T68卧式镗床电气控制线路的PLC改造论文.pdf

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1、 I 目录目录 摘 要 III 第第 1 1 章章 引引 言言 1 1 1.1 研究背景 1 1.2 设计概述 2 1.2.1 设计内容与要求 2 1.2.2 参数要求 3 1.3 设计目的与意义 3 1.4 论文章节安排 3 第第 2 2 章章 方案论证与选型方案论证与选型 5 5 2.1 设计任务分析 5 2.2 电气控制的缺点 5 2.3 方案论证与选择 5 2.3.1 方案一 5 2.3.2 方案二 6 2.4 方案确定 6 第第 3 3 章章 电气控制系统分析电气控制系统分析 7 7 3.1 镗床的概述 7 3.1.1 镗床介绍 7 3.1.2 卧式镗床的结构及工作要求 7 3.1.

2、3 卧式镗床的电力拖动和控制要求 9 3.2 T68 卧式镗床原理图与分析 10 3.2.1 卧式镗床原理图 10 3.2.2 电路分析 11 3.2.3 功能分析 13 第第 4 4 章章 镗床电气控制线路镗床电气控制线路 PLCPLC 的改造的改造 1515 4.1 总体设计 15 4.1.1 PLC 语言的选用 15 4.1.2 软件的保护功能 15 4.1.3 结构框图 16 4.2 PLC 的改造 16 4.2.1 I/O 地址分配表 16 4.2.2 PLC 硬件接线图 18 4.3 程序及注释 19 第第 5 5 章章 产品调试产品调试 2424 5.1 调试的设备 24 5.2

3、 调试步骤 24 5.2.1 电源开关 24 5.2.2 主轴电动机低速正转与制动 24 5.2.3 主轴电动机低速反转与制动 25 5.2.4 主轴电动机点动低速正转 25 5.2.5 主轴电动机点动低速反转 25 II 5.2.6 主轴电动机高速正转与制动 25 5.2.7 主轴电动机高速反转与制动 26 5.2.8 主轴电动机点动高速正转 26 5.2.9 主轴电动机点动高速反转 26 5.2.10 快速移动电动机正、反转 26 5.3 调试过程 27 5.4 故障分析 27 5.4.1 主轴电机 M1 高速烧保险 27 5.4.2 M1、M2 电机不转 27 5.4.3 快速移动电动机

4、 M2 缺相 28 第第 6 6 章章 产品使用说明产品使用说明 2929 6.1 功能描述 29 6.2 使用说明 29 第第 7 7 章章 心得体会心得体会 3030 致 谢 31 参 考 文 献 32 附 录 33 III 摘摘 要要 本课题探讨了 T68 型卧式镗床的 PLC 改造控制系统的实现方案。根据实际需要和市场的需求，选择了以西门子公司的可编程控制器作为控制方案。镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件（如一些箱体零件），属于精密机床。主要用于加工工件上的精密圆柱孔。这些孔的轴心线往往要求严格地平行或垂直，相互间的

5、距离也要求很准确。其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大，为了克服以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率与经济效益，针对这种情况，我们用 PLC 控制改造其继电器控制电路。我通过对T68型卧式镗床工作原理的分析，设计出PLC改造系统的控制电路，对系统的输入、输出点进行统计，共有 14 个输入点，10 个输出点。选用西门子公司生产的 S7-200 可编程序控制器，分配 PLC 的 I/O 地址，设计 PLC 外围电路，确定 PLC 的 I/O 接线图。根据镗床的控制要求和特点，列出逻辑代数表达式，采用逻辑设计方法进行梯形图设计。最终达到了系统改造的要

6、求，并且运行效果良好。关键词：可编程控制器，T68 镗床，梯形图，改造。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 共 37 页 第第 1 1 章章 引引 言言 1.11.1 研究背景研究背景 半个世纪以来，科学技术的进步日新月异，有力的推动着工业生产的快速发展，生产规模由小型到大型化，产品由粗加工到精细化，产地由分散到领域集中化，为社会创造出越来越多的财富，极大的丰富了人们的物质生活。可持续发展和循环经济的提出，警示人们在加快发展的同时，要更加关注人与自然的和谐，在生活和生产活动中，要最大限度地节省资源、节约能源和保护环境，造福子孙后代。为了实现上述目标，工业界和控制界人士正在积极

7、搜索。在工业过程中，自动控制不但要保证生产过程平稳、安全运行，还要在降低生产成本、提高产品质量、减少废物排放等方面发挥重要的作用。自动控制技术已经经历了由检测到控制，从模拟控制到数字控制，从局部控制到综合自动化的发展。PLC 即可编程序控制器，它是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的储存器用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计算和算术等操作的指令，并通过数字式，模块式的输入和输出，控制各类机械和生产过程。它产生于上个世纪的六十年代末期，最初只具备逻辑控制，定时，计数等功能，主要用来取代继电接触控制器。由于它是专为工业环境而设计的，所以具有很高的可靠性

