T617卧式镗床的PLC改造设计.doc

T617卧式镗床的PLC改造设计

———————————————————————————————— 作者：
———————————————————————————————— 日期：

2

个人收集整理 勿做商业用途

T617卧式镗床的PLC改造设计

2013 /2014第 2 学期
专 业 电气工程及其自动化
班 级
学 号
姓 名

常州工学院《专业综合设计与实践》任务书
二级学院:延陵学院 专业：电气工程及其自动化 班级:
学生姓名

指导老师
史建平
职 称
副教授
课题名称
T617镗床的PLC改造

课
题
工
作
内
容
将T617镗床由机电控制改造成由PLC接触器控制的智能机床。具体工作内容如下:
1、 选择PLC型号
2、 元器件选择
3、 PLC外部I/O接线图的绘制
4、 绘制机床工作流程图和控制梯形图
5、 调试
指
标
要
求
做出的改造方案，以及新的工作原理要使得在控制器控制的机床比原先机电控制的机床工作得更加简单快捷和安全可靠。

进
程
安
排
第一天 ：下达任务、理解课题要求、收集和消化相关资料； 第二天 ：制定改造方案和方案论证、制定； 第三~五天：硬件部分的实现 第六~八天:软件设计、调试 第九天 ：根据设计内容，撰写设计报告 第十天 ：实际测试、答辩考核

主
要
参
文
献
《电气控制与可编程控制器技术》 史国生 化学工业出版社 《电气控制与PLC应用》 范永胜、王岷 中国电力出版社 《可编程序控制器及应用》 陈晓琴 哈尔滨工程大学出版社 《PLC分析与设计应用 》周万珍、高鸿斌 电子工业出版社 《现代电气控制PLC应用技术》 王永华 北京航空航天大学出版社 《PLC应用开发实用子程序》 贾德胜 人民邮电出版社 《机电一体化原理及应用》 姚伯威 吕强 北京国防工业出版社
《PLC应用技术》 钱悦 徐峰 北京希望电子出版社
地点
秋白楼
起止日期
2014.3。4—3.15

目录

第一章 绪 论 4
1. 改造原因 4
第二章 T617镗床的工作原理及运动过程 5
2.1 工作原理 5
2。2电气传动方案 6
2.3 镗床运动对电气控制电路的要求 6
第三章 主电路和控制电路的分析 7
3.1 工作原理 7
3。1。1主电路分析 7
3。1。2 控制电路分析 7
第四章 T617卧式镗床电气控制电路改造方案 10
4。1 T617改造的流程 10
4。2 改造后元器件的选择 11
第五章 输入、输出设备 11
5.1 输入输出设备 11
5.2梯形图设计 13
第六章 调试及解决的问题 16
第七章 小结 16
附录 17

第一章 绪 论
传统的机床控制系统都是采用继电器、 接触器等硬件逻辑控制电路, 不但接线复杂， 而且经常出现故障， 可靠性较差。与之相比, PLC 具有可靠性高、 柔性好、 编程灵活、 开发周期短以及故障自诊断等特点, 特别适合应用于机床的控制系统的开发和应用.通过使用 PLC 设计机床控制系统,可以减少强电元器件数目, 提高电气控制系统的稳定性和可靠性， 从而提高产品的品质和生产效率.目前, 国内许多厂家的自动控制系统及加工机床都采用 PLC 代替继电器控制。
1. 改造原因
目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床,这些机床经历了比较长的历史,虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要,但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础的，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题，直接影响了产品质量和生产效率。而用PLC对它进行技术改造,便能取得很好的效果。 对T617镗床的电气控制线路进行了分析与研究后,T617镗床具有主轴转速高、调速范围宽等功能外；T61镗床的电气控制系统，还存在控制线路上一些复杂性、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点;给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。采用可编程序控制器(PLC）对T617镗床传统的电气控制系统进行改造，在实际生产线上有着明显的效率，这也使整个生产系统带来推动的力量。PLC对T617镗床控制改造的设计梯形图，提高了T617镗床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；然而PLC对T617镗床的继电器接触式控制系统进行技术改造，从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要，提高了经济效益。使用PLC改造该机床电气系统后,去掉了原机床的5只中间继电器，中间硬件环节的减少使线路简化，电气故障减少,生产效率得到明显提高.可编程逻辑控制器(PLC），是计算机技术与继电器常规控制技术相结合的产物,是近年来发展最迅速,应用最广泛的工业自动控制装置之一。目前PLC 技术很成熟，所以基于PLC 的机床电气控制系统设计具有良好的可行性。在我国PLC 的应用比例还不足10%，有广阔的市场前景。因此该课题的研究具有一定的应用价值。本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途

