卧式镗床PLC技术改造.docx

1、卧式镗床PLC技术改造目 录目 录 I摘 要 III前 言 IV第一章 设计分析 11.1课题研究的目的及意义 11.2课题研究的内容 11.3国内外对镗床控制研究概况 2第二章 镗床的电气控制线路分析 32.1 T68型卧式镗床的电气控制电路 32.2 T68型卧式镗床的用途与结构 32.3 T68型卧式镗床的主要运动形式. 42.4 T68型卧式镗床的电器控制求 42.5 T68型卧式镗床主电路分析 52.6 T68型卧式镗床控制电路分析 62.7 T68型卧式镗床照明电路分析 92.8 T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修 9第三章 镗床用PLC改造部分的线路分析. 103.1镗床主

2、轴的运动分析 103.2工作台的运动分析 103.3变速装置分析和保护装置的分析 103.4原控制线路的缺点及PLC控制的优点 113.5 T68型卧式镗床的电气元件表 12第四章 用PLC对镗床改造的方案 134.1 FX2N系列PLC的系统配置 134.1.1 PLC的概述 134.1.2 PLC的基本结构 134.1.3 PLC程序设计方法 144.2 FX2N系列PLC的基本结构 144.3 FX2N 和FX2N-C系列的性能 154.4镗床改造部分元器件的选取 154.4.1 PLC 机型的选取 154.4.2 电动机的选取 164.5 T68卧式镗床PLC软件设计 174.5.1

3、I/O分配表 174.5.2 外部接线图 184.5.3 梯形图 19第五章 调试 215.1主轴电动机的调试 215.2 工作台电动机的调试 215.3控制镗床加工零件的调试 225.4故障分析 22第六章 结论与展望 24致谢 25参考文献 26附录1 T68型卧式镗床电气控制原理图 1附录2 卧式镗床电气控制主电路图 2附录3 卧式镗床实物图 3摘 要本论文研究的是常用的T68型卧式镗床传统电气控制系统改造的设计。提出了使用可编程控制器的电气控制系统代替原来的继电器接触器的控制系统，介绍电动机保护控制系统，阐述了继电器、接触器控制系统的故障特征，研究了短路，过载，断相及漏电等多种故障及其

4、保护原理。设计了以PLC为主控芯片控制T68型卧式镗床电气系统加工零件的过程。具体进行了电动机、位置传感器、行程开关等硬件设计。保护镗床实时监控和保护。本论文的重点是尝试了使用可编程控制器，实现了电气控制与计算机技术和通讯技术融为一体的控制特性，体现了可编程控制器电气控制系统比继电器、接触器电气控制系统，结构简单、编程方便、调试周期短、可靠性高、抗干扰能力强、故障率低、，对工作环境要求低等一系列优点。然后进行了实验工作的介绍。首先介绍PLC控制应用到改造方案中去从而大大提高镗床的工作性能。结果表明，可编程控制器改造镗床的控制功能达到了预期目标。最后得出全文的结论，总结了使用可编程控制器控制镗床

5、的电气控制系统的可行性，并且改造后的设备大大降低了机械的故障率，提高了设备的稳定性和效率，减少了劳动强度降低了日常维护成本，并可避免因误操作而引起的事故功能及特点。关键词：T68镗床，PLC，改造，自动化 研究类型: 应用研究前 言PLC（可编程控制器）是工控系统最重要的核心组件，是整个系统的大脑。PLC的出现，使其以往的继电器连接控制，成为过去时代。而现的继电器，只能作为低端的基层控制模块，或在简单的设备中使用。可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的

6、联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。现代电气传动技术的发展得益于电力电子技术、自动控制技术和微电子技术的发展，现代全 控开关型电力电子器件制造技术的进步和PWM技术的产生使处于调速系统中的电机电流谐波 减小、转矩脉动降低、电机运行效率和调速性能提高；而现代控制理论的发展为进一步改善 电机调速性能提供了有利条件，出现了标志现代交流调速理论的矢量控制和直接转矩控制， 使感应电机的调速性能可以和直流电机媲美。近年来发展起来的超大规模可编程逻辑芯片，由于其灵活的可编程能力、快速的并行信号处理

