T68卧式镗床电气控制的PLC改造设计

洛阳理工学院洛阳理工学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 填表时间： 2009 年 3 月 2 日 （指导教师填表） 学生姓名刘坦 专业 班级 06 机电对 口（2）班 指导 教师 赵秀婷 课题 类型 软件工程 题目T68 卧式镗床电气控制的 PLC 改造设计 主要研究 目标 (或研 究内容) 1.掌握 T68 卧式镗床的电气控制的工作原理及特点 2.掌握三菱 FX2N 系列 PLC 实现控制系统的原理和方法 3.掌握电气控制元件的选择和使用方法 4.掌握 T68 卧式镗床电器控制的维护与维修 课题要求、 主要任务 及数量 （指图纸 规格、张 数，说明 书页数、 论文字数 等） 1.PLC 机型的选择及输入输出分析 2.I/O 地址的分配 3.顺序功能图设计 4.梯形图设计 5.程序设计与分析 6.毕业论文字数一般为 0.8-1.5 万字 7.查阅到 15 篇以上与题目相关文献 进度计划 第 56 周 确定毕业设计（论文）题目，查阅资料 第 78 周 将论文涉及到的知识点总结出来，有一个系统的提纲 第 912 周 调试程序，实现功能，编写电子稿毕业论文 第 1316 周 将电子稿交给老师检查进一步完善论文 5.第 1115 周毕业论文出稿打印修改到成文并修改打印 主要参 考文献 电气控制与 PLC 应用 中国电力出版社 2007 机械设备控制技术 高等教育出版社 2005 机床电器控制技术 机械工业出版社 2002 可编程序控制器原理及程序设计 机械工业出版社 2005 指导教师签字： 教研室主任签字： 年 月 日 洛阳理工学院毕业设计（论文） I T68 卧式镗床电气控制的 PLC 设计改造 摘 要 本课题探讨了 T68 型卧是式镗床的 PLC 改造控制系统的实现方案。根据实 际需要和市场的需求，选择了以三菱公司的可编程控制器作为控制方案。 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19。 主要用于加工工件上的精密圆柱孔。这些孔的轴心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。其原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，为了克服以上缺点，降低了设备故障率， 提高了设备使用效率，针对这种情况，我们用 PLC 控制改造其继电器控制电路。 通过对 T68 型卧式镗床工作原理的分析，设计出 PLC 改造系统的控制电路， 对系统的输入、输出点进行统计，共有 24 个输入点，24 个输出点，输入输出都 是开关量20。选用日本三菱公司生产的 FX2N-48MR 可编程序控制器，分配 PLC 的 I/O 地址，设计 PLC 外围电路，确定 PLC 的 I/O 接线图。根据镗床的控制要求 和特点，列出逻辑代数表达式，采用逻辑设计方法进行梯形图设计。最终达到了 系统改造的要求，并且运行效果良好。 关键词： 可编程控制器， T68 镗床， 梯形图， 改造 洛阳理工学院毕业设计（论文） II T68 HORIZONTAL BORING MACHINE PLC ELECTRICAL DESIGN CONTROLLED TRANSFORMATION ABSTRACT T68 of the topics discussedis the type Horizontal Boring Machine transformation of the PLC program control system. According to actual needs and the needs of the market, Mitsubishi has chosen the companys programmable logic controller as a control. Boring is the more common use of cold working of the equipment it is mainly used for precision machining, finish the hole and the higher the distance between the holes require a more precise parts (such as some of tank parts), are precision machine tool. Mainly used for precision machining of cylindrical workpieces on the hole. Axis line of these holes tend to demand strict parallel or perpendicular to the distance between each other also requires very accurate. Its original control circuit for the relay control, contact-contact and more complex circuits, fault and more the operator a larger maintenance tasks, in order to overcome the shortcomings of the above, reducing the failure rate of equipment to improve efficiency in the use of the equipment, in view of this situation, we to transform their use of PLC control relay control circuit. T68 through horizontal boring machine working principle of the