8、，它和它的相关产品几乎可以实现所有的控制任务，功能十分的强大，是目前工业系统中应用前景最为广阔的自动化控制设备。同时由于它极易将微型计算机技术与继电器控制技术很好的融合在一块，让它已经成为改造传统机械产品，组成机电一体化的新一代产品和实现机械工业自动化控制的核心。近年来，随着改革开放的不断深入，国外的新技术和新工艺已经很容易的被我们所引进和应用，PLC 在我国的工业生产中已经越来越显示出了它的强大生命力和广阔前景，而且对于过程控制和运动控制以及数据处理计术者几方面，也开始较广泛的使用了，把过程控制和运动控制以及数据处理技术这几方面能有机的，全面的结合在一起，发挥出它巨大潜力和实际效果，达到解放

9、生产力的目的。工业生产离不开顺序控制，运动控制，过程控制，数据处理等几个方面，继电接触控制器只能进行开关量的控制，即顺序控制，而对于运动控制和过程控制，数据处理等方面它无法实现。PLC 则完全能够完成以上的各种控制和处理技术。在机械工业的生产中，运动控制和过程控制起着决定性的作用。它们决定着生产过程能否顺利，产品质量的好坏与产量的高低。过程控制它是指 PLC 对温度、压力、流量、速度、转速、电压、电流等连续变化的模拟量实现闭环控制，张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 共 37 页 这一控制过程可以用 PLC 中的模拟量处理模块、高速控制处理模块、温度控制处理模块、PID 子程

10、序或专用的智能 PID 模块完成。这种专用的智能模块具有智能I/O 的作用，这将极大的增强过程控制功能，使某些 PLC 的过程控制具备了自适应和参数自整定功能，缩短了调试时间，提高控制精度。1.21.2 设计概述设计概述 在现在的工业生产中，PLC（可编程控制器）已经为工控系统最重要的核心组件，是整个系统的大脑。自从 PLC 的出现开始，就使以往继电器连接控制逐渐淘汰。如今的继电器，只在低端的基层控制模块与简单的设备中使用。众所周知可编程控制器是以体积小功能强大所著称，它可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，还能通过输入输出接口建立与各类生产机械数字

11、量和模拟量的联系，因此可以实现生产过程的自动控制。在如今，由于信息、网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，可以使它具有很强的联网通讯能力，能更广泛地应用于众多行业。当今的电气传动技术的能够发展，主要得益于电力电子技术、自动控制技术和微电子技术的发展，现代全控开关型电力电子器件制造技术的进步和 PWM 技术的产生使处于调速系统中的电机电流谐波 减小、转矩脉动降低、电机运行效率和调速性能提高；由于现代控制理论的发展进一步改善，为电机调速性能提供了有利的条件，还出现了标志现代交流调速理论的矢量控制和直接转矩控制，从而使感应电机的调速性能可以和直流电机媲美。这些年以来发展起来的超大规模可编程逻辑芯片

12、，因为它灵活的可编程能力、快速的并行信号处理方式、足够多的内部资源、无复位问题和程序跑飞的困扰等，所以使其在电气传动领域中获得了广泛应用。如果 PLC 需要有更高层次的发展，就得付出艰辛的努力来实现。PLC 虽然在工业生活中已经改变了很多工控设备，但是为了更多的工控设备得到改善，发展PLC 技术是重要途径之一。可编程控制器是一种通用的工业控制器，它可以用于所有的工业领域。当前国内外已经广泛的将可编程控制器成功地应用到机械、冶金、石油、化工、纺织、交通、电力、军事等各个领域，并取得了可观的技术济济效益。而且它还代表当今电气控制技术的世界先进水平 1.2.1 设计内容与要求 1）查阅相关资料，完成

13、文献综述；2）结合设计内容，完成相关文献翻译；3）按照毕业设计要求撰写设计说明书；张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 共 37 页 4）完成图纸设计，包括 I/O 接线图和 PLC 梯形图；5）按照 PLC 梯形图进行接线与调试，得到模拟结果。1.2.2 参数要求 1）镗轴直径（mm）：130 2）主轴最大钮矩(mm）：3136 3）主轴最大转向力（N）：3136 4）主轴最大行程（mm）：900 5）工作台工作面积（mm）：1600*1400 6）主电机功率（kW）：15 7）机床重量（kg）：25500 1.31.3 设计目的与意义设计目的与意义 在日常生产中由于镗床的原