7、方式、足够多的内部资源、无 复位问题和程序跑飞的困扰等，使其在电气传动领域中获得了广泛应用。PLC更高层次的发展，需要不断努力来实现。PLC的实现已经改变了很多工控设备，为了更多的工控设备得到改善，发展PLC技术时重要途径之一。可编程控制器作为一种通用的工业控制器，它可用于所有的工业领域。当前国内外已经广泛的将可编程控制器成功地应用到机械、冶金、石油、化工、纺织、交通、电力、军事等各个领域，并取得了可观的技术济济效益。而且它还代表当今电气控制技术的世界先进水平。 乔国防2012年6月第一章 设计分析1.1课题研究的目的及意义研究这一课题的目的和意义有以下几点；1）将所学的知识得以应用。2）将所

8、学知识与实践相结合。3）近年来PLC机在工业自动控制领域应用越来越广。它在控制性能，组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产业难以比拟的。用PLC控制技术对镗床的控制线路实施改造，则具有普遍性的技术及经济意义。4）提高镗床控制的稳定性和自动化程度。5）通过PLC改造后，可以延长镗床的使用寿命，还可以降低机床的故障，更加便于控制、方便维修等各种好处。采用PLC实现T68镗床电气控制时，照明、电源指示灯低压备用电源插座及控制电源变压器及相关电路保持原配置连线。继电器-接触器系统中按钮，速度继电器、行程开关为PLC的输入设备，接触器线圈及指示灯为PLC的输出设备。为了节省PLC的I/

9、O点数，SQ1、SQ2的常开触点并联，SQ3、SQ4的常开触点串联，SQ3、SQ4常闭触点的并联，SQ5、SQ6的常开触点并联之后接在PLC的输入端。经过这样的处理后，仅需要24个输入点和19个输出点，又基于三菱的PLC在市场上广泛使用且价格便宜，适用于经济性改造，因此，我选用三菱型号为FX2N-48MR的PLC.1.2课题研究的内容课题主要研究的是怎样用PLC控制镗床，镗床主要用于加工精密、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件（如一些箱体零件），属于精密机床。T68型卧式镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触触点较多、线路复杂、故障率高、操作人员维修任务较大。

10、针对这种情况，我们用PLC控制改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率，运行效果优良。1.3国内外对镗床控制研究概况随着PLC在工业控制中的迅猛发展，我们要对PLC有更深的了解，PLC是以微机技术为核心的通用工业控制装置。日本的小型PLC最具特色，在日本有许多制造商，如三菱、欧姆龙、松下、东芝等，在世界上日本产品约占有70的份额，三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销量不小。使得许多大专院校讲解PLC编程的教材都以三菱公司的PLC为例。国内的一些PLC生产厂家为了迅速获得用户，其PLC编程语言的指令大

11、部分与三菱公司的PLC兼容。三菱PLC以其高性能，低价格应和了中国工控行业的需要，在国内得到了广泛的应用。三菱PLC产品系列十分丰富，可以广泛的满足不同用户的需要。我们对三菱电机公司的PLC产品主要是FX2N系列:是三菱PLC-FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，有功能强大、环境适应性好、各方面可靠性高、编程简单、体积小消耗低等优点。目前，部分小型企业及学校仍广泛的应用的是传统的继电器控制机床，这些机床虽然有很长的历史，虽然它能在一定范围内满足单片机和自动生产的需要，但由于他们触点的可靠性问题直接影响产品质量和生产效率。之所以PLC得到广泛的应用，

