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1、精选优质文档-倾情为你奉上 电气工程系毕业设计论文 课 题： T68型镗床电气控制的PLC改造 姓 名： 学 号: 专 业： 电气自动化 班 级： 电气0902 指 导 教 师： 专心-专注-专业摘 要电子与信息技术的不断发展，给我国机床加工设备的现代化提供了强有力的技术支持。为了充分发挥设备效能，迅速提升加工技术与精度，越来越多的企业每年投入大量资金和技术对传统老式机床进行技术改造，取得了良好的效果。镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件(如一些箱体零件)，属于精密机床。镗床除能完成镗孔工序外，在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩
2、、车及铣等工序。因此，镗床的加工范围很广。论文对T68型卧式镗床的结构和工作原理进行了介绍，通过镗床继电器控制系统的分析，提出了基于PLC改造的总体方案和框架设计。对系统的输入、输出点进行统计，根据PLC的选型相关规定和输入输出的总点数，选用德国西门子公司生产的S7-200可编程序控制器。分配了PLC的IO地址，设计出PLC的外接线图。介绍了PLC常见的编程方法，设计了T68镗床PLC控制系统的程序。这种方法易学易用，成功率高，设计复杂的控制程序可以节约大量的设计时间。通过STEP7-Micro/WIN32软件进行程序仿真，在此基础上，进行了现场安装、调试。针对系统调试、安装以及运行过程中出现
3、的问题，进行了分析，提出了解决办法和注意的事项。从硬件和软件两个方面采取措施，提高PLC控制系统的抗干扰能力。论文最后总结了课题研究的成果,讨论了课题中所用到的编程与接口技术 。关键词：可编程控制器；梯形图；镗床；改造；调试目 录 第一章 简述PLC及其发展前景11 可编程控制器的由来、特点、性能等情况随着国家经济的发展，企业实力的加强，国内很多企业为了加强自身的经济效益和市场竞争力，相继进行了适合本企业特点的改造和结构升级，在众多的升级改造中使用最多的就是可编程控制器。可编程控制器是一种为工业机械控制所设专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的
4、产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。目前，我国机械制造业存在大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，可以应用微电子技术改造这些已有通用设备，比如用数显、数控装置改造通用设备，提高单机自动化程度，用可编程序控制器改造通用机
5、床、专用机床、组合机床自动设备与半自动设备组成的生产线，这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来这是一条低成本、高效益，符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。随着可编程控制器技术的发展，传统机械设备的控制柜逐渐被新一代的智能化仪表所代替，对于日益复杂的控制功能，传统控制柜显得无能为力，而可编程控制器具有可编程序的特点，运行时可以根据要求，选择控制算法、适应性强、可编程控制器采用软件代替硬件的方法，可以简化线路，使控制设备的性能价格比不断提高。从广义上来说，可编程控制器也是一种计算机控制系统，只不过它比一般的计算机具有更强的与
6、工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统的组成十分相似，也具有中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出(IO)接口、电源等。可编程控制器的发展分为三个阶段：第一阶段(七十年代中期)为实用化发展阶段；第二阶段(七十年代末期)为成熟阶段；第三阶段(九十年代)为加速发展阶段。在这一时期，各大公司进一步完善原有产品，不断开发出新的产品系列，并加强联网功能以构成分布式控制系统。在软件方面，可编程控制器不断向上端发展意与计算机兼容。因此，凭借其优异的控制性能和快捷的柔性系统构成，使PLC成为当今增长速度最快的工业自动化控制设备。其主要特点如下：(1)可靠性高、抗干
