t68镗床plc电气改造.docx
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t68镗床plc电气改造
2015届毕业设计说明书
课题名称：
T68镗床PLC电气改造
所在学院铁道牵引与动力学院
班级司乘123班
姓名刘俊
学号201213250326
指导老师陈湘令
完成日期2014年12月
毕业设计评分标准与答辩记录
班级
司乘123
学号
201213250326
姓名
刘俊
总得分
课题名称
T68镗床PLC电气改造
考核项目及分值
考核内容
分值
评分标准
得分
设计过程20
选题的应用性、工艺性、综合性、先进性、和经济性。
查阅文献资料、参考书、使用工具书的能力。
5
5
4
3
2
分析和解决问题方面的能力，创造性，独立工作能力。
5
5
4
3
2
工作态度与遵守纪律情况。
10
10
8
6
4
设计结果40
文字的简洁性、通畅性，条理性与逻辑性。
10
10
8
6
4
论据正确充分、分析计算准确、使用公式与引用数据的正确性。
10
10
8
6
4
完成设计任务，贯彻国家标准，图样、数据表格、说明书质量。
10
10
8
6
4
设计方案比较选择的正确合理性，设计理念、设计方法、设计思路方面的独到性和创新性。
10
10
8
6
4
答辩情况40
阐述课题的设计思路、主要依据、结论、体会和改进意见。
10
10
8
6
4
回答问题的准确性、敏锐性、全面性，语言表达能力，逻辑条理性。
30
30
24
18
12
指导老师评价
指导教师签名
答辩记录与
答辩评价
答辩教师签名
2015届毕业设计任务书
一、课题名称：
T68镗床PLC电气改造
二、指导老师：
陈湘令
三、设计内容与要求
1、课题概述：
传统的机床电气控制是采用接触器、继电器等机床电器实现逻辑控制功能的，不但接线复杂，而且经常出现故障，可靠性低，维修麻烦。
与之相比，PLC具有可靠性高，编程灵活，开发周期短，故障诊断排查容易，特别适合于机床逻辑控制系统的开发与应用。
使用PLC设计机床控制电路，可以减少电器元件的数量，减少繁杂的接线和调试过程，提高控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的质量和生产效率。
本设计要求对T68型卧式镗床的电气控制过程进行分析，对接触器—继电器控制系统提出PLC改造方案，PLC型号可以选取西门子S7200型或三菱FX2N型。
2、设计目的
1）掌握T68型卧式镗床的用途。
2）掌握T68型卧式镗床的电气控制功能、原理。
3）熟悉一种PLC（西门子或三菱）可编程逻辑控制程序。
4）掌握PLC改造T68型卧式镗床的整体设计思路。
5）掌握PLC改造T68型卧式镗床的基本方法。
3、设计要求
1）不改变原控制系统的电气功能，即原有的电器开关动作与顺序不变、逻辑关系不变。
2）行程开关、按钮、接触器、热继电器等元器件数目不变。
3）原控制系统中过载保护用的热继电器动断触点不变。
4）原控制系统中指示灯不变。
5）将原接触器、继电器等元器件的辅助触点用PLC触点替代。
6）将时间继电器用PLC的时间继电器替代。
7）将原控制电路的接线改为用PLC软件编程实现。
4、设计内容
1）简单介绍T68型镗床。
2）说明T68型卧式镗床的主电路和控制电路实现的功能。
3）详细分析T68型卧式镗床的电气控制原理。
4）介绍一种PLC逻辑控制器件，包括型号、基本指令、程序的编写方法等。
5）进行PLC改造：
a）选择PLC型号；
b）选择PLC元器件，列写元器件改造前和改造后的对照表；
c）分配I/O端口，列写I/O端口分配表；
d）设计I/O端口电路接线图；
e）绘制梯形图；
f）编写语句表
四、设计参考书目
1）《电机控制及PLC应用》华满香北京大学出版社
2）三菱FX2N系列PLC应用技术刘建华机械工业出版社
3）S7-200西门子PLC基础教程王淑英人民邮电出版社
五、设计说明书要求
1．封面
2．目录
3．内容摘要（200－400字左右，中英文）
4．引言
5．正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）
6．结束语
7．附录（参考文献、图纸、材料清单等）
六、毕业设计进程安排
1．第1-3周，进行相关资料收集，了解设计原理，选定设计方案，进行初步设计；
2．第4周，进行中期检查，集中指导；
3．第5-8周，进行调研、论证、细致深化设计过程；
4．9周论文编写初稿完成；
5．10周完成设计任务书；
6．准备毕业设计答辩。
七、毕业设计答辩与论文要求
1．毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。
学生答辩对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题、质询与课题密切相关的基础理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法、鉴别学生独立工作能力、创新能力。
2．毕业设计论文要求
文字要求：
说明书要求打印（除图纸外），不能手写。
文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。
图纸要求：
按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
曲线图表要求：
所有曲线、图表、线路图。
程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
2014年5月
摘要
