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1、1成型磨床成型磨床 PLC 控制系统设计控制系统设计一、成型磨床电气控制系统设计任务书一、成型磨床电气控制系统设计任务书1设备概况介绍设备概况介绍本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工，机床有四台电动机拖动，及磨头电动机拖动砂轮高速旋转，采用 JW114(0.6kw),单向连续工作。液压泵电动机拖动油泵向液压系统供油，采用 Y8024(0.75kw) 单向连续工作。磨头升降电动机带动砂轮架上下移动，采用 JW114 正反转工作。吸尘电动机供磨削加工中吸尘用，采用 JW114 驱动。加工时，工件置于电磁吸盘（36V/1.2A）上，加工完毕退磁取下工件。2设计要求设计要求1) 为调整砂轮位置，磨头升
2、降采用点动控制。为了停位准确，应有制动控制（采用能耗制动） 。上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。2)磨头砂轮运转与电磁吸盘之间，应有电气连锁环节，其要求是：只有在电磁吸盘通电并处于充磁吸着工件时，才能启动砂轮电动机。磨削中，一旦发生失磁，砂轮电动机应自动停止运转，以确保安全。为了修整砂轮，在吸盘不通电时，应能单独启动砂轮电动机。3)要有照明和必要的灯光显示。4) 设置必要电气保护与联锁。二、成型磨床二、成型磨床 PLC 电气控制系统总体设计过程电气控制系统总体设计过程1总体方案说明总体方案说明1) 油泵电动机、磨头电动机、磨头升降电动机、吸尘电动机分别由电动机M1
3、、M2、M3、MA4 拖动。2)砂轮位置调整，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有采用能耗制动。3) 上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。4)采用热继电器实现过载保护，用以完成各个电动机系统的过载保护。5) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器，实现短路保护。6) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用 BVR 型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。7) PLC 选用继电器输出型。28) PLC 自身配有 24V 直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC 接地提高抗干扰能力。2PLC 成型磨床电气控制原理
4、图设计成型磨床电气控制原理图设计(1) 主电路设计主电路设计 成型磨床电气控制系统主电路如图 1-2 所示。图 1-2 成型磨床电气控制系统主电路1) 主回路中交流接触器 KM1、KM2、分别控制油泵电动机 M1、砂轮电动机 M2 和吸尘电动机 M3；交流接触器 KM3、KM4 控制、磨头电动机 M4 升降。2) 电动机 M1、M2、M3、M4 由热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4 实现过载保护。3) QG 为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4) 熔断器 FU1、FU2、FU3 分别实现各负载回路的短路保护。FU4、FU5 分别完成交3
5、流控制回路和 PLC 控制回路的短路保护。(2) 主要参数计算主要参数计算1) 断路器 QG 为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的 1.7 倍整定。成型磨床有 0.8kW 负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为 0.6kW，起动电流较小，而且工艺要求 4 台电动机单独起动运行，因此可根据 0.8kW 电动机选择自动开关 QG 脱扣电流 IQG：IQG1.7IN，选用 IQG的断路器。2) 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。以曝气风机为例，IFU2IN，选用 IFU的熔体。其余熔体额定电流的选择。3) 热继电器的选择请参考有关技术手
6、册，负载额定电流的 1.2 倍。4)能耗制动参数计算制动电流 ID1.5IN直流电压 UDRID 整流变压器二次侧交流电流 I2 ID /0.9电压 U2UD/0.9整流变压器容量 S= I2 U2(3) PLC 控制电路设计控制电路设计 包括 PLC 硬件结构配置及 PLC 控制原理电路设计。1) 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的 PLC 机型及外设，完成 PLC 硬件结构配置。1.1 控制系统的控制系
7、统的 I/O 点及地址分配点及地址分配表 1-1 和表 1-2 分别为成型磨床电气控制系统 PLC 输入和输出接口功能表。表 1-1 成型磨床电气控制系统 PLC 输入接口功能表序号名称文字符号输入口1油泵电动机启动按钮SB1X02油泵电动机停止按钮SB2X13磨头砂轮电动机启动按钮SB3X24修整砂轮启动按钮SB4X35磨头砂轮电动机停止按钮SB5X446磨头上升点动按钮SB6X57磨头下降点动按钮SB7X68磨头上升极限位置行程开关SQ1X79磨头下降极限位置行程开关SQ2X1010电磁吸盘断电按钮SB8X1111电磁吸盘充磁按钮SB9X1212电磁吸盘退磁点动按钮SB10X1313照明开
8、关SA1X1414欠电压保护开关SA2X15表 1-2 成型磨床电气控制系统 PLC 输出接口功能表序号名称文字符号输入口1油泵电动机启动接触器KM1Y02磨头砂轮电动机启动接触器KM2Y13磨头上升点动启动接触器KM3Y24磨头下降点动启动接触器KM4Y35能耗制动启动接触器KM5Y46电磁吸盘充磁接触器KM6Y57电磁退盘充磁接触器KM7Y68电磁铁YA1Y79充磁与退磁指示灯HL1Y1010磨头升降指示灯HL2Y1111磨头砂轮运转指示灯HL3Y1212油泵电机工作指示灯HL4Y1313照明灯EL1Y141.2 制定电气元件目录表制定电气元件目录表表 1-3 成型磨床电气控制系统元器件目
9、录表序号文字符号名 称数量规格型号备 注1M1电动机1J802-4(0.75kw)三相交流异步电动机2M2 、M3、 M4电动机3JW11-4三相交流异步电动机3FR1FR4热继电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流4FU1熔断器3RL1-15熔体 210A5FU2、FU3熔断器2RT16-32X熔体 2A6QG断路器1C45AD脱扣电流 10A7SB1油泵电动机启动按钮1LAY37绿色8SB2油泵电动机停止1LAY37红色5按钮9SB3磨头砂轮电动机启动按钮1LAY37绿色10SB4修整砂轮启动按钮1LAY37绿色11SB5磨头砂轮电动机停止按钮1LAY37红色12SB6磨头上升点动按
