数控车床电气控制系统改造

齐齐哈尔工程学院齐齐哈尔工程学院 论论 文文 题目题目 数控车床电气控制系统改造 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 学 生 王鑫 指导教师 陈龙 起止日期 2016 11 21 12 30 目录 目目 录录 摘 要 3 引 言 4 一 概述 5 5 1 1 选题的目的和意义 5 1 2 关于课题的一些介绍和讨论 5 1 3 电气控制技术的发展 6 1 4 PLC 的发展史及特点 4 二 镗床的概况 9 2 1 T6113 卧式镗床主要结构及机械运动 9 2 2 电气控制 10 2 2 1 卧式镗床电力拖动及控制要求 10 2 2 2 T6113 卧式镗床的电气控制 10 三 镗床电力拖动电动机的选择 13 3 1 概述 13 3 2 镗床用电动机容量的选择 13 3 2 1 镗床主运动电动机容量的选择 13 3 2 2 快速移动电动机容量的选择 13 3 2 3 后立柱电机容量的选择 13 3 2 4 主轴箱和工作台油泵电动机容量的选择 13 四 PLC 控制系统的设计 14 4 1 PLC 控制系统设计的内容和步骤 14 4 1 1 PLC 控制系统设计的内容 14 4 1 2 PLC 控制系统设计的步骤 14 4 2 PLC 控制系统的硬件配置 14 4 2 1 选择 PLC 机型 14 4 2 2 开关量 I O 模块的选择 14 4 2 3 PLC 的接线电路分析 14 五 PLC 在 T113 卧式镗床中的应用 16 5 1 T6113 卧式镗床的 PLC 控制方案 16 5 2 T6113 控制系统设计 16 5 2 1 机型的选择及 I O 接口的分配 16 5 2 2 程序编制 16 结论 20 参考文献 21 摘要 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大约有 90 多还处于老式的 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 基于以上情况 我选择了用 PLC 来完成 T6113 卧式镗床的电气控制部分这 个题目 目的是使机床能快速响应动作 灵活可靠的完成生产任务 而故障率 要相应降低 PLC 以内部的逻辑触点代替了继电器的机械触点 来控制机床的 动作 逻辑触点与机械触点相比动作时间大大缩短 连接快而可靠 还有就是 它的寿命比机械触点有很大幅度的增长 可达到几百万次到千万次 经过设计并作了实物的演示 结果证明了设计的成功 关键词 继电器 故障率 逻辑触点 引言引言 数控车床改造 主要是对原有机床的结构进行创造性的设计 最终使机床 达到比较理想的状态 数控车床是机电一体化的典型代表 其机械结构同普通 的机床有诸多相似之处 然而 现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上 数控系统即可 也不是在传统机床的基础上 仅对局部加以改进而成 那些受 资金等条件限制 而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论 传统机床存 在着一些弱点 如刚性不足 抗振性差 热变形大 滑动面的摩擦阻力大及传 动元件之间存在间隙等 难以胜任数控机床对加工精度 表面质量 生产率以 及使用寿命等要求 现代的数控技术 特别是加工中心 无论是其支承部件 主传动系统 进给传动系统 刀具系统 辅助功能等部件结构 还是整体布局 外部造型等都已经发生了很大变化 已经形成了数控机床的独特机械结构 因 此 我们在对普通机床进行数控改造的过程中 应在考虑各种情况下 使普通 机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近 第 1 章 绪论 1 1 选题的目的和意义 由于现代加工技术的日益提高 对加工机床特别是工作母机的要求也越来 越高 由此人们也将注意力集中到机床上来 数控技术是计算机技术 信息技 术 现代控制技术等发展的产物 