T68型卧式镗床PLC控制设计.docx
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T68型卧式镗床PLC控制设计
T68型卧式镗床的PLC控制设计
一、确定课题和设计要求
一、课题背景
镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精确的孔和对个孔间相互位置要求精确的零件。
镗床除了镗孔外，还可以钻孔、铰孔及加工端面；加装平旋盘刀架后，还可以加工大的孔径、端面和外圆；加装车螺纹附件后，还可以车削螺纹。
镗床的工艺范围广，调速范围大，运动形式多。
由于镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上的活动间隙小，且具有附加支撑，因此加工精度高。
以T68型卧式镗床为例，对其电气控制系统进行详细的分析，但该分析是建立在交流接触器基础的，操作不方便，并且控制部分体积较大，可靠性要差一些。
因此，选择常用的PLC，即可编程序控制器来控制。
二、设计要求
镗床的主运动和进给运动用同一台电动机拖动。
用PLC的梯形图语言，实现主轴电动机的正、反转，点动，双速运转和制动。
根据机床特点，对T68的设计有如下要求：
1）镗床的主轴运动和进给运动用同一台双速电动机来拖动。
采用机械齿轮变速和电动机变速相结合。
2）主轴电动机可以实现正、反转及点动控制，为实现快速、准确停车应有制动环节。
3）镗床运动部件较多，应有必要的联锁和保护措施。
4）为保证变速后齿轮良好的啮合，主轴变速和进给变速时主轴电动机应设有低速点动环节。
5）应有快速移动电动机拖动各进给部分快速用，节约工件和加工时间。
二、总体设计方案
T68型卧式镗床电气控制线路图见附录1，下面先从主电路和控制电路介绍其设计要求
一、主电路
在图中，电动机M1为主电动机，用以实现镗床的主运动和进给运动。
它的正、反转有接触器KM1和KM2的主触点控制，主电动机采用双速电动机，低速时将电动机定子绕组采用三角形连接，有接触器KM3的主触点完成。
在高速时定子绕组连接成双星型，有接触器KM4、KM5的主触点完成。
高、低速选择由手柄和与之关联的行程开关SQ1来实现。
在三角形和双星型接法的电动工作状态，主轴断电制动型电磁铁YB线圈通电，松开抱闸，电动机运转；停转时电动机M1断电，电磁铁YB线圈断电，电动机抱闸制动，迅速停机。
主电路的热继电器FR用作电动机M1的过载保护
M2是快速移动电动机，它由接触器KM6和KM7的主触点控制正、反转。
由于M2只采用点动操作，运行时间较短，因此电路不需要设置过载保护。
二、控制电路
（1）主轴电动机的启动。
主轴电动机可以以正、反相低速启动和正、反向低速点动运动控制。
高速启动时，为减少启动电流，先低速启动，然后切换到高速启动和运行。
在图中，SB3、SB2控制按钮为高、低速启动时的正、反向启动按钮，SB4、SB5为正、反向点动控制按钮。
下面对正向运行的控制方式的控制方式进行说明。
正向低速启动：
将主轴电动机变速手柄置于低速位置，行程开关SQ1保持原状。
按启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电自锁，接触器KM3线圈通电，断电制动电磁铁YB线圈通电，电动机M1松闸做低速启动和运行。
正向高速启动：
将主轴电动机变速手柄置于高速位置，压下行程开关SQ1。
按动启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电自锁，通电延时性时间继电器KT线圈通电，接触器KM3线圈通电，断电制动电磁铁YB线圈通电，电动机M1松闸做低速运动；时间继电器KT延时一定时间后，接触器KM3线圈断电，中长期KM4和KM5线圈通电，此时电磁铁YB仍然通电，保持松闸状态，将电动机M1的定子绕组连接成双星型并通电，电动机M1高速启动并运行。
正向点动：
按下正向点动按钮SB3，接触器KM1线圈得电（无自锁），位置开关SQ1保持原状，接触器KM3线圈通电，制动电磁铁YB线圈通电，电动机M1松闸做低速点动。
松开按钮SB3，接触器KM1、KM3、YB线圈失电，主轴电动机M1抱闸制动，停止工作。
主轴电动机反向高、低速启动和反向点动的控制按钮分别为SB5、SB4,控制过程的分析方法与正向类似。
（2）、主轴电动机的制动。
在主轴电动机的转动过程中，按下停止按钮SB1，接触器KM1和KM2线圈断电，KM3，KM4和KM5线圈断电，电磁铁YB线圈断电。
主轴电动机M1的电磁铁抱闸制动，迅速停机。
（3）、主轴（刀具）进给和工作台（工件）进给的联锁。
为避免引起机床和刀具的损坏，保证主轴带动刀具进给运动和工作台带工件做进给运动这两种运动形式不能同时进行，因此主轴进给和工作台进给必须有联锁环节。
它通过两个行程开关SQ3、SQ4的断动触点并联后串联在电路中来实现的。
当主轴进给手柄和工作台进给手柄均扳在进给位置时，则SQ3、SQ4的断动触点都断开，切断控制电路，实现两者间的联锁控制。
（4）、快速移动。
镗床镗头架和工作台的快速移动操作手柄控制，快速电动机M2拖动。
快速移动操作手柄扳倒正向或反向快速位置时，压动行程开关SQ5或SQ6，寄出去KM6或KM7线圈通电，电动机M2正向或反向转动，运动部件按照所选方向快速移动。
