镗床的PLC改造

1、 继续教育学院毕业设计继续教育学院毕业设计（论文）（论文） 题目：镗床的 PLC 改造院、系(站)： 机电工程系 学科专业： 机电一体化 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 09 月2镗床的镗床的 PLCPLC 改造改造摘摘 要要在 PLC 技术的应用中，电气工程师不需在硬件上花费太多功夫，只考虑将控制按钮或检测传感器连接在 PLC 输入点，再通过 PLC 内部处理，在输出点连接接触器或继电器，来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接即可。随着自动化技术，计算机技术及网络通信技术的迅猛发展，使 PLC 的功能日益增多，它不仅能实现单机的控制，而且能实现多机控制，同时随着 P

2、LC 技术的不断发展，在自动化技术的领域中起到了不可忽略的作用，由于 PLC 在与继电器的比较中有着许多的功能胜过或者是优于继电器，从而使 PLC 逐步取代继电器，使其自动化控制有了更一步的发展，无论从操作，维修，保养还是从线路的简化等方面都更加的方便，使其优点更加的突出！本文就根据 PLC 的优点对 T68 镗床进行电器线路改造，机床原有的操作方式不变，机床的主电路不变，从而使机床的控制线路简化了，机床故障率降低了。首先提出电路改进的总体构思，设计出了 PLC 的梯形图及接线图，重点分析了部分电路的调试过程。关键词关键词：T68 镗床； 控制线路； PLC 控制； PLC 程序设计； 机床电

3、器改造3目目 录录第第 1 1 章章 PLCPLC 性能简介性能简介.11.1 PLC 的介绍.1第第 2 2 章章 可编程序控制器可编程序控制器.32.1 可编程序控制器的功能 .32.2 可编程控制器的主要特点 .42.3 PLC 工作原理.52.4 PLC 相对于继电器线路的优势.62.4.1 控制继电器存在的缺点 .62.4.2 PLC 的优势.7第第 3 3 章章 T68T68 镗床电气控制电路镗床电气控制电路.93.1 T68 卧式镗床的用途主要构造、运动形式.93.1.1 镗床的用途主要构造.93.1.2.运动形式 .113.2 卧式镗床对电力拖动及控制系统的要求 .113.3

4、电气控制的特点 .123.4 T68 型卧式镗床电气控制电路分析.123.4.1 主电路工作原理分析.123.4.2 控制电路工作原理分析 .123.4.3 辅助电路分析 .163.5.电磁离合器直流电路工作原理分析.163.6 双速电动机与速度继电器简介 .16第第 4 4 章章 T68T68 卧式镗床的卧式镗床的 PLCPLC 改造的方案改造的方案.194.1 流程图的设计说明 .194.2 PLC 改造的目的.2044.3 设计要求 .224.4 PLC 改造的思路.224.5 PLC 控制系统改造的说明.22第第 5 5 章章 T68T68 镗床电气控制系统的镗床电气控制系统的 PLC

5、PLC 改造改造.235.1.PLC 控制系统改造说明与 I/O 地址分配 .235.1.1 PLC 的选型的内容.235.1.2 PLC 控制系统硬件设计.245.1.3 I/O 输入输出分配表.255.1.4 T68 镗床 PLC 改造梯形图.275.1.5 硬件接线图 .285.1.6 T68 镗床 PLC 改造主程序.295.2 PLC 对 T68 卧式镗床的工作原理.305.3 改造后的镗床电路图 .31第第 6 6 章章 调试说明调试说明.326.1 主轴正转高低速 .326.2 主轴反转高低速 .326.3 主轴正反转点动 .326.4 正反向反接制动 .336.5 主轴变速和进

6、给变速控制 .336.6 联锁保护装置 .34总总 结结.35致致 谢谢.36参考文献参考文献.37西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文1第第 1 章章 PLC 性能简介性能简介1.1 PLC 的介绍的介绍1、 特点：PLC 的应用，电气工程师不再在硬件上花费太多功夫，只考虑将控制按钮或检测传感器连接在 PLC 输入点，再通过 PLC 内部处理，在输出点连接接触器或继电器，来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接即可。2、内核：具有中央处理器的 CPU，并带有外部 I/O 口，扩展的 I/O 接口地址和存储器三大组成部分。CPU 的核心是由一个或多个累加器组成，它们具有逻辑的数学

