鏜床PLC智能控制系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計說明書鏜床PLC智能控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)自動化學(xué)生姓名董躍班級B自動化081學(xué)號0810603115指導(dǎo)教師張勝超完成日期2012年5月26日鏜床PLC智能控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要：鏜床是一種精密加工車床，主要用于加工工件上的精密圓柱孔。這些孔的軸心線往往要求嚴(yán)格地平行或垂直，相互間的距離也要求很準(zhǔn)確。鏜床本身剛性好，其可動部分在導(dǎo)軌上的活動間隙很小，并有附加支撐。鏜床除了能完成鏜孔工序外，還可以進行鏜、鉆、擴、絞、車及銑等工序，因此，鏜床的加工范圍很廣。介紹T68型臥式鏜床的結(jié)構(gòu)和工作原理，并分析鏜床繼電器控制系統(tǒng)。設(shè)計基于PLC改造的總體方案,對系統(tǒng)的輸入、輸出點進行統(tǒng)計，根據(jù)PLC的選型相

2、關(guān)規(guī)定和輸入輸出的總點數(shù)，選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR可編程序控制器。分配PLC的I/O地址，設(shè)計PLC的外接線圖。采用邏輯代數(shù)設(shè)計法設(shè)計T68鏜床PLC控制系統(tǒng)的程序，并通過 GX Simulator6-C軟件進行程序仿真。在此基礎(chǔ)上，針對系統(tǒng)調(diào)試、安裝以及運行過程中出現(xiàn)的問題，進行分析，提出解決辦法和注意的事項。最后從硬件和軟件兩個方面采取措施，提高了PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。PLC控制系統(tǒng)取代原來的T68鏜床繼電接觸控制系統(tǒng)使控制變得簡單靈活，性能提高，并增強了其自診斷功能，維修也更加方便。關(guān)鍵詞：可編程控制器；鏜床；智能 Design ofPLC Intelligent

3、Control system of Boring Machine Abstract:Boring machine is a kind of precision lathe processing, mainly for processing the precision cylindrical bore in the workpiece. The axes of these holes are often asked to be strictly parallel or vertical, the distance between each of them also requires very a

4、ccurate. Boring machine itself has good rigidity, the activity space of movable part on the rail is small, and hasthe additional support.In addition to finish boring process, boring machine can also be used for boring, drilling, expansion, twisted, cars and milling processes, therefore, the processi

5、ng with a wide range of boring machine.Introducingthe structure and working principle of T68type horizontal boring machine, and anglicizingrelay control system of boring machine.Designing overall reformation scheme based on PLC. To gather statistics input and output pointson the system. According to

6、 the PLC selection rules and input and output of the total points, select Japanese Mitsubishi Co production of the FX2N-48MR PLC. To allocate the PLC I/O address, and to design PLC external wiring diagram. Using algebraof logic design method to design the PLC control system programof T68boring machi

7、ne, and through the GX Simulator6-C software for process simulation. On this basis, the system debugging, installation and the problems in the running process, carries on the analysis, proposed the measures and matters need attention. Finally, from two aspects of hardware and software to take measur

8、es, improved PLC control system anti-interference ability.To replace the original T68boring machine relay control system with PLC control system, enables the control is simple and flexible, improve performance, and to enhance its self diagnosis function, repair is more convenient.Key words: PLC; bor

9、ing machine; intelligent目錄1 概述11.1 課題研究的背景和意義11.2 課題研究的內(nèi)容及要求12 T68臥式鏜床結(jié)構(gòu)和工作原理12.1 T68鏜床的基本結(jié)構(gòu)12.2 T68鏜床的控制要求32.3 電氣控制線路分析33 T68鏜床控制系統(tǒng)改造方案63.1 控制方式的選擇63.2 PLC的工作原理63.3 PLC類型比較及選擇74 T68臥式鏜床PLC改造的硬件設(shè)計84.1 PLC的選型84.2 I/O點分配84.3 硬件接線圖設(shè)計95 T68臥式鏜床PLC改造的軟件設(shè)計105.1 梯形圖設(shè)計105.2 鏜床PLC改造的電氣控制106 T68鏜床PLC控制系統(tǒng)的仿真與調(diào)

10、試166.1 GX Simulator6-C仿真軟件介紹166.2 程序仿真調(diào)試過程166.3 PLC仿真軟件調(diào)試的監(jiān)控結(jié)果207 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計237.1 影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素237.2 提高PLC抗干擾措施237.3 T68鏜床的PLC抗干擾措施248 結(jié)束語26參考文獻27致謝28附錄29附錄1 T68型鏜床電氣控制電路圖30附錄2 T68型鏜床PLC改造的I/O硬件接線圖31附錄3 T68型鏜床PLC控制梯形圖32鏜床PLC智能控制系統(tǒng)設(shè)計1概述1.1課題研究的背景和意義鏜床是一種具有綜合加工性能的金屬切削機床，是精加工設(shè)備之一，冷加工中使用比較普遍的設(shè)備。鏜床

11、主要用于加工精確的孔和各孔間的距離要求較為精確的零件，如一些箱體零件（機床變速箱、減速箱），往往需要加工數(shù)個尺寸不同的孔。這些孔的尺寸大，精度要求高，且孔的軸線之間有著嚴(yán)格的同軸度、垂直度、平行度與位置精度的要求，這對于鉆床來說是很難實現(xiàn)的。T68鏜床是目前我國機械工廠中使用最為普遍的一種鏜床，它廣泛用于機修、工具和單件或小手批量生產(chǎn)的車間中。鏜床的可動部分在導(dǎo)軌上活動間隙小，而且還有附加支撐，一般都能滿足技術(shù)的要求。在電氣控制系統(tǒng)中 ，故障的查找與排除是非常困難的，這給生產(chǎn)與維護帶來諸多不便。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性與靈活性，這就需要使用自動

