T6113电气控制系统的设计

1、第 1 章 绪论1.1 选题 的目 的和 意义由于现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的 要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术 是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，他的出现 极大的推动了制造业的进步。机床的控制系统的优劣与机床的加工 精 度息 息相 关，特别是 PLC 广泛应用于 控制 领域 后，已经 显现出它 的 优越 性。 可编程控制器 PLC 已广泛应 用于 各行 各业的自 动控制。 在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点。由于镗床的运动 很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采用传统的继电器控制时， 需要的继电器多、接线复杂，因此故障多维

2、修困难，费工费时，不 仅 加 大 了 维 修 成 本 ， 而 且 影 响 设 备 的 功 效 。 采 用 PLC 控 制 可 使 接 线 大为简化，不但安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小 了维修量、提高了功效。1.2 关于 课 题的 一些 介绍 和 讨论1.2.1 设 计目标 、 研究内 容和 拟 定解决 的 关键问 题完成对 T6113 机床的整个控制系统的设计改造，控制核心是 PLC， 并 使其 加工 精度进一步提高， 加工范围 扩大，控 制更 可靠 。研究内容：（1）T6113 的电气系统（PLC）硬件电路设计和在机床上的布 局。2） PLC 程 序的编 制 。解决的关键问题：

3、PLC对机床各个工作部分的可靠控制 电气电路的 安 全问 题的 解决1.2.2 题目的可 行性分 析虽然目前数控机床 以其良好的加工性能得到了人们的 肯定，但 是其昂贵的 价格是一般用户望尘莫及的，所以改造现有的 机床以达 到使用要求是比较现实的，也是必须的。经过实践证明这样的 改造 是可以满足大多数情况下的 精度和其他加工要求，并且在实践中已 取得的 相当好的效益。1.2.3 本项目的 创新之 处利用 PLC 作为控制 核心，替代传统机床的继电器控制 ，使得机 床的控制更加灵活可靠，减少了很多中间的机械故障的 可能。利用 PLC 的 可编程功能使得变换和改进控制 系统成为可能。1.2.4 设

4、计产 品的用 途和应用 领 域镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床。通常用于加 工尺寸较大、精度要求较高的孔。特别是分布在不同表面上、孔距 和位置精度要求较高的 孔，如各种箱体，汽车发电机缸体等零件的 孔。一般镗刀的 旋转为主运动，镗刀或工 件的 移动为进给运动。在 镗床上除镗孔外，还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔、锪平面等 工件。因此镗床的工作范围较广。它可以应用于机械加工的各个领 域，但因其价格比一般机床贵好多，所以在比较大的加工车间才可 见到。1.3电 气 控制 技术 的发 展电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出 新的要求而迅速发展的，从最早的手动控制到自动控制，

5、从简单的 控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算 机为中心的存储系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动 控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。作为生产 机械的电机拖动，已由最早的采用成组拖动方式，发展到今天无论 是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关 等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。由于这 种 系统 具有 结构简单、价 格低 廉、维 护容易、抗 干扰 能力 强等 优点， 至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式， 也是学习先进电气控制的基础。这种控

6、制系统的缺点是采用固定的 接线方式，灵活性差，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。从 20 世 纪 30 年代 开 始，生产企业为了 提高 生产 率， 采用 机械 化流水作业的生产方式，对不同类型的产品分别组成生产线。随着 产品类型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需 要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继 电接触器控制系统采取固定接线方式，很难适应这个要求。大型生 产线的控制系统使用的继电器的数量很多，这种有触点的电器工作 频率很低，在频繁动作的情况下寿命较短，从而造成系统故障，使 生产线的运行可靠性降低。为 了解决这个问题，20 世纪 60 年代初期 利用电

7、子技术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代 替 继电 接触 式控制系统。对 复 杂的自动 控制系 统 则采 用计 算 机控 制， 由于这些控制装置本身存在不足，因 此均未能获得广泛应用。1968 年 美国 最 大 的 汽 车 制 造 商 通 用 汽 车（ GM ）公 司 ，为 适 应 汽 车 型 号 不 断更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和 继电接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合起 来，做成一种能适应工作环境的通用控制装置，并把编程方法输入 方 法 简 化 。 美 国 数 字 设 备 公 司 （ DEC ） 于 1969 年 率 先 研 制 出

