T68型臥式鏜床電控系統(tǒng)的PLC改造

1、哈爾濱職業(yè)技術學院 畢 業(yè) 論 文題目： T68型我是躺床的PLC改造 系部： 電氣工程系 專業(yè)： 電氣自動化技術指導教師： 班級： 09級 1班 姓名： T68型臥式鏜床電控系統(tǒng)的PLC改造摘 要T68型臥式鏜床是目前我國機械工廠中使用最為普遍的一種鏜床，在加工過程中有較高的精度要求。T68型臥式鏜床多采用繼電器實現電路控制，其電氣控制線路復雜、可靠性差、故障診斷與排除較為困難。針對傳統(tǒng)繼電器控制的T68型臥式鏜床存在電路復雜、可靠性差、故障診斷與排除較為困難等缺點，提出了采用可編程控制器（PLC）對T68型臥式鏜床電氣控制部分進行改造；對其電氣線路進行了詳細的分析，給出了改造T68型臥式鏜

2、床的可編程控制器機型的選擇、輸入輸出地址分配、輸入輸出I/O接口圖、可編程控制器梯形圖設計、還為T68型臥式鏜床各個運動狀態(tài)添加了運行指示燈。這樣可以提高整個電氣控制系統(tǒng)的工作性能，減少維護、維修的工作量，并具有良好的擴展性，更好地滿足實際生產的需要，提高生產效率。關鍵詞：T68型臥式鏜床，電氣控制，梯形圖，可編程控制器（PLC）目 錄一 緒 論11.1 鏜床的作用與用途11.2 鏜床國內外應用和發(fā)展趨勢11.3 T68臥式鏜床的電控系統(tǒng)PLC改造的意義4二 T68臥式鏜床概述52.1 T68臥式鏜床的運動特性、形式與主要結構52.2 T68臥式鏜床的運行方式與電控要求7三 T68臥式鏜床的電

3、氣控制原理分析83.1 T68臥式鏜床電路結構83.2 T68臥式鏜床電氣控制電路分析93.2.1 T68型臥式鏜床電氣控制系統(tǒng)原理圖93.2.2 主電路分析93.2.3控制電路分析113.3 T68臥式鏜床采取單位保護措施15四 T68臥式鏜床PLC改造164.1 PLC的選擇164.2 I/O地址分配184.2.1 I/O地址分配表184.2.2 I/O接線圖194.3 PLC程序設計214.3.1 主電路PLC控制程序設計214.3.2 進給電機PLC控制程序設計324.3.3 過載信號報警顯示燈PLC控制程序設計344.3.4 系統(tǒng)PLC程序梯形圖351 緒論1.1 鏜床的作用與用途鏜

4、床是一種具有綜合加工性能的金屬切削機床，是精加工設備之一。是冷加工中使用比較普遍的設備。主要用于加工精度較高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、工具和單件或小批量生產的車間中。鏜床除了鏜孔以外，還可以進行鉆孔、鉸孔、擴孔、車削螺紋以及鏜軸或平旋盤銑削平面等。裝有平旋盤刀架的鏜床，特別適用于加工大的孔徑、端面和外圓。其工藝范圍很廣。臥式鏜床

5、的運動方式可主運動、進給運動和輔助運動。其中主運動為主軸的旋轉運動和平旋盤的旋轉運動；進給運動為主軸的進給運動、平旋盤刀具溜板的徑向進給運動，鏜頭架（主軸箱）的垂直進給運動、工作臺的橫向進給與縱向進給；輔助運動為工作臺的回轉，后立柱的水平移動以及尾架的垂直移動。1.2 鏜床國內外應用和發(fā)展趨勢近幾年來，國內外臥式鏜床和落地鏜床的技術發(fā)展非?？?其特點是產品結構不斷更新，新技術應用層出不窮，工藝性能復合化，速度、效率不斷提高，突出精細化制造。臥式鏜床的發(fā)展以其注入加速度概念而倍受關注，為高速運行作技術支撐的傳動元件電主軸、直線電機、線性導軌等得到廣泛應用，將機床的運行速度推向了新的高度。而主軸可

6、更換式臥式鏜加工中心的創(chuàng)新設計解決了電主軸與鏜桿移動伸縮式結構各存利弊的不足，具有復合加工與一機兩用的功效，也是臥式鏜銑床的一大技術創(chuàng)新。 落地式鏜床的發(fā)展以其新的設計理念引領現代加工的潮流，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構型式盡顯風采，大有替代傳統(tǒng)銑削加工的趨勢。以兩坐標擺角銑頭為代表的各種銑頭附件成為實現高速、高效復合加工的主要手段，其工藝性能更廣，功率更大，剛性更強，是落地鏜床發(fā)展的一大突破。隨著科學技術的不斷發(fā)展，生產工藝的不斷發(fā)展改進，特別是計算機技術的應用，新型控制策略的出現，不斷改變著電氣控制技術的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到由PLC控制；在控制功能