7、运算能力，并能读取程序存储器的内容，通过计算后去驱除相应的存储器和 I/O 口,I/O 口将内部累加器和外部的输入和数出系统连接起来，并将相关得数据存入程序存储器或数据存储器中，存储器可以将 I/O 口输入得数据存入存储器中，并在工作时调转到累加器和 I/O 接口上。3、应用重心：PLC 的抗干扰性是优良的，在设计中更本不用去关心他的使用寿命和工作场合的恶劣环境，而关心的是如何利用 PLC 的内部资源加强设备的控制能力，使设备更具柔性。PLC 的语言并不是汇编语言或 C 语言，而是采用继电器控制的梯形图，使得电气工程师在编写程序时很容易就理解 PLC 的编程语言，而且很多非电器专业人士也对 P

8、LC 编程很快认识并深入。 4、通信：在实际应用中，仅靠单机控制是无法保证系统顺畅运行的，而需要设备与设备间的信息交流才能实现。PLC 的通信越来越重要，在 PLC 与 PLC 之间的通信，能够通过信息的交换和数据的共享来保证设备之间的相互协调，以达到互补的效果。 5、中断：中断，是一种优先控制处理技术。PLC 具备这样的功能。它的特点在于，当设备在操作过程中遇到紧急突发事件时，就需要立刻停止当前控制，去处理更重要的事情。PLC 再去执行紧急任务时，总会先保存目前的状态，比如程序的地址，CPU 的累加器数据等。当处理完应急事件后，再继续处理停止的事件。实际应用中，中断并不是只有一个，有时会同是

9、存在几个中断，多中断也具有优先级别，按要求去执行更高级别的中断。这种中断中的中断也就形成了中断嵌套。中断级别跟各种 PLC西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文2内部 CPU 的资源有关，同时也跟堆栈的容量大小有关。PLC 的发展已经从单机模式进入通信的网络时代，并同其他的工控网板和 I/O 板卡轻易的进行共享。组态软件可以将所有的这些硬件连接起来，通过更直观的动画图片进行控制，并可以通过互联网在异地进行控制。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文3第第 2 章章 可编程序控制器可编程序控制器2.1 可编程序控制器的功能可编程序控制器的功能可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容

10、易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。PLC 是应用面很广，发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。今天的 PLC 功能，远不仅是替代传统的继电器逻辑。 PLC 系统一般由以下基本功能构成：多种控制功能，数据采集，存储与处理功能，通信联网功能，输入/输出接口调理功能 ，人机界面功能编程、调试功能。

11、1、顺序控制顺序控制是 PLC 最基本、应用最广泛的领域。所谓的顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。由于它还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统。它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作，从而达到了自动化生产线控制。比较典型应用在自动电梯的控制、管道上电磁伐的自动开启和关闭、皮带运输机的顺序启动等。例如我分厂的原料混料系统就是利用了 PLC 的顺序控制功能。 2、运动

12、位置控制PLC 可以支持数控机床的控制和管理，在机械加工行业，可编程控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动位置控制，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成多轴伺服电机的自控。目前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削、摸削等应用中。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文43、生产过程的监控和管理PLC 可以通过通讯接口与显示终端和打印机等外设相连。显示器作为人机界面（HMI）是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与 PLC 相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信

13、号指示灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。PLC 可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII 字符等方式进行显示。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态，如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。PID 回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任意时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。4、网络特性PLC 可以实现多台 PLC 之

14、间或多台 PLC 与一台计算机之间的通讯联网要求，从而组成多级分布式控制系统，构成工厂自动化网络。(1) 通过通讯模块、上位机以及相应的软件来实现对控制系统的远距离监控。(2) 通过调制解调器和公用电话网与远程客户端计算机相连，从而使管理者可通过电话线对控制系统进行远距离监控。2.2 可编程控制器的主要特点可编程控制器的主要特点 1、可靠性高 PLC 的 MTBF 一般在 4000050000h 以上，西门子、ABB、松下等微小型 PLC 可达 10 万 h 以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障迅速，便于维护。2、模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合

15、。I/O 从 88192 点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。3、功能强 PLC 应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本 型式再加上模拟 I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文5I/O、PID 调节、过程监视、网络通信能力、远程 I/O、多处理器和高速数据处理能力。4、编程方便 PLC 适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程，不需要太多 的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并