8、 第 一 台 可 编程 控制 器（ 简称 PLC ），并 在通用汽车公 司的 自动 装配 线上试用 获得成功。从此以后，许多国家的著名厂商竟相研制，各自成为系 列，而且品种更新很快，功能不断增强，从最初的逻辑控制为主发 展到能进行模拟量控制，具有数字运算、数据处理和通信联网等多 种功能。PLC另一个突出的优点是可靠性很高，平均无故障运行可 达 10 万小时以上，可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损 失。 当前 PLC 已经成为电气自动化控制系统中应用最广泛的核心控 制装置。电气控制技术的发展始终是伴随着社会生产规模的扩大，生产 水平的提高而前进的。电气控制技术的进步反过来又促进了社会生

9、产力的进一步提高。同时，电气控制技术又是与微电子技术、电力 电子技术、检测传感技术、机械制造 技术等紧密联系在一起的。21 世纪电气控制技术必将给人类带来更加繁荣的明天。1.4 PLC 的发展史、 优势 及特点1.4.1 发 展 史可 编程 控制器 PLC 诞 生之 前，工业 电气 控制主要 使用 低压电器 构成的继电接触器电路，它是以接线逻辑实现控制功能的。这样的 控制设备一经生产出来，功能就固定了，若要改变就必须改变控制 器 内 部 的 硬 件 接 线 ， 使 用 起 来 不 灵 活 ， 也 很 麻 烦 。 1968 年 ， 美 国 最 大 的汽 车 制 造 商 通 用 汽 车 公 司（

10、GM ）为 了 适 应 生 产 工 艺 不 断 更 新的需要，要寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更 快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的 十 大 条 件 ，立 即 引 起 了 开 发 热 潮 。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了第一台可编程控 制器 PDP14， 在美国通用汽车公司的生产线上适用成功， 并取 得了满意的效果， 可编程控制器由此诞生。可编程控制器自问世以来，发 展极为迅速。1971 年，日 本开始生 产 可编 程控 制器，1973 年 ，欧洲开始生 产可 编程 控制 器， 到现在， 世界各国的一些著名的电器工厂几乎都在生产可编程控制器

11、。可编 程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控 装置的主导。早期的可编程控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成， 它采用了一些计算机技术，但简化了计算机的内部电路，对工业现 场环境适应性较好，指令系统简单，一般只具有逻辑计算的功能。 随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的 迅 速发 展， 在 20 世纪 70 年代 中期，美、日 、德等国 的一 些厂 家在 可编程控制器中开始更多地引入微机技术，微处理器及其他大规模 集 成 电 路 芯 片 成 为 其 核 心 部 件 ，使 可 编 程 控 制 器 具 有 了 自 诊 断 功 能 ， 可 靠 性 有 了

12、 大 幅 提 高 ， 性 能 价 格 比 产 生 了 新 的 突 破 。 到 20 世 纪 80 年代，可编程控制器都采用了微处理器（CPU）、只读存储器（ROM ）、 随机存储器（RAM）或是单片机作为其核心，处理速度大大提高， 不 仅 增 加 了 多 种 特 殊 功 能 ， 体 积 还 进 一 步 缩 小 。 20 世 纪 90 年 代 末 ， PLC 几乎完全计算机化， 其速度更快， 各种智能模块不断被开发出 来， 使其不断地扩展着它在各类工业控制中的作用。现在， PLC 不仅能进行逻辑控制，在模拟量闭环控制、数字量的 智能控制、 数据采集、 监控、 通信联网及集散控制系统等各方面都得

13、到了 广泛 应用。如 今，大 、中 型，甚 至小型 PLC 都 配有 A/D 、D/A 转 换及 算术 运算功能，有的还 具有 PID 功能。 这些 功能 使 PLC 在模 拟量闭环控制、运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多 PLC 具有 输出和接 收高速脉冲的 功能 ，配 合 相应 的传 感器及伺 服设 备 ，PLC 可实 现数 字量的智能控制； PLC 配 合可 编程终端 设备 ，可 实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、研究工作提 供 依据 ，利 用 PLC 的自检信 号还可以 实现 系统 监控； PLC 具有 较强 有利的通信功能，可以与计算机或其他智能装置进行通讯及

