成型磨床PLC控制系统设计

成型磨床PLC控制系统设计
一、成型磨床电气控制系统设计任务书
1．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JW11—4(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Y802—4(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JW11—4正反转工作。

吸尘电动机供磨削加工中吸尘用，采用JW11—4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
1) 为调整砂轮位置，磨头升降采用点动控制。

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PLC电气控制系统总体设计过程
1．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、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。

8) 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。

2．PLC成型磨床电气控制原理图设计
(1) 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分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。

(2) 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I QG：
I QG＝1.7I N，选用I QG的断路器。

2) 熔断器FU熔体额定电流I FU。

以曝气风机为例，I FU≥2I N，选用I FU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册，负载额定电流的1.2倍。

4)能耗制动参数计算
制动电流I D＝1.5I N
直流电压U D＝R I D
整流变压器二次侧交流电流I2 ＝I D /0.9
电压U2＝U D/0.9
整流变压器容量S= I2 U2
(3) PLC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I/O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
表1-2 成型磨床电气控制系统PLC输出接口功能表
1.2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录表
1.3 PLC系统选型
从上面分析可知道，系统共有开关量输入点14个，开关联输出点14个，所以选用FX2N-48继电器输出型。

(4)绘制PLC 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，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。

图1-3 成型磨床PLC控制电路原理图
(5) PLC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
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。

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。

图1-4成型磨床PLC控制流程图
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
程序清单：
图1-6 成型磨床PLC控制指令程序
三．成型磨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、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。

本设计从略。

至此，基本完成了成型磨床系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。

划分组件的原则是：
(1)把功能类似的元件组合在一起；
(2)尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中；
(3)让强弱电控制器分离，以减少干扰；
(4)为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起；
(5)为便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。

3 电器元件布置图的设计与绘制
电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。

电器元件布置图的设计依据是部件原理图、组件的划分情况等。

设计时应遵循以下原则：
(1)同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在电器板的下
面，而发热元件应安装在电气箱(柜)的上部或后部，但热继电器宜放在其下部，因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线，而其进线端与接触器直接相连接，便于接线并使走线最短，且宜于散热；
(2)强电弱电分开并注意屏蔽，防止外界干扰；
(3)需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理；
(4)电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。

若采用行线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护
图11-7 电控箱电器面板元件布置图图11-8 电控箱电器板元件布置图
四．课程设计小结
经过一周的设计圆满的完成了这次课程设计，本次课程设计让我受益匪浅。

我的课程设计题目是成型磨床PLC控制系统的设计，随着科技的发展电气自动化控制将会发展越来越迅速，PLC控制更是为电气控制提供了一条便捷通道。

我的课程设计必须结合机电传动、PLC控制、电气控制等的知识来设计。

课程设计的前几天，我充分的搜寻各种有用资料，参考书，为这次课程设计顺利完成做好了准备。

设计过程中让我对前段时间学习的机电传动控制与可控制编程等学科有了更进一步的认识。

我们经过了金工实习对磨床的结构及运动形式早已了解，通过查阅资料我了解了磨床的电力拖动与电气控制要求，对元器件的选择也有了了解。

但是我们学习的都是课本上的知识，不能得心应手，必须反复推敲。

这次课程设计让我们有了对工厂电气控制设备有了一定的了解，我们必须把理论与实践结合起来解决我们遇到的问题，只有这样我们才能不断的发现问题解决问题。

本次课程设计遇到的最大问题是ＰＬＣ的总接线与绘制各个工艺图，我采用的是ＣＡＤ做图，无形中让我对ＣＡＤ知识也有了进一步的加深。

PLC控制电路设计让我对ＰＬＣ的选型，Ｉ／Ｏ分配，及ＰＬＣ编程等知识有了新的认识。

这次课程设计，我通过比较发现PLC编程控制电器，比继电器控制电器方便，表现在:电路原理清晰，控制可靠性高，维护方便，故障诊断容易等。

所以电气改造可以提高生产效率节省成本等。

我这次设计的成型磨床控制电路涉及到能耗制动电路，电机正反转电路，短路保护，过载保护电路等电路，PLC输出端的电源选择不同的交、直流电压，输入端采用本身提供的电源，PLC编程梯形图和指令代码，绘制电控箱电器板元件布置图等设计，经过自己一步一步的努力克服各种难题，是我的课程设计终于完成了，看到自己的作品呈现在自己面前心中充满喜悦之情。

课程设计给了我发挥的场地，让我掌握了机床电气控制与PLC编程的应用技术，让我再一次的把学习到的理论知识运用到实践中去，从实践中反馈回来了新的知识将是我今后进
一步努力征服的目标！
五．设计参考资料
【1】方承远主编工厂电气控制技术机械工业出版社1992年7月
【2】王永华现代电气控制与PLC应用技术（第二版）北京航空航天大学出版社2007年【3】王炳实机床电气控制机械工业出版社2002年
【4】廖常初ＦＸ系列ＰＬＣ编程及应用机械工业出版社2004年
【5】郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术东南大学出版社2003年。