PLC改造铣床的毕业设计.doc
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1、中国工程物理研究院工学院毕 业 设 计 任 务 书题 目 PLC改造铣床 指导教师 学生姓名 专 业 电气自动化技术 班 级 2006级电气(2)班 日 期 2008年12月 系 主 任 批 准(签字) 年 月 日目 录1 绪论 1.1 概述PLC 2 1.2 简述PLC对铣床的控制 2 2方案设计 2.1工业计算机控制系统简介 32.2 PLC程序控制系统简介 32.3 确定控制方式 33 PLC的介绍 3.1 PLC的安装与抗干扰措施 33.2 PLC程序的执行过程 43.3 PLC的应用领域和发展趋势 43.4欧姆龙公司的CP1H介绍 54 控制要求和流程图 4.1. 铣床的控制要求 6
2、 4.2 流程图 75 硬件系统 5.1铣床的输入输出配置 75.2 铣床的I/O分配图和主电路 85.3电器元件设备的选择 96 软件系统 6.1.主轴电动机M1的控制 116.2.进给运动的控制 126.3 圆工作台的控制 146.4. 冷却泵电动机的控制与工作照明 147 维护和故障检查 7.1 可编程序控制器的维护 147.2可编程序控制器的故障检查 148 总结 9 致谢词 10 参考文献 11 附件 PLC对铣床的改造姓名 刘真波 指导教师:梁林系部名称:电子系 专业:电气自动化摘要: 此次设计是利用PLC控制原理来实现对铣床控制电路的改造,PLC是现在运用最广泛的设计程序,它运用
3、起来简单、有效、方便,快捷,而且便于维修,所以此次设计,我使用它。在很多在设计时要确定其 I/O分配图、指令表和元件的配置,其程序要实现的机床的六个方向进给,实现冷却电机和主电机的控制。关键词: PLC、CP1H、X62W卧式万能铣床1 绪论 1.1 概述PLC PLC是一种数字式运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计,它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算顺序控制顶时记数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程. 它的主要功能:步进顺序控制;限时控制;条件控制;计数控制;模/数和数/模转换;数据处理;通信和联网;冗余控制;监
4、控功能及显示打印和报警对数据和程序进行硬拷贝等功能. 它的主要特点: 与继电器控制逻辑相比较;PLC连线少体积小,继电器受制约接通的时间短,PLC控制速度快,受条件影响少,PLC可现场施工和控制逻辑设计可同时进行,周期短,调时和修改方便且具有技术可靠性高,自检和监测功能,但价格高于继电器控制. 与微型计算机相比较:PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统,结构简单,抗干扰能力强,易于学习和掌握,价格也比一般微机系统便宜.与单板计算机比较:PLC是专用机,它的功能在不断的增强,更多的采用微机技术.1.2 简述PLC对铣床的控制 随着机电一体化技术的发展,可编程控制器(PLC)日益广泛应用
5、于机械加工设备等的电气控制系统中。应用PLC对现有的机械加工设备的电气控制系统进行改造,可以把机械加工设备的功能、效率、柔韧性提高到一个新的水平,大大地改善产品的加工质量,降低设备故障率,其经济效益是十分的可观。传统的机床控制系统都是采用继电器接触器等远器件组构成硬件逻辑控制电路,不但接线复杂,而且经常出现故障,可靠性较差。与传统的继电器接触器电气控制系统相比,PLC控制具有可靠性高、开发周期短及故障自诊断等优点,特别适用于机床的控制和故障自诊断系统,可以大为减少继电器等硬件逻辑元件的数量,提高电气电气控制系统的稳定性和可靠性,从而提高产品的品质和生产效率。用PLC控制系统替代体积大、投资大、