14、联网， 从 而能 方便 地实现集散控制。功 能完 备的 PLC 不仅能 满足 控制 要 求， 还能满足现代化大生产管理的需要。增强可编程控制器的功能等也具有重要意义。近年来，可编程控制器的发展更为迅速。展望未来，可 编程控制 器在规模和功能上将向两大方向发展：一是大型可编程控制器向高 速、大容量和高性能方向发展；二是发展简易经济的超小型可编程 控制器，以适应单机控制及小型自动化设备的需要。另外，不断增 强 PLC 工 业过程控 制的 功能（ 模拟量 控制能力 ），研 制 采用 工业 标准 总线，使同一工业控制系统中能连接不同的控制设备，增强可编程 控制器的联网通信功能，便于分散系统与集中控制的

15、实现，大力开 发 智能 I/O 模块 、1.4.2 PLC的优势和特点1. 可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性往往是用户选择控制装置的首要条件。在继电器接触 器控制系统中，由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧 等 现象 大大 降低了系统的可靠 性。 而在 PLC 系统 中， 大量 的开 关动 作 是由 无触 点的半导体电路来 完成 的，加上 PLC 充分 考虑 了工 业生 产环境电磁、粉尘、温度等各种干扰，在硬件和软件上采取了一系 列 抗干 扰措 施， PLC 有极高 的可靠性 。根 据 有关 资料 统计 ，目 前个 生 产厂 家生 产的 PLC ， 其平均无 故障 时间都大 大超 过了

16、 IEC 规 定的 10 万小时 ，有的 甚至 达到 了几十万 小时 。2. 适应性强，应用灵活由 于 PLC 产品 均成 系 列化 生产，品种齐 全， 多数 采用 模块 式的 硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以 满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求。更重要的是，PLC 系统相对继电器接触器控制系统， 接线很少。3. 编程方便，容易使用PLC 的编程可 采用与继电器 电路 极为 相 似的 梯形 图语言， 直观4. 功能强，扩展能力强PLC 中含有数 量巨大的可用 于开 关量 处 理的 继电 器类软元 件， 可轻松的实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器系统所

17、不能实现的。5. PLC 控制系统设计、安装、调 试方便PLC 中相当 于继 电器 接 触器 系统中的 中间 继电器、 时间 继电 器、 计数器等“软元件”数 量巨大，又用程序（软接线）代 替硬接线， 安 装 接 线 工 作 量 小 ，设 计 人 员 只 要 具 有 PLC 就 可 进 行 控 制 系 统 设 计并可在实验室进行模拟调试。而继电器接触器系统的调试是靠 在现场改变接线进行的，十分烦琐。6. 维修方便，维修工作量小PLC 有完善的 自诊断，履历 情报 存储 及 监视 功能 。对于其 内部 工 作 状 态 、通 信 状 态 、异 常 状 态 和 I/O 点 的 状 态 均 有 显 示

18、 。工 作 人 员 可以通过它查出故障原因，便于迅速处理。7. PLC 体积 小，重量轻， 易于 实现 机电 一体化第 2 章 镗床的概况2.1 T6113 卧 式 镗床 主要 结 构及 机械 运 动2.1.1T6113 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，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。卧式镗床外

19、形结构如图中所示: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

20、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

21、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。2.1.2 机械运 动a镗杆的旋转运动；主轴箱垂直进给运动；工作台纵向进 给运动；a工作台横向进给运动；（

22、55镗杆的轴向运动；平旋盘的 旋 转 运 动 ； a7 平 旋 盘 径 向 刀 架 进 给 运 动 ； a8 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。这些辅助运动可以手动，也可 以由快速电动机转动。2.2 电气 控 制2.2.1 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

23、确停车，主轴电动机应有机械制动；5.主运动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。2.2.2 T613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

24、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 ）,下滑座液压油泵电机（M4 ）,主轴箱液压油泵电机（M5 ） 0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0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0 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

25、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0 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0本 系统 采用的可编程 控制 器为 S7-200 系 列， CPU 224，外 形尺 寸为120.5 X 80 X 62 （单位mm）,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（

26、 8I/8Q ）（ 223-1PH22-0XAO ）。2. 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。3. 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。4. 机床的程序编制利用 STEP7-Micro/WIN 软件来编制， 采用梯 形图方式来实现。详细情况见系统程序编制部分。2） . 限位、 线路 保护说明1. 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

