数控技术专业毕业论文29125.doc

关于某钻床电气控制线路 设计的专业工程实践 目录摘 要4前 言5一.钻床的基本结构及工作要求91.基本结构92.工作要求10二. 摇臂钻床的电力拖动及控制要求11三. 电动机的选择111.冷却液泵电动机112.主轴电动机123.摇臂升降电动机124.液压泵电动机12四电路设计及绘制121.主电路设计及绘制122.控制电路设计及绘制143.照明、信号灯电路设计及绘制164.电气控制总原理图设计及绘制17五电气元件的选择191.熔断器的选择192.热继电器的选择203. 接触器的选择214. 控制变压器的选择21六plc改造电路设计及绘制211.plc介绍211.plc的定义212.plc的特点223.plc的组成234.plc工作原理242.plc 型号的选择253.plc 的i/o 端口分配表264.plc 的i/o 电气接线图的设计27附录：元件明细表28结束语29致谢30参考文献31摘 要本毕业设计是研究机械加工中常用的摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于plc电气控制系统与继电器接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本论文对摇臂钻床电气控制系统的改造，将把plc控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造摇臂钻床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括plc机型的选择、i/o端口的分配、i/o硬件接线图的绘制、plc梯形图程序的设计。对plc控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，论述了采用plc取代传统继电器接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统， plc改造。 前言在制造工业和过程工业中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制系统是采用固定接线的，很难适应这个要求。大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，这种有触点的电器工作频率较低，在频繁动作的情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产的运行可靠性降低。摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。从控制上讲，它需要机、电、液压等系统相互配合使用，而且，要进行时间控制。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。故主电动机只有一个旋转方向。此外，摇臂的上升、下降和立柱的夹紧、放松各由一台交流异步电动机拖动。目前，我国的摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器接触器控制方式。因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。plc 电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。 可编程逻辑控制器（programmable logic controller）简称 plc，是从早期的继电器逻辑电气控制系统发展而来，它不断吸收微型计算机控制技术，使之功能不断增强，逐渐适合复杂的电气控制系统。plc 之所以有较强的生命力，在于它更加适应工业现场和市场要求。可靠性高，抗干扰能力强、编程方便、价格低、寿命长。与单片机相比，它的输入/输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件，这样可以大大节省用户的开发时间与生产成本。 现在应用于各种工业控制领域的plc 种类繁多，规模大小和功能强弱千差万别，但他们具有以下一些共同的特点。可靠性高。可靠性是用户的首选要求，目前各厂家生产的plc，平均无故障时间都大大超过iec 规定的10 万小时，例如：西门子、abb、松下、三菱等微小型plc，而且都有完善的自诊断功能，判断故障迅速。灵活组态。可编程控制器是系列化产品，通常采用模块化结构来完成不同的任务组合。输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。功能强大，除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、pto 运算、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。因此，plc 几乎是全能的工业控制计算机。编程方便，易于使用。plc 的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（sequential function chart），使编程更加简单方便。运行速度快。传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进行控制，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。plc 的控制速度则由cpu 工作速度和扫描速度决定。