《金属切削 机床》-第3章

3.1PLC概述3.1.1PLC特点PLC采用了计算机控制技术，是为提升工业生产自动化程度而设计的控制装置。考虑到工业环境的特殊性和控制对象的多样性，PLC在产品的结构设计和控制方式上，与继电器控制系统相比具有鲜明的特点。1.工作方式不同2.接线方式不同下一页返回3.1PLC概述3.1.2PLC机型的选择选择PLC的重点有以下几项。1.输入/输出类型PLC输入信号的形式分为开关量、数字量和模拟量，输入量的特性为输入信号的各项电参数指标。选择时应根据输入信号的形式和特性来选择PLC的输入模块，根据负载的运行要求来选择PLC输出模块。2.结构形式PLC在结构形式上可分为整体式和模块式。上一页下一页返回3.1PLC概述3.输入/输出点数I/O的点数要符合控制功能要求，并应留有一定的余量。4.内存容量PLC的用户程序存储器的容量是以步为单位，每步可存储一条指令。用户程序的长短决定了内存容量的选择，用户程序的长短与编程方法、编程技巧有关。5.编程器PLC的编程器分为：简易编程器、智能编程器和采用计算机的编程器等。上一页下一页返回3.1PLC概述3.1.3PLC的实际应用为提高控制过程的灵活性，实现机械设备在生产中控制功能快速改变的目的，需采用PLC对传统的继电器控制系统加以改造，在进行改造时，一般分为以下几个步骤。1.分析被控对象2.确定输入/输出设备3.PLC控制程序的设计4.选择PLC及编程器5.PLC控制电路的安装6.联机调试上一页返回3.2PLC“翻译法”改造继电器、接触器控制线路——电动机正反转控制3.2.1交流电动机正反转运行的理论依据1.正反转正转：按下正转按钮SBl→电动机通正序电启动旋转，按下停止按钮SB0→电动机停止旋转。反转：按下反转按钮SB2→电动机通反序电启动旋转，按下停止按钮SB0→电动机停止旋转。所谓“正反转”，是指既可使电动机按照“正转”方式工作，也可使电动机按照“反转”方式工作。具体含义如图3-2所示。下一页返回3.2PLC“翻译法”改造继电器、接触器控制线路——电动机正反转控制2.三相交流电动机的正序电和反序电如图3-3所示，将三相电源进线（Ll、L2、L3）依序与电动机的三相绕组首端（U、V、W）相连，就可使电动机获得正序交流电而正向旋转；只要将三相电源进线中的任何两相对调，就可改变电动机的通电相序，使电动机获得反序交流电而反向旋转。3.2.2PLC—电动机正反转控制“工作过程与控制要求”如图3-4所示，用PLC实现对交流电动机的“正反转”控制，需要正转按钮SB1、停车按钮SB0、反转按钮SB2，还需要PLC、正转接触器KM1、反转接触器KM2、电动机M等。上一页下一页返回PLC—电动机“正反转”的控制要求（如图3-5所示）可用链格式表示如下。①正转按钮SB1[按下]→电动机[正转]→反转按钮［失效］。②停车按钮SB0[按下]→电动机[停转]。③反转按钮SB2[按下]→电动机[反转]→正转按钮［失效］。正反转切换顺序为正→停→反，反→停→正，即切换前，要先按停车按钮。上一页下一页返回3.2PLC“翻译法”改造继电器、接触器控制线路——电动机正反转控制1.新、老主电路在交流电动机正反转控制中，新的主电路应与老的主电路完全相同，如图3-6所示。图中KM1、KM2分别是控制交流电动机正转运行和反转运行的交流接触器。2.将“老辅助电路”转换为“PLC外部接线图＋PLC梯形图”“老改新”编程法的编程思路是：老辅助电路→（转为）PLC外部接线图＋PLC梯形图。具体转换过程如图3-7所示。上一页下一页返回3.2PLC“翻译法”改造继电器、接触器控制线路——电动机正反转控制3.所得梯形图程序能否实现正反转所得程序的梯形图如图3-8所示。不难发现，该梯形图虚拟电路实际上由两个启保停电路组合而成，分别控制电动机的正转与反转。例如，按下正转按钮SB1,X1变为1态，其常开点X1a接通，Y1线圈“通电”并自保，通过Y1输出端，使KM1线圈通电，电动机开始正转；按下停止按钮SB0，X0变为1态，其常闭点X0b断开，使Y1线圈“断电”，电动机停止运转。这说明该梯形图程序能够实现正转控制；同理，它也能实现反转控制。上一页下一页返回3.2PLC“翻译法”改造继电器、接触器控制线路——电动机正反转控制那么，正转期间反转按钮X2是否失效？正转时Y1c[1态]→Y1b[断开]使Y2c回路[断开]，因而此时反转按钮X2[按下]→Y2c[不可能通电],故正转期间反转按钮X2［失效］。同理，反转期间正转按钮X1[失效]。详细分析过程如图3-9所示。结论：所得梯形图程序既能够满足“正→停→反”的控制要求，也能满足“反→停→正”的控制要求。上一页返回3.2PLC“翻译法”改造继电器、接触器控制线路——电动机正反转控制3.3.1卧式车床的主要结构、运动形式及控制要求卧式车床主要由床身、主轴变速箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾座、丝杠、光杠等部件组成，如图3-10所示。车床的主运动是由主轴通过卡盘带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率。车削加工时，应根据加工零件的材料性质、刀具几何参数、工件尺寸、加工方式及冷却条件等来选择切削速度，要求主轴调速范围宽。卧式车床一般采用机械有级调速。加工螺纹时，C650型车床通过主电动机的正、反转来实现主轴的正、反转，当主轴反转时，刀架也跟着后退。下一页返回3.3PLC改造C650卧式车床控制系统3.3PLC改造C650卧式车床控制系统3.3.2C650型车床控制线路分析C650型车床是一种中型车床，其控制电路如图3-11所示。1.硬件电路及I/O分配表根据C650卧式车床的控制要求，该机床的输入信号11个点，输出信号5个点，如表3-1所示。输入元件中，按钮SB1、SB5，热继电器FR1、FR2，速度继电器SR-1、SR-2这6个点接入常闭点，而其他接入的是常开点。输出元件中KM1、KM2接触器互锁。选用I/O点数为24点的FX2N-24型PLC即能够满足要求，I/O接口如图3-12所示，输出电源为交流110V。上一页下一页返回3.3PLC改造C650卧式车床控制系统2.PLC程序根据C650卧式车床的动作要求，编制其PLC控制程序梯形图，如图3-13所示。