基于PLC的卧式镗床控制系统设计.doc

石家庄铁道学院四方学院毕业设计基于PLC的卧式镗床控制系统设计Design of Electrical Control System for The T86 Boring Machine Based on PLC 完成日期 2012年 5 月15 日毕业设计成绩单学生姓名学号2班级专业电气工程及其自动化毕业设计题目基于PLC的卧式镗床控制系统设计指导教师姓名吴秋瑞 指导教师职称副教授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日 毕业设计任务书题目基于PLC的卧式镗床控制系统设计学生姓名学号2班级专业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名吴秋瑞 导师职称副教授一、主要内容卧式镗床的电气控制部分用PLC实现。二、基本要求1、主轴电动机M1采用双速三相异步电动机、正，反转，X轴、Y轴、Z轴移动电动机M2、M3、M4正反转，液压泵电动机M5；2、主运动与进给运动由一台双速电动机拖动，高低速可选择；3、主电动机要求正反转以及点动控制；4、主电动机应设有快速准确的停车环节；5、主轴变速应有变速冲动环节；6、快速移动电动机采用正反转点动控制方式；7、进给运动和工作台不平移动两者只能取一，必须要有互锁；8、M1，M5要有过载保护。三、主要技术指标（或研究方法）1、设计应贯彻最新国家标准；2、根据控制选择PLC型号，分配I/O端口；3、设计I/O电路，选择电器元件；4、绘制电气控制系统图，梯形图，绘制用户程序短语表并模拟调试；5、编制元件清单；6、编写设计、使用说明书。四、应收集的资料及参考文献1电气控制原理与设计 方承运 宁夏人民出版社2工厂电气控制设备 赵明 机械工业出版社3电气控制技术 韩顺杰 中国林业出版社4可编程序控制器应用技术 张万忠 化学工业出版社5小型可编程序控制实用技术 王兆义 机械工业出版社6可编程序控制器应用技术 王也访 机械工业出版社五、进度计划第1周第2周：收集资料，完成开题报告；第3周第4周：分析、确定方案；第5周第7周：系统软、硬件设计；第8周：中期检查；第9周第12周：模拟调试；第13周第14周：论文审核定稿；第15周第16周：答辩。教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题 目基于PLC的卧式镗床控制系统设计学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化一、本课题的研究背景随着社会经济的迅速发展，随着机械工业的发展，作为工作母机的各类机床得到了广泛的应用，而这些机床的自动化和精密程度却有很大差异。在欧美、日本等国家里，他们的机床数控化程度都相对比较高，但在我国国内的机床绝大部分还处于老式的继电器控制下。由于继电器控制的机床有耗材、耗能、故障率高的缺陷，从而浪费了很多的人力、物力和财力。如果说把这些机床全部都更新换代，那样会需要很大一笔资金，就目前情况上来说是不现实的，所以就有人开始尝试从控制部分的改造方面来下手，将它们的性能提升一个档次，更可以解决它的一些弊端。二、国内外研究现状众所周知，在现代化生产中机床母机是不易缺少的重要组成部分，我们国家现在在机床技术方面还是一直比较落后的，自动化程度也比较低。主要表现在现在大部分工厂里面的机床还是老式传统的机床，接线复杂，排故障困难。同时在设备的投资与维修上消耗过大。可编程控制技术在工业和生活中有广泛的应用前景，除了具有明显的节约成本的修点外，还具有操作方便，容易，维护量小等特点，可编程控制的软启动功能也减少了对设备的冲击，使设备运行的方式更趋于合理，设备的自动化水平得到了提高。随着工业生产的迅速发展，企业对机床的可靠性的要求也不断的提高； 再加上目前产品生产成本较高，利用先进的PLC控制技术，设计改造现有的传动式机床应用成为必然的趋势。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 三、研究方案主轴电机M1为与YY接法的双速电动机，低速时可以直接启动，高速时先低速启动，然后转换成高速运行，以减小电流，M1通过改变定子绕组之间的变换完成变极调速，主轴电机M1的制动方式为电气制动中的反接制动。X轴、Y轴、Z轴移动电动机M2、M3、M4由于是电动短时运行可以正反向点动，并且有准确的制动，所以采用了电磁带动的机械制动，直接启动。液压泵电动机M5没有正反转、点动、变速等要求，所以可以直接启动，制动为电磁带动的机械制动。电动机控制由接触器进行，KM1和KM2控制主电动机的正、反转、KM3控制限流电阻R 是否串入主电机电路，KM4、KM5、KM8控制电动机的低、高速运行。