3T68型卧式镗床的PLC的电气控制改造设计.docx

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3T68型卧式镗床的PLC的电气控制改造设计

T68型卧式镗床的PLC的电气控制改造设计

摘要

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。

本设计主要介绍的是T68镗床的PLC改造控制。

第一章介绍T68镗床的电气控制原理；第二章介绍三菱公司的FX2N系列的PLC；第三章介绍三菱FX2N系列PLC对T68镗床的改。

本设计在手法上采用模块化结构，运用图解的方法，意图为主，以文为辅。

本设计对梯形图的每个梯级和语句表的每个语句都添加注解说明，解释和说明该梯级和语句的作用，并且用电路工作过程图与电器元件和编程元件动作顺序表相结合的方法来说明PLC的控制过程。

本设计编写过程中，参考了一些书刊内容，并引用了其中的一些资料。

由于编者能力有限，内容可能存在一些错误，请老师批评指正。

毕业设计任务书（九）

指导教师：

田林红

一、设计题目T68型卧式镗床的PLC的电气控制改造设计

二、设计的目的

1）掌握T68型卧式镗床的电气控制功能。

2）掌握用PLC改造电器设备的方法选择。

3）掌握电气控制元件的选择与计算方法。

三、设计要求

结合有关教材选择合适的用PLC的改造电气控制

1）原有的动作顺序及功能不变。

2）各种联锁关系不变。

3）增加有工作状态指示。

四、完成的任务

（1）选择PLC型号,分配I/O端口，设计I/O电路、选择元件，绘制梯形图、编织语句表。

（2）毕业设计说明书

1）设计题目

2）控制原理说明设计

3）主要器件选择依据与计算

4）主要参考资料

五、参考文献

工厂电气控制技术机械工业出版社主编方承远

工厂电气控制设备机械工业出版社主编许廖

机床电气控制技术机械工业出版社主编王炳实

可编程序控制器的应用技术机械工业出版社主编王兆义

可编程序控制器的原理及程序设计电子工业出版社主编崔亚军

第一章T68型卧式镗床控制原理说明书...........................

第一节T68型卧式镗床控制原理..............................

第二节T68型卧式镗床主要元件的选择..................

第二章FX2N系列PLC的系统配置..................................

第一节FX2N系列PLC型号名称的含义....................

第二节FX2N系列PLC的基本构成.........................

第三节ＦＸ2N和ＦＸ2Nc的基本性能.................

第三章三菱FX2N系列PLC对T68镗床的改造................