27、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。2. 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 QF1 、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”状态，即分配工作台后指示灯时，主轴不 能旋转。机动进给和快

28、速移动的互锁机动进给时，快速移动不能进行；同样快速移动时，机床不能 机动进给。主轴箱前面大手轮状态大 手 轮 扳 到 “ 微 动 ” 位 置 ， 行 程 开 关 SQ4 被 压 动 作 ， 切 断 快 速 移 动和 机动进给 ；大 手轮 扳到 “手大 动”位置， SQ5 被压动作 ，使 按 钮 SB23 分 配到 主轴无效，主 轴只 能手 动移 动。保护接地电气柜底部设有总的接地铜排，机 床各部件之间为滑动面者，均 接有跨接地线，金属外壳的电器件如电动机等也接有保护地线，并 为树叉式接法，这些地线均接在铜排上。3. 导轨润滑 说明机车已放置很长时间在使用，机床通电后先按导轨润滑按钮 SB19，

29、 多 按几 次（间隔 10 秒 钟）。每按一次 ，导 轨润 滑泵 来一次润 滑 导轨 ，以后 导轨自动 润滑。三 ）. 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。32第 3 章 镗床电力拖动电动机的选择3.1 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

30、，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，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

31、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 。3.2 镗床 用 电动 机容 量的 选 择根 据机 床的负载功率 ，（例如切削 功率 ）就可 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

32、机3.2.1 镗床主 运动电 动机容量 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。调查统计类比法分析切削用量，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电动机。卧式镗床主电动机功率p= OgD1.7式中 D镗杆直径D=120mmP=13.698KW取电动机功率15KW89.5% 6P极 功率因数型号 Y18

33、0L-60.81额定转矩2.0额定电流31.4 效率额定转速970r/min3.2.2快速移动电动机容量的选择Pe Guv/6120n式中 G移动部件的重量移动速度 动摩擦系数n-效率（机床传动）G=9500 kg*=0.85v=2.5m/minPe 34.565KW取电动机功率5.5KW型号丫132M2-6额定电流17 A 效率86% 功 率因数0.78 额 定转速960 r/min323 后立柱电动机容量的选择Pe Guv/6120n式中G移动部件的重量移动速度u动摩擦系数 n-效率（机床传动）此处省略 NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书 和CAD图纸等.

34、互联网腾讯公司Q二四七五九五九零九八。认 准”小麦设计* O本设计己通过答辩！长期有效7.1.2 T619A 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T37T44 ,另为编程需要还选了 M10.0M10.7 和 M11.0M11.3 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 T619A 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。 编制的过程中使用延时定时器 是为了使电磁阀有充分的时间夹紧和松开。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，

35、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，有能流流到“IN ” 端时开始计时。 从无记忆的定时器来说， 工作条件失去， 即延时接 通定时器能流从有变到无时， 无论定时器

36、计时是否达到预置值， 定 时器均复位，前边的计时值清零。4. 工 作 对 象 。工 作 对 象 指 定 时 时 间 到 时 ，利 用 定 时 器 的 触 点 控 制 的 元器件或工作过程。第 8 章 经济效益分析机床是用于生产的，也 就是用来为人们创造财富的，那 么它的经 济效益就显得非常重要了。用PLC作为控制系统的核心，与传统的继电器控制有以下几点好 处：首先是从 材料 方面 它比 继电 器的耗 材少的多 ，在今 天这 种科技快 速发展的形势下，材料特别是金属材料价格越来越不菲，使得我们 不 得不 考虑 到用材上来，我设 计的 T6113 卧式镗 床使 用继 电器 时， 要 使机 床能 正

37、常工作所需 的继电器 数目是 28 个，而 一 个继 电器 的耗 材和一个PLC相比，前者多一点。其次从能 源方 面来 讲， 随着 石油价 格的 飞速上涨 ， 石油的紧缺 ， 能源问题已成为威胁人类生存的关键 问题， 是我们人类要迫切解决 的重大问题。所 以也要从能源角度来考虑， 电器系统要消耗电能源， 大家都知道 PLC 属于机电一体化的典型产品， 它的核心仍然是我们 熟悉的单片机， 它里面的中间继电器 工作所需的电能是非常少的， 最少是相对与将近三十个继电器来说，它 的耗能是微乎其微的。最后从故 障方 面来 讲，机 床属于 工作母机 ，它 在生 产单 位里 使用 频率是非常高的， 平时的故

