基于PLC的电动镗床控制系统设计

1、基于PLC的电动镗床控制系统设计摘 要 镗床是机械加工中使用比较普遍的设备，主要用于加工精确的孔和孔间距离要求较为精确的零件，属于精密机床。目前，中小型企业使用的是传统继电-接触控制的卧式镗床。由于继电接触控制的电路复杂，动作速度慢，可靠性差，故障诊断与排除困难等缺点，使得这些企业的生产效率低下、效益差。针对这种情况，采用PLC对卧式镗床进行改造。本设计的机床电力拖动系统由两台三相交流异步电动机组成。主电动机为双速电动机，用以实现拖动机床的主运动和进给运动。并用MCGS软件进行模拟仿真，MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用

2、于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件。在本次设计中用MCGS软件通过对现场数据的采集处理，以动画显示对T68镗床的工作过程进行监控。PLCPLC改造后的优点改造后的优点关键词：关键词：PLC 改造 T68镗床 MCGS软件 Design of boring based on PLCAbstractBoring is used in the mechanical processing equipment, Mainly used for machining precision of the distance between the hole hole and more exact requi

3、rements of parts, Belong to precision machine tools. At present, the use of small and medium-sized enterprises are traditional relay - contact control horizontal boring. Due to the complexity of the control circuit relay contact, slow, poor reliability, fault diagnosis and eliminate disadvantages su

4、ch as difficult, which makes the enterprise production efficiency and benefits. In view of this situation, adopting PLC for horizontal boring. The design of the machine by two electric drive systems composed 3-phase induction motor. The motor is a two-speed motor to drive into the machine and to exe

5、rcise. Using the MCGS software simulation, and Control commissions MCGS (so, general System) is a set of monitoring System for fast and generating computer monitoring System configuration software. In this design using the MCGS software based on field data collection and processing, with animation d

6、isplay of T68 boring work process monitoring.Key words: T68 boring MCGS software PLC transformation目 录 1 引 言 .12 T68 型卧式镗床控制原理.22.1 T68 型卧式镗床的主要结构和运动形式 .22.1.1 T68 型卧式镗床的主要结构 .22.1.2 T68 型卧式镗床的运动形式 .32.2 T68 型卧式镗床电器控制 .32.2.1 T68 型卧式镗床原有电器控制 .32.2.2 T68 型卧式镗床电器控制的改造 .32.3 T68 型卧式镗床主要元件的选择 .42.3.1 电动

7、机的选择.42.3.2 控制电路中所用元器件的选择.53 PLC 对 T68 卧式镗床的改造过程.83.1 PLC 的概述 .83.1.1 PLC 的基本结构 .83.1.2 PLC 的语言 .93.1.3 可编程控制器的选型 .103.2 改造过程 .113.2.1 整体设计简介 .113.2.2 利用西门子 S7-200PLC 对 T68 镗床的改造.114 MCGS 组态软件概述.264.1 MCGS 组态软件简介 .264.2 MCGS 组态软件的系统构成 .264.2.1 MCGS 组态软件的整体结构 .264.2.2 MCGS 组态软件的组成 .264.3 MCGS6.2 通用版

8、.284.4 MCGS 对 T68 镗床的监控 .284.4.1 T68 卧式镗床工程简介 .284.4.2 T68 卧式镗床工程的建立 .29结论 .35谢 辞 .36参考文献 .37附录一 T68 卧式镗床梯形图.38外文资料 .42唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计01 引 言卧式镗床具有万能特点，主要用于孔的精加工，可以进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔及加工端平面等。传统继电-接触器控制的卧式镗床，在控制线路上的一些复杂性、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。而 PLC 以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程

9、序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用2。因此，选用 PLC 对 T68卧式镗床进行改造不仅在工艺控制要求的情况下大大提高了生产效率，同时还克服了手动操作所带来的一些人为的干扰因素，取得了良好的经济效益。本设计方案采用西门子 S7-200 系列 PLC 对 T68 镗床进行改造，通过机械部分的系统主电路设计，T68 镗床用 2 台电动机，主轴电机 M1 拖动主轴的旋转和工作进给，M2 电动机实现工作台的快移。M1 电动机是双速电动机，低速用接法，高速是 YY 接法，主轴旋转和进给都有齿轮变速，停车时采用反接制动、主轴和进给的齿轮变速采用断续自动低