12、化程度高的控制系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)?；谶@些問題，PLC控制系統(tǒng)取代了原來的T68鏜床繼電接觸控制系統(tǒng)，使性能大為改善，自動化程度與生產(chǎn)效率得到了很大提高，并能很好地保證其加工精度。系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，滿足生產(chǎn)工藝的要求。同時，對其它同類設(shè)備的技術(shù)該著也有很大的參考價值，在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用前景。1.2課題研究的內(nèi)容及要求熟悉T68型臥式鏜床的結(jié)構(gòu)和工作原理，并分析鏜床繼電器控制系統(tǒng)。設(shè)計鏜床改造的總體方案，通過比較后選用PLC控制方式。硬件設(shè)計方面，對系統(tǒng)的輸入、輸出點進行統(tǒng)計，根據(jù)PLC的選型相關(guān)規(guī)定和輸入輸出的總點數(shù)，選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR可編程序控制器。分配PLC

13、的I/O地址，設(shè)計PLC的外接線圖。軟件設(shè)計方面，設(shè)計T68鏜床PLC控制系統(tǒng)的程序。此外，還要通過 GX Simulator6-C軟件進行程序仿真，調(diào)試出PLC控制的監(jiān)控結(jié)果。最后從硬件和軟件兩個方面采取措施，提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。2 T68臥式鏜床結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 T68鏜床的基本結(jié)構(gòu)T68型臥式鏜床的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。圖2-1T68型臥式鏜床結(jié)構(gòu)圖1-床身；2-尾架；3-導(dǎo)軌；4-后力柱；5-工作臺：6-鏜軸；7-前柱；8-鏜頭架；9-下溜板；10-上溜板T68鏜床的床身是由整體的鑄件制成，床身的一端裝有固定不動的前立柱，在前立柱的垂直導(dǎo)軌上裝有鏜頭架，可以上下移動

14、。鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進給箱與操縱機構(gòu)等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或安裝在平旋盤的刀具溜板上。在工作過程中，鏜軸一面旋轉(zhuǎn)，一面沿軸向做進給運動。平旋盤只能旋轉(zhuǎn)，裝在上面的刀具溜板可在垂直于主軸軸線方向的徑向做進給運動。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空部分，通過各自的傳動鏈傳動，因此可獨立運動。在大部分工作情況下，使用鏜軸加工，只有在用車刀切削端面時才使用平旋盤。臥式鏜床后立柱上安裝有尾架，用來夾持裝在鏜軸上的鏜桿的末端。尾架可隨鏜頭架同時升降，并且其軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上。后立柱可在床身導(dǎo)軌上沿鏜軸軸線方向上做調(diào)整移動。加工時，工件安放在床身中部的工作臺

15、上，工作臺在溜板上面，上溜板下面是下溜板，下溜板安裝在床身導(dǎo)軌上，并可沿床身導(dǎo)軌移動。上溜板又可沿下溜板上的導(dǎo)軌運動，工作臺相對于上溜板可做回轉(zhuǎn)運動。這樣，工作臺就可在床身上做前、后、左、右任一個方向的直線運動，并可做回旋運動。再配合鏜頭架的垂直移動，就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔。由此可以得出其運動方式如下：主運動：主軸的旋轉(zhuǎn)和平旋盤的旋轉(zhuǎn)運動。進給運動：主軸在主軸箱中的進出進給，平旋盤上刀具的徑向進給，主軸箱的升降，工作臺的橫向和縱向進給，這些進給運動都可以進行手動或機動。主運動和進給運動由電動機M1完成拖動。輔助運動：工作臺的旋轉(zhuǎn)運動、后立柱的水平移動和尾架的垂直運動及各部

16、分的快速移動，由電動機M2完成。2.2 T68鏜床的控制要求A.主運動與進給運動是由一臺雙速電動機拖動，高、低速可選擇。B.為適應(yīng)加工過程中調(diào)整的需要，要求主軸可以正、反轉(zhuǎn)點動調(diào)整，這是通過主軸電動機低速電動來實現(xiàn)的。同時還要求主軸可以正、反向旋轉(zhuǎn)。C.由于臥式鏜床主軸的制動要求快而準(zhǔn)確，所以必須采用效果較好的停車制動，常采用反接制動。 D.主軸變速應(yīng)用變速沖動環(huán)節(jié)。 E.快速移動電動機采用正、反轉(zhuǎn)點動控制方式。F.進給運動和工作臺移動兩者只能取一，必須互鎖。2.3電氣控制線路分析T68臥式鏜床的電氣元件表如表2-1所示。表2-1 電氣元件表電氣元件名稱及用途電氣元件名稱及用途M1主電動機FU

