格式某镗床的PLC电气控制系统设计

1、目 录1引言 22 系统总体设计 2 2.1 T68型卧式镗床的结构和控制要求3 2.2 T68型卧式镗床的PLC控制系统结构43系统的硬件设计4 3.1 PLC控制主电路设计4 3.2 PLC型号的选择5 3.3 PLC的I/O端口分配表7 3.4 PLC的I/O电气接线图的设计8 3.5低压电器的选择8 3.6电器位置图和安装接线图的设计84系统的程序设计9 4.1 控制程序流程图的设计9 4.2 梯形图程序设计10 4.3 语句指令程序的编写10结论11致谢11参考文献12英文摘要13附录A 梯形图程序14 附录B 语句指令表程序17附录C T68型卧式镗床元器件明细表19附录D T68

2、型卧式镗床的电器位置图20附录 E T68型卧式镗床的电气安装接线图21某镗床的PLC电气控制系统设计作者：××× 指导教师：马德贵（安徽农业大学工学院 12级机械设计制造及其自动化 合肥 230036）摘要：电子信息技术的快速发展，为我国的机床加工设备的现代化提供了强有力的技术支持。镗床是冷加工中使用很普遍的一个设备，主要用于对精度、光洁度要求比较高的孔及各孔之间的距离要求比较精确的零件，属于精密机床。T68卧式镗床是应用最为广泛的一种。本论文对T68型卧式镗床的结构和工作原理进行了介绍，并提出了基于PLC改造的总体方案和框架设计。对系统的输入、输出点的统计，根

3、据PLC的选型的相关规定和输入输出的总点数，选用了西门子公司的S7-200PLC。阐述了系统改造方案，同时根据镗床的控制要求和特点，确定了PLC的输入、输出分配，在继电器控制线路的基础上，设计出梯形图并进行了相关调试。关键词：西门子PLC；S7-200；镗床；组态王1 引言镗床是一种精密加工车床，主要用于加工工件上的精密圆柱孔。因为这些孔的轴心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，所以这些要求都是钻床难以达到的。而且除了能完成镗孔工序外，万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、绞、车及铣等工序，所以，镗床的加工范围很广。在安装了端面铣刀与圆柱铣刀后，镗床还可以完成铣削平面等各种工作。但

4、是镗床的原控制电路是继电器所控制的，所以线路复杂，接触触点多，故障多，而且操作人员的维修任务也比较繁重。针对这些情况，使用西门子S7-200系列的PLC对其进行设计改造，使用PLC软件控制改造其设计改造，克服了许多继电器控制所产生的缺点，提高了设备使用率，降低了故障率，运行效果很好。2 系统总体设计首先阐述下T68的含义：6表示的是卧式而不是落地式，落地式一般用62 63 65 69这四种来表示。8表示的是主轴的直径是85MM，而非最大镗孔直径，T68的最大镗孔直径应该是240MM。因为其功能强大、丰富也叫做万能镗，在做本设计的时候，按照以下要求来设计的。1） 镗床的加工方法不发生变化；2）

5、不改变原先继电器控制系统的电气操作，保留主电路上的原有元件；、3） 电气控制系统的控制元件（包含行程开关、按钮、接触器和热继电器），作用也与原电气线路一样；4） 镗床的主轴与进给启动、制动、高速、低速和变速冲动的操作方法保持不变；5） 将原先继电器控制中的硬件、接线改造为PLC编程实现。2.1 T68型卧式镗床的结构和控制要求T68卧式镗床的外形结构如图1所示。卧式镗床的床身是使用整体的铸件制作而成，床身的一侧安装有固定的前立柱，并且在前立柱的垂直导轨上安装有镗头架，能够上下移动。镗头架上是主轴、进给箱、变速箱及操纵机构等部件。在镗轴前端的锥孔里或平旋盘的刀具溜板上，安装有切削刀具。在平时工作

6、中，镗轴一边旋转，一边沿轴向做进给运动。平旋盘的主轴是一个空心轴，镗轴则穿过其中空部分，通过各自不同的传动链来传动，因此二者可互相独立运动。但在大部分的工作情况下，镗床使用镗轴来加工，只有在用到车刀切削端面时才会使用到平旋盘。尾架安装在卧式镗床的后立柱上，用来夹持安装在镗轴上的镗杆的尾端。尾架可以随镗头架一同升降，而且尾架上的轴心线和镗头架的轴心线保持在同一条直线上。后立柱能够在床身导轨上沿镗轴轴线方向上做移动调整。加工时，在位于床身中部的工作台上安放工件。溜板上面是工作台，上溜板的下面是下溜板，下溜板被安装在床身的导轨上，而且可沿床身的导轨进行移动。上溜板可以沿下溜板上装有的导轨来运动，工作

