应用PLC改造普通车床的电气控制新版系统.doc
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1、毕业设计任务书课题名称: 应用PLC改造一般车床电气控制系统 学生姓名 潘际林 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 论文写作时间 .03.09-.06.10 指导老师 严爱平 目 录 摘要序言第一章 绪论11.1一般机床发展历史及应用11.2 PLC基础知识21.3采取PLC改造C650车床意义4第2章 C650车床关键结构和控制要求52.1 C650车床关键结构52.2电气控制线路分析7 2.2.1 主电路分析7 2.2.2 控制电路分析92.3整机线路联锁和保护13第3章 PLC介绍及控制原理133.1 PLC发展历史133.2 PLC系统143.3 PLC基础结构153.3.1 中央
2、处理器(CPU)153.3.2存放器163.3.3输入输出接口电路163.4 PLC工作原理17 3.4.1输入采样阶段17 3.4.2用户程序实施阶段18 3.4.3输出刷新阶段193.5 PLC选型19第4章 改造车床C650硬件设计204.1 用PLC控制车床优点及意义204.1.1 控制方法204.1.2 工作方法204.1.3 控制速度214.1.4 定时和计数控制214.1.5 可靠性和可维护性214.2统计I/0点数224.3 I/O分配表及外部硬件接线图23第5章 控制C650车床软件设计255.1 改造C650梯形图255.2 梯形图分析275.3 产品调试28结 论28致
3、谢30参考文件31摘 要针对现有一般车床C650车床存在缺点提出PLC改造方案和基于控制系统设计,提升了机床加工精度,扩大了机床使用范围,并提升了生产率。本论文说明了一般车床数控化改造设计过程,较详尽地介绍了怎样采取PLC控制一般C650车床。如PLC选型、PLC基础机构和工作原理,存放器和I/O扩展电路设计、一般车床C650关键结构和控制要求,其它辅助电路设计、系统管理程序、零件加工源程序输入处理程序、。本设计采取三菱FX2N系列PLC控制系统,由I/O接口输出步进脉冲,经一级齿轮传动减速后,带动滚珠丝杠转动,从而实现纵向、横向两轴联动进给运动。改造后机床在实现机床原有功效基础上还增加了自动
4、加工、自动换刀等多个功效。可编程控制器(PLC)是在继电器控制和计算机控制基础上开发工业自动化控制装置,是一个数字运算操作电子系统,专门为在工业环境下应用设计,它含有可靠性高、设计施工周期短、维修方便,价格也很廉价等优点。关键词:数控机床,可编程控制器, 梯形图前 言自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)替换传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC功效也不停完善,今天PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分关键作用。车床是最常见一个机床,它主运动为主轴回
5、转运动,刀架移动为进给运动,车削加工通常不要求反转,但加工螺纹时,为避免乱扣,需要反转退刀,并确保工件转速和刀具移动速度之间含有严格百分比关系,溜板箱和主轴箱之间经过齿轮传动系统连接,C650卧式车床是其中较为常见一个、其原控制电路为继电器控制、接触触点多、故障多、操作人员维修任务较大。针对这种情况,我们用PLC控制改造其继电器控制电路,克服了以上缺点,降低了设备故障率,提升了设备使用效率,运行效果良好。机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术产物,是经典机电一体化产品。它出现及所带来巨大效益,引发世界各国科技界和工业界普遍重视。发展数控机床是目前中国机械制造业技术改造必由
6、之路,是未来工厂自动化基础。第一章 绪论1.1一般机床发展历史及应用现在,优异制造技术已广泛应用到工业、民用各个领域中,如汽车制造、船舶制造、石油化工等。计算机技术飞速发展使优异制造技术发展如虎添翼,并有了质飞跃。所以,市场对优异制造技术中生产设备数控机床需求也大大提升。 数控机床是装备制造业工作母机,是实现制造技术和装备现代化基石,是确保高新技术产业发展和国防军工现代化战略装备。现在,因为中国数控机床产业发展相对滞后,已经制约了整个装备制造业发展,直接影响到国防军工产业安全。中国外装备制造业发展经验表明,发展装备制造业,数控机床是基础。“十五”期间,中国机床工业连续几年快速发展,中国机床产值