7、上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計算機為中心的網絡化自動控制系統(tǒng)。PLC( Programmable Logic Controller)是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置,使用了可編程序存儲器以儲存指令,用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數與演算功能,并通過模擬和數字輸入輸出組件,控制各種機械或生產過程。PLC 以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、質量輕、功能強和價格低廉等特點,在機械制造、冶金等領域得到了廣泛的應用。用PLC 控制系統(tǒng)替代體積大、投資大、耗能大的繼電

8、器2接觸器系統(tǒng),是今后控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢?？删幊炭刂破魉〈鷤鹘y(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。模擬量控，在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運動控制，PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關

9、量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。過程控制，過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。數據處理，現代PLC具有數學運算（含矩

10、陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。通信及聯網，PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。綜上所述，當代臥式鏜床與

11、落地式鏜床技術發(fā)展非?？?，主要體現在設計理念的更新和機床運行速度及制造工藝水平有很大的提高，另一方面是機床結構變化大，新技術的應用層出不窮。本設計將以T68臥式鏜床為例，進行電控系統(tǒng)的PLC改造。1.3 T68臥式鏜床的電控系統(tǒng)PLC改造的意義在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找與排除是非常困難的，這給生產與維護帶來諸多不便。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，生產設備和自動生產線的控制系統(tǒng)必需具有極高的可靠性與靈活性，這就需要使用自動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,本課題通過用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，生產效率得到了很大提高，并能很

12、好地保證其加工精度。系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，滿足生產工藝的要求；同時，對其它同類設備的技術改造也有較大的參考價值，在工業(yè)上有廣泛的應用前景。2 T68臥式鏜床概述2.1 T68臥式鏜床的運動特性、形式與主要結構在介紹T68鏜床運動特性之前，先看鏜床各運動部的分布情況，如下圖2-1所示：圖2-1 T68臥式鏜床結構圖床身是一個整體鑄件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直導軌上又安裝有鏜頭架，鏜頭架可沿垂直導軌上下移動。在鏜頭架里集中里裝有主軸、變速箱、進給箱和操縱機構等部件。切削刀具一般安裝在鏜軸前端的錐形孔里，或安裝在平旋盤的刀具溜板上。在切削過程中，鏜軸一面旋轉，一面沿軸向作進給運動，而花盤

13、只能旋轉，裝在他上面的刀具溜板可作垂直主軸軸線方向的徑向進給運動，鏜軸和平旋盤軸分別通過各自的傳動鏈傳動，可以獨立轉動。后立柱位于鏜床床身的另一端，后立柱上的尾座用來支撐裝夾在鏜軸上的鏜桿末端，它與鏜頭架同時升降，兩者的軸線始終在同一水平直線上。根據鏜桿的長短，可通過后立柱沿床身水平導軌的移動來調整前、后立柱之間的距離。 有以上分析可知運動形式有：（1）主運動：主軸的旋轉與平旋盤的旋轉運動。（2）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，即垂直進給；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。（3）輔助運動：回轉工作臺的轉動；主軸箱、工作臺等的進給

14、運動上的快速調位移動；后立柱的縱向調位移動；尾座的垂直調位移動。T68鏜床的主要結構有：鏜床在加工時，一般是將工件固定在工作臺上，由鏜桿或平旋盤上固定的刀具進行加工。（1）前立柱：固定地安裝在床身的右端，在它的垂直導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，主運動和進給運動變速傳動機構以及操縱機構。（3）后立柱：可沿著床身導軌橫向移動，調整位置，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：由下滑座，上滑座和回轉工作臺三層組成。下滑座可沿床身頂面上的水平導軌作縱向移動，上溜板可沿下滑座頂部的導軌作橫向移動，回轉工作臺可以上滑座的環(huán)形導軌上

15、繞垂直軸線轉位，能使要件在水平面內調整至一定角度位置，以便在一次安裝中對互相平等或成一角度的孔與平面進行加工。2.2 T68臥式鏜床的運行方式與電控要求鏜床的加工范圍廣，運動部件多，調速范圍寬。而進給運動確定了切削量，切削量又與主軸轉速、刀具、工件材料、加工精度等有關。所以一般臥式鏜床主運動與進給運動由一臺主軸電機拖動，由各自傳動鏈傳動。為縮短輔助時間，鏜頭架上、下，工作臺前、后、左、右及鏜軸的進、出運動除工作進給外，還應有快速移動，由快速移動電機拖動。T68臥式鏜床控制要求是：（1）主軸旋轉與進給量都有較寬的調速范圍，主運動與進給運動由一臺電動機拖動，為簡化傳動機構采用雙速籠型異步電動機。（