他的出现极大的推动了制造业的进步 机床 的控制系统的优劣与机床的加工精度息息相关 特别是 PLC 广泛应用于控制领 域后 已经显现出它的优越性 可编程控制器 PLC 已广泛应用于各行各业的自 动控制 在机械加工领域 机床的控制上更显示出其优点 由于镗床的运动很 多 控制逻辑复杂 相互连锁繁多 采用传统的继电器控制时 需要的继电器 多 接线复杂 因此故障多维修困难 费工费时 不仅加大了维修成本 而且 影响设备的功效 采用 PLC 控制可使接线大为简化 不但安装十分方便而且工 作可靠 降低了故障率 减小了维修量 提高了功效 1 2 关于课题的一些介绍和讨论 1 2 1 设计目标 研究内容和拟定解决的关键问题 完成对 T6113 机床的整个控制系统的设计改造 控制核心是 PLC 并使其 加工精度进一步提高 加工范围扩大 控制更可靠 研究内容 1 T6113 的电气系统 PLC 硬件电路设计和在机床上的布局 2 PLC 程序的编制 解决的关键问题 PLC 对机床各个工作部分的可靠控制 电气电路的安全问题 的解决 1 2 2 题目的可行性分析 虽然目前数控机床以其良好的加工性能得到了人们的肯定 但是其昂贵的 价格是一般用户望尘莫及的 所以改造现有的机床以达到使用要求是比较现实 的 也是必须的 经过实践证明这样的改造是可以满足大多数情况下的精度和 其他加工要求 并且在实践中已取得的相当好的效益 1 2 3 本项目的创新之处 利用 PLC 作为控制核心 替代传统机床的继电器控制 使得机床的控制更 加灵活可靠 减少了很多中间的机械故障的可能 利用 PLC 的可编程功能使得 变换和改进控制系统成为可能 1 2 4 设计产品的用途和应用领域 镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床 通常用于加工尺寸较大 精度要求较高的孔 特别是分布在不同表面上 孔距和位置精度要求较高的孔 如各种箱体 汽车发电机缸体等零件的孔 一般镗刀的旋转为主运动 镗刀或 工件的移动为进给运动 在镗床上除镗孔外 还可以进行铣削 钻孔 扩孔 铰孔 锪平面等工件 因此镗床的工作范围较广 它可以应用于机械加工的各 个领域 但因其价格比一般机床贵好多 所以在比较大的加工车间才可见到 1 3 电气控制技术的发展 电气控制技术是随着科学技术的不断发展 生产工艺不断提出新的要求而 迅速发展的 从最早的手动控制到自动控制 从简单的控制设备到复杂的控制 系统 从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储系统 现代电气控 制技术综合应用了计算机 自动控制 电子技术 精密测量等许多先进的科学 技术成果 作为生产机械的电机拖动 已由最早的采用成组拖动方式 发展到 今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统 继电接触式控制系统主要由继电器 接触器 按钮 行程开关等组成 其 控制方式是断续的 所以又称为断续控制系统 由于这种系统具有结构简单 价格低廉 维护容易 抗干扰能力强等优点 至今仍是机床和其他许多机械设 备广泛采用的基本电气控制形式 也是学习先进电气控制的基础 这种控制系 统的缺点是采用固定的接线方式 灵活性差 工作频率低 触点易损坏 可靠 性差 从 20 世纪 30 年代开始 生产企业为了提高生产率 采用机械化流水作业 的生产方式 对不同类型的产品分别组成生产线 随着产品类型的更新换代 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采取固定接线方式 很难适 应这个要求 大型生产线的控制系统使用的继电器的数量很多 这种有触点的 电器工作频率很低 在频繁动作的情况下寿命较短 从而造成系统故障 使生 产线的运行可靠性降低 为了解决这个问题 20 世纪 60 年代初期利用电子技 术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继电接触式控制系统 对复杂的自动控制系统则采用计算机控制 