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1、毕业教学环节成果（2013届）题 目 T68镗床继电接触器控制 PLC改造设计 学 院 信息工程学院 专 业 应用电子技术 班 级 应电103 学 号 201037010030305 姓 名 某某某 指导教师 某某某 2013年5月26日 金华职业技术学院毕业教学成果目 录摘要1英文摘要.1引言21 控制方案选择31.1 继电器控制方式31.2 PLC控制方案32 T68型镗床的基本结构与运行方式42.1 T68型镗床的基本构成42.2 T68型镗床的运行方式43 硬件电路设计53.1控制要求分析与电路设计53.2 PLC选型与接口电路设计53.2.1确定I/O点数53.2.2选择PLC的机型
2、5 3.3元器件计算与选型74 软件设计8 4.1主电动机点动控制程序8 4.2主电动机正反转控制与反接制动程序8 4.3主轴或进给变速时主电动机缓慢转动控制程序10 4.4主轴箱或工作台快速移动控制程序115 联机调试125.1准备工作125.2调试过程12结论与谢辞14参考文献15附件1 T68型镗床元器件清单16附件1 T68型镗床程控制序清单17T68型镗床继电接触器控制PLC改造设计信息工程学院应用电子技术专业 陈敏敏摘要:T68镗床传统的继电器接触器控制系统存在着复杂性、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
3、对T68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T68镗床控制改造的梯形图设计,提高了T68镗床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力。关键词: T68镗床 ，PLC，梯形图Design of Control System on T68 Boring Machine Based on PLC (Major of Applied Electronic Technology, Information and Engineering College， Chen MinMin)Abstract:T68 boring traditional re
4、lay contact device control system exists complexity, failure rate high, maintenance workload big, poor reliability and flexibility super-peer faults. For the production and maintenance to bring a lot of inconvenience, serious influence on production. Adopt PLC to T68 boring tradition of electrical c
5、ontrol system reforming, in actual production line has obvious efficiency, this also makes the whole production system bring push strength. PLC to control T68 boring transformation ladder diagram design, improve the T68 boring electric control system reliability and anti-interference ability. Key wo
6、rd: T68 boring, PLC, ladder diagram 引言 PLC(可编程序控制器)是以微机技术为核心的通用工业控制装置。它是将传统的继电器-接触器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有功能大、环境适应性好、编程简单、使用方便等优点。因此，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面，PLC得到广泛的应用。学习、掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义。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
