深孔钻床控制系统的PLC设计

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1、毕业设计任务书一、设计题目 深孔钻床的 PLC 控制系统设计二、设计目的1）掌握机床的深孔钻床液压控制的功能。2）掌握深孔钻加工动作流程。3）掌握电气控制元件的选择与计算方法。4）掌握 PLC 的选择与应用。三、设计要求 一台深孔钻床用于零件的深孔加工，实现定时自动排屑。进给速度分为 快进和二次工进，进给采用液压控制。主轴采用 2000kW 电机，液压系统是 1000W 电机，设计要求：1）钻头作往复运动，并且时间可调。采用直流 220V 电磁阀，行程开关作位 置检测。2）液压泵电动机启动后才能启动主轴电动机。3）有工作状态指示及照明。4）有必要的电气保护和液压压力保护，极限行程保护。5）设计

2、与绘制电气控制原理图，元件安装布置图、接线图。6）绘制梯形图与语句表。四、毕业设计说明书（ 15000 字以上）。1）设计题目2）控制原理说明设计方案论证3）主要器件选择依据与计算4）设计总结及改进意见5）主要参考资料五、参考文献工厂电气控制技术 机械工业出版社 主编 方承远工厂电气控制设备 机械工业出版社 主编 许廖机床电气控制技术 机械工业出版社 主编 王炳实可编程序控制器的应用技术 机械工业出版社 主编 王兆义崔亚军可编程序控制器的原理及程序设计 电子工业出版社 主编目录目录1第1 章 绪论41.1深孔钻床控制系统的PLC设计的目的和意义41.2 深孔钻床的控制系统历史发展41.3深孔钻

3、床控制系统的PLC设计原理4第2 章 系统设计方案研究62.1 方案一设计62.2 方案二设计62.3深孔钻床控制系统的PLC设计参数62.4 本课题完成的主要任务7第3 章 机床低压电器及液压元件的选择83.1 常用低压电器83.1.1 主令电器83.1.2 控制电器83.1.3 保护电器103.1.4配电电器113.2 常用液压元件11第4 章 深孔钻床控制系统的设计144.1 主回路设计144.2 液压传动及控制电路的设计164.3 辅助照明电路设计174.4 自动排屑部分结构设计18第5 章 深孔钻床的 PLC 设计 215.1 可编程控制器的基本结构215.2 PLC的工作原理235

4、.3 PLC的工作过程235.4 PLC的主要技术指标245.5深孔钻床控制系统的PLC设计245.6 系统调试31结 论33致谢34参考文献35附录36第 1 章 绪论11深孔钻床控制系统的PLC设计的目的和意义用 PLC 设计深孔钻床的控制系统可以缩短钻床的加工时间，提高其加工效 率。将 PLC 技术运用到钻床上，能够使用户程序的编制清晰直观的显示出来，并 且容易调试和差错，使钻床的操作更加方便快捷、安全可靠；实现钻床的自动化 生产能力，节约人力资源。同时也是为了能够保证产品质量，实现快速的批量生 产，以及便于维护和升级机床。在本课题中，用 PLC 来设计深孔钻床的控制系统，可以让我们熟练

5、地掌握深 孔钻床的加工流程,掌握各种电器的选择及应用，以及加深对PLC的了解和使用。 深孔钻床的进给传动是液体压力传动，因此，液体传动的相关知识我们也要学习， 和掌握各液压元件的原理及使用。1.2深孔钻床的控制系统历史发展19 世纪末,在生产机械的拖动系统中,电动机逐渐代替了蒸汽机,出现了 电力拖动。随着生产实践的需要与发展,20 世纪 20 年代电力拖动方式由集中拖 动发展为单独拖动。在电力拖动方式的演变过程中,电力拖动的控制方式也由手 动控制逐步向自动控制方向发展。在这种大格局的发展下,深孔钻床也在逐步由 手动控制向自动控制的方向上发展。 70 年代以来,随着可编程序控制器(Program

6、mable Controller)的出现，机械化生产的控制模式逐渐的向自动化、 智能化发展。为了提高生产效率和保证产品质量,深孔钻床的控制系统也就由以 前的接触器、继电器等手控电器的手控方式逐步的与PLC相结合，实现自动化控 制。13深孔钻床控制系统的PLC设计原理将深孔钻床的加工流程从接触器、机电器等组成的控制系统用编写程序的方 式在PLC上变现出来。即先了解深孔钻床，接着再去选取设当的电器元件，绘制 出深孔钻床的电气原理图(主电路，控制电路，辅助照明电路)，其次选取合适 的液压元件，构建液体传动回路，最后再将深孔钻床的工作流程机器控制系统在PLC上用编程的方式表现出来。输入部分控制部分输岀

7、郡分图1-1 PLC控制系统的基本结构框架图1-2设计流程图第 2章 系统设计方案研究2.1 方案一设计根据深孔钻床的加工流程以及工作环境，将主轴电动机选为直流双速电动 机，功率为2000KW，这样方便于调速；其他电动机采用三相异步交流电动机， 如液压泵电动机1000W，冷却泵电动机100W。启动液压泵电动机后，在手动启动 主轴电动机，冷却泵电动机在需要冷却液时手动启动。2.2 方案二设计根据深孔钻床的加工流程以及工作环境，又考虑到方便设计和以后的维修， 以及对主轴电动机和液压泵电动机的合理控制和安排。主轴电动机、液压泵电动 机和冷却泵电动机都选为三相异步交流电动机，其中，主轴电动机2000K