16、可在任何兼容的个人计算机上编程。2.3 PLC 工作原理工作原理 PLC 的工作原理、运行方式与传统的继电器、接触器构成的控制系统是不相同的。 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路上都会立即同时动作。 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100以上，PLC 采用的是不同于一般微型计算机的运行方式一扫描技术，PLC

17、 扫描用户程序的时间一般均小于100。 图 2.1 PLC 扫描过程PLC 的扫描工作过程一般分为 3 个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文63 个阶段。完成上述 3 个阶段称作 1 个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述 3 个阶段。 1)输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 应象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和描出刷新阶段。在这 2 个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，

18、如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图） 。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 应象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 3)输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进人输出刷新阶段。在此期间，CPU

19、 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是 PLC 的真正输出。至此，PLC 完成了 1 个工作周期2.4 PLC 相对于继电器线路的优势相对于继电器线路的优势2.4.1 控制继电器存在的缺点控制继电器存在的缺点今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运

20、载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文7有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。1、导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达 12V，大功率晶体管的饱和压降也在 12V 之间，一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接触电阻大。2、半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。3、由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。4、电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能

21、力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。5、固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或 RC 阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。2.4.2 PLC 的优势的优势1、功能强，性能价格比高 一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用

22、。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 3、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文8入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间

23、达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 4、系统的设计、安装、调试工作量少 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过 PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般

24、通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 5、编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 6、维修工作量少，维修方便 PLC 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据 PLC 上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故

25、障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。 7、体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用 PLC 后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型 PLC 的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来 1/2-1/10。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文9第第 3 章章 T68 镗床电气控制电路镗床电气控制电路镗床也是用于孔加工的机床，与钻床比较，镗床主要用于加工精确的孔和各孔间的距离要求较精确的零件，如一些箱体零件（机床主轴箱、变速箱等）。镗床的加工形式主要是用镗刀镗削在工件上已铸出或已粗钻的孔，除此之外，大部分镗床还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔等加工。镗床的主要类型

26、有卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床和专用镗床等，其中以卧式镗床应用最广。本节介绍 T68 型卧式镗床的电气控制电路。T68 型卧式镗床型号的含义为 T T 6 6 8 8镗镗轴轴直直径径为为8 85 5m mm m卧卧式式镗镗床床3.1 T68 卧式镗床的用途主要构造、运动形式卧式镗床的用途主要构造、运动形式 3.1.1 镗床的用途主要构造镗床的用途主要构造镗床主要用于孔的精加工，可分为卧式镗床、落地镗床、坐标镗床和金钢镗床等。卧式镗床应用较多，它可以进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔及加工端平面等，使用一些附件后，还可以车削圆柱表面、螺纹，装上铣刀可以进行铣削。镗床在加工时，一般是将工件固定在工作台上，

27、由镗杆或平旋盘（花盘）上固定的刀具进行加工。机床的基本组成如下：西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文10 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，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

28、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。 图 3.1 T68 镗床结构示意图5)面板 1面板上安装有机床的所有主令电器及动作指示灯、机床的所有操作都在这块面板上进行，指示灯可以指示机床的相应动作。6)面板 2面板上装有断路器、熔断器、接触器、热继电器、变压器等元器件，这些元器件直接安装在面板表面，可以很直观的看它们的动作情况。7)三相异步电动机两个 380V 三相鼠笼异步电动机，分别用作主轴电动机（双速）和快速移动电动西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文11机。8)故障开关箱设有 32 个开关，其中 K1 到 K25 用于故障设置；K26 到 K31 保留；K32 用作

29、指示灯开关，可以用来设置机床动作指示与不指示。3.1.2.运动形式运动形式卧式镗床的典型加工方法如图 2 所示，（a）图为用装在镗床轴上的悬伸刀杆镗孔，由镗床轴的轴向移动进行纵向进给；（b）图为利用后支承架支承的长刀杆镗床削同一轴线上的前后两孔，（c）图为用装在平旋盘上的悬伸刀杆镗削较大直径的孔，两者均由工作台的移动进行纵向进给；（d）图为用装在镗床轴上的端铣刀铣削平面，由主轴箱完成垂直进给运动；图（e）、（f）为用装在乎旋盘刀具溜板上的车刀车削内沟槽和端面，均由刀具溜板移动进行径向进给。图 3.2 卧式镗床的主运动和进给运动示意图主运动：镗床轴的旋轴与平旋盘的旋转运动。进给运动包括：镗床轴的