analysis, design of PLC control circuit transformation system, the system input and output points to statistics, a total of 24 input, 24 output points are input and output switch. Japans Mitsubishi company selected the FX2N-48MR PLC, the distribution of PLCs I / O addresses, the design of peripheral circuits PLC, PLC to determine the I / O wiring diagram. Boring machine control in accordance with the requirements and characteristics are listed in the logic of algebraic expressions, the use of ladder logic design methods design. Reached the final system requirements, and run well. KEY WORDS: programmable logic controller, T68 boring machine, ladder ,transform 洛阳理工学院毕业设计（论文） III 目 录 前 言1 第 1 章 T68 卧式镗床的结构和运动形式2 1.1 T68 卧式镗床控制原理说明书2 1.1.1 T68 型卧式镗床的结构2 1.1.2 电气控制线路的特点3 1.1.3 镗床运动对电路控制的要求3 1.1.4 控制线路工作原理3 1.2 T68 型卧式镗床电气控制主回路5 1.3 相关电器元件平面布置图6 第 2 章 PLC 在机床电气控制中的应用8 2.1 可编程控制器的结构和工作原理8 2.1.1 PLC 的定义8 2.1.2 PLC的结构8 2.1.3 PLC的工作过程原理9 2.1.4 PLC各组成部件的功能 10 2.2 可编程控制器的应用特点13 第 3 章 用 PLC 对 T68 卧式镗床电气控制改造14 3.1 T68 镗床 PLC 改造 T/O 分配图14 3.2 T68 卧式镗床 PLC 改造梯形图14 3.3 助记符语言14 3.4 改造后 T68 镗床的 PLC 调试过程 17 3.5 触摸屏控制和电气元件一览表19 3.6 可编程控制器的安装和维护20 结 论24 谢 辞25 参考文献26 附 录27 外文资料翻译31 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 1 - 前 言 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到 了几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产 出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产 设备和自动线的控制系统具有极高的可靠性和灵活性，PLC(Programmable Logic Controller,可编程控制器)正是顺应这一要求而出现的，它是以微处理器为基础的 通用工业控制装置18。PLC 是 20 世纪 60 年代末在美国出现的，是一种专为在工 业环境下应用而设计的数字运算操作的电子设置，使用了可编程存储器以储存指 令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算功能，并通过模拟和数字输入 输出组件，控制各种机械生产过程。 PLC 以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、 体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点，在机械制造、冶金等领域得到了广 泛的应用16。用 PLC 控制系统代替体积大、投资大、耗能大的继电器接触 器系统，是今后控制系统发展的趋势。因为在旧有的机床中,其电气控制多为继电 控制。而在继电控制中,接触触点多,所以故障也多,操作人员维修任务较大,机械使 用率较低。我们对这些机床用 PLC 改造其继电器控制电路,克服了以上缺点,降低 了设备故障率,提高了设备使用率,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、孔间的距离要求比较精确的零件（如一些 箱体零件） ，属于精密机床。T68 卧式镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为 继电器控制，接触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大17。 正是针对以上这种情况，我们计划用 PLC 控制改造 T68 卧式镗床的继电器 电气控制电路，以其克服以上缺点，最终达到降低设备故障率、提高设备使用效 率，改善 T68 卧式镗床运行效果的目的。 本文选用可编程序控制器对 T68 卧式镗床的电气控制系统改造做一论述。但 由于时间、实践论证及自身知识水平的限制，不足之处在所难免，希望老师及各 位同学给予指正，在此表示感谢。 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 2 - 第 1 章 T68 卧式镗床的结构和运动形式 1.1 T68 卧式镗床控制原理 1.1.1 T68 型卧式镗床的结构 T68 型卧式镗床主要由床身、前立柱、镗床架、后立柱、尾座、下溜板、上 溜板、工作台等几部分组成15。T68 型卧式镗床主要用于镗床主要用于孔的精加 工，可分为卧式镗床、落地镗床、坐标镗床和金钢镗床等。