三菱FX2N系列PLC对T68镗床改造的设计毕业设计.docx

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三菱FX2N系列PLC对T68镗床改造的设计毕业设计

常州信息职业技术学院

学生毕业设计（论文）报告

系别：

机电工程学院

专业：

机电一体化

班号：

机电112

设计（论文）题目：

三菱FX2N系列PLC对T68

镗床改造的设计

毕业设计（论文）任务书

专业机电一体化班级机电112姓名蔡乐元

一、课题名称：

三菱FX2N系列PLC对T68镗床改造的设计

二、课题应达到的要求：

1、原镗床的工艺加工方法不变；

2、在保留主电路组件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法；

3、电气控制系统控制组件，作用与原电器线路相同；主轴和进给启动、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线接线，改为PLC程序设计控制。

三、主要工作内容：

对本设计的课题做深刻的了解，分析被控制对象的工作原理和工艺流程，画出工作图。

选择PLC的机型，编制PLC的梯形图并调试。

正确选择电器元件，列出清单。

根据输入输出变量的统计的结果对PLC和I/O进行分配和定义。

编制完成后进行模拟调试，通过生动的工厂实地调查更深刻的了解PLC的功能。

整理相关的资料进行毕业设计的整理阶段，了解毕业设计的写作要求和相关的技术指标，最后完成毕业设计的工作。

四、主要参考文献：

[1]戴一平.可程序设计控制器[M].北京:

机械工业出版社，2004.1

[2]朱应煌.维修电工实训[M].北京:

化学工业出版社，2008.5

[3]张普礼.机械加工设备[M].北京:

机械工业出版社，1999.8

[4]毛杰.计算机辅助绘图[M].浙江:

浙江大学出版社，2004.1

学生（签名）年月日

指导教师（签名）年月日

教研室主任（签名）年月日

系主任（签名）年月日

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目

三菱FX2N系列PLC对T68镗床改造的设计

一、选题的背景和意义：

随着社会经济的迅速发展，现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，它的出现极大的推动了制造业的进步。

虽然目前数控机床以其良好的加工性能得到了人们的肯定，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使用要求是比较现实的，也是必须的。

三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置。

其系统配置即固定又灵活，编程简单，运算快速，外部机器通讯简单化，且有共同的外部设备。

T68镗床具有通用和万能性，适应加工精度较高，或孔距要求较精确的中小型零件，可以镗孔、钻孔、扩孔、铰孔和铣削平面，以及车内螺纹等。

其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、维修困难。

针对这些情况，我们采用PLC改造的T68镗床控制电路系统，不但克服了这些缺点，而且工作可靠、降低了故障率、减小了维修量、提高了设备的使用率。

二、课题研究的主要内容：

1、原镗床的工艺加工方法不变；

2、在保留主电路组件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法；

3、电气控制系统控制组件，作用与原电器线路相同；主轴和进给启动、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线接线，改为PLC程序设计控制。