1)主电动机控制Y000(KM1)、Y001（KM2)、Y003(KM3)程序中，用了4个辅助继电器，即M001、M002、M003、M004。M001、M002分别为主电动机正、反转启动辅助继电器，具有保持(自锁)功能。M003为正、反转辅助继电器(此继电器可以去掉，直接用M001、M002并联即可)。M004为制动辅助继电器，在其自锁点中用了两个Y000(KM1)、Y001(KM2)互锁，表示按停止按钮X000(SB1)时，松手后能自锁(因为此时KM1、KM2都断电了，即Y000、Y001的常闭点使其自锁保持)。用M004控制定时器T001(反接制动延时)。反接制动开始后，当KM1（或KM2)接通时，M4断掉。上一页下一页返回3.3PLC改造C650卧式车床控制系统2）冷却泵控制Y003(KM3)启动用X005(SB5)，停止用X006(SB6)。X007(FR2)起过载保护作用，可以将FR2硬件触点直接串入PLC硬件回路KM4、KM5的公共处，这样可以省去一个输入点。3）快速移动控制Y004(KM4)X012(SQ)点动即可。4）其他冷却、联锁和辅助控制过程分析略。上一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统3.4.1CA6140主要结构及运动特点主轴变速箱的功能是支承主轴和传动使其旋转，包含有主轴及其轴承、传动机构、启停及换向装置、制动装置、操纵机构及润滑装置。CA6140型普通车床的主传动链可使主轴获得24级正转转速（10～1400r/min）和12级反转转速（14～1580r/min）。进给箱的功用是变换加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种进给量。它通过由变换螺纹导程和进给量的变速机构、变换螺纹种类的转换机构、丝杠和光杠转换结构以及操纵机构等组成。下一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统溜板箱的作用是将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向等。刀架则是安装车刀并带动其作纵向、横向和斜向进给运动。车床有两个主要运动：一是卡盘或顶尖带动工件的旋转运动；二是溜板带动刀架的直线移动，前者称为主运动，后者称为进给运动。中小型普通车床的主运动和进给运动一般是采用一台异步电动机驱动。上一页下一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统3.4.2CA6140车床原有电气控制线路1.读图CA6140普通车床电气控制线路图，如图3-14所示。电器元件分布及功能如表3-2所示。2.CA6140普通车床电气控制线路分析1）主电路分析主电路有3台电动机，M1为主轴电动机，拖动主轴带着工件旋转，并通过进给运动链实现车床刀架的进给运动；M2为冷却泵电动机，拖动冷却泵输出冷却液；M3为溜板与刀架快速移动电功机，拖动溜板实现快速移动。上一页下一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统2）控制电路分析以控制变压器TC二次侧输出的110V电压作为控制回路的电源。按钮SB2为主轴电动机M1的启动按钮，SB1为主轴电动机的停止按钮，按钮SB3为快速移动电动机M3的点动按钮，手动开关QS2为冷却泵电动机M2的控制开关。(1)主轴电动机M1的控制。按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电吸合并自锁，其主触点闭合，主轴电动机M1通电启动；按下停止按钮SB1，电动机M1断电停转。上一页下一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统（2）冷却泵电动机M2的控制。因为M1通过KM1在10区的常开触点“顺锁”了M2。因此冷却泵电动机M2的通电区间小于等于主轴电动机M1的通电区间，M2应有以下3套控制方案。①旋钮开关QS2[于事前、事中、事后都一直保持闭合]：主轴接触器KM1[线圈通电]→其10区常开触点[闭合］→继电器KA1［线圈通电］→冷却泵电动机M2［启动旋转］；主轴接触器KM1［线圈断电］→其10区常开触点［断开］→继电器KA1［线圈断电］→M2［停转］。上一页下一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统②旋钮开关QS2［事前断开］：主轴接触器KM1的10区常开触点［闭合］→旋钮开关QS2［扳至闭合位置］→继电器KA1［线圈得电］→冷却泵电动机M2［启动旋转］；QS2［扳至断开位置］→继电器KA1［断电］→M2［停转］。③旋钮开关QS2［于事前、事中、事后都一直保持断开］：无论主轴M1启动与否，冷却泵电动机M2一直保持断电停转状态。（3）刀架快速移动电动机M3的控制。刀架快速移动电动机M3是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB3来控制的，它与继电器KA2组成点动控制电路。压下按钮SB3，继电器KA2得电吸合，电动机M3通电启动，刀架按指定方向快速移动；松开按钮SB3之后，M3断电停转。上一页下一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统3）照明、信号灯电路机床照明电路由控制变压器TC供给交流24V安全电压，并由手控开关SA直接控制灯EL；机床电源信号灯HL由控制变压器TC供给6V电压，当机床引入电源后照明点亮，提醒操作员机床已带电，要注意安全。4）辅助电路的电气保护控制电路、信号电路、照明电路均设有短路保护功能，分别由熔断器FU2、FU3、FU4付诸实现。上一页下一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统3.4.3用PLC对CA6140车床的电气控制线路进行改造利用PLC改造CA6140控制系统后PLC控制器在控制系统中起逻辑运算的功能，即根据操作者对主令电器（按钮等）的操作，使接触器得电或者断电，满足CA6140的加工要求。1.确定PLC的I/O分配表根据CA6140型普通车床的工序及控制要求，确定PLC的I/O分配情况，如表3-3所示。