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机械毕业设计全套

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JCJD01-024@T68镗床的控制系统的改造,机械毕业设计全套

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1 摘 要 目前 PC已广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通、运输等各行各业。 随着机电一体化的发展，对不系统的可靠性要求愈来愈高。可编程控制器有控制可靠，体积小，功能强，速度快，组态灵活和可扩展的特点而得到广泛的应用。可编程控制器是 20世纪 60年代末在继电器控制系统的基础上开发出来的。最初叫做可编程逻辑控制器，（ programmable logic controller）即 PLC。 在我国， PC的应用最近几年发展很快。首当先应用一些大中型现代化工厂的引进工程上，如上海宝山钢铁总厂一、二期工程中就使 用了 PC达 857台。武汉钢铁厂和首都钢铁厂等大型钢铁企业也都使用了许多 PC。 在老企业旧设备的技术改造上， PC的应用比较广泛，而且已取得了可喜的经济效益。 PC是专为工业控制设计的控制装置，能适应工业现场的恶劣环境，例如： 电源电压： AC220V 15%。 抗振强度： 16.7Hz,3mm双振幅（ X、 Y、 Z三个方向各 30min）。 工作温度： 0 55，有的甚至可以是 -10 55。 存放温度： -20 60。 湿度： 35 90%RH无凝结 。 关键词 T68 式卧式镗床 ；有限元； PRO/E； PLC； nts2 目 录 前言 1 第 1章 PLC的介绍 5 1.1 PLC的主要功能 6 1.2 PLC的特点 7 1.3 PLC的应用 9 第 2章 镗床电气系统及电气原理 .11 2.3 镗床概述 .11 2.4 T68卧式镗床的电气控制线 路 .12 2.4 T68镗床电器线路的控制原理 .13 第 3章 镗床的改造 16 3.1 了解情况 16 3.2 确定 PLC的输入输出 17 3.3 编制梯形图 17 第 4章 梯形图的分析 21 4.1 正、反转控制 21 4.2 低速 的转换 21 4.3 反接制动 21 4.4 点动控制 21 4.5 快移电动机的控制 21 结束语 22 参考文献 23 致谢 24 nts3 前 言 可编程序控制器的英文为 Programmable Controller，在二十实际七十至八十年代一直简称为 PC。由于到 90年代，个人计算机发展起来，也简称为 PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国 AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（ PLC， Programmable Logic Controller），为了方便，仍简称 PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为 PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了 PLC的发展和市场情况 。 1968年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要 求，第二年美国数字公司研制出了第一土改可编程序控制器，满足了 GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代 PLC产品了。 在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作；另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的 离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以 PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了 PLC、DCS与 IPC三足鼎立之势，如表 1，还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占有一定的百分比。 在八十年代至九十年代中期，是 PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于 PLC人机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分 DCS的市场（过程控制）并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业 PC（ IPC）的出现，特别是近年来现场总线技术的发展， IPC和 FCS也挤占了一部分 PLC市场，所以近年来PLC增长速度总的说是渐缓。