基于FX2N的T68镗床的PLC改装设计--电气工程专业毕业论文.doc

目 录

第一部分 设计任务与调研………………………2
第二部分 设计说明………………………………3
第三部分 设计成果………………………………7
第四部分 结束语…………………………………15
第五部分 致谢……………………………………16
第六部分 参考文献………………………………17
1

第一部分 设计目标与意义
1、毕业设计的主要目标
实现T68镗床的PLC改造设计。
2、设计的思路、步骤、方法
2.1 设计的思路
充分运用三年所学专业知识和实践技能，以及相关资料设计以三菱FX2N系列PLC为核心的T68镗床的改造设计，记录设计过程中所遇到的问题并通过所学知识与相关资料进行故障排除与调试，修订并完善设计，实现T68镗床的PLC改造设计的成功。
2.2 设计的步骤
分析电气控制线路，包括机械结构、运动形式、电力拖动和电气控制特点以及主要技术性能。对主要电器元件选型，标明其代号、名称、型号与规格、数量、作用及用途，然后绘制元件布局图、PLC外语硬件接线图以及说明常见故障及检修与排除方法。
2.3 设计的方法
通过三年所学习的知识，上网查阅各类文献，PLC编程实训的程序调试，向老师和同学咨询自己不明白的地方。T68镗床的实物图，控制原理图，梯形图以及外部接线图等等。让自己充分的去理解与分析。
3、调研的目的与总结
T68镗床是目前我国机械厂中使用较为普遍的一种镗床，在加工中有比较高的精度要去，但传统T68镗床多采用继电器实现电路控制，可靠性差，故障排除和诊断比较困难，所以针对传统继电器控制的T68镗床存在的缺点，提出PLC对T68镗床电气控制部分进行改造，提高电气控制系统的工作性能，减少故障排除的工作量，提高设备的使用率，提高T68镗床的生产效率。通过本次调研培养了我的自主学习能力，也增强了我的探索精神和实践能力，提高了我的综合素质。

第二部分 设计说明
1、T68镗床的简介
1.1 T68镗床的主要结构
T68镗床主要由床身，前立柱，镗头架，后立柱，尾座，下溜板，上溜板，工作台等部分组成。
床身是一个整体的铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，镗头架可沿导轨垂直移动。镗头架上装有主轴、主轴变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切削刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘的刀具溜板上。在镗削加工时，镗轴一面旋转，一面沿走轴向做进给运动。平旋盘只能旋转，装在其上的刀具溜板做径向进给运动，因此独自旋转，也可以不同转速同时旋转。
在床身的另一端装有后立柱，后立柱可沿床身导轨在镗主向方向调整位置。在后立柱导轨上安装有尾座，用来支持镗轴的末端，尾座与镗头架同时升降，保证二者的轴心在同一水平线上。
安装工件的做工台安放在床身中部的导轨上，它由下溜板、上溜板与可转动的做工台组成。下溜板可沿床身导轨做纵向运动，上溜板可沿下溜板的导轨做横向运动，工作台相对于下溜板可做回转运动。
图2-1 T86镗床结构图

2、T68镗床的运动形式
（1）主运动为镗轴和平旋盘的旋转运动。 
（2）进给运动为镗轴的轴向进给、平旋盘刀具溜板的径向进给、镗头架的垂直进给、工作台的纵向进给和横向进给。 
（3）辅助运动为工作的回转、后立柱的轴向移动、尾座的垂直移动及各部分的快速移动等。
3、T68镗床的控制原理图及分析
3.1 电路分析
电源经低压断路器QF引入，M1为主电动机，由接触器KM1、KM2控制其正、反转；KM6控制M1低速运转（定子绕组接成三角形，为4极），KM7、KM8控制M1高速运转（定子绕组接成双星形，为2级）；KM3控制M1反接制动限流电阻。M2为快速移动电机，由KM4、KM5控制其正反转。热继电器FR作M1过载保护，热继电器FR1作M2过载保护。