卧式镗床应用较多， 它可以进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔及加工端平面等，使用一些附件后，还可以 车削圆柱表面、螺纹，装上铣刀可以进行铣削。本次课程设计主要以 T68 卧式镗 床为例。其结构如图 1-1 所示： 图 1-1 T68 型卧式镗床的结构示意图 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 3 - 镗床在加工时，一般是将工件固定在工作台上，由镗杆或平旋盘（花盘）上 固定的刀具进行加工。 1. 前立柱：固定地安装在床身的右端，在它的垂直导轨上装有可上下移动的 主轴箱。 2. 主轴箱：其中装有主轴部件，主运动和进给运动变速传动机构以及操机构。 3. 后立柱：可沿着床身导轨横向移动，调整位置，它上面的镗杆支架可与主 轴箱同步垂直移动。如有需要，可将其从床身上卸下。 4. 工作台：由下溜板，上溜板和回转工作台三层组成。下溜板可沿床身顶面 上的水平导轨作纵向移动，上溜板可沿下溜板顶部的导轨作横向移动，回转工作 台可以上溜板的环形导轨上绕垂直轴线转位，能使要件在水平面内调整至一定角 度位置，以便在一次安装中对互相平等或成一角度的孔与平面进行加工14。 1.1.2 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13。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。 1.1.3 镗床运动对电气控制电路的要求12 1. 主运动与进给运动由一台双速电动机拖动，高低速可选择； 2. 主电动机要求正反转以及点动控制； 3. 主电动机应设有快速准确的停车环节； 4. 主轴变速应有变速冲动环节； 5. 快速移动电动机采用正反转点动控制方式； 6. 进给运动和工作台不平移动两者只能取一，必须要有互锁； 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 4 - 1.1.4 控制线路工作原理 T68 卧式镗床的电气控制原理图21 如附图 A 所示。 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，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 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 5 - 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。 1.2 T68 型卧式镗床电气控制主回路 T68 卧式镗床电气控制主回路图 如图 1-2 所示。 图 1-2 T68 卧式镗床电气控制主回路 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 6 - 1.3 相关电器元件平面布置图 T68 镗床的安装板电器元件平面布置图 如图 1-3 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 7 - 图 1-3 安装板电气元件平面布置图 镗床控制面板按钮、行程开关平面布置如图 1-4 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 8 - C O M S B 5 S B 1 S B 2 S B 3 S B 4 S 1 S 2 S 3 S 4 S S 5 S 6 FS5 S6 SB1SB2SB3SB4SB5 SFS4S3S2S1 图 1-4 控制面板按钮、行程开关平面布置图 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 9 - 第 2 章 PLC 在机床电气控制中的应用 2.1 可编程控制器的结构和工作原理 2.1.1 PLC 的定义 早期的可编程控制器主要是用来替代可编程控制器（Programmable Controller）缩写为 PC ，为了与个人计算机的 PC（Personal Computer）相区别， 于是在 PC 中人为地增加 L 而写成 PLC11。 自 1969 年第一台可编程控制器面世以来，经历了 30 多年的发展，可编程控 制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器，可以说只有可 编程控制器才是真正的工业控制计算机。初期可编程控制器只是用于逻辑控制器， 用于代替继电控制盘，但现在可编程控制器已进入包括过程控制、位置控制等场 合的所有控制领域。现在可编程控制器继续保留了原来逻辑控制器的所有优点， 同时它吸收发展了其它控制器（如过程仪表、计算机、集散系统、分散系统等） 的优点，在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据 采集及控制和图形工作站的经济合算、体积小巧、设计调试方便的综合控制系统。 可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已 得到迅速推广普及。正改变着工厂自动控制的面貌，对传统的技术改造、发展新 型工业具有重大的实际意义。 2.1.2 PLC 的结构 PLC 控制系统也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成10。 输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。例如：来自被控对象 上的各种开关信息或操作台上的操作命令等。 逻辑部分：处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求执行 相应的逻辑功能。 输出部分：对需要实时操作的那些设备提供实际操作信号。 由于输入信号一般为开关信号或电压、电流形成的信号源，它们必须转换成微处 理器所能接受的电平信号，所以，中间必须加入变换器。