卧式镗床PLC改造设计论文.docx
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卧式镗床PLC改造设计论文
目录
第1章设计项目的目的和意义
1.1设计项目的目的............................................................
1.2镗床改造的意义............................................................
1.3镗床的分类及用选..........................................................
第2章T68镗床电气控制电路....................................................
2.1卧式镗床的主要结构..........................................................
2.2卧式镗床的运动形式.........................................................
2.3T68卧式镗床的控制要求.......................................................
第3章电器元件、设备的选择....................................................
3.1可编程序控制器的机型选择.....................................................
3.2可编程序控制器的编程语言选择 ................................................
3.3改造方案的确定...............................................................
第4章应用PLC对T68镗床的改造设计.............................................
4.1利用三菱PLC对T68镗床的改造.................................................
4.2I/O分配表...................................................................
4.3接线图.......................................................................
4.4设计梯形图...................................................................
4.5编程语言.....................................................................
第5章程序设计.................................................................
5.1程序流程图设计.............................................................
5.2用户程序设计...............................................................
第6章程序调试...............................................................
6.1主轴电动机的正反点动调试...................................................
6.2主轴电动机正向反向启动，及低高速切换调试
6.3主轴变速与进给变动调试
6.4快速移动电动机正向反向运行调试
6.5工作台与主轴自动进给连锁的调试
第7章T68卧式镗床的元件明细表
第8章改造后的系统调试.........................................................
第9章总结致谢................................................................
参考文献.......................................................................
1设计项目的目的和意义
1.1设计项目的目的
随着工业技术的不断完善，各种新型技术在工业生产中广泛应用，使劳动人员从劳动条件差、任务繁重、单一、重复、高温、危险等工作中得以解脱，并且提高工作效率。
传统的镗床控制系统采用继电接触器控制系统,不但接触触点多而且接线复杂,而且经常出现故障,可靠性较差，因此许多工厂应用PLC可编程控制器对现有的机械加工设备的电气控制系统进行改造。
1.2镗床改造的意义
本设计利用三菱公司FX系列PLC对T68型卧式镗床的改造,其改造过程包括可编程控制器的机型选择、输入输出地址分配、输入输出端接线图及可编程控制器梯形图程序设计，分析了用可编程序控制器控制镗床的工作过程。
运用其可靠性高、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，将机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平,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。
