基于plc的两工位钻孔攻丝组合机床控制系统的研究与开发

基于plc的两工位钻孔攻丝组合机床控制系统的研究与开发内容摘要：

(2) 电网电压处于不正常时，变频器可能会受害。 电压过高，如对 380v的线电压如上升到 450v 就会造成损坏，因此电网电压超过使用手册规定范围的场合，要使用变压器调整，以确保变频器的安全 (3) 为使变频器正常的工作，不但要配置标准的 冷却通风系统，而且在选择上要有所增大，这样做是为了应对在额定运行时的温升下降。 同时也考虑了，使用时温度一直较高，如果安装在不能通风冷却良好的机柜内时，那么变频器寿命一定会缩短。 更坏的情况是，那些电子精密器件、最典型【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 是电容电解等器件、在大于一定的标准温度后，寿命会随着每升高 10℃而下降一半。 (4) 使用于不同用途时，选择变频器的系列型号应作分析，对于一般用途的变频器而采用 v/f 常数得控制模式已可满足，但是对那些数控机床等精密传动等所对应的变频器，显然就不能满足了，要采用闭环控制方式，当然也要包含对应 的接口。 总体来说这些变频器变化范围大，而且要求比较高运转精度的时候，典型的是低速并且要求保持一定的速度和负载得能力，那就要选择矢量控制的方式的变频器。 总体来说就要综合考虑。 (5) 当变频器为降低电动机噪声而将调制频率重新设置得较高并 高 过出厂 时 设置 的 频率时 ,那么 会 使 变频器 的 损耗 加 大。 设置频率越高，损耗越大，因此要 适当减载，不同公司、不同系列会有差别，但趋势是相似的。 如果 一味增加调制频率， 则会 造成变频器 的 过热损坏，或者变频器输不出额定功率。 (6)电 动 机容量之和 一定要小于 变频器 的 容量， 所对应的情况 是 一台变频器 来 驱动 好几 台电 动 机时 候， 并且只能选择 v/f 控制模式，矢量控制模式 不予采用。 (7) 能够比较 正确地 运用 矢量控制 的方式 ， 那么 驱动前， 对应的 变频器对 这些 电机 的一些 参数进行 自动 输入 或者 自动识别 还是有必要的。 矢量控制方式 却 只能对应一台变频器 而 驱动一台电机 ， 电 动 机 的额定 电流 一定不能太大于在实际运 用 的 电流 (不低于变频器额定电流的 1/8)。 通过对各主要生产厂家的产品的性能价格比分析，选用无锡富士电机公司的变频器。 富士的变频器有以下 4 种控制方式： (1) 无 PG（脉冲编码器）矢量控制。 (2) 带 PG 矢量控制。 (3) 无 PG V/f 控制。 (4) 带 PG V/f 控制。 V/f 是压频比的缩写，变频器一般用 PG 作为速度反馈装置，来实现速度闭环控制，其效果比测速发电机好得多，并且价格适中，安装方便，测量精度完全能满足要求。 矢量控制分别独立控制磁场电流和力矩电流，可以像直流电动机调速一样，对电磁力矩进行控制。 对调速范围要求不高【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 的主拖动系统，可以选择无 PG 的开环控制。 调速范围要求宽的系统，应选择速度闭环控制。 带 PG 矢量控制方式的调速范围宽广，速度控制精度高，可以用于各种 伺服驱动、高精度速度控制和力矩控制。 但是带有 PG 矢量控制功能的变频器的价格相当高，其价格是没有这一功能的系列的价格的 倍。 为减少成本，并且钻孔攻丝机床对于速度的要求不是太高，所以可以用开环控制方式。 基于一上各种因素，本次设计决定选取变频器的型号为 FRENICMEGA 系列无 PG V/f 控制方式。 变频器参数的设置 本次选取的变频装置是用于控制三相异步电动机的变速运转装置。 变频器在控制时只要对其参数进行设定即可，钻孔攻丝组合机床所用的参数设置如下： （ 1） F00 设置为 3。 功能为有 数据保护，有数字设定保护。 （ 2） F01 频率设定为 1。 功能为模拟电压输入（ DC0－177。 10v）。 （ 3） F02 设置为 1。 外部信号时，运转，操作。 PLC 的选型 PLC的电源应选择 220VAC电源，与国内电源电压一致。 根据所需的 PLC 的输入 /输出点数，并留有一定的余地。 