第二章 T617镗床的工作原理及运动过程
2.1 工作原理
T617卧式镗床由床身、前立柱、后立柱、主轴箱和工作台等五大部分组成。其基本结构如图1所示。 机床有两个电源开关.转换开关HK在配电箱里,可在检修电气设备时断开开关机床电源。另一个电源开关LK装载按钮操作台上，接通LK，接触器6C动作，接通电源.这个开关在机床停止工作时切断电源,也可以作为紧急停止开关.卧式镗床具有两种主运动，即主轴与平旋盘的旋转运动。卧式镗床有多种进给运动,主轴的轴向进给，平旋盘刀架的径给进给，主轴箱的上下进给，工作台的纵向和横向进给等。T617镗床的主运动和进给运动合用一台三相异步电动机拖动，用齿轮调速。
主轴，径向刀架,主轴箱和工作台的快移运动另一台三相异步电动机拖动。主轴传速和进给机构的速度都采用预选盘和变速手柄合用的装置调节。

1一支承架 2一后立柱 3一工作台 4一9轴 5一平旋盘 6一溜板 7一前立柱
8一主轴箱 9一后尾筒  10一床身  11一下滑座 12一上滑座
图2—1 T617结构图
2.2电气传动方案
传动方式：T617卧式镗床是采用三项交流电动机来运动的，因为工作时需要保证机床各部件之间有一定的运动联系，所以用一台电动机进行拖动部件运行。 
调速性能：机床对主运动和进给运动都有一定的要求。T617卧式镗床要求调速范围较宽,因此选用及对数可变的调速方案. 
负载特性：机床的主运动需恒功率传动,而进给运动则需但转矩传动。因此，我们在此确定电动机的调速方法和选择多速电动机的类型时，必须使电动机的调速性质与机床的负载性质相适应。T617卧式镗床采用星接和反接的方法来对机器进行调速。 
启动、制动、反接:机械设备主运动传动系统的启动转短一般都比较小，因此，原则上可采用任何一种启动方式.而它的辅助运动,在启动时往往要克服较大的静转矩,所以T617卧式镗床选用高起动转矩的电机。因为T617卧式镗床是高速高效金属切削打孔机床，为了便于测量和装卸工件或者更换刀具，采用电气制动.电机的反接有效的控制了在处理元件时的速度，提高了元件的质量。
2.3 镗床运动对电气控制电路的要求
1. 主运动与进给运动由一台双速电动机拖动，高低速可选择；
2. 主电动机要求正反转以及点动控制；
3. 主电动机应设有快速准确的停车环节；
4. 主轴变速应有变速冲动环节;
5. 快速移动电动机采用正反转点动控制方式；
6. 进给运动和工作台不平移动两者只能取一，必须要有互锁;