30、轴向进给；平旋盘上刀具的径向进给；主轴箱的垂直进给；工作台的横向进给和纵向进给。辅助运动包括：主轴箱，工作台等的进给运动上的快速调为移动；后立柱的纵向调位移动；尾架的垂直移动及各部分的快速移动；工作台的转位移动。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文123.2 卧式镗床对电力拖动及控制系统的要求卧式镗床对电力拖动及控制系统的要求T68 卧式镗床由主轴电动机 M1 和进给电动机 M2 拖动。其中主轴电动机 M1 为YY 接法的双速电动机，它不但可以正、反转，高、低速启动运转，还可以反接制动及点动控制。进给电动机 M2 可以正、反向运转。1.主轴旋转和进给都应有较大的调速范围； 双速鼠笼式异步电

31、动机，机电联合调速 2.进给运动和主轴及花盘的旋转采用同一台电动机拖动，主电动机能正反转，并可调速，高速运转应先经过低速起动，各方向的进给应有联锁。 3.各进给部分应能快速移动采用一台快速电动机拖动； 4.主电动机要能正反向点动，并且有准确的制动，本机床采用电磁铁带动的机械制动装置。3.3 电气控制的特点电气控制的特点 主轴与进给电动机 M1 为双速电动机，低速时可直接启动，高速时，先低速启动，而后自动转换成高速运行，以减小启动电流。 主电动机 M1 的制动采用电磁操控的断电式制动装置。 主轴和进给变速均在运行中进行，变速操作时，主电动机便断电停车，变速完成以后又恢复运行。 主轴箱、工作台与主

32、轴进给等部分的快速移动有单独的快速移动电动机 M2拖动，它们与机动进给之间有机械和电气的连锁保护。3.4 T68 型卧式镗床电气控制电路分析型卧式镗床电气控制电路分析3.4.1 主电路工作原理分析主电路工作原理分析 T68 型卧式镗床共由两台三相异步电动机驱动，即主拖动电动机 M1 和快速移动电动机 M2。熔断器 FU1 作电路总的短路保护，FU2 作快速移动电动机和控制电路的短路保护。M1 设置热继电器作过载保护，M2 是短期工作，所以不设置热继电器。M1 用接触器 KM1 和 KM2 控制正反转，KM3、KM4 和 KM5 作三角形双星形变速切换。M2西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论

33、文13用接触器 KM6 和 KM7 控制正反转。3.4.2 控制电路工作原理分析控制电路工作原理分析（1）主轴电动机 M1 的控制西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文14图 3.3 T68 镗床电气原理图 主轴电动机 M1 的正反转控制按下正转起动按钮 SB2，中间接触器 KA1 线圈得电吸合，KA1 常开触头闭合，接触器西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文15KM3 线圈得电（此时位置开关 QS3 和 QS4 已被操纵手柄压合） ，KM3 主触头闭合，将制动电阻 R 短接，而 KM3 常开辅助触头闭合， 接触器 KM1 线 圈得电合，KM1 主触头闭合，接通电源。KM1 的常开触头闭

34、合，KM4 线圈得电吸合，KM4 主触头闭合，电动机 M1 接成正向起动。反向时只需按下按钮 SB3，动作原理同上，所不同的是中间继电器 KA2 和接触器 KM2得电吸合。 主轴电动机 M1 的点动控制 按下正向点动按钮 SB4，接触器 KM1 线圈得电吸合，KM1 的常开触头闭合，接触器 KM4 线圈得电吸合，这样，KM1 和 KM4 的主触头闭合，便使电动机 M1 接成并串联电阻 R 点动。 同理按下反向点动按钮 SB5，接触器 KM2 和 KM4 线圈得电吸合，M1 反向点动。主轴电动机 M1 的停车制动假设电动机 M1 正转，当速度达到 120 转/分以上时，速度继电器 SR2 常开触

35、头闭合，为停车制动作好预备。若要 M1 停车，就按 SB1，则中间继电器 KA1 和接触器 KM3断电释放，KM3 常开触头断开，KM1 线圈断电释放，KM4 线圈也断电释放，由于 KM1和 KM4 主轴触头断开，电动机 M1 断电作惯性运转。紧接着，KM2 和 KM4 线圈获电吸合，KM2 和 KM4 主触头闭合，电动机 M1 串电阻 R 反接制动。当转速降至 120 转/分以下时，速度继电器 SR1 常开触头断开，接触器 KM2 和 KM4 断电释放，停车反接制动结束。假如电动机 M1 反转，当速度达到 120 转/分以上时，速度继电器 SR1 常开触头闭合，为停车制动作好预备。以后的动作

