T68镗床电控系统的PLC改造毕业论文.doc

武进龙城职校成人教育中心 第 1 页 共 27 页 T68T68 镗床电控系统的镗床电控系统的 PLCPLC 改造毕业论文改造毕业论文 目 录 第一章 绪论 5 1 1 课题研究的目的和意义 5 1 2 本课题研究的主要内容 5 第二章第二章 T68 镗床的主要结构及运动形式 6 2 1 T68 镗床的主要结构 6 2 2 T68 镗床的主要运动形式 6 第三章 T68 镗床的电控线路的分析 8 3 1 T68镗床的控制要求 8 3 2 T68镗床主电路分析 8 3 3 T68 镗床控制电路分析 9 第四章 T68镗床的继电器接触式模拟控制系统的PLC改造 11 4 1 PLC 简介 11 4 2 FX2N PLC介绍 12 4 3 改造方法的确定 15 4 4 PLC 改造 16 4 5 PLC 仿真调试 21 第五章 结论与展望 28 5 1 结论 28 5 2 展望 28 参考文献 29 致谢 30 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 2 页 共 27 页 第一章 绪论 1 1 课题研究的目的与意义 T68镗床是一种高效率的加工机械 在机械加工和机械修理中得到广泛 的应用 万能铣床的操作是使用手柄 同时操作电气与机械以达到机电紧 密配合完成预定的操作 是机械与电气结构联合动作的典型控制 是自动 化程度较高的组合机床 但是 在电气控制系统中 故障的查找与排除非 常困难 特别是继电器接触式的控制系统 由于电气控制线路触点多 线 路复杂 故障率高 检修周期长 给生产与维护带来诸多不便 严重地影 响生产 随着工自动化的发展 对工业智能化程度的要求也越来越高 市场经 济要求制造业对市场需求做出迅速反应 生产出小批量 多品种 多 规格 低成本和高质量的产品 为满足这一要求 生产设备和自动生产线 的控制系统必须具有极高的可靠性与灵活性 这就需要使用智能化程度高 的控制系统来取代传统的控制系统 使电气控制系统的工作更加灵活 可 靠 更容易维修 更能适应经常变动的工艺条件 基于这些问题 本文提 出了利用三菱FX2N 32MR对T68镗床的继电接触式电控系统进行技术改造的 方案 本文所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造 而成 经实际运行证明该PLC控制系统无论是硬件还是软件 控制稳定可 靠 具有极高的可靠性与灵活性 更容易维修 更能适应经常变动的工艺 条件 取得了较好的经济效益 1 2 本课题研究的主要内容 镗床是一种高效率的加工机械 在机械加工和机械修理中得到广泛的 应用 镗床的操作是通过手柄同时操作电气与机械 以达到机电紧密配合 完成预定的操作 是机械与电气结构联合动作的典型控制 是自动化程度 较高的组合机床 但是在电气控制系统中 故障的查找与排除是非常困难 的 特别是在继电器接触式控制系统 由于电气控制线路触点多 线路复 杂 故障率高 检修周期长 给生产与维护带来诸多不便 严重地影响生 产 文章就目前T68镗床的电气控制线路进行了分析与研究 指出了该线 路在设计上的一些缺陷 如外部接线多 故障易发生且故障点难查找的 缺点 并对原有线路的设计缺陷提出了改进方案 详细说明了用PLC进行电 气控制系统改造的具体方法 改造后的电控系统设计简单 安装方便 在 不改变原有电路操作程序的基础上 使T68镗床在电气功能上更加完善 从而可以提高整个电气控制系统的工作性能 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 3 页 共 27 页 第二章 T68 镗床的主要结构及运动形式 2 1 T68 镗床的主要结构 T68镗床的结构简图如图l所示 由床身 前立柱 镗头架 工作台 后 立柱 尾架组成 机床工作时 刀具安装在主轴箱9的镗轴6或平旋盘7上 主轴箱9可沿 前立柱8的导轨上下移动 工件安装在工作台5上 可与工作台一起随下滑 座3或上滑座4作纵向或横向移动 工作台还可绕滑座的圆导轨绕垂直轴线 转位 镗刀可随镗轴一起做轴向运动 当镗杆伸出较长时 可用后立柱2 上的支承架来支承左端 当刀具装在平旋盘7的径向刀架时 可随径向刀 架作径向运动 图 1 T68 镗床结构及运动简图 1 主轴箱 2 前立柱 3 平旋盘 4 主轴 5 上工作台 6 后 立柱 7 尾架 2 2 T68 镗床的主要运动形式 主运动 主轴和花盘的旋转运动 进给运动 主轴的进出运动 运动速度 工 快进 花盘刀具溜板径向运动 工步 工作台水平位移 前后 左右 移动速度 工进 快进 其他 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 4 页 共 27 页 镗头架和尾架的上下移动 工 快进 卧式镗床的工作运动分为 镗轴的旋转或平旋盘的旋转主运动 镗轴的轴向进给运动 平旋盘的径向刀架的径向进给运动 主轴箱的 垂直进给运动 工作台的纵向和横向进给运动 