基于PLC的CM6132型卧式车床电气控制系统的要求

基于PLC的CM6132型卧式车床电气限制系统的要求摘要CM6132型卧式车床属于小型卧式车床，其传统的限制方式是利用继电器接触器原理限制。由于继电器限制逻辑采纳硬接线逻辑，利用继电器机械触电的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成限制逻辑，起接线多而困难、体积大、功耗大、一旦系统构成后想在变更或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每只有4～8对触点敏捷性和扩展性差。继电器限制逻辑依靠触点的机械动作实现限制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级，机械触点还会出现抖动问题。除此之外，继电器限制逻辑运用了大量的机械触点，连线也多，触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，牢靠性和可维护性差。又因可编程限制器采纳存储器逻辑，其限制逻辑以程序的方式存储在内存中，要变更限制逻辑，只需变更程序，其接线少，体积小，限制速度极快，一般一条用户指令执行时间在微妙数量级，能实现计数功能。系统设计完成后，现场施工和限制逻辑的设计可以同时进行，周期短，调试和维护便利。故本次设计要利用PLC对车床进行限制，这样既可以提高生产效率，也可以增加机床的运用寿命。本文阐述了CM6132卧式车床电气限制线路的工作原理，并且对其主电路和限制电路进行了分析，然后对PLC的硬件和软件进行设计。依据车床的工作要求选择合理的工作器件，然后编写相应的程序语句并绘制梯形图，再依据输入输出点数选择PLC型号，最终对程序进行模拟调试。关键词PLC卧式车床梯形图目录1引言1.1课题背景1.2课题探讨目标及其意义2车床及其电气限制线路分析2.1车床的结构及运动形式2.2一般车床的工作特性与电力拖动限制要求2.3机床电气限制线路分析电气限制原理图的阅读分析方法与步骤查线读图法的要点3CM6132卧式机床的电气限制原理3.1CM6132卧式机床的概述3.2CM6132卧式机床的电气限制线路分析主电路分析限制电路和照明电路分析4.1PLC的由来、定义及分类4.1.1PLC的由来4.1.2PLC的定义4.1.3PLC的分类4.2PLC的特点与发展阶段4.2.1PLC的特点4.2.2PLC的发展阶段4.3PLC的功能4.4PLC的基本结构4.5PLC的工作原理4.6LG公司的MASTER-K30S系列5PLC对车床的限制5.1I/O安排表，机型选择，输入输出端接线图5.2PLC限制程序梯形图5.3PLC限制的梯形图语言程序5.4PLC的调试过程结论参考文献致谢附录1引言一般车床是用途特别广泛的金属切削工具，传统车床的限制系统通常为继电-接触器限制。由于继电器系统接线困难，故障诊断与解除困难，并存在触点易被电弧烧坏而导致接触不良；机械方式实现的触点限制反映速度慢；继电器的限制功能被固定在线路中，功能单一、敏捷性差等缺点。为了提高设备的利用率，提高产品的质量和产量，就要对这些一般车床进行技术改造。PLC是先进的工业化国家通用的标准工业限制设备，在现代工业自动限制中，PLC、CAD/CAM、工业机器人并称为现代工业限制的三大技术支柱。PLC以其牢靠性高，逻辑功能强等优点在众多的行业中得到广泛的应用，而且小型PLC的价格目前比较便宜，因此在一般车床的限制电路中发挥了及其重要的作用。1.1课题背景加工技术及其装备在制造过程中占有重要地位:制造装备中80%以上零件需进行加工,而且加工过程周期长,约占新产品开发周期30～40%,占批量生产产品工时40～50%,加工费用高,全世界约1亿吨钢和非铁材料变成切屑,切削加工的耗费每年在2500亿美元以上。因此机床工业是备工业的基础,世界发达国家对其发展特别重视,机床产值持续增长我国机床产量和消费量呈快速发展态势。我国机床市场的高速发展使得2005年我国机床产值、进出口额、消费额接着全面增长,2005年机床进口额65亿美元、消费额109亿美元,是继2002、2003、2004年之后第四次居首位,是世界上的机床消费和进口第一大国。而产值也达到50亿美元,10%的占有率排在世界第三位。近年来数控机床无论从产量、消费量还是进口量上都加快了增长速度,但进口量增长率始终大于产量增长率,国外数控产品始终对国产数控机床保持着压力。虽然增长率差额由3.3%减小到了0.9%,但简洁的经济型数控机床占到近70%,中学档数控机床几乎全部依靠进口,结构冲突依旧突出。机床行业数控化率呈现稳步攀升的态势,产值数控化率为36.3%,但仍远低于同期日本的88%,韩国的89%,德国和美国的75%左右,同时,2004年和2005年我国数控机床的产量数控化率连续两年保持在13%左右,远低于日本同期的75.5%,德国和美国是60%的水平。这意味着我国数控机床的发展空间很大。机床行业“十一五”期间安排将国产数控机床国内市场占有率提高到50%,按2005年数据来看,数控机床市场占有率仅为31%,要到2010年达到50%的市场占有率,这意味着数控机床产值将来5年年均增速为30%。