7、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T68镗床的电气控制线路进行了分析与研究后,T68镗床具有主轴转速高、调速范围宽等功能外；T68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T68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T68镗床控制改造的设计梯形图,提高了T68镗床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；然而PLC对
8、T68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。1 控制方案选择1.1 继电器控制方式在最初的设计以及我们在其他课程中学习的电路的设计均采用传统的继电器控制来设计系统，对T68镗床继电器控制系统的设计，首先要对其电路的理解，及电路的安装。在安装过程中，需注意电器的选型及各个参数的运算，完成前期工作，电路的功能，均能实现，但对于继电器控制设计方案的采用，当出现机械和电气故障时，对于维修检查人员的工作量很大，且在安装过程中，运用到强电，安全隐患大，同时在调试过程中也有多处不便。根据T68镗床继电器控制系统的控制要
9、求，设计的电气控制电路图1-1所示。图1-1 T68镗床继电器原理图1.2 PLC控制方案PLC控制器的运用，具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点，因此，利用PLC对T68镗床继电器控制电路进行设计，编程简单，通用性强，在出现故障时，根据软件中的监视功能查看故障点，便于解决和调试，有助于提高设备的可靠性、使用率。再加上在课程中的学习，对于PLC的控制设计有了一定的了解，也便于我们在设计过程中进行比较，两种方案均合适，但基于容易掌握与理解，我选择了利用PLC控制器进行T68镗床电气控制系统的设计。2 T68型镗床的基本结构与运行方式2.1 T68型镗床的基本结构T68型镗床主要由
10、床身、主轴箱、前立柱、后立柱、尾架、下拖板、上拖板和工作台等部分组成，如图2-1所示。 图2-1所示 T68型镗床结构示意图2.2 T68镗床的运行方式 （1）主运动 包括主轴旋转和花盘旋转运动。（2）进给运动 包括主轴轴向（进、出）移动、主轴箱的垂直(上、下）移动、花盘刀具溜板的径向移动、工作台的纵向（前、后）和横向（左、右）移动。（3）辅助运动 包括工作台的旋转运动、后立柱的水平移动和尾架垂直移动3 硬件电路设计3.1 控制要求分析与电路设计T68镗床的控制要求分析如下：M1为主电动机，由接触器KM1、KM2控制其正、反转；KM4控制M1低速运转，KM5控制M1高速运转；KM3控制M1反接
11、制动限流电阻。M2为快速移动电机，由KM6、KM7控制快速移动正反转，热继电器FR作M1过载保护。设计T68镗床的主电路如图3-1所示。图3-1 主电路图3.2 PLC选型与接口电路设计3.2.1确定I/O点数在设计电路中，根据原有的控制电路来计算I/O点数，其中：按钮5个，行程开关10个，转换开关1个，过载保护1个，速度继电器2个，共计输入点数19个；接触器7个，共计输出点数7个。3.2.2 选择PLC机型根据确定的I/O点数，考虑留有一定的余量，选择S7-200系列中的型号为CPU226的PLC，此型号PLC输入点为24、输出点位16，继电器输出。设计的PLC接口电路如图3-2所示。I/O
12、地址分配见表3-3。图3-2 PLC接口电路图表3-1 I/O地址分配表输入输出主轴过载保护 FR1I0.0KM1 主轴正转Q0.0主轴停止 SB1I0.1 KM2 主轴反正Q0.1主轴正转启动 SB2I0.2KM3 电阻短接Q0.2主轴反正启动 SB4I0.3KM4 主轴低速Q0.3主轴正转点动 SB6I0.4KM5 主轴高速Q0.4主轴反正点动 SB8I0.5 KM6 快速移动正转Q0.5主轴进给联锁 SQ1I0.6 KM7 快速移动反转Q0.6工作台进给联锁 SQ2I0.7主轴变速冲动 SQ3I1.0进给变速冲动 SQ4I1.1主轴变速联锁 SQ5I1.2进给变速联锁 SQ6I1.3高低
13、俗转换开关 SA1I1.4快速移动正转 SQ7I1.5快速移动反转 SQ8I2.0速度继电器正转 KS1I2.1速度继电器反转 KS2I2.2工作台右限位 SQ10I2.3工作台左限位 SQ11I2.43.3元器计算与件选型（1）隔离开关QS的选择控制全压起动电动机时，其电流应选为电动机电流1.52.5倍。本题电动机电流15A，取2.5倍为37.5A，确定开关型号为HZ10-60/380V（2）转换开关SA1的选择计算结果为：152.5=37.5A，确定开关型号为LX3-11K1-10/3J（3）行程开关的选择 计算结果为：152.5=37.5A,确定开关型号为LX3-11K（4）熔断器的选择