17、短路保護熔斷器M2快速移動電動機R限流電阻KM1、KM2主電動機正、反轉(zhuǎn)接觸器SB1、SB2主電動機正、反轉(zhuǎn)控制按鈕KM3限流電阻短路接觸器SB3、SB4主電動機正、反轉(zhuǎn)點動控制按鈕KM4、KM5主電動機高速轉(zhuǎn)接觸器SB5主電動機停止按鈕KM6主電動機低速轉(zhuǎn)接觸器SQ1、SQ2主軸變速行程開關(guān)KM7、KM8快速移動電動機正、反轉(zhuǎn)接觸器SQ3、SQ4進給變速行程開關(guān)KA1、KA2中間繼電器SQ5、SQ6快速電動機行程開關(guān)KS速度繼電器SQ7、SQ8主軸箱、工作臺與主軸進給互鎖行程開關(guān)FR熱繼電器TC控制變壓器KT通電延時繼電器SQ高、低速轉(zhuǎn)換行程開關(guān)T68鏜床臥式鏜床的主電路和控制電路圖如圖2-

18、1所示。圖2-2主電路和控制電路圖A.主電路說明主電動機M1具有高、低轉(zhuǎn)速。當(dāng)主電動機作低速運行時，接觸器KM1（反轉(zhuǎn)時KM2）、KM3及KM6得電，主電動機M1為三角形接線。作高速運行時，M1先作低速起動，然后切換到KM1（反轉(zhuǎn)時KM2）、KM4、KM5得電，KM6斷開，M1為雙星形接線，轉(zhuǎn)速提高。制動時為反接制動，KM3斷開，接入限流電阻。M1的運動通過傳動機構(gòu)分別帶動主軸、工作臺作進給運動。快速電動機M2可以正、反方向旋轉(zhuǎn)，通過手柄改變機械傳動鏈，然后帶動主軸或工作臺作快速運動。B.控制電路說明a.主電動機的起動控制主電動機的點動分為正、反向點動，分別由點動按鈕SB3、SB4控制。按鈕S

19、B3閉合時，接觸器KM1得電吸合，KM1常開接點閉合，使得接觸器KM6得電，主電動機M1在低速下正向旋轉(zhuǎn)，SB3斷開時，電動機斷電停止動作。反向點動動作過程與正向點動類似，變成點動按鈕SB4、接觸器KM2、KM6配合完成。主電動機的正、反向旋轉(zhuǎn)控制有按鈕SB1、SB2操作。當(dāng)要求電動機低速運行時，行程開關(guān)SQ觸點斷開，SQ1、SQ3閉合。SB1按下時，中間繼電器KA1得電。KA1有三組動合觸點，第一組觸點用來接通自鎖回路，第二組觸點使接觸器KM3得電動作，KM3的主觸點將限流電阻R短路，KM3的輔助觸點閉合，同時第三組觸點閉合將接觸器KM1線圈自鎖。KM1觸點的動作又使接觸器KM6得電吸合，由

20、于KM1、KM3、KM6動作，主電動機M1在全壓、定子繞組三角形聯(lián)結(jié)下直接起動而低速運行。當(dāng)要求電動機作高速旋轉(zhuǎn)時，通過變速機構(gòu)和機械機作，將行程開關(guān)SQ的常開觸點閉合，這時按下起動按鈕SB1后，中間繼電器KA1得電吸合，與低速運行時一樣，KM1、KM3、KM6動作。同時，已閉合的KA1的動合觸點與SQ的動合觸點接通了時間繼電器的KT線圈，經(jīng)延時后KT的動斷延時斷開觸點打開，KM6斷電。KT延時動合觸點閉合，使得接觸器KM4、KM5得電動作。KM4、KM5的主觸點將電動機的繞組聯(lián)結(jié)成雙星形并重新接入電源，使電動機從低速轉(zhuǎn)為高速旋轉(zhuǎn)。反向旋轉(zhuǎn)的起動過程與正向起動相同，相關(guān)電氣元件為按鈕SB2，中

21、間繼電器KA2，時間繼電器KT，接觸器KM2、KM3、KM5及KM7、KM8。b.主電動機的反接制動控制當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點KS-3閉合，而動斷觸點KS-1斷開；當(dāng)電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點KS-2閉合，為電動機在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時的反接制動做好準(zhǔn)備。當(dāng)M1低速正轉(zhuǎn)時，KA1、KM1、KM3、KM6線圈得電吸合，KS-3常開觸點閉合。此時按下停止按鈕SB5，KA1、 KM1、KM3線圈斷電。與此同時，常開觸點SB5閉合，通過KS-3、KM1，使得線圈KM2得電動作，常開觸點KM2閉合，將線圈KM2、KM6自鎖。當(dāng)SB5斷開后，KM2、KM6線圈繼續(xù)得電。KM2、KM6

22、的得電，使三相電源經(jīng)過的KM2主觸點、限流電阻R和KM6主觸點反接給電動機，電動機進行反接制動。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速降低到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開接點斷開，切斷了KM2的通電回路，KM6也隨之?dāng)嚯姡袛嗔穗妱訖C電源，電動機制動結(jié)束。反向旋轉(zhuǎn)的制動過程和正向旋轉(zhuǎn)類似，此時相關(guān)動作的電氣元件是速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點KS-2、接觸器KM1和KM6。c.主運動和進給運動點動變速當(dāng)主軸變速時將變速孔盤拉出，這時使SQ1動斷觸點斷開，KM3斷電，在主回路中接入了限流電阻R，并且KM3觸點斷開，KM1斷電釋放，從而使主電動機脫離電源。所以該機床可以在主電動機開動的情況下調(diào)速，電動機能自動停止轉(zhuǎn)