38、障和 维修是很平常的事， 所以故障率是 值得考虑的。 由于 PLC 是采用内部的逻辑触点来完成控制功能的， 它的寿命大概可达到几百万次到千万 次吧， 而继电器控制的电路， 继电器的寿命是几天次到万次， 故障就可想而知， 如果是一个工厂 的几千台机床来说， 这个效益就大的太多了。结论本次设计基本上完成了预期的目的，利用PLC做出的控制系统， 实现了 机床能快速响应动作， 灵活可 靠的 完成生产任务， 而故障率 要相应降低的 功能特点。设计也 确实从电动机的选 择到控制系 统得 设计及其PLC编程，做到了从始到终的整个过程，并做了实物演示, 给了设计以有力的证明。当 然，为 了 机床使用 在实际生

39、产中的 安全， 在电路的也充分考虑到 电路保护， 从 过载保护到短路保护， 用 到了 断路器和熔断器给机床以安全的保障。在控制电路设计方面，利 用 了使控制 更灵活，能 随着输入程序的 改变而变更控制 方式， 避免了 硬件电 路的 改动， 从而节省了 时间和 金钱。在控制 互联和互锁方面使用 了 双保险， 即采用 硬件和软件双 重作用 来保障系统的 可靠性。但还有不足的 地方，例 如机床的 按钮太多，致使手动功能的 出 错 率增加， 自动化程度太低， 位置控制 方面欠缺， 不能得到 精确的位 置信息。实物演示使得我对控制 系统得控制 结果有了 实践性的 检验，制作 的 过程中也使我对电路有了

40、新的 认识 ， 付诸于实际。但演示的 方面 过于片面， 对实际的 情况可能估计不足， 希望以后加以完善。总的设计过程经历了 将近两个月，设计结果已经出 来了 ，有满意 的 方面， 但还有不理想的地方， 由于时间的 原因也就只能到 此了 。致谢将 近三 个月的毕业设 计即 将顺 利完 成了 ，在 本次 的毕 业设 计 中， 我学到了许多新的知识，得到了身边的老师、朋友、同学所给予的 无私帮助与精神上的支持。同时我要特别感谢我的指导教师万丰， 从论文的选题、开题、定题、中期检查、计划的安排到具体研究内 容的确定以及论文的撰写，都得到了万老师的大力支持和帮助，并 多次为我细心指导论文的写作，提出修改

41、意见。他以严谨的治学态 度勤奋的工作作风对我言传身教，使我受益匪浅；使我很成功的将 我这四年所学的知识利用在毕业设计上，还让我对控制系统方面的 知识有了更深刻的了解。另一方面，我 还非常感谢各位帮助过我的各界人士，特 别是图书馆的管理人员，热心的同学等，都给过我极大的帮助。在即将踏上生命中另一个征程之际，我衷心感谢黑龙江科技学 院曾给我们授课的各位老师们，您们不辞辛苦，精心指导，使我们 能够顺利完成学业，为今后的实际工作打下了坚实的基础，在此我 再次表示衷心感谢及深深地祝福，祝我敬爱的老师们生活美满，身 体 健康 ，万事 如意 。专题PLC在仿生鱼鳍随动系统中的应用摘要 ：减 摇 鳍 是 最为

42、 行 之 有效 的 一 种 主 动 式 船 舶 减摇 装 置 ，它 的 减 摇效率高，经过6 0多年的发展，已广泛应用于各种船舶中。它的 减 摇 原 理 是 ： 船 舶 在 水 中 行 驶 过 程 中 ， 当 鳍 在 水 中有 一 个 速 度和 倾 斜 角的 时 候 ， 就 会 产 生 一 个 升 力 ， 利 用 此 升 力 产 生的 力 矩 来 抵抗 海 浪 的 干 扰 力 矩 ， 便 可 达 到 减 小 船 舶 横 摇 的 目 的 。 随着 科 学 技 术的 发 展 ， 减 摇 鳍 系 统 正 在 逐 步 完 善 ， 减 摇 效 果 也 在 不 断提 高 。近 年 来 ， 在 工 业 生