由于这些控制装置本身存在不足 因此均未能获得广泛应用 1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车 GM 公 司 为适应汽车型号不断更新 提出把计算机的完备功能以及灵活性 通用性 好等优点和继电接触器控制系统的简单易懂 操作方便 价格低等优点结合起 来 做成一种能适应工作环境的通用控制装置 并把编程方法输入方法简化 美国数字设备公司 DEC 于 1969 年率先研制出第一台可编程控制器 简称 PLC 并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功 从此以后 许多国家 的著名厂商竟相研制 各自成为系列 而且品种更新很快 功能不断增强 从 最初的逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制 具有数字运算 数据处理和通 信联网等多种功能 PLC 另一个突出的优点是可靠性很高 平均无故障运行可 达 10 万小时以上 可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失 当前 PLC 已经成为电气自动化控制系统中应用最广泛的核心控制装置 电气控制技术的发展始终是伴随着社会生产规模的扩大 生产水平的提高 而前进的 电气控制技术的进步反过来又促进了社会生产力的进一步提高 同 时 电气控制技术又是与微电子技术 电力电子技术 检测传感技术 机械制 造技术等紧密联系在一起的 21 世纪电气控制技术必将给人类带来更加繁荣的 明天 1 4 PLC 的发展史 优势及特点 1 4 1 发展史 可编程控制器 PLC 诞生之前 工业电气控制主要使用低压电器构成的继电 接触器电路 它是以接线逻辑实现控制功能的 这样的控制设备一经生产出来 功能就固定了 若要改变就必须改变控制器内部的硬件接线 使用起来不灵活 也很麻烦 1968 年 美国最大的汽车制造商 通用汽车公司 GM 为了适 应生产工艺不断更新的需要 要寻找一种比继电器更可靠 功能更齐全 响应 速度更快的新型工业控制器 并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大 条件 立即引起了开发热潮 1969 年 美国数字设备公司 DEC 研制出了第一台可编程控制器 PDP 14 在美国通用汽车公司的生产线上适用成功 并取得了满意的效果 可编 程控制器由此诞生 可编程控制器自问世以来 发展极为迅速 1971 年 日本开始生产可编程 控制器 1973 年 欧洲开始生产可编程控制器 到现在 世界各国的一些著名 的电器工厂几乎都在生产可编程控制器 可编程控制器已作为一个独立的工业 设备被列入生产中 成为当代电控装置的主导 早期的可编程控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成 它采用了 一些计算机技术 但简化了计算机的内部电路 对工业现场环境适应性较好 指令系统简单 一般只具有逻辑计算的功能 随着微电子技术和集成电路的发 展 特别是微处理器和微计算机的迅速发展 在 20 世纪 70 年代中期 美 日 德等国的一些厂家在可编程控制器中开始更多地引入微机技术 微处理器及其 他大规模集成电路芯片成为其核心部件 使可编程控制器具有了自诊断功能 可靠性有了大幅提高 性能价格比产生了新的突破 到 20 世纪 80 年代 可编 程控制器都采用了微处理器 CPU 只读存储器 ROM 随机存储器 RAM 或是单片机作为其核心 处理速度大大提高 不仅增加了多种特殊功 能 体积还进一步缩小 20 世纪 90 年代末 PLC 几乎完全计算机化 其速度 更快 各种智能模块不断被开发出来 使其不断地扩展着它在各类工业控制中 的作用 现在 PLC 不仅能进行逻辑控制 在模拟量闭环控制 数字量的智能控制 数据采集 监控 通信联网及集散控制系统等各方面都得到了广泛应用 如今 大 中型 甚至小型 PLC 都配有 A D D A 转换及算术运算功能 有的还具有 PID 