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1、 上海电机学院 毕业设计（论文）开题汇报 课题名称 __基于PLC触摸屏和变频器 _ T68卧式镗床电气控制设计 学 院 电气学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导老师 定稿日期： 年 2月24 日 基于PLC触摸屏和变频器 T68卧式镗床电气控
2、制设计 摘要：卧式镗床是镗床中应用最广泛一个，它关键用于孔加工，其镗孔精度可达IT7级。 PLC是现代工业控制基础部件，是工厂自动化支柱之一。在工业自动控制领域中，传统继电接触器控制系统存在比较显著缺点,使用PLC触摸屏和变频器技术越来越广泛。本课题基于PLC触摸屏和变频器对T68卧式镗床进行电气控制方面研究和设计。 关键词：卧式镗床，PLC，变频器，触摸屏 1 文件综述 伴随社会经济快速发展，现代加工技术日益提升，对加工机床尤其是工作母机要求也越来越高。由此大家也将注意力集中到机床上来。数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展产物，它出现极大推进了制造业进步。机床控制系统优
3、劣和机床加工精度息息相关，尤其是 PLC 广泛应用于控制领域后，已经显现出它优越性。可编程控制器 PLC已广泛应用于各行各业自动控制。在机械加工领域，机床控制上更显示出其优点。 镗床是冷加工中使用比较普遍设备它关键用于加工精度、光洁度要求较高孔和各孔间距离要求较为正确零件（如部分箱体零件） ，属于精密机床。关键用于加工工件上精密圆柱孔。这些孔轴心线往往要求严格地平行或垂直，相互间距离也要求很正确。因为镗床运动很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采取传统继电器控制时，需要继电器多、接线复杂，所以故障多维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响设备功效。采取 PLC 控制可使接线大为简化，不仅
4、安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小了维修量、提升了功效。 2 选题背景及其意义 PLC 中国外研究现实状况：在中国 PLC 生产厂 30 多家，但没有形成颇具规模生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方法生产。 即使中国在 PLC 生产方面比较弱，但在 PLC 应用方面，中国是很活跃， 多年来每十二个月约新投入 10 万台套 PLC 产品，年销售额 30 多亿人民币，应用行业也很广。 在中国应用 PLC，几乎涵盖了世界全部品牌，展现百花齐放态势， 但从行业上分，有各自势力范围。大中型集控系统采取欧美 PLC 居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及 OE
5、M 产品采取日本 PLC 居多。欧美 PLC 在网络和软件方面含有优势，而日本 PLC 在灵活性和价位方面占优势。 中国 PLC 供给渠道，关键有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM 用户、最终用户。其中，大部分 PLC 是经过分销商和系统集成商达成最终用户。在国外也有很多著名 PLC 企业如施耐德企业，Quantum、Premium、 Momentum 等；罗克韦尔（A-B 企业），SLC、MicroLogix、Control Logix 等； 西门子企业，SIMATIC S7-400/300/200 系列； GE 企业；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。 本课题将采取西门子企业 P
6、LC 进行电气控制设计。西门子S7-300 PLC采取模块化结构，含有高速（0.6~0.1μs）指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂算术运算；含有一个带标准用户接口软件工具方便用户给全部模块进行参数赋值；方便人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话编程要求大大降低；其含有强大通信功效，可经过编程软件Step 7用户界面提供通信组态功效，这使得组态很轻易、简单。 卧式镗床控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大，为了克服以上缺点，降低设备故障率，提升设备使用效率，我们采取 PLC 控制其继电器控制电路。目标是使机床能快速响应动作，灵活
7、可靠完成生产任务，而故障率要对应降低。PLC 以内部逻辑触点替换了继电器机械触点，来控制机床动作，逻辑触点和机械触点相比动作时间大大缩短，连接快而可靠，还有就是它寿命比机械触点有很大幅度增加，可达成几百万次到千万次。 3 研究内容 3.1镗床 镗床关键用于孔精加工，可分为卧式镗床、落地镗床、坐标镗床和金钢镗床等。卧式镗床应用较多，它能够进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔及加工端平面等，使用部分附件后，还能够车削圆柱表面、螺纹，装上铣刀能够进行铣削。本毕业设计以T68卧式镗床为例。 3.2 T68型卧式镗床基础工作原理 T68型卧式镗床共由两台三相异步电动机驱动，即主拖动电动机M1和快
