PLC控制的T68型臥式鏜床電氣控制

1、淮陰工學(xué)院課 程 設(shè) 計課程名稱： 機(jī)電傳動控制課程設(shè)計 題目： PLC控制的T68型臥式鏜床電氣控制 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班次： 機(jī)械電子2011級 姓 名： 宋建輝 指導(dǎo)教師： 路連 學(xué) 期： 20132014學(xué)年 第一學(xué)期 日 期： 2013.12.27 目錄第一章 引言11.1本設(shè)計的意義11.2 PLC的概述11.3臥式鏜床介紹1第二章 系統(tǒng)工作原理介紹與電機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求分析2.1 T68臥式鏜床電氣線路的工作原理22.2 T68臥式鏜床電氣控制線路的分析3 第三章 T68鏜床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造3.1 PLC的選擇83.2 I/O地址分配93.3 PLC接線圖10

2、3.4 系統(tǒng)PLC的程序梯形圖11第四章 心得體會13參考文獻(xiàn)131.引言 1.1本設(shè)計的意義課題通過用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，自動化程度提高，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(yùn)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)改造也有較大的參考價值，在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用前景。1.2 PLC的概述可編程控制器簡稱PLC，是一種以微處理器為核心的用于工程自動控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺工業(yè)控制專用計算機(jī)。它的軟件，硬件配置與計算機(jī)極為類似，只不過它比一般計算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的

3、編程語言。硬件主要由中央處理器CPU、存貯器、輸入/輸出單元以及編程器、電源和智能輸入/輸出單元等構(gòu)成。PLC是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。1.3臥式鏜床介紹 臥式鏜床的發(fā)展以其注入加速度概念而倍受關(guān)注，為高速運(yùn)行作技術(shù)支撐的傳動元件電主軸、直線電機(jī)、線性導(dǎo)軌等得到廣泛應(yīng)用，將機(jī)床的運(yùn)行速度推向了新的高度。而主軸可更換式臥式鏜加工中心的創(chuàng)新設(shè)計解決了電主軸與鏜桿移動伸縮式結(jié)構(gòu)各存利弊的不足，具有復(fù)合加工與一機(jī)兩用的功效，也是

4、臥式鏜銑床的一大技術(shù)創(chuàng)新。 落地式鏜床的發(fā)展以其新的設(shè)計理念引領(lǐng)現(xiàn)代加工的潮流，以高速加工為理念的無鏜軸滑枕式、多種銑頭交換使用的結(jié)構(gòu)型式盡顯風(fēng)采，大有替代傳統(tǒng)銑削加工的趨勢。以兩坐標(biāo)擺角銑頭為代表的各種銑頭附件成為實現(xiàn)高速、高效復(fù)合加工的主要手段，其工藝性能更廣，功率更大，剛性更強(qiáng)，是落地鏜床發(fā)展的一大突破。2.系統(tǒng)工作原理介紹與電機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求分析2.1 T68臥式鏜床電氣線路的工作原理結(jié)構(gòu)與運(yùn)動形式 1.結(jié)構(gòu)：如下圖所示1) 前立柱：固定地安裝在床身的右端，在它的垂直導(dǎo)軌上裝有可上下移動的主軸箱。2) 主軸箱：其中裝有主軸部件，主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動變速傳動機(jī)構(gòu)以及操縱機(jī)構(gòu)。3) 后立柱

5、：可沿著床身導(dǎo)軌橫向移動，調(diào)整位置，它上面的鏜桿支架可與主軸箱同步垂直移動。如有需要，可將其從床身上卸下。4) 工作臺：由下溜板，上溜板和回轉(zhuǎn)工作臺三層組成。下溜板可沿床身頂面上的水平導(dǎo)軌作縱向移動，上溜板可沿下溜板頂部的導(dǎo)軌作橫向移動，回轉(zhuǎn)工作臺可以上溜板的環(huán)形導(dǎo)軌上繞垂直軸線轉(zhuǎn)位，能使要件在水平面內(nèi)調(diào)整至一定角度位置，以便在一次安裝中對互相平等或成一角度的孔與平面進(jìn)行加工。2.運(yùn)動形式：（在上圖中用箭頭表示）（1）主運(yùn)動：鏜桿（主軸）旋轉(zhuǎn)或平旋盤（花盤）旋轉(zhuǎn)。（2）進(jìn)給運(yùn)動：主軸軸向（進(jìn)，出）移動，主軸箱（鏜頭架）的垂直（上，下）移動，花盤刀具溜板的徑向移動，工作臺的縱向（前，后）和橫向（

