PLC在T68卧式镗床控制中的应用Word文件下载.docx

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另一台为快速进给电动机M2，作为各进给运动的快速移动的动力。

控制电路由控制变压器TC提供110V工作电压，FU3提供变压器二次侧的短路保护。

控制电路包括KMl～KM7七个交流接触器和KAl、KA2两个中间继电器，以及时间继电器KT共十个电器的线圈支路，该电路的主要功能是对主轴电动机M1进行控制。

本文利用三菱FX2N-48MR型PLC对T68镗床的电气控制进行改造，阐述了系统改造方案，同时根据镗床的控制要求和特点，确定PLC的输入、输出分配，在继电器控制线路的基础上，设计出梯形图并进行了计算机上的调试。

结果表明，编写程序运行正确。

关键字：

PLCT68卧式镗床电气控制改造

第1章概述

本文从常用机床的电气控制入手，学会阅读、分析机床电气控制电路的方法、步骤，加深对典型控制环节的理解和应用，了解机床上机械、液压、电气三者的配合关系。

从机床加工工艺出发，掌握各种常用机床的电气控制，为机床及其他生产机械电气控制的设计、安装、调试、检修等打下一定基础。

机床的电气控制，不仅要求能够实现起动、制动、反向和调速等基本要求，更要满足生

产工艺的各项要求，还要保证机床各运动的准确和相互协调，具有各种保护装置，工作可靠，实现操作自动化等。

学习与分析机床电气控制电路时，应注意以下几个问题：

（1）了解机床的基本结构、运动形式、加工工艺要求，明确控制要求。

（2）了解机床机、电、液压等之间的配合关系。

（3）先分析主电路，了解整个电力拖动系统的组成，分析电动机的起动、运行、调速、制动等控制要求，分析电路或电动机的保护。

然后分析控制电路，分析控制电路时将整个控制电路按功能不同分成若干局部控制电路，逐一分析，分析时应注意各局部电路之间的联锁与互锁关系，然后再统观整个电路，形成一个整体概念。

最后分析电气原理图中的其他辅助电路。

分析机床的电气控制线路时，应先分析主电路，掌握各电动机的作用、起动方法、调速方法、制动方法以及各电动机的保护，并应注意各电动机控制的运动形式之间的相互关系，如主电动机和冷却泵电动机之间的顺序；

主运动和进给运动之间的顺序；

各进给方向之间的联锁关系。

分析控制电路时，应分析每一个控制环节对应的电动机，注意机械和电气的联动，各环节之间的互锁和保护。

具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。

第2章T68型卧式镗床电气控制电路

本节介绍T68型卧式镗床的电气控制电路。

T68型卧式镗床型号的含义为

2.1卧式镗床的主要结构和运动形式

卧式镗床的主要结构如图2-1所示，前立柱固定安装在床身的右端，在它的垂直导轨上装有可上下移动的主轴箱。

主轴箱中装有主轴部件、主运动和进给运动的变速传动机构和操纵机构等。

在主轴箱的后部固定着后尾筒，里面装有镗轴的轴向进给机构。

后立柱固定在床身的左端，装在后立柱垂直导轨上的后支承架用于支承长镗杆的悬伸端（参见图2-2（b）），后支承架可沿垂直导轨与主轴箱同步升降，后立柱可沿床身的水平导轨左右移动，在不需要时也可以卸下。

工件固定在工作台上，工作台部件装在床身的导轨上，由下滑座、上滑座和工作台三部分组成，下滑座可沿床身的水平导轨作纵向移动，上滑座可沿下滑座的导轨作横向移动，工作台则可在上滑座的环形导轨上绕垂直轴线转位，使工件在水平面内调整至一定的角度位置，以便能在一次安装中对互相平行或成一定角度的孔与平面进行加工。