因此更适合处理高速复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别越来越小。同时，plc 还具备了网络功能，能进行多台 plc 或 plc 与 pc 机之间的联网通讯，使用plc 可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的plc 通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证。正是由于plc 电气控制系统的种种优点,因此本次对 摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高 摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性,为工业生产的现代化带来生机同时，提高了 plc 编程水平和实践能力,为今后在实际工作中熟练使用plc 进行工业系统的设计打好基础。 早在上世纪六十年代国外就已经出现了可编程序控制器（plc）的应用，之后世界各国争相在该领域投入大量资金进行新产品的开发，在 1995 年西门子又成功地开发出了s7200、s7300 系列，它具有 td 200 和 coros ops 操作模板为用户提供了方便人机界面，用户程序三级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，mpi 接口和通过工业现场总线 profd3us 以及以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能。模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机。快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本。由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司己将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。由于plc 的众多优点，使其迅速在工业控制中得到推广。虽然国内plc 技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下，由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的z3040 摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。极易发生故障。而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用plc 技术替代继电器接触器系统相比，我们还存在很大差距。 随着plc 技术在我国的迅猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。因此，抓住这个有利时机进一步促进plc 技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于z3040 摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现场，以提高摇臂钻床的工作性能。计算项目计算及说明计算结果1. 钻床的基本结构 2. 钻床的工作要求1.冷却液泵电动机2.主轴电动机的选择3.摇臂升降电动机4.液压泵电动机1.主电路设计及绘制2.控制电路设计及绘制3. 照明、信号灯电路设计及绘制4.电气控制总原理图设计及绘制1.熔断器的选择2.热继电器的选择3.接触器的选择4.控制变压器的选择1. plc介绍2.plc 型号的选择3. plc 的i/o 端口分配表4.plc 的i/o 电气接线图的设计一.钻床的基本结构及工作要求 1.基本结构摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。 某摇臂钻床结构示意图1底座 2内立柱 3、4外立柱5摇臂 6主轴箱 7主轴 8工作台 如上图所示。内立柱固定在底座的一端,在它外面套着外立柱,外立柱可绕内立柱回转360,摇臂的一端为套筒,它套在外立柱上,借助丝杠的正反转可使摇臂沿外立柱作上下移动,由于该丝杠与外立柱连为一体,而升降螺母固定在摇臂上,所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件,它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上,可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。如上图所示主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床(见图摇臂钻床)摇臂还可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。钻削加工时,主轴旋转为主运动;主轴的纵向进给为进给运动。此时,主轴箱由夹紧接置将其紧固在摇臂水平导轨上,外立柱紧固在内立柱上,摇臂紧固在外立柱上,然后进行钻削加工,辅助运动有:摇臂沿外立柱的垂直移动;主轴箱沿摇臂长度方向的水平移动;摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。为了加工各种旋转表面，钻床必须具有钻削运动和辅助运动。