43、产 的 自 动 化 控制 领 域 中 ， 正 普 遍 利 用 一种 新 型控制设备-可编程控制器（P L C ） 0目前的P L C正在向着精度 更高、功能更多、使用更方便的方向发展。从PLC的发展趋势来 看，P LC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。将其引入 减 摇 鳍 控 制 系 统 中 ， 实 现 数 字 化 控 制 ， 将 进一 步 提 高 控 制 系 统 的 灵 活性和可靠性0of a kindto shakeaccuracy,关键 词： 减 摇 鳍 模 拟 量 随 动系 统Summary: Reduce to shake fin is most for go of valid

44、 of active type ships reduce to shake device, it reduces an efficiency high, through the development of more than 60 years, already extensively applied in various ships.Its reducing to shake principle BE: The ships drives process in the water in, be the fin has a speed and angle of bank in the water

45、 of time, will produce a rise dint, making use of this dint that rises the dint creation to resist the interference dint of the wave, can attain to let up ships then horizontal shake of purpose. Along with science technical development, reduce to shake the fin system just at gradually perfect, reduc

46、e to shake result also Be raising continuously.In recent years, in the automation control realm of the industrial production, just widespread make use of a kind of new control equipments-programmable controller(theC ).The current P L C is higher just in the facing the function is more, usage more co

47、nvenient direction development. See from the development trend of the the P L C control technique will become from now on the main means of the industrial automation. Lead it in to reduce to shake the fin control system in, carry out numeral to turn a control, will raise the vivid and the credibilit

48、y of control the system further.Keyword: Reduce to shake fin emulation quantity with move system. 减摇 鳍随动 系统 的构 成 及工 作原 理减摇鳍的随动系统连接来自控制系统的控制信号，是转鳍机构 的中间转换和功率放大环节。改造前，每个随动系统由1 5 V稳 压电源板DYCJ、综合放大板SKCJ、操纵转换板S C CJ、 液压控制系统以用转鳍机构、 反馈、 限位元件等组成。 随动系统应 尽可能快速、 准确、 稳定地工作。 目前， 大多数减摇鳍的随动系 统都是电一液随动系统。本系统以N J 4型减摇

49、鳍的阀控式电液 随动系统为原型， 对其做了适当的改进， 下面进行详细介绍。原有随动系统的工作原理图如图1 所示。 首先将来自控制器的 信号送到综合放大电路板S K C J （该插件板能对控制信号进行隔 离）， 与升力反馈信号进行代数求和、 校正、 放大， 然后再与鳍角 反馈信号进行二次代数求和、 校正、 放大， 接着送到鳍机械组合体 上的射流管电液伺服阀，进行电一液信号转换。电液伺服阀根据S KCJ 板输出信号的大小和极性调节来自油源机组的液压油的流量 和 流向， 使液压缸的活塞速度和运动方向发生变化， 带动鳍机械组 合体上的摇臂转动， 使鳍转动到一定的角度产生相应的对抗力矩。钙造后，以上各功

50、能完全由P LC实现，原有随动系统中的各 电源、插件板也将由P L C各模块取代。控制信号综合校正.一电液伺服阀1_转鳍液压缸一摇臂鳍角反馈电位计-图1电液伺服系统原理图2随动系统的改造2. 1减摇鳍随动系统的改造设计PLC随动系统接收来自控制器的控制信号，经过处理后传递 给伺服系统，驱动减摇鳍移动到指定位置，同时将输出信号反馈回 P L C，构成控制回路。系统改造后的原理如图2所示。2 . 2系统中P L C的选择由于船舶航行在环境瞬息万变的海面上，工作环境非常恶劣， 比如机舱内的温度能够达到5 5 r ,湿度更可以达到9 5 % ,并且 存在各种强烈的冲击、振动和盐雾，这就要求安装在舰船上

51、的减摇 鳍系统有较强的抗干扰能力。而船舶上空间狭小，对所安装设备的 体积也有一定的要求。由于减摇鳍随动系统工作环图 2 随动系统改造原理图 境的特殊性，对系统中的PL C有较高的要求。考虑到性能指标、 功能、体积和价格等因素，本文选择了松下电工的F P 0系列可编 程控制 器。 系 统主要包括电源单元、控 制单元和 两个模拟量输入输 出单元。P L C 工作环境温度在05 5 C范围内，工作环境相对 湿度为3 0 %8 5 % ,模拟输入与P L C内部电路之间采用光电 耦合器进行隔离， 同时输入输出 端设置滤波器， 使之符合减摇鳍系 统工作环境的要求。2 .3 P LC软件实现的功能根据系统

