组合机床的电气控制系统.doc

电气控制与PLC
课程设计

题 目: 设计某组合机床的电气控制系统
院系名称： 电气工程学院

成绩：

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日期：

15

摘 要

双面组合机床是由左右两面动力头组合而成，具体加工对象是对较大型壳体零件的粗加工。组合机床为卧式，设置滑台为移动工作台，左右两面可以同时工作也可以单独工作。由工人完成工件的装夹，可以较灵活的设置加工面，也比较节约成本。当工件被夹好后，工人启动机器，启动主轴电机转动（正转或反转），并按下快进按钮，动力头快进前进，当到快进限位开关时动力工进，当到工进限位开关时，动力头快退，动力头按快进→工进→快退的工作循环。当快退到原位时停机，工人松开并卸下工件后，进行第二个壳体零件的加工。

关键字：组合机床、动力头、工进、快进、快退

目录
1绪论 1
2设计方案 2
2.1 左、右两动力头进给电机 2
2.2主轴电机 3
2.3照明及信号指示 3
2.4 PLC的选择 5
2.5 程序的设计 5
3 I/O分配 7
4外部接线图 8
4.1 PLC I/O接线图 8
4.2电气控制原理图 9
5 梯形图 10
6 系统调试 13
设计心得 14
参考文献 15

1绪论
对于机械—电气结合控制的组合机床，电气控制系统起着重要的神经中枢作用。传统的组合机床采用的继电器—接触器控制系统，接线复杂、故障率高、调试和维护困难。
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：

图1-1 组合机床的示意图
如图所示为组合机床的示意图，左面为1#箱体移动式动力头。主轴电机M1为4KW、1440转/分钟，1#箱体的工作进给电机为M3，快速电机M5为1.5KW、1450转/分钟；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，快速电机M6为1.5KW、1450转/分钟。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。

2设计方案
2.1 左、右两动力头进给电机
根据设计要求知左、右两动力头均要求快进→工进→快退的工作循环，并且左、右两动力头可以同时工作，也可进行单独调整。所以就要求快速电机M5、M6能够正反转，工作进给电机为M3、M4能够正转即可。其主电路如下图2-1。

图2-1 M3、M4、M5、M6的接线电路图

因为这4个功率都较小，所以可以直接启动。M3、M4只要接触器KM3、KM4的线圈得电就会吸合，就能正转；M5、M6分别当接触器KM5、KM6线圈得电时正转，当接触器KM7、KM8分别得电就反转。

2.2主轴电机
主轴电机工作方式有两种：正转、反转。根据不同的工作要求，主轴电机的转向不同。因主轴电机的功率较小，故可以直接启动。其主电路图如下2-2。

图2-2 主轴电机的接线图

当KM1、KM2的线圈得电吸合分别使电机M1、M2正转；当KM9、KM10的线圈得电吸合分别是电机M1、M2反转。通过plc的输出就可以使不同的接触器线圈得电，从而使电机的转向不同。

2.3照明及信号指示
当机床工作时，为了警告旁人不要误动作，故要有信号指示说明，告诉别人正在进行工作，不要误动作。信号指示也能显示机床是否是在正常工作、有无问题。有时候需要晚上工作，所以需要必要的照明。

图2-3 指示信号灯
如图2-3，其指示着组合机床的工作状态，指示灯分别与与之对应的接触器的常开触点连接，当接触器的线圈得电，其常开触点闭合，通过6.3V电压使之亮。KM1、KM9分别是控制M1的正反转的接触器；KM2、KM10分别是控制M2的正反转的接触器；KM3、KM4分别是控制左右工进电机正转的接触器；KM5、KM7，KM6、KM8分别是左右快进快退电机。这样就可以把所有的电机的状态显示出来。照明灯如下图2-4。

图2-4 照明灯

2.4 PLC的选择
统计组合机床PLC输入元器件、执行元器件及I/O点数：

输入部分
输入部分
点数
动力头工作方式选择按钮SB
6
冷却泵选择开关SA
2
行程开关SQ
6
按钮SB
4
总计
18

输出部分
输出部分
点数
接触器
12
总计
12
注：照明不需要接入PLC，只需要选择开关就可以。

所以选用FX2N―32MR加扩展单元FX2N―32ER，FX2N―32MR含有32个I/O点（16入，16出），FX2N―32ER为含有32点扩展单元。

2.5 程序的设计
根据要求知需使左、右两动力头均要求快进→工进→快退的工作循环和可使左、右两动力头同时工作，也可进行单独调整。故设计的流程图如下图2-5。

图2-5 程序流程图
3 I/O分配
因采用PLC控制，需分配其I/O点，它决定着系统如何工作。
输入地址号
信号名称
输出地址号
信号名称
X0
左动力头正转启动按钮
Y0
M1主轴正转（KM1）
X1
左动力头反转启动按钮
Y1
M1主轴反转（KM9）
X2
左动力头停车按钮
Y2
M3工进正转（KM3）
X3
左动力头冷却泵启动
Y3
M5快进（KM5）
X4
左动力头快进限位
Y4
M5快退（KM7）
X5
左动力头工进限位
Y5
左冷却泵（KM11）
X6
左动力头原位限位
Y6
M2主轴正转（KM2）
X7
左动力头快进按钮
Y7
M2主轴反转（KM10）
X10
左动力头快退按钮
Y10
M4工进正转（KM4）
X11
右动力头正转启动按钮
Y11
M6快进（KM6）
X12
右动力头反转启动按钮
Y12
M6快退（KM8）
X13
右动力头停车按钮
Y13
右冷却泵（KM12）
X14
右动力头冷却泵启动

