大学毕业设计（论文）基于PLC的卧式镗床控制系统设计.doc

1、上海工程技术大学毕业设计（论文）基于plc的卧式镗床控制系统设计目 录摘要30 引言41 镗床的结构及电力控制61.1 t6113卧式镗床主要结构61.2 机械运动81.3 电气控制91.3.1 卧式镗床电力拖动及控制要求91.3.2 t6113卧式镗床的电气控制102 镗床的硬件设计及选型122.1选择镗床电力拖动电动机的概述122.2 镗床用电动机的选择132.2.1 镗床主运动电动机的选择132.2.2 快速移动电动机的选择142.2.3 后立柱电动机的选择142.2.4 主轴箱油泵电动机和工作台油泵电动机的选择152.3 低压电器的选择152.3.1 低压断路器的选择152.3.2 交

2、流接触器的选择182.3.3电源引入开关212.3.4 熔断器的选择212.3.5 行程开关242.3.6 控制变压器的选用243 plc控制系统的设计253.1 plc控制系统设计的内容和步骤253.1.1 plc控制系统设计的内容253.1.2 plc控制系统设计的步骤263.2 plc控制系统的硬件配置263.2.1 选择plc机型263.2.2 开关量i/o模块的选择303.2.3 plc的接线电路304 卧式镗床控制系统中的软件设计334.1 t6113 卧式镗床的plc控制方案324.2 t6113 卧式镗床的plc程序编制365 总结34参考文献38附 录39摘 要电子与信息技术

3、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t6113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

4、关规定和输入输出的总点数，选用西门子plc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t6113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。关键词：可编程控制器，梯形图，镗床，改造，调试基于plc的卧式镗床控制系统设计朱星程 1646111430 引言 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

5、课程设计主要以t6113卧式镗床为例。由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。1769年瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774年英国人j.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显

6、示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。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。众所周知，在现代化生产中机床母机是不易

7、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

8、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

9、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。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

10、、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。1 镗床的结构及电力控制1.1 t6113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

11、，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。 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、.固定按钮站图1.1 卧式镗床外形结构图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

12、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

13、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。1.2 机械运动（1）镗杆的旋

14、转运动；（2）主轴箱垂直进给运动；（3）工作台纵向进给运动；（4）工作台横向进给运动；（5）镗杆的轴向运动；（6）平旋盘的旋转运动；（7）平旋盘径向刀架进给运动；（8）辅助运动：主轴箱、工作台在进给方向的快速调位运动，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。1.3 电气控制1.3.1 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

15、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。1.3.2 t6113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

16、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 2

17、24，外形尺寸为120.58062（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）。a）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。b）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。c) 机床的程序编制利用step7-micro/win软件来编制。（2）限位、线路

18、保护说明a）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。b）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”

19、状态，即分配工作台后指示灯时，主轴不能旋转。（3）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。2 镗床的硬件设计及选型2.1选择镗床电力拖动电动机的概述正确的的选择电动机具有重要意义，合理的选择电动机是从驱动机床的具体对象、加工规范，也就是要从机床的使用条件出发，经济、合理、安全等多方面考虑，使电动机能够安全可靠的运行。电动机功率的确定是选择电动机的关键，

20、但也要对转速、使用电压等级及结构形式等项目进行选择。异步电动机由于它结构简单坚固、维修方便、造价低廉，因此在机床中使用的最为广泛。电动机的转速越低则体积越大，价格也越高，功率因数和效率越低，因此电动机的转速要根据机械的要求和传动装置的具体情况而定。异步电动机的电压等级是380伏。一般的说金属切削机床都采用通用系列的普通电动机。在选择电动机时，也应考率机床的转动条件，对易产生悬浮飞扬的铁屑或废料，或冷却液、工业用水等有损于绝缘的介质能侵入电动机的场合，选用封闭式的。按机床的电气设备通用技术条件中规定，机床应采用全封闭扇冷式电动机。2.2 镗床用电动机的选择根据机床的负载功率，（例如切削功率）就可

21、选择电动机的容量，然而机床的载荷是经常变化的，而每个负载的工作时间也不尽相同，这就产生了使电动机功率如何最经济的满足机床负载功率的问题。机床上常用y系列三相异步电动机，y系列电动机是封闭自扇冷式拢型三相异步电动机。2.2.1 镗床主运动电动机的选择多数机床负载情况比较复杂，切削用量变化很大，尤其是通用机床负载种类更多，不易准确地确定其负载情况。因此通常采用调查统计类比法来确定电动机的功率。分析切削用量，确定切削用量最大值，在同类同规格的机床上进行切削实验，并测出电动机的输出功率，再考虑机床最大负载情况，以及采用先进切削方法及新工艺。类比同类机床电动机的功率，最后确定所设计的机床电动机功率来选择