14、控制电路为继电器控制，接触触点多、操作人员维修任务较大,还存在控制线路上一些复杂性、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点;给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。而这些硬件就包括许多老式的继电器，如果某一个继电器损坏，甚至仅仅是一对触点接触不良，就可能造成系统的瘫痪，而故障的查找和排除又往往是困难的，需要花费很长的时间。由于继电器控制的机床有耗材、耗能、故障效率高的缺陷，从而浪费了很多的人力、物力和财力。工厂在为了克服以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率、可靠性与经济效益，选择使用 PLC 对镗床进行控制，对镗床的控制电路实施改造，不且能提高镗床控制电路的稳定性、可靠性

15、和自动化程度，其控制而且能使机床快速响应运动，灵活可靠的完成生产任务，延长镗床的使用寿命，还可以降低机床的故障、更加便于控制、方便维修等各种好处。1.41.4 论文章节安排论文章节安排 本论文大致可分为五个部分：第一部是第一章，说的是论文的研究背景、意义、参数、要求与章节安排；第二部分是第二章到第三章，说的是设计任务的分析、改造方案的选择与镗床硬件电路的分析、镗床的结果和 PLC 改造后的硬件接线图；第三部分为第四章至第六章，主要的 PLC 的改造调试、故障分析和镗床的具体功能分析；第四部分是第七章是心得体会与致谢；第五部分是参考文献与附录。本文的内容组织安排如下：张家界航空工业职业技术学院毕

16、业设计说明书 第 4 页 共 37 页 第一章主要讲述论文课题概述、设计要求与参数要求；第二章主要讲述设计任务的分析与方案的选择；第三章主要讲述的是镗床硬件电路的分析、镗床结构与 PLC 改造后的硬件接线图；第四章主要讲述的是 PLC 功能的分析、软件流程图与改造程序的介绍；第五章主要讲述的是调试元件清单与镗床 PLC 改造后的调试；第六章主要讲述的镗床的功能描述与产品说明；第七章是心得体会；致谢；参考文献；附录。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 共 37 页 第第 2 2 章章 方案论证与选型方案论证与选型 2.12.1 设计任务分析设计任务分析 T68 卧式镗床电气控制

17、线路的 PLC 改造的是基于 PLC 对 T68 卧式镗床的电气控制，目的是用开关对 PLC 输入端通过程序，从而实现 PLC 不同输出端子来控制接触器线圈和其他设备是否通电。通过以前排故和平常的上课对 T68 卧式镗床与PLC 有了一定的了解与认识，接下来我们就根据 T68 卧式镗床的实际功能要求来完成 PLC 的程序编辑内容以及实现调试过程，并且能保证模拟成功运行。当然为了完成设计要求，我们需要采用 PLC 以及教学器材。2.22.2 电气控制的缺点电气控制的缺点 T68 镗床的电气控制系统由硬件接线的方式实现的，其原控制电路为继电器控制，接触触点多、操作人员维修任务较大,还存在控制线路上

18、一些复杂性、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点;给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。而这些硬件就包括许多老式的继电器，如果某一个继电器损坏，甚至仅仅是一对触点接触不良，就可能造成系统的瘫痪，而故障的查找和排除又往往是困难的，需要花费很长的时间。由于继电器控制的机床有耗材、耗能、故障效率高的缺陷，从而浪费了很多的人力、物力和财力。为了克服以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率与经济效益，如果把这些机床全部都更新换代，要改变整个系统的控制周期，需要巨额的财力，就目前来讲不切实际。2.32.3 方案论证与选择方案论证与选择 针对以上的缺点，我们就对此来进行改造，本次改造的

19、方案主要是对 PLC的选择问题进行选择，接触器、热继电器和开关大部分多一样，没什么区别的。分别对西门子和三菱这两种 PLC 进行两种方案选择：2.3.1 方案一 方案一：是选择日本三菱的 FX2N-48MR 型号 PLC 对 T68 卧式镗床进行改造。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 共 37 页 2.3.2 方案二 方案二：是选择德国西门子的 S7-200 型号 PLC 对 T68 卧式镗床进行改造。2.42.4 方案确定方案确定 以下是对两种 PLC 进行对比：1.西门子的强项是过程控制与通信控制，西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单，而三菱的模拟量模块价格昂贵，程序复