工作台的圆周进给运动 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 5 页 共 27 页 第三章 T68镗床的电控线路分析 3 1 T68镗床的控制要求及电气控制线路分析 T68镗床共用2电动机拖动 它们分别是主轴电动机M1 M2 T68镗床 的电路如图1所示 该线路分为主电路 控制电路和照明电路三部分 电 气控制线路的工作原理如下 T68卧式镗床电气控制总图 3 1 控制要求 1 主电动机 采用双速电动机的变极调速 驱动主轴旋转运动和进给 运动 2 主电动机的变速冲动 3 快移驱动电动机M2 2 2KW 3 2 主电路分析 1 主电动机M1 双速电动机 KM1 KM2用于正 反转控制 KM3用于低速 形连接 KM4 KM5用于高速YY连接高 低速转动时 KM3 KM5均 可使YB 电磁抱闸 通电松开抱闸制动 2 快速移动电动机M2 KM6 KM7作正 反转控制 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 6 页 共 27 页 主电路图 3 3控制电路分析 控制电路图 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 7 页 共 27 页 1 主电动机控制 起动 起动要求起动要求 正 反向点动和正反向低速起动后高速运行 SB2 SB5正反向起动按钮 SB3 SB4作正 反向点动按钮 正向低速 SQ1为常态 主变手柄在低速 按动SB2 KM1通电自锁 KM3通电 主M 正接 YB通电松闸 低速 运行 正向高速正向高速 SQ1在动态 主变手柄在高速 按动SB2 KM1线圈通电自锁 KT线圈通电 KM3线圈通电 M1 接 低速 KT延时到 KM3线圈断电 KM4和KM5线圈通电 M1为YY接高速运行 正向点动 SQ1为常态 按下SB3 KM1线圈通电 KM3线圈通电 M1 正点动 松开SB3 KM1线圈断电 KM3线圈断电 M1停止 反向的分析方法与正向类似 2 2 主电动机停车制动 主电动机停车制动 用前页图 按动SB1 停按 KM1 KM5线圈均断电 打开自锁 YB断电 抱闸 M1制动迅速停车 3 3 互锁功能 互锁功能 用总图 主轴进给时手柄压下SQ3 工作台进给时手柄压下SQ4 从电 路可以看出 只能选择一种进给方式 否则无法工作 即互锁 4 4 变速冲动 变速冲动 用途 变速齿轮的啮合 原理 在运行过程中拉出主轴变速孔盘或进给变速手柄 压下 SQ2 KM3 KM4 5线圈断电 YB断电M1抱闸制动 孔盘及手柄复位 SQ2闭合 KM3线圈 YB通电 M1缓动 反复拉 出 复位 SQ2断 M1停 推回 SQ2通 M1起 直至啮合正常 5 5 快速移动控制 快速移动控制 加工过程中 有4种运动 8个方向 需要快速 由快速移动电动机 M2驱动 快速手柄在沟通机械传动链的同时 压动位置开关SQ5或SQ6 使 KM6 KM7线圈通电 M2正反转 实现快进要求 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 8 页 共 27 页 第四章 T68镗床的继电器接触式模拟控制系统的PLC改造 4 1 PLC简介 PLC即可编程控制器 Programmable logic Controller 是指以计算 机技术为基础的新型工业控制装置 在1987年国际电工委员会 International Electrical Committee 颁布的PLC标准草案中对PLC做 了如下定义 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操 作的电子装置 它采用可以编制程序的存储器 用来在其内部存储执行逻 辑运算 顺序运算 计时 计数和算术运算等操作的指令 并能通过数字 式或模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 PLC及其有 关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩展其功 能的原则而设计 1 PLC的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能 PLC由于采用现代大规模集成电 路技术 采用严格的生产工艺制造 内部电路采取了先进的抗干扰技术 具有很高的可靠性 例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30 万小时 一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长 从PLC的 机外电路来说 使用PLC构成控制系统 和同等规模的继电接触器系统相 比 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一 故障也就大大降 低 此外 PLC带有硬件故障自我检测功能 