同样，微处理器输出的 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 10 - 电平信号，也必须转换成控制设备所需的开关信号或电压、电流信号。所以，也 要加入变换器。由此，构成了 PLC 控制系统的基本结构框图如图 2-1 所示。 图 2-1 PLC 的结构原理图 2.1.3 PLC 的工作过程原理 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的9。即在 PLC 运行时， CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或 地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行 用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在 每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作，如图 2-2 所示。 PLC 的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。如图 2- 3 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 11 - 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 12 - 图 2-2 PLC 的扫描过程 PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的 输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中， 即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段8。 PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令， 经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所 有的内容随着程序的执行而改变。 开始 内部处理 通信处理 RUN 方式？ 输入扫描 程序执行 输出处理 N Y 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 13 - 图 2-3 PLC 的执行过程 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷 新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出， 驱动相应输出设备工作。 2.1.4 PLC 各组成部件的功能 PLC 是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，7其实质是一种工 业控制用的专用计算机。它的组成与一般的微机计算机基本相同。 CPU是 PLC 的核心部分。与通用微机 CPU 一样，CPU 在 PC 系统中的作用 类似于人体的神经中枢。 其功能： 1. 用扫描方式接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据 寄存器； 2. 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； 3. 诊断电源和 PC 内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误； 4. 在 PC 进入运行状态后： （1）执行用户程序产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读 取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的 控制电路） （2）进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、 变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务。 （3）更新输出状态输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的 状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 14 - 输出控制、制表、打印、数据通讯等） 5. 存储器 根据其功能不同可分为以下几种： （1）系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序） 、模块化应用功能 子程序、命令 解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数* *不能由用 户直接存取。 （2）用户存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。 （3）功能存储器（数据区）存放用户数据 PC 的用户存储器通常以字 （16 位/字）为单位来表示存储容量。 注意：系统程序直接关系到 PC 的性能，不能由用户直接存取，所以，通常 PC 产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。 I/O（输入/输出部件） （I/O 模块：接口电路、I/O 映像存储器）CPU 与现场 I/O 装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC 提供了各种操作电平与驱动能力的 I/O 模块，以及各种用途的 I/O 组件供用户选用。 I/O 模块可与 CPU 放在一起，也可远程放置。通常，I/O 模块上还具有状态 显示和 I/O 接线端子排。 6. 编程器等外部设备 编程器PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具6。 