T6112的plc设计与电器控制.doc

扬州大学本科生毕业设计第二章 原理说明2.1 镗床的主要机构和运动形式 图2.1.1 卧式镗床2.1.1 主要机构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纵机构。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。2.1.2 卧式镗床加工时运动1) 主运动：主轴的旋转与平旋盘的旋转运动。2) 进给运动：主轴在主轴箱中的进出进给；平旋盘上刀具的径向进给；主轴箱的升降，即垂直进给；工作台的横向和纵向进给。这些进给运动都可以进行手动或机动。3) 辅助运动：回转工作台的转动；主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动；后立柱的纵向调位移动；尾座的垂直调位移动。镗床系指主要用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。2.2电力拖动方式和控制要求T6112卧式镗床有持续运动和点动两种方式。1) T6112卧式镗床采用电阻串入后反接制动。2) T6112卧式镗床通过液压电磁阀的动作来实现快速移动。3）主轴、径向刀架、主轴箱和工作态度快速运动使用三相异步电动机拖动。4）卧式镗床的运动情况比较复杂，控制电路中使用了较多的行程开关。它们都安装在床身的相应位置上。主电路有五台电动机。2.3 主电路分析 主电动机通过串入电阻R启动，带动主轴转动，采用反接制动，为减小制动电流而串入电阻。由3KM触点和4KM触点控制着电机的正反转。通过3KM通电吸合，2KM线圈未通电来自由转动。变速与运动可以在主轴停止使进行，由行程开关14SQ进行变速。电动机用熔断器作短路保护，分别用热继电器作过载保护。各电机的控制过程如下：1) 主轴电机1M、2M闭合，主电动机启动。1M、2M任意一个断开，电机停止运动。2）快速电动机1M、3M闭合，启动。任意断开停止运行。3）后立柱电动机1M、4 M闭合，启动。任意断开停止运行。 4）主轴液压泵电动机、下滑座油泵电动机由4 M控制。T6112卧式镗床的主电路如图2.3.1所示。图2.3.1 主电路2.4控制电路分析2.4.1控制电路原理（1）主轴变速及进给量变换；主轴或平旋盘运动的选择。 变速与运动的选择可以在主轴停止时进行，也可以在主轴或平旋盘运动时进行预选与变换。行程开关14SQ用于主轴变速，8SQ用于主轴与平旋盘的分配。 转速与进给量的预选及主轴或平旋盘运动的选择 将主轴变速转阀、进给量变换转阀或主轴与平旋盘运动选择阀的旋钮转到所需位置。当需要变速或分配时，按下固定按钮站的按钮6SB，此时主电动机1M作正向转动，过程如下： 首先电动机1M反接制动。由于时间继电器2KT通电吸合，其常开触点闭合，使2KT自锁，常闭延时闭合触点断开，将1KT线圈断电，1KT的常开延时闭合触点断开，将2KM线圈断电，1M串入电阻R。同时1KT的常开触点断开，将3KM线圈断电，常闭触点闭合，2KT的常开延时闭合触点闭合，4KM则由于KA的常开触点闭合，使其线圈通电，1M通过R进行反接制动。 按6SB的同时，中间继电器4KA线圈通电吸合，常开触点闭合，信号灯8XD变亮，其常开触点闭合，1M停止转动后，时间继电器3KT通过4KA的常开触点闭合，使6KT通电吸合，6KT的常开延时断开触点闭合，使9KM通电吸合，电动机4M和液压电磁阀1YV通电动作，液压油缸推移拔叉，带动滑移齿轮移动，同时，定位销从原来定位槽中脱出而将14SQ，8SQ中相应的开关压合，其触点闭合，使2KT线圈继续通电。 另一方面，3KT的常开延时闭合触点延时闭合，中间继电器3KA通电吸合，其常开触点闭合，接通“脉动型”晶体管时间继电器4KT,其常开触点即断续闭合，3KM的线圈相应地断续通电，1M也断续通电，使主轴正向周期性瞬动。3KA的常开触点闭合，保证3KT在1M瞬动时连续接通。