目前全世界有 200多厂家生产 300多品种 PLC产品，主要应用在汽车（ 23%）、粮食加工（ 16.4%）、化学 /制药（ 14.6%）、金属 /矿山（ 11.5%）、nts4 纸浆 /造纸（ 11.3%）等行业。 国内 PLC生产厂约三十家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或 “贴牌 ”方式生产，因此可以说 PLC在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。 在 PLC应用方面，我 国是很活跃的，近年来每年约新投入 10万台套 PLC产品，年销售额 30亿人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。我国市场上流行的有如下几家 PLC产品： 施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有 Quantum、Premium、 Momentum等产品； 罗克韦尔公司（包括 AB公司） PLC产品，目前有 SLC、 Micro Logix、 Control Logix等产品； 西门子公司的产品，目前有 SIMATIC S7-400/300/200系列产品； GE公司的产品；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。 PLC的市场的潜力是巨大的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明， PLC配套的机电一体化产品的比例占 42%，采用继电器、接触器控制尚有 24%。所以说，需要应用 PLC的场合还很多，在我国就更是如此了。 从技术创新的角度看，我国大中型企业还要大力发展 CIMS，在机械制造厂要形成 FMS柔性制造系统， PLC是基础，所以 PLC市场是广阔的。 PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原 因，我们下面重点阐述几个问题，并研究其发展趋势。 PLC的硬件和软件 ， PLC在 90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种 PLC。按I/O点数分，可分为： 微型 PLC： 32 I/O 小型 PLC： 256 I/O 中型 PLC： 1024 I/O 大型 PLC： 4096 I/O nts5 巨型 PLC： 8195 I/O （ 注 ： 近年来有单机支持 300回路和 65000点 I/O的大型系统 ） 对应中型 PLC以上 ， 均采用 16位 32位 CPU， 微、小型 PLC原采用 8位 CPU， 现在根据通讯等方面要求 ， 有的也改用 16位 32位 CPU。 由于 I/O 64点以下 PLC销售额占整个PLC的 47%， 64点 256点的占 31%，合计位整个 PLC销售额的 78%，所以对微、小型 PLC应多加研究。 PLC控制器本身的硬件采用积木式结构，各厂家产品结构大同小异。以日本欧姆龙 C200HE为例，为总线模板框式结构，基本框架（ CPU母板）上装有 CPU模板，其它槽位装有 I/O模板；如果 I/O模板多时，可由 CPU母板经 I/O扩展电缆连接 I/O扩展母板，在其上装 I/O模板；另一种方法是配备远程 I/O从站等。这些都说明了 PLC厂家将硬件各部件均向用户开发，便于用户选用， 配置成规模不等的 PLC，而且这种硬件配置的开放性，为制造商、分销商（代理商）、系统集成商、最终用户带来很多方便，为营销供应链带来很大便利，这是一大成功经验。 PLC内的 I/O模板，除一般的 DI/DO、 AD/DA模板外，还发展了一系列特殊功能的I/O模板，这为 PLC用于各行各业打开了出路，如用于条形码识别的 ASCII/BASIC模板，用于反馈控制的 PID模板，用于运行控制、机械加工的高速计数模板、单轴位置控制模板、双轴位置控制模板、凸轮定位器模板、射频识别接口模板等，这在以后还会有很大发展。另外在输入、输出的 相关元件、强干扰场合的输入、输出电隔离、地隔离等方面也会更加完善。 PLC中的 CPU与存储器配合，完成控制功能。它与 DCS系统处理温度、压力、流量等参数的系统不同，采用快速的巡回扫描周期，一般为 0.10.2秒，更快的则选用50毫秒或更小的消灭周期。它是一个数字采样控制系统。 为了完成控制策略，为了替代继电器，使用户等完成类似继电器线路的控制系统梯形图，而编制了一套控制算法功能块（或子程序），称为指令系统，固化在存贮器 ROM中，用户在编制应用程序时可以调用。指令系统大致可以分为两类，即基本指令和扩展指令。细 分一般 PLC的指令系统有：基本指令、定时器 /计数器指令、移位指令、传送指令、比较指令、转换指令、 BCD运算指令、二进制运算指令、增量 /nts6 减量指令、逻辑运算指令、特殊运算指令等，这些指令多是类似汇编语言。另外 PLC还提高了充足的计时器、计数器、内部继电器、寄存器及存贮区等内部资源，为编程带来极大方便 。 