作用：用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，通过键盘和显示器 去检测 PLC 内部状态和参数，通过通讯端口与 CPU 联系，实现与 PLC 的人机对 话。 分类：简单型只能联机编程；只能用指令清单编程，智能型既可联 机（Online） ，也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单（语句表） 、梯形图 等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程。 注意： 编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台 PLC 的工作。 其他外设：磁盘、光盘、EPROM 写入器（用于固化用户程序） 、打印机、图 形视系统或上位计算机等等。 7. 电源： 内部开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供 DC24V 稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 15 - 外部可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池） ，使外部电源故障 时内部重要数据不致丢失。 2.2 可编程控制器的应用特点 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。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，整个系统将有极高的可靠性5。 2. 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了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，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。多种多样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 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，为不熟悉 电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 4. 系统的设计，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，同时日常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而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生 产场合。 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 16 - 第 3 章 用 PLC 对 T68 卧式镗床电气控制改造 3.1 T68 镗床 PLC 改造 I/O 分配图 T68 镗床 PLC 改造 I/O 分配图 如附图 B 所示。 3.2 T68 镗床 PLC 改造梯形图 T68 镗床 PLC 改造梯形图 如附录 C 所示。 3.3 助记符语言 LDX12 OUTY14 LDM8000 OUTY10 LDIX20 ORIX21 MCN0 M100 LDIX17 MCN1 M101 LDX0 ORIX5 ORIX7 ORY0 ORY1 OUTM2 LDX6 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 17 - ORX10 ANIX10 ORX16 ANDM2 OUTM4 LDM3 ORM4 ANIY1 OUTY0 X0 MPS ANDY2 ANDM0 ORX3 OUTM3 MRD ANDX1 ORM0 ANIM1 OUTM0 MRD ANDX2 ORM1 ANIM0 OUTM1 MRD ANDM0 ORM1 ANDX5 ANDX7 OUTY2 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 18 - ANDX11 OUTT0 K30 MPP ANDY2 ANDM1 ORX4 OUTM5 LDM2 ANDX15 ORM5 ANIY0 OUTY1 LDM2 ANIT0 ANIY4 OUTY3 LDT0 OUTT1 K5 LDM2 ANDT1 ANIY3 OUTY4 MCRN1 LDIX13 ANDX14 ANIY6 OUTY5 LDIX14 ANDX13 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 19 - ANIY5 OUTY6 MCRN0 END 3.4 改造后 T68 镗床的 PLC 调试过程 1. M1 的正转连续控制 主轴变速杆 SQ1 压下：X5 置 1，进给变速杆 SQ3 压下：X7 置 1。 2. 正转低速起动 主轴变速手柄低速SQ 不受压X11 置 O。按下正转起动按钮 SB2X1 置 1M0 置 1 自锁Y2、M3、Y0、M2、Y3 置 lKM1、KM3、KM4 得电 M1 接成低速全压起动nKS1（X15 创作）为反接制动做准备。 3. 正转低速停车：反接制动 按停车按钮 SB1X0 闭合M3、Y0、Y3 置 0 KM1、KM4 失电 同时 Y1、M2、Y3 得电，置 1KM2、KM4 得电M1 串电阻 R 进行反接制动 nKS1 复位X15 断开Y1、M2、M3 复位置 0KM4 失电M1 停车结束。 4. M1 正转高速起动 主轴变速手柄高速SQ 受压X11 置 1。控制过程同低速类似，按下 SB2X1 置 1M0、M2、M3、YO、Y3 置 1，由于 X11 置 1，使得 T0 开始延时 KM1、KM3、KM4 得电M1 接成低速全压起动延时 3 sT0 动作Y3 复位，T1 延时 0.5 s，Y4 置 lKM4 失电KM5 得电M1 接成 YY 高速运行 nKS1(X15)动作为反接制动做准备。 