8、速移动电动机M2。熔断器FU1作电路总短路保护，FU2作快速移动电动机和控制电路短路保护。M1设置热继电器作过载保护，M2是短时工作，所以不设置热继电器。M1用接触器KM1和KM2控制正反转，接触器KM4和KM5作三角型一双星型变速切换，接触器KM3用作限制M1制动电流。M2用接触器KM6和KM7控制正反转。 图1 T68型卧式镗床实物图 1- 支承架 2-后立柱 3-工作台 4-主轴 5-平旋盘 6-径向刀架 7-前立柱 8-主轴箱 9-床身 10-下滑座 11-上滑座 图2 T68型卧式镗床各个部位 图3 T68型卧式镗床电气主回路
9、 图3 T68型卧式镗床电气控制电路 图5 T68型卧式镗床电气控制原理图 3.3可编程序控制器 可编程序控制器简称为PLC， 是现代工业控制基础部件，是工厂自动化 FA （ Factory Automation） 支柱之一。 它是自动控制技术和通讯技术三者有机结合产品，即工业专用计算机。它现有计算机控制系统可编程特点（控制功效由软 件实现） ，又含有继电器控制系统优良抗电噪能力（适应工业控制多种恶劣工作环境）。PLC还含有很强连网能力和很高可靠性，不仅能够单机使用，而且能够和计算机结合组成集散式控制系统。即 PLC 聚集了结构简单、编程简单、可靠性高、性能价格
10、比高、抗干扰能力强、通用灵活、体积小等一系列优点，使其在工业生产过程自动化控制领域得到了越来越广泛应用。 本课题中是利用PLC替换传统继电器接触器在工业领域中占主导地位，去替换 T68 卧式镗床原有传统电气控制电路。 3.4 PLC基础工作原理 PLC采取“次序扫描，不停循环”工作方法。 每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。 输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行实施阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 一个扫描周期分为输入采样，程序实施，输出刷新。 元件映象寄存器内容是伴随程序实施改变而改变。 扫描周期长短由三条
11、决定。（1）CPU实施指令速度（2）指令本身占有时间（3）指令条数，现在PLC扫描速度全部是很快。 因为采取集中采样，集中输出方法，存在输入/输出滞后现象，即输入/输出响应延迟。 表1 输入、输出设备及PLCI/O元件配置 输入设备 PLC 输入继电器 代号 功效 SB6 M1停止按钮 X0 SB1 M1正转按钮 X1 SB2 M1反转按钮 X2 SB3 M1正转点动按钮 X3 SB4 M1反转点动按钮 X4 SQ 高低速转换行程开关 X5 SQ1 主轴变速行程开关 X6 SQ2 主轴变速行程开关 X7 SQ3 进给
12、变速行程开关 X10 SQ4 进给变速行程开关 X11 SQ5 工作台或主轴箱机动进给限位 X12 SQ6 主轴或花盘刀架机动进给限位 X13 SQ7 快速电动机M2正转限位 X14 SQ8 快速电动机M2反转限位 X15 FR M1热继电器动合触点 X16 KS1 速度继电器正转触点 X17 KS2 速度继电器反转触点 X20 输出设备 PLC 输出继电器 代号 功效 KM1 M1正转接触器 Y0 KM2 M1反转接触器 Y1 KM3 限流电阻制动接触器 Y2 KM4 M2正转接触器 Y3 KM5
13、 M2反转接触器 Y4 KM6 M1低速△接触器 Y5 KM7 M1高速YY接触器 Y6 KM8 M1高速YY接触器 Y7 3.5 变频器 本课题中拟采取西门子 PLC 控制 T68 镗床原有接触控制电路。依据原有继电器控制电路图来设计 PLC 控制梯形图，以实现卧式铣镗床 PLC 控制。这种方法没有改变系统外部特征，但却克服了机械动作中间继电器可靠性低、 维修困难等缺点。 对于操作人员来说， 除了控制系统可靠性提升以外， 对于系统操作没有什么区分，她们不用改变长久形成操作习惯。对于 T68 主电路部分， 因为工作台随主轴全部一台电机拖动， 故采取单台变频器替换
14、原有主轴电机电路，在此课题中拟选择西门子变频器。变频器是将工频电源转换成任意频率、任意电压交流电源一个电气设备，变频器使用关键是调整电机功率、实现电机变速运行。变频器组成关键包含控制电路和主电路两个部分，其中主电路还包含整流器和逆变器等部件。 3.6 变频器基础工作原理 通常，把电压和频率固定不变交流电变换为电压或频率可变交流电装置称作“变频器”。 该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC）。变频器同时改变输出频率和电压，也就是改变了电机运行曲线上n0，使电机运行曲线平行下移。 所以变频器能够使电机以较小开启电流，取得较大开