由于各 PLC厂家产品在指令系统上的差异及编程方法上用户要求不同，近年来IEC制订了基于 Windows的编程语言标准 IEC61131-3（注： 1993年 IEC颁布可编程序控制器的国际标准 IEC1131），它规定了指 令表（ IL）、梯形图（ LD）、顺序功能图（ SFC）、功能块图（ FBD）、结构化文本（ ST）五种编程语言。这包括了文本化编程（ IL、 ST）和图形编程（ LD、 FBD）两个方面，而 SFC则在两类编程语言中均可使用。 IEC技术委员会（ TC65）进来开展了 IEC61499项目，将 IEC61131-3进行了扩展，它是针对通过通信网络互联的模块化分布系统的体系结构的标准，将对 IEC61131-3有所改善。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件，是 PLC发展的一大趋势。 nts7 第一章 PLC的介绍 经过几十年的发展， PLC已经不只能实现继电器控制所有的逻辑判断、计时、计数等顺序控制等功能，同时还具有了执行算术运算、对模拟量进行控制等功能。所以美国电气制造商协会经过四年的调查，于 1980年将其正式命名为可编程控制器（ programmable controller）简写为 PC。后来由于 PC这个名词常常用来称呼个人电脑（ personal computer），为了区别，现在也可把可编程控制器称为 PLC。 PC可用于单台机电设备的控制，也可以用于生产流水线的控制。使用者可 以根据生产过程和工艺要求设计控制程序，然后将程序通过编辑器送入 PC。程序投入运动后， PC就在现场输入信号（按钮、行程开关、光电开关或其它传感器）的作用下，按照预先送入的程序控制现场的执行机构（电机、电磁阀等）按一定规律动作。 1 1 PC的主要功能 近年来， PC把自动化技术，计算机技术、通讯技术融为一体。它能完成以下功能： 1条件控制（逻辑控制） PC设置了与（ AND）、或（ OR）、非（ NOT）等逻辑指令，能处理继电器接点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。因此，它可以代替继电器进行开关控制。 2 定时控制 PC为用户提供了若干个计时器（定时器），并设置了计时指令。计时器的计时值可以由用户在编程时设定，也可以用拔盘开头来设定。计时器的计时值可以在运行中被读出，也可以在运行中被修改，使用灵活，操作方便。程序投入运行后， PC将根据用户设定的计时值对某个操作进行限时控制和延时控制，以满足生产工艺的要求。 3步进控制 PC为用户提供了若干个移位寄存器，可以用于步进控制，即在一道工序完成以后，再进行下一步工序，有些型号的 PC，还专门设置了用于步进控制的步进指令和鼓形控制器操作指令，编程和使用极为方便，因此更容 易实现步进控制的要求。 nts8 4 A/D、 D/A转换 有些 PC还具有 A/D、 D/A转换功能，完成对模拟量的控制和调节。 5数据处理 有些 PC还具有数据处理功能，它具有并行运算指令，能进行数据并行传送， BCD的加、减、乘、除、开方等运算，还能进行字与、字或、求反、；逻辑移位、算术移位、检索数据、比较、数制转换、 16-4编码、 4-16编码、译码等操作，还可以对数据存储器进行间接寻址， PC还可以与打印机相连，打印出程序和有关数据及梯形图。 6通讯联网 有些 PC采用了通讯技术，可以进行远程的 I/O控制，多台 PC之间可 以进行同位链接， PC还可以与上位计算机进行链接，接受计算机的命令，将招待结果告诉计算机。由一台计算机和若干台 PC可以构成 “集中管理，分散控制 ”的分布式控制系统，以完成较大规模的复杂控制。 PC与上位计算机链接对计算机的要求是： （ 1） 具有 RS-232接口； （ 2） 使用 ASC码字符。 这些要求，一般的计算机都能满足。 PC与计算机之间的通讯，目前还没有国家标准。各生产 PC的厂家一般都使用自己的标准。例如 C系列 PC采用 OMRON标准，它规定了命令的种类和数据格式，以及应答的数据格式。而且 PC方面的通讯软件 已经做好，用户只要在计算机方面配置一个通讯软件，能够按规定向 PC发出命令和识别 PC给出的应答。 PC在通讯系统中，一般采用 RS-232接口，也可以采用 RS-422接口和光通讯。 PC的通讯和联网技术还在发展之中。 7临控 PC配置了较强的监控功能。它能记忆某些异常情况，或在发生异常情况时自动中止运行。在控制系统中，操作人员通过临控命令可以监视有关部分的运行状态，可以调整计时、计数等设定值。为调试和维护提供了方便。 PC还可以连接打印机，nts9 对程序和数据进行硬拷贝。 1.2 PLC的特点 1通用性好 PC是通过 软件来实现控制的。同一台 PC可用于不同的控制对象，只需改变软件就可以实现不同的控制要求。另外， PC产品已系列化，其结构形式多种多样，按功能不同又有低档、中档、高档机之分，可适应各种不同要求的工业控制。同一档次的 PC，不同机型的功能基本相同，可以互换。 PC的功能模块品种多，可以灵活组合成各种不同大小的不同功能的控制设置。 