功能 这些功能使 PLC 在模拟量闭环控制 运动控制 速度控制等方面具 有了硬件基础 许多 PLC 具有输出和接收高速脉冲的功能 配合相应的传感器 及伺服设备 PLC 可实现数字量的智能控制 PLC 配合可编程终端设备 可实 时显示采集到的现场数据及分析结果 为系统分析 研究工作提供依据 利用 PLC 的自检信号还可以实现系统监控 PLC 具有较强有利的通信功能 可以与 计算机或其他智能装置进行通讯及联网 从而能方便地实现集散控制 功能完 备的 PLC 不仅能满足控制要求 还能满足现代化大生产管理的需要 近年来 可编程控制器的发展更为迅速 展望未来 可编程控制器在规模 和功能上将向两大方向发展 一是大型可编程控制器向高速 大容量和高性能 方向发展 二是发展简易经济的超小型可编程控制器 以适应单机控制及小型 自动化设备的需要 另外 不断增强 PLC 工业过程控制的功能 模拟量控制能 力 研制采用工业标准总线 使同一工业控制系统中能连接不同的控制设备 增强可编程控制器的联网通信功能 便于分散系统与集中控制的实现 大力开 发智能 I O 模块 增强可编程控制器的功能等也具有重要意义 1 4 2 PLC 的优势和特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 高可靠性往往是用户选择控制装置的首要条件 在继电器接触器控制系统 中 由于器件的老化 脱焊 触点的抖动以及触点电弧等现象大大降低了系统 的可靠性 而在 PLC 系统中 大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成 的 加上 PLC 充分考虑了工业生产环境电磁 粉尘 温度等各种干扰 在硬件 和软件上采取了一系列抗干扰措施 PLC 有极高的可靠性 根据有关资料统计 目前个生产厂家生产的 PLC 其平均无故障时间都大大超过了 IEC 规定的 10 万小时 有的甚至达到了几十万小时 2 适应性强 应用灵活 由于 PLC 产品均成系列化生产 品种齐全 多数采用模块式的硬件结构 组合和扩展方便 用户可根据自己的需要灵活选用 以满足系统大小不同及功 能繁简各异的控制要求 更重要的是 PLC 系统相对继电器接触器控制系统 接线很少 3 编程方便 容易使用 PLC 的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言 直观易懂 4 功能强 扩展能力强 PLC 中含有数量巨大的可用于开关量处理的继电器类软元件 可轻松的实 现大规模的开关量逻辑控制 这是一般的继电器系统所不能实现的 5 PLC 控制系统设计 安装 调试方便 PLC 中相当于继电器接触器系统中的中间继电器 时间继电器 计数器等 软元件 数量巨大 又用程序 软接线 代替硬接线 安装接线工作量小 设计人员只要具有 PLC 就可进行控制系统设计并可在实验室进行模拟调试 而继电器接触器系统的调试是靠在现场改变接线进行的 十分烦琐 6 维修方便 维修工作量小 PLC 有完善的自诊断 履历情报存储及监视功能 对于其内部工作状态 通信状态 异常状态和 I O 点的状态均有显示 工作人员可以通过它查出故障 原因 便于迅速处理 7 PLC 体积小 重量轻 易于实现机电一体化 第 2 章 镗床的概况 2 1 T6113 卧式镗床主要结构及机械运动 2 1 1T6113 卧式镗床主要结构 镗床是一种精密加工机床 主要用于加工精密圆柱孔 这些孔的轴线往往 要求严格地平行或垂直 相互间的距离也要求很准确 镗床本身刚性好 其可 动部分在导轨上活动间隙很小 而且有附加支撑 卧式镗床用于加工各种复杂大型工件 如箱体零件 机床等 是一种功能 很大的机床 除了镗孔外 还可以进行钻 扩 绞孔以及车削内外螺纹 用丝 锥攻螺纹 车外圆柱面和端面 卧式镗床外形结构如图中所示 1 床身 2 前立柱 3 主轴箱 4 尾筒工作台 5 下滑座 6 上滑座 7 工作台 8 后立柱 9 悬挂按钮站 10 固定按钮站 卧式镗床的床身是由整体的铸件制成 床身的一端有固定不动的前立柱 在前立柱的垂直导轨上装有镗头架 