图2-2 T86镗床电气原理图
4、 PLC介绍
4.1 PLC的概念
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的储存器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
4.2 PLC的特点
（1）可靠性强，抗干扰性能高。
（2）编程简单，运行速度快。
（3）体积小，功耗低。
（4）组态灵活，安装方便
（5）环境要求低，通用性强。
4.3 PLC的分类
PLC按I/O点总数可分为小型PLC（总数点≤256）、中型PLC（256≤总数点≤2048）、大型PLC（总数点≥2048）
PLC按结构可分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC三类。
4.4 PLC的型号选择
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多，而且功能也日趋完善。 
其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有所不同，适用的场合也各有所侧重。因此，合理的选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经济指标有着重要意义。
（1）根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯等），从而确定与三菱PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
（3）选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统，对三菱PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。
选所以本次设计选择三菱FX2N－48MR的系统配置

第三部分 设计成果
1.电器元件与设备的选择
表3-1 T86镗床主元器件选型明细表
符号
名称
型号与规格
数量
PLC
可编程控制器
FX2N－48MR
1
M1
主轴电动机
JD02-51-4/2 5.5/7.5KW
1
M2
快速移动电动机
JD2-32-4 3KW
1
QS
组合开关
H12-60/3 60A三极
1
SA
开关
HZ10-10
1
QF
控所开关
DZ20Y-100
1
EL
工作照明灯
K-1
1
FU1
熔断器
RL1-60/40
1
FU2 FU3
熔断器
RL1-15/15.4
2
KM1 KM2
KM4 KM5
交流接触器
CJ0-40
5
KM7 KM8
KM3
交流接触器
CJ0-40
3
TC
变压器
BK-300
1
FR
热继电器
JR0-10/3D
1
SB1-SB5
按钮
LA2 380V 5A
5
SQ5
行程开关
LX1-11H
1
SQ1-SQ4
行程开关
LX1-11K
4
SQ
行程开关
LX5-11
1
SQ6-SQ8
行程开关
LX3-11K
3
R1
电阻器
ZB2-0.9 0.9Ω
2
R
电阻器
50Ω
8
C
电容
500V 0.47uF
8
KS
速度继电器
JY-1500V 2A
1

2.PLC对T68镗床的改造
表3-2 PLC的 I/O地址分配表
输 入
输 出
地 址
名 称
功 能
地 址
名 称
功 能
X0
SB6
主电动机停止按钮
Y0
KM1
主电动机正转接触器
X1
SB1
主电动机正转按钮
Y1
KM2
主电动机反转接触器
X2
SB2
主电动机反转按钮
Y2
KM3
限流电阻制动接触器
X3
SB3
主电动机正转点动按钮
Y3
KM4
快速移动电机正转接触器
X4
SB4
主电动机反转点动按钮
Y4
KM5
快速移动电机反转接触器
X5
SQ
高低速转换行程按钮
Y5
KM6
主电动机高速三角形接触器
X6
SQ1
主电动机变速行程开关
Y6
KM7
主电动机高速YY继电器
X7
SQ2
主电动机变速行程开关
Y7
KM8
主电动机高速YY继电器
X10
SQ3
给进变速行程开关