上一页下一页返回3.4PLC改造卧式车床CA6140控制系统2.确定用PLC改造之后的电气线路接线原理图采用PLC对CA6140型车床进行改造后的电气接线原理图如图3-15所示。3.确定PLC控制程序的梯形图采用“老改新”转换编程法，将原有的继电器控制电路转换成PLC的虚拟电路，即梯形图形式的控制程序，如图3-16所示。上一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统3.5.1主要结构及运动形式X62W万能铣床主要由床身、主轴、刀杆，横梁、工作台、回转盘、横溜板和升降台等几部分组成，它的外形如图3-17所示。箱形的床身固定在底座上，在床身内装有主轴的传动机构和变速操纵机构；在床身的顶部有水平导轨，上面装着带有一个或两个刀杆支架的悬梁；刀杆支架用来支承铣刀心轴的一端，心轴另一端则固定在主轴上，由主轴带动铣刀切削；悬梁可以水平移动，刀杆支架可以在悬梁上水平移动，以便安装不同的心轴。下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上、下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动(横向移动或前后移动)的溜板；溜板上部有可转动部分，工作台就在溜板上部可转动部分的导轨上做垂直于主轴轴线方向移动(纵向移动)；工作台上有T形槽来固定工件。这样安装在工作台上的工件就可以在三个坐标轴的6个方向上调整位置或进给。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统3.5.2电力拖动特点及控制要求(1)主轴电动机需要正反转，但方向的改变并不频繁。根据加工工艺的要求，有的工件需要顺铣(电动机正转)，有的工件需要逆铣(电动机反转)。（2）铣刀的切削是一种不连续切削，容易使机械传动系统发生振动，为了避免这种现象，在主轴传动系统中装有惯性轮，但在高速切削后，停车时间较长，故采用电磁离合器制动。(3)工作台既可以做6个方向的进给运动，又可以在6个方向上快速移动。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统3.5.3控制要求X62W型万能升降台铣床采用三相笼型异步电动机拖动，并且主轴的主运动和工作台的进给运动分别由单独的电动机拖动，其继电接触器控制线路如图3-18所示。其控制要求如下。(1)主轴电动机M1空载时直接启动，为实现顺铣和逆铣两种加工方式，要求能够正反转，其转向由转换开关SA5预先选定。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统(2)工作台进给电动机M2直接启动，而且要求能够正反转。(3)电动机M3拖动冷却泵，在铣削加工时提供冷却液。(4)主轴运动和进给运动采用变速孔盘来进行速度选择。(5)加工工件时，为保证设备安全，要求主轴电动机M1启动后，工作台进给电动机M2才能启动。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统3.5.4动作分析1.主轴电动机M1的启动主轴换向开关SA5选定电动机的转向后，按下启动按钮SB1或SB2，交流接触器KM1的线圈得电，其主触点闭合，主轴电动机M1按给定方向启动运转。2.主轴电动机M1的制动按下停止按钮SB3或SB4，主轴接触器KM1的线圈失电，同时电磁制动器YB的线圈得电，对M1进行制动停车。当进行换刀和上刀操作时，闭合主轴上的刀制动开关SA2-2，KM1线圈失电的同时YB线圈得电，使M1处于制动状态不能转动，保证了换刀和上刀操作的顺利进行。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统3.主轴变速时的瞬时点动合上主轴上刀制动开关SA2-1，通过变速手柄的复位，压动瞬时点动行程开关SQ7，使接触器KMl的线圈得电，主轴电动机M1启动运转。变速手柄复位后，松开行程开关SQ7，M1停车，完成一次瞬时点动。4.水平工作台的纵向进给运动合上工作台转换开关SA1-1和SA1-3，纵向操作手柄扳到右(左)方，带动机械离合器接通纵向进给运动的机械传动链，同时压动行程开关SQ1(SQ2)，使交流接触器KM2(KM3)的线圈得电，其主触点闭合，进给电动机M2正(反)转，水平工作台右(左)移。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统5.水平工作台的横向及升降进给运动水平工作台的横向及升降进给运动由十字复合手柄和行程开关SQ3、SQ4组合控制。合上工作台转换开关SA1-1和SA1-3，十字复合手柄扳到上(下)方，带动机械离合器接通垂直进给运动的机械传动链，同时压动行程开关SQ3(SQ4)，使接触器KM2(KM3)的线圈得电，其主触点闭合，进给电动机M2正(反)转，水平工作台上(下)移动。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统6.水平工作台的快速移动按下快速移动按钮SB5或SB6，接触器KM4的线圈得电，使正常进给电磁离合器YC2的线圈失电，同时快速进给电磁离合器YC1的线圈得电，接通快速移动传动链，水平工作台沿给定方向快速移动。松开按钮SB5或SB6，则恢复水平工作台的正常进给运动。7.水平工作台变速时的瞬时点动合上工作台转换开关SA1-1和SA1-3，通过变速手柄的复位压动瞬时点动行程开关SQ6，使交流接触器KM2的线圈得电，进给电动机M2启动运转。变速手柄复位后，松开行程开关SQ6，M2停车，完成一次瞬时点动。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统8.圆工作台的运动把水平工作台的操作手柄扳到中间不工作位，合上工作台转换开关SA1-2，交流接触器KM2的线圈得电，其主触点闭合，使进给电动机M2正转，拖动圆工作台转动。9.冷却泵电动机控制根据加工需要，冷却泵电动机M3通过转换开关手动，直接控制切削液。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统3.5.5控制电路的联锁与保护1.