KM6和KM7控制快速移动电动机拖动工作台快速移动。热继电器FR 对主电动机进行过载保护，速度继电器KS实现主电动机的反接制动，熔断器FU1和FU2分别对M1和M2 电动机主电路进行短路保护，QS为电路隔离开关。控制主轴电机正反转的继电器中，为了防止控制正反转的两个接触器同时动作造成三相电源短路，设置了接线联锁电路，PLC在梯形图中也设置了相应的互锁电路，在PLC外部增设相应的连锁电路，进一步从硬件上提高系统的可靠性。主轴电动机M1 X轴、Y轴、Z轴移动电动机M2、M3、M4实现正反转，主电动机能实现正反转点动控制和快速准确的停车，对主轴变速设置变速冲动环节，由一台双速电动机拖动主运动与进给运动，两运动之间设置互锁，使进给运动和工作台不平移动两者只能取一。用正反转点动控制方式控制快速移动电动机；主轴电动机和液压泵电动机设置过载保护。指导教师签字时 间 年 月 日摘 要电子与信息技术的不断发展，给我国机床加工设备的现代化提供了强有力的技术支持。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式机床进行技术改造，取得了良好的效果。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。镗床除能完成镗孔工序外，在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、车及铣等工序。因此，镗床的加工范围很广。论文对T68型卧式镗床的结构和工作原理进行了介绍，通过镗床继电器控制系统的分析，提出了基于PLC改造的总体方案和框架设计。对系统的输入、输出点进行统计，根据PLC的选型相关规定和输入输出的总点数，选用日本三菱FX2N-32 MR可编程序控制器。分配了PLC的IO地址，设计出PLC的外接线图。介绍了PLC常见的编程方法，设计了T68镗床PLC控制系统的程序。这种方法易学易用，成功率高，设计复杂的控制程序可以节约大量的设计时间。在此基础上，进行了现场安装、调试。针对系统调试、安装以及运行过程中出现的问题，进行了分析，提出了解决办法和注意的事项。从硬件和软件两个方面采取措施，提高PLC控制系统的抗干扰能力。关键词：可编程控制器 梯形图 镗床 改造 调试AbstractWith the development of electron and information technology，the technology sustain have provided for our machine tool equipment modernizationMore and more financing and techno-log yare pleugh into the tradition machine for exerting efficiency and prompting precision rapidly，acquire well impressionBoring Machine is the common cold in the use of the equipment it mainly for processing precision，require a higher finish the hole and the distance between each hole demands a more precise components(such as some cabinet parts)，a precision machine toolsMainly used for precision machining parts on the cylindrical hole These holes of the axis line often requires strict adherence to the parallel or vertical， the distance between each other also requires very accurateIts original control circuit for the relay control，contact contacts，lines complicated，failures，operators of large maintenance tasks，in order to overcome these shortcomings reducing the equipment failure rate and improve efficiency in the use of the equipment，the light of this situation，we With PLC control of its relay control circuitThis paper introduces the structure and working principle of the T68 horizontal boring machine。