22、电动机。卧式镗床主电动机功率按下式计算为： （2.1） d为镗杆直径 ：d=120mm； p=13.698kw取电动机功率15kw，型号y180l-6，额定电流31.4，效率89.5%，6p极，功率因数0.81，额定转矩2.0，额定转速970r/min。2.2.2 快速移动电动机的选择 按下式计算为： （2.2）g为移动部件的重量； 为移动速度；u为动摩擦系数； 为效率（机床传动）；取电动机功率5.5kw，型号y132m2-6，额定电流17 a，效率86%，功率因数0.78，额定转速960 r/min。2.2.3 后立柱电动机的选择按下式计算为：（2.3）g为移动部件的重量； 为移动速度；u为

23、动摩擦系数； 为效率（机床传动）；取电动机功率1.1kw，型号y90l-6，额定电流3.15a，效率73.5%，功率因数0.72，额定转速910 r/min。2.2.4 主轴箱油泵电动机和工作台油泵电动机的选择工作台油泵电动机功率0.75kw,型号 y802-4,额定电流 2.1a，效率 72.5%,功率因数0.76,额定转速1400r/min。主轴箱油泵电动机功率1.5kw,型号 y90l-4,额定电流 3.7,效率79%,功率因数 0.79,额定转速1400r/min。2.3 低压电器的选择2.3.1 低压断路器的选择低压断路器又称自动空气开关，可用来分配电能、不频繁地启动异步电动机、对电

24、动机及电源保护等，具有过载、短路、欠电压等保护功能。选用装置式低压断路器，又称塑料外壳式低压断路器，用绝缘材料制成的封闭型外壳将所有构件组装在一起，用作配电网络的保护和电动机、照明电路及电热器等的控制开关，主要型号有dz5、dz10、dz20等系列。选国产低压断路器dw15系列。 自动开关的特点：一相短路跳闸电动机不会单向运行；整定值受周围温度影响较小； 跳闸后不需要调换，比较方便；结构复杂，价格高。适用范围：适用于容量较大的交直流电动机主电路及控制电路。对起制动频繁的电动机应选用自动开关与接触器联合工作。敏感元件电磁脱扣器的选择：脱扣器的额定参数应根据被保护电路的负载情况进行选择，整定电流应

25、大于电动机起动的最大电流。（1）主电机电路中低压断路器qf2的选择：敏感元件：电动机主电路的电磁脱扣器额定电流按下式选取： （2.4）电磁脱扣器的瞬时动作电流按下式选取以保证频繁起、制动时不致误动作：镗床的电动机的起、制动比较频繁应用下式进行计算： （2.5） 120.58为电动机起动电流，a； 为电动机额定电流，a；为电磁脱扣器的负载系数。对于dz型的自动开关取=1.5-1.7；主体部件：自动开关主触头的额定电流及额定电压可按下式选取： （2.6） （2.7）为主电路负载额定电流，a； 为主电路额定电压，v； dzx10-200/33，额定电压380v，极数3，脱扣器额定电流140a，额定短

26、路通断能力4ka（=0.9），电气机械寿命15000/次。（2）快速电机电路中低压断路器qf3的选择： 敏感元件：电动机主电路的电磁脱扣器额定电流按下式选取： （2.8）为电动机的额定电流；电磁脱扣器的瞬时动作电流按下式选取以保证频繁起、制动时不致误动作：镗床的电动机的起、制动比较频繁应用下式进行计算： （2.9） 65.28主体部件：自动开关主触头的额定电流及额定电压可按下式选取： （2.10） （2.11） dzx10-100/33，额定电压380v，极数3，脱扣器额定电流20a，额定短路通断能力3ka（=0.9），电气机械寿命15000/次。（3）后立柱电机电路中的断路器qf4的选择：q