5. 正转高速停车 同正转低速停车类似，采用的是低速反接制动。 6. M1 的反转控制 同正转低速控制类似，利用 SB3、M1、Y2、M5、Y1、M2、Y3、Y4、KS2 来 控制 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 20 - 7. M1 的点动控制 正转点动：按 SB4X3 置 lM3、YO、M2、Y3 置 1KM1、KM4 得电M1 接成串电阻低速点动。 反转点动：按 SB5 实现。 8. 主运动的变速控制主轴变速 SQ1：变速完毕，啮合好受压X5 置 l；SQ2：变速过程中，发 生顶齿受压X6 置 1。 主轴变速操作手柄拉出SQ1 复位X5 置 0，若正转状态反接制动停车， 调变速盘转速至所需速度将操作手柄推回原位，若发生顶齿现象，则进行变速 冲动：SQ2 受压X6 置 lM2、M4、Y0、Y3 置 lY1、N2、Y3 置 1 kM2、KM4 得电M1 进行反接制动n速度下降至 1OO r/minKS1 复位 X15 置 0KKM2 失电，KM1 得电M1 起动 n制动 n 起动 制 动故 M1 被间歇地起动、制动直至齿轮啮合好 手柄推上后 压 SQ1，SQ2 复位，切断冲动回路。变速冲动过程结束。 9. 进给变速 由 SQ3、SQ4 控制，控制过程同主轴变速。 10. 镗头架、工作台的快移 由快移操作手柄控制，通过 SQ7、SQ8 即 X13、X14 控制 M2 的正反转实现。 在保留主电路原有元件的基础上，不改变控制系统电气操作方法；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），作用于原电气线路 相同；主轴和进给运动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变的情况下 将以上设计好的 PLC 程序输入到 FX2N48MR 主机以后，连接好输入输出分配 和主电路，按照以上的步骤进行调试，调试过程全部通过，完全满足 T68 镗床的 控制要求。虽然 PLC 一次性投资较大，但改造后的设备大大降低了运行的故障率， 提高了设备运行的稳定性和效率，减轻了工人的劳动强度，降低了日常维护成本， 并可避免出现因误操作而引起的事故。改造后设备经使用运行，结果表明效果非 常好。 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 21 - 3.5 触摸屏控制和电气元件一览表 镗床的触摸屏布局及其按钮功能如图 3-1 所示。 停 止 反向 快速 正向 快速 高速 低速 反向 长动 正向 长动 反向 点动 正向 点动 返回 电 气 控 制 触 摸 屏 控 制 图 3-1 触摸屏控制 对 T68 镗床进行改造所需电器元件的符号、 数量、功能及参数的要求如表 3-1 所示。 表 3-1 电器元件一览表 符号数量名称及用途参数 M11主电动机，拖动主运动和进给运动用7.5KW,2900/1400r/min M21快速移动用电机3KW,1430r/min Q1空气开关，限流、欠压保护30A, 500V KM1 KM22主电动机正反转用接触器20A, 127V 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 22 - KM31限流电阻短路用接触器20A, 127V KM4 KM53主电动机高低速转换用接触器20A, 127V KM6 KM72快速电机正反转用接触器20A, 127V SB51主电动机停止用按钮5A, 500V Kn1主电动机反转制动用速度继电器20A,127V SB1 SB22主电动机正反转用按钮 5A,500V SB3 SB42主电动机正反转点动按钮 5A,500V S1 S22主轴用变速限位开关 5A,500V S3 S42进给变速用限位开关 5A,500V S1接通主电动机高速用限位开关 5A,500V S5 S62快速电动机正反转用限位开关 5A,500V R2点动、高速启动，制动用限流电阻 FU1FU88短路保护熔断器 40V,20V,2V KR1主电动机过载保护用热继电器 1625V K11控制 PLC 用开关 5A,500V PLC1可编程控制器 3.6 可编程控制器的安装和维护 工业生产现场的环境条件一般是比较恶劣的，干扰源众多。例如大功率用电 设备的启动或者停止引起电网电压的波动形成低频干扰；电焊机、电火花加工机 床、电机的电刷等会产生高频电火花干扰；各种动力电源线会通过电磁耦合产生 工频干扰等等。这些干扰都会影响可编程控制器的正常工作4。 尽管可编程控制器是专门在生产现场使用的控制装置，在设计制造时已采取 了很多措施，使它的环境适应力比较强。但是为了确保整个系统稳定可靠，还是 应当尽量使可编程控制器有良好的工作环境，并采取必要的抗干扰措施。 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 23 - 可编程控制器的安装 1. 安装环境 可编程控制器适用于大多数工业现场1，但它对使用场合、环境温度等还是 有一定要求的。控制可编程控制器的工作环境可以有效地提高它的工作效率和使 用寿命。在安装可编程控制器时要避开下列场所： *环境温度超过 055的范围。 *相对湿度超过 85%或者存在露水凝聚（有温度突变或其他因素所引起的） 。 *阳光直接照射。 *有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。 *有大量铁屑及灰尘。 *频繁或连续的振动，振动频率为 1055Hz，幅度为 0.5mm 。 *超过 10g（重力加速度）的冲击。 小型可编程控制器外壳的四个角上均有安装孔，有两种安装方法，一种是用 螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸。另一种是2DIN（德国工业标准）轨 道固定，DIN 轨道配套使用的安装夹板左右各一对，在轨道上先装好左右夹板， 装上可编程控制器，然后拧紧螺丝。