10、速冲动。同时根据 T68 镗床的控制要求和特点，确定 PLC 的输入、输出分配，设计出梯形图并进行调试，采用MCGS 软件进行监控。若选择了合适的 PLC 控制器，分配好 I/O 端子口，用梯形图来实现主电动机的正转、反转的点动控制、主轴停车迅速、准确；主轴变速时有低速和断续变速设置；有必要的联锁与保护环节；故障的自检测和自诊断功能。并用 MCGS 软件对其工程进行监控，故可实现电控系统的快速性、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。唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计12 T68型卧式镗床控制原理2.1 T68 型卧式镗床的主要结构和运动形式2.1.1 T68

11、 型卧式镗床的主要结构T68 卧式镗床的结构如图 2-1 所示，主要由床身、前立柱、镗床架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板、工作台等部分组成。图 2-1 T68 卧式镗床结构示意图1-床身 2-镗头架 3-前立柱 4-平旋盘5-镗轴 6-工作台 7-后立柱8-尾座 9-上溜板 10-下溜板 11-刀具溜板床身是一个整体的铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗床架，镗床架可沿导轨垂直移动。镗床架上装有主轴、主轴变速箱、进给变速箱与操纵机构等部件。切削刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘的刀具溜板上。在镗削加工时，镗轴一面旋转，一面沿轴向作进给运动。平行盘只能旋转，装在其上的

12、溜板作径向进给运动。镗轴和平行盘轴径由各自的传动链传动，因此可以独自旋转，也可以不同转速同时旋转。在床身的另一端装有后立柱，后立柱可沿床身导轨在镗轴轴线方向调整位置。在后立柱导轨上安装有尾座，用来支撑镗轴的末端，尾座与镗头架同时升降，保证两者的轴心在同一水平线上。安装工件的工作台安放在床身中部的导轨上，它由下溜板、上溜板与可转动的工作台组成。下溜板可沿床身导轨作纵向运动，上溜板可沿下溜板的导轨作横向运动，工作台相对于上溜板可作回转运动。唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计22.1.2 T68 型卧式镗床的运动形式主运动：镗轴和平旋盘的旋转运动。进给运动：镗轴的轴向进给，平旋盘刀具溜板

13、的径向进给，镗头架的垂直进给，工作台的纵向进给和横向进给。辅助运动：工作台的回转，后立柱的轴向移动，尾座的垂直移动及各部分的快速移动等。T68 型卧式镗床运动对电气控制电路的要求：(1)主运动与进给运动由一台双速电动机拖动，高低速可选择；(2)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；(3)主电动机要求正反转以及点动控制；(4)主电动机应设有快速准确的停车环节；(5)主轴变速应有变速冲动环节；(6)快速移动电动机采用正反转点动控制方式；(7)进给运动和工作台不平移动两者只能取一，必须要有互锁。2.2 T68 型卧式镗床电器控制2.

14、2.1 T68 型卧式镗床原有电器控制T68 卧式镗床原有电器控制电路为继电器控割方式，其触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务繁重的问题。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。2.2.2 T68 型卧式镗床电器控制的改造对 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

15、、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。现利用可编程序控制器(PLC) 可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点，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，从而保证了电控唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计3系统的快速性、准确性、合理性，更好地满足

16、了实际生产的需要，提高了经济效益。2.3 T68 型卧式镗床主要元件的选择2.3.1 电动机的选择T68 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。主电路有两台电动机。由于主轴旋转与进给量都有较大的调速范围，主运动与进给运动由一台电动机拖动，为简化传到机构所以本次设计中所选用的是双速笼型异步电动机。功率为 5.5/7.5KW，转速为 1460/2880r/min。主电动机高低速的变换由主轴孔盘变速机构内的限位开关SQ 控制。其工作原理图如图 2-2 所示，用按钮和接触器控制双速电动机：先合上电源开关按下低速起动按钮 a，接触器 1 线圈通电，联锁

17、触头断开，自锁触头闭合，接触器 1 主触头闭合，电动机定子线圈三角形联结低速运转。如需换为高速运转，可按下高速起动按钮 b，接触器 1 线圈断电，主触头断开、自锁触头断开，联锁触头闭合，同时接触器 2 和 3 线圈获电主触头闭合，使电动机定子线圈接成双星形并联，电动机高速运转。电动机高速运转是 2 和 3 两个接触器控制，把它们的常开辅助触头串联起来作为自锁，只有当两个接触器都闭合时，才允许工作。由此分析可知其运行方式是非常安全的，可以满足 T68 镗床所要求的高低速切换动作，并且使其传动机构得到了简化。唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计4图 2-2 双速笼型异步电动机工作原理图2