Through the analysis of the T68 horizontal boring machineS controlling system，design a system of the PLC control circuit，the system input and output，statisticsSelection of Japan Mitsubishi FX2N-32 MR PLC，the distribution of the PLC IO address，the external circuit design PLCIt introduces familiar programmer methodsAccording to the boring machine control requirements and characteristics set out the logic of algebra show，using logic design methods ladder design.This method is simpler to learn and to use，has higher SUCCESS ratio,and can save time in designing complex controlling programmerto transform the system requirements and effective operationBy using hardware and software methods，it improves anti-disturbance performance of PLC controlling systemKey words：PLC Ladder Boring machine Transforming Debugging石家庄铁道大学四方学院毕业设计目 录第1章 绪 论21.1 课题研究的目的意义21.2 国内外研究现状21.3论文研究内容3第2章 简述PLC及其发展前景42.1 可编程控制器的由来特点性能等情况42.2 可编程控制器控制与传统的继电器控制的比较52.3 可编程控制器发展的趋势6第3章 T68卧式镗床的硬件设计73.1 卧式镗床的概述及加工范围73.2 T68卧式镗床的基本结构及工作原理73.3 T68卧式镗床主要技术参数73.4 主电路工作原理分析93.5 电力拖动及控制要求103.6 原有继电器控制线路存在的问题103.7 PLC 硬件接线图113.8 电气元件选型12第4章 T68镗床控制系统软件设计134.1 PLC改造方案134.2 梯形图程序的设计方案134.3 设计流程图144.4 PLC的I/O分配154.5 设计梯形图164.6 指令表18第5章 改造后控制系统的调试19第6章 总 结21致 谢22参考文献23附 录24附录A 外文资料24附录B 电气控制接线图35附录C 梯形图36第1章 绪 论1.1 课题研究的目的意义 随着社会经济的迅速发展，随着机械工业的发展，作为工作母机的各类机床得到了广泛的应用，而这些机床的自动化和精密程度却有很大差异。在欧美、日本等国家里，他们的机床数控化程度都相对比较高，目前我国的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床，而且半数以上是年龄在10年以上的旧机床。这些旧机床能耗高、效率低，用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高等问题。从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。随着我国加入WTO后，越来越明显的迹象表明，大陆正在成为为“世界工厂”，我国的制造业面临着极大的机遇与挑战，不具有先进加工手段的企业是不可能在今后的激烈市场竞争中生存下来的。如果说把这些机床全部都更新换代，那样会需要很大一笔资金，就目前情况上来说是不现实的，所以就有人开始尝试从控制部分的改造方面来下手，将它们的性能提升一个档次，更可以解决它的一些弊端。