出现故障时可及时发出警报 信息 在应用软件中 应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序 使 系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护 这样 整个系统 具有极高的可靠性也就不奇怪了 2 配套齐全 功能完善 适用性强 PLC发展到今天 已经形成了大 中 小各种规模的系列化产品 可以用 于各种规模的工业控制场合 除了逻辑处理功能以外 现代PLC大多具有 完善的数据运算能力 可用于各种数字控制领域 近年来PLC的功能单元 大量涌现 使PLC渗透到了位置控制 温度控制 CNC等各种工业控制中 加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展 使用PLC组成各种控制系 统变得非常容易 3 易学易用 深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机 是面向工矿企业的工控设备 它接口容 易 编程语言易于为工程技术人员接受 梯形图语言的图形符号与表达 方式和继电器电路图相当接近 只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就 可以方便地实现继电器电路的功能 为不熟悉电子电路 不懂计算机原 理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 9 页 共 27 页 4 系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑 大大减少了控制设备外部的接线 使控 制系统设计及建造的周期大为缩短 同时维护也变得容易起来 更重要 的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能 这很适合多品种 小批量的生产场合 5 体积小 重量轻 能耗低 以超小型PLC为例 新近出产的品种底部尺寸小于100mm 重量小于 150g 功耗仅数瓦 由于体积小 很容易装入机械内部 是实现机电一 体化的理想控制设备 2 PLC的工作原理 PLC大多采用成批输入 输出的周期扫描方式工作 按用户程序的先后次序 逐条运行 一个完整的周期可分为三个阶段 一 输入刷新阶段 程序开始时 监控程序使机器以扫描方式逐个输入所有输入端口上的信 号 并依次存入对应的输入映象寄存器 二 程序处理阶段 所有的输入端口采样结束后 即开始进行逻辑运算处理 根据用户输入 的控制程序 从第一条开始 逐条加以执行 并将相应的逻辑运行结果 存入对应的中间元件和输出元件映象寄存器 当最后一条控制程序执行完 毕后 即转入输出刷新处理 三 输出刷新阶段 将输出元件映象寄存器的内容 从第一个输出端口开始 到最后一个结 束 依次读入对应的输出锁存器 从而驱动输出器件形成可编程的实际输 出 4 2 FX2N PLC介绍 1 1 概述概述 FX2N系列是PLC FX家族中最先进的系列 由于FX2N系列具有如下优点 最大范围地包容了标准特点 程式执行更快 全面补充了通信功能 适合 世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 10 页 共 27 页 2 2 PLCPLC的硬件结构的硬件结构 1 硬件框图 2 2 输入接口电路 输入接口电路 为了保证能在恶劣的工业环境中使用 PLC输入接口都采用了隔离措施 如下图 采用光电耦合器为电流输入型 能有效地避免输入端引线可能引 入的电磁场干扰和辐射干扰 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 11 页 共 27 页 3 3 输出接口电路 输出接口电路 PLC 一般都有三种输出形式可供用户选择 即继电器输出 晶体管输出 和晶闸管输出 在线路结构上都采用了隔离措施 特点 继电器输出 开关速度低 负载能力大 适用于低频场合 晶体管输出 开关速度高 负载能力小 适用于高频场合 晶闸管输出 开关速度高 负载能力小 适用于高频场合 3 3 各部分功能各部分功能 控制点数 16到256 主单元 16 32 48 65 80 128点 灵活的配置 除了具有满足特殊要求的大量特殊功能模块外 六个基本FX2N单元中的 每一个单元可扩充到256 I O 高速运算 基本指令 0 8 s 指令 应用指令 1 52至几百 s 指令 突出的寄存器容量 FX2N系列包括8K步内置RAM寄存器 用一个寄存器盒可扩充到16K步 RAM或EEPROM 丰富的元件资源 3072点辅助继电器 256点计时器 235点计数器和8000点数据寄存器 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 12 页 共 27 页 实时时钟 使用标准型号实时时钟满足你的时间灵敏度应用要求 增加了过程控制 