第一节改造方案的确定.......................……………

第二节利用三菱FX2N－48MRPLC对T68镗床的改造

总结………………………………………

参考文献…………………………………………………

第一章

T68型卧式镗床控制原理说明书

第一节T68型卧式镗床控制原理

1.1T68型卧式镗床的用途

T68型卧式镗床主要用于钻孔、镗孔、铰孔及加工端平面等。

1.2主要结构和运动形式

　　主要由床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾架等部分组成。

　　T68镗床的运动有：

　　主运动：

镗轴和花盘的旋转运动。

　　进给运动：

镗轴的轴向运动，花盘刀具溜板的径向运动，工作台的横向运动，工作台的纵向运动和镗头架的垂直运动。

　　辅助运动：

工作台的旋转运动、后立柱的水平移动和尾架的垂直运动及各部分的快速移动。

1.3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。

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。

1.4控制线路工作原理

（1）主轴的点动控制

主轴的正反向点动由按钮SB3和SB4操纵。

按下正向点动按钮SB3后，PLC输出使KM1、KM6线圈得电动作。

因此，三相电源经KM1主触点、限流电阻R和接触器KM6的主触点接通电动机M1，使电动机在低速下旋转。

放开按钮时，KM1和KM6都相继断电释放，电动机断电停止。

反向点动与正向点动相似，由SB4操纵，经接触器KM2及KM6相互配合动作来完成。

（2）主电机的正反向长动

主电机正反控制由SB1和SB2操纵。

当要求电动机低速运转时，限位开关XK为断开状态，按下起动按钮SB1、KM1、KM3、KM6得电动作。

主电机就在全电压和三角形接线下，直接起动低速运行。

使用高速时，限位开关XK闭合，按下SB1后，电动机先低速起动，延时5秒后KM6断开，再经0.6秒KM7得电动作。

KM7的主触点使电机的绕组连成双星形并重新接入电流，从而使主电动机从低速再起动到高速。

反向起动原理与正向起动相同，但参与控制的按钮为SB2，接触器为KM2、KM3、KM6及KM7。

（3）主电机的反接制动控制

当电动机正转时，速度继电器的正转动合触点Kn闭合，而正转动断触点Kn断开，当按下SB5时，KM1断电释放，切断了主电机电源。

延时0.6秒后，KM2闭合和KM6得电，使三相电源经过KM2主触点，限流电阻R和KM6主触点反接给电动机。

电动机反接制动。

当电动机转速降低到一定速度时，正转动合触点Kn打开，切断KM2的通电回路，使KM2和KM6相继断电释放，及时切断电动机的反接电源，制动结束。

反向运行时的制动过程与正向相似。

此时参与控制的电器是速度继电器的反转动合触点Kn接触器KM1、KM2。

（4）主轴或进给变速时主电机的缓转控制

主轴变速时，主轴电动机可获得缓慢转动，以利于齿轮顺利啮合。

将S1、S2闭合，KM1、KM6线圈得电动作，电机得电正向加速，当达到一定速度时，速度继电器Kn的动断触点断开，动合触点闭合，延时0.6秒后，KM2闭合，电机开始反接制动，当电机低于某一速度时，Kn动作，KM2断开，延时0.6秒后KM1闭合，正向加速，如此反复，实现缓动。