基于这个原因本设计对应用最为广泛的T68型卧式镗床进行研究，其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。针对这种情况，用PLC实现机床的智能化改造，重新设计电气控制系统，提高机床系统的稳定性和加工精度。1.2 国内外研究现状众所周知，在现代化生产中机床母机是不易缺少的重要组成部分，我们国家现在在机床技术方面还是一直比较落后的，自动化程度也比较低。主要表现在现在大部分工厂里面的机床还是老式传统的机床，接线复杂，排故障困难。同时在设备的投资与维修上消耗过大。可编程控制技术在工业和生活中有广泛的应用前景，除了具有明显的节约成本的修点外，还具有操作方便，容易，维护量小等特点，可编程控制的软启动功能也减少了对设备的冲击，使设备运行的方式更趋于合理，设备的自动化水平得到了提高。随着工业生产的迅速发展，企业对机床的可靠性的要求也不断的提高； 再加上目前产品生产成本较高，利用先进的 PLC控制技术，设计改造现有的传动式机床应用成为必然的趋势。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势1。1.3论文研究内容通过对T68镗床电气所有硬件部分接线方式的了解与认识，从实际连线出发掌握镗床的工作原理以及各机械部件的动作方式。然后按照其接线画出相应原理图，并对其进行注释。对原理图作进一步的分析，将所有的机械动作原件（接触器、继电器、按钮等）转换成以PLC的软件控制（即软触点换成硬触点）。设计PLC的梯形图，达到以下几点：（1） 原镗床的工艺加工方法不变；（2） 在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法； （3） 电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电瑞、接触器），作用与原电气线路相同；（4） 主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变；（5）改造原继电器控制中的硬件接线，改为 PLC 编程实现。为提高镗床控制电路的稳定性和自动化程度，延长镗床的使用寿命，降低机床的故障。分析了T68镗床的机械、电气控制原理，保留镗床主电路由PLC取代复杂的电气连线控制，设计出由PLC为镗床的控制电路。该系统开发周期仅为一周，期间完成了将镗床的控制电路用PLC梯形图实现，大大的简化了电路，从而降低机床的故障、更加便于控制、也降低了维修的难度。第2章 简述PLC及其发展前景2.1 可编程控制器的由来特点性能等情况随着国家经济的发展，企业实力的加强，国内很多企业为了加强自身的经济效益和市场竞争力，相继进行了适合本企业特点的改造和结构升级，在众多的升级改造中使用最多的就是可编程控制器。可编程控制器是一种为工业机械控制所设专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。目前，我国机械制造业存在大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，可以应用微电子技术改造这些已有通用设备，比如用数显、数控装置改造通用设备，提高单机自动化程度，用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床自动设备与半自动设备组成的生产线，这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来这是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。随着可编程控制器技术的发展，传统机械设备的控制柜逐渐被新一代的智能化仪表所代替，对于日益复杂的控制功能，传统控制柜显得无能为力，而可编程控制器具有可编程序的特点，运行时可以根据要求，选择控制算法、适应性强、可编程控制器采用软件代替硬件的方法，可以简化线路，使控制设备的性能价格比不断提高2。从广义上来说，可编程控制器也是一种计算机控制系统，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统的组成十分相似，也具有中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出(IO)接口、电源等。可编程控制器的发展分为三个阶段：第一阶段(七十年代中期)为实用化发展阶段；第二阶段(七十年代末期)为成熟阶段；第三阶段(九十年代)为加速发展阶段。在这一时期，各大公司进一步完善原有产品，不断开发出新的产品系列，并加强联网功能以构成分布式控制系统。