C5116A立式車床的PLC控制

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1、 論文題目：C5116A立式車床的PLC控制  目 錄 一 緒 論 3 1.1 PLC的介紹 3 1.2 C5116A單柱立式車床的概述 3 1.3 本文的內(nèi)容 4 二 系統(tǒng)控制過程分析 5 2.1 C5116A型單柱立式車床的控制過程 5 2.2 C5116A型單柱立式車床的動作流程圖 6 三 立式車床控制系統(tǒng)設(shè)計 7 3.1 控制系統(tǒng)PLC的選型 7 3.2 系統(tǒng)I/O分配表 8 3.3 系統(tǒng)的電路設(shè)計 11 3.4 編

2、寫PLC梯形圖 17 3.5 系統(tǒng)調(diào)試 22 四 總 結(jié) 23 參考文獻 24 致 謝 25  一 緒 論 1.1 PLC的介紹 PLC可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的?？删幊炭刂破鞣Q作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。PLC以它的高可靠性和易操作性，主導(dǎo)了工控行業(yè)數(shù)十年，它將繼續(xù)存在且壯大下去。并在越來越多的行業(yè)中應(yīng)用。 1.2 C5116A單柱立式車床的概述 C5116A單柱立式車床由立柱、工作臺及底座、十六級變速箱

3、、橫梁、垂直刀架、側(cè)刀架、進給箱、橫梁升降機構(gòu)組成。該機床是萬能型機床，它的控制的核心是： 1、對工作臺（卡盤或主軸）的起動、停止、變速，采用PLC控制； 2、橫梁的升降采用PLC控制； 3、垂直刀架運動、側(cè)刀架運動兩部分采用傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制。 圖1-1 C5116A型單柱立式車床 1.3 本文的內(nèi)容 本文主要內(nèi)容是： 1、 分析C5116A型單柱立式車床的工作過程； 2、 選用PLC的型號及其各個功能模塊； 3、 設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件連接電路，并且為系統(tǒng)分配I/O端口； 4、 利用PLC順序控制設(shè)計法，編寫PLC的梯形圖； 5、

4、對梯形圖程序進行調(diào)試。  二 系統(tǒng)控制過程分析 2.1 C5116A型單柱立式車床的控制過程 機床全部可動部位分別由七臺三相交流電動機拖動，分別是油泵電動機、工作臺（卡盤）旋轉(zhuǎn)拖動電動機、橫梁升降拖動電動機、垂直刀架的快速移動與進給移動拖動電動機。 1、工作臺（卡盤）起動、停止的控制 為避免工作臺電動機起動時對車間供電電源的沖擊，控制線路采用Y—Δ變換的降壓起動。首先須起動油泵電動機，油泵正常轉(zhuǎn)動后，信號燈HL1亮，標(biāo)志機床液壓和潤滑系統(tǒng)正常，可以起動機床其它部位。工作臺可實現(xiàn)正方向（順時針方向轉(zhuǎn)動）點動，反方向（逆時針方向轉(zhuǎn)動）點動，正方向（順時針

5、方向轉(zhuǎn)動）長動。點動為電動機處于Y接狀態(tài)，按下按鈕時電動機運轉(zhuǎn)，工作臺轉(zhuǎn)動，不按時電動機停轉(zhuǎn)，并處在自由停止?fàn)顟B(tài)，工作臺就會慢慢停止下來。長動時電動機進行Y—Δ降壓起動，即電動機先處于Y接狀態(tài)，10s后Y接接觸器脫開，Δ接接觸器吸合，電動機處于Δ接狀態(tài)運轉(zhuǎn)，工作臺正常運轉(zhuǎn)。 工作臺停止控制采用能耗制動，操作方式采用手動控制制動時間，即按壓停止按鈕時間為電動機制動時間，松開按鈕制動被解除。此時如始終按壓工作臺電動機停止按鈕，電動機就一直處在制動狀態(tài)，則工作臺就會很快停下來，如按壓工作臺電動機停止按鈕瞬間后就松開，則電動機就處在自由停車狀態(tài)，則工作臺停止所用時間就會拖長。 2、

6、工作臺（卡盤）變速的控制 機床使用液壓來實現(xiàn)工作臺的變速，變速箱由油缸推動交換齒輪實現(xiàn)十六級的變換。而推動齒輪的油缸工作所需的液壓油由電磁閥的通斷來控制。 3、橫梁升降的控制 機床橫梁可沿床身導(dǎo)軌作上下移動，且根據(jù)行程要求設(shè)有終點限位開關(guān)，橫梁移動操作只作點動，且必須在工作臺停止?fàn)顟B(tài)下才能作上下移動。由于橫梁是被液壓油缸通過杠桿放大，將橫梁牢固的夾緊在立柱上，因此如果要移動橫梁，必須首先使其放松，且要放松到位才能運動。 4、垂直刀架的控制 垂直刀架的移動方式分為快速運動和進給運動兩類，它們分別由兩臺三相交流電動機拖動，進給運動分為“Ⅰ檔”和“Ⅱ