其常开触点接通变速指示灯8XD。 3KA的常闭触点断开，切断2KT的自锁电路，保证变速结束、形成开关复位后2KT线圈断电。 变速结束后，主轴或平旋盘自动重新起懂，当各滑轮齿轮全部进入新飞啮合位置时，各相应定位销均进入新的定位槽内，释放其上的行程开关，2KT和4KA线圈断电，使6KT和9KM线圈断电，电动机4M断电。2KT的常开延时断开触点延时断开，3KT线圈断电，触点断开，1KMT断电，使油缸断油，3KT的常开延时闭合触点断开，3KA线圈断电，使8XD熄灭，表示变速结束。 另一方面，2KT的常闭延时闭合触点延时闭合，接通1KT，使1M开始向起动，此后，主轴即按选定的新转速正向转动。当三联滑轮齿轮在通过中间啮合位置定位销松开行程开关时，2KT的延时是作为防止变速过程提前中断而设的。进给量的变换五行程开关作返回信号，靠调整2KT和6KT的时间来保证变速的完成。若变速前，主轴为反向转动，过程同上，只是1M此时作反向瞬动。主轴或平旋盘停止时的变速 这时，变速过程没有反接制动，滑移齿轮进入新的啮合位置后即结束，电动机不能自动重新起动。另外，3KM线圈时经过1KA和2KA的常闭触点通电，使主轴作正向低速转动，其余过程同上。（2） 各运动的选择 通过扳扭开关1LK和十字开关ZK控制各运动的选择。工作台回转 将1LK的手柄扳到工作台松开位置，其触点闭合，中间继电器5KA通电吸合，其常开触点闭合，如原来工作台处于加紧状态，结合子处于脱开状态，则行程开关20SQ被压合，常开触点闭合，使时间继电器5KT通电吸合，5KT的常开延时断开触点闭合，交流接触器10KM通电吸合，在主回路的常开触点闭合，下滑座油泵电动机5M通电转动。5KA的常开触点闭合，液压电磁阀4YV通电动作，使工作台夹紧装置松开，结合子结合。行程开关20SQ复原，常开触点断开，5KT线圈断电。常闭触点闭合，工作台可进行机动进给或快速移动。同时，20SQ的常闭触点闭合，信号灯2XD发亮。 其余四项运动的选择，均需要预先将1LK的手柄扳到夹紧位置，使5KA的触点闭合，为十字开关分配其他四项接通电路。1LK触点断开，5KA线圈断电，常开触点断开，4KM断电，常闭点闭合。行程开关20SQ的常闭触点闭合，5KT通电吸合，延时常开触点闭合，使10KM通电吸合，主回路常开触点闭合，电动机5M旋转到工作台处于夹紧状态，结合子脱开，行程开关20SQ动作，常闭触点断开，5KT线圈断电，常开点延时断开，10KM断电，5M停止转动。上滑座移动 将十字开关ZK的手柄向左扳动，其触点闭合，中间继电器6KA通电吸合，由于上滑座原来处于夹紧状态，结合子处于脱开状态，因此行程开关21SQ被压后，6KA的常开触点闭合，电磁阀5YV通电使上滑座松开，结合子结合，此时21SQ复原，5KT断电，电动机5M停止转动，同时信号灯3XD燃亮。需上滑座夹紧时，扳动ZK，把触点断开，其动作原理与工作台相同。 下滑座移动 将ZK的手柄向右扳动，其触点闭合，中间继电器7KA通电吸合，由于下滑座原来处于加紧状态，结合子处于脱开状态，因此行程开关22SQ被压后，电动机5M停止转动，同时信号灯3XD燃亮。当需下滑座夹紧时，扳动ZK把触点断开，其动作原理与工作台相同。主轴或平旋盘径向刀架的移动 主轴箱上的手柄应放在“机动”或“微动”位置，这时行程开关9SQ或10SQ动作，其触点闭合。然后ZK的手柄向上的手柄向上扳动，其触点闭合，中间继电器8KA通电吸合，常开触点闭合，由于主轴液压结合子原来时脱开状态，因此行程开关23SQ常闭触点闭合，时间继电器6KT通电吸合，常开延时断开触点闭合，9KM因线圈通电而吸合，油泵电动机4M通电旋转。8KA的常开触点逼和电磁阀7YV通电动作。由于电动机4M旋转，电磁阀7YV通电动作，使主轴液压结合子结合，行程开关23SQ被压合，常闭触点断开，6KT断电，延时常开触点待23秒后断开，9KM因线圈断电而释放，电动机4M通电旋转，23SQ的常开触点闭合，信号灯5XD发亮。 