毕业设计论文t68卧式镗床电气控制的plc设计改造管理资料.docx
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毕业设计论文t68卧式镗床电气控制的plc设计改造管理资料
T68卧式镗床电气控制的PLC设计改造
摘要
本课题探讨了T68型卧是式镗床的PLC改造控制系统的实现方案。
根据实际需要和市场的需求，选择了以三菱公司的可编程控制器作为控制方案。
镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件（如一些箱体零件），属于精密机床[19]。
主要用于加工工件上的精密圆柱孔。
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。
其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大，为了克服以上缺点，降低设备故障率，提高设备使用效率，针对这种情况，我们用PLC控制改造其继电器控制电路。
通过对T68型卧式镗床工作原理的分析，设计出PLC改造系统的控制电路，对系统的输入、输出点进行统计，共有24个输入点，24个输出点，输入输出都是开关量[20]。
选用日本三菱公司生产的FX2N-48MR可编程序控制器，分配PLC的I/O地址，设计PLC外围电路，确定PLC的I/O接线图。
根据镗床的控制要求和特点，列出逻辑代数表达式，采用逻辑设计方法进行梯形图设计。
最终达到了系统改造的要求，并且运行效果良好。
关键词：
可编程控制器，T68镗床，梯形图，改造
英文题目
ABSTRACT
T68horizontalboringmachinePLCElectricalDesigncontrolledtransformation
Abstract
T68ofthetopicsdiscussedisthetypeHorizontalBoringMachinetransformationofthePLCprogramcontrolsystem.Accordingtoactualneedsandtheneedsofthemarket,Mitsubishihaschosenthecompany'sprogrammablelogiccontrollerasacontrol.
Boringisthemorecommonuseofcoldworkingoftheequipmentitismainlyusedforprecisionmachining,finishtheholeandthehigherthedistancebetweentheholesrequireamorepreciseparts（suchassomeoftankparts）,areprecisionmachinetool.Mainlyusedforprecisionmachiningofcylindricalworkpiecesonthehole.Axislineoftheseholestendtodemandstrictparallelorperpendiculartothedistancebetweeneachotheralsorequiresveryaccurate.Itsoriginalcontrolcircuitfortherelaycontrol,contact-contactandmorecomplexcircuits,faultandmoretheoperatoralargermaintenancetasks,inordertoovercometheshortcomingsoftheabove,reducingthefailurerateofequipmenttoimproveefficiencyintheuseoftheequipment,inviewofthissituation,wetotransformtheiruseofPLCcontrolrelaycontrolcircuit.
T68throughhorizontalboringmachineworkingprincipleoftheanalysis,designofPLCcontrolcircuittransformationsystem,thesysteminputandoutputpointstostatistics,atotalof24input,24outputpointsareinputandoutputswitch.Japan'sMitsubishicompanyselectedtheFX2N-48MRPLC,thedistributionofPLC'sI/Oaddresses,thedesignofperipheralcircuitsPLC,PLCtodeterminetheI/Owiringdiagram.Boringmachinecontrolinaccordancewiththerequirementsandcharacteristicsarelistedinthelogicofalgebraicexpressions,theuseofladderlogicdesignmethodsdesign.Reachedthefinalsystemrequirements,andrunwell.
Keywords:
programmablelogiccontroller,T68boringmachine,ladder,transform
目 录
前 言
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。
现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动线的控制系统具有极高的可靠性和灵活性，PLC（ProgrammableLogicController,可编程控制器）正是顺应这一要求而出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置[18]。
PLC是20世纪60年代末在美国出现的，是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子设置，使用了可编程存储器以储存指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算功能，并通过模拟和数字输入输出组件，控制各种机械生产过程。
PLC以其可靠性高、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，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用[16]。
用PLC控制系统代替体积大、投资大、耗能大的继电器——接触器系统，是今后控制系统发展的趋势。
因为在旧有的机床中,其电气控制多为继电控制。
而在继电控制中,接触触点多,所以故障也多,操作人员维修任务较大,机械使用率较低。
我们对这些机床用PLC改造其继电器控制电路,克服了以上缺点,降低了设备故障率,提高了设备使用率,镗床是冷加工中使用比较普遍的设备，它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔、孔间的距离要求比较精确的零件（如一些箱体零件），属于精密机床。
T68卧式镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大[17]。
正是针对以上这种情况，我们计划用PLC控制改造T68卧式镗床的继电器电气控制电路，以其克服以上缺点，最终达到降低设备故障率、提高设备使用效率，改善T68卧式镗床运行效果的目的。