23、動。這時旋轉(zhuǎn)盤孔，選好合適的轉(zhuǎn)速后，將盤孔推入，在此過程中，如果滑移齒輪的齒和固定齒輪的齒發(fā)生頂撞，則孔盤不能推回原位。這時SQ1、SQ2沒有受壓，SQ1動合觸點閉合，SQ2動斷觸點閉合，從而接通了瞬時點動控制電路，線圈KM1得電動作，同時由于SQ1行程開關(guān)閉合，使得KM6通電動作，所以主電動機經(jīng)限流電阻在低速下正向起動。當(dāng)主電動機起動后，速度繼電器的停轉(zhuǎn)觸點KS-1斷開，而正轉(zhuǎn)動合觸點KS-3轉(zhuǎn)為閉合，使KM1線圈斷電釋放。KM2線圈得電動作，因而主電動機又反接制動。當(dāng)主電動機的轉(zhuǎn)速制動到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速后，速度繼電器正轉(zhuǎn)動斷觸點又轉(zhuǎn)為閉合，從而又接通了瞬時點動線路而重復(fù)上訴過程。這樣間

24、歇的起動與制動使電動機緩慢的旋轉(zhuǎn)，以利于齒輪進入正確的嚙合狀態(tài)。一旦孔盤推回原位后，行程開關(guān)SQ1、SQ2被壓下，將SQ1、SQ2的動斷觸點斷開，切斷了瞬時點動線路。這時，SQ1的動合觸點閉合，使得KM3線圈得電，KM3常開觸點閉合，使得KM1線圈得電，主電動機在新的轉(zhuǎn)速下重新啟動。在進給變速時，瞬時點動的控制原理和主軸變速時相同，相關(guān)動作的行程開關(guān)由SQ1、SQ2變?yōu)镾Q3、SQ4。d.軸箱、工作臺或主軸的快速移動機床各部件的快速移動由快速手柄操縱配合快速電動機M2拖動來完成。快速手柄扳到正向轉(zhuǎn)速位置時，行程開關(guān)SQ5被壓動，接觸器KM7得電，快速電動機M2正轉(zhuǎn)?？焖偈直獾椒聪蛭恢脮r，行程

25、開關(guān)SQ6被壓動，接觸器KM8得電，M2反轉(zhuǎn)。e.軸進刀與工作臺互鎖為了防止機床或刀具的損壞，主軸箱和工作臺的機動進給在電路上必須互相聯(lián)鎖，即不能同時接通，通過行程開關(guān)SQ7、SQ8來實現(xiàn)。當(dāng)同時有兩種進給時，SQ7、SQ8都被壓下，切斷了控制回路電源，避免了機床或刀具的損壞。 3 T68鏜床控制系統(tǒng)改造方案3.1控制方式的選擇比較常用的控制方式主要有：數(shù)控、單片機和PLC控制。方案一：數(shù)控數(shù)控優(yōu)點：加工更改的適應(yīng)性強；加工精度高；生產(chǎn)效率高；自動化程度高；良好的經(jīng)濟效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控缺點：由于費用昂貴，不利于加工大批量零件；系統(tǒng)復(fù)雜，維護費用高。因此，數(shù)控不適合鏜床的改造。方

26、案二：單片機控制單片機適用于小型自動控制領(lǐng)域及無線控制領(lǐng)域，其體積小價格便宜。編程設(shè)備繁瑣，程序算法和可靠性驗證困難。而且單片機控制機床的話，其維修繁瑣，要更改硬件。因此，單片機控制也不適用。方案三：PLC控制PLC是生產(chǎn)商將其功能模塊化，并提供專用的編程軟件，主要用于開關(guān)量的控制，其可靠性比較高。鏜床原有的電氣控制為繼電控制，其接觸點多，導(dǎo)致故障多，操作維修麻煩，機械使用率低。對鏜床采用PLC控制，取代繼電控制，克服了以上缺點，并使性能大為改善，自動化程度與生產(chǎn)效率得到了很大提高，增強了其自診斷功能，維修也更為方便。所以，PLC符合鏜床的改造。通過上述比較，T68鏜床改造選擇PLC控制。3.

27、2PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符號后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。這個工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理五個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為一個掃描周期。A.內(nèi)部處理階段在內(nèi)部處理階段,PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器工作是否正常等。B.通信操作服務(wù)階段 在通信操作服務(wù)階段，PLC與一些智能模塊通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。當(dāng)PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC處于運行(RUN)狀

28、態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作，到程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，始終處于循環(huán)掃描工作狀態(tài)。C.輸入處理又叫輸入采樣在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。D.程序執(zhí)行階段 在此階段，根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC從輸

29、入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應(yīng)映象寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)器件的寄存器中。對每個器件而言，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。E.輸出處理輸出處理也叫輸出刷新，當(dāng)程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器(即器件映象寄存器)中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。3.3PLC類型比較及選擇PLC主要用來代替繼電器來實現(xiàn)邏輯控制，現(xiàn)在PLC的功能強大，質(zhì)量優(yōu)良，品牌很多，特點各異。其中有三菱、西門子、歐姆龍等PLC是一

30、種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。A.三菱系列的PLC三菱PLC在中國市場常見的有以下型號：FR-FX1N、FR-FX1S、FR-FX2N、FR-FX3U、FR-FX2NC、FR-A FR-Q。其中FX2N系列是三菱PLC在FX家族中最先進的系列，具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。B.西門子系列PLC西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可

31、靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。C.歐姆龍系列PLC歐姆龍PLC是一種功能完善的緊湊型PLC，能為業(yè)界領(lǐng)先的輸送分散控制等提供高附加值機器控制；它還具有通過各種高級內(nèi)裝板進行升級的能力，大程序容量和存儲器單元，以Windows環(huán)境下高效的軟件開發(fā)功能。歐姆龍PLC的主要特點是：結(jié)構(gòu)靈活；傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定；范圍廣；低成本；適用面廣。通過以上比較，此次設(shè)計選用三菱PLC中FX2N系列代替原有的鏜床繼電器控制。4 T68臥式鏜床PLC改造的硬件設(shè)計4.1 PLC的選型對T