主轴运动与工作台进给运动的顺序联锁进给运动控制电动机M2必须在主轴电动机M1启动后，才可启动，主轴电动机M1停止时，进给电动机M2应立即停止。2.工作台6个进给运动方向间的联锁工作台左、右、前、后、上、下6个方向进给运动分别由两套机械机构操作，而铣削加工时只允许一个方向的进给运动，为了避免误操作，必须采用电气联锁。当工作台实现左、右方向进给运动时，控制电源必须通过控制上、下与前、后进给的行程开关SQ3、SQ4的常闭触点构成的闭合回路。当工作台作前、后和上、下方向进给运动时，控制电源必须通过控制右、左进给的行程开关SQl、SQ2常闭触点构成的闭合回路。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统3.圆工作台工作与6个方向进给运动间的联锁锁圆工作台工作时不允许6个方向进给运动中作任一方向的进给运动。电路中除了通过SA1开关定位联锁外，还必须使控制电路通过SQ1、SQ2、SQ3、SQ4的常闭触点实现电气联锁。4.进给变速冲动不允许工作台作任何方向的进给运动联锁变速冲动时，SQ6动合触点接通，动断触点断开，控制电源必须经过SA1-3触点(即圆工作台不工作)和SQ1、SQ2、SQ3、SQ4四个常闭触点(即工作台6个方向均无进给运动)构成的回路，才能实现进给变速冲动。上一页下一页返回3.5PLC改造X62W型万能升降台铣床控制系统3.5.6I/O点分配系统的输入/输出设备元件共有24个，其中17个输入元件、8个输出元件，考虑到PLC硬件配置留有一定的余量，选用FX2N-48MR可编程控制器，其他均可由内部继电器、定时器和计数器代替。I/O点分配见表3-4。3.5.7PLC硬件接线与软件编程有关PLC硬件接线如图3-19所示，PLC软件编程如图3-20所示。上一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统3.6.1主要构造和运动情况摇臂钻床的主要构造如图3-21所示。摇臂钻床主要由底座，内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台组成。在摇臂钻床上的运动有以下几种。（1）主运动：主轴带动钻头的旋转运动。（2）进给运动：钻头的上下运动。（3）辅助运动：主轴箱沿摇臂水平移动、摇臂沿外立柱上下移动和摇臂连同外立柱一起相对于内立柱的回转。下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统3.6.2Z3040摇臂钻床电器原理图分析图3-22是Z3040摇臂钻床的电器控制原理图。1.主电路分析电源由总开关QS引入，熔断器FU1为总电源的短路保护。主轴电动机M1单向旋转，由接触器KM1控制。主轴的正、反转由机床液压系统操作机构配合摩擦离合器实现。摇臂升降电动机M2由正、反转接触器KM2、KM3控制。液压泵电动机M3拖动液压泵送出压力液以实现摇臂的松开、夹紧和主轴箱、立柱的松开、夹紧，并由接触器KM4、KM5控制正、反转。冷却泵电动机M4用开关SA1控制。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统2.控制电路分析控制电路采用变压器TC将380V交流电压降为127V交流电压，作为电源。1）主轴电动机的控制按下启动按钮SB2，接触器KM1吸合并自锁，主轴电动机M1启动运转。按下停止按钮SB1，接触器KM1释放，主轴电动机停转。过载时，热继电器FR1的常闭触点断开，接触器KM1释放，主轴电动机停转。2）摇臂升降电动机的控制摇臂的松开、升降、夹紧是顺序进行的。摇臂上升（或下降）时，按上升按钮SB3（或下降按钮SB4），时间继电器KT吸合，其常开瞬时动作触点接通了接触器KM4线圈，使液压泵电动机M3正转，液压泵供给正向压力油。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统同时，KT断电延时打开触点闭合，接通了电磁阀YV线圈。电磁阀的吸合，使压力油进入摇臂的松开油腔（液压缸左腔），推动松开机构使摇臂松开，松开后压力行程开关SQ2，其常闭触点断开，接触器KM4因线圈断电而释放，液压泵电动机就停止转动；同时，SQ2的常开触点闭合，使接触器KM2（下降为KM3）吸合，摇臂升降电动机M2正转（下降为反转），拖动摇臂上升（或下降）。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统当摇臂上升（或下降）至所需位置，松开按钮SB3（或SB4），接触器KM2（下降时为KM3）和时间继电器同时断电，M3停转。摇臂升（降）停止。时间继电器断电后，经1～3s延时后断电延时触点闭合，这时SQ3的常闭触点已闭合，故接触器KM5通电，使液压油泵电动机M3反向旋转，反向压力油经电磁换向阀进入摇臂钻床夹紧油缸13右腔，使摇臂夹紧，夹紧后压下行程开关SQ3，KM5及YV断电，油泵电动机停转，电磁换向阀复位，摇臂升（降）过程结束。图3-23是Z3040摇臂钻床夹紧机构液压系统原理图。摇臂升降都有限位保护，上升时SQ1作极限位置保护、下降时SQ6作极限位置保护。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统3）主轴箱与立柱的夹紧与松开控制主轴箱与立柱的夹紧与松开均采用液压操纵，二者同时进行，当要使主轴箱与立轴松开时，按下按钮SB5，接触器KM4通电，液压泵电动机M3正转，高压油从油泵右侧油路流出，但与摇臂升降时不同，SB5的常闭触点是断开的，电磁换向阀YV不通电。压力油进入主轴箱松开油腔（油缸14左腔）与立柱松开油腔（油缸15左腔），推动松紧机构使主轴箱和立柱分别松开。同时行程开关SQ4松开，其常闭触点闭合，松开指示灯HL1亮。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统欲使立柱与主轴箱夹紧，可按下SB6，接触器KM5通电，液压油泵电动机M3反转。电磁换向阀YV仍不通电，压力油从油泵左侧油路流出，压力油进入主轴箱夹紧油缸和立柱夹紧油缸，推动松紧机构，使主轴箱和立柱都夹紧。同时，行程开关SQ4被压下，其常闭触点断开而常开触点闭合，因而松开指示灯HL1熄灭而夹紧指示灯HL2亮。