14、对于多台交流电动机线路上总熔断器的熔体额定电流，应等于线路上功率最大一台电动机额定电流的1.52.5倍。计算结果为：152.5=37.5确定熔断器型号RL1-100/60（熔座100A/熔体60A）（5）接触器的选择KM1、KM2、KM13、KM4、KM5选型：M1额定电流为15A，取1.25倍为18.75A，确定接触器型号为CJO-40 30A 380V KM6、KM7选型：M2额定电流为6A，取1.25倍为7.5A，确定接触器型号为CJO-10 10A 380V（6）热继电器的选择对于长期稳定工作且散热条件良好的电动机，一般选取热继电器的整定电流等于电动机额定电流的（95%105%）倍 。
15、M1额定电流为15A，确定FR1型号为JR0-20/3 4 软件设计4.1主电动机点动控制程序主电动机正向点动：按牢SB6，接触器线圈KM1和KM4通电，其余接触器线圈均断电，主电动机M1低速正向旋转；松开SB6或主电动机过载时，主电动机断电停止。主电动机反向点动：按牢SB8，接触器线圈KM2和KM4通电，其余接触器线圈均断电，主电动机M1低速反向旋转；松开SB8或主电动机过载时，主电动机断电停止。根据控制过程分析，再考虑到电源安全，KM1与KM2应互锁，KM4与KM5应互锁，设计主电动机点动控制程序如图4-1所示。图4-1 主电动机点动控制程序4.2主电动机正反转控制与反接制动程序主电动机正
16、向低速旋转：SA1处在断开位置，SQ5和SQ6均为压合状态，按下正转起动按钮SB2，接触器线圈KM3得电，将电阻R短接，接触器线圈KM1和KM4均得电，其余接触器线圈均断电，主电动机接成形，直接低速旋转。在主电动机正向运转过程中，当正转速度高于150r/min时，速度继电器正转KS1的常开触头闭合，KM1、KM3和KM4均得电；在按一下主轴停止按钮SB1后，使KM1和KM3均失电，使KM2和KM4均得电，三相电源经电阻R进行反接制动；当主电动机正转速度低于100r/min时，速度继电器正转KS1的常开触头断开，使KM2失电，反接制动完毕，主电动机断电停止。主电动机正向高速旋转：SA1处在闭合位
17、置，SQ5和SQ6均为压合状态，按下SB2， KM3得电，将电阻R短接，KM1和KM4均得电，其余接触器线圈均断电，主电动机组接成形，直接低速旋转。经过3s延时后，KM4失电，KM5得电，其余不变，主电动机接成形并重新生接通三相电源，从而使主电动机由低速旋转变为高速旋转。在主电动机高速运转过程中，当正转速度高于150r/min时，速度继电器正转KS1的常开触头闭合，KM1、KM3和KM5均得电；按下SB1，使KM1、KM3和KM5均失电，使KM2和KM4均得电，三相电源经电阻R进行反接制动；当主电动机正转速度低于100r/min时，速度继电器正转KS1的常开触头断开，使KM2失电，反接制动完毕
18、，主电动机断电停止。主电动机反向低速（或高速）旋转：只要将操作按钮由SB2换成SB4，将接触器线圈KM1换成KM2，其余电路工作过程分析和主电动机正向低速（或高速）旋转相同。主电动机低速（或高速）反转时的反接制动：主电动机反转速度高于150r/min时，速度继电器反转KS2的常开触头闭合，KM2、KM3和KM4（或KM5）均得电；在按一下SB1后，使KM2和KM3（高速时还包括KM5）均失电，使KM1和KM4均得电，三相电源经电阻R进行反接制动；当主电动机反转速度低于100r/min时，速度继电器正转KS2的常开触头断开，使KM1和KM4均失电，反接制动完毕。根据控制过程分析，当主电动机过载时
19、，FR1动作，使KM1或KM2失电，再考虑到电源安全，KM1与KM2应互锁，KM4与KM5应互锁，设计主电动机正反转控制与反接制动程序如图4-2所示。图4-2 主电动机正反转控制与反接制动程序4.3主轴或进给变速时主电动机缓慢转动控制程序 当主轴变速时，首先将变速操作盘上的主轴变速操纵手柄向外拉出，然后转动主轴变速盘，选择所需的速度，最后将变速操作手柄推回原位。在拉出与推回变速操纵手柄的同时，与其联动的行程开关SQ5、SQ3相应动作，即手柄向外拉出时，SQ5不受压而SQ3受压；推回时，SQ5受压而SQ3不受压。在手柄向外拉出时，SQ5不受压而SQ3受压，使KM3失电， 且当正转速度低于100r