为了使控制系统工作可靠，通常把可编程控 制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污水溅；为了保证可编程控 制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风 空间、基本单元和扩展单元之间要有 30mm 以上间隔。如果周围环境超过 55， 要安装电风扇强迫通风。 为了避免其它外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和 高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少 200mm 的距离。 当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁灰尘等脏物从通风窗掉入可 编程控制器内部以及导线头等脏物会损坏可编程控制器印制电路板，使其不能正 常工作。 2. 接线 电源 PLC 的供电电源为 50Hz、220V10%交流市电。 FX 系列可编程控制器有直流 24V 输出接线端，该接线端可为输入传感器 （如光电开关或接近开关）提供直流 24V 电源。 如果电源发生故障，中断时间少于 10ms，可编程控制器工作不受影响。若电 源中断超过 10ms 或电源下降超过允许值，则可编程控制器停止工作，所有的输 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 24 - 出点均同时断开。当电源恢复时，若 RUN 输入接通，则操作自动进行。 对于电源线来的干扰，可编程控制器本身具有足够的抵制能力。如果电源干 扰特别严重，可以安装一个变比为 1:1 的隔离变压器，以减少设备与地之间的干 扰。 3. 接地 良好的接地是保证可编程控制器可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的 电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接，基本单元接地，如果要用扩展单元， 其接地点应与基本单元的接地点接在一起。 为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接以专用 地线，接地点应与动力设备（如电动机）的接地点分开。若达不到这种要求，则 也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串联接地。接地点应尽可能靠 近可编程控制器。 4. 直流 24V 接线端 使用无源触点的输入器件时，可编程控制器内部 24V 电源通过输入器件向输 入端提供每点 7mA 的电流。 可编程控制器上的 24V 接线端子还可以向外部传感器（如接近开关或光电开 关）提供电流。24V 端子作传感器电源时，COM 端子是直流 24V 地端，即 0V 端。如果采用扩展单元，则应将基本单元和扩展单元的 24V 端连接起来。另外， 任何外部电源都不能接到这个端子。 如果有过载现象发生，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。 每种型号的可编程控制器其输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输 入点，它不耗电，因此在这种情况下 24V 电源端子外供电流的能力可以增加。 FX 系列可编程控制器的空位端子在任何情况下都不能使用。 5. 输入接线 可编程控制器一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线 端子是可编程控制器与外部传感器负载转换信号的端口，输入接线一般指外部传 感器与输入端口的接线。 输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的 NPN 管。输入器件接通时， 输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二极管亮。 输入端的一次电路与二次电路之间采用光电耦合隔离。二次电路带 R-C 滤波 洛阳理工学院毕业设计（论文） - 25 - 器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起可编程控制器的误 动作。 若在输入触点电路串联二极管，在串联二极管上的电压应小于 4V。若使用 带发光二极管的舌簧开关时，串联二极管的数目不能超过两只。 输入接线还应特别注意3： (1) 输入接线一般不要超过 30m，但如果环境干扰较小，电压降不大时，输 入接线可适当长些。 (2) 输入、输出线不能用同一根电缆。输入、输出线要分开走。 (3) 可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度应大于扫描周期的时间。 6. 输出接线 (1) 可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式。 (2) 输出端接线分为独立输出和公共输出。当可编程控制器的输出继电器或 晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中可采用不同类型和电压 等级的输出电压。但在同一组中的输出，只能用同一类型、同一电压等级的电源。 (3) 由于可编程控制器的输出元件被封装在印制电路板上，并且联接至端子 板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此应用熔丝保护输出 元件。 (4) 采用继电器输出时承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因 继电器的工作寿命要求要长。 (5) 可编程控制器的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以抑制。 此外，对于能使