钻削运动包括主运动和进给运动，而除此之外的所有运动都称之为辅助运动钻床的主运动为主轴的旋转运动，由主轴通过卡爪带动刀具旋转，它承受钻削加工时的主要切削功率。?根据工艺要求，主轴应有不同的切削速度。主轴变速是由主轴电动机经v带传递到主轴变速箱实现的。钻床的进给运动是摇臂的左右或上下直线运动，其运动形式有手动和机动两种。加工螺纹是工件的旋转和刀具的移动之间有严格的比例关系，所以主运动和进给运动采用同一台电动机来拖动。钻床主轴箱输出轴经挂轮箱传给进给箱，进行钻削或攻丝。钻床的辅助运动是钻床上除钻削运动以外的其他一切必需的运动。如摇臂的快速移动和模具的夹紧与放松。2.工作要求 钻削加工时,主轴旋转为主运动;主轴的纵向进给为进给运动。此时,主轴箱由夹紧接置将其紧固在摇臂水平导轨上,外立柱紧固在内立柱上,摇臂紧固在外立柱上,然后进行钻削加工,辅助运动有:摇臂沿外立柱的垂直移动;主轴箱沿摇臂长度方向的水平移动;摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。为了加工各种旋转表面，钻床必须具有钻削运动和辅助运动。钻削运动包括主运动和进给运动，而除此之外的所有运动都称之为辅助运动。钻床的主运动为主轴的旋转运动，由主轴通过卡爪带动刀具旋转，它承受钻削加工时的主要切削功率。根据工艺要求，主轴应有不同的切削速度。主轴变速是由主轴电动机经v带传递到主轴变速箱实现的。钻床的进给运动是摇臂的左右或上下直线运动，其运动形式有手动和机动两种。加工螺纹是工件的旋转和刀具的移动之间有严格的比例关系，所以主运动和进给运动采用同一台电动机来拖动。钻床主轴箱输出轴经挂轮箱传给进给箱，进行钻削或攻丝。钻床的辅助运动是钻床上除钻削运动以外的其他一切必需的运动。如摇臂的快速移动和模具的夹紧与放松。 二. 摇臂钻床的电力拖动及控制要求1.摇臂钻床运动部件较多,为简化传动装置,采用多电动机拖动。 2.摇臂钻床为适应多种形式的加工,要求主轴及进给有较大的调速范围。主轴一般速度下的钻削加工常为恒功率负载;而低速时主要用于扩孔、饺孔、攻螺纹等加工,这时则为恒转矩负载。 3.摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴的运动,为此这两种运动由一台主轴电动机拖动,分别经主轴传动机构、进给传动机构实现主轴旋转和进给。所以主轴变速机构与进给变速机构都装在主轴箱内。4.为加工螺纹,主轴要求正、反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法来实现,这样主轴电动机只需单方向旋转。 5.摇臂的升降由升降电动机拖动,要求电动机能正、反转。 6.内外立柱的夹紧与放松、主轴箱与摇臂的夹紧与放松可采用手柄机械操作、电气一机械装置、电气一液压装置或电气一液压一机械装置等控制方法来实现。若采用液压装置则备有液压泵电动机,拖动液压泵供出压力油来实现。 7.摇臂的移动严格按照摇臂松开移动摇臂夹紧的程序进行。因此,摇臂的夹紧放松与摇臂升降按自动控制进行。 8.根据钻削加工需要,应有冷却泵电动机拖动冷却泵,供出冷却液进行刀具的冷却。 9.具有机床安全照明和信号指示。 10.具有必要的联锁和保护环节。3. 电动机的选择1.冷却液泵电动机 切削时，刀具及工件的冷却由冷却液泵供给所需要的冷却液，冷却液流量的大小有专用阀门调节，与电动机转速无关。 由经验可得冷却泵电动机：m1型号选jcb-22，性能参数：0.125kw、0.43a、2790r/min。2.主轴电动机 主轴的旋转的钻头的进给，是一台电动机拖动的，由于多种方式加工的要求，所以对摇臂钻床的主轴和进给都提出了较大的调速范围要求。该机床的主轴调试范围为80,正转最低速度为25r/min，最高转速为2000r/min，分6级变速；进给运动的调速范围为80，最低进给量是0.04mm/r，最高进给量为3.2mm/r，也分为16级变速。在加工螺纹时，要求主轴能正反转，有机械方法变换的，所以电动机不需要反转。由以上可得：主轴电动机，m2，型号选y100l-2，性能参数：3kw，380v，4.7a，2880r/min 。3. 摇臂升降电动机 当工件与钻头高度不合适时，可将摇臂升高或降低，故需正反转。由以上可得：摇臂升降电动机,m3型号选y908-4，性能参数：1.1km,2.0a,1390r/min。4.液压泵电动机摇臂立柱、主轴箱的夹紧放松，均采用液压传动菱形块夹紧机构，夹紧用的高压油是一台电动机带动高压油泵送出的。由于摇臂的夹紧装置与立柱的夹紧装置，主轴的夹紧装置不是同时动作，所以，采用一台电动机拖动高压油泵，有电磁阀控制油。由以上可得：液压泵电动机，m4型号选j031，性能参数：0.6km，1.42a，2880r/min 。 四电路设计及绘制1.主电路设计及绘制我国原来生产的摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的摇臂钻床取消了十字开关。现在将根据以下设计绘制主电路图。1.主电动机单向旋转，它由接触器 km2 控制，而主轴的正反转依靠机床液压系统，并配合正、反转摩擦离合器来实现。2.摇臂升降电动机 m3 具有正反转控制，控制电路保证在操纵摇臂升降时先通过液压系统，将摇臂松开后 m3 才起动，带动摇臂上升与下降，当移动达到所需位置时控制电路又保证升降电动机先停止，然后自动液压系统将摇臂夹紧。由于 m3是短时运转的，所以没有设置长期过载保护。3.液压泵电动机 m4，送出压力油作为摇臂的松开和夹紧、立柱和主轴箱的松开和夹紧的原动力。为此，m3 采用由 km4、km5 实现正反转控制，并设有热继电器f2 作长期过载保护。