T6112的plc设计与电器控制.docx
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T6112的plc设计与电器控制
T6112的plc设计与电器控制
第二章原理说明
2.1镗床的主要机构和运动形式
图2.1.1卧式镗床
2.1.1主要机构
1）前立柱：
固定地安装在床身的右端，在它的垂直导轨上装有可上下移动的主轴箱。
2）主轴箱：
其中装有主轴部件，主运动和进给运动变速传动机构以及操纵机构。
3）后立柱：
可沿着床身导轨横向移动，调整位置，它上面的镗杆支架可与主轴箱同步垂直移动。
如有需要，可将其从床身上卸下。
4）工作台：
由下溜板，上溜板和回转工作台三层组成。
下溜板可沿床身顶面上的水平导轨作纵向移动，上溜板可沿下溜板顶部的导轨作横向移动，回转工作台可以上溜板的环形导轨上绕垂直轴线转位，能使要件在水平面内调整至一定角度位置，以便在一次安装中对互相平等或成一角度的孔与平面进行加工。
2.1.2卧式镗床加工时运动
1）主运动：
主轴的旋转与平旋盘的旋转运动。
2）进给运动：
主轴在主轴箱中的进出进给；平旋盘上刀具的径向进给；主轴箱的升降，即垂直进给；工作台的横向和纵向进给。
这些进给运动都可以进行手动或机动。
3）辅助运动：
回转工作台的转动；主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动；后立柱的纵向调位移动；尾座的垂直调位移动。
镗床系指主要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。
2.2电力拖动方式和控制要求
T6112卧式镗床有持续运动和点动两种方式。
1）T6112卧式镗床采用电阻串入后反接制动。
2）T6112卧式镗床通过液压电磁阀的动作来实现快速移动。
3）主轴、径向刀架、主轴箱和工作态度快速运动使用三相异步电动机拖动。
4）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。
主电路有五台电动机。
2.3主电路分析
主电动机通过串入电阻R启动，带动主轴转动，采用反接制动，为减小制动电流而串入电阻。
由3KM触点和4KM触点控制着电机的正反转。
通过3KM通电吸合，2KM线圈未通电来自由转动。
变速与运动可以在主轴停止使进行，由行程开关1~4SQ进行变速。
电动机用熔断器作短路保护，分别用热继电器作过载保护。
各电机的控制过程如下：
1）主轴电机1M、2M闭合，主电动机启动。
1M、2M任意一个断开，电机停止运动。
2）快速电动机1M、3M闭合，启动。
任意断开停止运行。
3）后立柱电动机1M、4M闭合，启动。
任意断开停止运行。
4）主轴液压泵电动机、下滑座油泵电动机由4M控制。
首先电动机1M反接制动。
由于时间继电器2KT通电吸合，其常开触点闭合，使2KT自锁，常闭延时闭合触点断开，将1KT线圈断电，1KT的常开延时闭合触点断开，将2KM线圈断电，1M串入电阻R。
同时1KT的常开触点断开，将3KM线圈断电，常闭触点闭合，2KT的常开延时闭合触点闭合，4KM则由于KA的常开触点闭合，使其线圈通电，1M通过R进行反接制动。
按6SB的同时，中间继电器4KA线圈通电吸合，常开触点闭合，信号灯8XD变亮，其常开触点闭合，1M停止转动后，时间继电器3KT通过4KA的常开触点闭合，使6KT通电吸合，6KT的常开延时断开触点闭合，使9KM通电吸合，电动机4M和液压电磁阀1YV通电动作，液压油缸推移拔叉，带动滑移齿轮移动，同时，定位销从原来定位槽中脱出而将1~4SQ，8SQ中相应的开关压合，其触点闭合，使2KT线圈继续通电。