若要停止快速移动，将手柄置于“停止”位置即可。
（5）、主轴变速活变速时的连续。
镗床的主轴变速与进给变速既可在停车状态进行，也可以在电动机运转时进行，也可以在电动机运转时进行。
变速时为便于齿轮的啮合，主轴电动机一般运行在连续-低速状态，以利于齿轮啮合。
以下分析的镗床主轴变速和进给变速是在主电动机运转过程中进行的。
拉出主轴变速操作盘或进给变速手柄，行程开关SQ2受压断开，接触器KM3或KM4、KM5线圈断电，时间继电器KT线圈断电，主轴电动机M1抱闸制动并停止转动。
选择好主轴转速后，推回变速操作盘，则SQ2复位闭合，接触器KM3线圈通电，主轴电动机M1自动低速启动。
若齿轮未啮合好，变速操作盘推不上，此时只要拉出主轴变速操作盘或进给变速手柄，位置开关SQ2就会受压断开，主轴电动机M1停止转动，来回推拉，可以使电动机M1产生变速点动，直至变速操作盘或手柄推回原味，齿轮正确啮合为止。
三、硬件选择和接线
二、硬件选择
1、PLC型号选择
在对T68型卧式镗床进行梯形图语言描述控制电路时共有13个开关或按钮输入，8信号输出。
由教材《可编程逻辑控制器原理及应用》知，西门子T78ST-200CPU224系列PLC是14入/10出的小型PLC；故此选择ST-200CPU224型PLC。
技术结构
型号
CPU224CN
外形尺寸/（mm*mm*mm）
90*80*62
程序储存区
4096字
掉电保持时间/h
190
本机I/O
14入/10出
扩展模块数量
7
高频计数器
单相
6路30KHZ
双相
4路20KHZ
脉冲输出
2路20KHZ
模拟电位（DC）
2
实时时钟
内置
通信口
1RS-485
浮点数计算
有
I/O印象区
256（128入/128出）
布尔指令执行速度
0.37μs/指令
二、接线方案
开关、按键和LED显示分配
类型
符号
意义
实验箱相应器件
QS
I1.4
断路器
SA8
FR
I0.0
热继电器
SA1
SQ1
I0.6
高低速转换开关
SA2
SQ2
I0.7
主轴变速或进给手柄
SA3
SQ3
I1.0
主轴、工作台进给互锁
SA4
SQ4
I1.1
主轴、工作台进给互锁
SA5
SQ5
I1.2
反向快速移动
SA6
SQ6
I1.3
正向快速移动
SA7
SB1
I0.1
停止按钮
SB1
SB2
I0.2
正向低速启动按钮
SB2
SB3
I0.3
正向点动按钮
SB3
SB4
I0.4
反向电动按钮
SB4
SB5
I0.5
反向低速启动按钮
SB5
LED1
Q0.0
正向低速启动
L1
LED2
Q0.1
反向低速启动
L2
LED3
Q0.2
正向高速启动
L3
LED4
Q0.3
反向高速启动
L4
LED5
Q0.4
反向快速移动
L5
LED6
Q0.5
正向快速移动
L6
LED7
Q0.6
电磁抱闸指示
L7
LED8
Q0.7
上电指示灯
L8
硬件接线方案见附录2。
四、程序框图和梯形图设计
一、程序框图
参照附录1的T68型卧式镗床电气控制线路图，画出梯形图的结构程序框图。
Q0.1
启动
Q0.2
M1正向转动
Q0.3
M1反向转动
Q0.4
M1低速转动
Q0.5
M1高速转动
Q0.6
M1正转点动
Q0.7
M1反转点动
I0.1
停止按钮SB1
I0.2
正向启动按钮SB2
I0.3
反向启动按钮SB5
I0.4
行程开关SQ1保持原状
I0.5
行程开关SQ1压下
I0.6
正向点动按钮SB3
I0.7
反向点动按钮SB4
I1.4
电源开关QS
二、梯形图
参照上面所画程序结构框图，梯形图见附录3。
四、心得体会
经过一个星期的设计与修改，最后终于基本完成的T68型卧式镗床PLC改造，由于条件的限制，基本实现了改造，这个过程我学会了很多东西。
首先，对《工厂电气控制设备》这门课程有了更深入的理解，为我以后的应用奠定了良好的基础。
其次，对电气控制画图工具Visio有了更多的应用，学会了使用Visio，这是一个很好用的画图软件，电气控制、原理图、流程图等等均可用此软件作图。
最重要的，对于PLC即可编程序控制器较为熟练的运用，PLC作为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，在工厂中倍受欢迎，用量高居首位。
这为我以后的学习大有益处。
通过本次课程设计，使我感受到过程是艰辛同时又充满乐趣的。
在没有做课程设计以前觉得这个设计好有难度，我上网或去图书馆查资料，设计梯形图，用画图工具画图，一周以来一直忙忙碌碌，辛苦中流露出快乐的气息，将自己的所学运用到实际中是很快乐的一件事情，我也明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
五、参考文献
[1]张晓娟主编.工厂电气控制设备.电子工业出版社，2010.5
[2]吉顺平主编.可编程序控制器原理及应用.机械工业出版社，2010
[3]汤以范主编.电气与可编程序控制器技术.机械工业出版社，2004.8
[4]李彭.田红彬主编.电气控制与PLC.西北工业大学出版社，2009.5
附录
1、T68型卧式镗床电气控制线路图
2、硬件接线图
3、梯形图
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