2可靠性高 PC由于采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成；另外还采取了屏蔽、滤波、隔离等抗干扰的措施，因此可靠性很高，其平均故障间隔时间为 2 5万小时甚至更高。 PC还 具有完善的自诊断功能，检查判断故障迅速方便，因而便于维修。 3环境适应性好，抗干扰能力强 PC是专为工业控制设计的控制装置，能适应工业现场的恶劣环境，例如： 电源电压： AC220V 15%。 抗振强度： 16.7Hz,3mm双振幅（ X、 Y、 Z三个方向各 30min）。 工作温度： 0 55，有的甚至可以是 -10 55。 存放温度： -20 60。 湿度： 35 90%RH无凝结。 PC在制造工艺上加强了抗干扰措施，例如输入输出部分都采用光电隔离，有效地隔离了 PC内部电路与输入、输出之间电的联系，从而避免了输入 、输出部分窜入的干扰信号而引起的误动作。 PC还采取了屏蔽、滤波等措施，有效地防止了空间电磁干扰，对高频干扰信号起到良好的抑制作用。一般 PC的抗干扰强度为：峰值 1000V、脉宽 10 s矩形波。 4功能强 前面介绍过，现代 PC不仅具有逻辑运算、计时、计数、步进等功能，而且还能nts10 完成 A/D、 D/A转换、数字运算和数据处理以及通讯联网、生产过程临控等。因此，它既可对开头量进行控制，又可对模拟量进行控制；既可控制一台单机、一条生产线，又可控制一个机群多条生产线；既可现场控制，又可远距离控制；既可控制简单系统，又可控制 复杂系统。 5接线简单 PC的接线只需交输入信号的设备（按钮、开关等）与 PC输入端子连接，将接受输出信号执行控制执行元件（接触器、电磁阀等）与 PC输出端子连接。接线简单、工作量少。 6编程简单，使用方便 用微机实现自动控制，常使用江编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。 PC采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言 ”编程，容易掌握。例如目前大多数 PC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电气 技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。 这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在 PC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，是微不足道的。 用微机控制，还要在输入输出接口上大量工作，才能控制现场连接起来，调试也比较繁琐。 而 PC的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备直接连接。输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等连接，使用很简便。 7体积小、重量 轻、功耗低 由于 PC采用半导体集成电路，其体积小、重量轻、功耗低。例如法国的 TS 21型 PC，它具有 128个 I/O接口，可以完成相当于 400多个继电器组成的控制功能，但其重量只有 2.3kg，体积只有 21612710mm2,不带接品的空载功能只有 1.2w，其成本也nts11 只有同功能继电器系统的 10 20%。 PC的结构紧凑，坚固耐用。又具有较强的环境适应性和较高的抗干扰能力，因此是实现和机电一体化的理想控制设备。 当然， PC也并非十全十美，其缺点是：价格还比较高：一般来说，比继电器控制高，比一般的单板机系统也高； 工作速度较计算机慢，输出对输入的响应有滞后现象；使用中、高档 PC，要求使用者具有相当的计算机知识。 1.3 PC的应用概况 由于 PC具有上述的一系列优点，因此在工业控制方面，目前 PC已广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通、运输等各行各业。 按照 PC的控制类型不同， PC已应用于以下几方面： 1逻辑控制 这是 PC最基本的控制，可用以取代继电器控制和二级管矩阵式顺序控制器控制，如机床、电梯、起重机、皮带运输机、布袋除尘器等的电器控制。 2模拟量控制 PC具有 D/A、 A/D转换及算术运算等功 能，可以实现模拟量控制，有的 PC还具有PID运算的功能，可用于闭环的位置控制、速度控制和过程控制。 3数字控制 PC能和机械加工中的数字控制及计算机数控组成一体，实现数值控制。随着 PC还具有 PID运算的功能，可用于闭环的位置控制、速度控制和过程控制。 4机器人控制 随着工业自动化的发展，使用机器人将愈来愈多。对于机器人，很多工厂也选用 PC来控制，自动地处理它的各种机械动作。 5多级控制系统 高功能的 PC具有较强的通讯联网功能， PC与 PC、 PC与远程 I/O、 PC与上位计算机之间可以通讯，从而可形成多级控 制系统。通常采用多台 PC分散控制，由上位计算机集中管理，这样的系统又称为分布式控制系统。 