10、钮1LAY37绿色13SB7磨头下降点动按钮1LAY37绿色14SQ1磨头上升极限位置行程开关1LAY37上极限位置保护15SQ2磨头下降极限位置行程开关1LAY37下极限位置保护16SB8电磁吸盘断电按钮1LAY37红色17SB9电磁吸盘充磁按钮1LAY37绿色18SB10电磁吸盘退磁点动按钮1LAY37黄色19SA1照明开关1LAY37-D2黑色20KM1油泵电动机启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V21KM2磨头砂轮电动机启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V22KM3磨头上升点动启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V23KM4磨头下降点动启动接触器1DJX-9线圈电
11、压：AC220V24KM5能耗制动启动接触器1DJX-9线圈电压：DC36V25KM6电磁吸盘充磁接触器1DJX-9线圈电压：DC36V26KM7电磁吸盘退磁接触器1DJX-9线圈电压：DC36V27KV1欠电压继电器1JT3线圈电压：DC36V28HL1HL4指示灯4AD16-22指示灯电压，DC6.3V29EL1照明灯1JL40A照明灯电压，DC36V30HL5电源指示灯1AD16-22指示灯电压，AC220V31TC隔离变压器1BK-100380v/135v32YA电磁铁1DJX-9线圈电压：DC36V61.3 PLC 系统选型系统选型从上面分析可知道，系统共有开关量输入点 14 个，开
12、关联输出点 14 个，所以选用FX2N-48 继电器输出型。(4)绘制绘制 PLC 控制接线图控制接线图1) 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路原理图，绘制 PLC 控制电路。图 1-3 为成型磨床 PLC 控制电路原理图。2) KM3 和 KM4 接触器线圈支路与 KM6 和 KM7 接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。3) PLC 输入回路中，信号电源由 PLC 本身的 24V 直流电源提供，所有输入 COM 端短接后接入 PLC 电源 DC24V 的（）端。输入口如果有有源信号装置，根据驱动的负载的电压来选择合适的交、直流电源。4) PLC 采用继电器输出，
13、每个输出点额定控制容量为 AC250V，2A。5) 根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC 控制回路、各种保护联锁电路、PLC 控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。7图 1-3 成型磨床 PLC 控制电路原理图(5) PLC 控制程序设计控制程序设计1) 程序设计。根据控制要求，建立成型磨床控制流程图，如图 1-4 所示，表达出各控8制对象的动作顺序。2) 系统静态调试。空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否正确。调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及时分析、调整程序或参数。3) 系统动态调试及运行
14、。在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态， 。遇到问题及时停机，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改进。设计程序设计注意事项：1）遵循梯形图设计基本原则,在不增加硬件元器件的基础上运用一些辅助元件和触点使电路结构清晰；2)分离交织在一起的电路，载体信徒设计时，将各线圈的控制电路分离开，这样处理增加了触点，电路会跟清晰；3）中间单元的设置，在梯形图中设置该电路控制的辅助继电器；4）复杂电路的等效设计；5）尽量减少 PLC 的输入信号和输出信号:6)一个输入继电器的常开或常闭触点可以多次使用；7）软件互锁与硬件互锁；8）梯形图电路优化设计。PLC 外部电源
15、的设定：外部电源的设定：输出端应根据外部负载额定电压设定，还要设定必要的短路保护；输入端电源由 PLC 自身 24V 直流电源提供。9点动磨头下降到预定位置，为磨削工作准备启动油泵电动机，磨头砂轮电动机，及吸尘电动机平面加工完成？位置 1点动磨头上升到位置 2结束 停止油泵电动机，磨头砂轮电动机，及吸尘电动机退磁充磁？欠电压继电器得电接通电源断开电源NYY NNYYYN图 1-4 成型磨床 PLC 控制流程图10成型磨床 PLC 控制程序如图 1-5 所示。图 1-5 成型磨床 PLC 控制梯形图程序11程序清单：图 1-6 成型磨床 PLC 控制指令程序12三成型磨床电气控制工艺设计三成型磨
16、床电气控制工艺设计按设计要求设计绘制电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线图。1) 先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及控制面板上应安装的电器元件。本系统在成型磨床现场设计安装的电器元件和动力设备有：电动机等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、中间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋钮开关、各色指示灯等。2) 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图，如图 1-6图 1-7 所示。进出引线采用接线端子板连接，接线图略。3) 依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸，绘制电器板（绝缘板、镀锌铁板或架） 、控制面板（有机玻璃板、铝板或铁板等） 、垫板（有机械强度的绝缘板或镀锌板）等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、安装孔径、定位尺寸与公差、板材厚度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图从略。4) 依据电器安装板、控