20、杂，西门子做通信也容易，程序简单，三菱在这块功能较弱。2.西门子 S7-200 一直以来支持强大的浮点运算，编程软件直接支持小数点输入输出，而三菱直至近年推出的 FX3U 系列才有此种功能。3.西门子 S7-200 的模拟量输入输出程序非常简单方便，AD、DA 值可以不需编程直接存取的，三菱的 FX2N 及其以前的系列都需要非常繁琐的 FROM TO 指令。4.西门子 S7-200 的通信口有两个，三菱的有一个，西门子的可以一个连接下载数据线，一个连接触摸屏进行调试程序，而三菱的就要拔下触摸屏数据线再连接触摸屏数据线来回调整程序非常麻烦。由上所述经过两种 PLC 的对比与结合实际的操作和应用，

21、选择方案二是不二之选。在以前的学习中全部都是用的西门子 S7-200 的，对西门子也有一定的认识与了解。而且从成本与效益考虑，西门子 S7-200 是最合适不过。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 共 37 页 第第 3 3 章章 电气控制系统分析电气控制系统分析 3.13.1 镗床的概述镗床的概述 3.1.1 镗床介绍 镗床是一种精密加工机床，是冷加工中使用比较普遍的设备。主要用于加工精确的孔和对各孔间相互位置要求精确的零件。如一些箱体零件（机床变速箱、减速箱），往往需要加工数个尺寸不同的孔，这些孔的尺寸大，精度要求高，且孔的轴线之间有着严格的同轴度、垂直度、平行度与位置精

22、度的要求。镗床除镗孔外，还可以钻孔、铰孔及加工端面；加装平旋盘刀架后，还可以加工大的孔径、端面和外圆；加装车螺纹附件后，还可以车削螺纹。镗床的工艺范围广，调速范围大，运动形式多。由于镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上的活动间隙很小，且具有附加支撑，因此加工精度高。卧式镗床的运动方式可分为主运动、进给运动和辅助运动。其中主运动为主轴的旋转运动和平旋盘的旋转运动；进给运动为主轴的进给运动、平旋盘刀具溜板的径向进给运动，镗头架（主轴箱）的垂直进给运动、工作台的横向进给与纵向进给；辅助运动为工作台的回转，后立柱的水平移动以及尾架的垂直移动。3.1.2 卧式镗床的结构及工作要求 T68 型卧式镗床是镗床

23、中使用较广的一种，其结构主要由床身、前立柱、镗头架、工作台、溜板、后立柱和尾架等部分组成，床身是一个整体的铸件，其结构如下所示。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 共 37 页 图 3.1 T68 卧式镗床结构示意图 1床身 2镗头架 3前立柱 4平旋盘 5镗轴 6工作台 7后立柱 8尾座 9上溜板 10下流板 11刀具溜板 在床身的一端固定有前立柱，在前立柱的的垂直导轨上装有镗头架，镗头架可延导轨垂直移动。镗头架上装有主轴部分、主轴变速箱、进给箱与操作机构等部件。切削刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘上的刀具溜板上。在工作过程中，镗轴一面旋转，一面沿轴向做进给运动。

24、平旋盘只能旋转，装在其上的刀具溜板做径向进给运动。平旋盘主轴为空心轴，镗轴穿过其中空部分，经由各自的传动链传动，因此镗轴与平旋盘可独自旋转，也可以不同转速同时旋转，但在一般情况下大都使用镗轴，只有在用车刀车削端面时才使用平旋盘。床身的另一端装有后立柱，后立柱可沿床身导轨左右方向调整位置。在后立柱导轨上安放有尾架，用来支撑镗杆的末端，它随镗头架同时升降，保证两者的轴心在同一直线上。工作台安放在床身中部的导轨上，它由下溜板、上溜板和可转动的工作台组成。下溜板可沿床身导轨做左右运动，上溜板可沿下溜板上的导轨做前后运动，工作台相对于上溜板可做平面旋转运动。综上所述，镗床的主要运动是镗轴和平旋盘的旋转运

25、动；进给运动是镗轴的轴向移动、平旋盘上的刀具溜板的径向移动、工作台的横向(左右）移动、工作台的纵向（前后）移动和镗头架的垂直进给；辅助运动有工作台的旋转、尾架随同镗头架的升降和后立柱的水平移动。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 共 37 页 3.1.3 卧式镗床的电力拖动和控制要求 镗床的主运动和进给运动用同一台电动机拖动。通常采用机械和电气联合调速方法，机械调速使用变速箱，电气调速用交流双速电动机完成。主轴电动机可以正、反转，点动。双速运转和制动。为了节约调整相对位置的时间，镗床各部分还可以用快速移动电动机渐进行拖动。根据镗床的工作特点，对电气线路的控制要求如下所述。（1

