t68卧式镗床的PLC改造课程设计Word格式.docx

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第一节机床的电力拖动方式6

第二节T68型卧式镗床运动对电气控制电路的要求6

第三节控制电路的分析6

第四节主电路的分析8

第五节联锁保护环节的分析9

第三章T68镗床电气控制系统的PLC改造10

第一节PLC技术背景10

第二节PLC的系统结构10

第三节PLC技术应用的优势12

第四节PLC控制与微机控制的区别14

第五节T68卧式机床PLC改造的目的14

第六节总体构思14

第七节电路改造15

第八节调试过程20

总结25

参考文献15

前言

PLC（可编程序控制器）是以微机技术为核心的通用工业控制装置。

它是将传统的继电器-接触器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有功能大、环境适应性好、编程简单、使用方便等优点。

因此，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面，PLC得到广泛的应用。

学习、掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。

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。

而用PLC对它进行技术改造，便能取得很好的效果。

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、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。

采用可编程序控制器（PLC）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。

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，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：

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，上溜板和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。

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用作指示灯开关，可以用来设置机床动作指示与不指示。

卧式镗床加工时运动有：

1）主运动：

主轴的旋转与平旋盘的旋转运动。

2）进给运动：

主轴在主轴箱中的进出进给；

平旋盘上刀具的径向进给；

主轴箱的升降，即垂直进给；

工作台的横向和纵向进给。

这些进给运动都可以进行手动或机动。

3）辅助运动：

回转工作台的转动；

主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动；

后立柱的纵向调位移动；

尾座的垂直调位移动。

T68卧式镗床的电气原理图：

第二章电力拖动方式和控制要求

第一节机床的电力拖动方式

T68卧式镗由主轴电动机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。

第二节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）主电动机要求正反转以及点动控制；

3）主电动机应设有快速准确的停车环节；

4）主轴变速应有变速冲动环节；

5）快速移动电动机采用正反转点动控制方式；

6）进给运动和工作台不平移动两者只能取一，必须要有互锁。

第三节控制电路的分析

1、主轴电动机M1的电路分析

主轴电动机M1的正、反转控制。

在原理图中，12区行程开关SQ3、SQ4在正常情况下是压合的。

主轴电动同M1低速控制：

将T68卧式镗床高、低速手柄扳到“低速”挡位置，13区行程开关SQ9断开。

按下主轴电动机M1正转启动按钮SB2，中间继电器KA1通电闭合，继而接触器KM3通电闭合；

18区、19区中K1和KM3的常开触点闭合，使接触器KM1线圈通电闭合，22区KM1常开触点接通接触器KM4线圈电源，主轴电动机M1接成△接法低速正转。

按下主轴电动M1的停止按钮SB1，主轴电动机M1反接制动停止。

按下主轴电动机MI的反转启动按钮SB3，中间继电器KA2通电闭合，继而接触器KM3通电闭合；

19区中K2和KM3的常开触点闭合，使接触器KM2线圈通电闭合，23区KM2常开触点接通接触器KM4线圈电源，主轴电动机M1接成△接法低速反转。

主轴电动同M1高速控制：

将T68卧式镗床高、低速手柄扳到“高速”挡位置，13区行程开关SQ9压合。

按下主轴电动M1正转启动按钮SB2，中间继电器KA1通电闭合，继而接触器KM3、时间继电器KT、接触器KM1和KM4通电闭合，主轴电动机M1接成△接法低速正转启动。

经过一段时间，时间继电器KT动作，接触器KM4失电释放，接触器KM5通电闭合，主轴电动机M1接成YY接法高速正转运行。

按下主轴电动M1反转启动按钮SB3，中间继电器KA2通电闭合，继而接触器KM3、时间继电器KT、接触器KM2和KM4通电闭合，主轴电动机M1接成△接法低速反转启动。