选择 PLC 时，应该考虑性能价格比，输入输出点数对价格有直接的影响，每增加一块输入输出卡件就需要增加一定的费用，所以在估计和选择时应充分考虑这一点。 本次设计的机床所用的输入为 10 点，输出为 13 点，选择 PLC 的基本单元的 型号为 FX2N32MR001，输入输出点数总和为 32，其中 16 点输入，16 点输出， M 是基本单元， R 表示继电器输出， 001 表示适用于中国，选用该型号的 PLC 已足够。 控制柜 及控制面板 的设计 控制柜的设计 根据控制部分的电路原理图和所需要的的电气元件来组装电气控制【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 柜。 在组装过程中元件的排列顺序一定要合理，否则会使控制系统杂乱无序，操作和检修都很困难。 由于可编程序控制器是整个控制系统的核心部分，且在运行过程中会产生热量，所以将可编程序控制器放在控制柜的左上角，装在这个 位置除了有利于程序的读写之外，散热效果还非常好，降低了 PLC 工作时产生的热量。 在电气控制原理图中，电气元件的连接是有一定顺序的，通常是按照下列顺序排列的：保险、空气开关、接触器、中间继电器、所以只需将上述原件按次序排列。 由于变压器和变频器的体积和重量都较大，所以在安装时将其安放在控制柜的中间位置。 与外界相连接的输入输出端子要放在柜子的下侧，这样有利于这些端子与外界的导线相连。 另外输入、输出的端子的数量要多些，以便为公共端留下位置。 在选线时，为了易于区分，主电路的配线全部选用黑色。 并且线的型号要根 据所带电动机的功率选取，而且还要留有一定的余量，防止当有较大电流流过导线时，导线承受不了而烧坏。 在控制回路中，火线采用红色的；零线采用蓝色的；可编程序控制器上的输入、输出为信号线，一般选用细蓝线就可以；地线用黄色的。 在接主电路的线路时，一定要将线头压紧，因为主电路产生的电流很大，如果线头压的不紧，当通电时可能会因为产生的电火花而使该点烧坏。 在接 PLC 的输入 /输出线时一定要小心，因为这部分的线很多，如果因粗心而将线接错会给调试带来很大的困难。 在接 PLC 的输出线时一定要注意下列因素： 输如部分 的 +24V 电源端子不能与外界电源相连，否则会造成 PLC 的烧坏。 (1) 输出部分的黑点端子代表内部公共端子，一定不能与外部相连，否则可能损坏 PLC。 (2) 在配接触器和中间继电器的线时一定要分清常开、常闭、线圈端子的位置，如果不清楚一定要查询说明书，切不可凭感觉而接线。 根据电气原理图和以上的接线要求，将配电柜即可安装好。 【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 控制面板的设计 本控制面板是根据加工工艺的过程以及机械生产过程对机床性能的指标要求，利用可编程序控制器设计开发的，整个控制过程的设计用的是梯形图程序 的顺序控制设计法来完成的。 控制面板设置了电源的启动和停止自动手动选择开关及对应的指示灯，各种控制按钮等输入输出信号。 这个控制面板有利于操作者灵活方便地控制机床的各种动作，实现了机床的手动操作，该控制面板还可以显示机床的各个工作状态。 在配置控制面板时，首先根据机床的功能确定所用按钮的型号及数量。 其次，要根据 PLC 的地址表及控制柜上的接线，将相应的线引到控制面板上的控制按钮上。 在接线时要严格按照地址表进行，否则会造成控制按钮所示功能与机床的实际功能不符。 另外，在配线时，还要留出备用的线，因为操作面板上的信号线 是最容易坏的，以便在更换导线时可以方便的进行。 为了屏蔽外界信号的干扰，在连接控制面板和控制柜的接线时，要选用电缆线，并且要给相应的导线用导线管标出线号，以方便检修。 控制面板部分信号功能介绍 : 总停：该按钮控制着整个操作过程的电源的接通和断开，当控制柜上电后，往上拉下该按钮，控制面板控制操作过程上电。 当遇到紧急情况时，按下该按钮，操作过程会立即停止运动。 电源指示：当打开操作面板上的总停开关时，电源指示灯亮。 表示系统已经上电，可以进行加工操作。 手动 自动：该按钮在手动时，可以单独的 对机床的单个动作进行操作；在自动时，按下 SB 系统启动，即可完成所有的机床动作。 