36、过程与正转制动时相似。主轴电动机 M1 的高、低速控制若选择电动机 M1 在低速（接法）运行，可通过变速手柄使变速行程开关 SQ（13 区）处于断开位置，相应的时间继电器 KT 线圈断电，接触器 SK5 线圈也断电，电动机 M1只能由接触器 KM4 接成连接。假如需要电动机在高速运行，应首先通过变速手柄使开关 SQ 压合，然后按正转启动按钮 SQ2（或反转启动按钮 SQ3） ，KA1 线圈（反转时应为 KA2 线圈）得电吸合，时间继电器 KT 和接触器 KM3 线圈同时得电吸合。由于 KT 两副触延时动作，故 KM4 线圈断西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文16电释放，KT 的常开触头延

37、时闭合，KM5 线圈得电吸合，电动机 M1 成 YY 连接，以高速运行。 主轴变速及进给变速控制本机床主轴的各种速度是通过变速操纵盘以改变传动链的传动比来实现的。当主轴地工作过程中，欲要变速，可不必按停止按钮，而可直接进行变速。设 M1 原来运行在正转状态，速度继电器 SR2 早已闭合。将主轴变速操纵盘的操作手柄拉出，与变速手柄有机械联系的行程开关 SQ3 不再受压而断开，KM3 和 KM4 线圈先后断电释放，电动机 M1 断电，由于行程开关 SQ3 常闭触头闭合，KM2 和 KM4 线圈得电吸合，电动机 M1 串电阻 R 反接制动。等速度继电器 SR2 常开触头断开，M1 停车，便可转动变速

38、操纵盘进行变速。变速后，将变速手柄推回原位，SQ3 重新压合，接触器 KM3、KM1和 KM4 线圈获电吸合，电动机 M1 启动，主轴以新选定的速度运转。变速时，若因齿轮卡住手柄不能上下时，此时变速冲动行程开关 SQ6 被压合，速度继电器的常闭触头 SQ2 已恢复闭合，接触器 KM1 线圈获电吸合，电动机 M1 启动。当速度高于 120 转/分时，SR2 常闭触头又闭合了，从而又接接通低速旋转电路而重复是述过程。这样，主轴电动机就被间歇地启动和制动低速旋转。以便齿转能顺利啮合。直到齿轮啮合好，手柄推上后，压下行程开关 SQ3，松开 SQ6，将冲动电路切断。同时，由于 SQ3 的常开触头闭合，主

39、轴电动机启动旋转，从而主轴获得选定的转速。 进给变速的操作和控制与主轴变速的操作和控制相同。只有在进给变速时，拉出的操作手是进给变速操纵盘手柄，与该手柄有机械联系的是行程开关 SQ4，进给变速冲动的行程开关 SQ5。(2)快速移动电动机 M2 的控制主轴的轴向进给、主轴箱（包括尾架）的垂直进给、工作台的纵向和横向进给等的快速移动，是由电动机 M2 通过齿轮、齿条等来完成的。快速手柄扳到正向快速位置时，压合行程开关 SQ8，接触器 KM6 线圈得电吸合，电动机 M2 正转启动，实现快速正向移动。将快速手柄扳到反向快速位置，行程开关被压合，KM7 线圈获电吸合，电动机 M2 反向快速移动。(3)联

40、锁保护位置为了防止在工作台或主轴箱自动快速进给时又将主轴进给手柄扳到自动快速进给的误西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文17操作，就采用了与工作台和主轴箱进给手柄有机械联接的行程开关 SQ1（在工作台后面） 。当上述手柄扳在工作台（或主轴箱）自动快速进给的位置时，SQ1 被断开。同样，在主轴箱上还装有另一个行程开关 SQ2，它与主轴进给手柄有机械联接，当这个手柄动作时，SQ2 也受压分断。电动机 M1 和 M2 必须在行程开关 SQ1 和 SQ2 中有一个处于闭合状态时，才可以启动。如果工作台（或主轴箱）在自动进给（此时 SQ1 断开）时，再将主轴进给手柄扳到自动进给位置（SQ2 也断开）