它可以上下移动 镗头架上集中了主轴部 件 变速箱 进给箱与操纵机构等部件 切削刀具安装在镗轴前端的锥孔里 或装在平盘的刀具溜板上 在工作过程 镗轴一面旋转 一面沿轴向做进给运 动 平旋盘只能旋转装在它的上面刀具溜板可在垂直于主轴轴线方向的径向进 给运动 平旋盘主轴是空心轴 镗轴穿过其中空心部分 通过各自的传动链运 动 因此可独立转动 在大部分工作情况下使用镗轴加工 只有在用车刀切削 数显表 8792 6514 10 3 端面时才使用平旋盘 卧式镗床后立柱上安装在尾架 用来夹持装夹在镗轴上的镗杆的末端 它 可随镗头架同时升降 并且某轴心线与镗头架轴心线保持在同一直线上 后立 柱可在床身导轨上沿镗轴轴线方向上做调整 移动 加工时 工件放在床身中 部的工作台上 工作台在上滑座上面 上滑座下面是下滑座 下滑座安装在床 身导轨上 并可沿床身导轨运动 上滑座又可沿下滑座上的导轨运动 工作台 就可在床身上作前后左右任一方向运动 并可作回转运动 再配合镗头架的垂 直运动 就可以加工工件上一系列与轴线相平行或垂直的孔 加工时 刀具装在主轴箱的镗轴或平旋盘上 由主轴箱可获得各种转速和 进给量 主轴箱可沿前立柱的导轨上下移动 工件安在工作台 可与工作台一 起随上滑座或下滑座作横向或纵向移动 此外 工作台还可以绕上滑座的圆导 轨在水平面内移动一定的角度 以便加工互成一定角度的孔或平面 装在镗轴 上的镗刀还可以随镗轴轴向运动 以实现轴向进给或调整刀具的轴位置 当镗 轴及刀杆伸出较长时 可用后立柱来支撑左端 以增加镗轴和刀杆的刚度 当 刀具装在平旋盘的径向刀架时 径向刀架可带着刀具作径向进给 以车削端面 2 1 2 机械运动 镗杆的旋转运动 主轴箱垂直进给运动 工作台纵向进给运动 1 2 3 工作台横向进给运动 镗杆的轴向运动 平旋盘的旋转运动 平旋盘 4 5 6 7 径向刀架进给运动 辅助运动 主轴箱 工作台在进给方向的快速调位运动 8 后立柱纵向调位运动 后支架的垂直调位运动 工作台的转位运动 这些辅助 运动可以手动 也可以由快速电动机转动 2 2 电气控制 2 2 1 卧式镗床电力拖动及控制要求 1 主轴应有较大调速范围 要求恒功率调速 采用机电联合调速 2 变速时 为使滑移齿轮能顺利进行啮合位置 应有低速或断续变速冲动 3 主轴能作正反转低速点动调整 要求对主轴电动机实现正反转及点动控 制 4 为使主轴迅速准确停车 主轴电动机应有机械制动 5 主运动与进给运动由一台主轴电动机拖动由各自传动链运动 主轴和工 作台除工作进给外 还应有快速移动由另一台快速移动电动机拖动 6 镗床运动部件多 设置必要的联锁和保护 2 2 2 T613 卧式镗床的电气控制 机床的电气系统是按三相交流电源设计的 其电源电压与频率为 380V 50Hz 机床采用可编程控制器 PC 控制 可编程控制器的电源为 220V 接触器的 电压交流 110V 电磁阀 电磁离合器为 DC24V 信号指示灯为交流 6V 手把 灯 最大 100W 电为 24V 均由变压器供电 机床照明灯电压为 24V 机床上装有五台交流电动机 主电机 M1 快速移动电机 M2 后立柱快速移动电机 M3 下滑座 液压油泵电机 M4 主轴箱液压油泵电机 M5 可编程控制器 PLC 安装在配电盘下部 配电盘安装在立柱后面的电器柜 内 机床上装有悬挂按钮站对机床进行集中操作 各部分简要说明 1 可编程控制器 PLC 本机床采用 SIEMENS S7 200 系列可编程控制器对机床实行控制 它能够 控制各种设备以满足自动化控制需求 S7 200 的用户程序中包括了位逻辑 计 数器 定时器 复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容 从而使它 能够监视输入状态 改变输出状态以达到控制的目的 紧凑的结构 灵活的配 置和强大的指令集使 S7 200 成为各种控制应用的理想解决方案 本系统采用的可编程控制器为 S7 200 系列 CPU 224 外形尺寸为 120 5 80 62 单位 程序存储区 4096 字节 数据存储区 2560 字节 