7、台可以在上溜板上做回转运动。因此，工作台不仅可以在床身上做前后左右任一方向上的直线运动，还可以做回旋运动。再搭配镗头架的上下垂直运动，就能在加工工件上做一系列和轴线垂直或平行的孔洞。图1 T68型卧式镗床结构示意图Fig 1 Schematic diagram of T68 horizontal boring machine structure通过上面的分析，我们可以将T68卧式镗床的运动总结如下：主运动：平旋盘的旋转运动和镗轴的旋转运动。进给运动：平旋盘刀具溜板的径向进给，镗轴的轴向进给，工作台的横向进给与纵向进给，镗头架的垂直进给。辅助运动：后立柱的垂直运动和轴向运动，工作台的回旋运动。2

8、.2 T68型卧式镗床的PLC控制系统结构T68型卧式镗床的PLC电气控制系统结构主要由两部分组成：主电路和PLC的控制系统电路。主电路和传统的继电接触式控制系统中的主电路相同，仍为电源熔断器交流接触器的主触点热继电器的发热元件交流电动机这一主线，但控制电路部分由PLC编程所取代。PLC的控制系统结构框图如图2示:图2 总体控制结构图Fig.2 Structure diagram of whole controlling3 系统的硬件设计3.1 PLC控制主电路设计有两台电动机,主电动机M1和快速移动电动机M2。接触器KM1和KM2控制主电动机的正反转、KM3控制限流电阻R是否串入主电机电路,

9、KM4和KM5控制主电动机实现星形三角形启动,KM6和KM7控制快速移动电动机拖动工作台快速移动。热继电器FR对主电动机进行过载保护,熔断器FU1和FU2分别对M1和M2电动机主电路进行短路保护,QS为电路隔离开关。T68卧式镗床主电路的图如图3所表示。图3 T68型卧式镗床的主电路Fig.3 main circuit of T68 horizontal boring machine联锁环节分析： （1）主轴箱或工作台与主轴机动进给联锁： （2）其它联锁环节： M1，M2的正反转互锁，M1的高低速互锁。 3.2 PLC型号的选择选择PLC机型，主要考虑以下几个因素：1） 依据PLC的物理结构P

10、LC的物理结构有整体式、模块式和叠装式三种。整体式的每一I/O点的平均价格比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统而且没有特殊的控制任务，整体式PLC完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式PLC比模块式和叠装式PLC价格便宜，因此，T68型卧式镗床的PLC电气控制系统采用整体式结构的PLC。2） 依据PLC的指令功能 因为任何一种PLC都可以满足开关量电气控制系统的要求，所以本设计将尽量采用价格便宜的PLC。 3） 依据PLC的输入输出点数T68型卧式镗床的电气控制系统需要17个输入口和8个输出口，而PLC的实际输

11、入点数应等于或大于所需输入点数17，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数8，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的裕量。4） 依据PLC的存储容量PLC存储器容量的估算方法：对于仅有开关量输入和输出信号的电气控制系统，将所需的输入和输出点数乘以8，就是所需PLC存储器的存储容量（单位为bit）即：（17+8）×8=200 bits5） 依据输入模块的类型输入模块的输入电压一般为DC24V、AC110V和AC220V。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。因为本设计是基

12、于PLC的T68卧式镗床的电气控制系统，工作环境并不恶劣，且对电气控制系统操作人员来说DC24V电压较AC110V电压安全些。所以，本基于PLC的T68型卧式镗床的电气控制系统的PLC输入模块应选直流输入模块，输入电压应为DC24V电压。6） 依据输出模块的类型PLC输出模块有继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型三种。继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，每一点的输出容量较大（可达2A）,在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制。晶体管型与晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应带宽快，寿

13、命长，但是过载能力差，每1点的输出量只有0.5A，4点同时输出的总容量不得超过2A。由于T68型卧式镗床的控制对象对PLC输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本设计选用继电器型的输出模块，并结合T68型卧式镗床电气控制系统的实际情况，需要的输入点数大于17个，输出点数大于8个。综上可知，为了使T68型卧式镗床在改造后能够很好地工作，确定使用西门子公司生产的S7-200型号的PLC。该型PLC不但具有T68型卧式镗床电气控制系统所需要的所有指令功能（其总输入点