进给变速时缓转控制原理与主轴时完全相同，不过用的是限位开关是S3、S4。

（5）主轴箱、工作台或主轴的快速移动

机床的各部件的快速移动由限位开关S2、S6和快速电机M2驱动。

S2被压动，PLC输出使KM4得电动作，快速移动电动机M2正转、限位开关S6被压动，PLC输出使接触器KM5得电动作，快速电动机M2反转。

1.5电气控制线路分析

　　１．主电路分析

　　主电路中有两台电动机，M1为主轴与进给电动机，是一台4/2极的双速电动机，绕组接法为△/丫丫。

M2为快速移动电动机。

　　电动机M1由5只接触器控制，KM1和KM2控制M1的正反转，KM3控制M1的低速运转，KM4、KM5控制M1的高速运转。

FR对M1进行过载保护。

　　YB为主轴制动电磁铁的线圈，由KM3和KM5的触点控制。

M2由KM6、KM7控制其正反转，实现快进和快退。

因短时运行，不需过载保护。

　　２．控制电路分析

（1）主轴电动机的正、反向起动控制

　　①低速起动控制

　　过程：

SB3+→KM1+（自锁）→KM3+→YB+→M1低速起动。

　　②高速起动控制

　　控制过程为：

↗KT+↗YB+KT延时到↗KM4+↗KT-

SB3+→KM1+（自锁）→KM3+→M1低速起动→KM3-→KM5+→M1高速起动

（2）主轴电动机的点动控制

　　（3）主轴电动机的停车与制动

　　（4）主轴变速和进给变速控制

　　（5）镗头架、工作台快速移动的控制

　　3、联锁保护环节分析

（1）主轴进刀与工作台互锁

（2）其它联锁环节

（3）保护环节

图1.1.1T68型卧式镗床电气控制主回路　

第二节T68型卧式镗床主要元件的选择

表1.1.1电气元件一览表

符号

数量

名称及用途

M1

1

主电动机，拖动主运动和进给运动用

M2

1

快速移动用电机

Q

1

空气开关，限流、欠压保护

KM1KM2

2

主电动机正反转用接触器

KM3

1

限流电阻短路用接触器

KM6KM7

3

主电动机高低速转换用接触器

KM4KM5

2

快速电机正反转用接触器

SB5

1

主电动机停止用按钮

Kn

1

主电动机反转制动用速度继电器

SB1SB2

2

主电动机正反转用按钮

SB3SB4

2

主电动机正反转点动按钮

S1S2

2

主轴用变速限位开关

S3S4

2

进给变速用限位开关

S

1

接通主电动机高速用限位开关

S5S6

2

快速电动机正反转用限位开关

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

KR

1

主电动机过载保护用热继电器

K1

1

控制PLC用开关

PLC

1

可编程控制器

第二章

FX2N系列PLC的系统配置

第一节FX2N系列PLC型号名称的含义

FX2N-□□□□-□

①②③④

其中:

①表示输入输出的总点数:

4～128

②表示单元类型:

M为基本单元,E为输入输出混合扩展单元与扩展模块,EX为输入专用扩展模块,EY为输出专用扩展模块.

③表示输出形式:

R为继电器输出,T为晶体管输出,S为双向晶闸管输出.

④表示特殊品种的区别:

D为DC（直流）电源,DC输出;A1为AC（交流）电源,AC电源,AC输入（AC100～120V）或AC输出模块;H为大电流输出扩展模块（1A/1点）;V为立式端子排的扩展模块;C为接插口输入方式;F为输入滤波时间常数为1ms的扩展模块;L为TTL输入扩展模块;S为独立端子（无公共端）扩展模块;若无符号,则为AC电源﹑DC输入﹑横式端子排﹑标准输出（继电器输出为2A/1点;晶体管输出为0.5A/1点;双向晶闸管为0.3A/1点）.

例如型号为FX2N-40MR-D的PLC,属于FX2N系列,是有40个I/O点的基本单元,继电器输出型,使用DC24V电源.

第二节FX2N系列PLC的基本构成

FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程程序控制器。

其中基本指令执行时间高达０.０8μs。

用户存储器容量可扩展到１６k步，最大可以扩展到２５６个I／O点，有五种模拟量输入／输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、四种位置控制模块、多种ＲＳ－２３２Ｃ／ＲＳ－４２２／ＲＳ－４８５串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板。

使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能，见表２.２.１、表２.１.２、表２.１.３。

FX2N有３０００多点辅助继电器、１０００点状态继电器、２００点１６位加计数器、３５点３２位加／减计数器、８０００多点１６位数据寄存器、１２８点跳步指针、１５点中断指针。