26、）镗床的主轴运动和进给运动用同一台双速电动机来拖动。采用机械齿轮变速和电动机变级调速相结合。（2）主轴电动机可以实现正、反转及点动控制，为实现快速、准确停车应有制动环节。（3）镗床的运动部件较多，应用必要的连锁和保护措施，采用机械手柄与电气开关联动的控制方式。（4）为保证变速后齿轮良好的啮合，主轴变速和进给变速时主轴电动机应设有低速点动环节。（5）应有快速移动电动机拖动各进给部分快速移动，节约工件加工时间。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 共 37 页 3.23.2 T68T68 卧式镗床原理图与分析卧式镗床原理图与分析 3.2.1 卧式镗床原理图 图 3.2 T68 型

27、卧式镗床电气控制线路 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 共 37 页 3.2.2 电路分析 T68 型卧式镗床的电气控制线路如图 3.2 所示。下面分别从主电路和控制电路分析其工作原理。1.主电路 在下图中，电动机 M1 为主电动机，用以实现镗床的主运动和进给运动，它的正、反转由接触器 KM1 和 KM2 的主触点控制，主电动机采用双速电动机。低速时将电动机定子绕组采用三角形连接，由接触器 KM3 的主触点完成；高速时将定子绕组连接成双星形，由接触器 KM4、KM5 的主触点完成。高、低速的选择由手柄和与之关联的行程开关 SQ1 来实现。在三角形与双星形解法的电动工作状态

28、，主轴断电制动型电磁铁 YB 线圈通电，松开抱闸，电动机运转；停转时，电动机M1 断电，电磁铁 YB 线圈断电，电动机抱闸制动，迅速停机。主电路的热继电器FR1 用做电动机 M1 的过载保护。M2 是快速移动电动机，它由接触器 KM6 和 KM7 的主触点控制正、反转。由于M2 只采用点动操作，运行时间较短，因此电路不需要设置过载保护。2.控制电路 （1）主轴电动机的启动：主轴电动机可以正、反向高速启动，也可以正、反向低速启动和正、反向低速点动控制。高速启动时，为减小启动电流，先低速启动，然后切换到高速启动与运行。在图 3.10 中，SB3、SB2 控制按钮为高、低速启动时的正、反向启动按钮，

29、SB4、SB5 为正、方向点动控制按钮。下面对正向运行的控制方式进行说明。正向低速启动：将主轴电动机变速手柄置于低速位置，行程开关 SQ1 保持原状。按下启动按钮 SB2，接触器 KM1 线圈通电自锁，接触器 KM3 线圈通电，断电制动电磁铁 YB 线圈通电，电动机 M1 松闸做低速启动和运行。正向高速启动：将变速手柄置于高速位置，压下行程开关 SQ1。按动启动按钮 SB2，接触器 KM1 线圈通电自锁，通电延时型时间继电器 KT 线圈通电，接触器 KM3 线圈通电，断电制动电磁铁 TB 线圈通电，电动机 M1 松闸做低速启动；时间继电器 KT 延迟一定时间后，接触器 KM1 线圈继续通电，接

30、触器 KM4 和 KM5 线圈通电，此时电磁铁 YB 仍通电，保持松闸状态，将电动机 M1 的定子绕组连接成双星形并通电，电动机 M1 高速启动并运行。正点启动：按下正向点动按钮 SB3，接触器 KM1 线圈通电（无自锁），位置开关 SQ1 保持原状，接触器 KM3 线圈通电，制动电磁铁 YB 线圈通电，电动机 M1松闸做低速启动点动。松开按钮 SB3，接触器 KM1、KM3、YB 线圈失电，主轴电动机 M1 抱闸制动，停止工作。反向低速启动：将主轴电动机变速手柄置于低速位置，行程开关 SQ1 保持原张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 共 37 页 状。按下启动按钮 SB5

31、，接触器 KM2 线圈通电自锁，接触器 KM3 线圈通电，断电制动电磁铁 YB 线圈通电，电动机 M1 松闸做低速启动和运行。反向高速启动：将变速手柄置于高速位置，压下行程开关 SQ1。按动启动按钮 SB5，接触器 KM2 线圈通电自锁，通电延时型时间继电器 KT 线圈通电，接触器 KM3 线圈通电，断电制动电磁铁 TB 线圈通电，电动机 M1 松闸做低速启动；时间继电器 KT 延迟一定时间后，接触器 KM2 线圈继续通电，接触器 KM4 和 KM5 线圈通电，此时电磁铁 YB 仍通电，保持松闸状态，将电动机 M1 的定子绕组连接成双星形并通电，电动机 M1 高速启动并运行。反点启动：按下正向