由于PLC在与继电器的比较中有着许多的功能胜过或者是优于继电器，从而使PLC逐步取代继电器，使得其自动化控制有了更进一步的发展，无论从操作，维修，保养还是从线路的简化等方面都更加的方便，其优点更加的突出！
根据以上问题，我们进行了T68镗床的PLC电气改造。
本文就根据PLC的优点对T68镗床进行电器线路改造.机床原有的操作方式不变,机床的主电路不变,从而使机床的控制线路简化了,机床故障率降低了。
本文首先提出电路改进的总体构思,然后分析原有的镗床，讲解了老式镗床的机械结构和工作形式，以及电气工作原理。
对于PLC进行介绍和相关讲解，然后根据本次毕业设计需要进行选择，并提出其选择的原因。
后面是T68镗床的PLC电器改造，设计出了PLC的I\O分配表、接线图、梯形图及指令表等PLC语言,后面重点分析了电路的调试过程。
最后是本次毕业设计的总结与感谢。
关键词：
PLC改造T68镗床梯形图
ABSTRACT
AsthePLCincomparisonwiththerelayhasmanysuperiorfeaturesthaneitherrelay,sothatgraduallyreplacetherelayPLC,makingitsautomationandcontrolhasbeenfurtherdevelopedtosimplifythetermsofoperation,maintenance,orfromthelineetc.aremoreconvenient,moreprominentadvantages!
Accordingtotheabovequestions,weconductedaPLCelectricaltransformationT68boringmachine.
Inthispaper,theadvantageoftheT68boringPLCbasedelectricallinetransformation.Machineunchangedoriginalmodeofoperation,themachine'smaincircuitconstant,sothatthemachinecontrolcircuitissimplified,machinefailurerateisreduced.Firstly,toimprovetheoverallconceptproposedcircuit,andthenanalyzetheoriginalboringtoexplainthestructureandformsofworkboringold-fashionedmechanical,andelectricalworks.ForPLCareintroducedandrelatedexplanations,thenneedtobeselectedaccordingtothisgraduationproject,andthereasonsputforwardtheirchoice.FollowedPLCelectricaltransformationT68Boring,designedthePLCI\Oallocationtable,wiringdiagrams,tables,etc.PLCLadderlanguageandinstruction,followedbyanalyzesthedebuggingprocesscircuit.Finally,thisgraduationprojectsummaryandthanks.
Key words:
T68boringPLCtransformationLadderdiagram
目录
目录1
第1章课题概述1
1.1T68卧式镗床1
1.2可编程逻辑控制器1
第2章T68型卧式镗床控制原理3
2.1T68型卧式镗床的主要结构3
2.2T68型卧式镗床的运动形式4
2.3T68型卧式镗床原有电器控制4
2.4T68型卧式镗床电器控制的改造4
2.5电动机的选择5
第3章PLC对T68卧式镗床的改造8
3.1PLC的概述8
3.2PLC的基本结构8
3.3PLC的语言9
3.4PLC对T68镗床的设计整体设计简介9
第4章调试说明22
4.1主轴正转低速22
4.2主轴正转高速22
4.3主轴正转点动22
4.4主轴反转低速22
4.5主轴反转高速22
4.6主轴反转点动22
4.7正向反接制动23
4.8反向反接制动23
4.9主轴变速和进给变速控制23
4.10联锁保护装置24
结论25
谢辞26
参考文献27
第1章课题概述
1.1T68卧式镗床
卧式镗床具有万能特点，主要用于孔的精加工，可以进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔及加工端平面等。
传统继电-接触器控制的卧式镗床，在控制线路上的一些复杂性、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。
而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。
因此，选用PLC对T68卧式镗床进行改造不仅在工艺控制要求的情况下大大提高了生产效率，同时还克服了手动操作所带来的一些人为的干扰因素，取得了良好的经济效益。
通过机械部分的系统主电路设计，T68镗床用2台电动机，主轴电机M1拖动主轴的旋转和工作进给，M2电动机实现工作台的快移。
M1电动机是双速电动机，低速用△接法，高速是YY接法，主轴旋转和进给都有齿轮变速，停车时采用反接制动、主轴和进给的齿轮变速采用断续自动低速冲动。
同时根据T68镗床的控制要求和特点，确定PLC的输入、输出分配，设计出梯形图并进行调试，采用MCGS软件进行监控。