使用FX2NPID指令或易于使用的FX2N 2LC温控模块 特殊功能模块 增加了大量的特殊功能模块满足单个需要 网路能力 完全补充的网路模块使数据通信更容易实现 很强的数学指令集 使用32位处理 浮点数 方根和三角几何指令满足数学功能要求很高的情 况 基于Windows软件 使用GX Developer或FX PCS Win软件能快速 容量地开发程序 容易安装 使用DIN导轨或便利的安装孔直接安装表盘 操作员界面 从一条完整的线路或操作员界面来选择数据编辑和显示 为大量实际应用而开发的特殊功能 开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要 模拟I O 高速计数 器 定位控制达到16轴 脉冲串输出或为J和K 型热电偶或PT传感器开发了温 度模块 对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块 网路 数据通信 连接到世界上最流行的开放式网路CC Link Profibus DP和DeviceNet 或者采用传感器层次的网络如AS I或I O LINK解决你的通信需求 串行通信选项包括RS 232 RS 422或RS 485 其它功能 内置式24V直流电源 快速断开端子块 时钟功能和小时表功能 持续扫 描功能 输入滤波器调节功能 元件注解记录功能 在线程序编辑 RUN STOP开关 远程维护 密码保护 4 3改造方法的确定 1 原镗床的加工工艺方法不变 2 在保留主电路原有元件的基础上 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 热继电器 接触器 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 13 页 共 27 页 作用与原电气线路相同 4 主轴和进给启动 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 4 4 PLC改造 T68镗床有2台电动机 主轴电机M1拖动主轴的旋转 和工作进给 M2电动机实现工作台的快移 M1电动机是双 速电动机 低速是三角形接法 高速是星形接法 主轴旋 转和进给都由齿轮变速 停车时采用了反接制动 主轴和 进给齿轮变速采用了断续自动低速冲动 T68镗床的主电路 如图1 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 COM L SB5 SB1 SB2 SB3 SB4 Kn1 Kn2 S1 S2 S3 S4 S S5 S6 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 N W NCOM KR 图1 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 14 页 共 27 页 电气控制线路的特点 1 主电机为双速电机 它提供机床的主运动和进给运动 的动力 高低速转换 由主轴孔盘变速机构内的限位开关 S 控 制 S 常态时接通低速 被压下时接通高速 由接触器 KM6 及 KM7 实现定子绕组从三角形接法转接成双星型接法 2 主电机可正反转 点动及反接制动 3 主电机用低速时 可直接启动 但用高速时 则由控 制线路先起动到低速 延时后再自动转换到高速 以减少起动 电流 4 在主轴变速或进给变速时主电动机能缓慢转动 使齿 轮易于啮合 控制线路工作原理 1 主轴的点动控制 主轴的正反向点动由按钮 SB3 和 SB4 操纵 按下正向点动 按钮 SB3 后 PLC 输出使 KM1 KM6 线圈得电动作 因此 三相电源经 KM1 主触点 限流电阻 R 和接触器 KM6 的主触点 接通电动机 M1 使电动机在低速下旋转 放开按钮时 KM1 和 KM6 都相继断电释放 电动机断电停止 反向点动与正向点 动相似 由 SB4 操纵 经接触器 KM2 及 KM6 相互配合动作来 完成 2 主电机的正反向长动 主电机正反控制由 SB1 和 SB2 操纵 当要求电动机低速运 转时 限位开关 XK 为断开状态 按下起动按钮 SB1 KM1 KM3 KM6 得电动作 主电机就在全电压和三角 形接线下 直接起动低速运行 使用高速时 限位开关 XK 闭合 按下 SB1 后 电动机先低 速起动 延时 5 秒后 KM6 断开 再经 0 6 秒 KM7 得电动作 KM7 的主触点使电机的绕组连成双星形并重新接入电流 从而 使主电动机从低速再起动到高速 反向起动原理与正向起动相同 但参与控制的按钮为 SB2 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 15 页 共 27 页 接触器为 KM2 KM3 KM6 及 KM7 3 主电机的反接制动控制 当电动机正转时 速度继电器的正转动合触点 Kn 闭合 而 正转动断触点 Kn 断开 当按下 SB5 时 KM1 断电释放 切断 