典型产品有：美国 GOULD公司的 A5900及 MODULAR SYSTEMS RESEARCH公司的 IACnts12 系列。 目前，为了适应大中小型企业的不同需要，进一步扩大 PC在工业自动化领域的应用范围， PC正朝着以下两个方向发展： 其一是低档 PC向小型、简易、廉价方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制； 其二是中、高档 PC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对于规模、复杂系统进行综合性的自动控制。 从 PC的发展趋势看， PC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。在未来的工业生产中， PC技术和机器人、 CAD/CAM技术将成为实现工业生产自动化的三大支柱。 1 4 PLC的基本结构 尽管 PLC的型号、规格繁琐，结构各不尽相同，但其主要又微处理器（ CPU）存储器、电源、输入输出组件等部分组成；各部分采用总线连接。其基本结构如附图所示。 现场输入号信信号入输入寄存器输态状存 储 器C P U接 口接 行电器口执场现输出态寄存器输状入外部设备（编程器等）nts13 第 2章 镗床电气系统及电气原理 2.1 镗床的概述 镗床是冷 加工中使用比较普遍的设备。按用途不同，可分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床和专用镗床等，以卧式镗床应用最广。 镗床主要用于加工精确的孔和各孔间的距离要求较为精确的零件。如一些箱体零件（机床变速箱、减速箱），望望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、平行度与位置精度的要求。这对于钻床来说是很难实现的。镗床的本身刚度高，其可动部分在导轨上活动间隙小，而且还有附加支撑，一般都能满足技术的要求。 万能镗床除了镗孔以外，还可以进行钻孔、铰孔、扩孔、车削螺纹以及镗轴 或平旋盘（花盘）铣削平面等。装有平旋盘刀架的镗床，特别适用于加工大的孔径、端面和外圆。其工艺范围很广。 卧式镗床的运动方式可主运动、进给运动和辅助运动。其中主运动为主轴的旋转运动和花盘的旋转运动；进给运动为主轴的进给运动、花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。 由于镗床的工艺范围广，因此，调速范围大，运动形式多。其电气系统有如下的特点： 1为了适用各种工件的加工，要求主轴有较大的调速范围。卧式镗 床主运动多采用交流电动机驱动的滑移齿轮有级调速系统，以单级、双级和三速鼠笼式异步电动机驱动。采用双速或三速电动机拖动。可简化机械变速机构。随着电子技术的发展，晶闸管控制的无级调速在镗床上已经获得了广泛的运用。 2机床主轴及进给运动多用一台电机拖动。由于卧式镗床进给方向较多，故也要求有较大的调速范围，也是利用滑动齿轮变速。根据镗床的运动要求，各进给部分应能快速移动，一般用单独的快移电机驱动。另外个方向进给应有联锁。也有躺床的进给机构是采用单独的电动机来拖动的。 nts14 3当采用滑移齿轮变速时，为了利于变速后齿轮的啮合，要求躺床运动系统在变速过程中能作低速或瞬时冲动。 4为了适用加工过程中的调整的需要，要求主轴可以正、反点动调整，同时，还要求主轴可以正、反向旋转。 5卧式镗床主轴只动要求快而准确，必须采取效果较好的停车只动措施。通常是采用反接制动。 2.2 T68卧式镗床电气控制线路 1机床的主运动与进给运动共用一台双速电动机 M15.5/7.5KW，（ 1440/2900）r/min来拖动。用主轴变速操作机构内的行程开关 SQ控制时间继电器 KT，用三个接触器 KM4和 KM5、 KM6控制定子绕组的 “ -YY”接线转换，以实现高、低速的转换。低速时，电动机可直接启动。高速时，采用先低速起动，而后自动转换为高速运行的二级控制，以减少起动电流。 2主电动机 M1能逆运行，并可正、反向点动及反接制动，在点动、制动以及变速过程的脉动慢转时，线路中均串如了限流电阻 R，以减少起动和制动电流。 3主轴和进给变速均可在运行中进行。只要进行变速，主电动机 M1就脉动缓慢旋转，以利于齿轮的啮合。主轴变速时，电动机的脉动旋转是通过行程开关 SQ1和 SQ2，进给变速是通过行程开关 SQ3和 SQ4以及 速度继电器 KR来共同完成。 4为缩短机床加工的辅助工作时间，主轴箱、工作台、主轴以单独的电动机M2（ 2.2KW）拖动起快速移动。它们之间的激动进给有机械和电气联锁保护。 2.3 T68镗床电气线路的控制原理 1. 主轴点动机 M1的控制 （ 1）正、反转的控制：由正、反转起动按钮 SB1、 SB2和正、反转起动的中间继电器 KA1、 KA2及正、反转接触器 KM1和 KM2组成主轴起动控制电路。以低速正转为例，此时，行程开关 SQ处于断开位置， SQ3-1和 SQ1-1为闭合状态。按下正向起动按钮 SB1时，继电器 KA1的电动 作。 KA1的一组触点（ 6-4）使接触器 KM3得电动作， KM3的主触点将限流电阻 R短路， KM3的辅助触点（ 7-31）闭合。