第三章 主电路和控制电路的分析
3.1 工作原理
T617卧式镗床电路原理图见附录1所示。
3.1。1主电路分析
T617卧式镗床由两台电动机拖动，即主轴电动机M1、快速移动电动机M2.其中主轴电动机M1采用串电阻降压起动，主轴电动机M1和进给电动机M2均可正反转动。M1为主电动机，由接触器KM1、KM2控制其正、反转；KM3控制主轴电动机短接电阻接触器。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。
3。1.2 控制电路分析
T617卧式镗床详细控制原理分析如下。
（1）开动机床前的准备工作。机床有两个电源开关.转换开关QS1装在配电箱里，可在检修电气设备时开端机床电源。另一个电源开关QS2装在按钮操作台上，接通QS2，接触器M6接通电源.这个开关在机床停止工作时切断电源,也可作为紧急停止开关。
合上电源开关之后，还应当把主轴和进给机构的两个调速手柄放在左面的正常工作位置，与调速手柄联动的行程开关SQ1和SQ2的动断触点闭合.中间继电器KA5动过。KA5动作后，信号灯HL1亮，表示控制线路可以开始工作.如果KA5没有吸和，接触器KM1、KM2、KM3的线圈电路都不能接通，整个控制线路不能投入工作。
(2）主轴电动机的起动和反接制动。主轴电动机的正向起动和反向起动用接触器KM1和KM2控制，主轴电动机停车时有反接制动作用，反接制动过程用速度继电器KS控制。在反接制动时，电动机定子端应串接限制制动电流的电阻R，而在电动机正常工作时，用接触器KM3的线圈电路，KM3动作，将电阻R短接.
电动机有两种控制方式,即有自保作用的工作状态和无自保作用的电动状态。为了区分这两种控制方式，在控制线路里加接两只中间继电器KA1和KA2。按下工作正转按钮SB2或工作反转按钮SB3时，KA1或KA2通电吸合并自保。KA1和KA2的动合触点同事接通接触器KM3的线圈电路，KM3动作，将电阻R短接。
电动状态又称为调整状态.按点动按钮SB4或SB5时，中间继电器KA1和KA2并不工作，接触器KM1或KM2动作，但无自保回路.放开点动按钮，电动机就停止运转。机床部件在点动状态工作时,一般是没有负载的,所以可以让电阻R接在电动机的定子电路里，以减小起动电流和启动转矩。点动状态控制时,KA1和KA2不工作,KM3不会吸和，电阻R一直接在电动机的定子电路里面。
现在来看线路的工作情况。合上电源开关，中间继电器KA5吸合，按主轴正向起动按钮SB2，中间继电器KA1动作并自保。KA1的动合触点接通接触器KM1和KM3的线圈电路，KM1和KM3动作,电动机正向起动，电阻R被短接。KA1的动断触点断开.由于中间继电器KA5的动断点也已断开，所以中间继电器KA4释放。KM4的动断触点复位闭合，准备好反接制动控制回路。接触器KM3动作后，它的动断触点断开，KA3释放.
电动机正转转速升到一定数值时，速度继电器KS的动断触点断开,然后动合触点闭合，这时接触器KM1的动断触点和KM3的动断触点都已断开，所以接触器KM2不会吸合.
按停止按钮SB1中间继电器KA1和接触器KM1、KM3都释放，电阻R重又串接在电动机定子电路里面.由于接触器KM3的动断触点闭合，速度继电器KS的动合触点尚未放开仍然闭合,所以在接触器KM1释放后，接触器KM2立刻通电动作，将电动机电源反接，电动机在反接制动状态下迅速停车。当电动机转速相当低时，速度继电器KS的动合触点断开,接触器KM2释放，制动结束。
应用速度继电器控制电动机的反接制动，在实践中发现有时会产生震荡现象.这是由于反接制动的作用很强留,电动机的转速迅速降低到零，由于接触器KM2的释放需要一定的时间，又由于速度继电器反力弹簧的反作用力，速度继电器KS的动合触点可能闭合，在KM2的动断辅助触点闭合后,接触器KM1立刻吸合,电动机又在另一方向产生反接制动，速度继电器向正转方向摆动，又可能使触点KS闭合。这样，接触器KM2、KM1轮流接通，发生振荡现象。为了消除这种振荡现象,当电动机转速接近零,KS动断触点闭合时,中间继电器KA3吸合,KA3的动合触点闭合，使继电器KA4动作并自保。KA4动作后,它的动断触点断开,接触器KM1和KM2就不能动作，从而消除了振荡现象.
点动状态用于对刀、装夹工件等,电动机只需要转动很短的时间,往往在电动机转速还没有升得很高时已经放开控制按钮，所以可以不加制动停车。在电动机停止不动时，速度继电器KS的动断触点闭合，接触器KM3的动断触点也闭合，所以继电器KA3动作。KA3的动合触点接通继电器KA4的线圈电路，KA4吸合并自保.在点动控制时，继电器KA1和KA2没有动作,所以KA4保持工作状态.由于KA4的动断触点断开，反接制动控制回路不通，所以在点动停车时没有制动作用.
（3）主轴和进给机构的速度调节.主轴转速和进给量都用预选盘调节。调速时先将预选盘转到需要的速度，然后将调速手柄从左面的正常工作位置转过185°到270°角度，再将手柄扳回原来的位置，转速过程就结束了。调速手柄和行程开关并联动，当手柄离开原来的位置时，主轴调速手柄使SQ1的触点断开，进给调速手柄使行程开关SQ2的触点断开.因此中间继电器KA5失电释放，KA5动合触点复位断开，接触器KM1和KM2就不能工作。所以本机床可以在主轴电动机开动的情况下调速,电动机能自动停止转动.
转动调速手柄使继电器KA5释放时，接触器KM3随之释放，电阻R被接进电路.KM3的动断触点接通速度继电器KS的电路.如果电动机原来正转，触点 KS闭合,则在KM3释放后通过KA4动断触点使接触器KM2动作,进行反接制动。
在调速电动机应当缓慢转动，使齿轮易于瞬合.本机床利用速度继电器来使电动机低速转动。在调速手柄触动行程开关、使电动机在制动状态下停车后,速度继电器KS的动断触点闭合时，继电器KA3动作。以为继电器KA5已经释放，KA3的动合触点闭合时，继电器KA4吸合并自保。KA4动作后，反接制动控制回路被断开。如原来的电动机正转，继电器KA1吸合,在调速时KA1仍保持吸合状态,继电器KA4吸合后，通过动合触点使接触器KM1动作，电动机正向起动。电动机转速升到100r/min左右时，速度继电器的动断触点断开,KM1释放，电动机在无制动作用下自由停车.当电动机转速接近零时,速度继电器的动断触点又闭合，接触器KM1又动作，电动机再正向胜诉。在调速手柄离开正常工作位置的时间内，上述情况继续不断的进行着，电动机转速在0与100r/min之间波动。这种方法常被用来使异步电动机得到低速运转。电动机以脉冲方式低速运转,使齿轮易于吸合。调速手柄转回到正常工作位置。行程开关SQ1和SQ2的触点闭合，中间继电器KA5动作,KA5使接触器KM1和KM3动作,电动机又正向起动，回复正常工作.KA5动作后，继电器KA4释放，KA4的动断触点准备好反接制动控制回路，KA4的动合触点开断脉动调速回路。在电动机脉动运转时，继电器KA3断续动作，使信号灯HL1产生闪光。文档为个人收集整理,来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络
继电器KA1和KA2之间以及接触器KM1和KM之间有动断触点连锁，使它们不会同时接通工作。
（4）机床部件的快速移动.机床各部件的快速移动用手柄操作。快速手柄搬到正向快速位置，行程开关SQ3的触点闭合,接触器KM4动作，快速移动电动机M2正转.快速手柄搬到反向快速，行程开关SQ4的触点闭合，接触器KM5动作，快速电动机翻转。
（5）机床的保护装置。主轴电动机有短路保护熔断器和过载保护热继电器,快速移动电动机属于短时工作,所以只有熔断器作短路保护。
机床有进给过载保护装置，当进给应力超过允许值时，保险离合器就会移动，使进给停止。保险离合器移动时使行程开关SQ5的触点闭合，红色信号灯HL2亮。这时主轴电动机仍继续旋转。