16、2）由于各種進給運動都有正反不同方向的運轉，故主電機要求正、反轉。（3）為滿足調整工作需要，主電動機應能實現正、反轉的點動控制。（4）保證主軸停車迅速、準確，主電動機應有制動停車環(huán)節(jié)。（5）主軸變速與進給變速可在主電動機停車或運轉時進行。為便于變速時齒輪嚙合，應變速低速沖動過程。（6）為縮短輔助時間，各進給方向均能快速移動，配有快速移動電動機拖動，采用快速電動機正、反轉的點動控制方式。（7）主電動機為雙速電機，有高、低兩種速度供選擇，高速運轉時應先經低速啟動。（8）由于運動部件多，應設有必要的聯鎖與保護環(huán)節(jié)。3 T68臥式鏜床的電氣控制原理分析3.1 T68臥式鏜床電路結構（1）機床的主運動與

17、進給運動共用一臺雙速電動機M15.5/7.5KW，（1440/2900）r/min來拖動。用主軸變速操作機構內的行程開關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”接線轉換，以實現高、低速的轉換。低速時，電動機可直接啟動。高速時，采用先低速起動，而后自動轉換為高速運行的二級控制，以減少起動電流。（2）主電動機M1能逆運行，并可正、反向點動及反接制動，在點動、制動以及變速過程的脈動慢轉時，線路中均串接限流電阻R，以減少起動和制動電流。（3）主軸和進給變速均可在運行中進行。只要進行變速，主電動機M1就脈動緩慢旋轉，以利于齒輪的嚙合。主軸變速時，電動機的脈動旋轉

18、是通過行程開關SQ1和SQ2，進給變速是通過行程開關SQ3和SQ4以及速度繼電器KR來共同完成。（4）為縮短機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M2（2.2KW）拖動起快速移動。它們之間的機動進給有機械和電氣聯鎖保護。（5）為了保證準確選擇所需運動(上滑座移動、下滑座移動、主軸移動、主軸箱升降、工作臺回轉)，夾緊和松開由單獨的主軸箱油泵電機M3（0.75Kw），工作臺油泵電機M4（0.5kW）拖動。它們之間的機動進給有機械和電氣聯鎖保護。3.2 T68臥式鏜床電氣控制電路分析3.2.1 T68型臥式鏜床電氣控制系統(tǒng)原理圖圖3-1為T68臥式鏜床電氣原理圖。3.2.2 主電

19、路分析電源經低壓斷路器QF引入，M1為主電動機，由接觸器KM1、KM2控制其正、反轉；KM6控制M1低速運轉（定子繞組接成三角形，為4極），KM7、KM8控制M1高速運轉（定子繞組接成雙星形，為2級）；KM3控制M1反接制動限流電阻。M2為快速移動電機，由KM4、KM5控制其正反轉。熱繼電器FR作M1過載保護，熱繼電器FR1作M2過載保護。圖3-1 T68臥式鏜床電氣原理圖3.2.3控制電路分析由控制變壓器TC供給110V控制電路電壓，24V局部照明電壓及6.3V指示電路電壓。（1）M1主電動機的點動控制由主電動機正反轉接觸器KM1、KM2、正反轉點動按鈕SB3、SB4組成M1電動機正反轉控制

20、電路。點動時，M1三相繞組接成三角形且串入電阻R實現低速點動。以正向點動為例，合上電源開關QF，按下SB3按鈕，KM1線圈通電，主觸頭接通三相正向序電源，KM1（4-14）閉合，KM6線圈通電，電動機M1三相繞組接成三角形，串入電阻R低速起動。由于KM1、KM6此時都不能自鎖故為點動，當松開SB3按鈕時，KM1、KM6相繼斷電，M1斷電而停車。反向點動，由SB4、KM2和KM6控制。（2）M1電動機正反轉控制M1電動機正反轉由正反轉起動按鈕SB1、SB2操作，由中間繼電器KA1、KA2及正反轉接觸器KM1、KM2，并配合接觸器KM3、KM6、KM7、KM8、來完成M1電動機的可逆運行控制。M1

21、電動機起動前，主軸變速，進給變速均以完成，即主軸變速與進給變速手柄置于推合位置，此時行程開關SQ1、SQ3被壓下，觸頭SQ1（10-1），SQ3（5-10）閉合。當選擇M1低速運轉時，將主軸速度選擇手柄置于“低速”檔位，此時經速度選擇手柄聯動機構使高低速行程開關ST處于釋放狀態(tài)，其觸頭SQ（12-13）斷開。按下SB1，KA1通電并自鎖，觸頭KA1（11-12）閉合，使KM3通電吸合；觸頭KM3（5-18）閉合與KA1（15-18）閉合，使KM1線圈通電吸合，觸頭KM1（4-14）閉合又使KM6線圈通電。于是，M1電動機定子繞組接成三角形，接入正向序三相交流電源全電壓起動低速正向運行。反向低速