4.冷却泵电动机 m1 容量小，所以由组合开关直接控制其运转与停止。如下图：2.控制电路设计及绘制本机床的控制电路采用隔离变压器供电，但其二次绕组增设 24v 安全电压供局部照明使用。1.摇臂升降的控制，按上升（或下降）按钮 sb3 或 sb4）时间继电器 kt 吸合，其延时断开的常开触点（1-39）与瞬时常开触点（23-25）使电磁铁 yv 和接触器km4 同时吸合，液压泵电动机 m3 旋转，供给压力油。压力油经二位六通阀进入摇臂松开的油腔，推动活塞和菱形块，使摇臂松开。同时，活塞杆通过弹簧片压限位开关 sq4 使接触器 km4 线圈断电释放，液压泵电动机 m3 停转，与此同时 km2（或km3）吸合，摇臂也就不可能升降。当摇臂上升（或下降）到所需位置时，松开按钮 sb3 或（sb4），km2 或（km3）和时间继电器 kt 释放，升降电动机 m2 停转，摇臂停止升降，由于 kt 释放，其延时闭合的常闭触电（29-31）经 1-3 秒延时后，接触器 km5 吸合，液压泵电动机 m3反向启动旋转，供给压力油。压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧油腔，向相反方向推动活塞和菱形块，使摇臂夹紧。同时，活塞杆通过弹簧片压限位开关 sq3，km5和 yy 同时断电释放，液压泵电动机停止旋转，夹紧动作结束。2.立柱和主轴箱的松开与夹紧控制，立柱和主轴箱的松开与夹紧是同时进行的。首先按下松开按钮 sb5（或夹紧按钮 sb6），接触器 km4（或 km5）吸合，液压泵电动机 m3 旋转，供给压力油，压力油经二位六通阀（此时电磁铁处于 yy 处于释放状态）进入立柱松开及夹紧液压缸和主轴箱松开及夹紧液压缸，推动活塞和菱形块，使立柱和主轴箱分别松开（或夹紧）。同时，松开（或夹紧）指示灯（或）显示。3.主电动机的旋转控制在主电动机启动前，首先将自动开关 q2、q3、q4 扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。然后再将自动开关 q1 扳到接通位置，电源指示灯亮。这时按下 sb1，中间继电器 k1 通电并自锁,为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准 备。当按下按钮 sb2 时，交流接触器 km1 线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时 主电动机旋转的指示灯 hl4 亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。5.摇臂的升降控制按下按钮 sb3，时间继电器 kt1 通电吸合，它的瞬动触点（33-35）闭合使km4 线圈通电，液压电动机 m3 起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片使行程开关 st2 的动断触点断开没，km4 线圈断电,而 st2 的动合触电（17-21）闭合 2m 线圈通电，它主触点闭合，2m 电动机旋转 使摇臂上升。如果摇臂没有松开，st2 的动合触点不能闭合，摇臂升降电动机不能转动，这样就保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降。当摇臂上升到所需要的位置时，松开按钮 sb3，km2 和 kt1 断电，升降电动机 m2 断电停止，摇臂停止上升。当持续 1-3 秒后，kt1 的断电延时闭合的动断触点（47-49）闭合，km5 线圈经 7-47-49-51 号线，km5 线圈通电液压泵电动机m3 反转，使压力油经分配阀进入摇臂的夹紧液压腔，摇臂夹紧。同时活塞杆通过弹簧片使 st3 的动断触点（7-47）断开，km5 线圈断电，m3 电动机停止，完成了摇臂的松开上升夹紧动作。摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。为避免由于操作错误造成事故，在摇臂上升和下降的线路中加入了触点互锁和按钮互锁。因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作所以采用点动方式。行程开关 st1 是为摇臂的上升或下降的极限位置保护而设立的。st1 有两对常闭触点，st1 的动断触点（15-17）是摇臂上升时的极限位置保护，st1 的动断触点（27-17）是摇臂于液压夹紧机构出现故障或 st3 调整不当，将造成液压泵电 动机 m3 过载它的过载保护热继电器的动断触点将断开，km5 释放同，m3 电动机 断电停止。6.立柱和主轴箱的松开及夹紧控制主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行，它由组合开关 sa2 和按钮 sb5（或 sb6）进行控制。sa2 有三个位置，在中间位置（零位）时为同时进行，搬到左边位置时为立柱的夹紧或放松，搬到右边位置为主轴箱的夹紧或放松。sb5 是主轴箱和立柱的夹紧按钮。下面以主轴箱的松开和夹紧为例说明它的动作过程：首先将组合开关 sa2 搬向右侧，触点（57-59）接通，触点(57-63)断开。当要主轴箱松开时，按下按钮sb5，这时时间继电器 kt2 和 kt3 线圈同时通电，但 kt2 为断电延时型时间继电器，所以 kt2 的通电使瞬时常开触点闭合，断电延时断开的动断触点（7-57）也闭合使 ya1 通电，经 1-3s 后 kt3 的延时动合触点（7-41 ）闭合，通过3-5-7-41-43-37-39 使 km4 通电，液压泵电动机正转使压力液压油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。