掉 电保持时间 190 小时 I O 数量 14 入 10 出 本机扩展模块 7 个 脉冲输出 DC 为 2 路 20KHz 模拟电位器 实时时钟为内置 通讯口 1RS 485 扩展模块选用的是四块 EM223 8I 8Q 223 1PH22 0XAO 2 输入信号 机床所使用的按钮 旋钮开关 无触点开关 各部的行程开关及各部的限 位开关 速度继电器等均作为输入信号 3 输出信号 可编程控制器输出信号分别接通交流接触器 液压电磁阀 电磁离合器和 信号灯 4 机床的程序编制利用 STEP7 Micro WIN 软件来编制 采用梯形图方式 来实现 详细情况见系统程序编制部分 2 限位 线路保护说明 1 进给和快速移动的限位 SQ14 SQ15 主轴箱升降终点限位开关 SQ16 SQ17 上滑座移动终点限位开关 SQ18 SQ19 下滑座移动终点限位开关 当某一移动部件达到极限位置时 相应的限位开关压开关动作 切断进给 和快速移动电路或使换向离合器脱开 可以按相反方向的快速移动按钮 使其 复位 2 线路保护和互锁装置 短路保护和过载保护 三极自动空气开关 QF1 QF2 QF3 QF4 和热继电器 FR1 FR2 FR3 分 别对应电动机进行过载或短路保护 电机自动开关 QF5 QF6 QF7 QF8 QF9 QF10 QF11 QF12 分别对相应的控制电路进 行短路和过载保护 主轴保护 工作台处于 松开 状态 即分配工作台后指示灯时 主轴不能旋转 机动进给和快速移动的互锁 机动进给时 快速移动不能进行 同样快速移动时 机床不能机动进给 主轴箱前面大手轮状态 大手轮扳到 微动 位置 行程开关 SQ4 被压动作 切断快速移动和机动 进给 大手轮扳到 手大动 位置 SQ5 被压动作 使按钮 SB23 分配到主轴 无效 主轴只能手动移动 保护接地 电气柜底部设有总的接地铜排 机床各部件之间为滑动面者 均接有跨接 地线 金属外壳的电器件如电动机等也接有保护地线 并为树叉式接法 这些 地线均接在铜排上 3 导轨润滑说明 机车已放置很长时间在使用 机床通电后先按导轨润滑按钮 SB19 多按几 次 间隔 10 秒钟 每按一次 导轨润滑泵来一次润滑导轨 以后导轨自动润 滑 三 主电机制动说明 主电机采用电子制动器制动 主轴停车快而平稳 主电机的制动电流及制 动时间均可调 主轴旋转时 制动器的 允许 灯亮 表示制动器可以工作了 按下停止按钮 制动器 电源 灯亮 制动 灯亮 两秒钟后 制动 和 电源 灯灭 制动结束 主轴没有刹车 即制动器不工作 制动器报警灯亮 第 3 章 电气控制电路中的保护环节 3 1 概述 电气控制系统除了能满足生产机械的加工工艺要求外 要想长期的正常的 无故障的运行 还必须有各种保护措施 保护环节是所有机床电气控制系统不 可缺少的组成部分 利用它来保护电动机 电气控制设备以及人身安全等 电气控制系统中常用的保护环节有过载保护 短电流保护 零电压和欠电压 保护以及弱磁保护等 T6113A 卧式镗床的电气控制部分同样需要具备一些保护 环节 3 2 短路保护 电动机绕组的绝缘 导线的绝缘损坏或线路发生故障时 造成短路现象 产生短路电流并引起电气设备绝缘损坏和产生强大的电动力使电气设备损坏 因此在产生短路现象时 必须迅速的将电源切断 常用的短路保护元件有熔断 器和自动开关 在 T6113A 卧式镗床的电气控制系统中用到的是熔断器的保护 熔断器的熔体串联在电气控制系统中的主电路部分 在控制电路部分有一个单 相的熔断器对其进行保护 当电路发生短路或严重过载时 熔体自动熔断 从 而切断电路 达到保护的目的 使用低压断路器来实现短路保护比熔断器好 因为当三相电路短路时 很可能只有一相的熔断器熔断 造成单相运行 对于 低压断路器来说 只要造成短路都会使开关跳闸 将三相同时切断 但它结构 复杂 操作频率低 价格高 因此适用于要求较高的场合 3 3 镗床的联锁保护 3 3 1 手动与机动联锁 采用手动进给 是将手动手轮放在 微动 位置 不允许 快速 或机动 进给 当手轮在微动位置 压动行程开关 SQ6 SQ6 的常闭触头断开 KM5 