根据加工情况不同，刀具可以装在镗轴前端的锥孔中，或装在平旋盘（又称为“花盘”）与径向刀具溜板上。

加工时，镗轴旋转完成主运动，并且可以沿其轴线移动作轴向进给运动；

平旋盘只能随镗轴旋转作主运动；

装在平旋盘导轨上的径向刀具溜板除了随平旋盘一起旋转外，还可以沿着导轨移动作径向进给运动。

图2－1卧式镗床结构示意图

卧式镗床的典型加工方法如图2-2所示，（a）图为用装在镗轴上的悬伸刀杆镗孔，由镗轴的轴向移动进行纵向进给；

（b）图为利用后支承架支承的长刀杆镗削同一轴线上的前后两孔，（c）图为用装在平旋盘上的悬伸刀杆镗削较大直径的孔，两者均由工作台的移动进行纵向进给；

（d）图为用装在镗轴上的端铣刀铣削平面，由主轴箱完成垂直进给运动；

图（e）、（f）为用装在乎旋盘刀具溜板上的车刀车削内沟槽和端面，均由刀具溜板移动进行径向进给。

图2-2卧式镗床的主运动和进给运动示意图

因此，卧式镗床的运动形式是：

主运动为镗轴和平旋盘的旋转运动。

进给运动包括：

（1）镗轴的轴向进给运动。

（2）平旋盘上刀具溜板的径向进给运动。

（3）主轴箱的垂直进给运动。

（4）工作台的纵向和横向进给运动。

辅助运动包括：

（1）主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动。

（2）后立柱的纵向调位移动。

（3）后支承架与主轴箱的垂直调位移动。

（4）工作台的转位运动。

2.2卧式镗床的电力拖动形式和控制要求

1．卧式镗床的主运动和进给运动多用同一台异步电动机拖动。

为了适应各种形式和各种

工件的加工，要求镗床的主轴有较宽的调速范围，因此多采用由双速或三速笼型异步电动机拖动的滑移齿轮有级变速系统。

采用双速或三速电动机拖动，可简化机械变速机构。

目前，采用电力电子器件控制的异步电动机无级调速系统已在镗床上获得广泛应用。

　　2．镗床的主运动和进给运动都采用机械滑移齿轮变速，为有利于变速后齿轮的啮合，要求有变速冲动。

3．要求主轴电动机能够正反转；

可以点动进行调整；

并要求有电气制动，通常采用反接制动。

4．卧式镗床的各进给运动部件要求能快速移动，一般由单独的快速进给电动机拖动。

2.3T68型卧式镗床电气控制电路分析

T68型卧式镗床电气原理图如图2-3所示。

2-3T68型卧式镗床电气原理图

2.3.1主电路

T68卧式镗床电气控制线路有两台电动机：

M1为双速电动机，由接触器KM4、KM5控制：

低速时KM4吸合，M1的定子绕组为三角形联结，nN＝1460r／min；

高速时KM5吸合，KM5为两只接触器并联使用，定子绕组为双星形联结，nN＝2880r／min。

KMl、KM2控制M1的正反转。

KV为与M1同轴的速度继电器，在M1停车时，由KV控制进行反接制动。

为了限制起、制动电流和减小机械冲击，M1在制动、点动及主轴和进给的变速冲动时串入了限流电阻器R，运行时由KM3短接。

热继电器FR作M1的过载保护。

M2为快速进给电动机，由KM6、KM7控制正反转。

由于M2是短时工作制，所以不需要用热继电器进行过载保护。

QS为电源引人开关，FUl提供全电路的短路保护，FU2提供M2及控制电路的短路保护。

2.3.2控制电路

由控制变压器TC提供110V工作电压，FU3提供变压器二次侧的短路保护。

控制电路包

括KMl～KM7七个交流接触器和KAl、KA2两个中间继电器，以及时间继电器KT共十个电器的线圈支路，该电路的主要功能是对主轴电动机M1进行控制。

在起动M1之前，首先要选择好主轴的转速和进给量（在主轴和进给变速时，与之相关的行程开关SQ3～SQ6的状态见表2-1），并且调整好主轴箱和工作台的位置（在调整好后行程开关SQl、SQ2的动断触点（1-2）均处于闭合接通状态）。