7、扰能力强。高可靠性是PLC最突出的特点之一，其平均无故障时间可达几十万小时。(2)编程简单易学。PLC编程大多采用类似与继电器控制电路的梯形图。(3)设计、安装容易、调试周期短，维护简单。PLC已实现了产品的系列化、标准化、通用化。设计者可在规格繁多、品种齐全的PLC中选用性能价格比高的产品。(4)模块品种丰富、通用性好、功能强大。除了单元式小型PLC外，多数采用模块式结构，并形成大、中、小系列产品。(5)体积小、能耗低。12 可编程控制器控制与传统的继电器控制的比较(1)控制方式。继电器控制是采用硬件接线实现的，即利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑。它只能
8、完成既定的逻辑控制，连线多而复杂，且体积大，功耗大，一旦设计制造完成后，再想更改十分困难。此外继电器触点数目有限，其灵活性和扩展性也很差。而PLC采用存储逻辑，通过改变程序很容易改变控制逻辑。(2)控制速度。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现控制，其动作频率低，一般在几十毫秒，此外机械触点还会出现抖动现象。而PLC动作则在微秒级，内部还有严格的同步，不会出现抖动。(3)延时控制。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作来实现延时。但是，时间继电器定时精度不高，易受环境温度和湿度的影响，而PLC用半导体集成电路作定时器，精度高，且受环境影响小。(4)其它控制方式。继电器控制系统一般只能进行开
9、关量的逻辑控制，且没有记数功能。PLC除了能进行开关量的逻辑控制外，还能对模拟量进行控制，而且便于实现多种复杂控制。(5)设计与施工。用继电器实现一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行周期长，且修改困难工程大。而PLC则可同时进行，十分方便。(6)可靠性与可维护性。继电器控制系统使用了大量的机械触点，连线多。触点的开闭会受到电弧的损坏，还有机械的磨损，寿命短，可靠性和可维护性都差。而PLC则极其容易。13可编程控制器发展的趋势可编程控制器发展的趋势如下：(1)大型网络化。即今后的PLC具有DCS系统功能。(2)模块种类多样化。为了适应各种特殊功能要求，各种功能模块将层出不穷。(3)高可靠
10、性。一些特定的环境和条件要求自动化系统有很高的可靠性，因此自诊断技术、冗余技术、容错技术在PLC中得到广泛的应用。(4)良好的兼容性。由于世界经济、技术的一体化，因此PLC也朝满足国际标准化的程度和水平发展。(5)小型化、低成本。小型PLC的基本特点是价格低，便于机电一体化。(6)编程语言的高级化。除了梯形图、语句表、流程图外，一些PLC还增加了BASIC，C等编程语言。 第二章 数控机床的概况及T68镗床的分析21数控机床的概况从企业面临的情况来看：一方面企业原有的机床老化，不能发挥其应有效用，造成现有资产的浪费，另一方面企业又急需先进的加工设备来武装自己。如何对待这些不能发挥效用或不能完全
11、发挥效用的设备，使它们焕发新的生命力，不仅仅是企业自身的问题，更关系到我国国民经济的可持续性发展。基于当代控制技术的数字化、网络化的发展方向，对这些机床进行再设计和再制造，既节约资源，减少投资，又可以提高企业的装备水平。随着科学技术的发展，旧有设备或技术的淘汰，如何利用现有的资会，有效的进行企业的技术改造是一个带有普遍性意义的问题。现在文献上大量介绍机床的数控化改造，可以肯定，数控化机床在性能上比普通机床好，但相对而言，机床的数控化改造成本较高，改造周期长，而且原来的机床要满足一定的要求才能进行数控化改造。有关资料表明，到2002年底，我国总共拥有机床约400万台，目前拥有的旧机床数控化率不到
12、4，其余的都是普通机床，这么大量的旧普通机床要全部改造成数控机床显然是不可能的。而且，对于一些单位，他们并不需要数控机床，只要普通机床就可以满足生产制造的需求。机床的PLC改造成本低、周期短，改造后电气控制系统的可靠性、稳定性以及机床的功能都可以得到极大的提高，同时具备了很好的可扩展性(其中包括今后的数控化改造)，是提高我国机床自动化程度的一个极好的解决方案。80年代的镗床。镗床采用的是继电器控制系统，经过20多年的使用，大部分机床的控制系统的元件老化，而且所以故障率居高不下，严重影响生产进度及生产质量，直接影响厂内效益、信誉及市场占有率，从而造成不可估量的损失。就其存在的问题分析如下：(1)