表２.２.１　ＦＸ2N系列基本单元

型号

输入点数

输出点数

扩展模块可用点数

继电器输出

晶闸管输出

晶体管输出

ＦＸ2N－１６ＭＲ－００１

ＦＸ2N－１６ＭＳ

ＦＸ2N－１６ＭＴ

８

８

２４～３２

ＦＸ2N－３２ＭＲ－００１

ＦＸ2N－３２ＭＳ

ＦＸ2N－３２ＭＴ

１６

１６

２４～３２

ＦＸ2N－４８ＭＲ－００１

ＦＸ2N－４８ＭＳ

ＦＸ2N－４８ＭＴ

２４

２４

４８～６４

ＦＸ2N－６４ＭＲ－００１

ＦＸ2N－６４ＭＳ

ＦＸ2N－６４ＭＴ

３２

３２

４８～６４

ＦＸ2N－８０ＭＲ－００１

ＦＸ2N－８０ＭＳ

ＦＸ2N－８０ＭＴ

４０

４０

４８～６４

ＦＸ2N－１２８ＭＲ－００１

－

ＦＸ2N－１２８ＭＴ

６４

６４

４８～６４

表２.２.２FX2N系列扩展单元

型号

输入点数

输出点数

扩展模块可用点数

继电器输出

晶闸管输出

晶体管输出

ＦＸ2N－３２EＲ

ＦＸ2N－３２EＳ

ＦＸ2N－４８EＴ

16

16

２４～３２

ＦＸ2N－４８EＲ

－

ＦＸ2N－４８EＴ

２４

２４

４８～６４

表２.２.３FX2N系列扩展模块

型号

输入点数

输出点数

输入

继电器输出

晶闸管输出

晶体管输出

ＦＸ2N－16EX

－

－

－

１６

－

ＦＸ2N－16EX-C

－

－

－

１６

－

ＦＸ2N－16EXL-C

－

－

－

１６

－

－

ＦＸ2N－16EYR

ＦＸ2N－16EYS

－

－

１６

－

－

－

ＦＸ2N－16EYＴ

－

１６

－

－

－

ＦＸ2N－16EYT-C

－

１６

ＦＸ2N有１２８种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器时间常数、数学运算、逻辑运算、浮点数运算、数据检索、数据排序、ＰＩＤ运算、开方、三角函数运算、脉冲输出、脉宽调制、ＡＳＣＩＩ码输出、ＢＣＤ与ＢＩＮ的相互转换、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令。

ＦＸ2N内装实时钟，有时钟数据的比较、加减、读出／写入指令，可用于时间控制。

ＦＸ2N还有矩阵输入、１０键输入、数字开关、７段显示器扫描显示、示教定时器等方便指令。

第三节ＦＸ2N和ＦＸ2Nc的基本性能

表２.１.4ＦＸ2N和ＦＸ2Nc的基本性能

项目

ＦＸ2N,ＦＸ2Nc

运算控制方式

存储程序,反复运算

输入输出控制方式

批处理方式（在执行END指令时）,可以使用输入输出刷新指令

运算处理速度

基本指令

0.08μs/指令

应用指令

1.52～数百微秒/指令

程序语言

梯形图和指令表,可以用步进梯形指令来生成顺序控制指令

程序容量

内置8000步EPOM,使用附加存储器盒可以扩展到16000步

指令数

基本、步进指令

基本（顺序）指令27步,步进指令2条

应用指令

128条

I/O设置

硬件配置最多256点,与用户选择有关,软件可以设输入、输出各256点

辅助继电器

通用辅助继电器

500点,M0～M499

锁存辅助继电器

2572点,M500～M3071

特殊辅助继电器

256点,M8000～M8255

状态继电器

初始状态继电器

10点,S0～S9

回零状态继电器

10点,S10～S19

通用状态继电器

480点,S20～S499

锁存状态继电器

400点,S500～S889

信号报警器

100点,S900～S999

定时器

100ms定时器

200点,T0～T199

10ms定时器

46点,T200～T245

1ms积算定时器

4点,T246～T249

100ms积算定时器

6点,T250～T255

计数器

16位通用加计数器

16位100点,C0～C99

16位锁存加计数器

16位100点,C100～C199

32位通用加减计数

32位20点,C200～C219

32位通用加减计数

点32位15点,C220～C234

高速计数器

1相无启动复位输入

6点,C235～C240

1相带启动复位输入

5点,C241～C245

2相双向高速计数器

5点,C246～C250

A/B相高速计数器

5点,C251～C255

续表

数据寄存器

文件寄存器

7000点,D1000～D7999,以500个为单位设置文件寄存器

特殊寄存器

16位256点,D8000～D8255

变址寄存器

16位16点,V0～V7,Z0～Z7

跳步指针

跳步和子程序调用

128点,P0～P127

中断用

6点输入中断（100□□～150□□）,3点定时中断（I6※※～I8※※,※※为ms）,6点计数器中断

使用MC和MCR的嵌套层数

8点,N0～N7

常数

十进制

16位:

-32786～+3276732位:

-2147483648～+2147483647

十六进制

16位:

0～FFFF,32位:

0～FFFFFFFF

浮点数

32位:

±1.175×10-38～±3.403×1038

第三章

三菱FX2N系列PLC对T68镗床的改造

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。

T68镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大。

针对这种情况，我们用PLC控制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，提高了设备使用效率，运行效果良好。

第一节改造方案的确定

1.1原镗床的工艺加工方法不变；

1.2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；

1.3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；

1.4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；

1.5改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。

第二节利用三菱FX2N－48MRPLC对T68镗床的改造

一、主电路、PLC的I/O接线、梯形图和指令表

主电路和PLC的I/O接线

图3.2.1T68镗床的主电路和PLC的I/O接线

梯形图

图3.2.2（a）T68镗床的PLC控制梯形图

图3.2.2（b）T68镗床的PLC控制梯形图

指令语句表

表3.2.1

段

指令

功能及说明

1

LDIX12

ORIX13

ANIX16

MCN0

M110

初始启动

主控指令NO

2

2a

LDIX0

MCN1

M110

LDX0

ORIX7

ORIX11

ORY0

ORY1

OUTM103

MCN1

M100

主控指令N1

M1的低速，高速控制

3

LDX1

ORM101

ANIM102

ANIY1

OUTM101

M1正转启动辅助继电器

4

LDX2

ORM102

ANIM101

ANIY0

OUTM102

M1反转启动辅助继电器

5

LDM101

OUTT0

K0.5

M1正转启动延时

6

LDM102

OUTT1

K0.5

M1反转启动延时

7

LDT0

ANIY2

LDX3

ORB

LDT2

ANDM103

ORB

ANIY1

OUTY0

M1正转运行、正转点动、反接制动

8

LDX20

LDIX7

ORX11

LDIX17

ANB

ORB

OUTT2

K0.5

M1反转反接制动延时

9

LDT1

ANIX2

LDX4

ORB

ORT3

ANIY0

OUTY1

M1反转运行、反转点动、反接制动

10

LDX17

ANDN103

OUTT3

K0.5

M1正转反接制动延时

11

LDM101

ORM102

ANDX6

ANDX10

OUTY2

LDX5

OUTT4

K1.5

短接电阻R

低、高速转换延时

12

MCRM100

主控程序N0结束

13

LDM103

ANIT4

ANIY6

OUTY5

M1低速△连接

14

LDM103

ANDT4

ANIY5

OUTY6

OUTY7

M1高速YY连接

15

LDX14

ANIX15

ANIY4

OUTY3

M2正转运行控制

16

LDIX14

ANIX15

ANIY3

OUTY4

M2反转运行控制

17

MCRM110

主程序N1结束

18

END

程序结束

输入、输出设备及PLC的I/O元件配置

表3.2.2

输入设备

PLC

输入继电器

代号

功能

SB6

M1的停止按钮

X0

SB1

M1的正转按钮

X1

SB2

M1的反转按钮

X2

SB3

M1的正转点动按钮

X3

SB4

M1的反转点动按钮

X4

SQ

高低速转换行程开关

X5

SQ1

主轴变速行程开关

X6

SQ2

主轴变速行程开关

X7

SQ3

进给变速行程开关

X10

SQ4

进给变速行程开关

X11

SQ5

工作台或主轴箱机动进给限位

X12

SQ6

主轴或花盘刀架机动进给限位

X13

SQ7

快速电动机M2正转限位

X14

SQ8

快速电动机M2反转限位

X15

FR

M1热继电器动合触点

X16

KS1

速度继电器正转触点

X17

KS2

速度继电器反转触点

X20

输出设备

PLC

输出继电器

代号

功能

KM1

M1的正转接触器

Y0

KM2

M1的反转接触器

Y1

KM3

限流电阻制动接触器

Y2

KM4

M2的正转接触器

Y3

KM5

M2的反转接触器

Y4

KM6

M1低速△接触器

Y5

K