第四章 T617卧式镗床电气控制电路改造方案
4。1 T617改造的流程
PLC型号选择
确定控制对象及控制范围
现场调试
硬件设计
软件设计及模拟
调整硬件
调整软件
是否符合
投入运行
（1）确定控制对象，明确控制任务和设计要求，要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求，拟定控制系统设计的技术条件。
（2）制定控制方案，进行PLC选型。根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式。通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤和状态，来确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号要由PLC输出，哪些负载要由PLC驱动，分门别类统计出各输入输出点。
(3)设计I/O连接。编制I/O分配表、绘制I/O接线图.同类型的输入或输出点尽量集中在一起，连续分配，这样有利于程序编写和阅读.
图4—1 改造流程图
4.2 改造后元器件的选择
元件选型见附录3镗床的基本元件目录表所示。
第五章 输入、输出设备
5.1 输入输出设备
了解电力拖动控制要求与控制特点，进而详细分析了原有电力拖动控制线路编制I/O分配表,绘制I/O接线图。各个输入、输出点的PLC I/O地址分配如表1所示，I/O接线图如图2所示。

输入信号

输出信号
代号
输入器件
输入地址
代号
输入器件
输入地址

FR

热继电器

X0

H1.1

指示灯

Y0

SB1

主轴电动机停止按钮

X1

H1。2

指示灯

Y1

SB2

主轴电动机正向运动启动按钮

X2

KM1

主轴电动机正转接触器

Y2

SB3

主轴电动机反向运动启动按钮

X3

KM2

主轴电动机反转接触器

Y3

SB4

主轴电动机正转反馈制动按钮

X4

KM3

主轴电动机短接电阻接触器

Y4

SB5

主轴电动机反转反馈制动按钮

X5

KM4

快速移动电动机正转接触器

Y5

KS1

速度继电器正转触点

X6

KM5
快速移动电动机反转接触器

Y6

KS2

速度继电器反转触点

X7

KM6

电源接触器

Y7

SQ1

行程开关

X10

SQ2

行程开关

X11

SQ3

行程开关

X12

SQ4

行程开关

X13

SQ5

行程开关

X14

SQ6

机床电源连接按钮

X15

SQ7

机床电源断开按钮

X16

表5—1 各个输入/输出点的PLC I/O口地址分配

X0
KM4
KM3
KM2
KM1
HL.2
HL.1
KM5
Y0
Y1
Y2
X4
X3
X2
x1
Y7
Y6
Y5
Y4
Com2
Y3
X6
X11
X12
X5
X7
X10
X13
X14
X15
X16
SB4
SB3
SB1
SB2
SQ4
SQ5
SQ6
SB7
SQ3
SQ2
SQ1
KS2
SB5
KS1
KM6
三菱FX2N系列
~220V
Com1