7、已从“九五”末期世界第八位,跃居到世界第三位。在全球提倡绿色制造大环境下,机床数控化改造成为了热点。 众所周知,中国机电行业拥有机床结构比较陈旧,操作系统复杂,控制系统落后,生产效率低下,假如购置新数控机床取而代之,显然耗资巨大,不符合国情。所以,采取数控技术对现有机床进行改造,符合国家产业政策。另外,从市场容量来讲,不管是汽车制造业、模具制造业,还是军工企业,机床数控化改造全部蕴藏着无限商机。 伴随社会生产和科学技术快速发展,机械产品性能和质量不停提升,改型频繁,数控机床在机械制造中地位越来越关键。在中国,现在各企业有大量一般机床,但绝大多数设备落后,技术陈旧,完全用数控机床替换根本不大可能
8、,而且替换又造成很大浪费,所以针对生产中旧设备进行数控改造,有着十分现实意义,数控改造一次性投资较少,而且对机床增加很多个性能,使得加工质量稳定,生产率得到提升。 机床数控化改造关键是针对数控系统、伺服系统、辅助控制系统和液压系统改造。因为数控机床本身是机电液一体化、结构复杂产品,所以在改造中是否根据正确计算方法计算,是否根据规则、要求选择改造方案和元器件类型是决定改造后机床性能、运行精度、加工质量和可靠性关键原因。1.2 PLC基础知识PLC汉字名称为可编程控制器,是一个专门为工业环境下应用设计控制器,集计算机技术.控制技术,通信技术于一体。PLC是一个数字运算电子系统,专为工业环境下应用而
9、设计。它采取可编程程序存放器,用来在其内部存放实施逻辑运算,次序运算,定时,计数和算术运算等操作指令,并经过数字或模拟式输入和输出,控制多种类型机械或生产过程。图11 PLC基础结构PLC用梯形图编程,在解算逻辑方面,表现出快速优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把全部输入全部当成开关量来处理,16位为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量运算。把计算结果送给PLC控制器。相同I/O点数系统,用PLC比用DCS,其成本要低部分。PLC没有专用操作站,它用软件和硬件全部是通用,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC控制器,能够接收几千个I/O点。假如被控对象关键是设备
10、连锁、回路极少,采取PLC较为适宜。PLC因为采取通用监控软件,在设计企业管理信息系统方面,要轻易部分。1.3 采取PLC改造C650车床意义 可编程控制器是在继电器控制和计算机技术基础上,逐步发展起来以微处理器为关键,集微电子技术、自动化技术、计算机技术通信技术为一体,以工业自动化控制为目标新型控制装置。它含有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多一个设备。教授认为,可编程控制器将成为以后工业控制关键手段和关键基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产三大支柱。因为PLC含有对使用环境适应性强特征
11、,同时其内部定时器资源十分丰富。 它功效关键是:控制功效、数据采集、储存和处理功效、通信、联网功效、输入/输出接口调理功效、人机界面功效。在系统组成时,可由一台计算机和多台PLC组成“集中管理、分散控制”分布式控制网络,方便完成较大规模复杂控制。 此次设计内容关键是利用PLC(Programmable Logic Controller)对C650型车床电器部分进行改造。首先我对本设计进行总体分析,使自己有一个大致总体概念,然后仔细分析C650车床,对车床主运动和进给运动还有其它辅助运动,进行分析。最终依据控制电路线路图,编译PLC梯形图,编译经过后,利用PLC试验台进行试验仿真。所以使C650
12、车床在完成原有功效特点外,还含有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。第2章 C650车床关键结构和控制要求2.1 C650车床关键结构一般车床是一个应用极为广泛金属切削机床,能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面,并能够经过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。C650卧式一般车床属中型车床,加工工件回转直径最大可达1020mm,长度可达3000mm。其结构关键由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、 1.主轴变速箱 2.溜板和刀架 3.尾座 4.床身 5.丝杠 6.光杠 7.溜板箱 8.进给箱 9.挂轮箱尾架、丝杆和光杆等部分组成。车床有两种运动,一是轴卡盘带动工件旋转运动,称为