1.3镗床的分类及选用
镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精密的孔和各孔间相互位置要求较高的零件。
镗床按结构和被加工对象一般可分为：
（1）卧式镗床：
这种机床应用广泛且比较经济，它主要用于箱体（或支架）类零件的孔加工及其与孔有关的其它加工面加工。
（2）坐标镗床：
具有精密坐标定位装置的镗床，它主要用于位置精度要求较高的孔系，也可用于精密坐标测量、样板划线、刻度等工作。
（3）精镗床：
用金刚石或硬质合金等刀具，进行精密镗孔的镗床。
（4）深孔镗床：
用于镗削深孔的镗床。
（5）落地镗床：
工件安置在落地工作台上，立柱沿床身纵向或横向运动。
根据本设计任务要求所知，本设计采用T68型卧式镗床。
在现代化生产中，要求自动化程度较高，因此大量使用到了卧式镗床。
2T68型镗床电气控制电路
2.1卧式镗床的主要结构
T68卧式镗床的结构如图1,主要由床身、前立柱、镗头架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板、工作台等部分组成。
图1T68型卧式镗床的结构
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头架，镗头架可沿导轨垂直移动。
镗头架上装有主轴、主轴变速箱、进给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，一面沿走轴向做进给运动。
平旋盘只能旋转，装在其上的刀具溜板做径向进给运动，因此独自旋转，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主向方向调整位置。
在后立柱导轨上安装有尾座，用来支持镗轴的末端，尾座与镗头架同时升降，保证二者的轴心在同一水平线上。
安装工件的做工台安放在床身中部的导轨上，它由下溜板、上溜板与可转动的做工台组成。
下溜板可沿床身导轨做纵向运动，上溜板可沿下溜板的导轨做横向运动，工作台相对于下溜板可做回转运动。
2.2卧式镗床的运动形式
（1）主运动为镗轴和平旋盘的旋转运动。
（2）进给运动为镗轴的轴向进给、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。
（3）辅助运动为工作的回转、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。
2.3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起动。
（8）由于运动部件多，应设有必要的联锁与保护环节。
3电器元件、设备的选择
3.1可编程序控制器的机型选择
根据被控对象对PLC控制系统功能的要求，可进行PLC型号的选定。
进行PLC选型时，基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修、备件的通用性。
对开关量控制的系统，当控制速度要求不高时，一般的小型PLC都可以满足要求。
如对小型泵的顺序控制，单台机械的自动控制等；当控制速度要求较高，输出有高速脉冲信号等情况时，要考虑输入/输出点的形式，最好采用晶体管形式输出；对带有部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中经常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应该选择具有所需功能的PLC；还要根据需要，选择相应模块，配备相应的传感器、变送器和驱动装置等。
输入、输出的点数可以衡量PLC规模大小。
准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑今后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数的基础上，一般应另上10%-20%的备用点数。
此外，还应考虑用户存储器的容量、PLC的处理速度是否能满足实时控制要求等等。
目前市场上PLC产品很多。
最具有代表性的有日本立石公司（欧姆龙—OMRON），德国西门子以及日本三菱公司的PLC系列产品。
OMRON公司的PLC产品指令系统功能强大，处理复杂控制的功能强；编程语言梯形图和指令助记符并重，编程简单、易掌握、特殊功能模块和智能模块品种多，使用方便；网络配置简单、实用、价格低；具有明显的价格优势及良好的售后服务系统。
其中OMRON的PLC以小型产品最受欢迎。
本设计采用三菱FX2N系列PLC的系统配置。
3.2可编程序控制器的编程语言选择
可编程序控制器一般有多种编程语言，供用户选用。
各厂家的PLC编程语言有所区别，用户需了解多种编程语言。
PLC的编程语言是面向用户的，简单易学，操作方便，对使用者要求低。
最常用的编程语言是梯形图和指令（语句）表。
梯形图直观易懂，而指令（语句）表便于实验。
若指令（语句）句与梯形图配合，就更能互相补充、图文并茂，无论是逻辑操作还是复杂的数据处理操作，都能表达得十分清楚。
（1）梯形图语言
梯形图语言是一种最受工厂电气工程技术人员欢迎的编程语言。
梯形图与继电接触器控制图相似。
PLC梯形图是通过PLC的内部器件如输入、输出、辅助继电器、定时器/计数器等实现控制的，并用其在梯形图中的图形符号表示，它表明了PLC的输入、输出之间的逻辑关系。
梯形图是PLC的一种图形编辑语言和程序。