6、耗能大的继电器-接触器控制系统是今后机床电气控制系统发展的趋势。 铣床使旋转的铣刀在工件上平移,可以加工槽、平面、斜面及成型表面等,是一种较为精密的加工设备。X62W万能铣床由底座、床身、主轴、横梁、刀杆、升降台、横溜板、回转盘和工作台组成。工件放置在工作台上,工作台可以纵向移动。工作台放置在可以转动的回转盘上,回转盘放置在可以横向移动的横溜板上,而横溜板又放置在可以上下移动的升降台上。因此工作台能够前后左右上下多个方向运动。工作台的运动方式分3种:手动、常速进给和快速移动。进给电动机为进给运动和快速移动提供动力,通过机械挂挡实现不同的运动速度。铣床的主轴运动为铣刀的转动,由主轴电动机提供动力
7、。加工过程中不需要改变转向及速度。铣床共有3台电动机,分别是主轴电动机M1、冷却泵电动机M2和进给电动机M3。M1由接触器KM1控制电源的通断,M2受接触器KM1的控制,同时受手动转换开关QS2控制,M3受正转接触器KM3和反转接触器KM4的控制,铣床电路中有三台变压器,分别为照明电路、直流电磁离合器和控制电路提供36V和127V交流电源。电磁离合器控制电路中,变压器T2提供的36V电源经桥式整流整流成直流。当停止按钮按下,电磁离合器动作对主轴电动机进行动作,提高铣床的操作速度。当快速进给按钮没按下,接触器KM2处于释放状态,电磁离合器得电吸合,带动铣床机械换挡装置,铣床按正常速度做进给运动。
8、控制工作台的纵向经给的手柄有向左,向右和停止3个挡位。需要工作台向左进给时,手柄打向左侧,然后按下M3的正转按钮 2 方案设计2.1 工业计算机控制系统简介 工业控制机的工作方式和硬件配置与通用计算机基本相同,但需要生产过程通道,以便于控制对象联系。它的控制可靠想高,有快速实时响应和完善是中断系统。以便于及时控制和在发生异常现象或故障时易于处理,但价格高。2.2 PLC程序控制器简介PLC是一种数字式的自动控制装置,它能实现逻辑控制,顺序控制,定时、计数及算术运算。用户可按各自的要求编写程序,存入PLC的ROM中,通过数字量和模拟量的输入及输出接口,去控制生产设备或生产过程,PLC的特点是:可
9、靠性高、体积小、编程容易、能与现场信号直接连接,安装简单、维修方便、价格低等优点。2.3 确定控制方式1. 从价格比上看:业控制最高,PLC第二、单片机第三2. 从工作环境上看:工业控制于PLC相同,单片机次之3. 从应用是数量程度上看:PLC最多、单片机与工业控制相同基于上述原因选择PLC程序控制器,对铣床进行控制进行改造。3 PLC的介绍3.1. PLC的安装与抗干扰措施3.1.1 安装环境与注意事项:环境温度要适当,安装时应远离热源,避免太阳光直接照射,注意散热通风,注意防潮、防火、防腐、防震,PLC最好置于有保护型外壳的控制柜内,而且PLC固定要牢靠。PLC应尽可能远离高压电源线或高压
10、设备,以免电磁干扰。3.1.2输入端子的接线与注意事项:PLC输入端子板上的各端输入端与公共端子COM一旦连接起来,输入则接通。当基本单元的各个COM端子已连接在一起时,基本单元的COM端与扩展单元的COM端应在外部连接起来。PLC的输入额定电流为TMA,PLC所能接受的脉冲信号宽度应大于扫描周期的时间。PLC中的光电开关,接近开关具有感应驱动。感应器件应接于+24与GND接线端之间,这时输出电流为0.1A以下,输入线一般不超过30米。输入输出不能用同一条电缆,并且要分开走线,也应与高压电线分开走。输入端的COM不能与输出的COM端相连。3.1.3输出端子的接线与注意事项:将PLC输出端子板上