1．M1的正反转控制

SB2、SB3分别为正、反转起动按钮，下面以正转起动为例：

按下SB2→KA1线圈通电自锁→KA1动合触点（10-11）闭合，KM3线圈通电→KM3主触点闭合短接电阻R；

KA1另一对动合触点（14-17）闭合，与闭合的KM3辅助动合触点（4-17）使KM1线圈通电→KM1主触点闭合；

KM1动合辅助触点（3-13）闭合，KM4通电，电动机M1低速起动。

同理，在反转起动运行时，按下SB3，相继通电的电器为：

KA2→KM3→KM2→KM4。

2．M1的高速运行控制

若按上述起动控制，M1为低速运行，此时机床的主轴变速手柄置于“低速”位置，微动开关SQ7不吸合，由于SQ7动合触点（11-12）断开，时间继电器KT线圈不通电。

要使M1高速运行，可将主轴变速手柄置于“高速”位置，SQ7动作，其动合触点（11-12）闭合，这样在起动控制过程中KT与KM3同时通电吸合，经过3s左右的延时后，KT的动断触点（13-20）断开而动合触点（13-22）闭合，使KM4线圈断电而KM5通电，M1为YY联结高速运行。

无论是当M1低速运行时还是在停车时，若将变速手柄由低速挡转至高速挡，M1都是先低速起动或运行，再经3S左右的延时后自动转换至高速运行。

2．M1的停车制动

M1采用反接制动，KV为与M1同轴的反接制动控制用的速度继电器，它在控制电路中有三对触点：

动合触点（13-18）在M1正转时动作，另一对动合触点（13-14）在反转时闭合，还有一对动断触点（13-15）提供变速冲动控制。

当M1的转速达到约120r／min以上时，KV的触点动作；

当转速降至40r／min以下时，KV的触点复位。

下面以M1正转高速运行、按下停车按钮SBl停车制动为例进行分析：

按下SB1→SB1动断触点（3-4）先断开，先前得电的线圈KA1、KM3、KT、KM1、KM5相继断电→然后SB1动合触点（3-13）闭合，经KV-1使KM2线圈通电→KM4通电KM1D形接法串电阻反接制动→电动机转速迅速下降至KV的复归值→KV-1动合触点断开，KM2断电→KM2动合触点断开，KM4断电，制动结束。

如果是M1反转时进行制动，则由KV－2（13-14）闭合，控制KMl、KM4进行反接制动。

4．M1的点动控制

SB4和SB5分别为正反转点动控制按钮。

当需要进行点动调整时，可按下SB4（或SB5），

使KMl线圈（或KM2线圈）通电，KM4线圈也随之通电，由于此时KAl、KA2、KM3、KT线圈都没有通电，所以M1串入电阻低速转动。

当松开SB4（或SB5）时，由于没有自锁作用，所以M1为点动运行。

表2-1主轴和进给变速行程开关SQ3～SQ6状态表

相关行程开关的触点

①正常工作时

②变速时

③变速后手柄推不上时

SQ3（4—9）

+

－

主轴变速

SQ3（3—13）

SQ5（14—15）

SQ4（9—10）

进给变速

SQ4（3—13）

SQ6（14—15）

图中：

+表示接通－表示断开

5．主轴的变速控制

主轴的各种转速是由变速操纵盘来调节变速传动系统而取得的。

在主轴运转时，如果要变速，可不必停车。

只要将主轴变速操纵盘的操作手柄拉出（如图2-5所示，将手柄拉至②的位置），与变速手柄有机械联系的行程开关SQ3、SQ5均复位（见表2-4），此后的控制过程如下（以正转低速运行为例）：

将变速手柄拉出→SQ3复位→SQ3动合触点断开→KM3和KT都断电→KM1断电KM4断电，M1断电后由于惯性继续旋转。

SQ3动断触点（3-13）后闭合，由于此时转速较高，故KV-1动合触点为闭合状态→KM2线圈通电→KM4通电，电动机D接法进行制动，转速很快下降到KV的复位值→KV-1动合触点断开，KM2、KM4断电，断开M1反向电源，制动结束。