梯形图很容易从电气控制电路转化而来，但梯形图是用软件实现的，它简化了符号，加强了许多功能，使用灵活的指令，结合计算机的特点，它是融逻辑操作、控制于一体，是一种图形化的编程语言，非常直观、易于理解，适合于工程电气人员使用。
这种语言形式可完成全部电气控制功能。
其使用方便，修改灵活，是电器控制线路无法比拟的。
用计算机编程软件编程，可在计算机上直接显示梯形图，编程更方便。
（2）指令（语句）表
这种编程语言像计算机的汇编语言，以助记符指令为基础结构的编程语言形式，各种操作都由相应的指令来管理，能完成全部的控制、运算功能。
这种编程语言形式适合于具有计算机专业知识的技术人员。
其中操作码指定要执行操作的信息，要求PLC用什么来执行操作。
（3）功能图编程语言
这种编程语言是以方框图的形式来表示操作功能，是由数字电子电路设计演变而来的，用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程，适合于有一定专业知识的系统设计人员使用。
这种语言形式一般只能完成逻辑控制功能。
（4）高级语言。
在有些系列PLC中已引入计算机高级语言（如BASIC、FORTRAN、C语言等）进行程序设计。
这些高级语言应用在对一些特殊功能模块（如通信模块、操作站等）的编程上。
由于这些控制模块本身配有微处理器，有较强的计算机功能，用高级语言编程比较方便，能更好地发挥组态软件的作用。
如用户要求实现复杂的数学运算、统计分析和高级控制策略时，就会体会到这些非梯形图指令的强大功能，指令的数目和实现的难度都大大降低。
本设计采用的编程语言是梯形图语言。
3.3改造方案的确定
（1）原镗床的工艺加工方法不变；
（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；
（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；
（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；
（5）改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。
4应用PLC对T68型卧式镗床
的电改造的设计
4.1利用三菱PLC对T68型卧式镗床的改造
T68镗床主电路有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，低速是△接法，高速是YY接法，主轴旋转和进给都由齿轮变速，停车时采用了反接制动，主轴和进给的齿轮变速采用了断续自动低速冲动。
4.2I/O分配
输入/输出的点数可以衡量PLC规模大小。
准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑今后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数的基础上，一般应另上10%-20%的备用点数，其I/O分配如表1。
表1I/O分配表
输入设备
PLC
输入
继电器
输出设备
代号
功能
代号
功能
SB1
M1的正转按钮
X1
KM1
M1的正转接触器
Y0
SB2
M1的反转按钮
X2
KM2
M1的反转接触器
Y1
SB3
M1的正转点动按钮
X3
KM3
限流电阻制动接触器
Y2
SB4
M1的反转点动按钮
X4
KM4
M2的正转接触器
Y3
SB6
M1停止按钮
X0
KM5
M2的反转接触器
Y4
SQ
高低速转换行程开关
X5
KM6
M1高速三角形接触器
Y5
SQ1
主轴变速行程开关
X6
KM7
M1高速YY接触器
Y6
SQ2
主轴变速行程开关
X7
KM8
M1高速YY接触器
Y7
SQ3
给进变速行程开关
X10
SQ4
给进变速行程开关
X11
SQ5
工作台或主轴机动进给限位
X12
SQ6
主轴或主轴箱机动进给限位
X13
SQ7
快速电动机M2的正转限位
X14
SQ8
快速电动机M2的反转限位
X15
FR
M1的热继电器动合触点
X16
KS1
速度继电器正转触点
X17
KS2
速度继电器反转触点
X20
4.3接线图
图8接线图
4.4设计梯形图
梯形图语言是一种最受工厂电气工程技术人员欢迎的编程语言。
梯形图与继电接触器控制图相似。
PLC梯形图是通过PLC的内部器件如输入、输出、辅助继电器、定时器/计数器等实现控制的，并用其在梯形图中的图形符号表示，它表明了PLC的输入、输出之间的逻辑关系。
设计梯形图如下：
上图[3]～［11］部分：
图9梯形图
梯形图是PLC的一种图形编辑语言和程序。
梯形图很容易从电气控制电路转化而来，但梯形图是用软件实现的，它简化了符号，加强了许多功能，使用灵活的指令，结合计算机的特点，它是融逻辑操作、控制于一体，是一种图形化的编程语言，非常直观、易于理解，适合于工程电气人员使用。
这种语言形式可完成全部电气控制功能。
其使用方便，修改灵活，是电器控制线路无法比拟的。
用计算机编程软件编程，可在计算机上直接显示梯形图，编程更方便。
首先用“化整为零”的方法，按被控制的对象和各个控制功能，逐一设计出主轴电机M1梯形图和电机M2的梯形图，再“积零为整”完善相互关系，设计出整体控制梯形图见图9。
4.5编程语言
LDIX12初始化启动
ORIX13
ANIX16
MCN0主控指令N0
M110
LDIX0主控指令N1
MCN1
M100
LDX0M1的低速，高速控制
ORIX7
ORIX11
ORY0
ORY1
OUTM103
MCN1
M100
LDX1M1正转启动辅助继电器
ORM101
ANIM102
ANIY1
OUTM101
LDX2M1反转启动辅助继电器制
ORM102