20、/min时,KM1和KM4均得电，KM2失电，主电动机经电阻R低速正向起动；当主电动机正转速度大于150r/min时，KS1常开触点闭合，KM1断电，KM2和KM4均得电，主电动机反接制动。当正转速度降到100r/min时，则KS1常开触点又回到断开状态，KM1和KM4均得电，KM2失电，主电动机经电阻R低速正向起动，重复上述过程。这种间歇的正向起动、反接制动，使主电动机缓慢旋转，以利于齿轮的啮合。手柄推回原位后，则SQ5受压而SQ3未受压，KM1、KM2和KM4均失电，主轴变速冲动结束。进给变速时，首先将进给变速手柄向外拉出，然后转动进给变速盘，选择所需要的进给速度，最后将进给变速手柄推回原
21、位。在进给变速手柄向外拉出时，SQ6不受压而SQ4受压，KM3失电，且当正转速度低于100r/min时，KM1和KM4均得电，正向进给起动；当正转速度大于150r/min时，KS1常开触点闭合，KM1断电， KM2和KM4均得电，主电动机反接制动。当正转速度降到100r/min时，则KS1常开触点又回到断开状态，KM1和KM4均得电，KM2失电，主电动机经电阻R低速正向起动，重复上述过程。这种间歇的正向起动、反接制动，以利于进给变速时的齿轮啮合。进给变速手柄推回原位后，则SQ6受压而SQ4未受压，KM1、KM2和KM4均失电，进给变速冲动结束。根据控制过程分析，再考虑到安全联锁要求，设计主轴或
22、进给变速时主电动机缓慢转动控制程序如图4-3所示。图4-3 主轴或进给变速时主电动机缓慢转动控制程序4.4主轴箱或工作台快速移动控制程序当快速手柄扳向“正向”快速位置时，SQ7受压而SQ8不受压， KM6得电，M2正转。当快速手柄扳向“反向”快速位置时，SQ7不受压而SQ8受压，KM7得电，M2反转。当快速手柄扳向“停止”位置时，SQ7或者SQ8均不受压，KM6或KM7处于失电状态，M2断电，快速移动结束。当工作台“正向”快速移动到右限位时，压合SQ10，KM6失电；当工作台“反向”快速移动到左限位时，压合SQ11，KM7失电。为了电源安全，KM7与KM8应互锁。设计主轴箱或工作台快速移动控制
23、程序如图4-4所示。图4-4 主轴箱或工作台快速移动控制程序5 联机调试用STEP-7编程软件编制用户程序可按以下步骤进行：启动STEP-7软件、建立新工程文件、绘制梯形图、编译程序、下载程序和监视程序运行等。5.1准备工作（1） 首先在断电的情况下，按照电气控制原理图接线。（2） 将各开关置分断位置。（3） 仔细检查接线以确保无误后，插上三相电源。（4） 对上述的程序进行编译，编译成功后，点击工具条中的“传送到PLC”按钮来实现程序的下载。点击工具条中的快捷运行按钮，进入程序的监控状态后，梯形图窗口中被点亮的元件表示是导通的，否则为断开。5.2调试过程（1）主电动机正向点动和反向点动控制主轴
24、正向点动操作。接通电源，按牢SB6不放，主轴正向低速运行，松开SB6，主轴停止。主轴反向点动操作。接通电源，按牢SB8不放，主轴反向低速运行，松开SB8，主轴停止。（2）主电动机正反转控制与反接制动控制主轴低速正向运转与反接制动。将SA1置左边（断开）位置，将SQ5和SQ6均压合，接通电源，按一下SB2，主轴电动机按“”接法低速正向运行。在主轴正转时，按一下SB1，主轴电动机反接制动停转。主轴低速反向运转与与反接制动。将SA1置左边（断开）位置，将SQ5和SQ6均压合，接通电源，按一下SB4，主轴电动机按“”接法反向低速运行。在主轴反转时，按一下SB1，主轴电动机反接制动停转。（3）主轴变速或
25、进给变速的控制主轴变速控制。接通电源，将SQ5置复位位置，KM3失电，KM4得电；压合SQ3， KM1、KM2交替得电吸合，主电动机间隙歇性缓慢转动，使主轴变速齿轮能更好的的啮合。松开SQ3，KM1、KM2都释放，主轴变速冲动停止。进给变速控制。接通电源，将SQ6置复位位置，KM3失电，KM4吸合；压合SQ4， KM1、KM2交替吸合，主电动机间隙歇性缓慢转动，使进给变速齿轮能更好的的啮合。松开SQ4，KM1、KM2都释放，进给变速冲动停止。（4）主轴箱或工作台的快速移动控制主轴箱正向高速移动控制。将SA1置右边（闭合）位置，接通电源，按一下SB2，主轴箱开始正向低速移动；经一段延时时间后，主
26、轴箱切换成正向高速移动。按一下SB1，主轴电动机制动停转，主轴箱停止移动。主轴箱反向高速移动控制。将SA1置右边位置，接通电源，按一下SB4，主轴箱开始反向低速移动；经一段延时时间后，主轴箱切换成反向高速移动。按一下SB1，主轴电动机制动停转，主轴箱停止移动。工作台快速移动操作。工作台向右移动。接通电源，按牢SQ7不放，工作台向右移动，松开SQ7，工作台停止。在工作台向右移动时，按下右限位开关SQ10，工作台立即停止。工作台向左移动。接通电源，按牢SQ8不放，工作台向左移动，松开SQ8，工作台停止。在工作台向左移动时，按下左限位开关SQ11，工作台立即停止。 （5）主轴进刀与工作台进给的联锁控