32、68鏜床的輸入、輸出信號進行統(tǒng)計，PLC輸入端共有18個輸入信號，輸出端共有8個輸出信號。滿足其輸入、輸出點數(shù)的繼電器可選FX2N-48MR型，該繼電器輸入、輸出點數(shù)均為24。4.2 I/O點分配鏜床PLC控制系統(tǒng)的I/O點分配如表4-1所示。表4-1 I/O點分配表電氣元件邏輯元件名稱及用途電氣元件邏輯元件名稱及用途FRX0熱繼電器觸點KS-2X20速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點SB1X1正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)按鈕KS-3X21速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點SB2X2反正旋轉(zhuǎn)按鈕KM1Y0主電動機正轉(zhuǎn)接觸器SB3X3正向點動按鈕KM2Y1主電動機反轉(zhuǎn)接觸器SB4X4反向點動按鈕KM3Y2限流短路接觸器SB5X5主電動機停止按鈕K

33、M4Y3主電動機高速轉(zhuǎn)接觸器SQX6高、低速轉(zhuǎn)換開關(guān)KM5Y4主電動機高速轉(zhuǎn)接觸器SQ1X7主軸變速行程開關(guān)KM6Y5主電動機低速轉(zhuǎn)接觸器SQ2X10主軸變速行程開關(guān)KM7Y6快速電動機正轉(zhuǎn)接觸器SQ3X11進給變速行程開關(guān)KM8Y7快速電動機反轉(zhuǎn)接觸器續(xù)表4-1SQ4X12進給變速行程開關(guān)KTT0通電延時繼電器SQ5X13快速電動機行程開關(guān)KA1M1中間繼電器SQ6X14快速電動機行程開關(guān)KA2M2中間繼電器SQ7X15主軸箱、工作臺與主軸進給互鎖行程開關(guān)M3主電動機瞬時點動SQ8X16主軸箱、工作臺與主軸進給互鎖行程開關(guān)M4主電動機反轉(zhuǎn)反接制動KS-1X17速度繼電器停轉(zhuǎn)觸點M5主電動機正

34、轉(zhuǎn)反接制動在設(shè)計過程中利用輔助繼電器，M3為變速調(diào)整，M4為反轉(zhuǎn)反接制動，M5為正轉(zhuǎn)反接制動，既有利于理清邏輯關(guān)系，簡化梯形圖，又有利于調(diào)試控制程序。將原來的中間繼電器KA1和KA2用輔助繼電器M1、M2代替，時間繼電器用定時器T0代替，減少了電氣元件，提高了系統(tǒng)可靠性。4.3 硬件接線圖設(shè)計該控制系統(tǒng)采用三菱FX2N-48MR型PLC，其I/O硬件接線圖如圖4-1所示。圖4-1 I/O硬件接線圖PLC控制器左邊為輸入端，右邊為輸出端。在KM1、KM2、KM4、KM5和KM6的線圈支路上采用了接觸器常閉觸點的電路聯(lián)鎖，從而避免了電動機正反轉(zhuǎn)時造成的電源間的短路。5 T68臥式鏜床PLC改造的軟

35、件設(shè)計5.1 梯形圖設(shè)計可編程控制器是將繼電器控制的概念和設(shè)計思想與計算機技術(shù)及微電技術(shù)相結(jié)合而形成的專門從事邏輯控制的微機系統(tǒng)。在PLC系統(tǒng)應(yīng)用中，梯形圖的設(shè)計往往是最主要的問題。梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和控制指令已遠遠超過電氣控制范疇。它不僅可實現(xiàn)邏輯運算，還具有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機系統(tǒng)。梯形圖的編程方法一般有以下幾種：替代設(shè)計法、邏輯代數(shù)設(shè)計法、程序流程設(shè)計法以及功能模塊設(shè)計法。此次設(shè)計采用邏輯代數(shù)的設(shè)計方法，其梯形圖如附錄3所示。5.2 鏜床PLC改造的電氣控制A.主控部分主控動作流程圖如圖5-1所示。圖5-1 主控動作流程

36、圖對行程開關(guān)SQ7、SQ8觸點對應(yīng)的輸入繼電器X13、X14取反后并聯(lián)，將它們作為主控條件。當(dāng)這兩個行程開關(guān)同時接通時，主控元件M10斷開，主控條件不成立后面程序無法運行，系統(tǒng)不工作。B.主電動機的起動控制主電動機低速正轉(zhuǎn)流程圖如圖5-2所示。圖5-2 主電動機低速正轉(zhuǎn)起動流程圖按下按鈕SB1時，輸入繼電器X1為ON，繼電器M1線圈得電，并且M1線圈自鎖。同時使得繼電器M2不得電，繼電器Y2導(dǎo)通，線圈KM3得電。將限流電阻R短接。另外M1和Y2驅(qū)動輸出繼電器Y0線圈邏輯回路導(dǎo)通，使得KM1線圈得電，KM1主觸點閉合。此時Y0為ON，驅(qū)動輸出繼電器Y5回路導(dǎo)通，使得KM6線圈得電。因此，SB1按