主轴电动机M1工作时，接触器KM1的常开辅助触点闭合使主轴电动机工作指示灯HL3亮。指示灯HL1、HL2和HL3的电源由控制变压器TC一个副绕组的抽头提供。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统3.照明电路变压器TC的另一个副绕组，提供24V交流照明电源电压。照明灯EL由装在灯头上的扳板开关SA1控制，为了安全起见，灯的一端接地。照明电路由熔断器FU3作短路保护。表3-5列出了Z3040摇臂钻床的主要电器设备。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统3.6.3摇臂钻床电路位置图图3-24是摇臂钻床的电器位置图，图3-25是Z3040摇臂钻床电器控制箱内的控制板上电器布置图。3.6.4Z3040摇臂钻床的PLC改造根据Z3040摇臂钻床的控制要求，该机床的输入信号有11个点，输出信号9个点，如表3-6所示。SQl、SQ6是限位开关，用常闭点。输出回路中，有两种电源，即控制接触器和电磁阀的交流110V和控制指示灯的交流6V电源。热继电器串接在其保护的电动机所对应的接触器硬件回路中，SQ5也是其保护作用的。选用I/O点数为48点的FX2N-48MR即能够满足要求。I/O接口图，如图3-26所示。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统根据Z3040摇臂钻床的控制要求，编制其PLC控制程序梯形图，如图3-27所示。1)主轴电动机控制Y001(KM1)启动用X002(SB2)，停止用X001(SB1)。启动X002时，Y001(KM1)、Y013(HL3)接通，KM1控制主轴电动机全压启动旋转、指示灯HL3亮。由于FRl串入KM1硬件回路中，省去了一个输入点。按下SB1，X001断开，Y001、Y003断开，主轴电动机停转，灯灭。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统2)摆臂上升下降(Y002、Y003)及摇臂放松与夹紧(Y004、Y005)控制辅助继电器M000是摇臂升降过程继电器，达极限或松开按钮时断开。辅助继电器M002起断电延时作用，即M000断开后，M002会延时2s再断掉，主要用于保证摆臂上升(或下降)时，升降电动机M002在断开电源，依惯性旋转已经完全停止旋转后，才开始摇臂的夹紧动作。M002电动机断开电源到完全停止所需时间应小于2s。上一页下一页返回3.6PLC改造Z3040摇臂钻床控制系统3)主轴箱与立柱放松、夹紧指示灯Y011(HL1)、Y012(HL2)主轴箱与立柱在平时是夹紧的，SQ4被压，X004通，夹紧指示灯Y012（HL2）通(亮)，松开到位时，SQ4释放，Y011(HLl)通(亮)，两者是互锁的。冷却、联锁和辅助控制过程分析略。上一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统3.7.1卧式镗床的主要结构和运动形式图

卧式镗床主要由床身、前立柱、镗头架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板和工作台等部分组成。床身是一个整体的铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，并由悬挂在前立柱空心部分内的对重来平衡，镗头架可沿导轨垂直移动。镗头架上装有主轴部件、主轴变速箱、进给箱与操纵机构等部件。下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统切削刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘上的刀具溜板上。在镗削加工时，镗轴一面旋转，另一面沿轴向做进给运动。平旋盘只能旋转，装在其上的刀具溜板做径向进给运动。平旋盘主轴为空心轴，镗轴穿过其中空部分，经由各自的传动链传动。因此镗轴和平旋盘可独自旋转也可以不同转速同时旋转。但一般情况大都使用镗轴，只有用车刀切削端面时才使用平旋盘（见图3-29）。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统由上可知，卧式镗床的运动形式有以下几种。(1)主运动：镗轴和平旋盘的旋转运动。(2)进给运动：镗轴的轴向进给，平旋盘刀具溜板的径向进给，镗头架的垂直进给，工作台的纵向进给和横向进给。(3)辅助运动：工作台的回转，后立柱的轴向移动，尾座的垂直移动及各部分的快速移动等。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统3.7.2卧式镗床的电力拖动方式和控制要求镗床加工范围广，运动部件多，调速范围广。而进给运动直接影响切削量，切削量又与主轴转速、刀具、工件材料、加工精度等有关。所以一般卧式镗床主运动与进给运动由一台主轴电动机拖动，由各自传动链传动。为缩短辅助时间，镗头架、工作台除工作进给外，还应有快速移动。为此，由另一台快速电动机拖动。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统T68型卧式镗床控制要求有以下几点。(1)主轴旋转与进给量都有较大的调速范围，主运动与进给运动由一台电动机拖动，为简化传动机构采用双速笼形异步电动机拖动。(2)由于各种进给运动都需正反不同方向的运转，所以要求主电动机能正转、反转。(3)为满足加工过程中调整工作的需要，主电动机应能实现正转、反转的点动控制。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统(4)要求主轴停车迅速、准确。主电动机应有制动停车环节，本机床采用电磁铁控制的机械制动装置。(5)主轴变速和进给变速在主电动机运转时进行。为便于变速时齿轮啮合，应有变速低速冲动。(6)为缩短辅助时间，各进给方向均能快速移动，设有专用快速移动电动机且采用正、反转的点动控制方式。(7)由于卧式镗床运动部件多，应有必要的联锁和保护环节。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统3.7.3主电路T68卧式程床的主电路参见图3-30，其中有2台电动机：主轴电动机M1和快速电动机M2。