同时， KA1的另一组触点（ 31-25）也闭合，使接触器 KM1得电并自锁。 KM1触点动作又使接触器 KM4得电。 KM1、nts15 KM3、 KM4动作的结果，主电动机在全电压、定子绕组接法下直接起动，低速运行。 反向起动过程与正向起动过程相同，但参与控制的电器为按钮 SB2、中间继电器 KA2和接触器 KM2、 KM3、 KM4。 （ 2）高、低速的转换： SQ是高、低速转换的行程开关，其状态由主轴变速操作机构的机械 装置控制。低速时， SQ处于常态，时间继电器 KT不能得电；高速时，SQ被压动。当主轴电动机在高速挡起动时，按下起动按钮 SB1后，与低速正向起动时一样，中间继电器 KA1、接触器 KM1、 KM3、 KM4相继得电动作，使电动机在低速状态下直接起动。同时。 SQ的常开触点闭合，接通时间继电器 KT的线圈。经延时后， KT的延时断开常闭触点（ 23-37）打开， KM4断电，电动机定子绕组与电网脱离，触点（ 23-41）闭合，接触器 KM5和 KM6得电动作，电动机绕组连成双星形，重新接入电源，使电动机从低速旋转转为高速运行。 （ 3）反 接制动控制：由停车按钮 SB0、速度继电器 KR和正、反转接触器 KM1、KM2组成主轴的反接制动控制电路。当主轴正转时，速度继电器的正转常开触点 KR1（ 23-33）闭合，而正转常闭触点 KR1（ 23-39）断开；主轴反转时，反转常开触点 KR2（ 23-25）闭合，为电动机的正转或反转制动做好准备。 设主电动机在停车前为低速正转，即 KA1、 KM1、 KM3、 KM4得电吸合，速度继电器常开触点 KR1（ 23-33）闭合。按下停止按钮 SB0， KA1、 KM3和 KM1相继断电释放，切断了主点动机电源。与此同时，经 KR1（ 23-33）触点，接通了反转接触器 KM2的电源。 KM2得电动作后，其常开触点（ 5-23）闭合，接通自锁电路，在松开停止按钮 SB0之后， KM2和 KM4能保持得电。三相电源经 KM2主触点、限流电阻 R和 KM4主触点反接给电动机，进行反接制动。当电动机的转速降低到速度继电器的复位转速时，其正转常开触点 KR1（ 23-33）断开， KM2和 KM4相继断电，切断电动机电源，电动机制动结束。 反向旋转时制动过程与正向旋转相似，但参与制动的电器是速度继电器的反转常开触点 KR2、接触器 KM1和 KM4。 （ 4）点动控制：由正、反转点动控制 按钮 SB3、 SB4和正、反转接触器 KM1、 KM2组成在低速挡接线下的点动控制。以正向为例，按下正向点动按钮 SB3， KM1、 KM4nts16 相继得电，三相电源经 KM1主触点、限流电阻 RKM4的主触点接通主电动机 M1的定子绕组，使电动机在低速下正转。松开 SB3，电动机即断电停转。 反向点动与正向点动的动作过程相似，但参与控制的电器是按钮 SB4和接触器KM2、 KM4。 2. 主轴变速与机给变速控制 本机床主轴及进给的各种速度是通过变速操作盘来改动变传动链的传且在运行中也可以进行变速。变速时，主轴电机可获得低动比来实现的。它 不但可以在停车时变速，而速连续冲动，以利齿轮顺利啮合。 以主轴变速为例，变速时，将主轴变速操作盘的操作手拉出。这时，与变速手柄有机械联系的行程开关 SQ1因不受压力而复位， SQ1-1（ 17-19）断开， KM3、 KM1相继断电释放，主电动机脱离电源，自动停止转动。这就是主电动机可以在运行中调速的原因。然后旋转变速操作盘，选好速度后，将变速操作手柄推回原位。若因齿轮顶住，手柄推合不上时，行程开关 SQ1、 SQ2不受压，通过速度继电器的正转常闭触点 KR1（ 23-29）接通瞬时点动控制电路，使 KM1得电动作。其通电回路 为：电源（ 5） -SQ1-2（ 5-23） -KR1的正转常闭触点（ 23-29） -SQ2（ 29-25） -KM2（ 25-27）-KM1线圈 -电源线（ 4）。同时 KM4也得电动作，故主电动机通过限流电阻 R在低速下起动。电动机一旦转动， KR1的正转常闭触点（ 23-29）转为断开，而正转常开触点（ 23-33）转为闭合，使 KM1断电释放， KM2地电动作，主电动机被反接制动。当电动机的转速制动到速度继电器的复位转速时，其正转常开触点又转为断开，正转常闭触点又转为闭合，使从而又接通瞬时点动电路重复上述过程。这样主电动机被间歇的起 动和制动而低速旋转，直到齿轮啮合好，手柄推上以后，压下行程开关 SQ1和 SQ2，将上述瞬时点动电路切断。同时，由于 SQ1-1（ 17-19）触点闭合，使 KM3、 KM1相继得电动作，主电动机在新的转速下重新起运转。 进给变速的操作和控制与主轴变速基本相同，只是进给变速、时，所用的行程开关是 SQ3和 SQ4。 3. 速移动电机 M2的控制 机床各进给部件的快速移动，又快速手柄操纵和快速移动电动机 M2拖动。当快nts17 速手柄扳到正向快速移动时，压下限位开关 FSQ， KM7得电动作，快速移动电动机 M2正转，通过不同的齿轮、齿条、丝杆 的不同联接来完成各运动方向的快速移动。当快速手柄扳到反向快速位时，压下限位开关 RSQ，接触器 KM8得电动作， M2反转，拖动各运动部件反向快速移动。 