37、下時，接觸器KM1、KM3、KM6閉合，主電動機M1作低速正轉(zhuǎn)。同理可知，當(dāng)按鈕SB2按下時，輸入繼電器X2為ON，輸出繼電器Y1、Y5得電，即接觸器KM2、KM6得電，主電動機M1作低速反轉(zhuǎn)。主電動機低速點動正轉(zhuǎn)流程圖如圖5-3所示。圖5-3 主電動機低速下點動正轉(zhuǎn)流程圖按下按鈕SB3時，輸入繼電器X3為ON，輸出繼電器Y0得電，Y0使得接觸器KM1得電，KM1主觸點閉合。Y0驅(qū)動輸出繼電器Y5回路導(dǎo)通，使得接觸器KM6得電。主電動機M1在低速下點動正轉(zhuǎn)。同理可知，當(dāng)按鈕SB4按下時，輸入繼電器X4為ON，輸出繼電器Y1、Y5得電，即接觸器KM2、KM6得電，主電動機M1在低速下點動反轉(zhuǎn)。主

38、電動機由低速正轉(zhuǎn)變作高速正轉(zhuǎn)的流程圖如圖5-4所示。圖5-4 主電動機M1低速變高速流程圖若需要作高速運轉(zhuǎn)時，行程開關(guān)SQ按下，輸入繼電器X6為ON。以主電動機低速正轉(zhuǎn)為例，此時接觸器KM1、KM3、KM6閉合。線圈M1閉合，使得輸出繼電器T0回路導(dǎo)通。經(jīng)延時后，輸出繼電器Y5斷開，Y3、Y4導(dǎo)通。因此，此時接觸器KM1、KM3、KM4、KM5閉合，主電動機M1作高速正轉(zhuǎn)。同理，在反轉(zhuǎn)時，經(jīng)T0延時后接觸器KM2、KM3、KM3、KM5閉合，主電動機M1作高速反轉(zhuǎn)。C.主電動機的反接制動控制主電動機正轉(zhuǎn)反接制動流程圖如圖5-5所示。圖5-5 主電動機正轉(zhuǎn)反接制動流程圖以正轉(zhuǎn)反接制動為例，此時接

39、觸器KM1、KM3、KM6閉合，速度繼電器的動合觸點KS-3閉合，輸入繼電器X21為ON。按鈕SB5按下時，輸入繼電器X5為ON，取反后，切斷邏輯元件M1、Y0、Y2，使接觸器KM1、KM3斷開，正轉(zhuǎn)主電路斷開。同時X5的動合觸點閉合，驅(qū)動繼電器M5線圈得電，M5驅(qū)動輸出繼電器Y1得電，此時KM2、KM6線圈回路導(dǎo)通，電動機主電路為正轉(zhuǎn)情況下的反接狀態(tài)，使轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到KS-3的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，KS-3斷開，輸入繼電器X21為OFF，M5斷開，使得Y1線圈斷開，接觸器KM2斷電，主電路切斷。反轉(zhuǎn)反接制動與正轉(zhuǎn)反接制動類似，參與的邏輯元件為M2、Y0、Y2、X20、M4。D.主運動和進給運動

40、點動變速點動變速流程圖如圖5-6所示。圖5-6 點動變速流程圖主運動變速時，拉出變速孔盤，行程開關(guān)SQ1動作，輸入繼電器X7為ON。進給變速時，行程開關(guān)SQ3動作，輸入繼電器X11為ON。此時電動機沒有轉(zhuǎn)動，速度繼電器的動斷觸點KS-1閉合，使得繼電器M3邏輯回路導(dǎo)通。M3得電為ON，驅(qū)動輸出繼電器Y0邏輯回路導(dǎo)通，接觸器KM1線圈得電，電動機正轉(zhuǎn)。此時，SQ1或SQ3的動斷觸點斷開，使得輸出繼電器Y2邏輯回路斷開，KM3斷電，主電動機以較小的電流起動正轉(zhuǎn)。一旦電動機轉(zhuǎn)動后，速度繼電器KS-1斷開，使得輸出繼電器Y0斷電。當(dāng)達到一定轉(zhuǎn)速時，KS-3接通，X21為ON，繼電器M5得電，M5為ON

41、，驅(qū)動輸出繼電器Y1得電，電動機反接制動。這樣，不斷調(diào)整兩個待嚙合齒輪的相對位置，直到能將變速盤推入，松開行程開關(guān)SQ1、SQ3為止。E.快速電動機的移動控制快速電動機移動控制流程圖如圖5-7所示。圖5-7 快速電動機移動控制流程圖快速手柄扳到正向快速位置時，行程開關(guān)SQ5壓下，輸入繼電器X13為ON，驅(qū)動輸出繼電器Y6邏輯回路導(dǎo)通，Y6線圈為ON，接觸器KM7線圈電路閉合，快速電動機M2正轉(zhuǎn)?？焖偈直獾椒聪蚩焖傥恢脮r，行程開關(guān)SQ6壓下，輸入繼電器X14為ON，驅(qū)動輸出繼電器Y7邏輯回路導(dǎo)通，Y7線圈為ON，接觸器KM8線圈電路閉合，快速電動機M2反轉(zhuǎn)。6 T68鏜床PLC控制系統(tǒng)的仿真與