22、起動運行是由SB2、KA2、KM3、KM2和KM6控制的，其控制過程與正向低速運行相類似。（3）M1電動機高低速的轉換控制行程開關ST是高低速的轉換開關，即SQ的狀態(tài)決定M1是在三角形接線下運行還是在雙星形接線下運行。SQ的狀態(tài)是由主軸孔盤變速機構機械控制，高速時ST被壓動，低速時SQ不被壓動。以正向高速起動為例，來說明高低速轉換控制過程。將主軸速度選擇手柄置于“高速”檔，ST被壓動，觸頭SQ（12-13）閉合，按下SB1按鈕，KA1線圈通電并自鎖，相繼使KM3、KM1和KM6通電吸合，控制M1電動機低速正向起動運行；在KM3線圈通電的同時KT線圈通電吸合，待KT延時時間到，觸頭KT（14-2

23、1）斷開使KM6線圈斷電釋放，觸頭KT（14-23）閉合使KM7、KM8線圈通電吸合，這樣，使M1定子繞組由三角形接法自動換成雙星形接線，M1自動由低速變高速運行。由此可知，主電動機在高速檔為兩級起動控制，以減少電動機高速檔起動時的沖擊電流。反向高速檔起動運行，是由SB2、KA2、KM3、KT、KM2、KM6和KM7、KM8控制的，其控制過程與正向高速起動運行相類似。（4）M1電動機的停車制動控制由SB6停止按鈕、KS速度繼電器、KM1和KM2組成了正反向反接制動控制電路。下面以M1電動機正向運行時的停車反接制動為例加以說明。若M1為正向低速運行，即由按鈕SB1操作，由KA1、KM3、KM1和

24、KM6控制使M1運行。欲停車時，按下停止按鈕SB6，使KA1、KM3、KM1和KM6相繼斷電釋放。由于電動機M1正轉時速度繼電器KS-1（14-19）觸頭閉合，所以按下SB6后，使KM2線圈通電并自鎖，并使KM6線圈仍通電吸合。此時M1定子繞組仍接成三角形，并串入限流電阻R進行反接制動，當速度將至KS復位轉速時KS-1（14-19）斷開，使KM2和KM6斷電釋放，反接制動結束。若M1為正向高速運行，即由KA1、KM3、KM1、KM7、KM8控制下使M1運轉。欲停車時，按下SB6按鈕，使KA1、KM3、KM1、KT、KM7、KM8線圈相繼斷電，于是KM2和KM6通電吸合，此時M1定子繞組接成三角

25、形，并串入不對稱電阻R反接制動。M1電動機的反向高速或低速運行時的反接制動，與正向的類似。都是M1定子繞組接成三角形法，串入限流電阻R進行，由速度繼電器控制。（5）主軸及進給變速控制T68臥式鏜床的主軸變速與進給變速可在停車時進行也可在運行中進行。變速時將變速手柄拉出，轉動變速盤，選好變速之后，再將變速手柄推回。拉出變速手柄時，相應的變速行程開關不受壓；推回變速手柄時，相應的變速行程開關壓下，SQ1、SQ2為主軸變速用行程開關，SQ3、SQ4為進給變速用行程開關。停車變速由SQ1SQ4、KT、KM1、KM2和KM6組成主軸和進給變速時的低速脈動控制，以便齒輪順利嚙合。下面以主軸變速為例加以說明

26、。因為進給運動未進行變速，進給變速手柄處于推回狀態(tài)，進給變速開關ST3、ST4均為受壓狀態(tài)，觸頭ST3（4-14）斷開，SQ4（17-15）斷開。主軸變速時，拉出主軸變速手柄，主軸變速行程開關SQ1、SQ2不受壓，此時觸頭SQ1（4-14），SQ2（17-15）由斷開狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)，使KM1通電并自鎖，同時也使KM6通電吸合，則M1串入電阻R低速正向起動。當電動機轉速達到140r/min左右時，KS-1（14-17）常閉觸頭斷開，KS-1（14-19）常開觸頭閉合，使KM1線圈斷電釋放，而KM2通電吸合，且KM6仍通電吸合。于是，M1進行反接制動，當轉速降到100r/min時，速度繼電器KS

27、釋放，觸頭復原KS-1（14-17）常閉觸頭由斷開變?yōu)榻油?，KS-1（14-19）常開觸頭由接通變?yōu)閿嚅_，使KM2斷電釋放，KM1通電吸合，KM6仍通電吸合，M1又正向低速起動。由上訴分析可知：當主軸變速手柄拉出時，M1正向低速起動，而后又制動為緩慢脈動轉動，以利齒輪嚙合。當主軸變速完成將主軸變速手柄推回原位時，主軸變速開關SQ1、SQ2壓下，使SQ1、SQ2常閉觸頭斷開，SQ1常開觸頭閉合，則低速脈動轉動停止。進給變速時的低速脈動轉動與主軸變速時相似，但此時起作用的是進給變速開關SQ3和SQ4。運行中變速控制。主軸或進給變速可以在停車狀態(tài)下進行，也可以在運行中進行變速。下面以M1電動機正向高