目前,“十一五”期间我国数控机床产业的发展目标及重点行业已基本确定。为此,将来五年的突破重点是:发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件,变更大型、高精度数控机床大部分依靠进口的现状。力争通过加快产业和产品结构调整,到“十一五”末实现:国产数控机床占国内需求市场的比重从现在的不足30%上升至50%以上,国产数控机床采纳自己的功能部件达到60%以上。1.2课题探讨目标及其意义本课题主要对PLC的机构、特点、性能进行详细的学习探讨，驾驭了PLC的基本原理及编程方法，能够依据工艺过程和限制要求进行编制应用程序，并且应用PLC对CM6132型卧式车床进行实现自动限制。通过PLC对车床的限制不但充分发挥设备效能和快速提升加工技术和精度，而且可以扩大加工实力，削减故障，提高效率，为企业进行机床的技术改造供应了有效方法。2车床及其电气限制线路分析2.1车床的结构及运动形式车床是一种应用极为广泛的金属切削机床。用它能车削外圆、内孔、端面、螺纹定型表面等，并可装上钻头、铰刀等工具进行加工。一般车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。图1一般车床结构图（1）主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性干脆影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的运用价值就会降低。（2）进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。（3）丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是特地用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区分。溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。（4）刀架、尾架和床身。在车削加工中，工件旋转为主运动，它有主轴通过卡盘或顶尖带动，由限制电路实现正反转。在车削时，依据被加工零件的材料性能、车刀材料、零件尺寸精度要求、加工方式及冷却条件等来选择车削速度，这就要求车床主轴能在较大范围内变速，对于一般车床，调速比一般应大于70。通常车削工作过程中，一般不要求反转，但对于一些特殊的加工须要则运用，如加工螺纹，为避开乱扣，需反转退刀，再进刀接着加工。车床的进给运动史刀架的纵向与横向直线运动，起运动方式有手动和机动限制两种。车削螺纹时，工件的旋转速度与刀具的进给速度应有严格的比例关系。车船纵、横两个方向的进给运动是由主轴箱的输出轴，经交换齿轮箱、进给箱、光杆传入溜班箱而获得的。车床的协助运动为溜班箱的快速移动、尾座的移动和工件的加紧和松开。2.2一般车床的工作特性与电力拖动限制要求一般车床的工作特性与电力拖动限制要求如下：（1）通常车削加工近似于恒功率负载，同时考虑经济性、工作牢靠性等因素，主拖动电动机选用笼型异步电动机。（2）为了满意车削加工调速范围大的要求，车床主轴要求采纳机械变速方法，但在较大型车床上也采纳电动机变极调速的方法，进行速度分档。（3）车削螺纹式，要求主轴能正、反向旋转，对于小型车床采纳限制电动机正、反转来实现，这样可大大简化机械结构。对于较大型的车床，干脆限制电动机正、反转时，为了避开对电网的冲击，同时便于平滑过渡加工过程，许多都采纳了机械传动方法来实现主轴正、反转，如采纳摩擦离合器、多片是电磁离合器等。（4）车削螺纹时，刀架移动与主轴旋转运动之间必需保持正确的比例关系，故主运动和进给运动只由一台电动机拖动，它们之间通过一系列齿轮传动来实现协作。（5）主电动机的启动和停止。当主电动机功率小于5KW且电网容量满意要求的状况下，可限制电动机干脆启动，否则应采纳降压启动的限制方法。（6）较大型车床溜板是由一台可以正、反向旋转地电动机单独拖动的。这样可以有效减轻工人的劳动强度，提高机械加工的效率。（7）车削加工中，为防止刀具和工件的温度过过，延长刀具运用寿命，提高加工质量，车床都附有一台冷却泵电动机，只需单方向旋转，且只在主轴电动机加工时，方可选择启动与否，主轴电动机停止时它也应停止。当加工铸件或高速切削钢件时，不能采纳冷却液，以爱护机床与刀具，因此，冷却泵驱动电动机还应设有单独操作的限制开关。（8）必要的爱护环节、连锁环节、照明和信号电路。2.3机床电气限制线路分析电气限制线路分析的基本思想是“先机后电、先主后辅、化整为零、集零为整、统观全局、总结特点”。在分析机床电气限制线路前，首先要了解机床的主要技术性能及机械传动、液压和气动的工作原理。弄清各电动机的安装部位、作用、规格和型号。初步熟识各种的安装部位、作用以及各操纵手柄、开关、限制按钮的功能和操纵方法。留意了解与机床的机械、液压发生干脆联系的各种电器（如：行程开关、撞块、压力继电器、电磁离合器、电磁铁等）的安装部位及作用。