13、因长年使用产生了以下问题：原来的继电器控制回路接线复杂容易出故障；继电器长期使用后常出现接头氧化、接触不良和线圈烧损等现象，经常发生故障，可靠性很差。(2)时间继电器老化不稳定，时间参数需经常校正调整，机床电子元器件市场上缺乏相应的配件。(3)维修费用高因故障率高，备件使用周期缩短，维修时的配件消耗增大，增加了维修开支。(4)总体控制系统老化导致加工精度的降低。22镗床的简介一台大型设备停机一天至少会造成上千元的损失，因此车间领导希望在最短的时间内解决这些问题。如果全部更换成新设备，在时间和经济上都不允许。而且这些设备除了电气控制系统和部分液压系统容易出问题外，它的机械性能还依然完好，如果直接
14、淘汰更新显然会造成巨大的浪费。因此，考虑性价比等多方面的因素决定对其进行改造。综合以上原因可知要维持生产的正常运行，创造良好的经研效益，维持企业的长远发展，设备控制系统改造是当务之急。故而要对镗床进行改造，镗床是一种精密加工车床，主要用于加工工件上的精密圆柱孔。这些孔的轴心线往往要求严格地平行或垂直，相互间的距离也要求很准确。这些要求都是钻床难以达到的。而镗床本身刚性好，其可动部分在导轨上的活动间隙很小，而有附加支撑，所以，能满足上述加工要求。镗床能完成镗孔工序外，在万能镗床上还可以进行镗、钻、扩、绞、车及铣等工序，因此，镗床的加工范围很广。卧式镗床用于加工各种复杂的大型工件，如箱体、机体等，
15、是一种功能很全的机床。除了镗孔外，还可以进行钻、扩、绞孔以及车削内外螺纹用丝锥攻丝、车外圆柱面和端面。安装了端面铣刀与圆柱铣刀后，还可以完成铣削平面等多种工作。因此，在卧式镗床上，工件一次安装后，即能完成大部分表面的加工，有时甚至可以完成全部加工，这在加工大型及笨重的工件时，具有特别重要的意义。23 T68镗床的结构及控制要求1.镗床的结构卧式镗床的外型结构如图23所示。卧式镗床的床身是由整体的铸件制成，床身的一端装有固定不动的前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，可以上下移动。镗头架上集中了主轴部件、变速箱、进给箱与操纵机构等部件。切削刀具安装在镗轴前端的锥孔里，或安装在平旋盘的刀具溜板上
16、。在工作过程中，镗轴一面旋转，一面沿轴向做进给运动。平旋盘只能旋转，装在上面的刀具溜板可在垂直于主轴轴线方向的径向做进给运动。平旋盘主轴是空心轴，镗轴穿过其中空部分，通过各自的传动链传动，因此可独立运动。在大部分工作情况下，使用镗轴加工，只有在用车刀切削端面时才使用平旋盘。卧式镗床后立柱上安装有尾架，用来夹持装在镗轴上的镗杆的末端。尾架可随镗头架同时升降，并且其轴心线与镗头架轴心线保持在同一直线上。后立柱可在床身导轨上沿镗轴轴线方向上做调整移动。加工时，工件安放在床身中部的工作台上，工作台在溜板上面，上溜板下面是下溜板，下溜板安装在床身导轨上，并可沿床身导轨移动。上溜板又可沿下溜板上的导轨运动
17、，工作台相对于上溜板可做回转运动。这样，工作台就可在床身上做前、后、左、右任一个方向的直线运动，并可做回旋运动。再配合镗头架的垂直移动，就可以加工工件上一系列与轴线相平行或垂直的孔。图23 T68型卧式镗床结构示意图由以上分析，可将卧式镗床的运动归纳如下：(1)主运动：镗轴的旋转运动与平旋盘的旋转运动。(2)进给运动：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，工作台的横向进给与纵向进给。(3)辅助运动：工作台的回旋，后立柱的轴向移动及垂直移动。2.镗床控制要求镗床加工范围广，运动部件多，调速范围广，对电力拖动及控制提出了要求如下(1)主轴应有较大的调速范围，且要求恒功率调速，
18、往往采用机电联合调速。(2)变速时，为使滑移齿轮能顺利进入正常齿合位置，应有低速或断续变速运动。(3)主轴能做正反转低速点动调整，要求对主轴电动机实现正反转及点动控制。(4)为使主轴迅速、准确停车，主轴电动机应具有电气控制。(5)由于进给运动直接影响切削量，而切削量又与主轴转速、刀具、工件材料、加工精度等因素有关，所以一般卧式镗床主运动与进给运动由一台电动机拖动，由各自传动链传动。主轴与工作台除工作进给外，为缩短辅助时间，还应有快速移动，由另一台快速移动电动机拖动。(6)由于镗床运动部件较多，应设置必要的连锁和保护，并使操作尽量集中。24 继电器控制线路工作原理分析T68卧式镗床是使用最为广泛
19、的一种镗床，现以该型号镗床为例，图2.4所示为T68型卧式镗床的主电路图2.4 T68镗床主电路2.4.1主电路的分析本机床的电力拖动系统由两台三相交流异步电动机组成.因为功率较小,所以均采用接触器直接起动控制线路.M1是主电动机,由交流接触器KM1与KM2控制其正向转动和反向转动的起动与停止.交流接触器KM3用来短路限流电R .M1的过载保护继电器是FR1.M2是主轴箱和工作台的快速移动电动机,功率为2.2KW,转速为1460r/min.因为快速移动是短时间工作,所以不设过载保护.1)主电动机为双速电动机,用以实现拖动机床的主运动和进给运动,功率为5.5/7.5KW,转速为1460/2880
