电气控制系统的设计

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，对加工机床特殊是工作母机的要求也越来越高，由此人们也将留意力集中到机床上来，数控技术是计算机技术、信息技术、现代限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。机床的限制系统的优劣与机床的加工精度休戚相关，特殊是PLC广泛应用于限制领域后，已经显现出它的优越性。可编程限制器PLC已广泛应用于各行各业的自动限制。在机械加工领域，机床的限制上更显示出其优点。由于镗床的运动很多、限制逻辑困难、相互连锁繁多，采纳传统的继电器限制时，须要的继电器多、接线困难，因此故障多修理困难，费工费时，不仅加大了修理成本，而且影响设备的功效。采纳PLC限制可使接线大为简化，不但安装非常便利而且工作牢靠、降低了故障率、减小了修理量、提高了功效。1.2关于课题的一些介绍和探讨设计目标、探讨内容和拟定解决的关键问题完成对T6113机床的整个限制系统的设计改造，限制核心是PLC，并使其加工精度进一步提高，加工范围扩大，限制更牢靠。探讨内容：（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：PLC对机床各个工作部分的牢靠限制电气电路的平安问题的解决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确定，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运用要求是比较现实的，也是必需的。经过实践证明这样的改造是可以满足大多数状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。本项目的创新之处利用PLC作为限制核心，替代传统机床的继电器限制，使得机床的限制更加敏捷牢靠，削减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限制系统成为可能。设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。特殊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电气限制技术的发展电气限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快速发展的，从最早的手动限制到自动限制，从简洁的限制设备到困难的限制系统，从有触点的硬接线限制系统到以计算机为中心的存储系统。现代电气限制技术综合应用了计算机、自动限制、电子技术、精密测量等很多先进的科学技术成果。作为生产机械的电机拖动，已由最早的采纳成组拖动方式，发展到今日无论是自动化功能还是生产平安性方面都相当完善的电气自动化系统。继电接触式限制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其限制方式是断续的，所以又称为断续限制系统。由于这种系统具有结构简洁、价格低廉、维护简洁、抗干扰实力强等优点，至今仍是机床和其他很多机械设备广泛采纳的基本电气限制形式，也是学习先进电气限制的基础。这种限制系统的缺点是采纳固定的接线方式，敏捷性差，工作频率低，触点易损坏，牢靠性差。从20世纪30年头起先，生产企业为了提高生产率，采纳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，生产线担当的加工对象也随之变更，这就须要变更限制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器限制系统实行固定接线方式，很难适应这个要求。大型生产线的限制系统运用的继电器的数量很多，这种有触点的电器工作频率很低，在频繁动作的状况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产线的运行牢靠性降低。为了解决这个问题，20世纪60年头初期利用电子技术研制出矩阵式依次限制器和晶体管逻辑限制系统来代替继电接触式限制系统。对困难的自动限制系统则采纳计算机限制，由于这些限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敏捷性、通用性好等优点和继电接触器限制系统的简洁易懂、操作便利、价格低等优点结合起来，做成一种能适应工作环境的通用限制装置，并把编程方法输入方法简化。美国数字设备公司（DEC）于1969年领先研制出第一台可编程限制器（简称PLC），并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得胜利。从今以后，很多国家的闻名厂商竟相研制，各自成为系列，而且品种更新很快，功能不断增加，从最初的逻辑限制为主发展到能进行模拟量限制，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牢靠性很高，平均无故障运行可达10万小时以上，可以大大削减设备修理费用和停产造成的经济损失。当前PLC已经成为电气自动化限制系统中应用最广泛的核心限制装置。电气限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。电气限制技术的进步反过来又促进了社会生产力的进一步提高。同时，电气限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世纪电气限制技术必将给人类带来更加旺盛的明天。1.4PLC的发展史、优势及特点发展史可编程限制器PLC诞生之前，工业电气限制主要运用低压电器构成的继电接触器电路，它是以接线逻辑实现限制功能的。这样的限制设备一经生产出来，功能就固定了，若要变更就必需变更限制器内部的硬件接线，运用起来不敏捷，也很麻烦。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的须要，要找寻一种比继电器更牢靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业限制器，并从用户角度提出了新一代限制器应具备的十大条件，马上引起了开发热潮。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了第一台可编程限制器PDP——14，在美国通用汽车公司的生产线上适用胜利，并取得了满足的效果，可编程限制器由此诞生。