KM6 不能得电 因而不能快速移动 若手柄放在机动位置 由于压动了 行程开关 SQ24 SQ24 的常闭触头断开 主电动机 M1 控制电路断开 不能机 动进给 3 3 2 限速保护 平旋盘工作时 转速应被限制在以下 主轴 主轴箱 上滑座 200 minr 下滑座的正反向快速运动都有限位保护 采用限位开关 SQ9 SQ16 可防止快 速移动机构超过极限位置 3 3 3 正反转电气联锁 为防止正反转接触器的触点在可逆转换时同时闭合而造成电源短路 应有 使两个吸引线圈不能同时通电的电气联锁 或同时辅以不许正反转接触器同时 吸合的机械联锁 而这一点通过 PLC 的编程来实现 第 4 章 PLC 控制系统的设计 4 1 PLC 控制系统设计的内容和步骤 4 1 1 PLC 控制系统设计的内容 1 分析控制对象 明确设计任务和要求 这是实现本次研究的依据 2 选定 PLC 的型号及所需要的输入 输出模块 对控制系统的硬件进行配置 3 编制 PLC 的输入 输出分配表 并绘制机床采用 PLC 控制的原理图 4 根据控制要求对其运动过程进行编程 5 选择所需的电器元件 4 1 2 PLC 控制系统设计的步骤 1 分析控制对象 在确定采用 PLC 控制后 应对被控对象特点和工 艺要求作深入的了解 使 PLC 控制系统最大限度地满足被控制对象的工艺要 求 分析控制过程中输入和输出设备之间的关系 2 PLC 控制系统的硬件配置 PLC 控制系统的硬件设计包括 PLC 机 型的选择 输入输出模块的选择 3 软件设计 软件设计就是在硬件设计的基础上 分配输入输出元 件地址号 同时编制程序 根据控制要求设计出梯形图 这是本次研究的核 心工作 4 2 PLC 控制系统的硬件配置 4 2 1 选择 PLC 机型 选择合适的机型是 PLC 控制系统硬件设计的关键问题 在满足控制要求 的前提下 选型时应选择最佳的性能价格比 对 I O 点数的估算 合理的选 择 I O 点数既可使系统满足控制要求 又可使系统总投资最低 PLC 的输入 输出总点数和种类应根据被控制对象所需控制的模拟量开关量来确定 一般 一个输入 输出元件要占用一个输入 输出点 考虑到今后的调整和扩充 一般 应在估计的总点数上再加 20 30 的备用量 4 2 2 开关量 I O 模块的选择 为了适应各种各样的控制信号 PLC 有多种模块供选择 开关量输入模 块选择 PLC 内部所提供的 DC24V 电源 用做集电极开路传感器的电源 开 关量输出模块的输出方式采用继电器的方式输出 其使用电压范围广 导通 压降小 承受瞬时过电压和过电流的能力较强 且具有隔离作用 4 2 3 PLC 的接线电路 如下图所示 图 4 1 CPU224 图 4 2 EM223 第 5 章 PLC 在 T619A 卧式镗床中的应用 5 1 T6113 卧式镗床的 PLC 控制方案 既然是改造 那么一般情况下尽量沿用原机床的结构 少做改动 控制部 分则完全屏弃继电器控制的原始控制思路 用 PLC 控制替代它 根据 T6113 镗 床有关资料及机床电气改造方面的经验 确定方案如下图所示 图 5 1 控制系统方案 5 2 T6113 控制系统设计 5 2 1 机型的选择及 I O 接口的分配 采用可编程控制器的 T619A 卧式镗床的操作及功能应与采用继电接触器电 路时完全一致 机床原配的按钮 限位开关 变压器 指示灯 热继电器等电 器均需保留 作为主要操作器件的按钮及限位开关要接入 PLC 的输入口 每个 组 触点占用一个输入口 作为主要执行器件的接触器几电磁阀要接入 PLC 的输出口 每个 组 线圈也要占一个口 清点 T619A 卧式镗床需接入 PLC 的输入输出器件后 确定需输入口 39 个 及输入口 40 个输出口 根据第 6 章中关于 PLC 选择的要求及此镗床本身的工 作状态 选用西门子 S7 200 系列 CPU224 AC DC RELAY 它是模块化的 比较方便和灵活 具有 14 个输入口及 10 个输出口 输出口为继电器型 它的 主要性能完全满足镗床的工作需要 但是考虑到镗床的运动比较多 CPU224 