32、点动按钮 SB4，接触器 KM2 线圈通电（无自锁），位置开关 SQ1 保持原状，接触器 KM3 线圈通电，制动电磁铁 YB 线圈通电，电动机 M1松闸做低速启动点动。松开按钮 SB4，接触器 KM2、KM3、YB 线圈失电，主轴电动机 M1 抱闸制动，停止工作。（2）主轴电动机的制动。在主轴电动机的运转过程中，按下停止按钮 SB1，接触器 KM1 或 KM2 线圈通电，KM3 或 KM4 和 KM5 线圈断电，电磁铁 YB 线圈断电。主轴电动机 M1 的电磁铁抱闸制动，迅速停机。（3）主轴（刀具）进给和工作台（工件）进给的连锁。为避免引起机床和刀具的损坏，保证主轴带动刀具进给运动和工作台带动

33、工件做进给运动这两种运动形式不能同时进行，因此主轴进给与工作台进给必须有互锁环节。它是通过两个行程开关 SQ3、SQ4 的动断触电并联后串接在电路中实现的。当主轴进给手柄和工作台进给手柄两个手柄均扳在进给位置时，SQ3、SQ4 的动断触点都断开，切断控制电路，实现两者间的连锁控制。（4）快速移动。镗床镗头架和工作台的快速移动都由快速移动手柄控制，快速电动机 M2 拖动。快速移动操作手柄扳到正向或反向快速移动位置时，压动行程开关 SQ5 或 SQ6，接触器 KM6 或 KM7 线圈通电，电动机正向或反向转动，运动部件按照所选方向快速移动。若要停止快速移动，将手柄置于“停止”位置即可。（5）主轴变

34、速或进给变速时的连续、低速点动控制。镗床的主轴变速与进给变速既可以在停车状态进行，也可以在电动机运转时进行。变速时为便于齿轮的啮合，主轴电动机一般运行在连续、低速状态，以利于齿轮啮合。以下分析的镗床主轴变速与进给变速是在主电动机运转过程中进行的。拉出主轴变速操作盘或进给变速手柄，行程开关 SQ2 受压断开，接触器 KM3 或 KM4、KM5 线圈断电，时间继电器 KT 线圈断电，电磁铁 YB 线圈断电，主轴电动机 M1 抱闸制动并停止转动。选择好主轴转速后，推回变速操作盘，则 SQ2 复位闭合，接触器 KM3 线圈通电，主轴电动机 M1 自动低速启动。若齿轮未啮合好，变速操作盘推不上，此时只要

35、拉出主轴变速操作盘或进给变速手柄，位置开关 SQ2 就会断开，主轴电动张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 13 页 共 37 页 机 M1 停止运转，来回推拉，可以使电动机 M1 产生变速点动，直至变速操作盘或手柄推回原位，齿轮正常啮合为止。3.辅助电路 T68 型卧式镗床电路中的辅助电路主要是照明电路，非常简单。SA 是照明控制开关，熔断器 FU4 起照明电路的短路保护作用。变压器 TC 将 380V 的交流电变至安全电压 36V，供照明灯 EL 使用，HL 是整个电路的电源指示信号灯，一旦 QS合闸，信号灯就亮。3.2.3 功能分析 T68 型卧式镗床的电气控制线路如图 3.10

36、 所示。下面分别从主电路和辅助电路分析其工作原理。1.主电路：当 SQ1 处于原状时：按下 SB2，KM1 线圈通电自锁，KM1 常开触点闭合，KM3通电，电磁铁 YB 通电，主轴电动机 M1 低速正向启动运行，按 SB1 或 SQ3 和 SQ4的常闭一起断开，KM1 与 KM3 线圈断电,主轴电动机 M1 停止运行，电磁铁 YB 也断电，主轴电机 M1 抱闸快速停止运转；按下 SB3，KM1 线圈通电（无自锁），KM1常开触点闭合，KM3 线圈通电，电磁铁 YB 通电，主轴电动机 M1 松闸做低速正向点动，松开 SB3，KM1 与 KM3 线圈、电磁铁 YB 断电，主轴电动机 M1 抱闸快速

37、停止运转;按下 SB5，KM2 线圈通电自锁，KM2 常开触点闭合，KM3 通电，电磁铁 YB通电，主轴电动机 M1 低速反向启动运行，按 SB1 或 SQ3 和 SQ4 的常闭一起断开，线圈 KM2、KM3 断电,电磁铁 YB 也断电，主轴电动机 M1 抱闸快速停止运行；按下SB4，KM2 线圈通电（无自锁），KM2 常开触点闭合，KM3 线圈通电，电磁铁 YB通电，主轴电动机 M1 松闸做低速反向点动，松开 SB3，KM2 与 KM3 线圈、电磁铁YB 断电，主轴电动机 M1 抱闸快速停止运转。当压下 SQ1 时：按下 SB2，KM1 线圈通电自锁，KM1 常开触点闭合，时间继电器线圈通电