41、 ，那么电动机 M1 和 M2 便自动停车，从而达到联锁保护之目的。3.4.3 辅助电路分析辅助电路分析T68 卧式镗床设有 36V 安全电压局部照明灯 EL，由开关 SA 手动控制。电路还设有63V 电源指示灯 HL。3.5.电磁离合器直流电路工作原理分析电磁离合器直流电路工作原理分析电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器可分为：干式单片电磁离合器，干式多片电磁离合器，湿式多片电磁离合器，磁粉离合器，转差式电磁离合器等。电磁离合器工作方式又可分为：通电结合和断电结合。1.连接与切离动作：驱动部位与起动部位之间安装离合器，则不须停止驱动处，起动处会依必要反应做连接与切离的

42、动作. 2.变速：作业途中时有相互转换速度的情形、此时使用离合器、则不须关闭驱动处即可变速. 3.正反转：负荷点的正反转切换时、配合离合器使用则驱动外只要顺向回转即可. 4.高频运转：在快速循环中的断续运转、反复利用马达上的 ON、OFF 所提供的频度有限、因此使用离合器、使之迅速反应、高精度的制动. 5.寸动：机械开始作动与位置接合时、只须以离合器瞬时作动即可.3.6 双速电动机与速度继电器简介双速电动机与速度继电器简介1、双速电机原理西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文181） 、双速电机双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改

43、变电动机的转速。根据公式；n1=60f/p 可知异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速 n1 下降至原转速的一半，电动机额定转速 n 也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。最常见的单绕组双速电动机，转速比等于磁极倍数比，如 2 极4 极、4 级8 极，从定子绕组接法变为 YY 接法，磁极对数从p2 变为 p=1，所以转速比2122）双速电动机电气控制原理图图 3.4 双速电动机电气控制原理图2、速度继电器速度继电器是当转速达到规定值时触头动作的继电器。主要用于电动机反接制动西安工业

44、大学继续教育学院毕业（设计）论文19控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。速度继电器的结构如下所示，图 2.5 速度继电器结构图转子是一块固定在轴上的永久磁铁。浮动的定子与转子同心，而且能独自偏摆，定子由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。速度继电器的轴与电动机轴相连，电动机旋转时，转子随之一起转动，形成旋转磁场。笼型绕组切割磁力线而产生感应电流，该电流与旋转磁场作用产生电磁转矩，使定子随转子向转子的转动方向偏摆，定子柄推动相应触头动作。定子柄推动触头的同时，也压缩反力弹簧，其反作用阻止定子继续转动。当转子的转速下降到一定数值时，电磁转矩小于反力弹簧的反作用力矩，定子返回原来

45、位置，对应的触头恢复原始状态。调整反力弹簧的拉力即可改变触头动作的转速。1转子2电动机轴3定子4笼型绕组5定子柄6动触头7反力弹簧8静触头西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文20第第 4 章章 T68 卧式镗床的卧式镗床的 PLC 改造的方案改造的方案4.1 流程图的设计说明流程图的设计说明 西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文21PLC 改造镗床电气设备流程图 分析T68镗床的机械结构、明确控制要求 制定电气改造方案、PLC改造方案 确定输入、输出设备信号的特点 PLC选型 PLC的输入输出分配 控制电路PLC改造 模拟调试 主 轴 电 机 低 速 正 转 主 轴 电 机 低 速 反

46、 转 主 轴 电 机 高 速 正 转 主 轴 电 机 高 速 反 转 主 轴 变 速 冲 动 进 给 变 速 冲 动 进 给 电 机 正 转 进 给 电 机 反 转 4.2 PLC 改造的目的改造的目的电控制系统是机床的重要组成部分，其技术的先进与否，在很大程度上决定调试成功 整理资料,上交文件 YES NO 程 序 调 试 错 误 西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文22了整台机床的综合性能。对系统的可靠性要求越来越高，PLC 具有控制可靠、体积小、功能强、速度快、组态灵活和可扩展的特点而得到了广泛的应用，电气系统的可靠性也大大提高了。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生

47、产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有能力采用新技术对原有电气控制系统进行改造。 在工业控制领域，为了实现弱点对强电的控制，使机械设备实现预期的要求，继电器系统曾被广泛使用并占主导地位。虽然它具有结构简单、易学易懂、价格便宜的优点，但其控制过程是由硬件接线的方式实现的。如果某一个继电器损坏，甚至仅仅是一对触点接触不良，就可能造成系统的瘫痪，而故