另一方面，3KT的常开延时闭合触点延时闭合，中间继电器3KA通电吸合，其常开触点闭合，接通“脉动型”晶体管时间继电器4KT,其常开触点即断续闭合，3KM的线圈相应地断续通电，1M也断续通电，使主轴正向周期性瞬动。
3KA的常开触点闭合，保证3KT在1M瞬动时连续接通。
其常开触点接通变速指示灯8XD。
3KA的常闭触点断开，切断2KT的自锁电路，保证变速结束、形成开关复位后2KT线圈断电。
变速结束后，主轴或平旋盘自动重新起懂，当各滑轮齿轮全部进入新飞啮合位置时，各相应定位销均进入新的定位槽内，释放其上的行程开关，2KT和4KA线圈断电，使6KT和9KM线圈断电，电动机4M断电。
2KT的常开延时断开触点延时断开，3KT线圈断电，触点断开，1KMT断电，使油缸断油，3KT的常开延时闭合触点断开，3KA线圈断电，使8XD熄灭，表示变速结束。
另一方面，2KT的常闭延时闭合触点延时闭合，接通1KT，使1M开始向起动，此后，主轴即按选定的新转速正向转动。
当三联滑轮齿轮在通过中间啮合位置定位销松开行程开关时，2KT的延时是作为防止变速过程提前中断而设的。
进给量的变换五行程开关作返回信号，靠调整2KT和6KT的时间来保证变速的完成。
若变速前，主轴为反向转动，过程同上，只是1M此时作反向瞬动。
主轴或平旋盘停止时的变速这时，变速过程没有反接制动，滑移齿轮进入新的啮合位置后即结束，电动机不能自动重新起动。
另外，3KM线圈时经过1KA和2KA的常闭触点通电，使主轴作正向低速转动，其余过程同上。
（2）各运动的选择
通过扳扭开关1LK和十字开关ZK控制各运动的选择。
工作台回转将1LK的手柄扳到工作台松开位置，其触点闭合，中间继电器5KA通电吸合，其常开触点闭合，如原来工作台处于加紧状态，结合子处于脱开状态，则行程开关20SQ被压合，常开触点闭合，使时间继电器5KT通电吸合，5KT的常开延时断开触点闭合，交流接触器10KM通电吸合，在主回路的常开触点闭合，下滑座油泵电动机5M通电转动。
5KA的常开触点闭合，液压电磁阀4YV通电动作，使工作台夹紧装置松开，结合子结合。
行程开关20SQ复原，常开触点断开，5KT线圈断电。
常闭触点闭合，工作台可进行机动进给或快速移动。
同时，20SQ的常闭触点闭合，信号灯2XD发亮。
其余四项运动的选择，均需要预先将1LK的手柄扳到夹紧位置，使5KA的触点闭合，为十字开关分配其他四项接通电路。
1LK触点断开，5KA线圈断电，常开触点断开，4KM断电，常闭点闭合。
行程开关20SQ的常闭触点闭合，5KT通电吸合，延时常开触点闭合，使10KM通电吸合，主回路常开触点闭合，电动机5M旋转到工作台处于夹紧状态，结合子脱开，行程开关20SQ动作，常闭触点断开，5KT线圈断电，常开点延时断开，10KM断电，5M停止转动。
上滑座移动将十字开关ZK的手柄向左扳动，其触点闭合，中间继电器6KA通电吸合，由于上滑座原来处于夹紧状态，结合子处于脱开状态，因此行程开关21SQ被压后，6KA的常开触点闭合，电磁阀5YV通电使上滑座松开，结合子结合，此时21SQ复原，5KT断电，电动机5M停止转动，同时信号灯3XD燃亮。
需上滑座夹紧时，扳动ZK，把触点断开，其动作原理与工作台相同。
下滑座移动将ZK的手柄向右扳动，其触点闭合，中间继电器7KA通电吸合，由于下滑座原来处于加紧状态，结合子处于脱开状态，因此行程开关22SQ被压后，电动机5M停止转动，同时信号灯3XD燃亮。
当需下滑座夹紧时，扳动ZK把触点断开，其动作原理与工作台相同。
主轴或平旋盘径向刀架的移动主轴箱上的手柄应放在“机动”或“微动”位置，这时行程开关9SQ或10SQ动作，其触点闭合。