的输入 输出口并不能满足镗床的需要 所以要对此型号的 PLC 进行扩展 需 4 个扩展模块为 EM223 它具有 8 个输入口和 8 个输出口 完全满足镗床运动 的需要 PLC 输出输入点的统计和分配 表 5 1 输入点 信号名称元件代号地址 电源起动SBI0 0 急停SB7I0 1 主轴正转SB1I0 2 主轴反转SB2I0 3 主轴正点SB3I0 4 主轴反点SB4I0 5 制动SB5I0 6 主轴变速SB6I0 7 主轴保护QF2I1 0 工作台运动分配SB18I1 1 上滑座运动分配SB21I1 2 下滑座运动分配SB22I1 3 主轴运动分配SB23I1 4 主轴箱运动分配SB24I1 5 进给停止SB12I2 0 各部正向快速SB8I2 1 各部反向快速SB9I2 2 正向机动进给SB10I2 3 反向机动进给SB11I2 4 瞄准器照明SB15I2 5 主轴变速开关SQ1I2 6 平旋盘SQ2I2 7 插拔销开关SQ3I3 0 各部手微动SQ4I3 1 手大动SQ5I3 2 工作台夹紧松开开关SQ6I3 3 上滑座夹紧松开开关SQ7I3 4 下滑座夹紧松开开关SQ8I3 5 主轴夹紧松开开关SQ9I3 6 主轴箱夹紧松开开关SQ10I3 7 进给停止SQ11I4 0 各部正向限位SQ14 SQ16 SQ18 SQ22 I4 1 各部反向限位SQ15 SQ17 SQ19 SQ23 I4 2 手摇主轴箱切断快速开关SQ21I4 3 主电机反向测速信号SR 反 I4 4 主电机正向测速信号SR 正 I4 5 手动润滑SB19I4 6 刀具松开SB17I4 7 刀具夹紧SB16I5 0 机床照明灯SA2 表 5 2 输出点 信号名称元件代号地址 瞄准器照明EL3Q0 1 刀具松开指示HL10Q0 2 刀具夹紧指示HL11Q0 3 工作台指示灯HL2Q0 4 上滑座指示灯HL3Q0 5 下滑座指示灯HL4Q0 6 主轴指示灯HL5Q0 7 主轴箱指示灯HL6Q1 0 正向机动进给指示灯HL7Q1 1 反向机动进给指示灯HL8Q3 4 主轴变速指示灯HL9Q3 5 主轴正点KM1Q2 2 主轴反点KM2Q2 3 各部正向快速KM6Q2 4 各部反向快速KM7Q2 5 主电机 接KM4Q2 6 主电机 Y 接KM3Q3 1 主电机制动KM5Q2 7 电源接通KMQ3 0 工作台油泵电机KM10Q3 2 主轴箱油泵电机KM11Q3 3 导轨润滑电机KM12Q2 0 主轴变速YV1Q3 6 正向机动进给YV2Q3 7 反向机动进给YV3Q4 0 工作台松开YV4Q4 1 工作台夹紧YV5Q4 2 上滑座松开YV6Q4 3 上滑座夹紧YV7Q4 4 下滑座松开YV8Q4 5 下滑座夹紧YV9Q4 6 主轴松开YV10Q4 7 主轴夹紧YV11Q5 0 主轴箱松开YV12Q5 1 主轴箱夹紧YV13Q5 2 装卸刀YV14Q5 3 工作台结合YC1Q5 4 上滑座结合YC2Q5 5 下滑座结合YC3Q5 6 主轴箱结合YC4Q5 7 电源指示灯HL1 5 1 2 T619A 卧式镗床的 PLC 程序编制 在程序的编制过程中 选用了定时器 T37 T44 另为编程需要还选了 M10 0 M10 7 和 M11 0 M11 3 十二个辅助继电器 关于定时器的选用 定时器指令用来规定定时器的功能 在编程过程中 基于对 T619A 卧式镗床的运动状态的考虑 我选用的是接通延时定时器和断开 延时定时器 编制的过程中使用延时定时器是为了使电磁阀有充分的时间夹紧 和松开 在使用过程中注意了以下基本要素 1 编号 类型及分辨率 定时器有 1 10 100 三种分辨率 定时器的编号 和类型与辨率有关 有记忆的定时器均是接通延时型的 无记忆的定时器可通 过指令指定为接通延时和关断延时型 2 预置值 也叫设定值 预置值即编程时设定的延时时间的长短 PLC 定 时器采用时基计数及与预置值比较的方式确定延时时间是否到达 时基计数值 称为当前值 存储在当前值寄存器中 预置值在使用梯形图编程时 标定在定 时器功能框的 PT 端 3 工作条件 从梯形图的角度看