48、障的查找和排除又往往是困难的，需要花费很长的时间。如果产品更新换代，则需要改变整个系统的控制周期。可见，继电气控制系统存在着可靠性低，适应性差的缺点，给人们在使用上带来很大的不便和遗憾。而机床作为工作母机，对电气的控制也有了很高的要求-必须有很强的抗干扰能力，运行可靠，并且简化电气控制方式，提高机床电气的使用寿命，因此对 T68 镗床的 PLC 改造是一种适合现代化控制方式。通过对 PLC 的弱电控制，使输出方式动作而完成钻床预定的工作方式。从而实现用 PLC 弱电控制强电的目的。使钻床电气部分能够进一步的安全、准确、有效的运行。 再者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

49、继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，因此故障维修困难，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，减少了维修量，提高了功效。其原控制电路为继电器控制，接触点多，线路复杂，故障多，操作人员维修任务大，为了克服以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率。我们采用 PLC 控制改造其机电控制电路。目的是使机床能快速响应动作，灵活可靠的完成生产任务，而故障率要相应低。PLC 内部的逻辑触点代替了继电器的机械触点，来控制机床的动作，逻辑触点与机械触点相比动作时间大大缩短，连接快而可靠，还有就是它的寿命比机械触点

50、有很大幅度的增长，可到达几百万次到几千万次。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文234.3 设计要求设计要求 1.应根据 T68 镗床电气系统的要求，确定 PLC 控制的基本方式与控制系统的保护设施、信号指示、系统故障指示等。2.根据控制任务，确定的机型，进行/地址分配，画出/接线图。3.对较复杂的控制系统，应根据机床的运动形画出工作流程图，以便与程序梯形图。4.根据机床的控制要求，运动形式与流程图设计梯形图。5.根据梯形图写出相应的语句表指令。6.完成程序的调试后，进行资料整理。7.绘制出镗床电气控制系统图。8.控制系统硬件设计。硬件设计的内容包括：镗床主电路和的控制电路；主令元件和执行

51、元件的选择；输入和输出端的接线图；输出电路的外接电源；电器柜的结构以及柜内的电器供电系统；电器元件的明细表等。9.编写程序，进行仿真测试，调试程序。4.4 PLC 改造的思路改造的思路通过对镗床电气所有硬件部分接线方式的了解与认识，从实际连线出发，掌握镗床的工作原理以及各种机械部分的动作方式。然后按照其接线画出相应原理图，并对其进行注释。对原理图作进一步的分析，将所有的机械动作原件（接触点、按钮、继电器等）转换成以 PLC 的软件控制（即软件控制硬触点） 。设计 PLC 的梯形图，要求与原有电气部分控制的工作原理相同。4.5 PLC 控制系统改造的说明控制系统改造的说明采用 PLC 实现对 T

52、68 镗床电气控制改造时，原有的镗床线路中的照明、电源指示、低压备用电源以及控制电源变压器及相关电路保持原有的电路配置连接。原电气控制线路中的继电器、接触器系统中的按钮、速度继电器、行程开关都为 PLC 的输入设备，接触器线圈为 PLC 的输出设备。经过统计 PLC 的 I/O 的点数，整个系统中需要用到 46 个输入点， 输出点。因此可选用FX2n-48MR 的型号对其进行可控编程器的改造。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文24第第 5 章章 T68 镗床电气控制系统的镗床电气控制系统的 PLC 改造改造5.1.PLC 控制系统改造说明与控制系统改造说明与 I/O 地址分配地址分配5.

53、1.1 PLC 的选型的内容的选型的内容1.PLC 生产厂家的选择从对产品的熟程度及产品本身的可靠性及改造的要求，我们选择三菱系列的产品。2.输入输出(I/0)点数的估算I/O 点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数的总和为依据。在一般情况下，PLC 的 I/O 点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。T68 镗床 PLC 改造所需的输入点数为：17 点；所需的输出点数为 7 点；所需 I/O点数一共需要：24 点，所以我们选择的 PLC 的型号所需的 I/O 点数至少为：24*（1+10%）=27 点 3.PLC 存

54、储器容量的估算程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。容量的计算大体上是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数(16 位为一个字)，另外再按此数的 25%考虑余量。该 PLC 有 24 点且为数字量，则所需的存储容量估算为：24*15*（1+25%）=450 （字）450*16/1024=7.3KB 取整： 8KB4.PLC 通讯功能的选择该 PLC 需要满足的通讯功能没有特殊的要求。5.电源的选择根据我国的电网用电实用标准，我们选择电源为 AC220 的 PLC。6.PLC 机型的选择西安工业