6、左，右）移動。（3）輔助運(yùn)動：有工作臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，后立柱的水平移動和尾假垂直移動。主體運(yùn)動和各種快速進(jìn)給由主軸電機(jī)1M驅(qū)動，但各部分的快速進(jìn)給運(yùn)動是由快速進(jìn)給電機(jī)2M驅(qū)動。電氣控制線路的特點（1）機(jī)床的主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動共用一臺雙速電動機(jī)M15.5/7.5KW，（1440/2900）r/min來拖動。用主軸變速操作機(jī)構(gòu)內(nèi)的行程開關(guān)SQ控制時間繼電器KT，用三個接觸器KM4和KM5、KM6控制定子繞組的“-YY”接線轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)高、低速的轉(zhuǎn)換。低速時，電動機(jī)可直接啟動。高速時，采用先低速起動，而后自動轉(zhuǎn)換為高速運(yùn)行的二級控制，以減少起動電流。（2）主電動機(jī)M1能逆運(yùn)行，并可正、反向點動及反接制動，

7、在點動、制動以及變速過程的脈動慢轉(zhuǎn)時，線路中均串接限流電阻R，以減少起動和制動電流。（3）主軸和進(jìn)給變速均可在運(yùn)行中進(jìn)行。只要進(jìn)行變速，主電動機(jī)M1就脈動緩慢旋轉(zhuǎn)，以利于齒輪的嚙合。主軸變速時，電動機(jī)的脈動旋轉(zhuǎn)是通過行程開關(guān)SQ1和SQ2，進(jìn)給變速是通過行程開關(guān)SQ3和SQ4以及速度繼電器KR來共同完成。（4）為縮短機(jī)床加工的輔助工作時間，主軸箱、工作臺、主軸以單獨的電動機(jī)M2（2.2KW）拖動起快速移動。它們之間的機(jī)動進(jìn)給有機(jī)械和電氣聯(lián)鎖保護(hù)。（5）為了保證準(zhǔn)確選擇所需運(yùn)動(上滑座移動、下滑座移動、主軸移動、主軸箱升降、工作臺回轉(zhuǎn))，夾緊和松開由單獨的主軸箱油泵電機(jī)M3（0.75Kw），工作

8、臺油泵電機(jī)M4（0.5kW）拖動。它們之間的機(jī)動進(jìn)給有機(jī)械和電氣聯(lián)鎖保護(hù)。2.2 T68臥式鏜床電氣控制線路的分析2.2.1 T68型臥式鏜床電氣控制系統(tǒng)原理圖圖2-1為T68型臥式鏜床電氣控制系統(tǒng)原理圖控制電路分析1.主電動機(jī)的啟動控制（1）主電動機(jī)的點動控制 主電動機(jī)的點動有正向點動和反向點動，分別由按鈕SB4和SB5控制。按SB4接觸器KM1線圈通電吸合，KM1的輔助常開觸點（3-13）閉合，使接觸器KM4線圈通電吸合，三相電源KM1的觸點，電阻R和KM4的主觸點接通主電機(jī)1M的定子繞組，接線法為三角形，使電動機(jī)在低速下正向運(yùn)轉(zhuǎn)。松開SB4主電機(jī)斷電停止。反向點動與正向點動控制過程相似，

9、由按鈕SB5，接觸器KM2，KM4來實現(xiàn)。（2）主電動機(jī)的的正，反轉(zhuǎn)控制 當(dāng)要求主電動機(jī)正向低速旋轉(zhuǎn)時行程開關(guān)QS7的觸點（11-12）處于斷開位置，主軸變速和進(jìn)給變速用行程開關(guān)SQ3（4-9），SQ4(9-10)均為閉合狀態(tài)。按SB2，中間繼電器KA1線圈通電吸合，它有三對常開觸點，KA1常開觸點（4-5）閉合自鎖；KA1常開觸點（10-11）閉合，接觸器KM3線圈通電吸合，KM3主觸點閉合，電阻R短接；KA1常開觸點（17-14）閉合和KM3輔助常開觸點（4-17）閉合，使接觸器KM1通電吸合，并將KM1線圈自鎖。KM1的輔助常開觸點（3-13）閉合接通主電機(jī)低速用接觸器KM4線圈，使其通