主轴电动机有高低速两挡，由变速手柄X006(SQ)控制。低速时，Y006(KM6)导通，其前提是正转Y001(KM1)或反转Y002(KM2)接通。Y003(KM3)起短接限流电阻R的作用，在正转或反转时接通，在点动和反接制动时断开，点动和反接制动是在低速下进行的。快速电动机M2只有点动，没有自锁。FR为主电动机M1的热保护元件，SR-1、SR-2为速度继电器的正向动合触点及反向动合触点。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统3.7.4硬件电路及I/O分配表根据T68卧式镗床的控制要求，该机床的输入信号有17个点，输出信号有7个点，如表3-7所示。I/O接口图，如图3-31所示。3.7.5PLC程序T68卧式镗床的动作复杂，互锁关系较多，因此在程序编制时要多用辅助继电器，其PLC控制程序梯形图，如图3-32所示。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统1.主轴电动机正转接触器Y001(KM1)接通条件1）主轴电动机点动控制X003(SB3)通，Y001(KMl)接通，电动机通过电阻R限流启动。2）主轴电动机启动控制X001(SBl)通，M011通电(其本身自锁)，电动机全压运转。3）反接在制动控制主电动机反转时，速度继电器反向动合触点X020(SR-2)通，M003也通，但由于Y002(KM2)的互锁，使Y001(KM1)不能导通。当按下停止按钮X006(SB6)时，Y003(KM3)断开，M012断开。Y002(KM2)断开，使X020(SR-2)、M003这条支路接通，Y001(KM1)接通，与限流电阻R一起，使主轴电动机反接制动。转速低于100r/min时，X020(SR-2)断开，制动结束。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统4）变速冲动控制

变速时，M002接通，反接制动开始。当主轴电动机转速低于100r/min时，M006接通，变速开始。T00l、T002接通，1s后T003通。0.1s后T002断，持续6.6s(由T001控制)，此脉动结束，如图3-33所示。定时器T002的常开触点是一个通0.1s断1s的脉冲。变速时，用通断Y00l(KMl)，直到变速结束。变速时，高速接触器(KM7、KM8)不能接通。2.主轴电动机反转接触器Y002(KM2)接通条件与正转接通条件相同，只是少了一个变速冲动条件。因为机床的变速，只在正转时进行。上一页下一页返回3.7PLC改造T68卧式镗床控制系统3.主轴电动机高低速控制

当高速手柄在高速时，X006(SQ压合)通，Y006(KM6)通，低速启动，此时定时器T000也开始定时，3s后Y006(KM6)断开，Y007(KM7、KM8)通，高速运行。4.快速移动进给电动机M2的控制快速移动进给电动机M2是由快速手柄X007(SQ7)、X008(SQ8)控制的。上一页返回3.8液压组合机床的PLC控制3.8.1液压组合机床控制基本情况、工序及控制要求某液压组合机床由液压夹紧装置、液压滑台、动力头等部分组成，其工作过程（工作循环）如图3-34所示，液压元件动作状态如表3-8所示。3.8.2液压组合机床控制分析1.基本情况该机床滑台由液压泵电动机M1提供压力油，该电动机属于Y系列，规格为1.1kW、380V、2.5A，不频繁启动。动力头由动力头电动机M2驱动，该电动机属于Y系列，规格为3kW、380V、6.4A，不频繁启动。电磁阀YV1～YV5均为AC220V的电磁阀。下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制2.工序及控制要求要求有点动、单周半自动两种工作方式。单周半自动工作循环如图3-34所示，各工作步液压电磁阀动作状态如表3-8所示。下面用链格式对单周半自动工作循环的工序过程扼要叙述如下。（步0）原位：滑台[停在SQ1处]→SQ1[1态]，夹具[松开]→KP1[0态]，动力头M2[停止]↓─2SB[按下]（步1）夹紧↓─夹紧位KP1[1态]上一页下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制（步2）快进↓─工进位SQ2[1态]（步3）工进：动力头M2[启动]↓终点位停留↓─停留完KP2[1态]（步4）快退↓─原点位SQ1[1态]└→重新回到（步0）上一页下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制3.控制程序及工作过程分析1）I/O分配图依据任务情况、工作及控制要求，拟本例液压组合机床的I/O分配图，如图3-35所示。2）程序的组成本例液压组合机床控制程序的组成情况如图3-36所示。该程序主要由初始程序和主体程序两大部分组成。主体程序又包括切换程序、动作程序和信号程序。上一页下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制3）初始程序本例液压组合机床的初始程序梯形图如图3-37所示。该初始程序由液压启/停、原点条件、初入步0三个梯级组成。“液压启/停”梯级：典型的“启/停”控制程序，通过X15a、X16b完成对液压电动机的启/停控制，通过X17b完成热保护停车控制。“原点条件”梯级：M8044为“原点条件”继电器，由它判断原点条件是否满足；当且仅当液压组合机床同时满足“原位（停在原位）、松开（夹具松开）、液压（液压电动机开启）”之后该原点条件继电器的状态才为1态，表示原点条件为真。“初入步0”梯级：由M8002开机脉冲使步0的状态标志M0置1，从而使程序“初入步为步0”。上一页下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制4）切换程序本例液压组合机床切换程序的SFC功图如图3-38所示，其依据是I/O分配图及工序要求。步0～步8、步10的状态分别存放在M0～M8、M10等记忆容器之中。“方式选择，推迟响应”。在初始程序中，由M8002开机脉冲使M0置1而“初入步0”，液压组合机床停于步0（原位）；而在切换程序中，通过X20（SA20选择开关）选择“点动/单周半自动”工作方式。