18、.3.2 控制电路中所用元器件的选择T68 卧式镗床电气控制电路所用电器元件一览表如表 2-1 所示：表 2-1 电器元件一览表符号数量名称及用途KM1 KM22主电动机正反转用接触器KM31限流电阻短路用接触器KM4 KM53主电动机高低速转换用接触器KM6 KM72快速电机正反转用接触器SB61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SQ1 SQ22主轴用变速限位开关SQ3 SQ42进给变速用限位开关SQ1接通主电动机高速用限位开关唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计5SQ5 SQ62快速电动机

19、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FR1主电动机过载保护用热继电器1 控制按钮和开关的选型按钮是短时切换小电流控制电路的开关，依据控制功能，选择按钮的结构形式及颜色，如果急操作选择蘑菇形钮帽的紧急按钮，特殊需要选择带指示灯的按钮，停止按钮用红色，启动按钮用绿色。可根据同时控制的路数，通或断选择触头对数及种类，确定所需型号的按钮。2 接触器的选型接触器是用来接通和切断电动机或其它负载主电路的一种控制电器。接触器具有强大的执行机构，大容量的主触头及迅速的熄灭电弧的能力。当系统发生故障时，能根据故障检测元件所给出的动作信号，迅速可靠的切断电源，并有低压释放

20、功能。用于电机的控制及保护。根据国标选择 KM1-KM7 为 CJ20-16。3 热继电器的选择热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。(1)类型选择：一般情况下，可选用两相结构的热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。(2)热继电器额定电流选择： 热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。(3)热元件额定电流的选择和整定： 热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的 6 倍及启动时间不超过 5

21、S 时，热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的 1.1-1.15 倍。热继电器选择 JR-60/3 型。4 速度继电器的选择速度继电器又称反接制动 继电器。它的主要结构是由转子、定子及触点三部分组成。唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计6速度继电器主要用于三相异步电动机反接制动的控制电路中，它的任务是当三相电源的相序改变以后，产生与实际转子转动方向相反的旋转磁场，从而产生制动力矩。因此，使电动机在制动状态下迅速降低速度。在电机转速接近零时立即发出信号，切断电源使之停车（否则电动机开始反方向

22、起动）。由于继电器工作时是与电动机同轴的，不论电动机正转或反转，电器的两个常开触点，就有一个闭合，准备实行电动机的制动。一旦开始制动时，由控制系统的联锁触点和速度继电器的备用的闭合触点，形成一个电动机相序反接（俗称倒相）电路，使电动机在反接制动下停车。而当电动机的转速接近零时，速度继电器的制动常开触点分断，从而切断电源，使电动机制动状态结束。常用的速度继电器有 JY1 型和 JFZ0 型两种。其中， JY1 型可在7003600r/min 范围内可靠地工作； JFZO1 型使用于3001000r/min；JFZO-2 型适用于 10003600r/min。他们具有两个常开触点、两个常闭触点，触

23、电额定电压为380V，额定电流为 2A。一般速度继电器的转轴在 130r/min 左右即能动作，在 100r/min 时触头即能恢复到正常位置。可以通过螺钉的调节来改变速度继电器动作的转速，以适应控制电路的要求。5 熔断器的选择熔断器是一种过电流保护电器。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。 熔体额定电流的选择 由于各种电气设备都具有一定的过载能力，允许在一定条件下较长时间运行；而当负载超过允许值时，就要求保护熔体在一定时间内熔断。还有一些设

24、备起动电流很大，但起动时间很短，所以要求这些设备的保护特性要适应设备运行的需要，要求熔断器在电机起动时不熔断，在短路电流作用下和超过允许过负荷电流时，能可靠熔断，起到保护作用。熔体额定电流选择偏大，负载在短路或长期过负荷时不能及时熔断；选择过小，可能在正常负载电流作用下就会熔断，影响正常运行，为保证设备正常运行，必须根据负载性质合理地选择熔体额定电流。 (1)照明电路熔体额定电流 被保护电路上所有照明电器工作电流之和。 唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计7(2)电动机： 1)单台直接起动电动机 熔体额定电流 (1.52.5)电动机额定电流。 2)多台直接起动电动机 总保护熔体额定电