28、速運行中的主軸變速為例，說明運行中變速的控制過程。M1電動機在KA1、KM3、KT、KM1和KM7、KM8控制下高速運行。此時要進行主軸變速，欲拉出主軸變速手柄，主軸變速開關SQ1、SQ2不再受壓，此時SQ1（10-11）觸頭由接通變?yōu)閿嚅_，SQ1（4-14）、SQ2（17-15）觸頭由斷開變?yōu)榻油ǎ瑒tKM3、KT線圈斷電釋放，KM1斷電釋放，KM2通電吸合，KM7、KM8斷電釋放，KM6通電吸合。于是M1定子繞組接為三角形聯結，串入限流電阻R進行正向低速反接制動，使M1轉速迅速下降，當轉子下降到速度繼電器KS釋放轉速時，又由KS控制M1進行正向低速脈動轉動，以利齒輪嚙合。待推回主軸變速手柄時

29、，SQ1、SQ2行程開關壓下，ST1常開觸頭由斷開變?yōu)榻油顟B(tài)。此時KM3、KT和KM1、KM6通電吸合，M1先正向低速（三角形聯結）起動，后在時間繼電器KT控制下，自動轉為高速運行。由上述可知，所謂運行中變速是指機床拖動系統(tǒng)在運行中，可拉出變速手柄進行變速，而機床電氣控制系統(tǒng)可使電動機接入電氣制動，制動后又控制電動機低速脈動旋轉以利齒輪嚙合。待變速完成后，推回變速手柄又能自動啟動運行。（6）快速移動控制主軸箱、工作臺或主軸的快速移動，由快速手柄操縱并聯動SQ7、SQ8行程開關，控制接觸器KM4或KM5，進而控制快速移動電動機M2正反轉來實現快速移動。將快速手柄扳在中間位置，SQ7、SQ8均不

30、被壓動，M2電動機停轉。若將快速手柄扳到正向位置，ST7壓下，KM4線圈通電吸合，M2正轉，使相應部件快速移動。反之，若將快速手柄扳到反向位置，則SQ8壓下，KM5線圈通電吸合，M2反轉相應部件獲得反向快速移動。3.3 T68臥式鏜床采取單位保護措施T68臥式鏜床電氣控制電路具有完善的聯鎖與保護環(huán)節(jié)：（1）主軸箱或工作臺與主軸機動進給聯鎖。為了防止在工作臺或主軸箱進給時出現將主軸或平旋盤刀具溜板也扳到機動進給的誤操作，安裝有與工作臺、主軸箱進給操作手柄有機械聯動的行程開關SQ5，在主軸箱上安裝了與主軸進給手柄、平旋盤刀具溜板進給手柄有機械聯動的行程開關SQ6。若工作臺或主軸箱的操縱手柄扳在機動

31、進給時，壓下ST5，其常閉觸頭SQ5（3-4）斷開，若主軸或平旋盤刀具溜板進給操縱手柄扳在機動進給時，壓下SQ6，其常閉觸頭SQ6（3-4）斷開，所以，當這兩個進給操作手柄中的任何一個扳在機動進給位置時，電動機M1和M2都可起動運行。但若兩個進給操作手柄同時扳在機動進給位置時，SQ5、SQ6常閉觸頭都斷開，切斷了控制電路電源，電動機M1、M2無法起動，也就避免了誤操作造成事故的危險，實現了聯鎖保護作用。（2）M1電動機正反轉控制、高低速控制、M2電動機的正反轉控制均設有互鎖控制環(huán)節(jié)。（3）熔斷器FU1FU4實現短路保護；熱繼電器FR實現M1過載保護；電路采用按鈕、接觸器或繼電器構成的自鎖環(huán)節(jié)具

32、有欠電壓與零電壓保護作用。4 T68臥式鏜床PLC改造4.1 PLC的選擇隨著PLC技術的發(fā)展，PLC產品的種類也越來越多，而且功能也日趨完善。其結構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等各有所不同，適用的場合也各有所側重。因此，合理的選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)技術經濟指標有著重要意義。PLC的選擇原則如下：（1）PLC機型選擇機型選擇基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳性能價格比。其中包括：合理的結構形式、安裝方式的選擇、相當的功能要求、響應速度的要求、系統(tǒng)可靠的要求和機型統(tǒng)一的要求。（2）PLC容量的選擇 PLC的容量包括I/O點數和用戶存儲容量兩個

33、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的應用范圍和價格。在選擇時包括對開關量輸入模塊的選擇，例如：輸入信號類型極電壓等級、輸入接線方式、同時接通輸入點數量。對開關量輸出模塊選擇，例如：輸出方式、輸出接線方式、輸出電流選擇、同時接通輸出點數量和最大負載電流和負載類型。（4）電源模塊及其外設的選擇主要包括：電源模塊的選擇、編程器的選擇、寫入器的選擇。根據圖3-1可知,主要對主電機、快速電機進行控制。為了使設計整體化，本設計只對電氣控制電路部分進行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-