38、，KT 瞬时动作动合触点闭合，KM3 通电，电磁铁 YB 通电，主轴电动机 M1 低速正向启动，当 KT 线圈时间一到 KT 延时断开的动断触点断开，延时闭合的动合触点闭合，KM3 线圈断电，KM3 常闭触点闭合，KM4 和 KM5 线圈通电，电磁铁 YB 通电，主轴电动机 M1 松闸做高速正向运行；按 SB1 或 SQ3 和 SQ4 的常闭一起断开，KM1、KM4 和 KM5 线圈断电,电磁铁 YB 也断电，主轴电动机 M1 抱闸快速停止运行；按下 SB3，KM1 线圈通电（无自锁），KM1 常开触点闭合，KM3线圈通电，电磁铁 YB 通电，主轴电动机 M1 松闸做低速正向启动，当一直按着S

39、B3，时间继电器时间一到，KM4 和 KM5 线圈吸合通电，KM3 线圈断电松开，主轴电动机 M1 松闸做高速正向运转，松开 SB3，KM1、KM4、KM5 线圈和电磁铁 YB 断电，主轴电动机 M1 抱闸快速停止运转;按下 SB5，KM2 线圈通电自锁，KM2 常开张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 14 页 共 37 页 触点闭合，时间继电器线圈通电，KT 瞬时动作动合触点闭合，KM3 通电，电磁铁YB 通电，主轴电动机 M1 低速反向启动，当 KT 线圈时间一到 KT 延时断开的动断触点断开，延时闭合的动合触点闭合，KM3 线圈断电，KM3 常闭触点闭合，KM4和 KM5 线圈

40、通电，电磁铁 YB 通电，主轴电动机 M1 松闸做高速反向运行；按 SB1或 SQ3 和 SQ4 的常闭一起断开，KM2、KM4 和 KM5 线圈断电,电磁铁 YB 也断电，主轴电动机 M1 抱闸快速停止运行；按下 SB4，KM2 线圈通电（无自锁），KM2 常开触点闭合，KM3 线圈通电，电磁铁 YB 通电，主轴电动机 M1 松闸做低速反转启动，当一直按着 SB4，时间继电器时间一到，KM4 和 KM5 线圈吸合通电，KM3 线圈断电松开，主轴电动机 M1 松闸做高速正转运行，松开 SB4，KM2、KM4、KM5线圈和电磁铁 YB 断电，主轴电动机 M1 抱闸快速停止运转。当压下行程开关 S

41、Q6 时，SQ6 常开触点闭合，常闭触点断开，KM6 线圈通电，KM7 线圈断电，快速移动电动机 M2 正转；当压下行程开关 SQ7 时，SQ7 常开触点闭合，常闭触点断开，KM7 线圈通电，KM6 线圈断电，快速移动电动机 M2 反转。2.辅助电路：当 QS 一合闸，电源指示灯 HL 亮；拨下 SA，照明灯 EL 亮。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 15 页 共 37 页 第第 4 4 章章 镗床电气控制线路镗床电气控制线路 PLCPLC 的改造的改造 4.14.1 总体设计总体设计 4.1.1 PLC 语言的选用 在本次的设计中，选用 PLC 编程语言的是 T 形图，这主要是

42、由于梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。因此，梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计也称为编程。梯形图还具有以下几个重要特点：1)PLC 梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器(即硬件继电器)，而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与 PLC 存储器中元件映像寄存器的二个存储单元相对应。以辅助继电器为例，如果该存储单元为 0 状态，梯形图中对应的编程元件的线圈“断电”，其常开触点断开，常闭触点闭合，称该编程元件为 0 状态，或称该编程元件为 O

43、FF(断开)。该存储单元如果为 1 状态，对应编程元件的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称该编程元件为 l状态，或称该编程元件为 ON(接通)。2)根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的 ON/OFF 状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左至右的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。3)梯形图中各种编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。4)输入继电器的状态唯一地取决于对应的外部输入电路的通断状态，因此在梯形图中不能出现

44、输入继电器的线圈。4.1.2 PLC 的保护功能 软件的保护功能就是选用程序的互锁，何为程序的自我保护呢？就是当有两个输出时，但这两输出不能同时进行，就互相在对方的输出前加上自己的常闭触点，或者在对方输入前加常闭触点。在本次设计中采用了六个接触器，主轴正、反转接触器 Q0.0 与 Q0.1 互锁，主轴高、低速接触器 Q0.2 与 Q0.3 互锁，快速移动电机正、反接触器互锁。输入互锁有主轴正、反转（自锁）按钮，主轴电机高、低速拨动开关互锁，快速移动电机正、反转按钮互锁。互锁在当外部电路互锁失张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 16 页 共 37 页 效的情况下能起到很有效的效果，减少