X15
右动力头快进限位

X16
右动力头工进限位

X17
右动力头原位限位

X20
右动力头快进按钮

X21
右动力头快退按钮

表3-1 I/O口地址分配表
4外部接线图
4.1 PLC I/O接线图

图4-1 PLC I/O接线图
接触器的线圈通过接110V电压与plc的输出端和com端相连。按钮和开关与输入端和com端相连。

4.2电气控制原理图

图4-2 电气控制原理图

图中上面部分是电机和左右冷却泵的接线图，下面是指示灯和照明灯接线图。

5 梯形图

图5-1 梯形图
左动力头的控制程序说明：
1. 当要主轴电机启动，按下SB1/SB2按钮，X0=1/X1=1，接触器KM1/KM9（左主轴正转/反转接触器）线圈得电，使电机得电启动。

2.当要停机时，只需按下SB3，所有的动作都将停止。

3.当要动力头快进，按下SB4按钮，X7=1，其中X7与Y0和Y1的并串联，这保证只有在主轴电机启动后才能快进，这样的好处是可以确保在加工工件的时候主轴电机已经起动完成。并且它与Y4串联，形成互锁，这保证动力头在快进/快退的时候按下快退/快进的按钮的时候KM7（快退接触器）/KM5(快进接触器)也不会得电。Y3的自锁使得其在启动后保持得电。

4.当突然要快退时，按下SB5按钮，X10=1，Y4的自锁使之保持得电。

5.当要打开冷却泵时，打开开关SA1，X3=1，从而Y5=1，左冷却泵得电，从而进行冷却。

6快进-工进-快退的工作循环：当按下启动按钮和快进按钮后，动力头快进，在此过程中主轴电机逐渐起动完成;当到达快进限位时，行程开关SQ3被按下，X4=1，从而使得内部继电器M1得电，故M1的常开触点闭合，常闭触点断开，故Y3=0，Y2=1，Y2的自锁使得其保持得电，故左工进电机M3得电，动力头进入工作状态；当到达工进限位时，行程开关SQ5被按下，X5=1，内部继电器M3得电，其常开和常闭分别闭合和断开，故Y2=0，工进电机停机，Y4=1快退电机得电，Y4的自锁使得其保持得电；当到达原位限位使，行程开关SQ1被按下，X6=0，使得Y4=0，快退停止；完成了快进-工进-快退的工作循环。

由于右动力头与左动力头工作方式完全类似，所以右动力头程序与左动力头类似，都是一样的工作。
左右两动力头只要按下不同的按钮就可以完成同时工作又可以完成单独工作。

6 系统调试
安装GX Developer和三菱的仿真软件，建立一个新工程，将梯形图输入到工程中，完成后将其转换。再启动梯形图逻辑测试，选择软元件测试，输入不同的软元件，改变其状态，观察输出的改变。
软元件的改变
输出的改变
X0=1,X1=0
Y0=1
X0=0,X1=1
Y1=1
X2=0
Y0=0,Y1=0
X3=1
Y5=1
X3=0
Y5=0
X7=1,X0=1,X1=0/X7=1, X0=0,X1=1
Y0=1,Y3=1/Y1=1,Y3=1
X4=1
Y2=1,Y3=0
X5=1
Y2=0,Y4=1,Y0=0/Y1=0
X6=0
Y4=0
X10=1
Y4=1
X11=1,X12=0
Y6=1
X11=0,X12=1
Y7=1
X13=1
Y6=0,Y7=0
X14=1
Y13=1
X20=1,X11=1,X12=0/X20=1,X11=0,X12=1
Y11=1,Y6=1/Y11=1,Y7=1
X15=1
Y10=1,Y11=0
X16=1
Y10=0,Y12=1,Y6=0/Y7=0
X17=0
Y12=0
X21=1
Y12=1
表6-1调试表格

设计心得
通过这次PLC课程设计，我知道：使机床与plc结合，可以轻松的完成规定的工作，这可以很大程度的减小工人的工作和减小危险。因为这一切都是有程序控制的，能够使机器严格按规律执行，而人工作的时候总会有一些错误发生，这些错误有可能引发危险。
和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我做的是组合机床的组合机床的电气控制系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。
通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
通过此次课设，让我了解了plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。
最后，非常感谢老师的指导和同学们的帮助！

参考文献
1.常晓玲 主编《电气控制系统与可编程控制器》 机械工业出版社；
2.王永华 主编《现代电气控制及PLC应用》；
3.陈立定 等编《电气控制与可编程控制器》华南理工大学出版社 2001年；
4.张 华 主编《电类专业毕业设计指导》机械工业出版社；
5 王炳实 主编《机床电气控制》机械工业出版社；
6马镜澄等编《低压电器》兵器工业出版社；
7李建心主编 《可编程控制器及其应用》机械工业出版社
8李 仁 主编《生产机械的电气控制》机械工业出版社
9徐虎等编《电机原理》机械工业出版社