34、200 型PLC控制系統(tǒng)取代T68電氣控制線路,主電機與快速電機的主電路仍采用圖3-1的主電路。對主軸電動機的具體控制要求是: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,低速正轉停車控制,低速反轉停車控制,高速正反轉停車控制，主軸、進給變速脈動控制。有過載和短路保護。對進給、快速移動電動機的具體控制要求是:正反轉控制,短路保護。在圖3-1中的開關器件（SB1、SB2等）等對應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

35、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（其主要技術指標如表4-1所示）。表4-1 CPU22X（CPU226）主要技術指標表型號CPU226程序/字4096用戶數據/字2560用戶儲存器類型EEFPROM本機I/O17入/15出數字量I/O映像區(qū)大小/bit256模擬量I/O映像區(qū)大小/bit32入/32出I/O映像寄存器/bit1281/和128Q順序控制繼電器/bit256下表4-2是本次設計所用到電氣元件：表4-2電氣元件一覽表符號數量名稱及用途M11主電動機，拖動主運動和進給運動用M21快速移動用電機QS1電源引入開關QF1低壓斷路器FU2、F

36、U3、FU43熔斷器KM1、KM22主電動機正反轉用接觸器KM31限流電阻短路用接觸器KM4、KM52快速電機正反轉用接觸器KM6、KM7、KM83主電動機高低速轉換用接觸器EL136V安全電壓局部照明燈HL16.3V電源接通指示燈SQ5、SQ62行程開關，主軸箱或工作臺與主軸機動進給聯鎖SB61M1電機停止按鈕SB11主電動機正轉起動按鈕KA1、KA22電磁式中間繼電器SB21主電動機反轉起動按鈕KT1時間繼電器KS-1、KS-22速度繼電器SB3、SB42主電動機正反轉點動按鈕SQ1、SQ22主軸變速用行程開關SQ3、SQ42進給變速用行程開關SQ5、SQ62主軸箱、工作臺限位行程開關ST

37、7、ST82快速電動機正反轉用限位開關R1點動、高速啟動，制動用限流電阻KT2通電、斷電延時時間繼電器FR2主電動機、進給電機過載保護用熱繼電器PLC1可編程控制器4.2 I/O地址分配4.2.1 I/O地址分配表將外接的16個現場輸入信號和14個輸出信號分配給PLC 的IO地址(接線端子號) , 時間繼電器和兩個中間繼電器均用輔助繼電器代替，所用到的I/O地址分配如表4-3所示。表4-3 I/O地址分配表輸入信息輸出信息名稱代號編號名稱代號編號主軸電機M1熱繼電器FRI0.0主電機M1正轉接觸器KM1Q0.0主軸電動機M1正轉起動按鈕SB1I0.1主電機M1反轉接觸器KM2Q0.1主軸電動機

38、M1正轉起動按鈕SB2I0.2限流電阻接觸器KM3Q0.2主軸電動機M1正轉點動按鈕SB3I0.3主軸電機M2正轉接觸器KM4Q0.3主軸電動機M1反轉點動按鈕SB4I0.4主軸電機M2反轉接觸器KM5Q0.4主軸電動機M1停止按鈕SB6I0.5主軸電機M1低速運轉接觸器KM6Q0.5主軸電動機高低速轉換開關SQI0.6主軸電機M1高速正轉接觸器KM7Q0.6主軸變速行程開關SQ1I0.7主軸電機M1高速反轉接觸器KM8Q0.7主軸變速行程開關SQ2I1.0進給電機過載報警HL1Q1.0進給變速制動停止行程開關SQ3I1.1主軸電機正反轉運行指示燈HL2Q1.1進給變速制動停止行程開關SQ4I

39、1.2主軸電機正反轉點動運行指示燈HL3Q1.2工作臺或主軸箱機動進給行程開關SQ5I1.3主軸電動機高低速運行指示燈HL4Q1.3主軸或花盤刀架機動進給行程開關SQ6I1.4快速電動機正反轉運行指示燈HL5Q1.4快速移動正轉行程開關SQ7I1.5主軸電機過載報警HL6Q1.5快速移動反轉行程開關SQ8I1.6主軸電機M2熱繼電器FR2I1.74.2.2 I/O接線圖根據I/O地址分配表繪制I/O接口線路圖。如圖4-2所示：圖4-2 T68臥式鏜床I/O接口圖4.3 PLC程序設計4.3.1 主電路PLC控制程序設計T68臥式鏜床電控系統(tǒng)主電路控制原理圖見圖3-1所示：（1）M1主電動機的低