15、启转矩，即变频器能够开启重载负荷。 变频器含有调压、调频、稳压、调速等基础功效，应用了现代科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，所以不只是用于开启电动机，而是广泛应用到各个领域，多种多样功率、多种多样外形、多种多样体积、多种多样用途等全部有。伴随技术发展，成本降低，变频器一定还会得到更广泛应用。 3.6 触摸屏 触摸屏（touch screen）又称为“触控屏”、“触控面板”，是一个可接收触头等输入讯号感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上图形按钮时，屏幕上触觉反馈系统可依据预先编程程式驱动多种连结装置，可用以替换机械式按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动影音效果。
16、触摸屏作为一个最新电脑输入设备，它是现在最简单、方便、自然一个人机交互方法。它给予了多媒体以崭新面貌，是极富吸引力全新多媒体交互设备。关键应用于公共信息查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。 3.7 触摸屏基础工作原理 本课题中拟采取海泰克触摸屏ADP6.0。 本触摸屏为电阻式触摸屏，电阻式触摸屏关键是利用压力感应进行控制。它组成是显示器及一块和显示器紧密贴合电阻薄膜屏。这个电阻薄膜屏通常分为两层，一层是由玻璃或有机玻璃组成基层，其表面涂有透明导电层；基层外面压着我们平时直接接触经过硬化及防刮处理塑料层，塑料层内部一样有一层导电层，两个导电层
17、之间是分离。当我们用手指或其它物体触摸屏幕时候，两个导电层发生接触，电阻产生改变，控制器则依据电阻具体改变来判定接触点坐标并进行对应操作。 图6 系统结构图 4 工作特色及其难点，拟采取处理方法 4.1 工作特色及其难点 （1） 因为采取西门子PLC设备， 其电气控制编程方面将使用梯形图来完成。 （2） 采取单台变频器替换卧式镗床原有主轴电机电路。 （3） 使用触摸屏进行操作，使操作得以简化。 （4） 独立完成整个T68卧式镗床PLC电气控制梯形图编程，将会是一个较大挑战。 4.2 拟采取处理方法 仔细研究《西门子PLC应用和设计教程》中机械手控制系统这
18、一例子，利用技术中心设备，图书馆和校园网丰富论文资源进行调试和补充。 5 论文工作量及预期进度 1月---- 2月：搜集资料，确定设计系统总体方案，翻译相关外文资料及阅读技术文件，书写开题汇报。 1月---- 3月：学习西门子PLC及卧式镗床工作原理进行设计。 2月---- 3月：进行方案论证。 3月---- 4月：进行系统总体编程及调试。 4月---- 5月：和硬件部分整合。 5月---- 6月：编写毕业论文。 5月---- 6月：毕业答辩准备和答辩。 6 预期结果及其可能创新点 预期结果：采取西门子 PLC 控制 T68 镗床原有接触控制电路, 依据原有继电器控制电路图
19、来设计 PLC 控制梯形图，以实现卧式铣镗床 PLC 控制。 可能创新点：利用PLC 内部逻辑触点替换了继电器机械触点，来控制机床动作，逻辑触点和机械触点相比动作时间缩短，连接快，可靠性高，寿命长。 参考文件： [1] 柳春生. 西门子PLC应用和设计教程.机械工业出版社。 [2] 徐益清.可编程程序控制器应用技术.西安：西安电子科技大学出版社。 [3] 梁耀光、余文休.电工新技术教程.北京：中国社会劳动保障出版社。 [4] 吴晓梅、 钟福金.可编程控制器.南京：东
20、南大学出版社。 [5] 张凤珊主编.电气控制及可编程控制器.第 2 版。北京：中国轻工业出版社， [6] 樊占锁主编. 根本学会西门子PLC，变频器，触摸屏综合应用。中国电力出版社， [7] 岳庆来主编. 变频器，可编程序控制器，触摸屏及组态软件综合应用技术。机械工业出版社， [8] 王廷才. 变频器原理及应用.第 2 版。机械工业出版社， [9] 王炳实. 机床电气控制技术。机械工业出版社， [10] 徐占国. 图解触摸屏·PLC·变频器综合应用工程实践。电子工业出版社， [11]梁首发.PLC和工控机应用分析.工业仪表和自动化装置， [12]Robert K. Dueck
21、 shu zi xi tong she ji [13]Rudolf Sautter Jichuang Shukong Zhuangzhi 1994 [14] Deschamps, Jean-Pierre Synthesis of arithmetic circuits : FPGA, ASIC and embedded systems [15] Waterman, Steve Digital logic simulation and CPLD programming 指导老师意见
22、 指导老师署名： 年 月 日 评议小组意见 1、论文选题：□有理论意义；□有工程背景；□有实用价值；□意义不大。 2、论文难度：□偏高；□合适；□偏低。 3、论文工作量：□偏大；□合适；□偏小。 4、设计或研究方案可行性：□好；□很好；□通常；□不可行。 5
23、学生对文件资料及课题了解程度：□好；□很好；□通常；□较差。 6、学生在论文选题汇报中反应出综合能力和表示能力： □好；□很好；□通常；□较差。 7、学生在论文选题汇报中反应出创新能力： □好；□很好；□通常；□较差。 8、对论文选题汇报总体评价：□好；□很好；□通常；□较差 （在对应方块内作记号“√”） 二级学院所确定评议小组名单 （3-5人） 组长： 、 组员： 、 、 、 单位盖章 主管领导署名： 年 月 日 评议结论 评议小组组长署名： 评议小组组员署名： 年 月 日
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