25、流 (1.52.5)各台电动机电流之和。 3 PLC 对 T68 卧式镗床的改造3.1 PLC 的概述可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。PLC是一种用于工业

26、自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、易维修、编程简单、灵活性好等特点。 3.1.1 PLC 的基本结构1 中央处理单元(CPU)唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计8PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与计算机相同，PLC 硬件结构如图 3-1 所示： 图 3-1 PLC 硬件结构中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编

27、程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。2 存储器PLC 常用的存储器类型有：RAM、EPROM、EEPROM，由于 RAM 是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快

28、，由锂电池支持。所以本次设计选用此种存储器类型。PLC 存储空间的分配虽然各种 PLC 的 CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据 PLC 的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：(1)系统程序存储区(2)系统 RAM 存储区（包括 I/O 映象区和系统软设备等）(3)用户程序存储区系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在 EPROM 中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该 PLC 的性能。唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计9系统 RAM 存储区：系统

29、RAM 存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。3.1.2 PLC 的语言不同的商家的 PLC 有不同的编程语言，但就某个商家而言，PLC 的编程语言有顺序功能图、梯形图、语句表、功能块图。本次设计所用的是西门子 PLC的编程语言，因梯形图与继电器电路很相似，具有直观易懂得的特点很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，所以本次设计选用的编程语言是梯形图。在本次设计中所用的 S7-200 系列的 PLC 使用的编程工具是STEP7MICRO/WIN 编程软件。STEP7MICRO/WIN 编程软件是强大的工控编程组态软件，在

30、 Windows 平台上运行的 SIMATIC S7-200 软件简单、易学，能够解决复杂的自动化任务 ，可以快速进入，节省编程时间，具有扩展功能 ，基于标准的 Windows 软件(类似于 Winword, Outlook 等标准应用软件。STEP 7-Micro/WIN 编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。编程软件 STEP7-Micro/WIN 的主界面如图 3-2 所示：基本功能(1)STEP 7-Micro/WIN 是在 Windows 平台上运行的 SIMATIC S7-200 PLC编程软件，简单、易学，能够解决复杂的自动化任务； (2)适用于所有

31、SIMATIC S7-200 PLC 机型软件编程； (3)支持 IL、LAD、FBD 三种编程语言，可以在三者之间随时切换；(4)STEP 7-Micro/WIN 提供软件工具帮助您调试和测试您的程序。这些特征包括：监视 S7-200 正在执行的用户程序状态，为 S7-200 指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。图 3-1 编程软件 STEP7-Micro/WIN 主界面唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计103.1.3 可编程控制器的选型在西门子 S7-200 系列 PLC 中，又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226 等之分，由于 T68 卧式镗床电气控制部

32、分涉及较多的输入/输出端口，并且其控制逻辑非常复杂，出于对其端口以及程序容量的考虑，所以在本次设计中选择了 CPU226 作为该控制系统的主机。 S7-200 系列 PLC 系统由基本单元（主机）、I/O 扩展单元、功能单元和外部设备等组成。S7-200 PLC 基本单元（主机）的结构形式为整体式结构。本次设计中使用的是 S7-200 系列 CPU226 小型 PLC。小型 PLC 系统由（主机箱）、I/O 扩展单元、文本、图形显示器、编程器等组成。CPU226 主机箱体外部设有 RS-485 通信接口，用以连接编程器（手持式或 PC 机）、文本、图形编辑器、PLC 网络等外围设备；还设有工作

33、方式开关，模拟电位器，I/O 扩展接口，工作状态指示灯和用户程序存储卡。I/O 接线端子排及发光指示灯等。1 基本单元 I/OCPU226 集成 24 输入/16 输出共 40 个数字量 I/O 点，可连成 7 个扩展模块。13KB 程序和数据存储空间。CPU226 主机共有 I0.0I0.7、I1.0I1.7、I2.0I2.7 24 个输入点和Q0.00.7、Q1.0Q1.7 14 个输出点。2 基本单元 I/O 及扩展CPU226PLC 主机的输入点数为 24 点，输出点数为 16 点，可扩展的模块数为 7。3 高速反应性CPU226 有 6 个高速计数脉冲输入端（I0.0I0.5），最快

34、的响应速度为30KHZ。用于捕捉比 CPU 扫描周期更快的脉冲信号。CPU226 有 2 个高速脉冲输出端（Q0.0、Q0.1）,输出脉冲频率可达20KHZ。用于 PT0(高速脉冲束)和 PWM(宽度可变脉冲输出)高速脉冲输出。3.2 PLC 对 T68 镗床的设计3.2.1 整体设计简介在本设计中原镗床的工艺加工方法不变， 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，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，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，改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。本机床的电力拖动