12、是因为近几年来它应用工业自动化、机电一体化的比较多，改造传统产业。对我们学习、掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。第二章 镗床的电气控制线路分析2.1 T68型卧式镗床的电气控制电路常用的T68型卧式镗床电气控制电路图如附录表1所示，其底边按数序分成17个区，其中1区位电源开关及电路短路保护，2-5区为主电路部分，8-18区为控制电路部分， 6区为控制电源及照明电路，7区为电源指示电路部分。2.2 T68型卧式镗床的用途与结构T68型卧式镗床主要用于加工工件上的精密圆柱孔。按用途的不同，镗床可分为卧式镗床、金刚镗床、坐标镗床等，其中卧式镗床的用途很广，除了

13、对各种复杂的大型工件，如箱体零件、机体等的镗孔以外，还可以完成钻、扩、绞孔，攻丝、洗平面、刮削孔端面、切制内外螺纹、镗削内外环槽等多种工序。因此在这种镗床上，工件一次安装后，既能完成大部分表面的加工，优势甚至可以完成全部的加工，特别是在加工大型及笨重的工件是具有优势。图2-1 T68型卧式镗床的结构。图2-1 T68型卧式镗床的结构T68型卧式镗床由床身主轴、主轴箱、前立柱、刀杆支架、回转工作台、上滑座和下滑座、等几个主要部件组件组成。1）床身 床身是镗床的基本部件，其它部件（前立柱、工作台）装于其上。床身多采用整体形式，一般有2条截面为矩形的导轨。快速进给机构及其保险机构、主传动变速箱、工作

14、进给变速箱等部件均装于主轴箱下方的空腔中。2)前立柱 前立柱多为单立柱，它固定在床身前部的平面上（前立柱，可分别沿自身的导轨做纵向和横向移动）。3）主轴箱 主轴箱装于前立柱的导轨上，经丝杆传动可做上下移动，其结构形式有集中传动和分离传动两种，主轴箱上部为主轴变速箱和进给变速箱，后部有尾部箱，尾部箱有镗轴支撑结构、主轴进给机构及切削螺纹的挂论机构。 4）后立柱 后立柱固定在后立柱滑座上，滑座与床身联结，可手动纵向移动。后立柱设垂直导轨支撑尾座由丝杠带动做上下移动。5）工作台 在前后立柱的中间床身导轨上装有工作台，它多三层结构，由上滑座、下滑座和回转工作台组成。下滑座可沿导轨纵向移动，下滑座的上面

15、是上滑座，上滑座可沿下滑座导轨做横向运动。上滑座的上面是回转工作台，它可做360度的旋转。2.3 T68型卧式镗床的主要运动形式.1）主运动：镗轴和花盘的旋转运动。2）进给运动：镗轴的轴向运动，花盘上刀具滑板的径向运动，工作台的横向运动，工作台的纵向运动和镗头架的垂直进给。3）辅助运动：工作台的旋转运动、后立柱的水平移动和尾座的升降及各部分的快速移动。2.4 T68型卧式镗床的电器控制求T68型卧式镗床的电气控制要求是：1) 主轴电动机完成镗床的主运动贺进给运动。为适应各种形式和各种工件的加工需要，要求主轴有较宽的调速范围，因此多采用双速或三速笼型异步电动机拖动的滑移齿轮有级变速系统。目前，采

16、用电力电子器件控制的无级调速系统已在镗床上得到广泛应用。2) 主轴电动机要求能正反转，可以点动调整，有电气制动，通常采用反接制动。3) 镗床的主运动和进给运动采用机械滑移齿轮有级变速系统，为保证变速齿轮啮合良好，要求有变速冲动。4) 为了缩短调整工件和刀具间相对位置的时间，卧式镗床和各种进给运动部件要求能快速移动，一般由快速进给电动机单独拖动。5) 必须具有短路、过载、失电压和欠电压等必要的保护装置。6) 具有安全的局部照明装置。2.5 T68型卧式镗床主电路分析T68型卧式镗床有2台电动机拖动，主轴电动机M1拖动主轴和平旋盘的旋转，由接触器KM1控制它正转电源的通断，接触器KM2控制它反转电