在软件方面，可编程控制器不断向上端发展意与计算机兼容。因此，凭借其优异的控制性能和快捷的柔性系统构成，使PLC成为当今增长速度最快的工业自动化控制设备。其主要特点如下：（1） 可靠性高、抗干扰能力强。高可靠性是PLC最突出的特点之一，其平均无故障时间可达几十万小时。（2） 编程简单易学。PLC编程大多采用类似与继电器控制电路的梯形图。（3） 设计、安装容易、调试周期短，维护简单。PLC已实现了产品的系列化、标准化、通用化。设计者可在规格繁多、品种齐全的PLC中选用性能价格比高的产品。（4） 模块品种丰富、通用性好、功能强大。除了单元式小型PLC外，多数采用模块式结构，并形成大、中、小系列产品。（5） 体积小、能耗低。2.2 可编程控制器控制与传统的继电器控制的比较（1） 控制方式。继电器控制是采用硬件接线实现的，即利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑。它只能完成既定的逻辑控制，连线多而复杂，且体积大，功耗大，一旦设计制造完成后，再想更改十分困难。此外继电器触点数目有限，其灵活性和扩展性也很差。而PLC采用存储逻辑，通过改变程序很容易改变控制逻辑。（2） 控制速度。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现控制，其动作频率低，一般在几十毫秒，此外机械触点还会出现抖动现象。而PLC动作则在微秒级，内部还有严格的同步，不会出现抖动。（3） 延时控制。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作来实现延时。但是，时间继电器定时精度不高，易受环境温度和湿度的影响，而PLC用半导体集成电路作定时器，精度高，且受环境影响小。（4） 其它控制方式。继电器控制系统一般只能进行开关量的逻辑控制，且没有记数功能。PLC除了能进行开关量的逻辑控制外，还能对模拟量进行控制，而且便于实现多种复杂控制。（5） 设计与施工。用继电器实现一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行周期长，且修改困难工程大。而PLC则可同时进行，十分方便。（6） 可靠性与可维护性。继电器控制系统使用了大量的机械触点，连线多。触点的开闭会受到电弧的损坏，还有机械的磨损，寿命短，可靠性和可维护性都差。而PLC则极其容易。2.3 可编程控制器发展的趋势可编程控制器发展的趋势如下：（1） 大型网络化：即今后的PLC具有DCS系统功能。（2） 模块种类多样化：为了适应各种特殊功能要求，各种功能模块将层出不穷。（3） 高可靠性：一些特定的环境和条件要求自动化系统有很高的可靠性，因此自诊断技术、冗余技术、容错技术在PLC中得到广泛的应用。（4） 良好的兼容性：由于世界经济、技术的一体化，因此PLC也朝满足国际标准化的程度和水平发展。（5） 小型化、低成本：小型PLC的基本特点是价格低，便于机电一体化。（6） 编程语言的高级化：除了梯形图、语句表、流程图外，一些PLC还增加了BASIC，C等编程语言3。第3章 T68卧式镗床的硬件设计3.1 卧式镗床的概述及加工范围镗床是一种精密加工机床。它主要用于加工工件上的精密圆柱孔。按用途的不同，镗床可分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等。其中卧式镗床的用途很广，除了对各种复杂的大型工件，如箱体零件、机体等的镗孔以外，还可以完成钻、扩、铰孔、车削内外螺纹，用丝锥攻丝，车外圆柱面和端面，用端铣刀与圆柱铣刀铣削平面等多种工序。因此在这种镗床上，工件一次安装后，即能完成大部分表面的加工，有时甚至可以完成全部的加工，特别是在加工大型及笨重的工件时具有优势。3.2 T68卧式镗床的基本结构及工作原理T68镗床的工作原理大致可分为主轴的移动运动、工作台的回转运动、上滑座、下滑座的移动运动、主轴箱的升降运动、正反向机动进给运动、快速移动运动。如上所述的这些运动主要靠电磁伐、离合器来实现转换，如要实现某个运动必须使它所对应的某个电磁阀或离合器动作，除此之外就是添加各运动中的正负限位开关，这主要是起到各运动在动作时的保护作用4。3.3 T68卧式镗床主要技术参数图3-1镗床主轴部件结构图 镗轴直径（mm）：130主轴最大钮矩（N.m）：3136主轴最大转向力（N）：31360主轴最大行程（mm）：900工作台工作面积（mm）：1600*1400主电机功率（kW）：5.5/7.5机床重量（kg）：25500图3-2是卧式镗床的外观图。它主要是由床身、主轴箱、前立柱、带后支承的后立柱、下滑座、上滑座和工作台等部分组成。