经过一段时间，时间继电器KT动作，接触器KM4失电释放，接触器KM5通电闭合，主轴电动机M1接成YY接法高速反转运行。

主轴电动机M1制动停止控制。

正转制动控制：

当主轴电动M1高、低速正向启动运行，其转速达到120r/min时，21区速度继电器KS2正转动作常开触点闭合，为主轴电动M1的制动作好了准备。

按下主轴电动机M1停止按钮SB1，接触器KM1失电，接触器KM2及KM4得电闭合，主轴电动M1串电阻R反转反接制动。

当转速下降至100r/min时，KS2正转动作常开触点断开，接触器KM2、KM4断电释放，主轴电动机M1完成正转反接制动控制。

反转制动控制：

当主轴电动M1高、低速反转启动运转，其转速达到120r/min时，14区速度继电器KS1正转动作常开触点闭合，为停车反接制动作好了准备。

主轴电动机M1点动、变速控制：

分别按下按钮SB4或SB5，主轴电动机M1可正向或点动运转。

当拉出主轴变速操作盘时，行程开关ST3复位，KM3失电释放，使得KM1或KM2及KM4或KM5失电释放，主轴电动机M1停转。

转动主轴变速操作盘，调整转速后，将操作压回原位。

若主轴变速齿轮不能很好啮合，则将压上行程开关SQ6,主轴电动机M1作短时冲动，使主轴变速齿轮啮合良好。

2、电动机M2的电路分析

机床工作台的纵向和横向进：

将快速手柄扳至快速正向移动位置，行程开关SQ8被压下，24区常开触点闭合，接触器KM6线圈得电闭合，进给电动机M2启动运转，带动各种进给正向快速移动：

将快速手柄扳至反向位置时压下行程开关SQ7，接触器KM7线圈得电闭合，进给电动机M2反向启动运转，带动各种进给反向快速移动。

、

进给变速控制：

进给变速控制的控制过程与主轴变速控制程基本相同，只不过拉出的变速手柄是进给变速操作手柄，将主轴变速控制中的行程开关SQ3换成SQ4，而进给变速冲动的行程开关为SQ5

第四节主电路的分析

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是短时工作，所以不设置热继电器。

M1用接触器KM1和KM2控制正反转，接触器KM4和KM5作三角型一双星型变速切换，接触器KM3用作限制M1的制动电流。

M2用接触器KM6和KM7控制正反转。

第五节联锁保护环节的分析

（1）主轴箱或工作台与主轴机进给联锁。

为了防止在工作台或主轴箱机动进给时出现将主轴或平旋盘刀具溜板也扳到机动进给的误操作，安装有与工作台、主轴箱进给操纵手柄有机械联动的行程开关SQ5，在主轴箱上安装了与主轴进给手柄、平旋盘刀具溜板进给手柄有机械联动的行程开关SQ6。

若工作台或主轴箱的操作手柄扳在机动进给时，压下SQ5，其常闭触头SQ5（3-4）断开；

若主轴或平旋盘刀具溜板进给操纵手柄在机动进给时，压下SQ6，其常闭触头SQ6（3-4）断开，所以，当这两个进给操作手柄中的任一个扳在机动进给位置时，电动机M1和M2都可起动运行。

但若两个进给操作手柄同时扳在机动进给位置时，SQ5、SQ6常闭触头都断开，切断了控制电路电源，电动机M1、M2无法起动，也就避免了误操作造成事故的危险，实现了联锁保护作用。

（2）M1电动机正反转控制、高低速控制、M2电动机的正反转控制均设有互锁控制环节。

（3）熔断器FU1-FU4实现短路保护；

热继电器FR实现M1过载保护；

电路采用按钮，接触器或继电器构成的自锁环节具有欠电压与零电压保护作用。

第三章T68镗床电气控制系统的PLC改造

第一节PLC技术背景

20世纪90年代后期，人们逐渐认识到，传统PLC（本文简称硬PLC）自身存在着这样那样的缺点：

难以构建开放的硬件体系结构；

工作人员必须经过较长时间的专业培训才能掌握某一种产品的编程方法；

传统PLC的生产被几家厂商所垄断，造成PLC的性价比增长很缓慢。

这些问题都成了制约传统PLC发展的因素。

近年来，随着计算机技术的迅猛发展以及PLC方面国际标准的制定，一项打破传统PLC局限性的新兴技术发展起来了，这就是软PLC技术。

其特征是：

在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用放的通信接口，如以太网、高速串口等；

采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；

全部用软件来实现传统PLC的功能。

第二节PLC的系统结构

软PLC基于PC机，建立在一定操作系统平台之上，通过软件方法实现传统PLC的计算、控制、存储以及编程等功能，通过IO模块以及现场总线等物理设备完成现场数据的采集以及信号的输出。

根据传统PLC的组成结构，软PLC系统由开发系统和运行系统两部分组成。

也可分为编辑环境和运行环境两部分。

编辑环境与运行环境是客户服务器模式，二者之间采用COMDCOM通信机制，运行环境作为COM服务器，提供标准的通信接口；

编辑环境作为COM客户端应用，本地或远程访问存取这些接口，进行下载代码、读取运行环境的运行信息等操作。

软PLC系统的整体框图如图1所示。

图1软PLC系统的整体框图

嵌入式系统通常由EPC或嵌入式控制器（也称智能控制器）和嵌入式软件组成，嵌入式软件又分为嵌入式操作系统和嵌入式应用程序，嵌入式操作系统的特点是程序短小、所需内存少，Mi-crosoft公司推出的WindowsCE就是一个嵌入式操作系统，而软PLC可以作为一个嵌入式应用程序运行在嵌入式系统中。

软PLC开发系统和运行系统是相互独立而又密不可分的两个应用程序，可以分别单独运行。

1．软PLC开发系统

软PLC开发系统实际上就是带有调试和编译功能的PLC编程器，此部分具备如下功能：

①编程语言标准化，遵循IEC61131-3标准，支持多语言编程（共有5种编程方式：

IL，ST，LD，FBD和SFC），编程语言之间可以相互转换；

②丰富的控制模块，支持多种PID算法（如常规PID控制算法、自适应PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等），还包括目前流行的一些控制算法，如神经网络控制；