17、源的通断，接触器KM3控制它低速电源的通断，接触器KM4控制它正高速电源的通断，实现星形三角形降压启动的控制。附录2为T68卧式镗床主电路。主电动机为双速电动机，用以实现拖动机床的主运动和进给运动，功率为5. 5/7. 5KW，转速为1460/2880r/min。主电路中有两台电动机，M1为主轴与进给电动机，绕组接法为 / YY。M2为快速移动电动机。 电动机M1由5个接触器控制，KM1和 KM2控制M1的正反转，KM3控制M1的低速运转，在点动、制动以及变速中的脉动慢转时，在定子电路中均串入限流电阻R，以减少启动和制动电流。KM4、KM5 控制 M1的高低速运转。FR 对M1进行过载保护。

18、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。在常态下，SQ断开低速；当SQ被压下时，接通高速。接触器KM4、KM5用来改变主电动机定子绕组的联接方法。当KM4的主触点闭合，绕组接成三角形，主电动机的转速为1460r/min。当KM4的主触点断开，KM5的主触点闭合时，绕组接成双星形，主电动机的转速为2880r/min。2.6 T68型卧式镗床控制电路分析图2-2 T68卧式镗床控制电路图控制电路由控制变压器TC提供110V电压，熔断器FU3作控制电路的短路保护。控制电路包括M1的正反转控制、M1的双速运行控制、M1的停车制动、M1的电动控制、主 轴的变速控制和变速冲动、进给的变

19、速控制及M2的正反转控制。图2-2 T68型卧式镗床控制电路图。1）M1的正反转控制(8-16区)。M1的正反转控制由中间继电器KA1(正转起动，8区)、KA2(反转起动，9区)、接触器KM1(正转，13区)、KM2(反转,14区)、KM3(短接制动电阻，10区)、KM4、KM5(高、低速，15、16区)完成，SB2、SB3分别为正、反转起按钮，SB1为停车按钮。M1起动前，首先选择好主轴的转速和进给量，调整好主轴箱和工作台的位置。M1的正反转控制过程为：按下SB1，KA1线圈得电，KA1联锁触点断开，KA1联锁触点闭合，KA1常开触点闭合，KM3线圈得电，KM3主触点闭合，R短接。KM3常开

20、触点闭合、KA1常开触点闭合，KM1线圈得电，KM1主触点闭合，M1低速正转运行。KM1常开触点闭合，KM4线圈得电，KM4主触点闭合，M1低速正转运行；KM4联锁触点断开。KM1线圈得电，KM1联锁触点断开。同理，在反转起动运行时，按下SB3，线圈得电顺序为：KA1 KA3 KA2 KA4行程开关SQ1为工作台、主轴箱进给联锁保护，SQ2为主轴进给联锁保护。2) M1的双速运行控制(15、16区)。若M1为低速运行，此时机床的主轴变速手柄置于“低速”位置，行程开关SQ7不动作，SQ7常开触点断开，时间继电器KT线圈不得电。若要使M1为高速运行，将机床的主轴变速手柄置于“高速”位置。M1的高速

21、运行工作过程为：压下SQ7，SQ7常开触点闭合，KT线圈得电，KT常开触点延时断开，KM4线圈失电；KT常开触点延时闭合，KM5线圈得电，KM5主触点闭合、KM3主触点闭合，M1连接成YY高速运行。不论M1是停车还是低速运行，只要将变速手柄转至高速档，M1都是先低速起动或运行，再由时间继电器KT经1-2s延时后自动切换到高速运行。3) M1的停车制动(13-14区)。M1采用反接制动，由于M1同轴的速度继电器KS控制反接制动。当M1的转速达到约120r/min以上时，KS的触点复位。M1正转高速运行时的反接制动过程为：按下SB1，SB1常开触点断开，KM3线圈失电，KM1线圈失电，KM5线圈失