10、電吸合。由于接觸器KM1，KM3，KM4的主觸點均閉合，故主電動機(jī)在全電壓，定子繞組三角形連接下直接啟動，低速運(yùn)行。當(dāng)要求主電動機(jī)為高速旋轉(zhuǎn)時，行程開關(guān)SQ7的觸點（11-12），SQ3(4-9)，SQ4(9-10)均處于閉合狀態(tài)。按SB2后，一方面KA1，KM3，KM1，KM4的線圈相繼通電吸合，使主電動機(jī)在低速下直接啟動；另一方面由于SQ7（11-12）的閉合，使時間繼電器KT（通電延時式）線圈通電吸合，經(jīng)延時后，KT的通電延時斷開的常閉觸點（13-20）斷開，KM4線圈斷電，主電動機(jī)的定子繞組脫離三相電源，而KT的通電延時閉合的常開觸點（13-22）閉合，使接觸器KM5線圈通電吸合，MK

11、M5的主觸點閉合，將主電動機(jī)的定子繞組接成雙星形后，重新接到三相電源，故從低速啟動轉(zhuǎn)為高速旋轉(zhuǎn)。主電動機(jī)的反向低速或高速的起動旋轉(zhuǎn)過程與正向起動旋轉(zhuǎn)過程相似，但是反向起動旋轉(zhuǎn)所用的電器為按鈕SB3，中間繼電器KA2，接觸器KM3，KM2，KM4，KM5，時間繼電器KT。2.主電動機(jī)的反轉(zhuǎn)制動控制當(dāng)主電機(jī)正轉(zhuǎn)時，速度繼電器KS正轉(zhuǎn)，常開觸點KS（13-18）閉合，而正轉(zhuǎn)得常閉觸點KS（13-15）斷開。主電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，KS反轉(zhuǎn)，常開觸點KS（13-14）閉合，為主電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)停止時的反制制動做準(zhǔn)備。按停止按鈕SB1后，主電機(jī)的電源反接，迅速制動，轉(zhuǎn)速降至速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，其常開觸點斷開

12、，自動切斷三相電源，主電機(jī)停轉(zhuǎn)。具體的反接制動過程如下所訴：(1)主電動機(jī)正轉(zhuǎn)時的反接制動 設(shè)主電動機(jī)為低速正轉(zhuǎn)時,電器KA1,KM1,KM3,KM4的線圈通電吸合,KS的常開觸點KS(13-18)閉合。按SB1,SB1的常閉觸點（3-4）先斷開，使KA1,KA3線圈斷電，KA1的常開觸點（17-14）斷開，又使KM1線圈斷電，一方面使KM1的主觸點斷開，主電動機(jī)脫離三相電源，另一方面使KM1（3-13）分?jǐn)?，使KM4斷電；SB1的常開觸點（3-13）隨后閉合，使KM4重新吸合，此時主電動機(jī)由于慣性轉(zhuǎn)速還很高，KS(13-18)仍閉合，故使KM2線圈通電吸合并自鎖，KM2的主觸點閉合，使三相電

13、源反接后經(jīng)電阻R，KM4的主觸點接到主電動機(jī)定子繞組，進(jìn)行反接制動。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時，KS正轉(zhuǎn)常開觸點KS（13-18）斷開，KM2線圈斷電，反接制動完畢。(2)主電動機(jī)反轉(zhuǎn)時的反接制動 反轉(zhuǎn)時的制動過程與正轉(zhuǎn)制動過程相似，但是所用的電器是KM1,KM4,KS的反轉(zhuǎn)常開觸點KS（13-14）。(3)主電動機(jī)工作在高速正轉(zhuǎn)及高速反轉(zhuǎn)時的反接制動過程可仿上自行分析。在此僅指明，高速正轉(zhuǎn)時反接制動所用的電器是KM2,KM4,KS(13-18)觸點；高速反轉(zhuǎn)時反接制動所用的電器是KM1,KM4,KS（13-14）觸點。3.主軸或進(jìn)給變速時主電動機(jī)的緩慢轉(zhuǎn)動控制 主軸或進(jìn)給變速既可以在停車時進(jìn)行，又可以在