该程序在由自动方式切换到点动方式时，需要等到液压组合机床返回到步0（原位）之后才能进行，避免了因为方式切换而造成损伤工件等事故的发生。上一页下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制5）动作输出程序（含半自动、点动）图3-40是本例的动作输出程序。本输出程序的特殊之处在于对主轴电动机过热情况的保护：如果主轴电动机［过热］→2FR［动作］X7[1态]→X7b[断开]，进而使Y1～Y3及Y6[断电、0态]，从而使液压滑台随主轴电动机同时停止工作，实施过热保护，直到主轴电动机[过热信号解除]为止。上一页下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制6）信号指示程序图3-41是本例的信号指示程序。对关键工作步进行信号指示，可以很方便地分辨出液压组合机床所处的关键状态，为后续的操作提供友好的引导。该信号程序为自动工作循环的每个工作步（步0～步4）均安排了1盏信号指示灯（HL10～HL14），既增加了操作上的友好度，又有利于设备的调试及排障工作。上一页下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制4.电气原理图及情况说明液压组合机床的电气原理图如图3-42所示。该电气原理图是完成设备的实际接线、分析设备的电气工作原理、进行程序现场调试的重要依据。对该电气原理图的基本情况说明如下。（1）整台设备采用空气开关QF作为总电源开关，拉闸之后，使设备与电源完全断开，确保设备不带电。（2）对PLC未加装分电源开关，以简化操作过程。上一页下一页返回3.8液压组合机床的PLC控制（3）两台电动机均采用热继电器来实现过载热保护，其短路保护则由空气开关QF通过电流脱扣器来实现。（4）电源开关QF[合闸]之后，电源指示灯HL［点亮］，提醒操作人员：设备已通电，请注意安全！（5）回原点条件M8044[满足]时→原点灯HLO［点亮］，提醒操作人员：液压组合机床已完全具备了进入自动工作循环的条件。上一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用3.9.1电梯的结构电梯结构包括机械和电气两大系统。1.机械系统机械系统由驱动电梯运行的曳引系统、运送乘客或货物的轿厢、平衡轿厢重量的对重装置及导向系统、门系统、机械安全保护系统等组成。2.电气控制系统电气控制系统由操纵电梯运行的厅召唤箱和轿内按钮箱组成的操纵箱，显示电梯运行方向、停靠楼层、指示召唤信号的楼层和方向、要到楼层位置的显示装置，控制电梯正向、反向、加速、减速的电气控制装置，以及换速、平层装置等组成。下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用3.9.2电梯的控制原则现以无司机操纵方式为例，说明电梯的控制原则。轿厢内的操纵箱上设置有与停站数相同的内指令按钮。当按下内指令按钮时，指令信号被登记，对应的指示灯亮。各层楼的厅外除底层和顶层只设有向上和向下召唤按钮外，其余各层均设有上、下召唤按钮，乘客按下相应的召唤按钮时，召唤信号被登记，指示灯也亮。同时，设置在轿厢内操纵箱上的相应指示灯也亮，表示某层楼有向上或向下的乘客等待乘梯。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用若电梯上行，则按已登记的内指令信号和向上召唤的层楼信号逐一停靠，直到已登记的这些信号最后一个命令为止。若更高层有已登记的下召信号，则继续自动上行停靠，然后向下按内指令及下召唤信号逐层停靠。直到完成最后—个命令为止。每次启动，电梯皆能自动选向、运行，并进行减速、平层、开门。对无司机操纵方式，能自动延时关门、启动。如再无工作命令，则轿厢停在最后停靠的楼层待命，直到再出现信号时，根据命令位置，电梯自动选向运行。假若超载，则电梯不能启动，并进行报警。若满载，就只按轿厢内指令停靠，而召唤信号被储存。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用3.9.3控制系统的组成控制系统由主电路及控制电路两部分组成。1.主电路主电路包括拖动轿厢上、下运行的牵引电动机的控制主电路及门机电路。XPM型交流双速电梯的牵引电动机为YTD系列电梯专用型双速笼型异步电动机。牵引电动机的转向变换通过正、反向接触器实现，转速的改变由快、慢接触器控制电动机高速绕组或低速绕组接入，电动机的加速及减速是由加速及减速接触器短接串入主电路中的电抗器(限制启动电流或制动电流)完成。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用2.控制电路控制电路的核心部分是PLC。PLC根据输入的内指令信号、召唤信号及各传感器信号产生控制电梯运行、指示、报警等输出信号。为了简化分析，现以3层3站无司机操纵方式为例分析，并省略电梯加速、减速控制过程及部分输入信号、输出信号。重点分析PLC如何响应内指令信号、外召唤信号、层楼传感器信号及平层信号并产生控制电梯自动选向、启动、运行、到层消号及平层自动开关门等控制信号。本例中的3层电梯有20个输入信号，16个输出信号，选择FX2N-48MR可编程控制器即可满足控制的要求。I/O点分配见表3-9，PLC硬件接线如图3-43所示。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用3.简化后的控制要求(1)电梯运行到位后具有手动或自动开门和关门的功能。(2)利用指示灯显示厢外召唤信号、厢内指令信号和电梯到达信号。(3)能自动判别电梯运行方向，并发出相应的指示信号。3.9.4梯形图程序设计为方便起见，将程序分为几段讨论1.开门及关门控制程序开门及关门控制程序自动运行时电梯的开门存在以下3种情况。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用(1)呼梯开门电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并启动运行，到达呼梯楼层时再开门，此时的开门按停层开门处理。