然后ZK的手柄向上的手柄向上扳动，其触点闭合，中间继电器8KA通电吸合，常开触点闭合，由于主轴液压结合子原来时脱开状态，因此行程开关23SQ常闭触点闭合，时间继电器6KT通电吸合，常开延时断开触点闭合，9KM因线圈通电而吸合，油泵电动机4M通电旋转。
8KA的常开触点逼和电磁阀7YV通电动作。
由于电动机4M旋转，电磁阀7YV通电动作，使主轴液压结合子结合，行程开关23SQ被压合，常闭触点断开，6KT断电，延时常开触点待2~3秒后断开，9KM因线圈断电而释放，电动机4M通电旋转，23SQ的常开触点闭合，信号灯5XD发亮。
当需主轴液压结合子处于脱开状态时，扳动ZK，把触点断开，8KA线圈断电，常开触点断开，7YV断电。
常闭触点闭合，由于此时行程开关23SQ常开触点闭合，6KT通电，4M通电，使主轴液压结合子从结合到脱开，行程开关23SQ复原，常开触点断开，6KT和4M相应断电。
主轴箱升降将ZK的手柄向下扳动，其触点闭合，中间继电器9KA通电吸合，常开触点闭合，由于主轴箱原来处于夹紧状态，结合子处于脱开状态，因此行程开关24SQ的常闭触点闭合，时间继电器6KT通电吸合，其常开延时断开触点闭合，使9KM吸合，电动机4M通电。
9KA的常开触点闭合，电磁阀8YV通电，使主轴箱夹紧装置松开，结合子结合，行程开关24SQ被压合，常闭触点断开，则6KT和4M断电。
24SQ的常开触点闭合，信号灯6XD亮。
当需主轴箱夹紧时，扳动ZK把触点断开，9KA断电，常开触点断开，8YV断电，常闭触点闭合，24SQ的常开触点闭合，6KT通电，4M通电，是主轴箱从松开状态转换为加紧状态。
结合子结合状态复原转换为脱开状态，则行程开关24SQ被常开触点断开，6KT，4M相应断电。
（3）机动进给
在主轴或平旋盘转动及选择了某项运动后，为要正向进给，可按下按钮7SB，中间继电器10KA通电吸合，常开触点闭合并自锁。
常闭触点打开，对中间继电器11KA起互锁作用。
常开触点闭合，时间继电器7KT通电闭合。
10KA的常开触点闭合，9KM通电吸合，油泵电动机4M通电旋转。
10KA常开触点闭合，当主轴正向转动时，将光杠接通，惊醒正向进给。
如主轴反向转动，电磁阀3YV经2KA常开触点通电动作，使换向液压结合子向下移动，将光杠接通使进给仍为正向。
7KT的常闭延时断开触点经5~7秒打开，使4M断电。
要反向进给，可按下按钮8SB使11KA通电，电磁阀3YV动作，其控制原理同上。
要使进给停止，按下按钮3AT，6KT线圈通电，10KA和7KT线圈断电，使2YV或3YV断电，6KT的常开延时断开触点延时打开，使9KM和4M通过一段时间在断电，使换向液压结合子位于中间位置，将光杠脱开，进给即停止。
机动进给时，行程开关11SQ复原，其常闭触点闭合，信号灯7XD燃亮。
（4）快速移动
按下按钮9SB-I或9SB-II，交流接触器5KM通电吸合，在主回路的常开触点闭合，快速移动电动机2M转动，带动相应机构作正向快速移动。
5KM的常闭触点断开，对交流接触器6KM起互锁作用。
同理，按下按钮10SB-I或10SB-II为反向移动，此时，6KM通电吸合。
（5）后立柱滑座或刀杆支架的快速移动
按下按钮11SB和12SB，分别使交流接触器7KM和8KM通电吸合，使电动机3M作正、反向转动，带动后立柱的滑座或刀杆支架的快速移动。
（6）机动进给和快速进给的限位
主轴伸缩的限位开关为12SQ与13SQ；主轴箱升降限位开关为14SQ和15SQ；下滑座左右移动限位开关为18SQ与19SQ；上滑座的前后移动限位开关为16SQ和17SQ。
当任一移动部件达到极限位置，相应的限位开关动作，切断快速电路或使换向液压结合子处于中间位置。
可以用相反方向的快速移动或机动进给使其复位。
2.4.2控制电路电源