4. 控制线路的联锁与保护 为了防止机床或刀具的损坏，主轴箱和工作台的机动进给在电路上必须相互联锁，即不能同时接通。为此，采用限位开关 SQ5和 SQ6来控制。当两种进给同时发生时， SQ5和 SQ6都被切下，切断了控制回路电源，达到联锁保护之目的。 与其他机床一样，本机床采用熔断器作短路保护，用热继电器作过载保护。 nts18 第 3章 镗床电器系统的改造 在设计改造之前我们应该了解继电器电路与梯形图对应关系，在分析 PLC控制系统的功能时，可以将 PLC想象成一个继电器控制系统的控制箱。 PLC的外部接线图描述的是一个控制箱的外部接线， PLC的梯形图是这个控制箱内部的线路图梯形图中的输入继电器与输出继电器是在这个控制箱与外部世界的 “中间继电器 ”，这样就可以用分析继电器电路的方法来分析 PLC控制系统。在分析时可以将梯形图中的输入继电器的触点想象成对应的外部电器的触点，将输出继电器的线圈想象成外部负载的线圈，在 PLC的 存储器中，设置了存方输入信号和输出信号状态的输入印象寄存器和输出印象寄存器。 PLC在运行状态时的一个工作周期分为三个阶段：输入阶段、程序执行、输出阶段。 在输入处理阶段， PLC将所有外部输入信号的状态读入输入印象寄存器，外部电路接通时输入印象寄存器为 “1”状态。梯形图中相应的常开触点接通，常开触点断开，反之也然。 3.1 了解情况 由以上的分析可知 PLC改造的第一步我们得了解和熟悉 T68镗床的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握系统的工作原理，这样我们才能做到在设计和系统调试时心中有数，将 T68的电器原理分析清楚。电路分析我们在上一步已经完成。 3.2 确定 PLC的输入输出 确定 PLC的输入输出即 I/O地址的分配和确定它与电器图中的对应关系，从电器的原理图中我们可以确有 5个按钮开关，我们分别将它定为 X400 X404，其对应关系为 SBO-X400， SB1-X401， SB2-X402， SB3-X403， SB4-X404，除此以外还有 9个行程开关及 2个速度继电器输出，其对应关系为。 SQ-X405， SQ1-X406， SQ2-X407， SQ3-X500，SQ4-X501， SQ5-X502， SQ6-X503， SQ7-X504， SQ8-X505， KR1-X506， KR2-X507。确定了输入关系之后，就可由 T68所要求的工艺过程与输入相配合确定要输出的继电器的 I/O地址，其中由电气原理图上可知有两个中间继 KA1、 KA2电器在实际工艺过程没nts19 有实际动作，我们便可以想办法简化，因为 PLC的价格与 I/O点数有关系，每一 I/O点的平均价格在 100左右，而 PLC的每一输入信号和输出信号分别要采用一个输入点和输出点，因此减少输入信号和输出信号的个数以节省开支，它的动作电梯形图内部程序来完成，将 KA1、 KA2设为 M100、 M101，其所必要的得电失电动作都与输出无关，最后确定所必须输出的交流继电器的地址，根据三菱公司 PLC的特点与编号将KM1 KM8确定为 Y430 Y437。 上面的地址是确定是为 PLC的硬件接线图确定所用的元素，选定所要用的 PLC的型号，由 I/O地址的个数与 F1/F2分解的特点我们选用 F1/F240MR型 PLC来控制系统继电器线圈，按绘制出硬件接线图。如下图 3-1所示。 3.3 编制梯形图 由硬件接线可以很明显地看出各输出与输入的关系，然后根据拉线图表编制梯形图如图： 图 3-1 硬件接线图 3.3 编制梯形图 由硬件接线可以很明显地看出各输出与输入的关系，然后根据拉线图表编制梯形图如图 3-2所示。 在设计梯形图还必须确定两线路段在整线路中的作用以便设计编程简单，一环节是 SQ5、 SQ6两开关的作用，由原理图分析我们知道，它们是用来防止主轴箱和工作台的机动进给同时进行的，即相互联锁，因此我们可将他们设置输出结果为中间继电器 M103由电路图知道一切元件的工作都须他们是闭合的，也可任意一个闭合。 障的自锁。所有这些线路图与编程完成后还必须通过实验中，将硬件接线与程序放nts20 在 PLC实验台上，经验证接线合理 程序与接线是否正确，才能安装到 T68上面实验。 主电动机高速主轴运转主轴变速进给运行进给变速工作台头架进给主轴平旋盘进给快移电机正转快移电机反转总停主电动机正转主电动机反转主电动机正转点动主电动机反转点动主电动机高速主电动机正转主电动机反转主电动机制动降压主电动机低速快移电机正转快移电机反转以上的基础工作后，我们便可根据工艺流程等机械动作情况编制梯形图（如大图二），再将梯形图编程，写出程序（如大图二右）到这里 PLC改造的程序编程这一步已经完成，当然在绘制梯形图的过程中要在注意设置相应的互锁电路，如主轴电动机的正、反转控制，主轴电动机的高、低速控制，快移电动机的正、反转控制。但是梯形图中的联缩电路只能保证 PLC输出模块上两个对应的硬件继电器不同时的输出动作，如果因为主电流过大或接触器的主触点不好，某一接触器的主触点被断开电路时产生的电弧熔焊，其线圈断电后主触点仍然接通，这时如果另一接触器的线圈通电，这将会造成三相电源短路事故，所以在电路接线中特别要注意电机正反转。