27、制 主轴进刀与工作台进给不能同时进行，即SQ1、SQ2为互锁开关，只压合其中任意一个，机床线路均能正常工作；如果同时压合SQ1和SQ2，则所有接触器均断电释放，机床线路不工作。结论与谢辞对于T68镗床控制系统设计的学习，从原理图的分析与设计到程序的编写与调试，基本上是自己独立完成的，设计期间遇到一些的问题，但在王老师的指导下，问题都已经解决，完成了设计任务。在这次的毕业设计中，很好的锻炼了自己独立思考问题解决问题的能力，以及熟练掌握一些Word、Visio等软件的操作技巧，相信这些在以后的工作中都会用到。衷心感谢我的指导老师王成福教授。在这次毕业设计当中，得到了王教授的悉心指导，使我从对课题的
28、茫然无知到课题的顺利完成，课题的每一步的进展都凝聚着熊老师的心血。因此特在此向王教授致以诚挚的谢意。感谢王成福教授的帮助和支持。王教授不仅教给我专业知识，也教给我许多课外知识，这些知识将对我今后踏入社会工作起到了很重要的作用。同时我也从学院各位老师那里学到了许多做人的原则，这些将有益于我今后的发展。在这里，我衷心的感谢王成福老师，同时也对本文做出认真审阅的老师们给以深深的敬意！并祝老师们身体健康，工作顺利！最后，感谢所有关心我、支持我、帮助过我的同学和朋友，有你们的陪伴是我一生的幸福！参考文献1 王成福.黄敏.张小杭.电器及PLC控制技术M.浙江大学出版社,2008,3：99105.2 王成福
29、.任俊杰.邵杰等.可编程序控制器及其应用M.机械工业出版社，2006,7：5765.3 龙志文主编.SIMATIC S7 PLC原理及应用M.机械工业出版社, 2007,4：4555.4 SIEMENS公司.SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册M. 2005,11：1321.5 刘光源. 维修电工实用手册M.北京：机械工业出版社, 2004,6：118124.6 王仁祥. 常用低压电器原理及其控制技术M.北京：机械工业出版社, 2006,2：8897附件1 T68镗床型元器件清单元器件名称符号型号规格数量功能隔离开关QSHZ15-63/31线路主电源控制熔断器FU1RL1-100/
30、60（熔座100A/熔体60A）3主线路短路保护接触器KM1CJO-40 20A 380V1主轴电动机正转接触器KM2CJO-40 20A 380V1主轴电动机反转接触器KM3CJO-40 20A 380V1主轴电动机制动电阻R短接接触器KM4CJO-40 20A 380V1主轴电动机低速接触器KM5CJO-40 20A 380V1主轴电动机高速接触器KM6CJO-10 10A 380V1M2正转控制接触器KM7CJO-10 10A 380V1M2反转控制电动机M1JDO2-51-214 7.5kw 2900/1450r/min1驱动主轴电动机M2JO2-32-4 3kw 1430r/min1
31、驱动快速移动可编程控制器S7-200S7-CPU226 AC/DC/继电器1系统控制低压断路器QF1DZ5-20/230-3A1PLC电源开关隔离变压器T1380V/220V，功率500W1PLC供电电源按钮SB1LA2 500V 5A（红）1主轴停止和反向制动按钮SB2LA2 500V 5A（绿）1主轴正转启动按钮SB4LA2 500V 5A（黑）1主轴反转启动按钮SB6LA2 500V 5A（白）1主轴正转点动按钮SB8LA2 500V 5A（蓝）1主轴反转点动组合开关SA1HZ1-10/3J 10A 500V1高低速转换开关行程开关SQ1LX3-11K 500V 5A1主轴主轴进给联锁行
32、程开关SQ2LX3-11K 500V 5A1工作台进给联锁行程开关SQ3LX3-11K 500V 5A1主轴变速冲动行程开关SQ4LX3-11K 500V 5A1进给变速冲动行程开关SQ5LX3-11K 500V 5A1主轴变速联锁行程开关SQ6LX3-11K 500V 5A1进给变速联锁行程开关SQ7LX3-11K 500V 5A1快速移动正转行程开关SQ8LX3-11K 500V 5A1快速移动反转行程开关SQ10LX3-11K 500V 5A1工作台右限位行程开关SQ11LX3-11K 500V 5A1工作台左限位速度继电器KSJY11主轴电机速度改变动作热继电器FR1JRO-20/3 16.8A1M1过载保护直流继电器JT3-31/1 DC24V7继电器隔离板附件2 T68型镗床控制程序清单10