三、主要研究（设计）方法论述：

1、文献研究法：

通过查找相关资料，了解镗床的用途、主要结构和运动，了解三菱FX2N系列PLC的性能、特点以及在机电一体化产品中的运用

2、模拟法：

用GXDeveloper软件进行梯形图程序的编写及模拟运行

3、经验总结法：

对之前学过的相关知识进行归纳整理和分析，使之系统化、理论化

4、描述性研究法：

将已有的现象、规律和理论通过自己的理解和验证，给予叙述并解释出来

5、信息研究法：

根据信息论、系统论、控制论的原理，通过对信息的收集、传递、加工和整理获得知识，并应用于实践，以实现新的目标

四、设计（论文）进度安排：

时间（迄止日期）

工作内容

6.30----9.12

选题，领取毕业设计任务书

9.13----9.24

查找资料，完成开题报告

9.25----9.30

查找资料，制定设计方案

10.01----10.05

分析被控制对象的工作原理和工艺流程,画出工作图

10.06----10.07

正确选择电器元件，列出清单

10.08----10.12

编制PLC的梯形图并调试

10.13----10.16

根据输入输出变量的统计的结果对PLC和I/O进行分配和定义

10.17----10.19

编制完成后进行模拟调试

10.20----10.29

撰写毕业设计报告，完成初稿

10.30----11.09

毕业设计报告修改及定稿

11.15-16

毕业设计答辩

五、指导教师意见：

　　　　　　　　　　　　指导教师签名：

年月日

六、系部意见：

　　　　　　　　　　　系主任签名：

年月日

三菱FX2N系列PLC对T68镗床改造的设计

摘要

Abstract

第一章绪论………………………………………………………………………1

1.1前言…………………………………………………………………………1

1.2选题的背景和意义…………………………………………………………1

第二章PLC简介…………………………………………………………………3

2.1PLC的发展………………………………………………………………….3

2.2PLC的特点………………………………………………………………….4

2.3电气控制技术的发展概况………………………………………………….5

第三章T68镗床简介……………………………………………………………..7

3.1镗床的发展史………………………………………………………….……7

3.2T68卧式镗床结构……………………………………………………….…..7

3.3T68卧式镗床的主电路及控制电路…………………………………….…..9

3.4T68卧式镗床电气控制电路中的保护环节…………………………….…..11

3.5T68卧式镗床电气控制线路的特点…………………………………….…..12

第四章PLC对T68镗床的改造…………………………………………………13

4.1设计要求…………………………………………………………………….13

4.2I/O分配……………………………………………………………………...13

4.3T68卧式镗床的PLC的输入输出端接线图……………………………….14

4.4设计梯形图…………………………………………………………………..15

4.5指令语句表……………………………………………………………...…...17

第五章程序调试………………………………………………………………….20

5.1主轴正转低速……………………………………………………………….20

5.2主轴正转高速……………………………………………………………….20

5.3主轴正转点动……………………………………………………………….20

5.4主轴反转低速……………………………………………………………….20

5.5主轴反转高速……………………………………………………………….20

5.6主轴反转点动……………………………………………………………….21

5.7正向反接制动……………………………………………………………….21

5.8反向反接制动……………………………………………………………….21

5.9主轴变速和进给变速控制………………………………………………….22

5.10联锁保护装置……………………………………………………………...22

5.11调试结论……………………………………………………………………23

结束语…………………...…………………………………………………..24

参考文献…………………………………………………………………………….25

答谢辞………………………………………………………………..……………..26

附录

摘要

本课题探讨了三菱FX2N系列PLC对T68镗床改造设计的方案。

通过分析T68镗床的工作原理和工艺流程，在保留主电路组件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法，改造原继电器控制中的硬件线接线，用PLC控制改造其继电器控制电路。

从而简化了控制电路，提高镗床控制电路的稳定性和自动化程度，延长镗床的使用寿命，降低了故障率、减小了维修量。

关键词：

T68镗床；三菱FX2N系列PLC；改造控制电路

Abstract

ThistopicdiscussesthemitsubishiElectricFX2NseriesPLCofT68boringmachinedesignscheme.ByanalyzingtheworkingprincipleandtechnologicalprocessofT68boringmachine,onthebasisofretainmaincircuitcomponents,withoutchangingtheoriginalcontrolsystemofelectricoperationmethod,modifiedtheoriginalrelaycontrolwireconnectionofthehardware,totransformtherelaycontrolcircuitwithPLCcontrol.Tosimplifythecontrolcircuit,improvethestabilityoftheboringmachinecontrolcircuitandthedegreeofautomation,prolongtheservicelifeofboringmachine,reducethefailurerate,reducedtheamountofmaintenance.

Keywords:

T68boringmachine；MitsubishiElectricFX2NseriesPLC；

Transformationcontrolcircuit

第1章绪论

1.1前言

众所周知，在现代化工业生产中机床母机是不可缺少的重要组成部分，我们国家现在在机床技术方面还是一直比较落后的，自动化程度也较低。

主要表现在现在大部分工厂里的机床还是老式传统的机床，接线复杂、排故困难。

同时在设备的投资与维修上消耗过大。

可编程控制技术正是在这种背景下应运而生。

并且随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。

目前，可编程控制器在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。

其优点除了具有明显的节约成本的优点外，还具有操作方便、容易、维护量小等特点，可编程控制的软启动功能也减少了对设备的冲击，使设备运行的方式更趋于合理，设备的自动化水平得到了提高。

随着工业生产的迅速发展，企业对机床的可靠性的要求也不断提高;再加上目前产品生产成本较高，利用先进的PLC控制技术，相对于传统继电器的利用弱电信号控制强电信号的电磁开关上，具有适应工业环境，简单易懂，操作方面、可靠性高等优点。

因此设计改造现有的传统式机床应用成为必然的趋势。

1.2选题的背景和意义

随着社会经济的迅速发展，现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，它的出现极大的推动了制造业的进步。

虽然目前数控机床以其良好的加工性能得到了人们的肯定，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使用要求是比较现实的，也是必须的。

三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置。

其系统配置即固定又灵活，编程简单，运算快速，外部机器通讯简单化，且有共同的外部设备。

T68镗床具有通用和万能性，适应加工精度较高，或孔距要求较精确的中小型零件，可以镗孔、钻孔、扩孔、铰孔和铣削平面，以及车内螺纹等。

其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、维修困难。

针对这些情况，我们采用PLC改造的T68镗床控制电路系统，不但克服了这些缺点，而且工作可靠、降低了故障率、减小了维修量、提高了设备的使用率。

第2章PLC简介

2.1PLC的发展史

起源：

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。

1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

1971年，日本研制出第一台DCS-8

1973年，德国研制出第一台PLC

1974年，中国研制出第一台PLC

发展：

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

2.2PLC的特点

（1）功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强。

现代PLC所具有的功能及其各种扩展单元、智能单元和特殊功能模块，可以方便、灵活地组成不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。