(2)自动停层时的开门电梯在停层时，至平层位置，M140接通，电梯应开始开门。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用(3)电梯关门过程中的重新开门在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，需重新开门，这时可以通过开门按钮实施重新开门。(4)电梯自动运行时的关门停站时间继电器T0延时结束时，电梯应自动关门。停站时间未到时，可通过关门按钮实现提前关门。开关门环节的梯形图如图3-44所示。M0为开门禁止辅助继电器，Y000对应开门继电器，Y001对应关门继电器。电梯上行或下行时，通过Y002或Y003的动合触点使M0通电，其常闭触点断开，Y000不能接通，电梯不能开门。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用2.层楼信号的产生与清除环节当电梯位于某一层时，应产生位于该楼层的信号，以控制楼层指层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号(上一层或下一层)所取代，其梯形图如3-45所示。1楼层感应器1KR动作，X016常开触点接通时，Y006通电，1楼层楼指示灯E3亮。

3.内选层信号的登记与消除环节乘客或司机通过操纵盘上选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号应被消除，指示灯也应熄灭，其梯形图如图3-46所示。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用4.外呼信号的登记与消除环节乘客或司机在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地方向一致时(基层和顶层除外)，呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除。其梯形图如图3-47所示，其中Y014对应1楼上呼记忆，Y015对应2楼上呼记忆，Y016对应2楼下呼记忆，Y017对应3楼下呼记忆。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用5.电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯首先应确定运行方向，即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯在处于待命状态下，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有被满足的情况下，定向信号不能消除。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用其梯形图如图3-48所示，M1接通时电梯向上运行，通过Y004使得电梯上行指示灯E1点亮；M2接通时电梯向下运行，通过Y005使得电梯下行指示灯E2亮。到平层位置，X021常开触点接通，常闭触点断开，这时若有停层信号，辅助继电器M6通电，则电梯应停止运行，停车制动状态辅助继电器M7通电，上下行指示Y004、Y005均断电，即Y004及Y005只有到电梯停层时才会断电。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用6.停层信号产生环节电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿厢内选层信号比较后得出，其梯形图如图3-49所示。外呼信号方向与运行方向一致时，产生外呼所在楼层的停车要求；内选层信号产生欲去楼层的停车要求。满足停车要求时，停车信号应被消除。电梯运行过程中，所处的楼层若存在停车要求，则立即产生停车信号。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用7.停车制动及运行环节停层信号产生，且平层感应器动作后，电梯才可以进行停车制动。停车制动状态由辅助继电器M7表示，停层时间由定时器T0确定。门锁开关K闭合X000常开触点，且M7未通电时，若上行信号指示Y004通电，则Y002接通，电梯上行；若下行信号指示Y005通电，则Y003接通，电梯下行。K005位电梯上行限位，X006位电梯下行限位，其梯形图如图3-50所示。上一页下一页返回3.9PLC在电梯控制中的应用3.9.5梯形图的汇总将图3-44～图3-50综合在一起，得到电梯PLC控制的梯形图，如图3-51所示。应当指出，上述过程以分析电梯的各种逻辑关系为主，与实际的电梯控制电路还存在着一定的差距。上一页返回技能训练电动机Y/△启动的PLC控制一、技能训练目的（1）掌握PLC编程软件的基本操作。（2）熟练掌握编程的基本方法和技巧。（3）熟练掌握电动机Y/△〖WT〗启动的PLC外部接线及将继电器接触器控制线路翻译为PLC控制。二、技能训练器材（1）可编程控制器1台（FX2N-48MR）。（2）交流接触器3个（40A）。下一页返回技能训练电动机Y/△启动的PLC控制（3）热继电器1个（40A）。（4）按钮开关3个（常开，其中1个用来代替热继电器的常开触头）。（5）电动机1台。（6）实训控制台1个。（7）计算机1台（装有编程软件）。（8）熔断器2个（0.5A）。（9）电工常用工具1套。（10）连接导线若干。上一页下一页返回技能训练电动机Y/△启动的PLC控制三、技能训练要求将图3-52改造为用PLC基本逻辑指令来实现电动机Y/△减压启动的控制系统，并在此基础上练习编程软件的各种功能，其控制要求如下。（1）按下启动按钮，KM2（星形接触器）先闭合，KM1（主接触器）再闭合，3s后KM2断开，KM3（三角形接触器）闭合，启动期间要有闪光信号，闪光周期为1s；（2）具有热保护和停止功能。上一页下一页返回技能训练电动机Y/△启动的PLC控制四、软件程序1.I/O分配XO：停止按钮，X1：启动按钮，X2：热继电器常开触点。Y0：KM1，Y1：KM2，Y2：KM3，Y3：信号闪烁显示。2.梯形图设计根据控制要求和PLC的I/O分配，画出其梯形图。五、系统接线根据系统控制要求