55、大学继续教育学院毕业（设计）论文25FX2N-48MR-001 输入点： 24，24 继电器输出5.1.2 PLC 控制系统硬件设计控制系统硬件设计T68 镗床的安装板电器元件平面布置图 如图 4.3 所示。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文265.1.3 I/O 输入输出分配表输入输出分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号主轴电动机 M1 热继电器FRX0主轴电动机 M1正转接触器KM1Y0主轴电动机 M1 制动停止按钮SB1X1主轴电动机 M1反转接触器KM2Y1主轴电动机 M1 正转启动按钮SB2X2制动电阻 R 短接接触器KM3Y2主轴电动机 M1 反转启动按

56、钮SB3X3主轴电动机 M1低速运转接触器KM4Y3主轴电动机 M1 正转点动按钮SB4X4主轴电动机 M1高速运转接触器KM5Y4主轴电动机 M1 反转点动按钮SB5X5快速移动电动机M2 正转接触器KM6Y5联锁保护行程开关ST1X6快速移动电动机M2 反转接触器KM7Y6联锁保护行程开关ST2X7主轴变速制动停止行程ST3X10西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文27开关进给变速制动停止行程开关ST4X11进给变速冲动行程开关ST5X12主轴变速冲动行程开关ST6X13快速移动反转行程开关ST7X14快速移动正转行程开关ST8X15主轴电动机 M1 高、低速转换行程开关ST9X16主

57、轴电动机反转闭合速度继电器常开触点KS1X20主轴电动机正转闭合速度继电器常开触点KS2X21西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文285.1.4 T68 镗床镗床 PLC 改造梯形图改造梯形图西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文295.1.5 硬件接线图硬件接线图西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文305.1.6 T68 镗床镗床 PLC 改造主程序改造主程序：西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文315.2 PLC 对对 T68 卧式镗床的工作原理卧式镗床的工作原理启动：当按下主轴电动机 M1 正转启动按钮 SB1 时，PLC 输入点 X2 接收信号动作，输出正转信号，驱动主轴

58、电动机 M1 正转接触器动作，使电动机正转。当按下主轴电动机 M1 反转启动按钮 SB2 时，PLC 输入点 X3 接收信号动作，输出反转西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文32信号，从使而主轴电动机 M1 反转接触器动作，使电动机反转。制动：当主轴电动机 M1 正转接触器动作，使主轴进给变速冲动。5.3 改造后的镗床电路图改造后的镗床电路图图 5-1 镗床电路图西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文33第第 6 章章 调试说明调试说明（准备：将 SQ1 与 SQ3 常开串联（X10） ，SQ1 与 SQ3 常闭并联（X7）置 1）6.1 主轴正转高主轴正转高低速低速将变速手柄扳 “高速

59、”位置，使微动开关 SHY（X5）受压而闭合，为 KT（T0）和 KM3（Y3）的工作做准备；当按下 SB2（X1）时KA1（M1）得电且自锁KM3 和KT 都得电KM1 得电，M1（双速电动机）先低速正向起动；当 KT 延时 1s 后KT 的常闭触点（T0）断开KM4（Y4）失电，同时 KT 的常开触点（T0）闭合KM5（Y5）得电M1 接成双 Y 形切换为高速运转。按下 SB2（X001）中间继电器 KA1（M1）得电且自锁接触器 KM3（Y3）得电KA1 和 KM3 的常开触点都吸合KM1（Y1）得电其常开触点吸合KM4（Y4）得电M1（双速电动机）接成三角形低速正向运行6.2 主轴反转

60、高低速主轴反转高低速将变速手柄扳 “高速”位置，使微动开关 SHY（X5）受压而闭合，为 KT（T0）和 KM3（Y3）的工作做准备；当按下 SB3（X2）时KA2（M2）得电且自锁KM3 和KT 都得电KM2（Y2）得电，M1（双速电动机）先低速反向起动；当 KT 延时（1s）后KT 的常闭触点（T0）断开KM4（Y4）失电 M1 停转，同时 KT 的常开触点（T0）闭合KM5（Y5）得电M1 接成双 Y 形切换为高速运转。按下 SB3（X2） ，继电器和接触器的通电顺序 KA2（M2）KM3（Y3）KM2（Y2）KM4（Y4） ，使 M1（双速电动机）接成三角形形低速反向运行。6.3 主轴