活塞杆使 st4 复位主轴箱和主柱分开，指示灯 hl2 亮。当要主轴夹紧时，按下按钮 sb6 仍首先为 ya1 通电，经 1-3s 后中，km5 线圈通电，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时活塞杆使 st4 受压，它的动合触点（607-613）闭合，指示灯 hl3 亮，触点（607-613）断开，指示灯 hl2 灭，指示主轴箱与立柱夹紧。当将 sa2 搬到左侧时，触点（57-63）接通，（57-59）触点断开。按下按钮sb5 或 sb6 时使 ya2 通电，此时主柱松开或夹紧。sa2 在中间位置时，触点（57-59、57-63）均接通，按下 sb5 或 sb6 时，ya1、ya2 均通电，主轴箱和立柱同时进 行夹紧或放松。其它动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同。7.摇臂钻床控制线路分析该摇臂钻床控制线路图，如下图所示。该机床共有四台电动机：主电动机m1、摇臂升降电动机 m2、液压泵电动机 m3 和冷却泵电动机 m4。除冷却泵电动机和电源引自配电盘外部外，其余电气设备均安装在回转部分上。3.照明、信号灯电路设计及绘制变压器 tc 的另一组二次绕组提供 ac24v 照明电源。照明灯 el 由装在灯头上的开关 sq3 控制。照明电路由熔断器 fu4 作短路保护。为了安全，变压器二次绕组一端接地，为接地保护。如下图：4.电气控制总原理图设计及绘制 结合以上3图即可绘出电气控制总原理图，如下图： 五电气元件的选择1.熔断器的选择熔断器的类型很多，通常有插入式，螺旋式，填料封闭管式等，选择熔断器，实际上主要是选择熔断器类型，额定电压和电流，以及熔体的额定电流。对于具有冲击电流的电气设备，如异步电动机的启动电流为额定电流的5-7倍，则应采用经验计算方法。对于多台电动机共用一个熔断器进行保护的，则取 ir=(1.52.5)inmax+iqt 其中 ir-熔体的额定电流 inmax-容量最大的电动机额定电流 iqt -其余电动机额定电流之和熔断器是一种用于过载与短路保护的电器，当超出限定值的电流通过熔断器的熔体时将其熔化而分开电路。主轴电动机的电流是4.8a，所选的熔断器（fu3）型号是rt18-32，额定电压380v，熔断体额定工作电流10a。快速移动电动机满载时的电流是2.3a，冷却泵电动机满载时的电流是0.43a，所选的熔断器（fu1）型号是rt18-32，额定电压是380v，熔断体额定工作电流是2a。选择熔断器的主要内容是类型、额定电压、熔断器额定电流等级与熔体额定电流。依据负载保护特性、短路电流大小、各类熔断器的适用范围来选取熔断器的类型。额定电压是依据被保护电路的电压来选择的。熔体额定电流是选择熔断器的关键，它与负载大小、伏在性质密切相关。对于负载平稳、无冲击电流，可直接按负载额定电流选取。而对于像电动机一类有冲击电流的负载，熔体额定电流可按下式计算值选取：单台电动机长期工作 多台电动机长期共用一个熔断器保护 式中，容量最大一台电动机的额定电流； 除容量最大的电动机之外，其余电动机额定电流之和。轻载及启动时间短时，系数取1.5，启动负载较重及启动时间长，启动次数又较多的情况，则取2.5。熔体额定电流的选择还要照顾到上下级保护的配合，以满足选择性保护要求，使下一级熔断器的分段时间较上一级熔断器熔体的分段时间要小，否则将发生越激动做，扩大停电范围。2.热继电器的选择对于工作时间较短，停歇时间长的电动机，以及虽长期工作但过载可能性很小的电动机可以不设过载保护。热继电器有两相式、三相式及三相带断相保护等型式。对于星形接法的电动机及电源对称性较好的情况可采用两相结构的热继电器。对于三角形接法的电动机或电源对称性不够好的情况，则应选用三相结构或带断相保护的三相结构热继电器。热继电器发热元件额定电流，原则上按被控制电动机的额定电流选取，并以此在一定调节范围内，去选择发热元件的型号。根据电机选择热继电器:选择热继电器的型号时，通常应按电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合考虑。原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器（主要是发热元件）的额定电流可适当小些。通常，选取热继电器的额定电流（实际上选取发热元件的额定电流）为电动机的额定电流的60%80%。在不频繁启动的场合，要保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作，通常，当电动机启动电流为其额定电流的6倍以及启动时间不超过6s时，若很少连续启动，就可以按电动机的额定电流选取热继电器。当电动机为重复短时工作时，首先注意确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器的操作频率是很有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，效果很不理想，有时甚至不能使用。按电动机地额定电流来确定热继电器地型号和规格。热继电器元件地额定电流ir应接近或略大于电动机地额定电流in，即 ir=(0.951.05)in热继电器的作用是过载保护。3. 接触器的选择 接触器分直流接触器和交流接触器两大类，交流接触器主要有cj0及cj10系列。