分析电气限制线路时，要结合说明书或有关的技术资料将整个电气限制线路划分成若干部分逐一进行分析。例如：各电动机的起动、停止、变速、制动、爱护及相互间的联锁。在细致阅读设备说明说、了解电器限制系统的总体结构、电动机电器的分布状况及限制要求等内容之后，便可以分析电气限制原理图了。电气限制原理图通常由主电路、限制电路、协助电路、爱护及联锁环节以及特殊限制电路等部分组成。分析限制电路的最基本方法是查线读图法。电气限制原理图的阅读分析方法与步骤（1）分析主电路无论线路设计还是线路分析都是先从主电路入手。主电路的作用是保证机床拖动要求的实现。从主电路的构成可分析出电动机或执行电器的类型、工作方式，起动、转向、调速、制动等限制要求与爱护要求等内容。（2）分析限制电路主电路各限制要求是有限制电路来实现的，运用“化零为整”、“顺藤摸瓜”的原则，将限制电路按功能划分为若干个局部限制线路，从电源和主令信号起先，经过逻辑推断，写出限制流程，以简洁明白的方式表达出电路的自动工作过程。（3）分析协助电路协助电路包括执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障报警等。这部分电路具有相对独立性，起协助作用但又不影响主要功能。协助电路中许多部分是受限制电路中的元件来限制的。（4）分析联锁与爱护环节生产机械对于平安性、牢靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择拖动、制动方案外，在限制线路中还设置了一系列电气爱护和必要的电气联锁。在电气限制原理图的分析过程中，电气联锁与电气爱护环节是一个重要内容，不能遗漏。（5）分析特殊限制环节在某些限制电路中，还设置了一些与主电路、限制电路关系不亲密，相对独立的某些特殊环节，如产品计数装置、自动检测系统、晶闸管触发电路和自动调温装置等。这些部分往往自成一小系统，其读图方法可参照上述分析过程，并敏捷运用所学过的电子技术、变流技术、自控系统、检测和转换等学问进行逐一分析。（6）总体检查经过“化零为整”，逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的限制关系之后，还必需用“化零为整”的方法检查整个限制线路，看是否有遗漏。特殊要从整体角度去进一步检查和理解各限制环节之间的联系，以达到正确理解原理图中每一个电气元器件的作用。查线读图法的要点查线读图法是分析继电—接触器限制电路的最基本方法。继电—接触器限制电路主要由信号元器件、限制元器件和执行元器件组成。用查线读图法阅读电气限制原理图时，一般先分析执行元器件的线路（即主电路）。查看主电路有哪些限制元器件的触点及电器元器件等，依据它们大致推断被限制对象的性质和限制要求，然后依据主电路分析的结果所供应的线索及元器件触点的文字符号，在限制电路上查找有关的限制环节，结合元器件表和元器件动作位置图进行读图。限制电路的读图通常是由上而下或自左往右，读图时假想按下操作按钮，跟踪限制线路，视察有哪些电器元件受控动作。再查看这些被限制元器件的触点又怎样限制另外一些限制元器件或执行元器件动作的。假如有自动循环限制，则要视察执行元器件带动机械运动将使哪些信号元器件状态发生变更，并又引起哪些限制元器件状态发生变更。在读图过程中，特殊要留意限制环节相互间的联系和制约关系，直至将电路全部看懂为止。3.CM6132卧式机床的电气限制原理3.1CM6132卧式机床的概述CM6132:C是车床的意思，类似Z是钻床的意思，为分类代号。M是精密的意思，类似B是半自动的意思，是机床通用特征代号，6是落地及卧式车床，是组别代号，1是系别代号，32是一起的，指床身上最大回转直径320mm，为主参数值。CM6132适用于车削精密零件，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹，主传动采纳分别型传动，变速箱采纳两个公用齿轮，油液压选择变速，主轴支承为滑动轴承，进给系统采纳三轴滑移共用齿轮机构，另有一套螺纹变速机构。由于CM6132为精密车床，所以主轴的变速应在另外的箱，有带传动传给主运动系统。3.2CM6132卧式机床的电气限制线路分析

主电路分析由图可以看出，三相沟通电由自动空气开关QF引入，QF同时为主电动机供应过载、短路、欠电压爱护。M1为主轴电动机，容量3KW,M1由接触器KM1、KM2限制正反转，熔断器FUI是电动机M2、M3的短路爱护，电动机M2由中间继电器KA限制，M2的容量为0.125KW，电动机M3由转换开关SA2限制，该限制电路没有限制变压器，限制电路干脆供380V沟通电。限制电路分析当转换开关SA1处于0位置时，继电器KA得点并实现自锁，主运动变速装置用油的液压泵电机M2先行启动，在这种状况下，将SA1打向位置1或位置2将导致接触器KM1或KM2线圈得电，实现对主电动机的正反转限制，主电动机正常工作的时候，SA1将始终处位置1或位置2，即SA1—0是断开的，若电源电压降低过多或突然消逝的时候，KA释放，它们的动合协助触头断开，接触器KM1、KM2全部