42、調(diào)試6.1 GX Simulator6-C仿真軟件介紹GX Simulator6-C是一個可應(yīng)用于FX系列可編程控制器的編程軟件，可在Windows95/98/2000下運行。在GX Simulator6-C中，可通過梯形圖符號、指令語言及SFC符號來創(chuàng)建程序，還可以在程序中加入中英文注解，它還能夠監(jiān)控PLC運行時的動作狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化情況?？傊?，GX Simulator6-C軟件為用戶提供了程序錄入、編輯和監(jiān)控手段，是功能較強的PLC編程軟件。6.2 程序仿真調(diào)試過程A.先啟動編程軟件GX Developer，創(chuàng)建一個新工程，如圖6-1所示。圖6-1 創(chuàng)建新工程B.編寫梯形圖，如附錄3所示。C

43、.F4轉(zhuǎn)換后，啟動仿真，選擇工具欄中“梯形圖邏輯測試啟動”，程序開始在電腦上模擬PLC寫入過程，如圖6-2所示。圖6-2 梯形圖邏輯測試啟動D.選擇“在線”中“調(diào)試”里的“軟元件測試”，在“軟元件”欄中選擇要強制的位軟元件，為“ON”或“OFF”，如圖6-3所示圖6-3 軟元件測試可以發(fā)現(xiàn)接通的觸點和線圈用藍色表示。E.啟動仿真窗口中的“菜單啟動”中“繼電器內(nèi)存監(jiān)視”彈出窗口如圖6-4所示。圖6-4 繼電器內(nèi)存監(jiān)視F.依次點擊“軟元件”，“位元件窗口”，“Y”，如圖6-5所示。圖6-5 位元件監(jiān)視可以監(jiān)視到置“ON”的Y為黃色，置“OFF”的Y為黃色。G.點擊仿真窗口中的“時序圖”，“啟動”按

44、鈕，出現(xiàn)“時序圖監(jiān)控”，輸入要監(jiān)控的“軟元件”，可以監(jiān)控其時序圖。如圖6-6所示圖6-6 時序圖監(jiān)控H.點擊仿真窗口中的“STOP”，PLC停止運行，點擊“RUN”，PLC又開始運行。如圖6-7所示。圖6-7 PLC仿真的停止與運行I仿真結(jié)束后，先點擊仿真窗口中的“STOP”，在點擊“工具”欄中“梯形圖邏輯測試結(jié)束”選項，然后就可以關(guān)閉仿真界面。6.3PLC仿真軟件調(diào)試的監(jiān)控結(jié)果A.主電動機的起動控制a.X1置1時，監(jiān)控結(jié)果如圖6-8所示。圖6-8 電動機低速正轉(zhuǎn)可以看到此刻繼電器Y0、Y2、Y5置1，使接觸器KM1、KM3、KM6線圈回路閉合得電，電動機M1以低速正轉(zhuǎn)。b.X2置1時，監(jiān)控結(jié)

45、果如圖6-9所示。圖6-9 電動機低速反轉(zhuǎn)可以看到此刻繼電器Y1、Y2、Y5置1，接觸器KM2、KM3、KM6線圈回路得電，電動機M1以低速反轉(zhuǎn)。c.X3置1時，監(jiān)控結(jié)果如圖6-10所示。圖6-10 電動機低速點動正轉(zhuǎn)可以看到此刻繼電器Y0、Y5置1，接觸器KM1、KM6線圈回路得電，電動機M1低速下點動正轉(zhuǎn)。d.X4置1時，監(jiān)控結(jié)果如圖6-11所示。圖6-11 電動機低速點動反轉(zhuǎn) 可以看到此刻繼電器Y1、Y5置1，接觸器KM2、KM6線圈回路得電，電動機M1低速下點動反轉(zhuǎn)。e.電動機先低速起動，以正轉(zhuǎn)為例，此刻X1置1。將SQ閉合，即X6置1，監(jiān)控結(jié)果如圖6-12所示。圖6-12 電動機高速

46、延時轉(zhuǎn)動可以看到經(jīng)過計時器T0延時后，Y5為OFF，Y3、Y4為ON，即主電動機M1由低速正轉(zhuǎn)經(jīng)延時后作高速正轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)與之類似。B.主電動機的反接制動控制電動機先低速起動，以正轉(zhuǎn)為例，此刻X1置1。當(dāng)SB5按下時，即X5置1，此刻Y1、Y5置1，電動機主電路為正轉(zhuǎn)情況下的反接狀態(tài)，使轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到KS-3的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，KS-3斷開，輸入繼電器X21為OFF，M5斷開，Y1為OFF，主電路切斷。C.主運動和進給運動點動變速X7、X11置1，當(dāng)X17置1時，M3為ON，此時Y0為ON，電動機正轉(zhuǎn)，X17為OFF，X21為ON，使得Y0為OFF，Y1為ON。D.快速電動機的移動控制X13置1

47、，此時Y6為ON，快速電動機M2正轉(zhuǎn)。X14置1，此時快速電動機M2反轉(zhuǎn)。7 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計7.1 影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素A.電源波形畸變干擾由于PLC控制系統(tǒng)本身或者電網(wǎng)中其他設(shè)備采用的SCR、GTO、IGBT等電力半導(dǎo)體器件，在工作時產(chǎn)生的高次諧波、噪聲、寄生振蕩等，引起電網(wǎng)電源波形畸變，通過電源線路對PLC產(chǎn)生的干擾。B.電路耦合干擾由于PLC接地點選擇不當(dāng)或接地不良，通過回路公共阻抗耦合產(chǎn)生的干擾。C.輸入元器件觸點的抖動干擾由于現(xiàn)場強烈振動使PLC輸入元器件觸點發(fā)生抖動（尤其是常閉觸點）所產(chǎn)生的誤信號形成的干擾。D.電容性干擾在干擾源與干擾對象（PLC）之間存在