当需主轴液压结合子处于脱开状态时，扳动ZK，把触点断开，8KA线圈断电，常开触点断开，7YV断电。常闭触点闭合，由于此时行程开关23SQ常开触点闭合，6KT通电，4M通电，使主轴液压结合子从结合到脱开，行程开关23SQ复原，常开触点断开，6KT和4M相应断电。主轴箱升降 将ZK的手柄向下扳动，其触点闭合，中间继电器9KA通电吸合，常开触点闭合，由于主轴箱原来处于夹紧状态，结合子处于脱开状态，因此行程开关24SQ的常闭触点闭合，时间继电器6KT通电吸合，其常开延时断开触点闭合，使9KM吸合，电动机4M通电。9KA的常开触点闭合，电磁阀8YV通电，使主轴箱夹紧装置松开，结合子结合，行程开关24SQ被压合，常闭触点断开，则6KT和4M断电。24SQ的常开触点闭合，信号灯6XD亮。当需主轴箱夹紧时，扳动ZK把触点断开，9KA断电，常开触点断开，8YV断电，常闭触点闭合，24SQ的常开触点闭合，6KT通电，4M通电，是主轴箱从松开状态转换为加紧状态。结合子结合状态复原转换为脱开状态，则行程开关24SQ被常开触点断开，6KT，4M相应断电。（3）机动进给 在主轴或平旋盘转动及选择了某项运动后，为要正向进给，可按下按钮7SB，中间继电器10KA通电吸合，常开触点闭合并自锁。常闭触点打开，对中间继电器11KA起互锁作用。常开触点闭合，时间继电器7KT通电闭合。 10KA的常开触点闭合，9KM通电吸合，油泵电动机4M通电旋转。10KA常开触点闭合，当主轴正向转动时，将光杠接通，惊醒正向进给。如主轴反向转动，电磁阀3YV经2KA常开触点通电动作，使换向液压结合子向下移动，将光杠接通使进给仍为正向。7KT的常闭延时断开触点经57秒打开，使4M断电。 要反向进给，可按下按钮8SB使11KA通电，电磁阀3YV动作，其控制原理同上。要使进给停止，按下按钮3AT，6KT线圈通电，10KA和7KT线圈断电，使2YV或3YV断电，6KT的常开延时断开触点延时打开，使9KM和4M通过一段时间在断电，使换向液压结合子位于中间位置，将光杠脱开，进给即停止。 机动进给时，行程开关11SQ复原，其常闭触点闭合，信号灯7XD燃亮。（4）快速移动 按下按钮9SB-I或9SB-II，交流接触器5KM通电吸合，在主回路的常开触点闭合，快速移动电动机2M转动，带动相应机构作正向快速移动。5KM的常闭触点断开，对交流接触器6KM起互锁作用。 同理，按下按钮10SB-I或10SB-II为反向移动，此时，6KM通电吸合。（5）后立柱滑座或刀杆支架的快速移动 按下按钮11SB和12SB，分别使交流接触器7KM和8KM通电吸合，使电动机3M作正、反向转动，带动后立柱的滑座或刀杆支架的快速移动。（6）机动进给和快速进给的限位 主轴伸缩的限位开关为12SQ与13SQ；主轴箱升降限位开关为14SQ和15SQ；下滑座左右移动限位开关为18SQ与19SQ；上滑座的前后移动限位开关为16SQ和17SQ。 当任一移动部件达到极限位置，相应的限位开关动作，切断快速电路或使换向液压结合子处于中间位置。可以用相反方向的快速移动或机动进给使其复位。2.4.2 控制电路电源因为控制电器较多，控制电路分为两部分，主轴电机控制电压为380V，继电控制电路电压为28V，由控制变压器BK供给。如下图： 图2.4.2 控制电路电源2.4.3 主轴电动机的起停控制(1) 主轴的转动 按下按钮2SB-I或2SB-II，中间继电器1KA通电吸合，其常开触点（7-9）闭合，进行自锁，常闭触点（17-20）断开，对中间继电器2KA其互锁作用。常开触点（23-9）闭合，是时间继电器1KT通电吸合。1KA的常开触点（29-33）闭合，1KT的常开触点(33-9)闭合，是交流接触器3KM通电吸合，3KM的常闭触点（39-41）断开，对交流接触器4KM其互锁作用。3KM在主电路的常开触点闭合，则主电动机1M串入R起动，带动主轴正向转动。 经过23秒后，1KT的常开延时闭合触点（25-9）闭合，交流接触器2KM通电吸合，常开触点闭合，将电阻R短路，1M启动过程结束，开始正常运转。