35、系统由两台三相交流异步电动机组成。因为功率较小，唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计11所以均采用接触器直接起动控制线路。M1 是主电动机，由主轴电动机 M1 正转接触器 KM1 与主轴电动机 M1 反转接触器 KM2 控制其正向转动和反向转动的起动与停止。交流接触器 KM3 用来短路限流电阻 R。M1 的过载保护电器是FR。M2 是主轴箱和工作台的快速移动电动机，功率为 2.2KW，转速为1460r/min。因为快速移动是短时间工作，所以不设过载保护。3.2.2 利用西门子 S7-200PLC 对 T68 镗床的改造1 镗床主电路分析主电动机为双速电动机，用以实现拖动机床的主运动和

36、进给运动，功率为5. 5/7. 5KW，转速为 1460/2880r/min。主电路中有两台电动机，M1 为主轴与进给电动机，绕组接法为 / YY。M2 为快速移动电动机。 电动机 M1 由 5 个接触器控制，KM1 和 KM2 控制 M1 的正反转，KM3 控制 M1 的低速运转，在点动、制动以及变速中的脉动慢转时，在定子电路中均串入限流电阻 R，以减少启动和制动电流。KM4、KM5 控制 M1 的高低速运转。FR 对 M1 进行过载保护。 主电动机高低速的变换由主轴孔盘变速机构内的限位开关 SQ 控制。在常态下，SQ 断开低速；当 SQ 被压下时，接通高速。接触器 KM4、KM5 用来改变

37、主电动机定子绕组的联接方法。当 KM4 的主触点闭合，绕组接成三角形，主电动机的转速为 1460r/min。当 KM4 的主触点断开，KM5 的主触点闭合时，绕组接成双星形，主电动机的转速为 2880r/min。T68 镗床的主电路如图 3-2 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计12图 3-2 T68 镗床的主电路2 I/O 分配表本次设计一共用了 18 个输入，9 个输出；使用了五个输入按钮，分别为停止按钮；电动机 M1 正、反转启动按钮；电动机 M1 正、反转点动按钮；用了十三个开关量，分别为高低速转换行程开关；主轴变速、啮合开关；进给变速、啮合开关；工作台或主轴箱机动进

38、给开关；工作台或平旋盘机动进给开关；主轴或平旋盘机动进给开关；M2 快速正、反转开关；主轴过载动作；速度继电器正、反转开关；照明开关。使用了九个输出量分别为：主轴电动机 M1 正、反转接触器；主轴定子短接电阻接触器；主轴电动机 M1 高、低速运转接触器；快速移动电动机 M2 正、反转接触器；运行监控指示灯；照明指示灯。唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计13I/O 分配表如表 3-1 所示：表 3-1 I/O 分配表输入输出元件名称、代号输入点元件名称、代号输出点主轴电动机M1 制动停止按钮SB6I0.0主轴电动机 M1 正转接触器KM1Q0.0主轴电动机M1 正转启动按钮SB1I0

39、.1主轴电动机 M1 反转接触器KM2Q0.1主轴电动机M1 反转启动按钮SB2I0.2主轴定子短接电阻KM3Q0.2主轴电动机M1 正转点动按钮SB3I0.3主轴电动机 M1 低速运转接触器KM4Q0.3主轴电动机M1 反转点动按钮SB4I0.4主轴电动机 M1 高速运转接触器KM5Q0.4高低速转换行程开关SQI0.5快速移动电动机 M2 正转接触器KM6Q0.5主轴变速开关SQ1I0.6快速移动电动机 M2 反转接触器KM7Q0.6主轴啮合开关SQ2I0.7运行监控HLQ1.1进给变速开关SQ3I1.0照明HLQ1.0进给啮合开关SQ4I1.1工作台或主轴箱机动进给开关SQ5I1.2主轴

40、或平旋盘机动进给开关SQ6I1.3M2 快速正转开关SQ7I1.4M2 快速正转开关SQ8I1.5主轴过载动作FRI1.6速度继电器正转KS1I1.7速度继电器反转KS2I2.0照明开关SAI2.13 外部接线图如图 3-3 所示为 T68 卧式镗床的外部接线图，图中输入量与相应的按钮和唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计14开关进行链接，其中，SQ 为高低速转换开关，SQ1、SQ2 为主轴开关，SQ3、SQ4 为进给开关。用此开关对其进行一个变速的设置。SQ5、SQ6 在此设置中起到一个保护的作用，这两个开关一旦同时动作此工作台将停止工作。其输出量与相应的接触器进行链接。图 3-3