48、的分布電容耦合所產(chǎn)生的干擾。E.電感性干擾干擾源中的交變磁場通過干擾對象（PLC）中的電感性元件耦合所產(chǎn)生的干擾。F.波干擾由空間電磁波（主要是雷達、電臺、移動電話等）的電磁場、傳導(dǎo)波的傳導(dǎo)電流和傳導(dǎo)電壓所產(chǎn)生的干擾。7.2 提高PLC抗干擾措施通過合理配置供電電源、正確選擇接地點、接地方式和輸人輸出配線等措施，可有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。A.供電電源由于PLC本身抗干擾的能力很強，通常只要將PLC電源與系統(tǒng)動力設(shè)備分開配線，對于來自電源的干擾，具有足夠強的抑制能力。如果遇到特殊情況，電源干擾特別嚴(yán)重時?？刹捎脦帘螌拥母綦x變壓器供電，甚至加接線路濾波器，以抑制從交直流電源侵人的常模和共模瞬變

49、干擾，還可抑制PLC內(nèi)部開關(guān)電源向外輻射的噪聲。在有較強干擾源的環(huán)境中使用PLC，或?qū)LC工作可靠性要求特別高時。應(yīng)將屏蔽層和PLC浮動地端子接地。B.接地a.信號地：是輸入端信號元件的地。b.交流地：交流供電電源的N線，通常它是產(chǎn)生噪聲的主要地方。c.屏蔽地：一般為防止靜電、磁場感應(yīng)而設(shè)置的外殼或金屬絲網(wǎng)。通過專門的銅導(dǎo)線將其與地殼連接。d.保護地：一般將機器設(shè)備外殼或設(shè)備內(nèi)獨立器件的外殼接地。C.輸入、輸出配線a.引線分開PLC電源線、IO電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號線與模擬量信號線也應(yīng)分開布線。后者應(yīng)采用屏蔽線，并且將屏蔽層接地。數(shù)字傳輸線

50、也要用屏蔽線。并且要將屏蔽層接地。由于雙絞線中電流方向相反。大小相等?？蓪⒏袘?yīng)電流引起的噪聲互相抵消。故信號線多采用雙絞線或屏蔽線。b.輸入、輸出信號的防錯當(dāng)輸入信號源為晶體管或是光電開關(guān)輸出類型時，在關(guān)斷時仍有較大的漏電流。而PLC的輸入繼電器靈敏度較高。如漏電流干擾超過一定值。就形成了誤信號。同樣。當(dāng)輸出元件為雙向晶閘管或是晶體管輸出。而外部負載又很小時。會因為這類輸出元件在關(guān)斷時有較大的漏電流。引起微小電流負載的誤動，導(dǎo)致輸入與輸出信號的錯誤。給設(shè)備和人身造成不良后果。 解決方法一：在這類輸入、輸出端并聯(lián)旁路電阻。以減小PLC輸入電流和外部負載上的電流。方法二：在PLC輸入端加RC濾波環(huán)

51、節(jié)，利用RC的延遲作用來抑制竄入脈沖所引起的干擾。在晶閘管輸出的負載兩端并聯(lián)RC浪涌電流抑制器。減小漏電流的干擾。D.PLC內(nèi)部具有豐富的功能模塊。如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們設(shè)計一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。7.3 T68鏜床的PLC抗干擾措施A.硬件措施a.使用隔離變壓器為了抑制竄入的外來高頻干擾信號，在為PLC提供AC 220V的工作電源的的線路上，使用AC 220V/1A的隔離變壓器時，為了改善隔離變壓器的抗干擾效果,將隔離變壓器的屏蔽層接地；變壓器的初級、次級連接線采用用雙絞線，以減少電源線間的干擾。b.屏蔽接地在程控系統(tǒng)

52、中，良好接地可消除各種電路電流流經(jīng)公共地線阻抗時產(chǎn)生的噪聲電壓，避免磁場及電位差的影響，使其形不成地環(huán)路。接地是抑制干擾、使系統(tǒng)可靠工作的重要方法，和屏蔽結(jié)合起來使用即可解決大部分干擾問題。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是大問題，而接地形成的環(huán)路干擾影響確很大，因此在設(shè)計控制系統(tǒng)時采用單點接地方式。把PLC、電源設(shè)備、接觸器等都放在控制柜內(nèi)，對電磁場的屏蔽較好。噪聲主要由傳輸導(dǎo)線引入，因此對I/O信號導(dǎo)線采取了完全屏蔽的信號電纜，并且電纜的金屬屏蔽層也一點接地。B.軟件措施a.邏輯檢測利用信號間的邏輯關(guān)系構(gòu)成條件判斷，使個別信號出現(xiàn)錯誤時，系統(tǒng)不會因錯誤判斷而影響正常的邏輯功能。例如在主軸高速運行故障設(shè)置中，必須是自低速起動后才會出現(xiàn)，這樣提高了系統(tǒng)的靈活性。b.設(shè)置監(jiān)視跟蹤定時器使用定時中斷監(jiān)視程序運行狀態(tài)。定時器的設(shè)定時間稍大于正常運行一個循環(huán)的時間。只要程序正常運行，定時器不會出現(xiàn)定時中斷。一旦程序運行失常，導(dǎo)致定時中斷，利用定時中斷服務(wù)程序?qū)⑾到y(tǒng)復(fù)位。8結(jié)束語經(jīng)過數(shù)月的努力，這次畢業(yè)設(shè)