13、主运动(切削运动),另一个四溜板刀架顶针带动刀具直线运动,称为进给运动。两种运动由同一电动机带动并经过各自变速箱调整主轴转速或进给速度。另外,为提升效率、减轻劳动强度、便于对刀和减小辅助工时,C650车床刀架还能快速移动,称为辅助运动。C650车床由三台三相笼型异步电动机拖动,即主电动机M1、冷却电动机M2和刀架快速移动电动机M3。图2-1 机床C650实物结构2.2电气控制线路分析2.2.1 主电路分析图2-2是C650车床电气原理图,它能够分为主电路、控制回路两部分。图2-2 车床C650主电路原理图 图2-2中组合开关QS为电源引入开关,空气开关QF为电源总短路保护。FU1为主电动机M1
14、短路保护用熔断器,FR1为其过载保护用热继电器。R为限流电阻,在主轴点动时,限制起动电流,在停车反接制动时,又起限制过大反向制动电流作用。电流表PA用来监视主电动机M1绕组电流,因为M1功率很大,故PA接入电流互感器TA回路。机床工作时,可调整切削用量,使电流表PA电流靠近主电动机M1额定电流对应值(经TA后减小了电流值),方便提升生产效率和充足利用电动机潜力。KM1、KM2为正反转接触器,KM3用于短接电阻R接触器,由它们主触点控制主电动机M1。图2-2中KM4为接通冷却泵电动机M2接触器,FR2为M2过载保护用热继电器。KM5为接通快速电动机M3接触器,因为M3点动短时运转,故不设置热继电
15、器。2.2.2 控制电路分析 图2-3 主电路控制电路a.主电动机点动调整控制当按下点动按钮SB2不松手时,接触器KM1线圈通电,KM1主触点闭合,电网电压经过限流电阻R通入主电动机M1,从而降低了起动电流。因为中间继电器KA未通电,故即使KM1辅助常开触点(7-8)已闭合,但不自锁。所以,当松开SB2后,KM1线圈随即断电,主电动机M1停转。b.主电动机正反转控制主电动机M1额定功率为180W,功率较小,而且为轻载开启,所以起动电流小,所以,在非频繁点动通常工作时,仍然采取了全压直接起动。当按下正向起动按钮SB3时,SB3闭合,KM3通电,其主触点闭合,短接限流电阻R,另有一个常开辅助触点闭
16、合,使得KA通电,其常开触点闭合,使得KM3在SB3松手后也保持通电,进而KA也保持通电。其次,当SB3还未松开时,SB3闭合,因为KA另一常开触点已闭合,故使得KM1通电,其主触点闭合,主电动机M1全压起动运行。KM1辅助常开触点也闭合。这么,当松开SB3后,因为KA二个常开触点保持闭合,故可形成自锁通路,从而KM1保持通电。在KM3得电同时,通电延时继电器KT通电,其作用是使电流表避免起动电流冲击。正转时关键元器件动作情况以下:3#线 SB3常开 KM3,KT线圈 6# FR1常闭 0#线,KM3得电吸合,主触点短接制动电阻R,、KT得电吸合。3#线 KM3常开 KA线圈 0#线,KA得电
17、吸合。3#线 SB3常开 KA常开 KM2常闭 KM1线圈 6# FR1常闭 0#线,KM1得电吸合,主触点闭合,主电机正向起动。图2-3中SB4为反向起动按钮,反向起动过程同正向时类似。主电动机反接制动控制C650车床采取反接制动方法,用速度继电器SR进行检测和控制。假设原来主电动机M1正转运行着,则SR正向常开触点SR-1闭合,而反向常开触点SR-2仍然断开着。当按下反向总停按钮SB1后,原来通电KM1、KM3、KT和KA就随即断电,它们全部触点均被释放而复位。然而,当SB1松开后,反转接触器KM2立即通电,电流通路是:2#线 SB1常闭触点 KA常闭触点 SR正向常开触点SR-1 KM1
18、常闭触点 KM2线圈 FR1常闭触点 0#线这么,主电动机M1就被串电阻反接制动,正向转速很快降下来,当降到n120rmin,SR正向常开触点SR-1断开复位,从而切断了上述电流通路。至此,正向反接制动就结束了。反向反接制动过程同正抽时反接制动过程类似。(3)刀架快速移动和冷却泵控制3图2-4 刀架及冷却泵控制电路刀架及冷却泵控制电路图2-4所表示。转动刀架手柄,限位开关SQ被压动而闭合,使得快速移动接触器KM5通电,快速移动电动机M3就起动运转,而当刀架手柄复位时,M3随即停转。冷却泵电动机M2起停按钮分别为SB6和SB5。2.3整机线路联锁和保护 由KM1和KM2各自常闭触点串接于对方工作
19、电路以实现正反转运行互锁。由FU及FU1FU6实现短路保护。由FR1和FR2实现M1和M2过载保护(依据M1和M2额定电流分别整定)。KM1KM4等接触器采取按钮和自保控制方法,所以使M1和M2含有欠电压和零电压保护。 第3章 PLC介绍及控制原理3.1 PLC发展历史自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)替换传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC功效也不停完善。伴随计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术不停发展和用户需求不停提升,PLC在开关量处理基础上增加了模拟量处理
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