了主电机电源 延时 0 6 秒后 KM2 闭合和 KM6 得电 使三相 电源经过 KM2 主触点 限流电阻 R 和 KM6 主触点反接给电动 机 电动机反接制动 当电动机转速降低到一定速度时 正转 动合触点 Kn 打开 切断 KM2 的通电回路 使 KM2 和 KM6 相 继断电释放 及时切断电动机的反接电源 制动结束 反向运 行时的制动过程与正向相似 此时参与控制的电器是速度继电 器的反转动合触点 Kn 接触器 KM1 KM2 4 主轴或进给变速时主电机的缓转控制 主轴变速时 主轴电动机可获得缓慢转动 以利于齿轮顺利 啮合 将 S1 S2 闭合 KM1 KM6 线圈得电动作 电机得电 正向加速 当达到一定速度时 速度继电器 Kn 的动断触点断开 动合触点闭合 延时 0 6 秒后 KM2 闭合 电机开始反接制动 当电机低于某一速度时 Kn 动作 KM2 断开 延时 0 6 秒后 KM1 闭合 正向加速 如此反复 实现缓动 进给变速时缓转 控制原理与主轴时完全相同 不过用的是限位开关是 S3 S4 5 主轴箱 工作台或主轴的快速移动 机床的各部件的快速移动由限位开关S2 S6和快速电机M2驱动 S2被压动 PLC输出使KM4得电动作 快速移动电动机M2正转 限位开关S6被压动 PLC输出使接触器KM5得电动作 快速电 动机M2反转 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 16 页 共 27 页 X000 M1 M8 M8X001 M11M8M8M12 M1 M8X002 M1 M8M13 M2 M2 X011X007M1 Y002 T0 K50 T5 K56 M8 X003 M8M14 Y002 M3 M8X004 M8M15 Y002 M4 T6 K6 T0 M8X000 X006 M8M11 M5 T1 K6 M5 M8X000 M8 M11 M16 T2 K6 M6 X007 X006 X011 Y000 T3 K6 Y001 X005 Y001 T4 K6 Y005 T0 Y006 Y000 Y006 T0 Y005 M2 M8X015 X014 Y003 M8M18 M17 M8X015 X014 Y004 M8M18 M17 M3 Y001 T1 T3 Y000 M4Y000 T2 Y001 X005X012 X010 X005 M2 M1 M2 M8X013 M8M16 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 17 页 共 27 页 电气元件一览表 符号数量名称及用途 M11主电动机 拖动主运动和进给运动用 M21快速移动用电机 Q1空气开关 限流 欠压保护 KM1 KM22主电动机正反转用接触器 KM31限流电阻短路用接触器 KM6 KM73主电动机高低速转换用接触器 KM4 KM52快速电机正反转用接触器 SB51主电动机停止用按钮 Kn1主电动机反转制动用速度继电器 SB1 SB22主电动机正反转用按钮 SB3 SB42主电动机正反转点动按钮 S1 S22主轴用变速限位开关 S3 S42进给变速用限位开关 S1接通主电动机高速用限位开关 S5 S62快速电动机正反转用限位开关 R2点动 高速启动 制动用限流电阻 FU1 FU88短路保护熔断器 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 18 页 共 27 页 KR1主电动机过载保护用热继电器 K11控制 PLC 用开关 PLC1可编程控制器 4 5 PLC 仿真调试 第一部 建立梯形图 如图 1 本例子的目的是当 X000 输入时 T0 开始工作 工作周期为 10 秒 10 秒后 T0 自动复位 计算器 C0 记录 T0 接通的数目 当 T0 接通数 目达到设定值 2 时 C0 接通 同时 Y0 接通 图 1 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 19 页 共 27 页 第二部 按下梯形图测试按钮 图 2 第三部 出现如下画面 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 20 页 共 27 页 图 3 第四部 测试方法一 选中要测试的元件 单击鼠标右键 图 4 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 21 页 共 27 页 第五部 可以通过单击以上两个按钮测试该元件 图 5 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 22 页 共 27 页 第六部 选择 强制 ON 后 X0 接通 T0 工作 C0 工作 Y0 接通 图 6 第七部 测试方法 2 如图选择 武进龙城职校成人教育中心 T68 镗床电控系统的 PLC 改造 第 23 页 共 27 页 图 7 第八部 下一