7、檔” ，而且必須在工作臺正方向長動過程中才能運動。刀架的運動方向分為上下左右，由十字開關(guān)選擇。為在加工過程中實現(xiàn)對工件的手動“趕工” ，在操作上設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)，需要趕緊刀時將此轉(zhuǎn)換開關(guān)所控制的制動離合器斷開，即可實現(xiàn)一個方向由電動機拖動，另一個方向用手搬動機械操作手柄完成。 2.2 C5116A型單柱立式車床的動作流程圖 車床的動作流程圖如圖2-1所示。 圖2-1 車床的動作流程圖  三 立式車床控制系統(tǒng)設(shè)計 立式車床的控制的核心是對工作臺（卡盤）的起動、停止、變速，橫梁的升降兩部分采用PLC控制；而對垂直刀架運動、側(cè)刀架運動兩部分采用傳統(tǒng)的繼電器、接

8、觸器控制。 3.1 控制系統(tǒng)PLC的選型 對于本立式車床, 根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能及控制要求，計算所需要的I/O點數(shù)。輸入輸出點數(shù)是PLC組成控制系統(tǒng)時所能接入的輸入輸出信號的最大數(shù)量，表示PLC組成系統(tǒng)時可能的最大規(guī)模。 1、PLC的輸入點有： （1）急停按鈕：用于緊急狀態(tài)時停止整臺機床的電源； （2）油泵的起動、停止按鈕：用于控制油泵的起動、停止；

9、 （3）油泵過載保護裝置：當(dāng)油泵電機過載時，自動切斷油泵的控制線路電源，起到保護油泵的作用； （4）油壓保護裝置：當(dāng)油壓未達到設(shè)計的壓力時，自動切斷油泵的控制線路電源，要求操作者檢查油量、油路后重新起動機床。 （5）卡盤正方向點動、反方向點動、正方向長動、停止按鈕：用于控制卡盤電機的起動、停止；

10、 （6）卡盤電動機過載保護裝置：當(dāng)卡盤電動機過載時，自動切斷卡盤電動機的控制線路電源，起到保護電動機的作用； （7）卡盤變速起動按鈕：用于起動的卡盤變速； （8）卡盤變速鎖桿行程開關(guān)：用于檢測變速是否完成； （9）卡盤變速信號指令：共4個，用于

11、給出十六級變速各級對應(yīng)的信號； （10）橫梁上升、下降按鈕：控制橫梁上升、下降； （11）橫梁上極限位、下極限位限位開關(guān)：當(dāng)橫梁到達上極限位或下極限位時，自動切斷橫梁電動機的控制線路電源，使橫梁不超程。 2、PLC的輸出點有： 油泵接觸器線圈、卡盤電機正轉(zhuǎn)接觸器線圈、卡盤電機

12、反轉(zhuǎn)接觸器線圈、卡盤電機Y型聯(lián)接接觸器線圈、卡盤電機Δ型聯(lián)接接觸器線圈、卡盤電機能耗制動(直流側(cè))接觸器線圈、卡盤電機能耗制動(交流側(cè))接觸器線圈、油泵信號燈、卡盤變速信號燈、橫梁電動機上升接觸器線圈、橫梁電動機下降接觸器線圈、控制變速箱各軸齒輪動作的電磁閥（4只）、控制變速鎖桿動作電磁閥、控制橫梁夾緊液壓放松電磁閥。 計算結(jié)果得到，立式車床共需22個輸入點和17個輸出點。綜合經(jīng)濟性能及可靠性等幾大因素，選用三菱公司高性能小型機的代表作FX2N—48MR為系統(tǒng)主控機。它屬繼電器輸出型，輸入輸出點數(shù)各（24V DC）為24，擴展模塊最大I/O點數(shù)為32?？梢愿鶕?jù)需要配置I/O擴展單元。

13、 3.2 系統(tǒng)I/O分配表 PLC程序的地址碼分為輸入部分、輸出部分以及定義程序中各延時時間繼電器的作用三個部分，各部分具體如下： (1)輸入部分： 表2 PLC程序輸入部分地址碼 地址碼 受控制對象 用途 備注 X000 SB1 急停按鈕 X001 SB2 油泵起動按鈕 X002 SB3 油泵停止按鈕 X003 FR1 油泵過載保護 X004 SL1 油壓保護 X005 SB4 卡盤正方向點動按鈕 X006 SB5 卡盤反方向點動按鈕 X007 SB6 卡盤正方向長動按鈕 X010 SB7