若选择了合适的PLC控制器，分配好I/O端子口，用梯形图来实现主电动机的正转、反转的点动控制、主轴停车迅速、准确；主轴变速时有低速和断续变速设置；有必要的联锁与保护环节；故障的自检测和自诊断功能。
并用MCGS软件对其工程进行监控，故可实现电控系统的快速性、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。
1.2可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器（PLC）包括输入模块或输入点、中央处理单元（CPU）以及输出模块或输出点。
它实际上是一个由可编程微处理器构成，通过专门计算机语言编程的设备。
可编程控制器通过监视输入，根据程序得到结果，控制输出自动控制过程或机器。
输入单元可接收来自不同现场设备（传感器）的各种数字或模拟信号，然后将它们转换为CPU可以使用的逻辑信号。
CPU根据存储器中的程序指令做出判断，然后执行指令，输出模块将来自CPU的控制指令转换为现场控制的各个设备（执行机构）所能使用的数字或逻辑信号。
编程设备用于输入期望指令，由这些指令
来决定对于特定的输入PLC做什么。
操作界面能够显示过程信息及输入新的控制参数。
在这个简单的例子里，连接到PLC输入端的按钮（传感器），通过电动机的启动器（执行机构）可以启动和停止与PLC链接的电动机。
以前，可编程逻辑控制器用类似于继电器逻辑电路图的梯形图来编程。
现代可编程逻辑控制器通常可用梯形图语言、BASIC语言及C语言中的任何一种语言来编程。
通常将程序写在个人计算机的开发环境中，通常链接的电缆直接下载到可编程逻辑控制器里，将程序存储在固定存储器里。
可编程逻辑控制器用于商业和工业领域，它们已经为工厂的自动化做出了巨大贡献。
早期的自动化系统不得不使用数以千计的单个继电器和凸轮定时器，但是所有工业系统的继电器和定时器都可用一个可编程逻辑控制器来代替。
今天，可编程逻辑控制器有许多功能，包括基本的延时控制、运动控制、过程控制及复杂的网络控制，也用于分布控制系统中。
PLC的语言并不是我们所想象的汇编语言或C语言来进行编程，而是采用原有的继电器控制的梯形图，使得电气工程师在编写程序时很容易就理解了PLC的语言，而且很多的非电气专业人士也对PLC很快认识并深入。
PLC的最大特点在于：
电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心计，只要将按钮开关或感应器的输入点连接到PLC的输入点上就能解决问题，通过输出点连接接触器或继电器来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接就可以。
以上仅仅是PLC的优点之一，这也是人们比较容易理解的一部分，在很多的设备中，人们已不再希望看到太多的控制按钮，它们不但容易损坏而且极易产生人为的失误，小的并不是主要的失误也许你还能够接受；但过大的甚至是致命的失误是我们无法容忍的。
新的技术总是为了给我们带来更安全和便捷的操作，使得我们面临的一大堆问题一扫而光。
第2章T68型卧式镗床控制原理
2.1T68型卧式镗床的主要结构
T68卧式镗床的结构如图2-1所示，主要由床身、前立柱、镗床架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板、工作台等部分组成。
图2-1T68卧式镗床结构示意图
1-床身2-镗头架3-前立柱4-平旋盘
5-镗轴6-工作台7-后立柱
8-尾座9-上溜板10-下溜板11-刀具溜板
床身是一个整体的铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗床架，镗床架可沿导轨垂直移动。
镗床架上装有主轴、主轴变速箱、进给变速箱与操纵机构等部件。
切削刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘的刀具溜板上。
在镗削加工时，镗轴一面旋转，一面沿轴向作进给运动。
平行盘只能旋转，装在其上的溜板作径向进给运动。
镗轴和平行盘轴径由各自的传动链传动，因此可以独自旋转，也可以不同转速同时旋转。
在床身的另一端装有后立柱，后立柱可沿床身导轨在镗轴轴线方向调整位置。
在后立柱导轨上安装有尾座，用来支撑镗轴的末端，尾座与镗头架同时升降，
保证两者的轴心在同一水平线上。
安装工件的工作台安放在床身中部的导轨上，它由下溜板、上溜板与可转动的工作台组成。
下溜板可沿床身导轨作纵向运动，上溜板可沿下溜板的导轨作横向运动，工作台相对于上溜板可作回转运动。
2.2T68型卧式镗床的运动形式
主运动：
镗轴和平旋盘的旋转运动。
进给运动：
镗轴的轴向进给，平旋盘刀具溜板的径向进给，镗头架的垂直进给，工作台的纵向进给和横向进给。
辅助运动：
工作台的回转，后立柱的轴向移动，尾座的垂直移动及各部分的快速移动等。
T68型卧式镗床运动对电气控制电路的要求：
（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；
（3）主电动机要求正反转以及点动控制；
（4）主电动机应设有快速准确的停车环节；
（5）主轴变速应有变速冲动环节；
（6）快速移动电动机采用正反转点动控制方式；
（7）进给运动和工作台不平移动两者只能取一，必须要有互锁。
2.3T68型卧式镗床原有电器控制
T68卧式镗床原有电器控制电路为继电器控割方式，其触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务繁重的问题。
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。