14、鏜床運(yùn)行中變速。為使變速齒輪更好的嚙合，可接通主電動機(jī)的緩慢轉(zhuǎn)動控制電路。當(dāng)主軸變速時，將變速孔盤拉出，行程開關(guān)SQ3常開觸點SQ3（4-9）斷開，接觸器KM3線圈斷電，主電路中接入電阻R，KM3的輔助常開觸點（4-17）斷開，使KM1線圈斷電，主電動機(jī)脫離三相電源。所以，該機(jī)床可以在運(yùn)行中變速，主電動機(jī)能自動停止。旋轉(zhuǎn)變速孔盤，選好所需的轉(zhuǎn)速后，將孔盤推入。在此過程中，若滑移齒輪的齒和固定齒輪的齒發(fā)生頂撞時，則孔盤不能推回原位，行程開關(guān)SQ3、SQ5的常閉觸點SQ3（3-13）、SQ5（15-14）閉合，接觸器KM1、KM4線圈通電吸合，主電動機(jī)經(jīng)電阻R在低速下正向起動，接通瞬時點動電路。主

15、電動機(jī)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速達(dá)某一轉(zhuǎn)時，速度繼電器KS正轉(zhuǎn)常閉觸點KS（13-15）斷開，接觸器KM1線圈斷電，而KS正轉(zhuǎn)常開KS（13-18）閉合，使KM2線圈通電吸合，主電動機(jī)反接制動。當(dāng)轉(zhuǎn)速降到KS的復(fù)位轉(zhuǎn)速后，則KS常閉觸點KS（13-15）又閉合，常開觸點KS（13-18）又?jǐn)嚅_，重復(fù)上述過程。這種間歇的起動、制動，使主電動機(jī)緩慢旋轉(zhuǎn)，以利于齒輪的嚙合。若孔盤退回原位，則SQ3、SQ5的常閉觸點SQ3（3-13）、SQ5（15-14）斷開，切斷緩慢轉(zhuǎn)動電路。SQ3的常開觸點SQ3（4-9）閉合，使KM3線圈通電吸合，其常開觸點（4-17）閉合，又使KM1線圈通電吸合，主電動機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下重新起動。

16、進(jìn)給變速時的緩慢轉(zhuǎn)動控制過程與主軸變速相同，不同的是使用的電器是行程開關(guān)SQ4、SQ6. 4.主軸箱，工作臺或主軸的快速移動該機(jī)床各部件的快速移動，由快速手柄操縱快速移動電機(jī)2M拖動完成。當(dāng)快速手柄扳向正向快速位置時，行程開關(guān)SQ9被壓住，接觸器KM6線圈通電吸合，快速移動電機(jī)2M正轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)快速手柄扳向反向快速位置時，行程開關(guān)SQ8被壓住動，KM7的線圈通電吸合，2M反轉(zhuǎn)。5.主軸進(jìn)刀或工作臺聯(lián)鎖為防止鏜刀或刀具的損壞，主軸箱的工作臺的機(jī)動進(jìn)給，在控制電路中必須互相聯(lián)鎖，不能同時接通，它是由行程開關(guān)SQ1，SQ2實現(xiàn)。若同時有兩種進(jìn)給時，SQ1，SQ2均被壓動，切斷控制電路的電源，避免刀具

17、或機(jī)床的損壞。3T68鏜床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造3.1 PLC的選擇（1）PLC機(jī)型選擇機(jī)型選擇基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳性能價格比。其中包括：合理的結(jié)構(gòu)形式、安裝方式的選擇、相當(dāng)?shù)墓δ芤?、響?yīng)速度的要求、系統(tǒng)可靠的要求和機(jī)型統(tǒng)一的要求。（2）PLC容量的選擇 PLC的容量包括I/O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。（3）I/O模塊的選擇不同的I/O模塊其電路及功能也不同，會直接影響PLC的應(yīng)用范圍和價格。在選擇時包括對開關(guān)量輸入模塊的選擇，例如：輸入信號類型極電壓等級、輸入接線方式、同時接通輸入點數(shù)量。對開關(guān)量輸出模塊選擇，例如：輸出方式、輸出接線方式、輸出