40、速運行控制（以正轉為例說明）按下SB1，使中間繼電器KA1得電并自鎖，同時KA1常開觸點（5-6）、（15-18）同時閉合，使KM3線圈得電，同時KM3常開觸點閉合（15-18），使KM1線圈得電，電動機低速正傳。按下SB6，使KA1、KM1、KM3和KM6相繼斷電釋放，同時KS-1（14-19）觸點閉合，使KM2線圈得電并自鎖，并使KM6線圈得電吸合，串入電阻R進行反接制動。當電動機轉速降至速度繼電器KS復位轉速時KS-1（14-19）斷開，使KM2、KM6斷電釋放，反接制動結束。根據以上分析及其工作原理得主電動機低速運行流程圖如圖4-3所示：圖4-3主軸電機低速運行工作流程圖主軸電動機低速

41、運行PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有8個，其中有2個起動按鈕，1個停止按鈕，4個行程開關， 1個熱繼電器。輸出信號有5個， 2個主軸電動機起動的交流接觸器KM1、KM2，2個主軸電動機反接制動的交流接觸器KM3、KM6，1個運行指示燈HL2。根據以上信息可以繪制出主軸電動機低速運行的I/O接口圖，如圖4-4所示：圖4-4 主軸電動機低速運轉I/O接口圖 根據控制要求及I/O接口圖可以繪制出主軸電機低速正向運行的梯形圖如圖4-5所示、反向運行的梯形圖如圖4-6所示：圖4-5 主軸電機低速正向控制梯形圖圖4-6 主軸電機低速反向控制梯形圖（2）主軸電動機點動控制按下SB3，使KM1得電但是并沒有自鎖，電

42、動機M1正轉；當手放開時，KM1失電，電動機M1停止。按下SB4，使KM2得電但是并沒有自鎖，電動機M1反轉；當放開手時，KM2失電，電動機M1停止。如圖4-7為點動控制電氣部分電路圖。圖4-7 點動控制電氣部分電路圖 根據以上敘述與工作原理得主軸電機M1點動運行流程圖如圖4-8所示：圖4-8 主軸電動機點動運轉流程圖主軸電動機點動運行PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有5個，其中有2個起動按鈕，2個行程開關，1個熱繼電器；輸出信號有3個，2個主軸電動機起動的交流接觸器,1個運行指示燈HL3。根據以上信息可以繪制出主軸電動機點動運行的I/O接口圖，如圖4-9所示：圖4-9 主軸電動機點動運轉I/O接口圖

43、根據控制流程圖和I/O接口圖，繪制出主軸電機點動控制的梯形圖。如圖4-10、4-11所示：圖4-10 主軸電機點動正轉控制梯形圖圖4-11 主軸電機點動反轉控制梯形圖（3）主軸電動機高低速轉換控制 低速運行時，當低、高速轉換行程開關ST被壓下，時間繼電器KT得電，其延時斷開觸點斷開使KM6失電，延時閉合觸點閉合使KM7、KM8得電，KM7、KM8的主觸點將電動機的繞組接成雙星形并重新接入電源，從而使電動機從低速轉為高速運行。如圖4-12為主軸電機低速轉高速電氣部分電路圖。圖4-12 主軸電機低速轉高速電氣部分電路圖根據圖4-12主軸電機低速轉高速電氣部分電路圖，繪出主軸電機低速轉高速工作流程圖

44、4-13如圖所示：圖4-13 主軸電機低速轉高速流程圖主軸電動機低速轉高速運行PLC控制系統(tǒng)的輸入信號有8個，其中4個起動按鈕，1個停止按鈕，2個行程開關，1個熱繼電器。輸出信號有7個，其中5個電機相關運行的交流接觸器，1個運行指示燈HL4。根據以上信息可以繪制出主軸電動機低速轉高速運行的I/O接口圖，如圖4-14所示：圖4-14 主軸電動機低速轉高速運行的I/O接口圖根據I/O接口圖和控制流程圖，可以繪制出主軸電動機反轉低速轉高速的梯形圖，見圖4-15。根據I/O接口圖和控制流程圖，可以繪制出主軸電動機正轉低速轉高速的梯形圖，見圖4-16。 圖4-15 主軸電動機反轉低速轉高速的梯形圖圖4-

45、16 主軸電動機正轉低速轉高速的梯形圖4.3.2 進給電機PLC控制程序設計M2進給電機的快速移動的控制：主軸箱、工作臺或主軸的快速移動，由快速手柄操縱并聯動SQ7、SQ8行程開關，控制接觸器KM4或KM5，進而控制快速移動電動機M2正反轉來實現快速移動。將快速手柄扳在中間位置，SQ7、SQ8均不被壓動，M2電動機停轉。若將快速手柄扳到正向位置，ST7壓下，KM4線圈通電吸合，M2正轉，使相應部件快速移動。反之，若將快速手柄扳到反向位置，則SQ8壓下，KM5線圈通電吸合，M2反轉，相應部件獲得反向快速移動，如圖4-17進給電機快速移動部分電氣電路圖。圖4-17 進給電機快速移動部分電氣電路圖根