转动变速盘进行变速，变速后将手柄推回→SQ3动作→SQ3动断触点（3-13）断开；

动合触点（4-9）闭合，KM1、KM3、KM4重新通电，M1重新起动。

由以上分析可知，如果变速前主电动机处于停转状态，那么变速后主电动机也处于停转状态。

若变速前主电动机处于正向低速（D形联结）状态运转，由于中间继电器仍然保持通电状态，变速后主电动机仍处于D形联结下运转。

同样道理，如果变速前电动机处于高速（YY）正转状态，那么变速后，主电动机仍先联结成D形，再经3S左右的延时，才进入YY联结高速运转状态。

6.主轴的变速冲动

SQ5为变速冲动行程开关，由表2-4可见，在不进行变速时，SQ5的动合触点（14-15）是断开的；

在变速时，如果齿轮未啮合好，变速手柄就合不上，即在图2-5中处于③的位置，则SQ5被压合→SQ5的动合触点（14-15）闭合→KMl由（13-15-14-16）支路通电→KM4线圈支路也通电→M1低速串电阻起动→当M1的转速升至120r／min时→KV动作，其动断触点（13-15）断开→KMl、KM4线圈支路断电→KV-1动合触点闭合→KM2通电→KM4通电，M1进行反接制动，转速下降→当M1的转速降至KV复位值时，KV复位，其动合触点断开，M1断开制动电源；

动断触点（13-15）又闭合→KMl、KM4线圈支路再次通电→M1转速再次上升……，这样使M1的转速在KV复位值和动作值之间反复升降，进行连续低速冲动，直至齿轮啮合好以后，方能将手柄推合至图2-5中①的位置，使SQ3被压合，而SQ5复位，变速冲动才告结束。