14、数为24点，总输出点数为16点，用户存储器容量5KB，输入模块电压为DC24V，输出模块为DC型），而且体积小，功能强，使用非常方便，性价比较高。3.3 PLC的I/O端口分配表 在设计改造中采用了西门子S7-200 CPU226系列PLC，输入信号17个、输出信号8个对应于PLC的输入端I0.0I2.0和输出端Q0.0Q1.1。其中的Q0.7与Q1.0未被使用。输入输出信号和其地址编号如列表1所示。输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1停车I0.0KM1主轴正转Q0.0SB2正转启动I0.1KM2主轴反转Q0.1SB3反转启动I0.2KM3主轴制动Q0.2SB4正转点动I0.3KM4

15、主轴低速Q0.3SB5反转点动I0.4KM5主轴高速Q0.4SQ1M1变速启停I0.5KM6快进Q0.5SQ2M1变速啮合I0.6KM7快退Q0.6SQ3进给变速启停I0.7运行监视Q1.0SQ4进给变速啮合I1.0EL照明Q1.4SQM1高低速选择I1.1SA机床照明I1.2SQ7正转快移I1.3SQ8反转快移I1.4KS1速度继电器正向I1.5KS2速度继电器反向I1.6FR过载保护I1.7SQ5主轴自动进刀与工作台进给互锁I2.0SQ6I2.1表1 输入信号端口分配表Table 1 Input terminals distribution list3.4 PLC的I/O电气接线图的设计图

16、4 PLC的I/O电气接线图Fig. 4 PLC electrical hookup of I/O3.5 低压电器的选择 正确地选用低压电器是控制电路安全、可靠工作的重要前提和保证。低压电器的选用应符合GB/T 14048.1-1992低压开关设备和控制设备总则、GB/T 14048.2-1993低压电器外壳防护等级、GB/T 14048.2-1994低压开关设备和控制设备低压断路器等国家标准，而且与国际标准接轨,具体选择型号、规格、数量请祥见附录I T68型卧式镗床主要元器件明细表。3.6 电器位置图与安装接线图的设计电器位置图主要是用来表示各类电气设备在机械设备上或电气控制柜中的实际安装位

17、置，是机械电气控制设备制造、安装和维修所必不可少的技术文件。电器位置图可集中画在一张图上或将控制柜、操作台的电器位置图分别画出，但图中各电器元件代号应与对应电气原理图和电器元件清单上的代号相同，此外在电器位置图中，机械设备轮廓用双点划线画出，所有可见的和需要表达清楚的电器元件及设备用粗实线画出其简单外形轮廓。另外，在绘制电器位置图时，应注意以下几点：（1）上轻下重，发热元件应放在上方；（2）强弱电要分开，弱电部分加屏蔽保护装置；（3）经常调整的元器件安装在中间容易操作的地方；（4）元件安装不能过密，应留有一定的间隙，以便进行操作。而电气安装接线图是用于表示电气设备各单元之间连接关系的简图。主要

18、用于安装接线、线路的检查、线路维修和故障处理。其内容主要包括设备与电气元件的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线类型、导线截面积、屏蔽和导线绞合等项目。根据表达对象和用途的不同，接线图可以分为单元接线图、互连接线图和端子接线图等类型。GB6988.51986电气制图、接线图和接线表详细规定了安装接线图的编制规则。主要有以下几点：（1）在接线图中，一般都应标出项目的相对位置、项目代号、端子间的电连接关系、端子号、等线号、等线类型、截面积等。（2）同一控制盘上的电气元件可以直接连接，而盘内电气元件与外部电气元件连接时必须通过接线端子板进行。（3）接线图中各电气元件的图形符号均要以电气原理图为准

19、，并且保持一致。（4）互连接线图的互连关系可用连续线、中断线或者中断线束表示，连接导线应注明导线根数和导线的截面积等。综合以上编制原则并查阅相关的国家标准绘制出T68型卧式镗床的电器位置图及电气安装接线图。详见附录4 系统的程序设计4.1 控制程序流程图的设计根据继电-接触式控制系统工作原理，结合PLC 编程特点，PLC 控制程序流程图的基本结构如图5所示。图5控制程序流程图Fig.5 Flow chart of controlling program4.2 梯形图程序设计为了使T68型卧式镗床在进行PLC电气控制系统设计后仍能够完成原有的工作需要，本基于PLC的T68型卧式镗床电气控制系统P