因为控制电器较多，控制电路分为两部分，主轴电机控制电压为380V，继电控制电路电压为28V，由控制变压器BK供给。
如下图：
图2.4.2控制电路电源
2.4.3主轴电动机的起停控制
（1）主轴的转动
按下按钮2SB-I或2SB-II，中间继电器1KA通电吸合，其常开触点（7-9）闭合，进行自锁，常闭触点（17-20）断开，对中间继电器2KA其互锁作用。
常开触点（23-9）闭合，是时间继电器1KT通电吸合。
1KA的常开触点（29-33）闭合，1KT的常开触点（33-9）闭合，是交流接触器3KM通电吸合，3KM的常闭触点（39-41）断开，对交流接触器4KM其互锁作用。
3KM在主电路的常开触点闭合，则主电动机1M串入R起动，带动主轴正向转动。
经过2~3秒后，1KT的常开延时闭合触点（25-9）闭合，交流接触器2KM通电吸合，常开触点闭合，将电阻R短路，1M启动过程结束，开始正常运转。
如果按下按钮3SB-I或3SB-II，使2KA和4KM通电吸合，则主轴反向转动，其余动作同前。
（2）主轴的停车
主电机的制动采用反接制动，为减小制动电流而串入电阻R。
当电动机的转速超过100转/分时，如果主轴是在正向转动，则反接制动继电器2KA的常开点（41-35）闭合，为反接制动做好准备。
当按下按钮2AT-I或2AT-II时，则1KA线圈断电，常开触点（23-9）断开，1KT线圈断电，常开延时闭合触点（25-9）断开，2KM线圈断电保证电阻R串入，1KA的常开触点（39-41）闭合。
同时2AT-I或2AT-II的常开触点（31-3）闭合，则4KM通电吸合，1M通过电阻R作反接制动。
2KM的常闭触点（31-30）保证在R串入后方能反接制动。
当电动机转速下降到100转/分左右，KA的常开触点（41-35）断开1KM线圈，断开1M电源。
反接制动结束，主轴也迅速停止转动。
当停车前主轴是反向转动时，KA的常开触点（29-30）闭合，接通3KM作反接制动。
其余同上。
（3）主轴的点动
按下按钮4SB-I或4SB-II，3KM通电吸合，此时2KM通电线圈未通电，因此1M通过R使主轴正向转动。
当松开4SB-I或4SB-II时，3KM的线圈断电，主电机1M断电，自由停止转动。
欲使主轴反向点动，则按下按钮5SB-I或5SB-II，动作同上。
2.5辅助电路及保护环节分析
1）三级自动空气开关2M、3M分别对电机1M、2M作过载和短路保护，4M对电动机3M、4M和5M做短路保护，热继电器1FR和2FR分别对4M和5M作过载保护。
单极自动空气开关5M、6M和8M、10M分别为控制回路、液压电磁阀回路和机床照明回路的短路和过载保护。
7M和9M为光学照明、信号指示和手柄灯的短路和过载保护。
2）当工作台处于松开状态时，1LK的触点断开，将主轴旋转控制回路切断，即主轴不能旋转，同时5KA的触点将LK断开，使其他各项运动不能分配，某项运动工作时，如误扳动1LK，因6KA、7KA、8KA、9KA的常闭触点断开，工作台亦不能松开，以防误操作而损坏主轴。
3）机动进给时，11SQ的常开触点断开，切断快速移动的控制回路。
4）主轴箱上手柄位于“微动”位置时，这时行程开关9SQ动作，其常闭触点断开，切断机动进给和快速移动回路，使其不能工作。
5）当十字开关分配到某项运动时，如此项结合子未结合或从某项运动转换为另一向运动，两项结合子同时结合时，则5KT或6KT不断电，常闭触点不闭合，则不能进行快速移动和机动进给，从而起到了保护作用。
2.6小结
通过对T6112卧式镗床主电路的分析、控制电路的分析，充分了解了该镗床的工作原理，为进一步进行PLC的设计打下了坚实的理论基础。
通过系统、全面的分析，我对T6112卧式镗床的工作原理有了深刻的理解，T6112卧式镗床作为一款重要的机械加工设备，具有操作方便等特点，同时它具有良好的机械、电气联锁能力。