52、要求，程序需要实现以下功能：(1 )对来自系统油源机组的信号进行检测，如发现油温、油 位等出现故障， 系统停机并自 动报警。(2 )对来自控制器的输入信号进行检测，保证其始终被限定 在规定范围内， 以保证减摇鳍工作转角不超过其极限值；并对控 制 信号按一定控制规律进行处理。(3)在鳍转动工作时，将从鳍角电位计接收到的反馈信号与 输入的 控制 信号进行比较， 构成回路， 实现负反馈。将控制 信号与 反馈信号综合处理得到的结果作为控制指令发送给输出端口。(4 )检测PL C输出给电液伺服阀的信号是否超过额定范围， 如 超出则做相应处理， 保证伺服阀和减摇鳍正常安全地工作。（5 ）在工作前或停机时根

53、据操作需要随时将减摇鳍运行到零 位或其它需要的位置。随动系统软件功能框图如图3所示。2.4 系统改造中存在的问题及解决方法系统正常工作时，油温应低于6 0 C ,油位应大于3 0 0 mm, 若超出上述指标，设在油箱内部的传感器开关将闭合，输出电压信 号。为实现对油温和油位的检测，需要将代表油温和油压的两路信 号输入给P LC进行检查 这样将占用PL C模拟量输入/输出单 元的两个输入端口，增加单元块的数量。考虑到油温和油压变化较 缓慢，没有必要时刻监视其变化，因此用软件设置定时器，控制两 个继电器交替开关，使油温和油压信号只通过一路通道交替输入P L C，在P L C内部进行检测，达到降低成

54、本的目的。不同鳍工作 时的饱和角度不同，设计中将鳍的正常工作角度设定在2 5。以内。 根据真实鳍角与反馈电压的比例关系，可以确定鳍角在2 5 寸对 应的反馈电压是2 . 2 V,将这两个电压值作为PL C对输入电压 信号进行检测的参考值。在P L C程序中分别用十进制数值K 4 4 0表示两个参考电压。P L C控制信号在输出给电液伺服阀前也要 进行检测，这一步检测的标准不是减摇鳍的工作额定电压，而是电 液伺服阀的额定电流，目的是保证伺服阀可以正常安全工作。伺服 阀工作的额定电流为8mA,线圈电阻为1 0 0 0 1 0 0Q。由 于F P 0系列P L C输出电流范围在02 0mA之间，无法

55、为伺 服阀提供负电流，但P L C的电压输出范围在1 0 V之间，因此 将电压值作为指令信号输入伺服阀。伺服阀串联后线圈电阻为2 0 0 0 Q，由此得到伺服阀工作的电压可以达到1 6 V 0系统设计中，为使伺服阀始终工作在线性区，将P L C对伺服阀的输入电压 限定在8V以内 在PLC程序中分别用K 1 6 0 0表示两个V之内，则正常输出，如果超过8 V 由于松下F P启动电源I、，j,初始化个 扫 描 周 期七-设备状态是否正常?否_停机、报警 是指令信号输H、二控制信号是否正常？二丁是否按照设定值输入参考电压 如指令信号在8 的范围，则按照8 V输出。综合、校正、放大I鳍角h7. .反

56、馈输出信号是否在-否鳍转至信号鳍转动范围内？ /正负25 信号是I控制信号输出图3随动系统软件功能框图0系列P L C的P I D命令不支持负数运算，所以随动系统控制部 分采用自行设计的PD控制命令。每次程序启动前PLC都先自动 对各主要寄存器清零，以消除程序启动时系统产生不必要的动作。 另外由于松下F P 0型号不提供小数运算，因此对无法整除的数据 只能采用四舍五入的处理方法，比例系数只能设定成整数。为了克 服这一缺点，程序先将存储于DT 2 0中的指令信号与鳍角反馈信 号的差值乘以一个十进制的系数（如K4 7 ），将得到的数值存储在DT3 0中，再将DT3 0中的数据除以一个十进制系数（如K 1 0），这样最终得到的数据与D T 2 0中的数值直接乘以4.7后的结果几乎完全相同， 有时两者之间会存在一个很小的偏差， 可 以