ANIM101
ANIY0
OUTM102
LDM101M1正转启动延时
OUTT0
K0.5
LDM102M1反转启动延时
OUTT1
K0.5
LDT0M1正转运行，正转点动，反接制动
ANIY2
LDX3
ORB
LDT2
ANDM103
ORB
ANIY1
OUTY0
LDX20M1反转反接制动延时
LDIX7
ORIX11
LDIX17
ANB
ORB
OUTT2
K0.5
LDT1M1反转运行，反转点动，反接制动
ANIX2
LDX4
ORB
ORT3
ANIY0
OUTY1
LDX17M1正转反接制动延时
ANDM1O3
OUTT3
K0.5
ORM102
LDM101
ANDX6
ANDX10
OUTY2短接电阻R
LDX5
OUTT4低，高速转换延时
K1.5
MCRM100主控程序N0结束
LDM103M1低速三角形连接
ANIT4
ANIY6
OUTY5
LDM103M1高速YY连接
ANDT4
ANIY5
OUTY6
OUTY7
LDX14M2正转运行控制
ANIX15
ANIY4
OUTY3
LDIX14M2反转运行控制
ANIX15
ANIY3
OUTY4
MCRM110主控程序N1结束
END程序结束
5.程序设计
5.1程序流程图设计
程序程序图是编写控制程序的根据,只有对系统的工作流程有了一个基本的概念才能编写好符合要求的程序。
对于比较简单的程序设计,则可以不画流程图,直接编写用户程序,但较复杂的系统,首先画好流程图,对编写用户程序有很大的帮助。
本题控制系统的流程图如图5.1所示
图5.1
5.2用户程序设计
在设计用户程序之前，应道知各行程开关的初始状态，这是设计用户程序的一个要要环节，也是分析该程序的一个关键点，然后根据程序流程图5.1设计出符合系统要求的程序，本系统梯形图程序如图5.2所示，其分析略，下面就各行程开关的动作情况作一个说明。
SQ为主轴低速、高速切换；未压下低速，压下高速。
SQ5为工作台与镗头架自动进给连锁，工作台与镗头架自动进给时动作
SQ6为主轴与花盘刀架自动进给连锁，主轴与花盘刀架自动进给时动作
SQ7快速移动电动机正转启动，动作时正转启动，复位停止。
SQ8快速移动电动机反转启动，动作时反转启动，复位停止。
SQ1—SQ4的动作有一定的联系，它们的触点动作状态见表3、1。
表5.1SQ1—SQ4触点动作状态表
操作手柄
行程开关
非变速状态
主轴变速（压动SQ1、SQ2）
进给变速（SQ3、SQ4）
手柄拉出
手柄推回
手柄拉出
手柄推回
主轴变速操作手柄
SQ1
受压
+
不受压
-
受压
+
受压
+
受压
+
SQ2
不受压
-
受压
+
不受压
-
不受压
-
不受压
-
进给变动操作手柄
SQ3
受压
+
受压
+
受压
+
不受压
-
受压
+
SQ4
不受压
-
不受压
-
不受压
-
受压
+
不受压
-
图3、2
6.用户程序调试
6.1主轴电动机正反向点动调试
按下SB4，KM1、KM4动作，松开复位，按下SB5KM2KM4动作，松开复位，如果主轴电动机处于非停止状态时，点动不起作用。
6.2主轴电动机正向反向启动，及低高速切换调试
按下SB2，KM1KM3KM4动作，如果压下SQ经过3S后，KM4复位KM5KM6动作，此时按下SB3不起作用，按下SB1所有按触器复位。
按下SB3，KM2KM3KM4动作，如果压下SQ经过3S后，KM4复位KM5KM6动作，此时按下SB2不起作用，按下SB1所有按触器复位。
6.3主轴变速与进给变动调试
按下SB2，压下SQ，等待KM1KM3KM5及KM6动作之后，松开SQ1或SQ3，压下SQ2或SQ4，此时KM1KM3KM5及KM6复位，KM2与KM4马上动作，如果SQ1或SQ3一直松开，SQ2或SQ4一直压下，经过一段时间后KM1动作，如此反复动作，直到压下SQ1或SQ3，松开SQ2或SQ4，KM1KM3KM4动作，3S后KM4复位，KM5KM6动作，按下SB1总停止，所有接触器复位。
按下SB3，压下SQ，等待KM2KM3KM5及KM6动作之后，松开SQ1或SQ3，压下SQ2或SQ4，此时KM2KM3KM5及KM6复位，KM1与KM4马上动作，如果SQ1或SQ3一直松开，SQ2或SQ4一直压下，经过一段时间后KM2动作，如此反复动作，直到压下SQ1或SQ3，松开SQ2或SQ4，KM2KM3KM4动作，3S后KM4复位，KM5KM6动作，按下SB1总停止，所有接触器复位。
6.4快速移动电动机正向反向运行调试
压下SQ7，KM7动作，松开复位。
压下SQ8，KM8动作，松开复位，同时压下SQ7与SQ8，KM7与KM8多不动作
6.5工作台与主轴自动进给连锁的调试
电路处于工作状态时，同时压下SQ5与SQ6，KM1—KM8全部处于复位状态，按其它按钮及行程开关不起作用，如果只按下其中一个（SQ5与SQ6）则对路没有影响。
7.T68卧式镗床的元件明细表
表7.1列出T68卧式镗床所需元件的名称、型号及规格、数量。
表7.1T68卧式镗床元件明细表
符号
名称
型号与规格
数量
PLC
可编程控制器
SIEMENSS7—200CPU224
1
M1
主轴电动机
JD02—51—4/25.5/7.5KW
1
M2
快速移动电动机
JD2—32—43KW
1
QS
组合开关
HZ2—60/360A三极
1
SA
开关
HZ10—10
1
QF
空所开关
DZ20Y—100
1
EL
工作灯照明灯
K—1
1
FU1
熔断器
RL1—60/40
FU2FU3
熔断器
RL1—15/15.4
KM1KM2
KM4KM5KM6
3
FFF
交流接触器
CJO—40线圈电压220V50HZ
5
KM7KM8
升级会员 