22、电、KM1主触点断开，M1惯性旋转。KA1线圈失电。KT线圈失电，KT常开触点断开，KT常开触点闭合，KM4线圈得电，KM4主触点闭合、KM2主触点闭合，反接制动。SB1常开触点闭合、KS常开触点闭合，KM2线圈得电，KM2常开触点闭合、KM2主触点闭合。当M1转速降至120r/min以下时：KS常开触点断开，KM2线圈失电，M1制动结束，电动机停车。如果是M1反转是制动，则由KS得另一半常开触点闭合控制KM1、KM4进行反接制动。4) M1的点动控制(13、14区)。SB4、SB5分别为M1的正反转点动控制按钮。当M1需要点动调整时：按下SB4(或SB5),KM1(或KM2)线圈得电，KM4

23、线圈得电，M1串R低速点动。5) 主轴的变速控制(10-12区)。在主轴箱和工作台的位置调整好后，其常开触点均处于闭合状态。行程开关SQ3-SQ4分别为进给变速控制和主轴变速控制开关，其状态见表2-1。表2-1 主轴和进给量变速行程开关SQ3-SQ6状态表相关行程开关触点正常工作时变速时变速后手柄推不上时 主轴变速SQ3(4-9)+-SQ3(3-13)-+SQ5(14-15)-+ 进给变速SQ4(9-10)-SQ4(3-13)+SQ6(14-15)-+注：“+”表示接通，“-”表示断开主轴的各种转速是由变速操纵盘来调节变速传动系统而实现的。因此，若要进行主轴变速，不必按停车按钮，只要将主轴操纵

24、盘的操作手柄拉出，与变速手柄有机械联系的行程开关SQ3、SQ4均复位。其变速操作过程为： 变速手柄拉出，SQ3复位，SQ3常开触点断开，KM3、KT线圈失电，KM1线圈失电，M1失电后惯性旋转，KM2线圈得电；SQ3常开触点闭合，KM2线圈得电，KM4线圈得电，M1低速串阻R反接制动，当n120r/min时，KS常开触点断开，KM1、KM4线圈失电，M1失电，转速下降；当n40r/min时KS常开触点闭合，KM1、KM4线圈得电，M1再次起动。如此循环，M1的转速在40-120r/min之间反复升降，直至齿轮啮合好以后，推上变速手柄，SQ5复位，变速冲动结束。 7) 进给的变速控制(10-12

25、区)。进给的变速控制与主轴的变速控制基本相同，只是在进给的变速控制时，拉动的是进给手柄，动作的行程开关是SQ4和SQ6。 8) M2的控制(17、18区)。M2的控制是接触器、行程开关双重联锁的正反转控制电路，SQ9、SQ8分别为正反向快进控制行程开关。将快进操纵手柄往里(外)推，压下行程开关SQ9(SQ8)，接通接触器KM6(KM7)支路，电动机M2正转(反转)，通过机械传动实现正向(反向)快速进给运动。2.7 T68型卧式镗床照明电路分析 照明电路由控制变压器TC提供24V安全电压供给照明灯EL，FU4是照明电路的短路保护。照明灯EL一端接地，SA为灯开关，XS为24V电源插座(6区)。电

26、源指示灯HL由TC提供6V安全电压(7区)。2.8 T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修镗床常见电气故障的诊断与检修与铣床大致相同，但由于镗床的机电联锁较多，且采用双速电动机，所以会有一些特有的故障，现举例分析如下：a). 主轴的转速与标牌的指示不符这种故障一般有两种现象：第一种是主轴的实际转速比标牌指示转数增加或减少一倍，第二种是M1只有高速或只有低速。前者大多是由于安装调整不当而引起的。T68型镗床有18种转速，是由双速电动机和机械滑移齿轮联合调速来实现的。第1，2，4，6，8，挡是由电动机以低速运行驱动的，而3，5，7，9，挡是由电动机以高速运行来驱动的。由以上分析可知，M1的高低速

