3、T68型卧式镗床的PLC的电气控制改造设计.doc

别人的资料只可学习借鉴，不可全抄！ 更多数控、工控论文资料尽在：/zjzyxd T68型卧式镗床的PLC的电气控制改造设计 摘 要 PLC(可编程序控制器)是以微机技术为核心的通用工业控制装置。它是将传统的继电器-接触器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有功能大、环境适应性好、编程简单、使用方便等优点。因此，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面，PLC得到广泛的应用。学习、掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床，这些机床经历了比较长的历史，虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础的，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题，直接影响了产品质量和生产效率。而用PLC对它进行技术改造，便能取得很好的效果。对T68镗床的电气控制线路进行了分析与研究后,T68镗床具有主轴转速高、调速范围宽等功能外；T68镗床的电气控制系统,还存在控制线路上一些复杂性、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点;给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。采用可编程序控制器(PLC)对T68镗床传统的电气控制系统进行改造,在实际生产线上有着明显的效率，这也使整个生产系统带来推动的力量。PLC对T68镗床控制改造的设计梯形图,提高了T68镗床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；然而PLC对T68镗床的继电器接触式控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。 本设计主要介绍的是T68镗床的PLC改造控制。第一章介绍T68镗床的电气控制原理；第二章介绍三菱公司的FX2N系列的PLC；第三章介绍 三菱FX2N系列PLC对T68镗床的改。 本设计在手法上采用模块化结构，运用图解的方法，意图为主，以文为辅。本设计对梯形图的每个梯级和语句表的每个语句都添加注解说明，解释和说明该梯级和语句的作用，并且用电路工作过程图与电器元件和编程元件动作顺序表相结合的方法来说明PLC的控制过程。本设计编写过程中，参考了一些书刊内容，并引用了其中的一些资料。由于编者能力有限，内容可能存在一些错误，请老师批评指正。 毕业设计任务书（九）指导教师：田林红一、设计题目 T68型卧式镗床的PLC的电气控制改造设计二、设计的目的1）掌握T68型卧式镗床的电气控制功能。2）掌握用PLC改造电器设备的方法选择。3）掌握电气控制元件的选择与计算方法。三、设计要求结合有关教材选择合适的用PLC的改造电气控制1）原有的动作顺序及功能不变。2）各种联锁关系不变。3）增加有工作状态指示。四、完成的任务（1）选择PLC型号,分配I/O端口，设计I/O电路、选择元件，绘制梯形图、编织语句表。（2）毕业设计说明书1）设计题目2）控制原理说明设计3）主要器件选择依据与计算4）主要参考资料五、参考文献工厂电气控制技术 机械工业出版社 主编 方承远工厂电气控制设备 机械工业出版社 主编 许廖机床电气控制技术 机械工业出版社 主编 王炳实可编程序控制器的应用技术 机械工业出版社 主编 王兆义可编程序控制器的原理及程序设计 电子工业出版社 主编 崔亚军目 录第1章 T68型卧式镗床控制原理说明书. 第一节T68型卧式镗床控制原理.第二节T68型卧式镗床主要元件的选择.第二章 FX2N系列PLC的系统配置.第一节 FX2N系列PLC型号名称的含义.第二节 FX2N系列PLC的基本构成.第三节 2N 和2Nc的基本性能 . 第三章 三菱FX2N系列PLC对T68镗床的改造.第一节 改造方案的确定.第二节 利用三菱FX2N48MR PLC对T68镗床的改造总结参考文献第一章T68型卧式镗床控制原理说明书第1节 T68型卧式镗床控制原理 1.1 T68型卧式镗床的用途 T68型卧式镗床主要用于钻孔、镗孔、铰孔及加工端平面等。1.2 主要结构和运动形式 主要由床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾架等部分组成。 T68 镗床的运动有： 主运动：镗轴和花盘的旋转运动。 进给运动：镗轴的轴向运动，花盘刀具溜板的径向运动，工作台的横向运动，工作台的纵向运动和镗头架的垂直运动。 辅助运动：工作台的旋转运动、后立柱的水平移动和尾架的垂直运动及各部分的快速移动。 1.3 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。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。1.4 控制线路工作原理（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。1.5 电气控制线路分析 主电路分析 主电路中有两台电动机， M1 为主轴与进给电动机，是一台 4/2 极的双速电动机，绕组接法为 / 丫丫。 