手柄位置:</p><p> 向右擋:SQ3受到壓力后會(huì)閉合,使KM2得電閉合,與此同時(shí)YC3得電,M2正轉(zhuǎn),工作臺(tái)右進(jìn)。</p><p> 向左擋:SQ4受到壓力后會(huì)閉合,使KM3得電閉
30、合,與此同時(shí)YC3得電,M2反轉(zhuǎn),工作臺(tái)左進(jìn)。</p><p> 3. 中間擋:SQ3和SQ4斷開。</p><p> ?。?)橫向及升降操作手:</p><p> 1. 向前或向下檔:SQ5受到壓力后會(huì)閉合,使KM2得電閉合,與此同時(shí)YC3得電,M2正轉(zhuǎn),工作臺(tái)前進(jìn)或下進(jìn)。</p><p> 2. 向后或向上擋:SQ6受到壓力后會(huì)閉合
31、,使KM2得電吸合,與此同時(shí)YC3得電,M2實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn),工作臺(tái)后進(jìn)或上進(jìn)。</p><p> 3. 中間擋:SQ5和SQ6斷開。</p><p> 在M1工作后,SA6控制M2做單向運(yùn)動(dòng)。若M1工作M2停止,則SQ7會(huì)快速閉合,KM2會(huì)在次吸合,導(dǎo)致M2瞬時(shí)正向運(yùn)動(dòng)。</p><p><b> 圖6</b></p><p
32、> 3.4 X6132型萬能銑床PLC控制</p><p><b> 表1</b></p><p> 3.5 人機(jī)交互設(shè)計(jì)</p><p><b> 1. 監(jiān)控界面</b></p><p> 本設(shè)計(jì)所選用的觸摸屏一般使用SamDraw4.0組態(tài)軟件,這款軟件使用方便且比較容易學(xué)習(xí)
33、,供廣大用戶方便使用??梢灾苯诱{(diào)用系統(tǒng)中的圖庫。編輯界面如圖7:</p><p><b> 圖7</b></p><p> 2. 西門子PLC與組態(tài)軟件通信</p><p> 西門子S7-200PLC與顯控系列觸摸屏通過COM1口連接,觸摸屏的COM2口與PC機(jī)連接,從而達(dá)到能夠操做PLC的目的。</p><p>
34、<b> 圖8</b></p><p><b> 圖9</b></p><p><b> 4 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)</b></p><p> 4.1 程序控制流程圖</p><p><b> 圖10</b></p><p>
35、 4.2 梯形圖程序(參見附錄B)</p><p><b> 結(jié)論</b></p><p> 在此畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我學(xué)到了很多書本和課堂上無法學(xué)到的東西,讓我對(duì)PLC的了解不在像以前那樣停在表面,而是有了更深層次的了解,不僅僅是單純的控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),我們可以使用變頻器和觸摸屏可以很方便的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及正反轉(zhuǎn)。剛開始做的一點(diǎn)頭緒都沒有,學(xué)過的知識(shí)不知道該怎么樣用上
36、去,通過圖書館找資料和上網(wǎng)找一些優(yōu)秀范文模板讓我有了初步的了解,漸漸地開始知道該怎么做,最后在同學(xué)和老師的幫助指導(dǎo)下終于完成了這篇設(shè)計(jì)。通過這篇設(shè)計(jì),我學(xué)習(xí)到了觸摸屏的使用,觸摸屏與PLC的通信,對(duì)一個(gè)課題如何畫電路圖,如何編寫程序都有了很深的認(rèn)識(shí)。還使我更加熟悉CAD的畫圖。</p><p><b> 致謝</b></p><p> 首先,我要感謝xx老師孜孜不
37、倦的教導(dǎo),在他的帶領(lǐng)下我順利的完成了這篇畢業(yè)設(shè)計(jì),沒有x老師的指導(dǎo),我是無法完成這篇設(shè)計(jì)。由于他的敦促和嚴(yán)厲,使我學(xué)到了更多的專業(yè)知識(shí)和軟件的應(yīng)用。其次,還要感謝其他老師和同學(xué),他們也為我提供了很多有用的幫助。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]嚴(yán)盈富.西門子S7-200PLC入門.北京:人民郵電出版社,2007</p>
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41、Michel Gilles. Programmable Logic Controllers: Architecture and Application Wiley.1990.</p><p> [14] G .L. Batten. Programmable Controllers: hardware, software and Application. New York: MC Graw-Hill.1994.&
42、lt;/p><p> [15] Cheded. Al-Mulla. Control of a four-level elevator system using a programmable logic controller. International Journal of Electrical Engineering Education,2003</p><p><b> AB
43、STRACT</b></p><p> Graduated from the Design introduced the first Programmable Logic Controller (PLC) and the merits of the concept. PLC is a dedicated user- orientedindustrialcontrol computer, it has
44、 a high reliability, strong anti-interference ability, simple and intuitive programming, adaptability, and improve the function, interface and a series of strong features and advantages for a wide range of industrial con
45、trol, The traditional relay control, because of their contacts by mechanical contact,contactislimit</p><p> Key words: X6132 universal milling machine PLC</p><p><b> 附錄A</b></
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