在机床上应用最多的是交流接触器，选择时主要考虑主触点的额定电流，辅助触点的数量，吸引线圈的电压等级，操作频率等。选择的交流接触器，其主触点的额定电流应大于负载或电动机的额定电流。 km1对m2进行控制，m2额定电流为4.7a ，控制回路电源为127v，所以km1选择cj-10型接触器，主触点额定电流为10a，线圈电压为127v。 km2，km3对m3进行控制，m3额定电流为2.0a，控制回路电源为127v，所以km1选择cj10-5型接触器，主触点额定电流为5a，线圈电压为127v。 km4，km5对m4进行控制，m3额定电流为1.42a，控制回路电源为127v，所以km1选择cj10-5型接触器，主触点额定电流为5a，线圈电压为127v.4. 控制变压器的选择 在机床的控制电路中需要用到不同的电压，例如：plc的外电路及电器元件，机床上的照明电路所需电压，接触器的电压等。它们需要不同的电压等级，提高系统的安全性。依据工作要求，变压器比较简单，可以直接选用控制变压器的型号为bk-100型380v即可来控制电路。六plc改造电路设计及绘制1.plc介绍1.plc的定义 最初，可编程逻辑控制器（programmable logic controller）简称plc。只能进行计数、定时及开关量的逻辑控制。1987年2月，国际电工委员会（iec）对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向拥护的指令，并通过数字式和模块式输入/输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。2.plc的特点（1）可靠性高在i/o环节，plc采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用eprom存储，一般plc的平均无故障工作时间可达几万小时以上。（2） 控制功能强plc采用的cup一般是具有较强位处理功能的为处理机，为了增强其复杂的控制功能和连网通讯等管理功能，可以采用双cpu的运行方式，使其功能得到极大的增强。（3） 编程方便易学第一编程语言（梯形图）是一种图形编程语言，与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似，理解方式也相同，非常适合现场人员学习。（4） 使用于恶劣的工作环境采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。（5） 与外部设备连接方便采用统一接线方式的可坼装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电器规格。（6） 体积小、重量轻、功耗底。（7） 性价比高。（8） 模块化结构，扩展能力强根据现场的需要进行不同功能的扩展和组装，一种型号的plc可用于控制从几个i/o点到几百个i/o点的控制系统。（9） 维修方便，功能更灵活程序的修改就以意味着功能的修改，因此功能的改变非常灵活。3.plc的组成（1）输入寄存器输入寄存器可按为进行寻址，每一为对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由相互如开关量驱动，并保持一个扫描周期。cpu可以读其值，但是不可以写或进行修改。（2）输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了plc在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值，表明的是上一时间段的真实输出值，在程序执行过程中，cpu可以读其值，并作为条件参加控制，还可以修改其值，而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。（3）存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能修改，plc要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，i/o寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。（4）cpu单元cpu单元控制着i/o寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中的程序的解释执行工作，是plc的大脑。（5）其他单元接口其他单元接口用语提供plc与其他设备和模块进行连接通信的物理条件4. plc工作原理cpu连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。cpu的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通讯请求、执行cpu自诊断测试及写输出等等内容。plc可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。他意识周而复始的循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，plc也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分的内容。典型的plc在一个周期中可以完成以下5个扫描过程。（1）自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠行，及时放映所出现的故障，plc都具有自监视功能。