M2 为快速移动电动机。 电动机 M1 由 5 只接触器控制， KM1 和 KM2 控制 M1 的正反转， KM3 控制 M1 的低速运转， KM4 、 KM5 控制 M1 的高速运转。 FR 对 M1 进行过载保护。 YB 为主轴制动电磁铁的线圈，由 KM3 和 KM5 的触点控制。 M2 由 KM6 、 KM7 控制其正反转，实现快进和快退。因短时运行，不需过载保护。 控制电路分析 （ 1 ）主轴电动机的正、反向起动控制 低速起动控制 过程： SB3 + KM1 + （自锁） KM3 + YB + M1 低速起动。 高速起动控制 控制过程为： KT + YB + KT 延时到 KM4 + KT - SB3 + KM1 + （自锁） KM3 + M1 低速起动 KM3 - KM5 + M1 高速起动 （ 2 ）主轴电动机的点动控制 （ 3 ）主轴电动机的停车与制动 （ 4 ）主轴变速和进给变速控制 （ 5 ）镗头架、工作台快速移动的控制 3 、联锁保护环节分析 （ 1 ）主轴进刀与工作台互锁 （ 2 ）其它联锁环节 （ 3 ）保护环节图1.1.1 T68型卧式镗床电气控制主回路 第2节 T68型卧式镗床主要元件的选择表1.1.1 电气元件一览表符号数量名称及用途M11主电动机，拖动主运动和进给运动用M21快速移动用电机Q1空气开关，限流、欠压保护KM1 KM22主电动机正反转用接触器KM31限流电阻短路用接触器KM6 KM73主电动机高低速转换用接触器KM4 KM52快速电机正反转用接触器SB51主电动机停止用按钮Kn1主电动机反转制动用速度继电器SB1 SB22主电动机正反转用按钮SB3 SB42主电动机正反转点动按钮S1 S22主轴用变速限位开关S3 S42进给变速用限位开关S1接通主电动机高速用限位开关S5 S62快速电动机正反转用限位开关R2点动、高速启动，制动用限流电阻FU1FU88短路保护熔断器KR1主电动机过载保护用热继电器K11控制PLC用开关PLC1可编程控制器第二章FX2N系列PLC的系统配置 第一节 FX2N系列PLC型号名称的含义FX2N- - 其中: 表示输入输出的总点数:4128 表示单元类型:M为基本单元,E为输入输出混合扩展单元与扩展模块,EX为输入专用扩展模块,EY为输出专用扩展模块. 表示输出形式:R为继电器输出,T为晶体管输出,S为双向晶闸管输出. 表示特殊品种的区别:D为DC(直流)电源,DC输出;A1为AC(交流)电源,AC电源,AC输入(AC100120V)或AC输出模块;H为大电流输出扩展模块(1A/1点);V为立式端子排的扩展模块;C为接插口输入方式;F为输入滤波时间常数为1ms的扩展模块;L为TTL输入扩展模块;S为独立端子(无公共端)扩展模块;若无符号,则为AC电源DC输入横式端子排标准输出(继电器输出为2A/1点;晶体管输出为0.5A/1点;双向晶闸管为0.3A/1点). 例如型号为FX2N-40MR-D的PLC,属于FX2N系列,是有40个I/O点的基本单元,继电器输出型,使用DC24V电源.第二节 FX2N系列PLC的基本构成 FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程程序控制器。其中基本指令执行时间高达.8s。用户存储器容量可扩展到k步，最大可以扩展到个IO点，有五种模拟量输入输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、四种位置控制模块、多种串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板。使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能，见表.、表.、表.。 FX2N有多点辅助继电器、点状态继电器、点位加计数器、点位加减计数器、多点位数据寄存器、点跳步指针、点中断指针。 表. 2N系列基本单元型号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出晶闸管输出晶体管输出 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N表. FX2N系列扩展单元型号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出晶闸管输出晶体管输出 2NE 2NE 2NE1 61 6 2NE 2NE表. FX2N系列扩展模块型号输入点数输出点数输入继电器输出晶闸管输出晶体管输出 2N16EX 2N16EX-C 2N16EXL-C 2N16EYR 2N16EYS 2N16EY 2N16EYT-C 2N有种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器时间常数、数学运算、逻辑运算、浮点数运算、数据检索、数据排序、运算、开方、三角函数运算、脉冲输出、脉宽调制、码输出、与的相互转换、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令。2N内装实时钟，有时钟数据的比较、加减、读出写入指令，可用于时间控制。 2N还有矩阵输入、键输入、数字开关、段显示器扫描显示、示教定时器等方便指令。