14、 卡盤停止按鈕 X011 FR2 卡盤電動機過載保護 X012 SB8 卡盤變速起動按鈕 X013 SQ1 卡盤變速鎖桿行程開關(guān) X014 SA-1 卡盤變速信號Ⅰ指令 X015 SA-2 卡盤變速信號Ⅱ指令 X016 SA-3 卡盤變速信號Ⅲ指令 X017 SA-4 卡盤變速信號Ⅳ指令 X020 SB9 橫梁上升按鈕 X021 SB10 橫梁下降按鈕 X022 SQ2 橫梁上極限位限位開關(guān) X023 SQ3 橫梁下極限位限位開關(guān) X024 SQ4 橫梁夾緊液壓放松到位開關(guān)

15、 X025 FR3 橫梁電動機過載保護 (2)輸出部分: 表3 PLC程序輸出部分地址碼 地址碼 控制對象 用途 備注 Y000 KM1 油泵接觸器線圈 Y001 KM2 卡盤電機正轉(zhuǎn)接觸器線圈 Y002 KM3 卡盤電機反轉(zhuǎn)接觸器線圈 Y003 KM4 卡盤電機Y型聯(lián)接接觸器線圈 Y004 KM5 卡盤電機Δ型聯(lián)接接觸器線圈 Y005 KM6 卡盤電機能耗制動(直流側(cè))接觸器線圈 Y006 KM7 卡盤電機能耗制動(交流側(cè))接觸器線圈 Y007 HL1 油泵信號燈 Y010 H

16、L2 卡盤變速信號燈 Y011 KA3 中間繼電器3 控制變速Ⅰ軸電磁閥YV3 Y012 KA4 中間繼電器4 控制變速Ⅱ軸電磁閥YV4 Y013 KA5 中間繼電器5 控制變速Ⅲ軸電磁閥YV5 Y014 KA6 中間繼電器6 控制變速Ⅳ軸電磁閥YV6 Y015 KA2 中間繼電器2 控制變速鎖桿電磁閥YV1 Y016 KA7 中間繼電器7 控制橫梁夾緊液壓放松電磁閥YV2 Y017 KM8 橫梁電動機上升接觸器線圈 Y020 KM9 橫梁電動機下降接觸器線圈 (3)PLC程序中各延時時間繼電器的作用: 表4

17、PLC程序中各延時時間繼電器的作用 地址碼 控制對象 用途 延時時間 T0 KT1 卡盤電機Y－Δ型聯(lián)接接觸器線圈轉(zhuǎn)換延時時間 10s T1 KT2 卡盤電機Y型聯(lián)接接觸器線圈消弧時間 1s T2 KT3 卡盤電機Δ型聯(lián)接接觸器線圈消弧時間 1s T3 KT4 卡盤電機能耗制動(交流側(cè))接觸器線圈延時接通時間 1s T4 KT5 卡盤電機能耗制動(直流側(cè))接觸器線圈消弧時間 1s T5 KT6 卡盤電機最大能耗制動(直流側(cè))接觸器線圈接能時間 15s T6 KT7 卡盤變速伺通接通時間 1s T7 KT8 卡盤變速伺通斷開時

18、間 3s T10 KT9 卡盤變速鎖桿放松時間（電磁閥YV1接通時間） 13s T11 KT10 機床油壓加壓延時時間 10s T12 KT11 機床油壓失壓延時時間 30s 3.3 系統(tǒng)的電路設(shè)計 1、工作臺（卡盤）的起動、停止電路 工作臺電動機采用Y200L-4-B3型，30KW, 50Hz, 380V,56.8A,1470r/min的三相異步電動機，而油泵電動機采用Y90L-4-B5型，1.5KW, 50Hz,380V,3.7A, 1400r/min三相異步電動機。主電路電路圖如圖3-1所示?？刂品绞讲捎肞LC控制其PLC控制的系統(tǒng)電路圖如圖3

19、-2所示。 圖3-1 工作臺電動機主電路電路圖 圖3-2 工作臺（卡盤）電動機起動、停止的PLC控制電路圖 2、 工作臺（卡盤）的變速電路 工作臺（卡盤）的變速使用液壓來實現(xiàn)變速，變速箱由變速油缸推動交換齒輪實現(xiàn)十六級的變換，其十六級的各電磁閥的動作狀態(tài)如下表1所示，因而，其PLC控制的系統(tǒng)電路圖如圖3-3。 表1 十六級變速各電磁閥的動作狀態(tài)表 電磁閥 YV3 YV4 YV5 YV6 5 - + + + 6.3 + + + + 8 - - + + 10 + - + + 12.5 - + - + 1