可编程限制器自问世以来，发展极为快速。1971年，日本起先生产可编程限制器，1973年，欧洲起先生产可编程限制器，到现在，世界各国的一些闻名的电器工厂几乎都在生产可编程限制器。可编程限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。早期的可编程限制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，它采纳了一些计算机技术，但简化了计算机的内部电路，对工业现场环境适应性较好，指令系统简洁，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，特殊是微处理器和微计算机的快速发展，在20世纪70年头中期，美、日、德等国的一些厂家在可编程限制器中起先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，使可编程限制器具有了自诊断功能，牢靠性有了大幅提高，性能价格比产生了新的突破。到20世纪80年头，可编程限制器都采纳了微处理器（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年头末，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限制中的作用。现在，PLC不仅能进行逻辑限制，在模拟量闭环限制、数字量的智能限制、数据采集、监控、通信联网及集散限制系统等各方面都得到了广泛应用。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在模拟量闭环限制、运动限制、速度限制等方面具有了硬件基础；很多PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，协作相应的传感器及伺服设备，PLC可实现数字量的智能限制；PLC协作可编程终端设备，可实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、探讨工作供应依据，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联网，从而能便利地实现集散限制。功能完备的PLC不仅能满足限制要求，还能满足现代化大生产管理的须要。近年来，可编程限制器的发展更为快速。展望将来，可编程限制器在规模和功能上将向两大方向发展：一是大型可编程限制器向高速、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限制器，以适应单机限制及小型自动化设备的须要。另外，不断增加PLC工业过程限制的功能（模拟量限制实力），研制采纳工业标准总线，使同一工业限制系统中能连接不同的限制设备，增加可编程限制器的联网通信功能，便于分散系统与集中限制的实现，大力开发智能I/O模块、增加可编程限制器的功能等也具有重要意义。1.4.2PLC的1.牢靠性高，抗干扰实力强。高牢靠性往往是用户选择限制装置的首要条件。在继电器接触器限制系统中，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牢靠性。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，在硬件和软件上实行了一系列抗干扰措施，PLC有极高的牢靠性。依据有关资料统计，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，应用敏捷由于PLC产品均成系列化生产，品种齐全，多数采纳模块式的硬件结构，组合和扩展便利，用户可依据自己的须要敏捷选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的限制要求。更重要的是，PLC系统相对继电器接触器限制系统，接线很少。3.编程便利，简洁运用PLC的编程可采纳与继电器电路极为相像的梯形图语言，直观易懂。4.功能强，扩展实力强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限制，这是一般的继电器系统所不能实现的。5.PLC限制系统设计、安装、调试便利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就可进行限制系统设计并可在试验室进行模拟调试。而继电器接触器系统的调试是靠在现场变更接线进行的，非常烦琐。6.修理便利，修理工作量小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、异样状态和I/O点的状态均有显示。工作人员可以通过它查出故障缘由，便于快速处理。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2.1T6113卧式镗床主要结构及机械运动T6113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精确，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困难大型工件，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。在大部分工作状况下运用镗轴加工，只有在用车刀切削端面时才运用平旋盘。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始终线上，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，再协作镗头架的垂直运动，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确定的角度，以便加工互成确定角度的孔或平面，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。机械运动eq\o\ac(○,1)镗杆的旋转运动；eq\o\ac(○,2)主轴箱垂直进给运动；eq\o\ac(○,3)工作台纵向进给运动；eq\o\ac(○,4)工作台横向进给运动；eq\o\ac(○,5)镗杆的轴向运动；eq\o\ac(○,6)平旋盘的旋转运动；eq\o