41、 外部接线图4 电气控制的过程(1)主电动机转动控制1)主电动机的正向点动控制按下正向点动按钮 SB3，输入继电器 I0.3 得电，输出继电器 Q0.0 得电，同时输出继电器 Q0.3 也得电，交流接触器 KM1、KM4 通电吸合，其主触点闭合，接通电源。这时，因为接触器 KM5 无电，所以主电动机定子绕组接成三角形。又因为交流接触器 KM3 无电，以限流电阻 R 串接入主电动机的电源电路中。这样，主电动机定子绕组接成三角形，经限流电阻 R 接通三相电源，主电动机起动正向旋转。松开正向点动按钮 SB3，输入继电器 I0.3 断电，输出继电器 Q0.0断电，同时输出继电器 Q0.3 也断电，接触

42、器 KM1 和 KM4 断电释放，他们的主触点断开，切除电源，主电动机停转。其主电动机的正向点动梯形图如图 3-4 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计15图 3-4 主电动机的正向点动2)主电动机的反转点动控制控制线路及其控制原理均和正向点动相似，只要把点动按钮 SB3 换成SB4，输入继电器 I0.3 换成 I0.4，输出继电器 Q0.0 换成 Q0.1，交流接触器KM1 换成 KM2 即可。其主电动机的反向点动梯形图如图 3-5 所示：图 3-5 主电动机的反向点动3)主电动机正向低速转动控制主电动机低速转动时，限位开关 SQ 的动合触点 I0.5 处于断开位置，I1.0

43、和 I1.1 处于闭合位置。按下主电动机正向起动按钮 SB1，输入继电器 I0.1 得电，内部继电器 M0.1 得电并自锁，输出继电器 Q0.2 得电，Q0.2 与 M0.1 的得电，又使输出继电器 Q0.0 得电，Q0.0 的得电，又使输出继电器 Q0.3 得电。输出继电器 Q0.2、Q0.1、Q0.3 的相继得电，使接触器 KM3、KM1 和 KM4 得电。KM3 的主触点闭合，将限流电阻 R 短路。KM1 的主触点闭合，引入三相电源。KM4 的主触点闭合，接通主电动机 M1 的三相电源。因为高速转动交流接触器唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计16KM5 无电，所以主电动机定子

44、绕组接成三角形，在全电压(不经限流电阻 R)下起动正向低速旋转。其主电动机的正向低速转动梯形图如图 3-6 所示：图 3-6 主电动机的正向低速转动4)主电动机反向低速转动控制控制线路及其控制原理均和正向低速转动时相似，只要把正向转动起动按钮 SB1 换成反向转动起动按钮 SB2，输入继电器 I0.1 换成 I0.2，内部继电器M0.1 换成 M0.2，输出继电器 Q0.0 换成 Q0.1，接触器 KM1 换成 KM2 即可。其主电动机的反向低速转动梯形图如图 3-7 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计17图 3-7 主电动机的反向低速转动5)主电动机正向高速转动控制需要主电

45、动机高速转动时，通过变速机构的机械动作，将行程开关 SQ 的动合触点闭合。输入继电器 I0.5 得电，为时间继电器 T37 的得电作准备。按下正向转动起动按钮 SB1，输入继电器 I0.1 得电，内部继电器 M0.1 得电并自锁。输出继电器 Q0.2、Q0.0、Q0.3 得电，交流接触器 KM3、KM1、KM4 先后得电吸合，主电动机定子绕组接成三角形在全电压下正向低速转动，Q0.2 得电的同时，时间继电器 T37 得电。经过 3 秒左右的延时，时间继电器 T37 延时断开的动断触点断开，输出继电器 Q0.3 断电，低速转动接触器 KM4 断电释放。同时，时间继电器 T37 延时闭合的动合触点