图2-5主轴变速手柄位置示意图

7．进给变速控制

与上述主轴变速控制的过程基本相同，只是在进给变速控制时，拉动的是进给变速手柄，动作的行程开关是SQ4和SQ6。

8．快速移动电动机M2的控制

为缩短辅助时间，提高生产效率，由快速移动电动机M2经传动机构拖动镗头架和工作台作各种快速移动。

运动部件及运动方向的预选由装在工作台前方的操作手柄进行，而控制则是由镗头架的快速操作手柄进行。

当扳动快速操作手柄时，将压合行程开关SQ8或SQ9，接触器KM6或KM7通电，实现M2快速正转或快速反转。

电动机带动相应的传动机构拖动预选的运动部件快速移动。

将快速移动手柄扳回原位时，行程开关SQ8或SQ9不再受压，KM6或KM7断电，电动机M2停转，快速移动结束。

9．联锁保护

为了防止工作台及主轴箱与主轴同时进给，将行程开关SQl和SQ2的动断触点并联接在控制电路（1-2）中。

当工作台及主轴箱进给手柄在进给位置时，SQl的触点断开；

而当主轴的进给手柄在进给位置时，SQ2的触点断开。

如果两个手柄都处在进给位置，则SQl、SQ2的触点都断开，机床不能工作。

2.3.3照明电路和指示灯电路

由变压器TC提供24V安全电压供给照明灯EL，EL的一端接地，SA为灯开关，由FU4提供照明电路的短路保护。

XS为24V电源插座。

HL为6V的电源指示灯。

2.4T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修

镗床常见电气故障的诊断与检修与铣床大致相同，但由于镗床的机—电联锁较多，且采用双速电动机，所以会有一些特有的故障，现举例分析如下：

１．主轴的转速与标牌的指示不符

这种故障一般有两种现象：

第一种是主轴的实际转速比标牌指示转数增加或减少一倍，第二种是M1只有高速或只有低速。

前者大多是由于安装调整不当而引起的。

T68型镗床有18种转速，是由双速电动机和机械滑移齿轮联合调速来实现的。

第1，2，4，6，8，…挡是由电动机以低速运行驱动的，而3，5，7，9，…挡是由电动机以高速运行来驱动的。

由以上分析可知，M1的高低速转换是靠主轴变速手柄推动微动开关SQ7，由SQ7的动合触点（11-12）通、断来实现的。

如果安装调整不当，使SQ7的动作恰好相反，则会发生第一种故障。

而产生第二种故障的主要原因是SQ7损坏（或安装位置移动）：

如果SQ7的动合触点（11-12）总是接通，则M1只有高速；

如果总是断开，则M1只有低速。

此外，KT的损坏（如线圈烧断、触点不动作等），也会造成此类故障发生。

2．MI能低速起动，但置“高速”挡时，不能高速运行而自动停机

M1能低速起动，说明接触器KM3、KMl、KM4工作正常；

而低速起动后不能换成高速运行且自动停机，又说明时间继电器KT是工作的，其动断触点（13-20）能切断KM4线圈支路，而动合触点（13-22）不能接通KM5线圈支路。

因此，应重点检查KT的动合触点（13-22）；

此外，还应检查KM4的互锁动断触点（22-23）。

按此思路，接下去还应检查KM5有无故障。

3．M1不能进行正反转点动、制动及变速冲动控制

其原因往往是上述各种控制功能的公共电路部分出现故障，如果伴随着不能低速运行，则故障可能出在控制电路13-20-21-0支路中有断开点。

否则，故障可能出在主电路的制动电阻器R及引线上有断开点。

如果主电路仅断开一相电源，电动机还会伴有断相运行时发出的“嗡嗡”声。

第3章可编程控制器介绍

3.1PLC的概念

可编程序控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC），定义是：

一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是应用面最广，功能强大，使用方便的通用工业控制装置，它已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。

PLC之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。

它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠性、通用性、灵活性、使用方便等问题。

3.2PLC的构成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

（1）CPU模块

在可编程序控制器系统中，CPU模块相当于人的大脑，它统一指挥和协调整个PLC的工作过程，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。

CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。

（2）I/O模块

输入模块和输出模块简称为工/0模块，它们是系统的眼，耳，手，脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号。

数字量输入模块用来机接收从按钮，选择开关，数字拨码开关，限位开关，接近开关，光电开关，压力继电器等来的数字量输入信号;

模拟量输入模块用来接收电位器，测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。

数字量输出模块用来控制接触器，电磁阀，电磁铁，指示灯，数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调节阀，变频器等执行装置口CPU模块的工作电压一般是DC5V，而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高，如DC24V和AC220V口从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或影响可编程序控制器的正常工作。

在工/0模块中，用光祸合器、小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。

1/0模块除了传递信号外，还有电平转换和隔离的作用。

（3）编程装置

编程装置是PLC不可缺少的一部分，用来生成用户程序，并对它进行编辑，检查和修改，还可以在线监视PLC的工作状态。

它通过接口与CPU联系，完成人机对话。

使用编程装置可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。

程序被编译下载到可编程控制器，也可以将可编程序控制器中的程序上传到计算机。

程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。

可以用编程软件设置可编程序控制器的各种参数。

通过通信，可以显示梯形图中触点和线圈的通断情况，以及运行时可编程序控制器内部的各种参数，对于查找故障非常有用。

（4）电源

可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。

内部的开关电源为各模块提供DC5V,112V,24V等直流电源。

小型可编程序控制器一般可以为输入电路和外部的电子传感器提供24V直流电源，驱动可编程序控制器负载的直流电源一般由用户提供。

3.3PLC的主要特点

1.高可靠性

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.

（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

（4）采用性能优良的开关电源。

（5）对采用的器件进行严格的筛选。

（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2.丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：

交流或直流；

开关量或模拟量；

电压或电流；

脉冲或电位；

强电或弱电等。

有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：

按钮；

行程开关；

接近开关；

传感器及变送器；

电磁线圈；

控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;

为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3.采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。

PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4.编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对