加工时，刀具装在主轴箱的镗轴和平旋盘上，由主轴箱获得各种转速和进给量。主轴箱可沿前立柱的导轨上下移动。工件安装在工作台上，可与工作台一起随下滑座或上滑座作纵向或横向移动。此外，工作台还可绕上滑座12的圆导轨的水平面内调整至一定的角度位置，以便加工互成一定角度的孔。装在镗轴上的镗刀还可随镗轴作轴向运动，以实现轴向进给或调整刀具的轴向位置。当镗杆及刀杆伸出较长时，可用后立柱上的去承来从左端加以支承，以增加刀杆及镗轴的刚性。当刀具装在平旋盘径向滑板的径向刀架上时，径向带着刀具径向给，可车削端面5。图3-2镗床外观图3.4 主电路工作原理分析T68卧式镗床是使用最为广泛的一种镗床，现以该型号镗床为例，图3-3所示为T68型卧式镗床的主电路。图3-3T68镗床主电路主电路的分析本机床的电力拖动系统由两台三相交流异步电动机组成。因为功率较小，所以均采用接触器直接起动控制线路。M1是主电动机，由交流接触器KM1与KM2控制其正向转动和反向转动的起动与停止。交流接触器KM3用来短路限流电R。M1的过载保护继电器是FR1。M2是主轴箱和工作台的快速移动电动机，功率为2.2KW，转速为1460r/min。因为快速移动是短时间工作，所以不设过载保护。（1） 主电动机为双速电动机，用以实现拖动机床的主运动和进给运动，功率为5.5/7.5KW，转速为1460/2880 r/min。主电动机高低速的变换由主轴孔盘变速机构内的限位开关SHY控制。在常态下，SHY断开低速；当SHY被压下时，接通高速。接触器KM6、KM7以及KM8用来改变主电动机定子绕组的联接方法。当KM6的主触点闭合，绕组接成三角形，主电动机的转速为1460r/min。当KM6的主触点断开，KM7和KM8的主触点闭合时，绕组接成双星形，主电动机的转速为2880r/min。（2） 主电动机可以正反转和正反转点动，也可以反接制动。为限制电动机的起动电流和反接制动电流，在点动和反接制动时，在电动机定子绕组中串联了限流电阻。（3） 主电动机低速时可直接起动，在主电动机高速转动之前要保证先接通低速转动电路，经过一段延时再自动转换到高速，以减小主电动机的起动电流6。3.5 电力拖动及控制要求T68型镗床的主运动与进给运动由同一台双速电动机M1拖动，各方向的运动由相应手柄选择，各自的快速移动由另一台电动机M2拖动。上述运动对T68型卧式镗床控制提出了以下要求。（1） 为了适应各种工件的加工工艺要求，主轴旋转和进给都应有较大的调速范围。因此，该机床采用双速笼型异步电动机M1作为主拖动电动机，并采用机电联合调速，这样既扩大了调速范围又使机床传动机构简化。（2） 进给传动和主轴及花盘旋转采用同一台电动机拖动，由于进给运动有几个方向(主轴轴向、花盘径向、主轴垂直方向、工作台横向、工作台纵向)，所以要求电动机能正反转，并有高、低速度选择。高速运转应先低速起动，各方向的进给应有电气联锁。（3） 进给方向均能快速移动。因此，该机床采用另一台快速电动机M2拖动，正反两个方向都能短时点动。（4） 为适应调整需要，要求主拖动电动机应能正反向点动，并且带有制动。为此，该机床采用电磁铁带动的机械制动装置。3.6 原有继电器控制线路存在的问题因长年使用继电器会产生了以下问题：原来的继电器控制回路接线复杂容易出故障；继电器长期使用后常出现接头氧化、接触不良和线圈烧损等现象，经常发生故障，可靠性很差；时间继电器老化不稳定，时间参数需经常校正调整，机床电子元器件市场上缺乏相应的配件；维修费用高因故障率高，总体控制系统老化导致加工精度的降低。这些问题的存在是设备经常出现停机，不能满足生产的需要。因此，我们决定用高性能价格比的自动控制系统进行改造。对各种方案进行对比可以看出，采用可编程控制器构成的控制系统具有明显优势，T68镗床的改造总方案是：对镗床的继电器,接触器控制系统改为PLC控制系统7。3.7 PLC 硬件接线图通过对T68镗床的分析对其PLC的硬件接线进行了设计，如图3-4所示FX2N-32R图3-4PLC硬件接线图3.8 电气元件选型PLC的选择：由于系统需要14个输入点，7个输出点，又基于三菱的PLC在市场上被广泛使用且价格便宜，适用于经济型的改造，因此，我选用三菱型号为FX2N-32MR的PLC。熔断器的选择：保护单台电机是考虑到电动机受启动电流冲击熔断器的额定电流应大于等于1.5到2.5倍的电动机额定电流。低压断路器的选择：断路器的额定电压和额定电流应大于或等于电路、设备的正常工作电压和工作电流，熔断器的极限通断能力应大于或等于最大短路电路电流。欠电压脱扣器的额定电压等于电路的额定电压。过电流脱扣器的额定电流应大于或等于电路最大负载电流，选择C65N/3P D型32A。