46、闭合，输出继电器 Q0.4 得电，高速转动接触器 KM5 通电吸合，将主电动机定子绕组接成双星形并重新接通三相电源，使主电动机从低速正向转动变为高速正向转动。其主电动机的正向高速转动梯形图如图 3-8 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计18图 3-8 主电动机的正向高速转动6)主电动机反向高速转动控制控制线路及其控制原理均和正向高速转动相似，只要把正向转动起动按钮SB1 换成反向转动起动按钮 SB2，输入继电器 I0.1 换成 I0.2，内部继电器 M0.1换成M0.2，输出继电器 Q0.0 换成 Q0.1，接触器 KM1 换成 KM2 即可。其主电动机的反向高速转动梯形图如

47、图 3-9 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计19图 3-9 主电动机的反向高速转动7)M1 正反转控制的梯形图用 PLC 来完成对 M1 的正反转控制，需要 PLC 内部继电器 M1.0、M1.1 作为正反转控制的辅助继电器，为了可靠地保证正反转的切换，要用定时器 T37和 T38 来完成 0.5s 的转换延时，如图 3-10 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计20图 3-10 M1 正反转控制(2)主电动机的反接制动控制反接制动由停止按钮 SB1 和速度继电器 KS 控制。速度继电器分为正转KS1 和反转 KS2 两种,在电动机转速较高时,KS1(正转时

48、)和 KS2(反转时)的动合触点闭合。当电动机转速降到速度继电器的复位转速时，速度继电器的动合触点断开。1)主电动机正向转动时的反接制动控制线路主电动机正向转动时，正向速度继电器 KS1 的动合触点闭合。需要停车时，按下停止按钮 SB6，输入继电器 I0.0 动断触点断开。如果原来为低速转动，交流接触器 KM1、KM3、KM4 断电释放；如果原来为高速转动，则交流接触器KM1、KM3、KM5 断电释放，限流电阻 R 接入电动机电路。虽然电动机已和电源断开，但由于惯性作用，主电动机仍以较高的速度正向转动。速度继电器KS1 触点为闭合状态。在按下 KS1 时，输入继电器 I1.7 其动合触点闭合，

49、输出继电器 Q0.1 得电，交流接触器 KM2 的线圈通电吸合。同时，输出继电器 Q0.4得电，接触器 KM4 的线圈吸合。接触器 KM2 和 KM4 的主触点闭合，经限流电阻 R 接通主电动机的三相电源,主电动机进行反接制动，转速立即下降。当主电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器 KS1 的动合触点断开，输入继电器 I2.0 断电，输出继电器 Q0.1、Q0.4 断电,接触器 KM2 和 KM4的线圈先后断电释放，它们的主触点断开，切除主电动机的电源，主电动机停转，反接制动结束。其主电动机正向转动时的反接制动梯形图如图 3-11 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设

50、 计计21图 3-11 主电动机正向转动时的反接制动2)主电动机反向转动时的反接制动控制控制线路及其控制原理均和正向转动时的反接制动相似，只要将正向转动速度继电器 KS1 换成反向转动速度继电器 KS2，输入继电器 I1.7 换成 I2.0，输出继电器 Q0.1 换成 Q0.0，将交流接触器 KM2 换成 KM1 即可。其主电动机反向转动时的反接制动梯形图如图 3-12 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计22图 3-12 主电动机反向转动时的反接制动(3)主轴变速或进给变速时主电动机的缓转控制唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计23T68 卧式镗床的主轴变速与进给变

51、速可在停车时进行也可在运行中进行。变速时将变速手柄拉出，转到变速盘，选好速度后，再将变速手柄推回。拉出变速手柄时，相应的变速行程开关不受压；推回变速手柄时，相应的变速行程开关压下，SQ1、SQ2 为主轴变速用行程开关，SQ3、SQ4 为进给变速用行程开关。1)停车变速 由 SQ1SQ4、KT、KM1、KM2 好 KM4 组成主轴和进给变速时的低速脉动控制，以便齿轮顺利啮合。下面以主轴变速为例加以说明。因为进给运动没有进行变速，进给变速手柄推回，进给变速开关 SQ3、SQ4 均为受压状态，触头 I1.0 断开，I1.1 断开。主轴变速时，拉开主轴变速手柄，主轴变速行程开关 I0.6、I0.7 不

52、受压，此时触头 I0.6，I0.7 由断开状态变为接通状态，使 KM1 通电并自锁，同时也使KM4 通电吸合，则 M1 串入电阻 R 低速正向起动。当电动机转速达到 140r/min左右时，KS-1 常闭触头断开，KS-1 常开触头闭合，使 KM1 线圈断电释放，而KM2 通电吸合，且 KM4 仍通电吸合。于是，M1 进行反接制动，当转速达到100r/min 时，速度继电器 KS 释放，触头复原 KS-1 常闭触头由断开变为接通，KS-1 常开触头由接通变为断开，使 KM2 断电释放，KM1 通电吸合，KM4 仍通电吸合，M1 又正向低速起动。由上述分析可知：当主轴变速手柄拉出时，M1 正向低