20、LC程序应由主电动机M1正转控制、主电动机M1反转控制、主电动机M1的点动控制、主轴变速控制、进给变速、镗头架及工作台的快移、信号灯的指示程序等部分组成。因为选用西门子公司的S7-200型号的PLC，所以编程时采用Windows环境下运行的Step 7-Micro/Win编程软件来进行梯形图程序的设计, 梯形图程序详见附录A。4.3 语句指令程序的编写通过编程软件直接把PLC的梯形图程序转化成语句指令表，具体见附录B。结 论本课题采用PLC自动控制技术取代了传统继电器接触器电气控制系统，实现了对T68型卧式镗床的半自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且还大大降低了工人的劳

21、动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。通过此次课程设计让我对PLC技术及应用和机床电气控制技术方面的知识有了更加深刻的理解和掌握，为今后走上工作岗位从事相关工作奠定了良好的基础；另一方面，在此次设计中让我感受颇深是：对于所研究的课题或者项目，仅仅凭借一个人现阶段所掌握的知识往往很难予以完成，为此要求我们必须通过查阅大量的技术资料、借助互联网这一平台以及团队的力量才能够加以解决，无疑这些为我未来工作过程中遇到问题如何去解决提供了借鉴；最后，我也深知此次的设计存在很多不足，如PLC电气控制系统设计中未涉及到液压进给系统方面的内容，虽然减轻了设计的难度，但却使得设计的水平较低

22、，层次较浅。这些不足将不断地激励我在以后的学习、工作中努力学习专业知识，强化培养专业技能，拓展专业综合能力素质，以便更好地适应未来工作的需要！致 谢本设计是在马德贵老师的悉心指导下完成的。马德贵老师渊博的知识、丰富的实践经验和诲人不倦的作风令我终生难忘。从马德贵老师身上，除了学到许多专业知识外，我还学到了如何做人、做事等许多其它宝贵的东西，所有这些都将使我受益匪浅。参考文献1严盈富.西门子S7-200PLC入门.北京:人民邮电出版社，20072齐占庆.机械电气自动控制.北京:机械工业出版社，19893熊辜明.机床电路原理与维修.北京:人民邮政出版社，20014张用,杨定之.机床电气控制.上海:

23、上海科学技术文献出版社，19835谭维瑜.电机与电气控制.北京:机械工业出版社，2003 年6刘光起,周亚夫.PLC应用技术.北京:化学工业出版社，20087张桂香编著机电类专业设计指南·北京：机械工业出版社8李世基编著微机与可编程控制器·北京：机械工业出版社9许 谬编著电气控制与PLC应用·北京：机械工业出版社10郭宗仁编著可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术·北京：机械工业出版社11Michel Gilles. Programmable Logic Controllers: Architecture and Application Wiley.1

24、990.12G .L. Batten. Programmable Controllers: hardware, software and Application. New York: MC Graw-Hill.1994.13Cheded. Al-Mulla. Control of a four-level elevator system using a programmable logic controller. International Journal of Electrical Engineering Education,2003Title The Design of Electrica

25、l Controlling System for T68 Type Horizontal Boring Machine.AbstractThe rapid development of Electronics and information technology provide a strong technical support to China's modern machining equipment. Boring machine is a common cold using device.It is precision machine t

26、ool,mainly used for high precision and smoothness of holes and elements which need precise distance among different holes. T68 horizontal boring machine is one of the machines used most widely.This thesis described the s

27、tructure of T68 type horizontal boring machine structure and its working principle. A overall program and a frame design based on the PLC transformation have been introduced. This thesis chose the Siemens S7-200 PLC to count the input points and output points of the system. According to the requirem

28、ents and characteristics of the boring machine control, input and output distribution of PLC was determined. The ladder diagram of PLCs program was designed and the program has been debugged based on the relay control circuit. Keywords: Siemens PLC,S7-200, boring machine, Kingview附录A 梯形图程序附录B 语句指令表程

29、序BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 照明LD I1.2= Q1.4Network 2 / 运行监控LD SM0.0= Q1.0Network 3 LDN I2.0ON I2.1AN I1.7= M1.0Network 4 LD I0.0ON I0.5ON I0.7O Q0.0O Q0.1A M1.0= M0.2Network 5 LD I0.6O I1.0AN I1.5O I1.6A M0.2= M0.4Network 6 / M1正转LD M0.3O M0.4AN Q0.1A M1.0= Q0.0Network 7 / 正转点动LD Q0.2A M0.0O I0.3AN I0.0A M1.0= M0.3Network 8 LD I0.1O M0.0AN M0.1AN I0.0A M1.0= M0.0Netwo