（2）与网络进行通讯的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的plc系统才有通讯扫描过程，这一过程用于plc之间及plc与上位计算机或终端设备之间的通信。（3）用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下，每一个扫描周期内都包含该扫描过程。该过程在机器运行中是否执行是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短会影响过程所用的时间。（4）读输入、写输出扫描过程。机器在正常运行状态下，每一个扫描周期都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。cpu在处理实际输出点，而是在内存中设置了两个映象寄存器：一个为输入映象寄存器，另一个为输出映象寄存器。用户程序所用的输入值是输入映象寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器。在输入扫描过程中，cpu把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器：在输出扫描过程中cpu把输出映像寄存器的值的输出点。2.plc 型号的选择plc的种类和规格很多，不同厂家生产的大中小型plc的结构功能不尽相同, 但它们的基本结构与工作原理大体相同。s7-200系列plc是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型可编程控制器，其结构紧凑、系列完整、功能完善、具有很高的性价比，可用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动控制系统。由于有很强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。s7-200系列plc可提供4种不同型号的cpu，根据本系统工艺要求选用了cpu226型的可编程控制器，本机集成24输入/16输出共40个数字量i/o 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量i/o 点或35路模拟量i/o 点。13k字节程序和数据存储空间。6个独立的30khz高速计数器，2路独立的20khz高速脉冲输出，具有pid控制器，2个rs485通讯/编程口，具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。i/o端子排可很容易地整体拆卸，用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能，可完全适应于各种中小型控制系统。3. plc 的i/o 端口分配表根据所选plc 的型号进行i/o 点的端口分配，如下所示： 输入信号端口分配表地址号符号名称 用途i0.0sb1主电动机停止按钮i0.1sb2主电动机起动按钮i0.2sb3摇臂上升起动按钮i0.3sb4摇臂下降起动按钮i0.4sb5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮i0.5sb6主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮i0.6sq1-1摇臂上升用行程开关i0.7sq1-2摇臂下降用行程开关i1.0sq2摇臂夹紧、放松用行程开关i1.1sq3摇臂夹紧用行程开关i1.2sq4立柱夹紧、放松指示用行程开关i1.3fr1m1 电动机过载保护用热继电器i1.4fr2m3 电动机过载保护用热继电器i1.5sa系统总启动 输出信号端口分配表地址号符号名称 用途q0.0km1主轴旋转接触器q0.1km2摇臂上升接触器q0.2km3摇臂下降 接触器q0.3km4主轴箱和立柱松开接触器器q0.4km5主轴箱和立柱夹紧接触器q0.6el电源工作状态指示信号灯q0.7hl1立柱松开指示信号灯q1.0hl2立柱夹紧指示信号灯q1.1hl3主电动机旋转指示信号灯4.plc 的i/o 电气接线图的设计 下图为plc 的i/o 电气接线图，图中i0.0、i0.1、i0.2、i0.3、i0.4、。i0.5、i0.6、i0.7、i1.0、i1.1、i1.2、i1.3、i1.4、i1.5 共用一个com 端，输入开关的其中一端应并接在直流24v 电源上，另一端应分别接入相应的plc 输入端子上。接线时注意plc 输入/输出com 端子的极性。接触器的线圈工作电压若为交流220v，则接触器线圈连接的q0.0、q0.1、q0.2、q0.3、可以共用一个 com 端。q0.4、q0.5、q0.6 q0.7、q1.0可以共用一个com1 端。q1.1、q1.2、q1.3、q1.4、q1.5、q1.6、q1.7共用一个com 端，本电路的输出端全为交流回路.因此在电源电压相同的接口可共用一个com 端。 m1型号jcb-22，性能参数：0.125kw、0.43a、2790r/minm2型号：y100l-23kw，380v，4.7a，2880r/minm3型号y90s-4，性能参数：1.1km,2.0a,1390r/min。m4型号j031-2，性能参数：0.6km，1.42a，2880r/min 。fu3型号是rt18-32额定电压380v熔断体额定工作电流10afu1型号是rt18-32，额定电压是380v，熔断体额定工作电流是2a。fr1选用jr16-20/3型热