【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 图 31 两工位钻孔攻丝组合机床主电路图 【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 I/O 分配 I/O 的分配有助于我们更好的理解工作过程，使编程简单易懂。 表 31: I/O 分配表 输入元件 输入点编号 输出元件 输出点编号 压力检测 PV X000 原点指示 HL1 Y000 系统启动钮 SB X001 液压泵电机 M1(KM1) Y001 夹紧限位 SQ4 X002 凸轮电机 M2(KM2) Y002 钻孔滑台终点 SQ5 X003 夹紧电 磁阀 YV1 Y003 钻孔滑台原位 SQ2 X004 钻孔动力头 M3(KM3) Y004 攻丝工位 SQ6 X005 工作台右移电磁阀 YV2 Y005 攻丝滑台终点 SQ7 X006 攻丝动力头电机 M4 正转(KM4) Y006 攻丝滑台原位 SQ3 X007 制动 DL Y007 钻孔工位 SQ1 X010 攻丝动力头电机 M4 反转(KM5) Y010 放松限位 SQ8 X011 工作台左移电磁阀 YV3 Y011 液压泵启动 SB1 手动控制 放松电磁阀 YV4 Y012 凸轮电机启动 SB2 冷却泵电机 M5(KM6) Y013 钻孔 SB3 手动控制电源 Y014 攻丝正转 SB4 攻丝反转 SB5 冷却泵启动 SB6 夹紧 SB7 工作台右移 SB8 工作台左移 SB9 放松 SB10 【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 硬件接线图 的 设计 由两工位钻孔攻丝组合机床的加工工艺的要求可知，其加工过程为一顺序控制过程，所以可运用状态编程的思想，采用步进控制法对其进行控制。 虽然该控制为自动循环顺序控制，考虑到具体情况，还需要设置手动控制环节，为了减少输出点，简化程序，将按钮或转换开关 接在驱动回路上，可实现各工步的手动操作。 在 PLC 外部输出电路的电源供电线路上装设电源接触器，用按钮SB21/SB20 控制接通 /断开，当外部负载需要紧急断开时，只需按下按钮SB20 就可将电源断开，与 PLC 无关。 另外，电源在停电后回复， PLC 不能马上启动，只有在按下启动按钮 SB21 才会启动。 当输出端的负载短路时，PLC 的输出元件和印刷电路板将被烧坏，因此应该在输出线路中加装熔断器，熔丝电流应该选择适当大于负载电流。 当输出端接的是感性元件时，要加装保护，直流输出时，元件两端并接续流二极管；交流输出时，元件两端并 接阻容吸收电路，这样可以抑制由于输出触点断开时电感线圈感应出的尖峰电压对输出触点的危害及对 PLC 的干扰，电路可选 、100120 的电阻和 的电容。 【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 图 31:PLC 的外部接线图 【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 第四章 PLC 控制程序设计 控制系统的设计流程图 图 41： PLC 系统设计步骤 【精品文档】世界上，成功的有两种人，一种人是傻子，一种人是疯子。 傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人。 PLC 程序设计方法 PLC 程序设计方法概述 当今， PLC 程序的设计有 3 种方法：经验设计法、顺序控制设计法和逻辑设计法。 经验设计法是在已有的一些典型图形图的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，进行不断的修改和完善，还有反复调试梯形图，最后得到一个比较满意的结果。 这种设计方法实际上是没有规律可以遵循的，设计者的能力和经验关系到整个设计的质量和所用的时间，因此这种方法一般只用于一些简单的梯形图设计。 根据继电器的电路图设计梯形图的程序是用于将继电接触器逻辑控制系统改造为可编程序控制器控制系统。 在编辑程序之前要了解被控对象的加工工艺过程以及电气元件的动作情况 ，然后再分析继电接触器控制系统的电路图，熟练掌握这种控制系统的工作原理。 将这种。