27、f4主要是对后立柱电动机起短路保护的作用，电动机主电路的电磁脱扣器额定电流按下式选取： （2.12）为电动机的额定电流；电磁脱扣器的瞬时动作电流按下式选取以保证频繁起、制动时不致误动作：镗床的电动机的起、制动比较频繁应用下式进行计算：（2.13） 12.096主体部件：自动开关主触头的额定电流及额定电压可按下式选取：（2.14） （2.15）dz163n4 额定电压380v，极数4，脱扣器额定电流16a，额定短路通断能力4ka（=0.9），电气机械寿命15000/次 。2.3.2 交流接触器的选择接触器用于带有负载主电路的自动接通或切断。分直流、交流两类，机床中应用最多的是交流接触器。交流接触

28、器km1、km2、km3、km4、km5、km6、km7和km8：主电动机的正转和反转运行由接触器km1、km2控制；起动时采用星三角减压起动方式，由接触器km3、km4控制，按时间原则控制转换；接触器km5控制主电机的制动；接触器km6、km7控制快速移动由电动机m2正向和反向的移动；接触器km11控制主轴箱油泵电动机m3；接触器km10控制工作台油泵电动机。选择接触器主要考虑以下技术数据：电源种类；主触点额定电压；辅助触点种类、数量及触点额定电流；电磁线圈的电源种类，频率和额定电压。主触点额定电流，一般根据电动机容量计算触点电流，即：（2.16）k为经验常数，一般取1-1.4； 为电机功率

29、（kw）； 为电动机额定线电压（v）； 为接触器主触点电流（a）； 为线路额定电压，接触器触点额定电压；（1）交流接触器km1的选择：根据上述公式可得：（经验常数k取1.2）（2.17） 32.895a选择接触器的类型为cj10-40，触头额定电压380v，主触头额定电流40a，辅助触头额定电流5a，可控制电动机最大容量11kw，吸引线圈电压110v，吸引线圈消耗功率32va，辅助触头数量2常开2常闭，外形尺寸，频率50hz。同理：km2、km3、km4、km5交流接触器的型号为cj10-40，触头额定电压380v，主触头额定电流40a，辅助触头额定电流5a，可控制电动机最大容量11kw，吸引

30、线圈电压110v，吸引线圈消耗功率32va 辅助触头数量2常开2常闭，外形尺寸，频率50hz。（2）交流接触器km6、km7的选择： 根据公式可得： （经验常数k取1.2）（2.18） 选择接触器的类型为cj10-20，触头额定电压380v，主触头额定电流20a，辅助触头额定电流5a，可控制电动机最大容量4kw，吸引线圈电压110v，吸引线圈消耗功率22va，辅助触头数量2常开2常闭，外形尺寸，频率50hz。（3）交流接触器km8、km9的选择：根据公式可得：（经验常数k取1.2）（2.19） a 选择接触器的类型为cj10-5，触头额定电压380v，主触头额定电流5a，辅助触头额定电流5a，

31、可控制电动机最大容量2.2kw，吸引线圈电压110v，吸引线圈消耗功率6va，辅助触头数量1常开 频率50hz。（4）交流接触器km10、km11的选择： 根据公式可得：（经验常数k取1.2）（2.20） a选择接触器的类型为cj10-5，触头额定电压380v，主触头额定电流5a，辅助触头额定电流5a，可控制电动机最大容量2.2kw ，吸引线圈电压110v，吸引线圈消耗功率6va，辅助触头数量1常开，频率50hz。2.3.3电源引入开关组合开关主要是作为电源引入开关，所以也称电源隔离开关。它也可以起停5kw以下的异步电动机，但每小时的接通次数不应超过10-20次，开关的额定电流一般取电动机额定

32、电流的1.5-2.5倍。组合开关主要根据电源种类、电压等级、所需触点数及电动机容量进行选用。常用的组合开关为hz-10系列，额定电流为10、25、60和100a四种。适用于交流380v以下，直流220v以下的电气设备中。电源引入开关的选择：此电路中的q主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接启动电动机，可按电动机额定电流来选。显然应该根据四台电动机来选。选用hz-10系列，额定电流为25a，三极，380v。2.3.4 熔断器的选择熔断器由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成。在电路中用作短路保护。其中熔体是主要部分，它既是感测元件又是执行元件，熔体是由低熔点的金属材料制成丝状、