第三节 2N 和2Nc的基本性能表.4 2N 和2Nc的基本性能项目 2N, 2Nc运算控制方式存储程序,反复运算输入输出控制方式批处理方式(在执行END指令时),可以使用输入输出刷新指令运算处理速度基本指令0.08s/指令应用指令1.52数百微秒/指令程序语言梯形图和指令表,可以用步进梯形指令来生成顺序控制指令程序容量内置8000步EPOM,使用附加存储器盒可以扩展到16000步指令数基本、步进指令基本(顺序)指令27步,步进指令2条应用指令128条I/O设置硬件配置最多256点,与用户选择有关,软件可以设输入、输出各256点辅助继电器通用辅助继电器500点,M0M499锁存辅助继电器2572点,M500M3071特殊辅助继电器256点,M8000M8255状态继电器初始状态继电器10点,S0S9回零状态继电器10点,S10S19通用状态继电器480点,S20S499锁存状态继电器400点,S500S889信号报警器100点,S900S999 定时器100ms定时器200点,T0T19910ms定时器46点,T200T2451ms积算定时器4点,T246T249100ms积算定时器6点,T250T255 计数器16位通用加计数器16位100点,C0C9916位锁存加计数器16位100点,C100C19932位通用加减计数32位20点,C200C21932位通用加减计数点32位15点,C220C234 高速计数器1相无启动复位输入6点,C235C2401相带启动复位输入5点,C241C2452相双向高速计数器5点,C246C250A/B相高速计数器5点,C251C255 续表 数据寄存器文件寄存器7000点,D1000D7999,以500个为单位设置文件寄存器特殊寄存器16位256点,D8000D8255变址寄存器16位16点,V0V7,Z0Z7 跳步指针跳步和子程序调用128点,P0P127中断用6点输入中断(100150),3点定时中断(I6I8,为ms),6点计数器中断使用MC和MCR的嵌套层数8点,N0N7 常数十进制16位:-32786+32767 32位:-2147483648+2147483647十六进制16位:0FFFF,32位:0FFFFFFFF浮点数32位:1.17510-383.4031038第三章三菱FX2N系列PLC对T68镗床的改造 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。T68镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大。针对这种情况，我们用PLC控制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，提高了设备使用效率，运行效果良好。 第一节 改造方案的确定 1.1 原镗床的工艺加工方法不变； 1.2 在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法； 1.3 电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电瑞、接触器），作用与原电气线路相同； 1.4 主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变； 1.5 改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。 第二节 利用三菱FX2N48MR PLC对T68镗床的改造一、主电路、PLC的I/O接线、梯形图和指令表主电路和PLC的I/O接线图3.2.1 T68镗床的主电路和PLC的I/O接线梯形图图3.2.2（a）T68镗床的PLC控制梯形图图3.2.2（b）T68镗床的PLC控制梯形图指令语句表表3.2.1段指令功能及说明1LDI X12ORI X13ANI X16MC N0M110初始启动主控指令 NO22aLDI X0MC N1M110LD X0ORI X7ORI X11OR Y0OR Y1OUT M103MC N1M100主控指令 N1M1的低速，高速控制3LD X1OR M101ANI M102ANI Y1OUT M101M1正转启动辅助继电器4LD X2OR M102ANI M101ANI Y0OUT M102M1反转启动辅助继电器5LD M101OUT T0K0.5M1正转启动延时6LD M102OUT T1K0.5M1反转启动延时7LD T0ANI Y2LD X3ORBLD T2AND M103ORBANI Y1OUT Y0M1正转运行、正转点动、反接制动8LD X20LDI X7OR X11LDI X17ANBORBOUT T2K0.5M1反转反接制动延时9LD T1ANI X2LD X4ORBOR T3ANI Y0OUT Y1M1反转运行、反转点动、反接制动10LD X17AND N103OUT T3K0.5M1正转反接制动延时11LD M101OR M102AND X6AND X10OUT Y2LD X5OUT T4K1.5短接电阻R低、高速转换延时12MCR M100主控程序N0结束13LD M103ANI T4ANI Y6OUT Y5M1低速连接14LD M103AND T4ANI Y5OUT Y6OUT Y7M1高速YY连接15LD X14ANI X15ANI Y4OUT Y3M2正转运行控制16LDI X14ANI X15ANI Y3OUT Y4 M2反转运行控制17MCR