53、速起动，而后又制动为缓慢脉动转动，以利齿轮啮合。当主轴变速完成将主轴变速手柄推回原位时，主轴变速开关 SQ1、SQ2 压下，使 SQ1、SQ2 常闭触头断开，SQ1 常开触头闭合，则低速脉动转动停止。进给变速时的低速脉动转动与主轴变速时相类同，但此时起作用的是进给变速开关 SQ3 和 SQ4。其主轴变速梯形图如图 3-13 所示：唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计24图 3-13 主电动变速2)运动中变速控制 主轴或进给变速可以在停车状态下进行，也可以在运行中进行变速。下面以 M1 电动机正向高速运行中的主轴变速为例，说明运行中的变速的控制过程。M1 电动机在 KA1、KM3、KT

54、、KM1 和 KM5 控制下高速运行。此时要进行主轴变速，欲拉出主轴变速手柄，主轴变速开关 SQ1、SQ2 不再受压，此时SQ1 触头由接通变为断开。SQ1、SQ2 触头由断开变为接通，则 KM3、KT 线唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计25圈断电释放，KM1 断电释放，KM2 通电吸合，KM5 断电释放，KM6 通电吸合。于是 M1 定子绕组按三角形接法，串入限流电阻 R 进行正向低速反接制动，使M1 转速迅速下降，当转速下降到速度继电器 KS 释放转速时，又由 KS 控制M1 进行正向低速脉动转动，以利齿轮啮合。待推回主轴变速手柄时，SQ1、SQ2 行程开关压下，SQ1 常开

55、触头由断开变为接通状态。此时KM3、KT、KM1、KM4 通电吸合，M1 先正向低速（三角形接法）起动，后在时间继电器 KT 控制下，自动转为新的转速下的高速运行。由上可知，所谓运行中变速是指机床拖动系统在运行中，可拉出变速手柄进行变速，而机床电气控制系统可使电动机接入电气制动，制动后又控制电动机低速脉动旋转，以利齿轮啮合。待变速完成后，推回变速手柄又能自动起动运转。(4)主轴箱、工作台的快速移动控制机床各部件的快速移动由快速手柄进行操纵，由快速移动电动机 M2 拖动。将快速手柄扳到正向快速移动位置时，压动限位开关 SQ7，输入继电器 I1.4 得电，输出继电器 Q0.5 得电，使交流接触器

56、KM6 通电吸合。KM6 的主触点闭合，接通快速移动电动机的电源，快速移动电动机正向转动，拖动主轴箱或工作台做正向快速移动。将快速手柄扳到反向快速移动位置时，压动限位开关 SQ8,输入继电器 I1.5 得电，输出继电器 Q0.6 得电，使接触器 KM7 通电吸合。KM7 的主触点闭合，接通快速移动电动机的电源，快速移动电动机反向旋转，拖动主轴箱或工作台做反向快速移动。将快速手柄扳到“停止”位置时，限位开关SQ7 和 SQ8 均恢复原来位置，快速移动停止。其主轴箱、工作台的快速移动控制梯形图如图 3-14 所示：图 3-14 主轴箱、工作台的快速移动控制唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设

57、计计264 MCGS组态软件概述4.1 MCGS 组态软件简介随着计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断，使系统更加安全可靠，在这方面，MCGS 工控组态软件将提供强有力的软件帮助。 MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于 Windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000 等操作系统。 MCGS 为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台

58、，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。 MCGS 具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统， 所以现在 MCGS 已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。 4.2 MCGS 组态软件的系统构成4.2.1 MCGS 组态软件的整体

59、结构 MCGS 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。MCGS 组态软件（以下简称 MCGS）由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。4.2.2 MCGS 组态软件的组成 MCGS 组态软件由五大部分组成，MCGS 组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 1 主控窗口

60、主控窗口是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包唐唐 山山 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计27括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。 2 设备窗口设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。本次设计中所连接和驱动的外部设备是 PLC。其设备窗口的设置如图 4-1 所示： 图 4-1 设备窗口界面3 用户窗口本窗口主要用于设置工程中人机交互的界