46、據進給電機快速移動的部分電氣原理圖4-17，繪制出進給電機快速移動的工作流程圖如圖4-18所示：圖4-18 進給電機快速移動的工作流程圖進給電機快速移動PLC控制輸入信號共有5個，其中1個熱繼電器，4個行程開關，輸出信號有3個。2個均為進給電機快速移動交流接觸器，1個為運行指示燈。根據以上信息可以繪出進給電機快速移動的I/O接口圖如圖4-19所示：圖4-19 進給電機快速移動I/O接口圖根據進給電機控制流程圖與進給電機I/O接口圖，可以繪制出進給電機快速移動的梯形圖，如圖4-20、4-21所示：圖4-20 進給電機快速正向移動的梯形圖圖4-21 進給電機快速反向移動的梯形圖4.3.3 過載信號

47、報警顯示燈PLC控制程序設計本PLC改造設計了主軸電動機和進給電動機過載報警指示功能，原來的電氣原理圖中主軸電機和進給電機都有熱繼電器進行過載保護，但我們并不知道他什么時候過載，所以本PLC改造設計了過載報警指示燈，當主軸電機過載時，主軸電機過載保護指示燈就會一直閃爍，進給電機過載時其指示燈亮，直到報警解除。 T68臥式鏜床進給電機只是進行短時間的工作，其過載的可能性很小；但是本PLC改造設計從安全的角度出發(fā)，考慮到可能裝夾的工件過重，或是工件過大，在進給過程中與機床部件碰撞、卡住，就會造成進給電機無法拖動而過載。具體的報警程序梯形圖設計如圖4-22所示：圖4-22 過載報警梯形圖4.3.4

48、系統(tǒng)PLC程序梯形圖根據T68臥式鏜床的總體控制要求，設計出該電氣控制系統(tǒng)的梯形圖，如圖4-23。該程序共有34條支路，反映了原繼電器電路中各種邏輯內容。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系還充分考慮了系統(tǒng)安全性，運用了具有互鎖、過載報警、運行指示功能的設計，如主軸電機梯形圖中分別串聯上了Q0.0和Q0.1的常閉觸點，用來完成對KM1，KM2的保護控制；主軸電機過載時，指示燈HL6會一直閃爍，直至警報解除；主軸電機低速運轉時，運行指示燈HL2同時工作并發(fā)光，停止運行時指示燈熄滅，這樣很直觀的將機床的運動情況反映出來。從而提高了整個機床控制系統(tǒng)運行的可靠性

49、。在程序設計中，將不同控制方式的程序分別編寫，根據工作方式選擇開關，決定執(zhí)行哪行程序，這樣使編程結構清晰，編程方便。圖4-23 系統(tǒng)PLC程序梯形圖5改造后控制系統(tǒng)的調試系統(tǒng)調試分為兩個階段：第一階段為模擬調試，第二階段為現場運行調試。在程序輸入PLC后，應先進行模擬調試。因為在程序設計過程中，難免有疏漏的地方，因此在將PLC連接到現場設備之前，必須進行模擬調試，以排除程序中的錯誤，同時也為現場運行調試打好基礎，縮短現場運行調試的周期。在模擬調試時，外接適當數量的輸入開關作為模擬輸入信號，通過輸出模塊上的發(fā)光二極管來觀察PLC的輸出是否滿足要求，發(fā)現問題立即修改和調整程序，直到滿足控制要求。

50、在PLC軟、硬件設計控制柜及現場施工完成后，就可進行整個系統(tǒng)的現場運行調試。如果控制系統(tǒng)由幾個部分組成，則先作局部調試，然后進行整體調試；如果控制程序的步序較多，則可先進行分段調試，然后再連接起來總調試。調試中發(fā)現的問題，要逐一排除，直至調試成功。現場調試完成并對各種安全環(huán)節(jié)詳細檢查后，若沒有問題則可進行考驗性的試運行，經運行后如果一切正常，則的程序固化確定。T68鏜床原繼電器電路經西門子S7-200 系列PLC改造后，雖然PLC一次性投資較大，但改造后的設備大大降低了運行的故障率，提高了設備運行的穩(wěn)定性和效率，減輕了工人的勞動強度，降低了日常維護成本，并可避免出現因誤操作而引起的事故。改造后設備經使用運行，結果表明效果非常好。6 結論在原有的T68型臥式鏜床控制系統(tǒng)為基礎，借鑒其它鏜床控制系統(tǒng)的優(yōu)點，通過采用西門子S7-200系列V3.1STEP 7 MicroWIN編程軟件進行編程，利用西門子PLC中文仿真器對編程結果進行調試。設計出了符合實際應用要求，自動化程度相對較高，有實際應用前景的基于PLC運動控制平臺的T68型臥式鏜床控制系統(tǒng)。通過調試運行，證明了控制系統(tǒng)改造的正確性和整個系統(tǒng)方案的正確性，采用西門子S7-2