20、6 + - + + 20 - - - + 25 + - - + 32 - + + - 40 + + + - 50 - - + - 63 + - + - 80 - + - - 100 + + - - 125 - - - - 160 + - - - 注:“+”表示電磁閥接通,“-”表示電磁閥斷開。 圖3-3工作臺（卡盤）變速的PLC控制電路圖 3.、橫梁升降電路 橫梁電動機采用Y112M-6-B5型2.2KW, 50Hz, 380V, 5.6A, 940r

21、/min的三相異步電動機。控制方式采用PLC控制，其PLC控制的系統(tǒng)電路圖如下圖3-5。 圖3-4 橫梁升降電動機主電路電路圖 圖3-5 橫梁升降電動機PLC控制電路圖 4、垂直刀架電路 垂直刀架的快速移動電動機采用Y90L-4-B5型1.5KW, 50Hz, 380V,3.7A, 1400r/min的三相異步電動機，而垂直刀架的進給運動電動機采用YD100L1-6/4-B5型，1.3/1.8KW, 50Hz, 380V,3.8/4.4A, 940/1440r/min三相異步電動機。控制方式采用傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制，其繼電器、接觸器線圈動作的控制電路圖如圖3-6,電

22、磁閥線圈的控制電路圖如圖3-7，垂直刀架電磁閥線圈控制電路圖如圖3-8。 圖3-6 垂直刀架電動機主電路電路圖 圖3-7 垂直刀架電動機繼電器、接觸器線圈控制電路圖 圖3-8 垂直刀架電磁閥線圈控制電路圖 3.4 編寫PLC梯形圖 編寫梯形圖程序，程序如下： 3.5 系統(tǒng)調(diào)試 PLC程序編好之后，先將編好的程序在電腦上進行仿真，在確定無誤之后，再將程序下載到PLC中，進行調(diào)試，如果相關(guān)控制運行狀態(tài)發(fā)生了變化，可先檢查I/O開關(guān)量的

23、電路連線是否正確。檢查無誤后在進行調(diào)試，調(diào)試無誤后，立式車床的安裝調(diào)試就完成可以正常使用。 調(diào)試過程中，把系統(tǒng)整體分為幾個部分進行調(diào)試： 一、油泵控制（0至14）； 二、卡盤控制（18至157）， 卡盤控制細(xì)分為：1、卡盤Y—Δ控制（18至93），2、卡盤制動控制（101至109）；3、卡盤變速控制（114至157）； 三、橫梁控制（160至184）。  四 總 結(jié) PLC 構(gòu)成的立車系統(tǒng)成為目前的典型設(shè)計模式，得到廣泛的應(yīng)用。車床在可靠性、節(jié)能和運行效率等方面與傳統(tǒng)的立式車床相比有了很大提高。使用了PLC控制，減少了大量的中間繼電器和時間繼電器，簡化了控制電路，降低

24、了系統(tǒng)的故障發(fā)生率，同時車床的維修也更方便。  參考文獻 [1]. 可編程序控制器應(yīng)用實訓(xùn)（三菱機型） ，作者： 蘇家健 ， 顧陽 主編出 版 社： 電子工業(yè)出版社 ；出版時間：2009-1-1。 [2] 三菱FX系列PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用. 作者： 韓曉新 　主編，出 版 社： 機工業(yè)出版社 ，出版時間：2010-8-1 [3] 電氣控制與PLC應(yīng)用，作者： 陶亦亦 　主編， 吳倩 ， 陸春元 　副主編，出 版 社： 清華大學(xué)出版社 ，出版時間：2010-10-1 [4] 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第2版），作者： 王永華 編著，出 版 社： 北京航天航空大學(xué)出版社 ，出版

25、時間：2008-2-1 [5] PLC控制程序精編108例，作者： 王阿根 　編著，出 版 社： 電子工業(yè)出版社 ，出版時間：2009-12-1 [6] PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用，作者： 廖常初 　主編，出 版 社： 機械工業(yè)出版社 ，出版時間：2010-2-1 [7] 三菱FX系列PLC應(yīng)用技術(shù)，作者： 龔仲華 　編著，出 版 社： 人民郵電出版社 ，出版時間：2010-10-1 致 謝 在完成論文的過程中，老師給我提供了很多幫助，為我選定論文題目，提出寶貴意見，也幫我理清了思路，讓我能夠更順利的完成論文。在完成論文之際，我在此衷心地感謝老師對我的論文的指導(dǎo)。