11、的输出端子驱动的负载(线圈或指示灯)用产电源和公共端子COM连接起来。抑制干扰,对于交流负载可采用阻容吸收。对直流负载可并接池仪二极管。对于那些可能对PLC会造成损坏的负载,PLC触点以外的触点串接于负载电路中,则外部触点应接在负载侧。3.2 PLC程序的执行过程PLC程序的执行分为三个阶段:输入采样阶段在程序指令被执行以前,将所有输入信号的状态(ON/OFF)写入到输入映像寄存器中。程序执行阶段顺序执行程序。每执行一条指令时,所需要的输入状态或其它元素的状态分别由输入映像寄存器或元素映像寄存器中独处,而将执行结果写入到元素映像寄存器中。输出刷新阶段当整个程序执行完以后,将输出元素映像寄存器的
12、ON/OFF状态传送到输出锁存电路,这就是PLC输出端的实际输出。PLC重复执行以上3个阶段,每重复一次的时间就是程序的一个扫描周期。3.3 PLC的应用领域和发展趋势3.3.1 PLC的应用领域可编程序控制器是一种很有特色和发展前途的新型工业控制系统装置,它不仅可代替传统的继电器控制系统,使硬件软化,加上它具有运算、计算、通信和联网等功能,还可用于输入和输出点数较多、控制要求较复杂的工业场合。目前在各行各业中得到广泛的应用,例如在电力工业中,用于电厂输煤系统、锅炉燃烧系统、汽轮机和锅炉的启动及停止系统、废水处理系统、发电机和便于其监控系统等;在冶金工业中,用于轧钢机、高炉冶炼、配料、钢板卷取
13、控制,包装、进出料场控制等;在机械工业中,用于数控机床、机器人、自动仓库控制,电镀生产线控制、热处理控制等;在汽车工业中,用于自动焊接控制,装配生产线、喷漆流水线控制等;在食品工业中,用于制罐机控制、饮料罐装生产线控制、产品包装控制等;在化学工业中,用于化学反应槽控制、橡胶硫化机控制、自动配料控制等;在公共事业中,用于电梯控制、大楼防灾系统控制、交通灯控制等。如果按应用类型来划分,可编程序控制器的应用可划分以下几个类型:1. 开关逻辑和顺序控制:这是可编程序控制器最基本的控制功能,在工业场合应用最广泛,可代替继电器控制系统。开关量逻辑控制不但能用于单台设备,而且可用于生产线上。2. 过程控制:
14、PLC通过模拟量I/O模块,可对温度、流量、压力等连续变化的模拟量进行控制,大中型PLC都具有PID闭环控制功能并已广泛地用于电力、化工、机械、冶金等行业。3. 运动控制:PLC可应用于对直线运动或圆周运动的控制,如:数控机床、机器人、金属加工、电梯控制等。4. 多极控制网络系统:PLC之间、PLC与计算机之间及其他智能控制设备之间可以联网通信,实现远程数据处理和信息共享,从而构成工厂CIMS/CIPS系统。3.3.2 PLC的发展趋势PLC是一门综合技术,其发展与微电子技术和计算机密切相关。随着可编程序控制器应用领域的不断扩大,它本身也在不断的发展。目前,PLC主要朝两个方向发展:小型化方向
15、发展:小型PLC的基本特点是价格低廉、经济可靠,适用于回路或设备的单机控制,便于“机电仪”一体化,但免不了要牺牲一些用户使用的方便性。既要简单经济,又要不断增强功能和使用的方便性是小型PLC的发展方向。大型化发展方向主要有以下几个方面:1. 功能不断增强:不仅具有逻辑运算、计算、定时等基本功能,还具有数值运算、模拟调节、监控、记录、显示、与计算机接口、通信等功能。 网络功能是PLC发展的一个重要特征。各种个人计算机,图形工作站、小型机等都可以作为PLC的监控主机或工作站。这些装置的结合能够提供屏幕显示、数据采集、记录保持、回路面板显示等功能。大量的PLC联网及不同厂家生产的PLC兼容性增加,使