2.4T68型卧式镗床电器控制的改造
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。
现利用可编程序控制器（PLC）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，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。
2.5电动机的选择
T68卧式镗床的运动情况比较复杂，控制电路中使用了较多的行程开关。
它们都安装在床身的相应位置上。
主电路有两台电动机。
由于主轴旋转与进给量都有较大的调速范围，主运动与进给运动由一台电动机拖动，为简化传到机构所以本次设计中所选用的是双速笼型异步电动机。
功率为5.5/7.5KW，转速为1460/2880r/min。
主电动机高低速的变换由主轴孔盘变速机构内的限位开关SQ控制。
其工作原理，用按钮和接触器控制双速电动机：
先合上电源开关按下低速起动按钮a，接触器1线圈通电，联锁触头断开，自锁触头闭合，接触器1主触头闭合，电动机定子线圈三角形联结低速运转。
如需换为高速运转，可按下高速起动按钮b，接触器1线圈断电，主触头断开、自锁触头断开，联锁触头闭合，同时接触器2和3线圈获电主触头闭合，使电动机定子线圈接成双星形并联，电动机高速运转。
电动机高速运转是2和3两个接触器控制，把它们的常开辅助触头串联起来作为自锁，只有当两个接触器都闭合时，才允许工作。
由此分析可知其运行方式是非常安全的，可以满足T68镗床所要求的高低速切换动作，并且使其传动机构得到了简化。
1控制按钮和开关的选型
按钮是短时切换小电流控制电路的开关，依据控制功能，选择按钮的结构形式及颜色，如果急操作选择蘑菇形钮帽的紧急按钮，特殊需要选择带指示灯的按钮，停止按钮用红色，启动按钮用绿色。
可根据同时控制的路数，通或断选择触头对数及种类，确定所需型号的按钮。
2接触器的选型
接触器是用来接通和切断电动机或其它负载主电路的一种控制电器。
接触器具有强大的执行机构，大容量的主触头及迅速的熄灭电弧的能力。
当系统发生故障时，能根据故障检测元件所给出的动作信号，迅速可靠的切断电源，并有低压释放功能。
用于电机的控制及保护。
根据国标选择KM1-KM7为CJ20-16。
3热继电器的选择
热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。
（1）类型选择：
一般情况下，可选用两相结构的热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。
对于三角形接线的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。
（2）热继电器额定电流选择：
热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。
然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。
（3）热元件额定电流的选择和整定：
热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。
当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.1-1.15倍。
热继电器选择JR-60/3型。
4速度继电器的选择
速度继电器又称反接制动继电器。
它的主要结构是由转子、定子及触点三部分组成。
速度继电器主要用于三相异步电动机反接制动的控制电路中，它的任务是当三相电源的相序改变以后，产生与实际转子转动方向相反的旋转磁场，从而产生制动力矩。
因此，使电动机在制动状态下迅速降低速度。
在电机转速接近零时立即发出信号，切断电源使之停车（否则电动机开始反方向起动）。
由于继电器工作时是与电动机同轴的，不论电动机正转或反转，电器的两个常开触点，就有一个闭合，准备实行电动机的制动。
一旦开始制动时，由控制系统的联锁触点和速度继电器的备用的闭合触点，形成一个电动机相序反接（俗称倒相）电路，使电动机在反接制动下停车。
而当电动机的转速接近零时，速度继电器的制动常开触点分断，从而切断电源，使电动机制动状态结束。
5熔断器的选择
熔断器是一种过电流保护电器。
熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。
使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。
熔体额定电流的选择
由于各种电气设备都具有一定的过载能力，允许在一定条件下较长时间运行；而当负载超过允许值时，就要求保护熔体在一定时间内熔断。
还有一些设备起动电流很大，但起动时间很短，所以要求这些设备的保护特性要适应设备运行的需要，要求熔断器在电机起动时不熔断，在短路电流作用下和超过允许过负荷电流时，能可靠熔断，起到保护作用。
熔体额定电流选择偏大，负载在短路或长期过负荷时不能及时熔断；选择过小，可能在正常负载电流作用下就会熔断，影响正常运行，为保证设备正常运行，必须根据负载性质合理地选择熔体额定电流。
（2）电动机：
1）单台直接起动电动机 熔体额定电流＝（1.5～2.5）×电动机额定电流。
2）多台直接起动电动机 总保护熔体额定电流＝（1.5～2.5）×各台电动机电流之和。
第3章PLC对T68卧式镗床的改造
3.1PLC的概述
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
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