如果按下按钮3SB-I或3SB-II，使2KA和4KM通电吸合，则主轴反向转动，其余动作同前。(2) 主轴的停车主电机的制动采用反接制动，为减小制动电流而串入电阻R。 当电动机的转速超过100转/分时，如果主轴是在正向转动，则反接制动继电器2KA的常开点（41-35）闭合，为反接制动做好准备。 当按下按钮2AT-I或2AT-II时，则1KA线圈断电，常开触点（23-9）断开，1KT线圈断电，常开延时闭合触点（25-9）断开，2KM线圈断电保证电阻R串入，1KA的常开触点（39-41）闭合。同时2AT-I或2AT-II的常开触点（31-3）闭合，则4KM通电吸合，1M通过电阻R作反接制动。2KM的常闭触点（31-30）保证在R串入后方能反接制动。 当电动机转速下降到100转/分左右，KA的常开触点（41-35）断开1KM线圈，断开1M电源。反接制动结束，主轴也迅速停止转动。当停车前主轴是反向转动时，KA的常开触点（29-30）闭合，接通3KM作反接制动。其余同上。（3）主轴的点动 按下按钮4SB-I或4SB-II，3KM通电吸合，此时2KM通电线圈未通电，因此1M通过R使主轴正向转动。当松开4SB-I或4SB-II时，3KM的线圈断电，主电机1M断电，自由停止转动。 欲使主轴反向点动，则按下按钮5SB-I或5SB-II，动作同上。2.5 辅助电路及保护环节分析1） 三级自动空气开关2M、3M分别对电机1M、2M作过载和短路保护，4M对电动机3M、4M和5M做短路保护，热继电器1FR和2FR分别对4M和5M作过载保护。单极自动空气开关5M、6M和8M、10M分别为控制回路、液压电磁阀回路和机床照明回路的短路和过载保护。7M和9M为光学照明、信号指示和手柄灯的短路和过载保护。2） 当工作台处于松开状态时，1LK的触点断开，将主轴旋转控制回路切断，即主轴不能旋转，同时5KA的触点将LK断开，使其他各项运动不能分配，某项运动工作时，如误扳动1LK，因6KA、7KA、8KA、9KA的常闭触点断开，工作台亦不能松开，以防误操作而损坏主轴。3） 机动进给时，11SQ的常开触点断开，切断快速移动的控制回路。4） 主轴箱上手柄位于“微动”位置时，这时行程开关9SQ动作，其常闭触点断开，切断机动进给和快速移动回路，使其不能工作。5） 当十字开关分配到某项运动时，如此项结合子未结合或从某项运动转换为另一向运动，两项结合子同时结合时，则5KT或6KT不断电，常闭触点不闭合，则不能进行快速移动和机动进给，从而起到了保护作用。2.6小结 通过对T6112卧式镗床主电路的分析、控制电路的分析，充分了解了该镗床的工作原理，为进一步进行PLC的设计打下了坚实的理论基础。通过系统、全面的分析，我对T6112卧式镗床的工作原理有了深刻的理解，T6112卧式镗床作为一款重要的机械加工设备，具有操作方便等特点，同时它具有良好的机械、电气联锁能力。第三章 PLC设计3.2 PLC硬件设计3.2.1 输入点数统计控制系统，PLC输入输出点数可根据继电器控制电路来计算。1）各种按钮的输入点共计22个；2）行程开关，共计21个输入点；3）小型十字开关1个，共计1个输入点。输入点数共44个。3.2.2 输出点数统计根据控制电路主电路中各电动机、电磁阀等统计输出点数：1）主电动机交流接触器4个，快速电动机交流接触器2个，后立柱电动机交流接触器2个，主轴液压泵电动机1个，下滑左右泵电动机1个，共计10个；2）反接制动继电器1个，共计1个；3）阀用电磁铁共计8个；4）电源信号灯1个，工作台信号灯1个，上滑座信号灯1个，下滑座信号灯1个，主轴信号灯1个，主轴箱信号灯1个，机动进给信号灯1个，变速信号灯1个，标尺照明3个，共计11个。输出点数共32个。3.2.3 PLC的选型基本原则：在满足控制功能要求的前提下。保证可靠、使用维护方便以及最佳的性价比。