以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。

（2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

PLC的运用能够做到在线修改程序，改变控制的方案而无需拆开机器设备。

它能在不同环境下运行，可靠性十分强悍。

（3）安装简单，容易维修。

PLC可以在各种工业环境下直接运行，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，写入程序即可运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

PLC还有强大的自检功能，这为它的维修提供了方便。

（4）抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型。

隔离和滤波，是抗干扰的两大主要措施。

对PLC的内部电源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。

另外使输入/输出接口电路的电源彼此独立，以免电源之间的干扰。

正确的选择接地地点和完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

为适应工作现场的恶劣环境，还采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构。

通过以上措施，保证了PLC能在恶劣环境中可靠工作，使平均故障间隔时间长，故障修复时间短。

（5）环境要求低。

PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。

这是PLC产品的市场生存价值。

（6）易学易用。

PLC是面向工矿企业的工控设备，接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

PLC编程大多采用类似继电器控制电路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此，很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

2.3电气控制技术的发展概况

电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。

电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要技术手段。

随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。

在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从笨重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。

现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。

作为生产机械动力的电机拖动，经历了漫长的发展过程。

20世纪初，电动机直接取代蒸汽机。

开始是成组拖动，用一台电动机通过中间机构（天轴）实现能量分配与传递，拖动多台生产机械。

这种拖动方式电气控制线路简单，但机构复杂，能量损耗大，生产灵活性也差，不适应现代化生产的需要。

20世纪20年代，出现了单电机拖动，即由一台电动机拖动一台生产机械。

单电机拖动相对成组拖动，机械设备结构简单，传动效率提高，灵活性增大，这种拖动方式在一些机床中至今仍在使用。

随着生产发展及自动化程度的提高，又出现了多台电动机分别拖动各运动机构的多电机拖动方式，进一步简化了机械结构，提高了传动效率，而且使机械的各运动部分能够选择最合理的运动速度，缩短了工时，也便于分别控制。

继电器—接触器控制系统至今仍是许多生产机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。

它主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，由于其控制方式是断续的，故称为断续控制系统。

它具有控制简单、方便实用、价格低廉、易于维护、抗干扰能力强等优点。

但由于其接线方式固定，灵活性差，难以适应复杂和程序可变的控制对象的需要，且工作频率低，触点易损坏，可靠性差。

以软件手段实现各种控制功能、以微处理器为核心的可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC），是20世纪60年代诞生并开始发展起来的一种新型工业控制装置。

它具有通用性强、可靠性高、能适应恶劣的工业环境，指令系统简单、编程简便易学、易于掌握，体积小、维修工作少、现场连接安装方便等一系列优点，正逐步取代传统的继电器控制系统，广泛应用于冶金、采矿、建材、机械制造、石油、化工、汽车、电力、造纸、纺织、装卸、环保等各个行业的控制中。

在自动化领域，可编程控制器与CAD/CAM、工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱，其应用日益广泛。

可编程控制器技术是以硬接线的继电器—接触器控制为基础，逐步发展为既有逻辑控制、计时、计数，又有运算、数据处理、模拟量调节、联网通信等功能的控制装置。

它可通过数字量或者模拟量的输入、输出满足各种类型机械控制的需要。

可编程控制器及有关外部设备，均按既易于与工业控制系统联成一个整体，又易于扩充其功能的原则设计。

可编程控制器已成为生产机械设备中开关量控制的主要电气控制装置。

第3章T68镗床概况

3.1镗床的发展史

由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。

1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。

1774年英国人J.威尔金森（又译约翰•威尔金森）发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。

1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。

1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。

为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。

随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。

20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。

为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。

有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。

3.2T68卧式镗床结构

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。

其结构如下图所示。

图3-2-1T68卧式镗床结构示意图

（一）主要结构

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。

（二）卧式镗床加工时运动

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。

（三）卧式镗床的控制要求

1.主轴旋转与进给量都有较宽的调速范围，主运动与进给运动由一台电动机拖动，为简化传动机构采用双速笼型异步电动机。

2.由于各种进给运动都有正反不同方向的运转，故主电动机要求正、反转。

3.为满足调整工作需要，主电动机应能实现正、反转的点动控制。

4.保证主轴停车迅速、准确，主电动机应有制动停车环节。

5.主轴变速与进给变速可在主电动机停车或运转时进行。

为便于变速时齿轮啮合，应有变速低速冲动过程。

6.为缩短辅助时间，各进给方向均能快速移动，配有快速移动电动机拖动，采用快速电动机正、反转的点动控制方式。

7.主电动机为双速电机，有高、低两种速度供选择，高速运转时应先经低速