8、W，液 压泵电动机1000W，冷却泵电动机100W。在启动液压泵电动机以后，由液压进给 系统推动主轴前进，当快要接近工件的加工表面时，主轴电动机自动启动，带动 钻头旋转进行加工。冷却液电动机只能在主轴电动机启动后才能启动，且在需要 冷却时，手动启动。2.3深孔钻床控制系统的PLC设计参数了解深孔钻床的加工环境及其加工零件，正确的选择拖动电动机；如主轴采 用2000KW的三相异步交流电动机，液压泵电机为1000W的三相异步交流电动机, 根据这个，再去正确的选择各种低压电器的型号、规格、及适用范围和使用方法， 如接触器、各种继电器、开关及保护电器。在液压控制中，根据其电动机的功率、 型号来选择液压

9、泵、电磁阀、换向阀等液压控制器件的规格和型号（出于安全考 虑和满足工作要求，液压管道及个阀类内径选为 16mm 的）。考虑到钻头在加工过成中会发热需要冷却措施，应再加上一个冷却泵，其电 动机可选为100W的三相异步交流电动机。根据以上选择的电器和深孔钻床的工作流程，设计并绘制其电气原理图。然 后再根据其工作量和产品质量要求，选择可编程序控制器（即PLC）的型号和规 格，在这里我们选择西门子S7-200CN。由于在整个工作系统中主电路、控制电 路、辅助照明电路和PLC所使用的电压等级和类型都不一样（主电路380V、控 制电路220V、辅助照明电路36V 6V、可编程序控制器PLC为直流24V）,

10、所以, 我们要选择变压器和整流装置，以便方便个电路的使用。2.4本课题完成的主要任务1）设计题目2）深孔钻床的控制原理说明设计3）主要器件的选择依据与计算4）设计总结及改进意见5）主要参考资料第 3 章 机床低压电器及液压元件的选择3.1 常用低压电器低压电器是电力拖动自动控制系统的基本组成元件，控制系统的可靠性、先 进性、经济型与所用的低压电器有着直接关系，作为电气技术人员必须熟练掌握 低压电器的结构、原理，并能正确选用和维护。3.1.1 主令电器主令电器主要用来接通和分断控制电路，是用于发送控制指令的开关电器。1）按钮 按钮是一种短时接通或你断开小电流的手动电器，常用于控制电路中，发出 启

11、动或停止等指令，用以控制控制电器的线圈电流的接通或断开，再由它们去接 通或断开主电路。按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头、静触头和外壳等组成。其字母表示为SB,型号有 LAY3、LAY6、LA10、LA18、LA19、LA20、LA25 等。有常开按钮、常 闭按钮和复合按钮。为了方便操作，通常有很多种不同的颜色。2）位置开关 位置开关又称行程开关或限位开关,可将机械信号转换为电信号,实现对机 械的控制。它是根据运动部件的位置而切换的电器,能实现运动部件的极限保护。 其原理与按钮类似,利用生产机械运动部件的碰压使其触头动作,而将机械信号 转变为电信号。行程开关广泛用于各类机床和起重机械,用以控制其

12、行程、进行 终端限位保护。行程开关主要由触头系统、操作机构和外壳组成。其结构形式有直动式、滚 轮式和微动式三种。其动作后的复位方式有自动复位和非自动复位两种。其型号 有LX19和JLXK1等，字母表示为SQ。3.1.2 控制电器在各种控制电路和控制系统中用于接收和发出通断指令的电器。1）接触器 接触器主要分交流接触器和直流接触器两种，由于机床工业中多使用交流 电，故我们选择交流接触器。交流接触器是机床中电动机控制和信号传递的器件，是连接数控装置、可编 程控制器与强电和执行部件的枢纽，也是发生故障最多的器件之一。交流接触器 由以下四部分组成：电磁机构、触点系统、灭弧装置 其他部件 包括反作用 弹

13、簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。 其工作原理如下：线圈 通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合， 带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点 闭合，互锁或接通线路。线圈失 电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机 构复位，断开线路或解除互锁。其字母表示为KM。交流接触器的选择应根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及 工作制等确定。a. 接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降 低，使用时也较安全。但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。b. 电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机

14、、空调、冲床等，接触器 额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJlO、CJ20等。c. 接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间W 8h,且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额 定电流按负荷额定电流的110%120%选取。对于长时间工作的电机，由于其氧 化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允许温升。实际选 用时，可将接触器的额定电流减小 30%使用2）中间继电器中间继电器是最常用的继电器之一,中间继电器是根据某种输入信号的变 化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。中间继电 器的结构和交流接触器基

15、本相同，只是电磁系统小些，触点多些。 常用的中间 继电器型号有JZ7、JZ14等，其字母表示为KA。3.1.3 保护电器用于保护电路以及用电设备的电器。1）熔断器 熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器主要由熔体和 安装熔体的绝缘管（绝缘座）组成。使用时，熔断器的熔体串接于被保护的电路中， 熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过 载保护。其类型主要有瓷插式、有填料螺旋式和无填料封闭管式，字母表示符为 FU。熔断器的额定电压额定电流硬不小于线路的额定电压和所装熔体的额定电 流，其类型应根据线路要求和安装条件而定。熔断器的分段能力必须大于电路中 可能出现的最大故障电流。2）热继电器 热继电器主要是用于电气设备（电动机）的过负荷保护。热继电器是一种利 用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作 特性，主要与接触器配合用，用于对三相异步电动机的过负