本文选用可编程序控制器对T68卧式镗床的电气控制系统改造做一论述。
但由于时间、实践论证及自身知识水平的限制，不足之处在所难免，希望老师及各位同学给予指正，在此表示感谢。
第1章T68卧式镗床的结构
T68卧式镗床的结构与工作特点
T68型卧式镗床的结构
T68型卧式镗床主要由床身、前立柱、镗床架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板、工作台等几部分组成[15]。
T68型卧式镗床主要用于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。
本次课程设计主要以T68卧式镗床为例。
其结构如图1-1所示：
图1-1T68型卧式镗床的结构示意图
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。
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[14]。
[12]
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2章T68卧式镗床PLC控制总体方案设计
T68卧式镗床控制系统简介
电气控制线路的特点
1.主电机为双速电机，它提供机床的主运动和进给运动的动力[13]。
高低速转换，由主轴孔盘变速机构内的限位开关S控制，S常态时接通低速，被压下时接通高速。
由接触器KM6及KM7实现定子绕组从三角形接法转接成双星型接法。
2.主电机可正反转、点动及反接制动。
3.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。
4.在主轴变速或进给变速时主电动机能缓慢转动，使齿轮易于啮合。
T68卧式镗床电气原理
T68卧式镗床的电气控制原理图[21]如附图A所示。
T68卧式镗床控制方案选择
在我们学过的控制方式中有电气控制、单片机控制、数控、PLC控制。
我们来分析下各自的优点和缺点，然后选择合适的控制方式。
在旧有的机床中,其电气控制多为继电控制。
而在继电控制中,接触触点多,所以故障也多,操作人员维修任务较大,机械使用率较低。
我们对这些机床用PLC改造其继电器控制电路,克服了以上缺点,降低了设备故障率,提高了设备使用率,镗床是冷加工中使用比较普遍的设备，它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔、孔间的距离要求比较精确的零件（如一些箱体零件），属于精密机床。
T68卧式镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大[17]。
单片机控制比较麻烦也比较不适合。
对于数控有以下优缺点：
优点：
1、加工对象改型的适应性强可以快速地从加工一种零件转变为加工另一种零件，这就为单件、小批以及试制新产品提供了极大的便利。
节约时间，资金。
2、加工精度高首先结构上引入滚珠丝杆其次采用软件精度补偿技术最后是加工全程由程序控制加工，减少人为因素对加工精度的影响。
能加工结构很复杂的工件，如螺旋浆。
3、生产效率高
4、自动化程度高
5、良好的经济效益
6、有利于生产管理的现代化
缺点：
1、由于费用高昂，加工大批量零件不利。
2、操作人员要求素质高，工资成本高。
3、系统复杂，维护费用高
由于成本较高。
维护费用高。
所以也不适合。
综上。
PLC以其可靠性高、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。
所以最后选择PLC控制系统。
用PLC控制系统代替体积大、投资大、耗能大的继电器——接触器系统，是今后控制系统发展的趋势
正是针对以上这种情况，我们计划用PLC控制改造T68卧式镗床的继电器电气控制电路，以其克服以上缺点，最终达到降低设备故障率、提高设备使用效率，改善T68卧式镗床运行效果的目的。
PLC的选择与应用
PLC的选择
我们课本上学的是三菱PLC。
所以我选择三菱FX2N系列PLC。
他具有较高的性能价格比且应用广泛
图2-2PLC的结构原理图
PLC的应用特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，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器系统相比，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。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统将有极高的可靠性[5]。
2.配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
可编程控制器的安装与维护
工业生产现场的环境条件一般是比较恶劣的，干扰源众多。
例如大功率用电设备的启动或者停止引起电网电压的波动形成低频干扰；电焊机、电火花加工机床、电机的电刷等会产生高频电火花干扰；各种动力电源线会通过电磁耦合产生工频干扰等等。
这些干扰都会影响可编程控制器的正常工作[4]。
尽管可编程控制器是专门在生产现场使用的控制装置，在设计制造时已采取了很多措施，使它的环境适应力比较强。
但是为了确保整个系统稳定可靠，还是应当尽量使可编程控制器有良好的工作环境，并采取必要的抗干扰措施。
可编程控制器的安装
1.安装环境
可编程控制器适用于大多数工业现场[1]，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求的。
控制可编程控制器的工作环境可以有效地提高它的工作效率和使用寿命。
在安装可编程控制器时要避开下列场所：
*环境温度超过0～55℃的范围。
*相对湿度超过85%或者存在露水凝聚（有温度突变或其他因素所引起的）。
*阳光直接照射。
*有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。
*有大量铁屑及灰尘。
*频繁或连续的振动，振动频率为10～55Hz，。
*超过10g（重力加速度）的冲击。
小型可编程控制器外壳的四个角上均有安装孔，有两种安装方法，一种是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸。
另一种是[2]DIN（德国工业标准）轨道固定，DIN轨道配套使用的安装夹板左右各一对，在轨道上先装好左右夹板，装上可编程控制器，然后拧紧螺丝。
为了使控制系统工作可靠，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污水溅；为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间、基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。
如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。
为了避免其它外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。
当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁灰尘等脏物从通风窗掉入可编程控制器内部以及导线头等脏物会损坏可编程控制器印制电路板，使其不能正常工作。
2.接线
电源PLC的供电电源为50Hz、220V±10%交流市电。
FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。