交流接触器的选择：接触器的额定电压应等于负载的额定电压。额定电流应等于或稍大于负载的额定电流，选择CJ20-16 220V。热继电器的选择：热继电器的整定电流通常等于或大于电动机的额定电流，所以选用热继电器型号JR16-20/3整定电流10-16A。第4章 T68镗床控制系统软件设计4.1 PLC改造方案采用PLC实现T68镗床电气控制时，照明、电源指示灯、低压备用电源插座及控制电源变压器及相关电路保持原电路配置连接。继电一接触器系统中按钮、速度继电器、行程开关为PLC的输入设备，接触器线圈为PLC的输出设备。为了节省PLC的IO点数，SQ1、SQ2的常开触点并联，SQ3、SQ4的常开触点串联，SQ3、SQ4的常闭触点并联，SQ5、SQ6的常开触点并联之后接在PLC的输入端。经过这样处理后，仅需要13个输入点，7个输出点，因此，又基于三菱的PLC在市场上被广泛使用且价格便宜，适用于经济型的改造，因此，我选用三菱型号为FX2N-32MR的PLC。4.2 梯形图程序的设计方案T68镗床的PLC梯形图程序参照T68镗床电气控制线路附件3：T68电气控制图设计。采用继电一接触器控制移植法设计梯形图程序。（1） 设置中间单元在梯形图中，为简化电路，多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，在梯形图中设置用该电路控制的中间继电器。（2） 设计梯形图时以线圈为单位，分别考虑继电器电路图中每个线圈受到哪些触点和电路的控制，然后画出相应的等效梯形图电路。（3） 常闭触点提供的输入信号的处理设计输入电路时，尽量采用常开触点。如果只能用常闭触点，梯形图中对应触点的常开，常闭类型应与继电器电路相反。（4） 外部联锁电路的设计在梯形图中设置对应的输出继电器的线圈串联的常闭触点组成的软件互锁外，还应在PLC外部设置硬件互锁电路。设计时，将SQ1常闭、SQ3常闭并联、KM1常开，KM2常开SB1常开并联，将SQ4、SQ2常开与SRZ常闭的串联、反转速度继电器SRZ常开、SQ2常开与SRZ常开并联，即设置了中间环节，这样大大简化了梯形图程序，使梯形图简明顺畅。图4-1设计流程图开始QF是否闭合SP1和SP2是否都不闭合SB2低速高速SHY主轴电机低速正转主轴电机高速正转SB3主轴电机高速反转低速高速SHYSB4主轴电机正转点动主轴电机低速反转SB5主轴电机反转点动SB1主轴电机反接制动SQ5SQ6是否有键按下快速移动电机正转快速移动电机反转NNYYY4.3 设计流程图4.4 PLC的I/O分配根据设计要求对PLC的输入输出元件进行分配见表4-1表4-1PLC的I/O分配输入元件名称、代号输入点主轴停、制动SB1X0主轴正转SB2X1主轴反转SB3X2主轴正转点动SB4X3主轴反转点动SB5X4主轴转速切换SHYX5行程开关SP1与SP2常开并联X6主轴转速、进给量变换SQ1与SQ3常闭并联X7主轴转速、进给量变换SQ1与SQ3常开串联X10主轴转速、进给量变换SQ2与SQ4常开并联X11工作台快速正转行程开关SQ6X12工作台快速反转行程开关SQ5X13速度继电器（正转）SRZX14速度继电器（反转）SRFX15热继电器FRX16表4-2PLC的I/O分配输出元件名称、代号输出点主轴正转KM1Y1主轴反转KM2Y2主轴制动KM3Y3主轴低速KM4Y4主轴高速KM5Y5工作台快速正转KM6Y6工作台快速反转KM7Y7主轴正转中间单元KA1M1表4-2续PLC的I/O分配输出元件名称、代号输出点主轴反转中间单元KA2M2时间继电器KTTIMT04.5 设计梯形图主控电路。SP1与SP2常闭并联（X006）和FR（X016)控制整个系统是否接通在相同条件下控制多路输出梯形图如图4-1所示图4-1 主控模块主轴正反转与中间继电器KA1（M1）、KA2（M2）间的自锁互锁梯形图如图4-2所示。图4-2 中间环节模块主轴电机反接制动模块，梯形图如图4-3所示图4-3 反接制动模块 简化模块，梯形图如图4-4图4-4 简化模块电机正反转控制模块，梯形图如图4-5所示图4-5 正反转控制模块主轴电机高低速控制模块，梯形图如图4-6所示图4-6 高低速控制模块快速移动电机正反转控制模块，梯形图如图4-7所示图4-7 M2正反转控制模块主控结束返回母线，程序结束。