45、不必要的损失与重大事故。4.1.3 结构框图 图 4.1 结构框图 4.24.2 PLCPLC 的改造的改造 由于电气控制缺点较多，我们就根据 T68 卧式镗床的功能要求，结合 PLC所学的知识得 I/O 地址分配表与接线图：4.2.1 I/O 地址分配表 PLC S7-200 电源 电脑 电动机 接触器线圈 按钮、拨动开关 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 17 页 共 37 页 输入 输出 名称 功能 地址 名称 功能 地址 FR 过载保护 I0.0 KM1 主轴电机正转接触器 Q0.0 SQ1 照明灯开关 I0.1 KM2 主轴电机反转接触器 Q0.1 SQ2 主轴电机开关

46、I0.2 KM3 主轴电机高速接触器 Q0.2 SB1 主轴电机正转按钮 I0.3 KM4 主轴电机低速接触器 Q0.3 SB2 主轴电机正转点动按钮 I0.4 KM5 快速移动电机正转接触器 Q0.4 SB3 主轴电机反转按钮 I0.5 KM6 快速移动电机反转接触器 Q0.5 SB4 主轴电机反转点动按钮 I0.6 L1 主轴电机制动指示灯 Q0.7 SQ3 主轴电机调速开关 I0.7 L2 总电源指示灯 Q1.0 SB5 电机正转快速移动按钮 I1.0 L3 照明灯 Q1.1 SB6 电机反转快速移动按钮 I1.1 SQ4 电源总开关 I1.2 SB7 主轴电机制动按钮 I1.3 表 4

47、.2 I/O 地址分配表 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 18 页 共 37 页 4.2.2 PLC 硬件接线图 图 4.3 PLC 硬件接线图 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 19 页 共 37 页 4.34.3 程序及注释程序及注释 图 4.4 总电源与照明灯控制程序 网络 1：拨动开关 I1.2，中间继电器 M0.0 通电，Q1.0 通电输出，总电源指示灯L2 亮。网络 2：拨动开关 I0.1，因为中间继电器 M0.0 通电，M0.0 常开闭合，Q1.0 通电输出，照明灯 L3 亮。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 20 页 共 37 页 图 4.

48、5 快速移动电机正反转程序 网络 3：因 M0.0 常开闭合，按点动开关 I1.0，Q0.4 通电输出,快速移动电机 M2正转；按点动开关 I1.0，Q0.5 通电输出,快速移动电机 M2 反转。网络中常闭开关 I1.0、I1.1、Q0.4 和 Q0.5 为互锁，按 I1.0，Q0.5 不通电，按 I1.1,Q0.4 不通电，Q0.4 通电，Q0.5 不通电，Q0.5 通电，Q0.4 不通电。图 4.6 主轴电机高低速程序 网络 4：当开关 I0.2 闭合，M0.0 常开闭合，Q0.7 常闭还是闭合，当 Q0.0 或 Q0.1闭合，I0.7 常闭还是闭合时，M2.0 通电输出；当 I0.7 常

49、开闭合，常闭断开时计时器 T37 与 M2.1 同时通电，1S 后 M2.1 断电，Q0.2 通电，主轴电机 M1 高速运行。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 21 页 共 37 页 图 4.7 主轴电机低速输出与制动程序 网络 5：当 M2.0 或 M2.1 闭合时，计时器 T37 和 Q0.2 常闭闭合，Q0.3 通电输出，主轴电机 M1 低速运行。网络 6：当 I0.2 和 M0.0 闭合，闭合开关 I1.3，计时器 T38 和主轴制动 Q0.7 通电，2S 后制动停止。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 22 页 共 37 页 图 4.8 主轴电机正转与点动程序

50、网络 7：当开关 I0.2 闭合，闭合开关 I0.3，中间继电器 M3.0 自锁通电。网络 8：当开关 I0.2 闭合，按 I0.4，中间继电器 M3.1 点动通电。图 4.9 主轴电机正转输出与反转程序 网络 9：当开关 I0.2 闭合，网络 7 中的中间继电器 M3.0 通电自锁，主轴电机 M1正转运行，当网络 8 中的中间继电器 M3.1 点动通电时，主轴电机正转点动。网络 10：当 I0.2 开关闭合，闭合开关 I0.5，中间继电器 M4.0 自锁通电。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 第 23 页 共 37 页 图 4.10 主轴电机反转点动与反转输出 网络 8：当开关 I0