第三章PLC设计
3.2PLC硬件设计
3.2.1输入点数统计
控制系统，PLC输入输出点数可根据继电器控制电路来计算。
1）各种按钮的输入点共计22个；
2）行程开关，共计21个输入点；
3）小型十字开关1个，共计1个输入点。
输入点数共44个。
3.2.2输出点数统计
根据控制电路主电路中各电动机、电磁阀等统计输出点数：
1）主电动机交流接触器4个，快速电动机交流接触器2个，后立柱电动机交流接触器2个，主轴液压泵电动机1个，下滑左右泵电动机1个，共计10个；
2）反接制动继电器1个，共计1个；
3）阀用电磁铁共计8个；
4）电源信号灯1个，工作台信号灯1个，上滑座信号灯1个，下滑座信号灯1个，主轴信号灯1个，主轴箱信号灯1个，机动进给信号灯1个，变速信号灯1个，标尺照明3个，共计11个。
输出点数共32个。
3.2.3PLC的选型
基本原则：
在满足控制功能要求的前提下。
保证可靠、使用维护方便以及最佳的性价比。
选择PLC机型时，具体机型可以根据系统的控制要求，产品的性能、技术指标和用户的使用要求加以选择。
根据输入输出点数（输入44点，输出32点），并考虑到I/O端口的分组情况以及隔离与接地要求，这里选择了西门子公司的PLC。
本次设计所使用的是S7-226型PLC。
3.3PLC软件设计
3.3.1I/O端口的分配和定义
根据输入输出点数的统计以及选定的PLC的型号，可以对PLC的I/O端口进行分配和定义，分配的原则是合理划分、不浪费I/O端口资源。
本设计的I/O端口分配和定义如表所示。
表3.3.1输入口分配表如下图：
名称
地址/值
用途
SB1
I0.0
机床总起动
SB2-I
I0.1
正转起动按钮
SB2-II
I0.2
正转起动按钮
SB3-I
I0.3
反转起动按钮
SB3-II
I0.4
反转起动按钮
SB4-I
IO.5
正转点动
SB4-II
I0.6
正转点动
SB5-I
I0.7
反转点动
SB5-II
I1.0
反转点动
SB6
I1.1
变速
SB7
I1.2
机动进给
SB8
I1.3
机动进给
SB9-I
I1.4
机动进给
SB9-II
I1.5
机动进给
SB10-I
I1.6
机动进给
SB10-II
I1.7
机动进给
SB11
I2.0
后立柱正向
SB12
I2.1
后立柱反向
SB13
I2.2
机床总启动
SB14-I
I2.3
主轴转动
SB14-II
I2.4
主轴转动
SB15
I2.5
机动进给
SA1
I2.7
运动选择
SA2
I3.0
运动选择
SA3
I3.1
运动选择
SA4
I3.2
运动选择
SA5
I3.3
运动选择
SQ1
I3.4
主轴变速
SQ2
I3.5
主轴变速
SQ3
I3.6
主轴变速
SQ4
I3.7
主轴变速
SQ8
I4.0
主轴与平旋盘分配
SQ9
I4.1
主轴或平旋盘的移动
SQ10
I4.2
主轴或平旋盘的移动
SQ11
I4.3
切断快速移动
SQ12
I4.4
主轴伸缩
SQ13
I4.5
主轴伸缩
SQ14
I4.6
主轴箱升降
SQ15
I4.7
主轴箱升降
SQ16
I5.0
上滑座的前后移动
SQ17
I5.1
上滑座的前后移动
SQ18
I5.6
下滑座左右移动
SQ19
I5.7
下滑座左右移动
SQ20
I6.0
工作台回转
SQ21
I6.1
上滑座移动
SQ22
I6.2
下滑座移动
SQ23
I6.3
主轴箱松紧
SQ24
I6.4
主轴箱松紧
ZK
I6.5~I7.1
运动选择
DZ
I7.2
表3.3.2输出口分配表如下图：
名称
地址/值
用途
KM1
Q0.0
电机启动
KM2
Q0.1
主电机反接制动