梯形图如图4-8所示图4-8 程序结束4.6 指令表0LDIX00636ORX0031ANIX01637ANIX0002MCN0M10038ORB5LDX00139ANIY0026ORM140OUTY0017ANIM241LDM38ANIX00042ANDX0149OUTM143LDY00310LDX00244ANDM211ORM245ORX00412ANIM146ANDX00013ANIX00047ORB14OUTM248ANIY00115LDM149OUTY00216ORM250LDM317ANDX01051ANIT018ANIX00052ANIY00519OUTY00353OUTY00420ANDX00554LDM321OUTT0K1055ANDT024LDX00056ANIY00425ORIX00757OUTY00526ORY00158LDIX01227ORY00259ANDX01328OUTM360ANIY00729LDX01561OUTY00630ANDM362LDX01231LDX01163ANIX01332ANIX01464ANIY00633ORB65OUTY00734LDY00366MCRN035ANDM168END第5章 改造后控制系统的调试（准备：将SQ1与SQ3常开串联（X10），SQ1与SQ3常闭并联（X7）置1）（1） 主轴正转低速按下SB2（X001）中间继电器KA1（M1）得电且自锁接触器KM3（Y3）得电KA1和KM3的常开触点都吸合KM1（Y1）得电其常开触点吸合KM4（Y4）得电M1（双速电动机）接成三角形低速正向运行。（2） 主轴正转高速将变速手柄扳在“高速”位置，使微动开关SHY（X5）受压而闭合，为KT（T0）和KM3（Y3）的工作做准备；当按下SB2（X1）时KA1（M1）得电且自锁KM3和KT都得电KM1得电，M1（双速电动机）先低速正向起动；当KT延时1s后KT的常闭触点（T0）断开KM4（Y4）失电，同时KT的常开触点（T0）闭合KM5（Y5）得电M1接成双Y形切换为高速运转。（3） 主轴正转点动按下SB4（X3）KM1（Y1）得电KM4（Y4）得电。由于此时KA1（M1）、KM3（Y3）、KT（T0）都没有通电，所以M1（双速电动机）只能接成形进行低速转动；松开按钮SB4后，因电路没有自锁作用，而且SB1（X0）的常开触点没有闭合，则KM1和KM4都失电，使M1停转。（4） 主轴反转低速按下SB3（X2），继电器和接触器的通电顺序KA2（M2）KM3（Y3）KM2（Y2）KM4（Y4），使M1（双速电动机）接成三角形形低速反向运行。（5） 主轴反转高速将变速手柄扳在“高速”位置，使微动开关SHY（X5）受压而闭合，为KT（T0）和KM3（Y3）的工作做准备；当按下SB3（X2）时KA2（M2）得电且自锁KM3和KT都得电KM2（Y2）得电，M1（双速电动机）先低速反向起动；当KT延时（1s）后KT的常闭触点（T0）断开KM4（Y4）失电M1停转，同时KT的常开触点（T0）闭合KM5（Y5）得电M1接成双Y形切换为高速运转。（6） 主轴反转点动按下SB5（X4）KM2（Y2）得电KM4（Y4）得电。由于此时KA2（M2）、KM3（M3）、KT（T0）都没有通电，所以M1只能接成三角形进行低速转动；松开按钮SB5后，因电路没有自锁作用，而且SB1（X0）的常开触点没有闭合，则KM2和KM4都失电，使M1停转。（7） 正向反接制动采用速度继电器来实现反接制动，当电动机按正常速度正向运转时，速度继电器SRZ的常开触点（X15）闭合，为反接制动做准备。若按下停止按钮SB1（X0），其常闭触点先断开，KA1（M1）、KT（T0）、KM1（Y1）、KM3（Y3）和KM5（Y5）都断电，使控制线路按以下动作进行反接制动。具体过程：1 KT断电：KT的常开触点（T0）断开KM5断电M1（双速电动机）只能三角形低速运行；KT的常闭触点闭合KM4（Y4）通电，为M1反接制动做准备2 KM3断电KM3主触点断开M1定子绕组接入电阻R；KM1常闭触点闭合为KM2工作做准备3 KM1断电：KM1主触点断开M1断电，靠惯性运转4 M1惯性运转的初速很高，使SRZ常开触点（X15）还闭合KM2得电，开始反接制动 5 KM2得电: KM2常闭触点断开它与KM1联锁，使KM1不能得电;KM2常开触点闭合自锁SB1松开后使KM2还通电，M1继续制动6 当M1速度120r/min时SRZ常开触点（X15）断开KM2、KM4断电M1停转，制动结束。（8） 反向反接制动M1（双速电动机）反转时使SRF的常开触点（X14）闭合，同样为反接制动做准备。在按下停止按钮SB1（X0）时，制动过程与正向反接制动相同。（9） 快速进给控制为了缩短辅助时间，加快调整的速度，机床各移动部件都可快速移动。采用一台快速移动电动机M2单独拖动，通过不同的齿轮齿条等连接来完成各方向的快速移动，这些均由快速移动操作手柄控制。当将快速移动操作手柄向里推时，行程开关SQ5(X13)被压合，接触器KM6（Y6）通电吸合，M2正向起动，通过齿轮、齿条等实现快速正向移动；