27、转换是靠主轴变速手柄推动微动开关SQ7，由SQ7的动合触点（1112）通、断来实现的。如果安装调整不当，使SQ7的动作恰好相反，则会发生第一种故障。而产生第二种故障的主要原因是SQ7损坏（或安装位置移动）：如果SQ7的动合触点（1112）总是接通，则M1只有高速；如果总是断开，则M1只有低速。此外，KT的损坏（如线圈烧断、触点不动作等），也会造成此类故障发生。b)MI能低速起动，但置“高速”挡时，不能高速运行而自动停机M1能低速起动，说明接触器KM3、KM1、KM4工作正常；而低速起动后不能换成高速运行且自动停机，又说明时间继电器KT是工作的，其动断触点（1320）能切断KM4线圈支路，而动合

28、触点（1322）不能接通KM5线圈支路。因此，应重点检查KT的动合触点（1322）；此外，还应检查KM4的互锁动断触点（2223）。按此思路，接下去还应检查KM5有无故障。c)M1不能进行正反转点动、制动及变速冲动控制其原因往往是上述各种控制功能的公共电路部分出现故障，如果伴随着不能低速运行，则故障可能出在控制电路1320210支路中有断开点。否则，故障可能出在主电路的制动电阻器R及引线上有断开点。如果主电路仅断开一相电源，电动机还会伴有断相运行时发出的“嗡嗡”声。第三章 镗床用PLC改造部分的线路分析.3.1镗床主轴的运动分析镗轴在加工零件时，作旋转主体运动，并可沿其轴线移动，完成轴向进给。

29、如果不需要镗轴进给时，镗轴将只作旋转运动。镗轴的运动形式有两种如图31和图3-1所示以镗孔为例说明：图3-1镗轴进给图3-2工作台进给3.2工作台的运动分析工作台由上滑座，下滑座和和回转台三部分组成。下滑座可沿床身导轨平行与镗轴轴线方向纵向进给运动：上滑座可沿下滑座顶面上的横向导轨，垂直于轴线方向移动横向进给运动：回转工作台可绕垂直轴线在上滑座的环形导轨上转位，以便能在工件一次安装下，对轴线相互垂直或成一定角度的各孔的加工。3.3变速装置分析和保护装置的分析变速装置：主轴的变速主要由变速电动机控制，变速电动机正转主轴高速运行，变速电动机反转主轴低速运行，工作台的变速是有液压系统控制液压阀来实现

30、的M1、M2分别由热继电器FR1和FR4实现过载保护工作台的快速移动， M3属与短时工作不做过载保护。M1的短路保护由低压断路器QF完成， M2、M3由FU2实现短路保护 。3.4原控制线路的缺点及PLC控制的优点T68型卧式镗床电气控制是传统的继电器，接触器的控制，其控制的缺点是触点多，线路复杂故障多，如有一对触头接触不良旧会造成系统的瘫痪，而故障的查找和排除是困难的，需要花费很长时间。如果产品更新换代则需要改变整个程序的控制周期，可见继电器控制系统可靠性低，适应性差的缺点，给人们的使用带来很大的不便和遗憾。而机床作为母机，对电气的控制也有了很高的要求必须有很强的抗干扰能力，运行可靠，并且简化电气控制方式提高机床电器的使用寿命。而用PLC控制有以下优点：它是将传统的继电器和接触器控制技术于计算机技术和通讯技术融为一体，具有功能大，适用环境好，编译简单，使用方便，易学易懂，价格便宜，而且大大的提高了工业生产效率的优点。它对我国自动化发展水平的提高具有十分重要的意义。3.5 T68型卧式镗床的电气元件表T68型卧式镗床PLC改造元器件选择表序号名称型号与规格数量/只1断路器C65N/3P D型 32A12交流接触器CJ20-16 220V73热继电器JR16-20/3 整定电流 10-16A14按钮LA18-22 红