16、得分散控制或集中管理都能轻易的实现。2. 应用范围不断扩大:不仅能进行一般的逻辑控制,种类齐全的接口模块还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。用于过程控制的PLC往往对存储器容量及速度要求较高,为此,开发了高速模拟量输入模块,专用独立的PID控制,多路转换器等,使得数字技术和模拟量技术在可编程序控制器中得到统一,采用软件、硬件相结合的方法,使得编程和接线都比过去用常规仪表控制要方便得多。3. 性能不断提高:采用高性能微处理器,提高处理速度,加快PLC的响应时间;为了扩大存储容量,许多公司已使用了磁泡存储器或硬盘;采用多处理器技术,以提高性能;采用冗余热备用系统或三选二表决系统,以提
17、高系统可靠性。4. 编程软件的多样化和高级化、标准化:采用多种编程语言,有面向顺序控制的步进顺序语言和面向过程控制系统的流程图语言,后者是一种面向功能块的语言,能够表示过程中动态变量与信号的相互连接。5. 构成形式的分散化和集散化:PLC与I/O口分散,分散的每个I/O口输入输出点数可以少到几十个点,分散的单元可以是几十个或上百个,通信和网络功能逐步增强。3.4 欧姆龙公司的CP1H介绍3.4.1 基本性能1. 处理速度:基本指令0.1us,特殊指令0.3 us。2. I/O容量:最多7个扩展单元,开关量最大320点,模拟量最大37路。3. 程序容量:20K步。4. 数据容量:32 K字。5.
18、 机型类别:本体40点,24点输入,18点输出,输出和晶体管输出可选。3.4.2 特殊功能1. 4轴脉冲输出:100KHZ2和30 KHZ2(X型和XA型),最大1MHZ(Y型)2. 4轴高速计数:单向100KHZ或相位差50 KHZ4(X型和XA型),最大 1MHZ(Y型)3. 内置模拟量:4输入,2输出(XA型)3.4.3通信功能1. 通信接口:最大2个串行通信口(RS232A或RS422)(428任可选),本体附带一个USB编程端口。2. 通信功能:上位链接,无协议通信,NT链接( 1N),串行网关功能,MOdBus-RTV简易主站。3.4.4其他功能1. 模拟量输入手动设定2. 2位7
19、段码发光二极管显示故障信息。3. 支持欧姆龙中型机CJ1系列,高功能模块(最大2块)。4. 支持FB/ST编程,利用欧姆龙的SmartFB库,与CI1/CS1系列程序统一,可以互换。基于以上分析,铣床系统采用欧姆龙的CP1H系列。4 控制要求和流程图4.1. 铣床的控制要求X62W万能卧式铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求,所以主轴与工作台各自采用单独的笼型异步电动机拖动。主轴电动机M1是在空载时直接启动,为完成顺铣和逆铣,要求有正反转。可根据铣刀的种类预先选择转向,在加工过程中不变换转向。 为了减小负载波动对铣刀转速的影响以以保证加工质量,主轴上装有飞轮,其转动惯量较大,要求主
20、轴电动机有停车制动控制,以提高工作效率。工作台的纵向、横向、垂直三个方向的进给运动由一台进给电动机M2拖动,三个方向的选择,由操作手柄改变传动链来实现。每个方向有正反运动,要求M2能正反转。同一时间只允许工作台向一个方向移动,故三个方向之间有连锁保护。为了缩短调整运动时间,提高生产效率,工作台应有快速移动控制,采用快速电磁铁吸合来改变传动链的传动比来实现。使用圆工作台时,要求圆工作台的旋转运动与工作台的上下、左右、前后三个方向的运动之间有联锁控制,及圆工作台旋转时工作台不能向其他方向运动。7.根据工艺要求,主轴旋转与工作台的进给应有先后顺序控制,及进给运动要在铣刀旋转之后才能进行,加工结束必须
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