COM

图5—1 I/O口接线图

5.2梯形图设计
（1)M1主电动机的低速运行控制流程图

按下起动按钮X2或X3

主轴电机起动

是
是否按下停止按钮X1

否

对主轴电机进行制动

否

SQ1、SQ3、SQ5是否压和

是

对主轴电机进行制动

主轴电机停止运行

图5-2主轴电机低速运行工作流程图

（2）主轴电动机点动控制流程图

按下起动按钮SB4，SB5
主轴电机起动
SQ6，SQ7是否压合
对主轴电机进行制动
主电机停止运行
是
否

图5-3 主轴电动机点动运转流程图

(3)改造后的PLC梯形图

第六章 调试及解决的问题
系统调试分为两个阶段：第一阶段为模拟调试,第二阶段为现场运行调试。在程序输入PLC后，应先进行模拟调试.因为在程序设计过程中,难免有疏漏的地方，因此在将PLC连接到现场设备之前,必须进行模拟调试，以排除程序中的错误,同时也为现场运行调试打好基础,缩短现场运行调试的周期。在模拟调试时,外接适当数量的输入开关作为模拟输入信号，通过输出模块上的发光二极管来观察PLC的输出是否满足要求，发现问题立即修改和调整程序，直到满足控制要求。
在PLC软、硬件设计控制柜及现场施工完成后，就可进行整个系统的现场运行调试.如果控制系统由几个部分组成，则先作局部调试,然后进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调试。调试中发现的问题,要逐一排除，直至调试成功。
现场调试完成并对各种安全环节详细检查后，若没有问题则可进行考验性的试运行，经运行后如果一切正常，则的程序固化确定.
T617镗床原继电器电路经三菱FX2N系列PLC改造后，虽然PLC一次性投资较大，但改造后的设备大大降低了运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和效率,减轻了工人的劳动强度,降低了日常维护成本，并可避免出现因误操作而引起的事故。改造后设备经使用运行，结果表明效果非常好。
第七章 小结
通过本次设计，使我对PLC的控制原理和T68型卧式镗床的工作情况有了更进一步的了解。工业控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性、维护方便、通用性强等特点.而在本次设计的过程中，让我深入地知道了什么叫设计.并通过很多途径进行了解所需要的材料。这样也对我很好的利用可利用资源完成所要完成的任务的可靠性和理想性。
在这次的设计过程中,对课本上所学的知识有了一个很好的扩充，对所学过的知识进行巩固和加深。同样,也使我们在今后的学习和工作中能够更好地去完成任务，这样才能真正地掌握并运用所学到的知识。
在设计的过程中遇到了很多不理解的东西，通过指导老师和同学的帮助，还通过网络和图书馆将问题一一地解决。看到了我的设计的完成其实并不是一项很困难的事情.使我不惧怕困难，敢于与困难作斗争，并在此过程中学习和进步。这样的设计给我们带来的不只是一种问题，而是很多个要解决的问题。在解决问题的同时学到更多的知识才是我们这次设计的目的.我想这次设计会使我在以后的工作过程中一定有很大的帮助和提高.在这里表示对我在设计的过程中有过帮助的老师和同学表示感谢。由于学生水平有限，设计中可能存在许多问题望老师给予批评指正。

附录
1. 原理图

主电路

2. 接线图

X0
KM4
KM3
KM2
KM1
HL.2
HL.1
KM5
Y0
Y1
Y2
X4
X3
X2
x1
Y7
Y6
Y5
Y4
Com2
Y3
X6
X11
X12
X5
X7
X10
X13
X14
X15
X16
SB4
SB3
SB1
SB2
SQ4
SQ5
SQ6
SB7
SQ3
SQ2
SQ1
KS2
SB5
KS1
KM6
三菱FX2N系列
~220V
Com1

COM

3. 完整梯形图

4. 参考文献
［1]齐占庆.机械电气自动控制。北京：机械工业出版社，1989
［2]熊辜明.机床电路原理与维修.北京：人民邮政出版社，2001
[3］张用，杨定之.机床电气控制.上海：上海科学技术文献出版社,1983
[4]谭维瑜.电机与电气控制.北京：机械工业出版社,2003 年
［5]刘光起,周亚夫.PLC应用技术。北京：化学工业出版社，2008
[6]《三菱FX系列可编程控制器编程手册》，三菱电机自动化有限公司编,2000年