X11
SQ4
给进变速行程开关

X12
SQ5
主电动机机动给进限位

X13
SQ6
主电动机箱机动给进限位

X14
SQ7
快速电动机M2的正转限位

X15
SQ8
快速电动机M2的反转限位

X16
FR
热继电器

X17
KS1
速度继电器的正转触点

X20
KS2
速度继电器的反转触点

图3-1 接线图

3 程序指令
LDI X12 初始化启动
ORI X13
ANI X16
MC NO 主控指令 NO
M100
LDI X0 主控指令 N1
MC N1
M100
LD X0 M1的低速，高速控制
ORI X7
ORI X11
OR Y0
OR Y1
OUT M103
MC N1
M100
LD X1 M1反转启动辅助继电器制
OR M101
ANI M102
OUT M101
LD X2
OR M102
ANI M101
ANI Y0
OUT M102
LD M101 M1 正转启动延迟
OUT T0
K0.5
LD M102 M1反转启动延迟
OUT T1
K0.5
LD T0 M1 正转运行，正转点动，反接制动
ANI Y2
LD X3
ORB
LD T2
AND M103
ORB
ANI Y1
OUT Y0
LD X20 M1反转反接制动延迟
LDI X7
ORI X11
LDI X17
ANB
ORB
OUT T2
K0.5
LD T1 M1反转运行，反转点动，反接制动
ANI X2
LD X4
ORB
OR T3
ANI Y0
OUT Y1
LD X17 M1正转反接制动延迟
AND M103
OUT T3
K0.5
LD M101
OR M102
AND X6
AND X10
OUT Y2 短接电阻R
LD X5
OUT T4 低，高速转换延迟
K1.5
MCR M100 主控程序N0结束
LD M103 M1低速三角形连接
ANI T4
ANI Y6
OUT Y5
LD M103 M1高速YY连接
AND T4
ANI Y5
OUT Y7
LD X14 M2正转运行控制
ANI X15
ANI Y4
OUT Y3
LDI X14 M2反转运行控制
ANI X15
ANI Y3
OUT Y4
MCR M110 主控程序N1结束
END 程序结束

4.测试与调试
表3-3 SQ1-SQ4触电动作状态表
操作手柄
行程开关

非变速状态
主轴变速（SQ1.SQ2）
进给变速(SQ3.SQ4)
手柄拉出
手柄推回
手柄拉出
手柄推回
主轴变速操作手柄
SQ1
受压
+
不受压
-
受压
+
受压
+
受压
+
SQ2
不受压
-
受压
+
不受压
-
不受压
-
不受压
-
进给变动操作手柄
SQ3
受压
+
受压
+
受压
+
不受压
-
受压
+
SQ4
不受压
-
不受压
-
不受压
-
受压
+
不受压
-

第四部分 结束语
在指导老师和同学的帮助下，经过许久的忙碌，本次设计已经接近尾声。从开始接触设计题目到作品完成，每一步对我来说都是一次又一次挑战，还好在何磊老师的精心指导和严厉要求下顺利的画上了句号。
可编程控制器，可靠性高，抗干扰能力强，维护方便，容易改造。本次设计的主要任务是实现PLC对T68镗床的改造。首先我对T86镗床的主要结构和运动形式进行了图文分析，对T68镗床的控制原理做了比较深的了解。然后根据自己所了解的以及学习的知识，通过PLC梯形图，编程语言，接线图等。对T68镗床的控制系统进行了改造。使机器的使用率提高，提高了机器效率，降低了工人的工作量，减少和方便了机器故障排除。
通过这次设计我对PLC的电气控制方面有了更加深刻的理解和更加全面的掌握，对我以后在社会中的拼搏有莫大的帮助，通过这次设计我也发现了自己许许多多的不足之处，以前不太明白的知识通过本次设计都得到了极大的补足。

第五部分 致谢
非常感谢我的指导老师对我的精心指导和严格的要求，在他很忙的时候还抽空出来指导我的毕业设计，总是不厌其烦的回答我的各种问题。
我非常感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，还有曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，通过自己的努力认真，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次设计所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结合作的力量。正是因为有了你们的帮助，我才能克服各种困难，在他们的帮助下使我顺利的完成了毕业设计，在这里也想他们报以真挚的感谢。

第六部分 参考文献
【1】电气控制与PLC应用.王少华.中南大学出版社.2013年7月.P113-P193
【2】电气控制及PLC.周军.机械工业出版社.2001年8月.P100-P130
【3】工厂电气控制技术.熊幸明.清华大学出版社.2005年10月.P20-P100
【4】电气控制与PLC应用技术.刘长春.科学出版社.2008年7月.P99-P150
【5】机床电气控制系统改造.王建.中国劳动社会保障出版社.22011年2月.P100-P155
【6】电气控制与PLC应用技术.刘长春.科学出版社.2008年7月.P99-P150
【7】电气与PLC控制技术.蔡红斌.清华大学出版社.2007年8月.P11-P50
【8】机电一体化技术.张建平.湖南大学出版社.2011年10月.P17-P111
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