33、带状、片状等；熔管的作用是安装熔体和在熔体熔断时熄灭电弧。熔断器的熔体串接于被保护电路中，当电路正常工作时，熔体通过的电流不会使其熔断，当电路发生短路和严重过载故障时，熔体中通过很大电流，使其发热，当达到融化温度时熔体自动熔断，切断故障电路，起到保护作用。熔断器类型的选择：选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。通过比较与考虑我选择rl1系列螺旋式的熔断器。熔体额定电流的选择：fu为保护笼型异步电动机m1、m2、m3、m4、m5的熔断器。在出现尖峰电流时也不应熔断。通常将其中容量最大的一台电动机起动而其余电动机正常运行时出现的电流作为其尖峰电流，为此熔体的额定电流应满足如下

34、关系，即： （2.21）为多台电动机中容量最大的一台电动机额定电流；为其余电动机额定电流之和； 104.45a选用rl1-200型号的熔断器，额定电流200，熔体额定电流125a。（1）fu1 控制变压器原边熔断器的熔丝额定电流，根据如下公式进行计算：（2.22）为控制变压器的额定容量； 为线路中最大电器的吸引线圈起动容量或几个电器的吸引线圈同时起动容量之和，va； 选用2a（2）fu2 6v回路指示灯的熔断器的选择根据如下公式进行计算：（2.23） 1.67 选用=2a（3）fu3 24v机床照明电路的熔断器的选择根据如下公式进行计算： （2.24） 40/24 1.67a选用=2a选用rl

35、1-15型号的熔断器，熔断器的额定电流15a，熔体额定电流等级2、4、5、6、10、15。（4）fu4 28v整流桥、离合器电路的熔断器的选择根据如下公式进行计算： （2.25） 68/28 2.43a 选用=4a 熔断器额定电压的选择：熔断器的额定电压应等于或大于所在电路的额定电压。2.3.5 行程开关用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短的主令电器，称为行程开关或位置开关。行程开关按结构分为机械结构的接触式有触点行程开关和电气结构的非接触式接近开关。经过分析我选择机械结构的接触式有触点行程开关，它靠移动物体碰撞其可动部件使常开触头接通，常闭触头分断，实现对电路的控制。行

36、程开关的选择：lx，额定电压 380/220v，额定电流5a，触头接触时间0.04，动作力，工作行程1-3mm，超行程2-4，触头数量1开1闭。2.3.6 控制变压器的选用当控制线路所用电器较多、线路较为复杂时，一般需采用经变压器降压的控制电源，提高线路的安全可靠性。控制变压器主要根据所需要变压器容量及一次侧、二次侧的电压等级来选择控制变压器。（1）按连续工作选变压器额定容量，应满足如下的条件：（2.26）为控制变压器的额定容量； 为所有电磁线圈工作的总容量，va； =va（2）按起动选变压器额定容量，应满足如下的条件：（2.27）为同时起动的电磁线圈起动容量的总和，va；机床同时起动的线圈有

37、两个，起动容量是44va，故应满足条件： 60.3va应选取以上所算结果中的较大的值作为控制变压器的容量，应为228va。控制电压按标准选用110v。本变压器还包括工作照明用的24v和信号灯用的6v。照明灯的功率为40w，信号灯为10w，它们都是平稳的电阻负载，无须考虑起动的影响，因此其各自的容量分别选为45va和5va，为考虑机床加数显装置的需要，在控制变压器的容量上留有30va的备用容量。因此控制变压器的总容量为：信号灯是50va，照为45va。所以变压器的总容量为217va。选用变压器型号为jbk-250,额定容量250va,电压等级：380v/110-24-6v。3 plc控制系统的设

38、计3.1 plc控制系统设计的内容和步骤3.1.1 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。3.1.2 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

39、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。3.2 plc控制系统的硬件配置3.2.1 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，采用可编程控制器的t6113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

40、）线圈也要占一个口。 关于plc选择的要求及此镗床本身的工作状态，选用西门子s7200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51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.

41、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.

42、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、sq16sq18、sq22i4.1各部反向限位sq15、sq17sq19、sq23i4.2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52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

43、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

44、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 3.2.2 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。3.2.3 plc的接线电路下图3.1为主电路接

45、线图。主电路接线图中包含了主电动机，快速电动机，后立柱电动机，主轴箱液压系统油泵电机，工作台液压系统油泵电机。图3.1主电路接线图图3.2 cpu224接线图图3.3 em223接线图4 卧式镗床控制系统中的软件设计4.1 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，确定方案如图4.1所示：图4.1 控制系统方案4.2 t6113 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

46、-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t6113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。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，定时器功能框中“in”端连接的是定时器的工作条件。对于接通延时定时器来说