如果电源发生故障，中断时间少于10ms，可编程控制器工作不受影响。
若电源中断超过10ms或电源下降超过允许值，则可编程控制器停止工作，所有的输出点均同时断开。
当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。
对于电源线来的干扰，可编程控制器本身具有足够的抵制能力。
如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为1:
1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。
3.接地
良好的接地是保证可编程控制器可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。
接地线与机器的接地端相接，基本单元接地，如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。
为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接以专用地线，接地点应与动力设备（如电动机）的接地点分开。
若达不到这种要求，则也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串联接地。
接地点应尽可能靠近可编程控制器。
4.直流24V接线端
使用无源触点的输入器件时，可编程控制器内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。
可编程控制器上的24V接线端子还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。
24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端，即0V端。
如果采用扩展单元，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。
另外，任何外部电源都不能接到这个端子。
如果有过载现象发生，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。
每种型号的可编程控制器其输入点数量是有规定的。
对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下24V电源端子外供电流的能力可以增加。
FX系列可编程控制器的空位端子在任何情况下都不能使用。
5.输入接线
可编程控制器一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。
输入接线端子是可编程控制器与外部传感器负载转换信号的端口，输入接线一般指外部传感器与输入端口的接线。
输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。
输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二极管亮。
输入端的一次电路与二次电路之间采用光电耦合隔离。
二次电路带R-C滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起可编程控制器的误动作。
若在输入触点电路串联二极管，在串联二极管上的电压应小于4V。
若使用带发光二极管的舌簧开关时，串联二极管的数目不能超过两只。
输入接线还应特别注意[3]：
（1）输入接线一般不要超过30m，但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
（2）输入、输出线不能用同一根电缆。
输入、输出线要分开走。
（3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度应大于扫描周期的时间。
6.输出接线
（1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式。
（2）输出端接线分为独立输出和公共输出。
当可编程控制器的输出继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。
在不同组中可采用不同类型和电压等级的输出电压。
但在同一组中的输出，只能用同一类型、同一电压等级的电源。
（3）由于可编程控制器的输出元件被封装在印制电路板上，并且联接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此应用熔丝保护输出元件。
（4）采用继电器输出时承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因继电器的工作寿命要求要长。
（5）可编程控制器的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以抑制。
此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。
（6）交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
第3章T68卧式镗床PLC控制系统硬件设计
PLC接口分析及接线方式设计
T68镗床PLC改造I/O分配图如附图B所示
控制单元设计
镗床控制面板按钮、行程开关平面布置如图3-1所示
图3-1控制面板按钮、行程开关平面布置图
T68镗床的安装板电器元件平面布置图如图3-2所示。
图3-2安装板电气元件平面布置图
对T68镗床进行改造所需电器元件的符号、数量、功能及参数的要求如表3-1所示。
表3-1电器元件一览表
符号
数量
名称及用途
参数
M1
1
主电动机，拖动主运动和进给运动用
2900/1400r/min
M2
1
快速移动用电机
3KW,1430r/min
Q
1
空气开关，限流、欠压保护
30A,500V
KM1KM2
2
主电动机正反转用接触器
20A,127V
KM3
1
限流电阻短路用接触器
20A,127V
KM4KM5
3
主电动机高低速转换用接触器
20A,127V
KM6KM7
2
快速电机正反转用接触器
20A,127V
SB5
1
主电动机停止用按钮
5A,500V
Kn
1
主电动机反转制动用速度继电器
20A,127V
SB1SB2
2
主电动机正反转用按钮
5A,500V
SB3SB4
2
主电动机正反转点动按钮
5A,500V
S1S2
2
主轴用变速限位开关
5A,500V
S3S4
2
进给变速用限位开关
5A,500V
S
1
接通主电动机高速用限位开关
5A,500V
S5S6
2
快速电动机正反转用限位开关
5A,500V
R
2
点动、高速启动，制动用限流电阻
FU1~FU8
8
短路保护熔断器
40V,20V,2V
KR
1
主电动机过载保护用热继电器
16~25V
K1
1
控制PLC用开关
5A,500V
PLC
1
可编程控制器
4.1输入输出分配表
表3-2输入输出分配表
输入/输出点分配表
输入
输出
元件名称、代号
输入点
元件名称、代号
输出点
主轴停、制动
SB1
X0
主轴正转
KM1
Y1
主轴正转
SB2
X1
主轴反转
KM2
Y2
主轴反转
SB3
X2
主轴制动
KM3
Y3
主轴正转点动
SB4
X3
主轴低速
KM4
Y4
主轴反转点动
SB5
X4
主轴高速
KM5
Y5
主轴转速切换
SHY
X5
工作台快速正转
KM6
Y6
行程开关
SP1与SP2常开并联
X6
工作台快速反转
KM7
Y7
升级会员 