③开放的控制算法接口，支持用户嵌入自己的控制算法模块；

④仿真运行，实时在线监控，在线修改程序和编译；

⑤强大的网络功能。

支持基于TCPIP网络，通过网络实现PLC远程监控，远程程序修改。

2．软PLC运行系统

这一部分是软PLC的核心，完成输入处理、程序执行、输出处理等工作。

通常由IO接口、通信接口，系统管理器、错误管理器、调试内核和编译器组成：

①IO接口，可与任何IO系统通信，包括本地IO系统和远程IO系统，远程IO主要通过现场总线InterBus，ProfiBus，CAN等实现；

②通信接口。

通过此接口使运行系统可以和开发系统或HMI（或MMI）软件按照各种协议进行通信，如下载PLC程序或进行数据交换；

③系统管理器，处理不同任务和协调程序的执行，而且从IO映像读写变量；

④错误管理器，检测和处理程序执行期间发生的各种错误；

⑤调试内核，提供多个调试函数，如重写、强制变量、设置断点、设置变量和地址状态；

⑥编译器，通常开发系统将编写的PLC源程序编译为中间代码，然后运行系统的编译器将中间代码翻译为与硬件平台相关的机器可执行代码（即目标码）。

第三节PLC技术应用的优势

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。

可篇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。

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。

楞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的确1/2-1/10。

PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。

第四节PLC控制与微机控制的区别

1）控制模式有些功能相似和接近.有的指令基本相同.有些低端的PLC就是一个以单片机（如8051）为核心的系统;

2）早期的PLC只能使用开关量,现在的PLC功能强大,可以选配很多种模块,如A/D,D/A,温度,PID,高速I/O,简易CNC功能,但其CNC功能的使用非常不便,不如专用的CNC系统（高档的CNC并不是以单片机为核心,而是如80486这种档次的CPU）;

3）PLC的指令运用比单片机灵活,但一般的普通I/O口的运行时间比单片机长;

4）PLC的硬件使用方便,可根据需要选择各种现成的模块,使用单片机一般要根据需要自己制作I/O接口.

5）PLC是你可以直接拿来用，单片机要用来控制同样的东西就没那么简单，你要作很多东西才可以达到同样目的，而且还要考虑工控现场的各种干扰问题；

第五节T68卧式机床PLC改造的目的

从T68机床的电气原理图可以看出，机床的电气线路比较复杂，接线以及电磁阀相当的多，组成的控制机构也比较庞大。

由此，容易造成线路的故障，并且发生故障以后检修维护都比较困难；

体积的庞大，占据了更多的空间，会造成机床整体轮廓的增加；

器件的数量过多，不单会受到环境的制约与相互的干扰，而且会造成机器能耗的增加。

因此，为节省空间、能耗，提高机器的可靠性、易于机器的维修与降低维护成本等原因，选择用PLC改造T68卧式镗床的最好的选择。

第六节总体构思

1）机床原的操作方式不变，加工工艺方法不变。

2）机床原有的按钮、行程开关、控制变压器、交流接触器及热继电器等继续使用，其控制作用保持不变。

3）将原有的继电器控制线路改为由PLC编程来实现。

第七节电路改造

1）电路部分不做改动，如图l所示。

2）I/O地址分配表，见表1所示。

3）PLC控制电路接线，如图2所示。

4）PLC编程的控制原理由梯形图体现，如图3所示。

4调试过程

第八节调试过程

（1）主电动机的起动与停止控制

主电动机共有正向点动、反向点动、正向低速转动、反向低速转动、正向高速转动和反向高速转动六种运动方式。

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Q0.1得电，同时输出继电器Q0.6也得电，交流接触器KMl、KM6通电吸合，其主触点闭合，接通电源。

这时，因为接触器KM7和KM8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，所以限流电阻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Q0.1断电，同时输出继电器Q0.6也断电，接触器KMl和KM6断电释放，他们的主触点断开，切除电源，主电动机停转。

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Q0.1换成Q0.2，交流接触器KMl换成KM2即可。

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的动合触点处于断开位置，SQ3和SQl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Q0.3得电，Q0.3与M0.1的得电，又使输出继电器Q0.1得电，Q0.1的得电，又使输出继电器Q0.6得电。

输出继电器Q0.3、Q0.1、Q0.6的相继得电，使接触器KM3、KMl和KM6得电。

KM3的主触点闭合，将限流电阻R短路。

KMl的主触点闭合，引入三相电源。

KM6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KM7和KM8无电，所以主电动机定子绕组接成三角形，在全电压（不经限流电阻R）下起动正向低速旋转。

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SBl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Q0.1换成Q0.2，接触器KMl换成KM2即可。

5）主电动机正向高速转动控制

需要主电动机高速转动时，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I0.0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SBl，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Q0.3、Q0.1、Q0.6得电，交流接触器KM3、KMl、KM6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。

Q0.3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Q0.6断电，低速转动接触器KM6断电释放。

同时，时间继电器T37延时闭合的动合触点闭合，输出继电器Q0.7得电，高速转动接触器KM7和KM8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。

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Q0.1换成Q0.2，接触器KMl换成KM即可。

（2）主电动机的反接制动控制

反接制动由停止按钮SB5和速度继电器SR控制。

速度继电器分为正转SRl和反转SR2两种，在电动机转速较高时，SRl（正转时）和SR2（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