当然也可以将某一接触器的常闭触点与另一接触器的线圈相串联，达到更有保我们将 T68进行 PLC改造的目的便是防止电器线路、元器件的老化缺损，而引起故障，nts21 减少大量硬件接线及电器带的可靠性小，体积大，耗能高的缺点。我们便须选用 相应的电器元件， PLC的型号在上面已经选定，与原来的控制柜中的元素相比省去两上中间继电器，其它的电器元件根据机床的需要、外部环境、功率的大小、尺寸以及根据控制对象操作要求由实用机床设计手册上查找所需要的电器。 1交流接触器的选择 主电机为不经常起动的长时负载，故交流接触器的容量可接下式选择： IE IED 式中 IE主交流接触器额定工作电流 IED主电动机额定电流 对于电源电压为 380V以上的线路，选用 3CJ0-20型交流接触器，即KM3KM4KM5KM6KM7为 CJ0-20型，对于电源为 220V的 线路，则选用 CJ0-40型，即 KM1，KM2为 CJ0-40型交流接触器。 2热继电器的选择 热继电器是供一般电动机的过载式断相保护用的，根据额定电压 380V，额定电压 14.5V，相数为 3，选用热继电器的型号 JR0-40。 3整流变压器的选择 根据电路中需要的电压和电流推出整流变压器的次级绕组电压 6.3V、 110V和36V整流变压器容量由 N2=U2I2得出，其中 U2为整流变压器次级电压有效值， I2为整流变压器次级电流有效值，当考虑电源电压的波动，次级绕组应有抽头，一般可按+10%的波动为选择，所以按以上要 求选用变压器的型号为 BK-300VA380/127 4熔断器的选择 （ 1）控制变压器原边熔断器的熔丝额定电流为 IER1 ，选为 IER1=15A。选 FU2型号为 RL1-15A （ 2）控制变压器副边熔断器的熔丝额定电流： 110V回路 AU NqNeIe R 5.1110 1501.01501.02 选为 2A nts22 36V 回路 AUNzIeR 1.1364033 选为 2A （ 3）控制电路熔断器的选择 熔管额定电流 Ieg可按下式选取 式中 IER为熔体额定电流 A,所以选用RL1-60、 40A熔断器 5行程开关的型号选择 根据行程开关的额定电压、额定电流触关接触所要时间动作力触头数量等各条件配合选 SA为 LXL-11K开启式 FSQ RSQ为 LK1-11K开启式， SQ1SQ2为 LXL-11K开启式，SQ5 LX1-11I防溅式 SQ6为 LX3-11K开启式 6按钮 新式按钮均为组合模块式结构，由触头、基座和钮头三部分组成，采用无紧图件自锁式联接，变换钮头和基座可派生出多种功能，选用不同的触头和数量可满足不同情况的需要。所以选用 SB0-SB1，为 LA1。 异步电动机反接制动电阻 IqUqKR 式中 K系数，要求最大反接制动电流 IPM不超过气压起动电流 IQ时， K为 1.3，要求 IPM不超过 IQ的一半时长为 1.5 UQ电动机起动时定子绕组的相压 IQ电动机全压时的起动电流 R 组合开关 Q3、 3A分别根据电动机与灯的额定电压与电流均分别选用 HZ2-63/3 HZ2-10/310A 7电动机为原装电动机，速度继电器也不变。 再根据电器元件的大小与放置来选用电控柜，我们选用 DKI-120型号，绘制出改装后的接线图，根据各电器用具的安装尺寸与外形尺寸绘出电控柜图。 nts23 第 4章 梯形图分析 4.1 正、反转控制 由正、反转按钮 SB1、 SB2输入给 X401、 X402。因为 M103得电， X400得电、 Y431互锁，所以 Y430得点输出同时 M100得电自锁且 M102、 M103、 T450、 Y434、 Y433的常闭触点都接通，从而 Y433得电。 Y430、 Y432、 Y433得电输出的结果，主电动机在全压、定子绕组三角形接法下直接起动，低速运行。 反向运行与正向起动相同，但输入输出为 X402、 Y432、 Y431、 Y433。 4.2 低速的转换 SQ是高低速的转换开关，它所对应的 X405为输入地址，低速时 SQ处于常态，时间继电器不得电输出。高速时， SQ被压动， T450得电输出。当主轴电动机在高速起动时，先使电动机在低速状态下直接起动，同时 X405输入， T450得电后输出，使电动机绕组接成双星形接入电源，电动机从低速旋转转为高速运行。 4.3 反接制动 由总停按钮 SB0、速度继电器和正、反转的接触器组成控制件。设主电动机在停车前是低速运转，即 Y430、 Y432、 Y433得电输出， X506 常开触点闭合为反接制 动做好准备。当 SB0即 X400输入时 Y430、 M100、 Y432失电停止输出，而 Y341因 X506的闭合而得电输出，且接通了 M102使它得电，因此 SB0松开以后， Y431、 Y433能得电保持，三相电源经 KM2、 KM4反接给电动机进形反接制动。当速度降到速度继电器复位时，其常开触点断开停止输入， Y431、 Y433停止输出，切断电动机电源，电动机制动结束。 反向旋转的制动与正转是相似，只是输出断电的顺