18、電流選擇、同時接通輸出點數(shù)量和最大負(fù)載電流和負(fù)載類型。（4）電源模塊及其外設(shè)的選擇主要包括：電源模塊的選擇、編程器的選擇、寫入器的選擇。根據(jù)圖2-1可知,主要對主電機(jī)、快速電機(jī)進(jìn)行控制。為了使設(shè)計整體化，本設(shè)計只對電氣控制電路部分進(jìn)行PLC改造，因此手動控制鏜床照明燈EL的線路和通電指示燈HL的電路用外接電路解決,不必通過PLC控制。采用S7-200 型PLC控制系統(tǒng)取代T68電氣控制線路,主電機(jī)與快速電機(jī)的主電路仍采用圖2-1的主電路。對主軸電動機(jī)的具體控制要求是:正反向點動控制,正反向長動低速控制,正反向長動高速控制,低速正轉(zhuǎn)停車控制,低速反轉(zhuǎn)停車控制,高速正反轉(zhuǎn)停車控制，主軸、進(jìn)給變速脈

19、動控制。有過載和短路保護(hù)。對進(jìn)給、快速移動電動機(jī)的具體控制要求是:正反轉(zhuǎn)控制,短路保護(hù)。在圖2-1中的開關(guān)器件（SB1、SB2等）等對應(yīng)PLC面板接口；對T68鏜床的電氣控制要求的分析，確定PLC 輸入的信號有16個,PLC輸出給外部的信號有14個,根據(jù)S7-200-CPU226的最大I/O配置, 它具有24個輸入口和16個輸出口，輸出口為繼電器型，其性能完全滿足T68臥式鏜床的工作需要，因此選用S7-200-CPU226。3.2 I/O地址分配輸入信息輸出信息名稱代號編號名稱代號編號主軸電動機(jī)M1停止按鈕SB1I0.0主電機(jī)M1正轉(zhuǎn)接觸器KM5Q0.0主軸電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2I0.1

20、主電機(jī)M1反轉(zhuǎn)接觸器KM2Q0.1主軸電動機(jī)M1反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3I0.2M1短接電阻接觸器KM3Q0.2主軸電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)點動按鈕SB4I0.3M1低速控制接觸器KM4Q0.3主軸電動機(jī)M1反轉(zhuǎn)點動按鈕SB5I0.4M1高速控制接觸器KM1Q0.4主軸箱連鎖開關(guān)SA4I0.5M2正轉(zhuǎn)接觸器KM7Q0.5工作臺連鎖開關(guān)SA5I0.6M2反轉(zhuǎn)接觸器KM8Q0.6變速連鎖SA6I0.7快速電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行指示燈HL1Q0.7變速連鎖SA7I1.0快速電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行指示燈HL2Q1.0主軸變速沖動SQ1I1.1主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行指示燈HL3Q1.1進(jìn)給變速沖動SQ3I1.2主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行指示燈HL4Q1.

21、2主軸高低速選擇SA2I1.3主軸電動機(jī)高速運(yùn)行指示燈HL5Q1.3進(jìn)給反轉(zhuǎn) SQ4 I1.4快速電動機(jī)低速運(yùn)行指示燈HL6Q1.4進(jìn)給正轉(zhuǎn)SQ2I1.5速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸點KSZI2.0速度繼電器反轉(zhuǎn)常開觸點KSFI2.1主軸電機(jī)熱保護(hù)FR1I2.2進(jìn)給電機(jī)熱保護(hù)FR2I2.33.3 PLC接線圖PLC接線圖如圖3.3所示3.4 系統(tǒng)PLC程序梯形圖根據(jù)T68臥式鏜床的總體控制要求，設(shè)計出該電氣控制系統(tǒng)的梯形圖，如圖。該程序共有34條支路，反映了原繼電器電路中各種邏輯內(nèi)容。在編制程序過程中，該程序及PLC硬件接線不僅保證了原繼電器電路的工作邏輯關(guān)系還充分考慮了系統(tǒng)安全性，運(yùn)用了具有互鎖、過載報警、運(yùn)行指示功能的設(shè)計，如主軸電機(jī)梯形圖中分別串聯(lián)上了Q0.0和Q0.1的常閉觸點，用來完成對KM1，KM2的保護(hù)控制；主軸電機(jī)過載時，指示燈HL6會一直閃爍，直至警報解除；主軸電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，運(yùn)行指示燈HL2同時工作并發(fā)光，停止運(yùn)行時指示燈熄滅，這樣很直觀的將機(jī)床的運(yùn)