KM3
Q0.2
主电机正转
KM4
Q0.3
主电机反转
KM5
Q0.4
快速电机正转
KM6
Q0.5
快速电机反转
KM7
Q0.6
后立柱电动机正向启动
KM8
Q0.7
后立柱电动机反向启动
KM9
Q1.0
主轴液压泵电动机启动
KM10
Q1.1
下滑左右泵电动机启动
KA1
Q1.2
正转起动中间继电器
KA2
Q1.3
反转起动中间继电器
KA3
Q1.4
变速中间继电器
KA4
Q1.5
变速中间继电器
KA5
Q1.6
工作台中间继电器
KA6
Q1.7
上滑座中间继电器
KA7
Q2.0
下滑座中间继电器
KA8
Q2.1
主轴中间继电器
KA9
Q2.2
主轴箱中间继电器
KA10
Q2.3
下滑座油泵中间继电器
KA11
Q2.4
机动进给中间继电器
KT1
T35
时间继电器
KT2
T36
变速时间继电器
KT3
T37
变速时间继电器
KT4
T38
晶体管时间继电器
KT5
T39
时间继电器
KT6
T40
主轴箱时间继电器
KT7
T41
机动进给时间继电器
YV1
Q3.4
变速电磁阀
YV2
Q3.5
机动进给电磁阀
YV3
Q3.6
机动进给电磁阀
YV4
Q3.7
工作台电磁阀
YV5
Q4.0
上滑座电磁阀
YV6
Q4.1
下滑座电磁阀
YV7
Q4.2
主轴电磁阀
YV8
Q4.3
主轴箱电磁阀
ZJ
Q4.4
反接制动继电器
1XD
Q4.5
电源信号灯
2XD
Q4.6
工作台信号灯
3XD
Q4.7
上滑座信号灯
4XD
Q5.0
下滑座信号灯
5XD
Q5.1
主轴信号灯
6XD
Q5.2
主轴箱信号灯
7XD
Q5.3
机动进给信号灯
8XD
Q5.4
变速信号灯
9XD
Q5.5
标尺照明
10XD
Q5.6
标尺照明
11XD
Q5.7
标尺照明
1RJ
Q6.0
保护
2RJ
Q6.1
保护
3.3.2PLC端子与外围设备接线图
图3.3.3PLC外部接线
附录
附录一：
元器件明细表
符号
名称
型号或规格
数量
M1
主电动机
JO2-62-6（T2）13KW380V27.2A
1
M2
快速电动机
JO2-62-6（T2）4KW380V8.96A
1
M3
后立柱电动机
JO2-62-6（T2）1.1KW380V3.01A
1
M4
主轴液压泵电动机
AO7124（A3）0.75KW380V2.02A
1
M5
下滑座油泵电动机
AO7124（A3）0.75KW380V2.02A
1
QS1
三级自动开关
DZ10-10050A
1
QS2
三级自动开关
DZ10-10030A二常开辅助触点
1
QS3
三级自动开关
DZ5-20/33015A
1
QS4
三级自动开关
DZ5-20/3204.5A
1
QS5~QS7
单级自动开关
DZ5-103A复式脱扣
3
QS10,QS8
单级自动开关
DZ5-101A复式脱扣
2
QS9
单级自动开关
DZ5-102A复式脱扣
1
R
电阻元件
ZY-1.12
6
BK
控制变压器
BK-400380/127（180）、220（145）、
36（60）6（15）V
1
KM1
交流接触器
CJ0-75A220V
1
KM2
交流接触器
CJ0-40A220V
1
KM3~4
交流接触器
CJ0-75A127V
2
KM5~6
交流接触器
CJ0-20A127V
2
KM7~10
交流接触器
CJ0-10A127V
4
KA1~11
中间继电器
JZ7-62JZ7-44127V
2、9
KT1,3,7
时间继电器
JJSK2-2127V
3
KT2,5,6
时间继电器
JJSK2-
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