M110主程序N1结束18END程序结束输入、输出设备及PLC的I/O元件配置表3.2.2 输入设备PLC输入继电器代号功能SB6M1的停止按钮X0SB1M1的正转按钮X1SB2M1的反转按钮X2SB3M1的正转点动按钮X3SB4M1的反转点动按钮X4SQ高低速转换行程开关X5SQ1主轴变速行程开关X6SQ2主轴变速行程开关X7SQ3进给变速行程开关X10SQ4进给变速行程开关X11SQ5工作台或主轴箱机动进给限位X12SQ6主轴或花盘刀架机动进给限位X13SQ7快速电动机M2正转限位X14SQ8快速电动机M2反转限位X15FRM1热继电器动合触点X16KS1速度继电器正转触点X17KS2速度继电器反转触点X20输出设备PLC输出继电器代号功能KM1M1的正转接触器Y0KM2M1的反转接触器Y1KM3限流电阻制动接触器Y2KM4M2的正转接触器Y3KM5M2的反转接触器Y4KM6M1低速接触器Y5KM7M1高速YY接触器Y6KM8M1高速YY接触器Y7二、控制要求及识读要点控制要求双速电动机M1作为主轴及进给的驱动，而电动机M2为进给快速移动的驱动。（1） 主轴与进给电动机么M1为双速电动机。低速时由接触器KM6控制，将定子绕组接成形，高速时由接触器KM7、KM8控制，将定子绕组接成YY形。高低速转换由主轴孔盘变速机构内的限位行程开关SQ控制。低速时，可直接启动。高速时，先低速启动，而后自动转换为高速运行的二级控制，以减小启动电流。（2） 电动机M1能可逆运行，并可正反向点动及反接制动在点动、制动以及高速中的脉动慢转时，在线路中均串入限流电阻，以减小启动和制动电流。（3） 主轴和进给变速均可在运行中进行只要进行变速，M1电动机就脉动缓慢转动，以利于齿轮啮合，使变速过程顺利进行。（4） 主轴箱与工作台由电动机M2拖动使其快速移动。它们之间的机动进给有机械和电气连锁保护。识读要点采用逆读溯源法，根据输出继电器的得电、失电条件，追溯输入继电器，进而找到引起其动作的按钮、行程开关等输入设备。例如：三、电路工作过程1.M1正、反转控制 PLC内部继电器M101和M102作为正反转控制的辅助继电器，为了保证正反转切换的可靠，用PLC内部时间继电器T0和T1完成0.5s的转换延时。电路工作过程图图3.2.3 M1正、反转控制电路工作过程编程元件和电器元件动作顺序2.M1反接制动控制速度继电器KS有两对独立的动合触点KS1和KS2。当电动机M1正转时KS1闭合，而反转时闭合KS2。KS1串接在反转电路中，KS2串接在正转电路中，当电机正转时，通过自锁使反转电路不能得电。当按下停止按钮SB6，X0动作，使正转电路失电，与此同时反转电路得电，反接制动。当速度低到速度继电器触电KS1断开时，反转电路失电，制动结束。电路工作过程图图3.2.4 M1反接制动控制电路工作过程编程元件和电器元件动作顺序3.高、低速转换控制SQ为高、低速选择开关，操作手柄推向高速位时，SQ被压动，内部输入继电器X5得电动作，经过内部时间继电器T4延时后，其动断触点将低速接触器KM6断电；其动合触点将高速接触器KM7、KM8通电，将电动机M1接成YY高速运行。电路工作过程图图3.2.5 M1高速运行电路工作过程编程元件和电器元件动作顺序 电动机M1启动运行后，M103 2a得电、M101 3或M102 4得电，因此，#M101 11或#M102 11闭合，#M103 13、#M103 14闭合。当高、低速转换开关SQ闭合时，电动机将转换成高速运行。4.电动机M2的控制控制电动机M2的梯形图见图3.2.2的梯级15、16。快速手柄扳到正向快速位置时，行程开关SQ7，使X14得电，其#X14 15闭合Y3 15得电KM4得电电动机M2正转启动；同时X14 16断开，使Y14 16不能得电KM5不能得电，互锁。快速手柄扳到反向快速位置时，行程开关SQ8，使X15得电，其#X15 16闭合Y4 16得电KM5得电电动机M2反转启动；同时X15 15断开，使Y3 15不能得电KM4不能得电，互锁。第三节 改造后T68镗床的PLC调试过程3.1 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。3.1.1 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 反接制动作准备。3.1.2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串电阴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。3.1.3 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复讨，T1延时0.5 s，Y4置lKM4失电KM5得电M1接成YY高速运行nKS1(X15)动作为反接制动作准备。3.1.4 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。3.2 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 来控制实现。3.3 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。3.4 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1kM2、