基于PLC和变频器的T610卧式镗床电气控制系统设计中期论文.docx

基于PLC和变频器的T610卧式镗床电气控制系统设计中期论文.docx

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基于PLC和变频器的T610卧式镗床电气控制系统设计中期论文

上海电机学院

毕业设计（论文）

课题名称基于PLC和变频器的T610

卧式镗床电气控制系统设计

学院电气学院

专业电气工程及其自动化（轨道交通方向）

班级

学号

姓名

指导教师

定稿日期：

2015年4月19日

摘要

在现代制造领域中，在整个机械制造中占据极重的位置的是金属切削加工，约占机械制造总工作量的40~60%。

然而镗床更是有着举足轻重的作用。

在1770年左右，就诞生了第一台卧式镗床。

到了二十世纪中期，相继又出现了加工各种复杂大型零件的坐标镗床。

正是加工零件的不断变化，促进了镗床的不断发展完善，从而使其最终发展成为当今时代具有通用性、万年性的卧式镗床。

T610型卧式镗床主要用于孔加工，除扩大工件上己铸出或己加工的孔外，卧式镗床还能镜削平面、钻削、加工端面和凸缘的外圆，以及切螺纹等。

该设备采用继电器控制系统，存在控制线路复杂、容易产生电气故障、维修困难且费用较高。

PLC由于具有控制可靠、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性好等特点在机床电气控制中得到了广泛的应用。

PLC控制系统则能克服原有控制系统的缺点，可以减少电气故障，满足正常、稳定生产的要求。

本课题以西门子S7-200系列可编程控制器作为主控制器，采用变频技术对T610型卧式镗床电气控制系统进行设计改进，主要是完成主电路的改造、PLC接口电路设计及控制程序设计等，设计结果可为卧式镗床的电气控制系统改造提供参考。

关键词：

T610卧式镗床，电气控制，PLC变频器

ABSTRACT

Inthefieldofmodernmanufacturing,machineplayadecisiverole,heavymetalcuttingoccupiesapositioninthemachinerymanufacturing,accountingforabout40~60%ofthetotalworkloadofmechanicalmanufacturing.In1770,thebirthofthefirsthorizontalboringmachine.BythemiddleofthetwentiethCentury,itappearedintheprocessingofavarietyoflargeandcomplexpartsofthecoordinateboringmachine.Duetothechangingofmachinedparts,topromotethecontinuousdevelopmentoftheimprovementofboringmachine.Finallydevelopedintotodayhasahorizontalboringmachineversatility,millionyears.

T610typehorizontalboringmachineismainlyusedforKongJiagong,inadditiontoexpandingtheworkpiecehascastormachinedhole,excirclehorizontalboringmachinecancutplanemirror,drilling,processingofendfaceandtheflange,threadcutting,etc..Thedeviceusestherelaycontrolsystem,therearecomplexcontrolcircuits,easytoproduceelectricalfaultrepair,difficultandexpensive.BecausePLCisreliable,flexibleconfiguration,smallvolume,strongfunction,highspeed,goodexpansibilityandsoonhasbeenwidelyusedintheelectricalcontrolofmachinetools.ThePLCcontrolsystemcanovercometheshortcomingsoftheoriginalcontrolsystem,canreducetheelectricalfailure,tomeetthenormal,stableproductionrequirements.

InthispaperSiemensS7-200seriesprogrammablecontrollerasthemaincontroller,improveonthedesignofelectricalcontrolsystemofT610horizontalboringmachineadoptsfrequencyconversiontechnology,mainlythetransformationofmaincircuit,PLCinterfacecircuitdesignandcontrolprogramdesign,toprovidereferenceforreformationofelectriccontrolsystemofthedesignresultscanbeasthehorizontalboringmachine.

Keywords:

T610horizontalboringmachine，electricalcontrolofPLC，inverter

1绪论

1.1课题背景

随着科学技术的飞速发展，控制过程的日趋复杂，对零件加工精度的要求也越来越高。

为了完成高精度要求零件的加工任务，自动化的镗床是重要的机械加工工具，镗床自动化的实现方法有多种，利用PLC对镗床进行自动化控制，是一种性价比比较高的控制方式[1]。

随着机电一体化技术的发展，可编程序控制器（PLC）日益广泛应用于机械加工设备等电气控制系统中。

应用PLC对现有的机械加工设备的电气控制系统进行改造，可以把机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平，大大的改善产品的加工质量，降低设备故障率，提高生产效率，其经济效率显著[2]。

传统镗床控制系统采用继电接触器控制系统，不但接线复杂，而且经常出现故障，可靠性较差。

为了完成高精度要求零件的加工任务，自动化的镗床是重要的机械加工工具，镗床自动化的实现方法有多种，利用PLC对镗床进行自动化控制，是一种性价比比较高的控制方式[3]。

1.2镗床的发展状况介绍

镗床的应用主要是用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床。

通常镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。

它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。

镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径车削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。

镗孔是镗削的一种。

1.2.1镗床发展历史

金属切削加工在这整个机械制造中占有极重的位置，约占机械制造总工作量的40～60%[4]。

在1770年前后，由于用手工和一般金属加工机具加工蒸汽机气缸不能到达精度要求，人们就创制了专门加工蒸汽机气缸孔的专业机床，于是就诞生了第一台卧式镗床。

20世纪初期，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距精度较高的设备，1905年在瑞士制成小型台式坐标定中心机床。

1917年，在美国制成单柱坐标镗床。

1920年瑞士制成双柱坐标健床。

30年代，在德国、瑞士等先后出现了以线纹尺定位的光学坐标镗床，坐标定位精度提高到2～6微米。

60年代以后，随着电子技术的发展，坐标镗床向数字显示和数字控制方向发展，采用光栅、感应同步器、激光干涉仪和磁栅等作为坐标定位装置，有的还增设了自动换刀装置。

到了二十世纪中期，又相继出现了加工各种复杂大型零件的坐标镗床。

由于加工零件的不断变化，促进了镗床的不断发展完善。

终于发展成为今天具有通用性、万年性的卧式镗床。

对于重型制造业来说，那些体积大、吨位重的大型工件的孔加工，由于工件的移动和装夹困难，无法在普通卧式镗床上加工，因此，在卧式镗床的基础上又发展制造了重型落地镗床。

1.2.2现代镗床的现状及发展水平

现代机器向着高速度、高效率、高精度发向发展，对机械零件精度要求越来越高，同时机构也日趋复杂，特别是箱体零件具有孔系多的特点，它除了本身有尺寸精度要求外，还有形状精度和孔系之间的位置精度要求[5]。

镗床在这些加工中尤为重要。

现代还出现了一些生产能力强柔性不高的专用镗床。

现代镗床由过去的专用镗床发展为今天的通用性机床，具有较大的工艺范围，且运动灵活，柔性高，能力日工复杂的零件，通用镗床正向数控化、大型化、超精密、高速度等方向发展。

一些专用镗床向标准化发展，使专用镗床生产周期大为降低，生产成本降低，体积更小，能满足各种加工要求。

1.3PLC在国内外的发展现状介绍

1.3.1PLC发展历史

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能[6]。

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[7]。

为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。

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[8]。

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

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中己获得广泛应用。

这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。

这个阶段的另一个特点是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己步入成熟阶段[9]。

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。

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。

1.3.2PLC未来展望

21世纪，PLC会有更大的发展。

从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现：

从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展：

从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求：

从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言：

从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向[10]。

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

1.4本