选择PLC机型时，具体机型可以根据系统的控制要求，产品的性能、技术指标和用户的使用要求加以选择。根据输入输出点数（输入44点，输出32点），并考虑到I/O端口的分组情况以及隔离与接地要求，这里选择了西门子公司的PLC。本次设计所使用的是S7-226型PLC。3.3 PLC软件设计3.3.1 I/O端口的分配和定义根据输入输出点数的统计以及选定的PLC的型号，可以对PLC的I/O端口进行分配和定义，分配的原则是合理划分、不浪费I/O端口资源。本设计的I/O端口分配和定义如表所示。 表3.3.1输入口分配表如下图：名称地址/值用途SB1I0.0机床总起动SB2-II0.1正转起动按钮SB2-III0.2正转起动按钮SB3-II0.3反转起动按钮SB3-III0.4反转起动按钮SB4-IIO.5 正转点动SB4-III0.6正转点动SB5-II0.7反转点动SB5-III1.0反转点动SB6I1.1变速SB7I1.2机动进给SB8I1.3机动进给SB9-II1.4机动进给SB9-III1.5机动进给SB10-II1.6机动进给SB10-III1.7机动进给SB11I2.0后立柱正向SB12I2.1后立柱反向SB13I2.2 机床总启动SB14-II2.3主轴转动SB14-III2.4主轴转动SB15I2.5机动进给SA1I2.7 运动选择SA2I3.0运动选择SA3I3.1 运动选择SA4I3.2运动选择SA5I3.3 运动选择SQ1I3.4主轴变速SQ2I3.5主轴变速SQ3I3.6主轴变速SQ4I3.7主轴变速SQ8I4.0主轴与平旋盘分配SQ9I4.1主轴或平旋盘的移动SQ10I4.2主轴或平旋盘的移动SQ11I4.3切断快速移动SQ12I4.4主轴伸缩SQ13I4.5主轴伸缩SQ14I4.6主轴箱升降SQ15I4.7主轴箱升降SQ16I5.0上滑座的前后移动SQ17I5.1上滑座的前后移动SQ18I5.6下滑座左右移动SQ19I5.7下滑座左右移动SQ20I6.0工作台回转SQ21I6.1上滑座移动SQ22I6.2下滑座移动SQ23I6.3主轴箱松紧SQ24I6.4主轴箱松紧ZKI6.5I7.1运动选择DZI7.2表3.3.2输出口分配表如下图：名称地址/值用途KM1Q0.0电机启动KM2Q0.1主电机反接制动KM3Q0.2主电机正转KM4Q0.3主电机反转KM5Q0.4快速电机正转KM6Q0.5快速电机反转KM7Q0.6后立柱电动机正向启动KM8Q0.7后立柱电动机反向启动KM9Q1.0主轴液压泵电动机启动KM10Q1.1下滑左右泵电动机启动KA1Q1.2正转起动中间继电器KA2Q1.3反转起动中间继电器KA3Q1.4变速中间继电器KA4Q1.5变速中间继电器KA5Q1.6工作台中间继电器KA6Q1.7上滑座中间继电器KA7Q2.0下滑座中间继电器KA8Q2.1主轴中间继电器KA9Q2.2主轴箱中间继电器KA10Q2.3下滑座油泵中间继电器KA11Q2.4 机动进给中间继电器KT1T35时间继电器KT2T36变速时间继电器KT3T37变速时间继电器KT4T38晶体管时间继电器KT5T39时间继电器KT6T40主轴箱时间继电器KT7T41机动进给时间继电器YV1Q3.4变速电磁阀YV2Q3.5机动进给电磁阀YV3Q3.6机动进给电磁阀YV4Q3.7工作台电磁阀YV5Q4.0上滑座电磁阀YV6Q4.1下滑座电磁阀YV7Q4.2主轴电磁阀YV8Q4.3主轴箱电磁阀ZJQ4.4反接制动继电器1XDQ4.5电源信号灯2XDQ4.6工作台信号灯3XDQ4.7上滑座信号灯4XDQ5.0下滑座信号灯5XDQ5.1主轴信号灯6XDQ5.2主轴箱信号灯7XDQ5.3机动进给信号灯8XDQ5.4变速信号灯9XDQ5.5标尺照明10XDQ5.6标尺照明11XDQ5.7标尺照明1RJQ6.0保护2RJQ6.1保护3.3.2 PLC端子与外围设备接线图图3.3.3 PLC外部接线 附录附录一：元器件明细表符号名称型号或规格数量M1主电动机JO2-62-6(T2