20、 r/m in.主电动机高低速的变换由主轴孔盘变速机构内的限位开关SQ控制.在常态下,SQ断开低速;当SQ被压下时,接通高速.接触器KM6、KM7以及KM8用来改变主电动机定子绕组的联接方法.当KM6的主触点闭合,绕组接成三角形,主电动机的转速为1460r/min.当KM6的主触点断开,KM7和KM8的主触点闭合时,绕组接成双星形,主电动机的转速为2880r/min.2)主电动机可以正反转和正反转点动,也可以反接制动.为限制电动机的起动电流和反接制动电流,在点动和反接制动时,在电动机定子绕组中串联了限流电阻.3)主电动机低速时可直接起动,在主电动机高速转动之前要保证先接通低速转动电路,经过一段
21、延时再自动转换到高速,以减小主电动机的起动电流.4)为保证变速后变速齿轮进入良好啮合状态,在主轴变速和进给变速时主电动机应能够缓慢转动.本机床主轴变速时主电动机缓转运动是通过限位开关SQ1和SQ2实现的,而进给变速是通过限位开关SQ3和SQ4以及速度继电器来共同完成的.5)按钮、限位开关和速度继电器均采用动合触点.SQ2、SQ4、SQ5、SQ6原来采用动断触点,现在改为动合触点,为保持机床原来的控制状态不变,SQ2、SQ4、SQ5、SQ6在机床正常运行时动合触头为闭合状态,SQ2、SQ4所对应的输入继电器I1.1、I1.3都采用动断触点.SQ5、SQ6与I1.4、I1.5和M0.0配合以完成主
22、轴进给与工作台进给的互锁功能.SQ1、SQ3在机床正常运行时触头为断开状态.控制线路电压为110V,安全照明灯电压为24V,信号灯电压为6V,均由控制变压器TC提供电源.2.4.2控制电路分析1.M1主电动机的点动控制图3.3以正向点动为例，合上电源开关QS，按下SB4按钮，KM1线圈通电，主触头接通三相正相序电源，KM1闭合，KM4线圈通电，电动机M1三相绕组接成三角形，串入电阻R低速起动。由于此时KM1、KM4都不能自锁故为点动，当松开SB4按钮时，KM1、KM4相继断电，M1断电而停车。反向点动，由SB5、KM2和KM4控制，在此不再赘述。2.M1电动机正反转控制图3.4M1电动机正反转
23、由正反转起动按钮SB2、SB3操作，由中间继电器KA1、KA2及正反转接触器KM1、KM2，并配合接触器KM3、KM4、KM5、KM6来完成M1电动机的可逆运行控制。M1电动机起动前，主轴变速，进给变速均已完成，即主轴变速与进给变速手柄置于推合位置，此时行程开关SQ1、SQ3被压下，触头SQ1、SQ3闭合。图3.3 点动控制电路当选择M1低速运转时，将主轴速度选择手柄置于“低速”档位，此时经低速选择手柄联动机构使高低速行程开关SQ处于释放状态，其触头SQ断开。按下SB2，KA1通电并自锁，触头KA1闭合，使KM3线圈通电吸合；触头KM3闭合与KA1闭合，使KM1线圈通电吸合，触头KM1闭合又使
24、KM4线圈通电。于是，M1电动机定子绕组接成三角形，接入正相序三相交流电源全电压起动低速正向运行。反向低速起动运行是SB3、KA2、KM2、KM3和KM4控制的，其控制过程与正向低速运行类似，此处不再赘述。图3.4 M1电动机正反转控制3.M1电动机高低速的转换控制图3.5行程开关SQ是高低速的转换开关，即SQ的状态决定M1是在三角形接线下运行还是在双星型接线下运行。SQ的状态是主轴孔盘变速机构机械控制，高速时SQ被压下，低速时SQ不被压下。以正向高速启动为例，来说明高低速转换控制过程。将主轴速度选择手柄置于“高速”挡，SQ被压动，触头SQ闭合。按下SB2按钮，KA1线圈通电并自锁，相继使KM
25、3、KM1和KM4通电吸合，控制M1电动机低速正向起动运行；在KM3线圈通电的同时KT线圈通电吸合，待KT延时时间到，触头KT断开使KM4线圈断电释放，触头KT闭合使KM5、KM6线圈通电吸合。这样，使M1定子绕组由三角形接法自动接成双星型接线，M1自动由低速变高速运行。由此可知，主电动机在高速档为两级起动控制，以减少电动机高速档起动时的冲击电流。反向高速档启动运行，是由SB3、KA2、KM3、KT、KM2、KM4和KM5、KM6控制的，其控制过程与正向高速起动运行相类似。图3.5 M1电动机高低速的转换控制 4.M1电动机的停车制动控制 由SB1停止按钮、KV速度继电器、KM1和KM2组成了
26、正反向反接制动控制电路。下面仍以M1电动机正向运行时的停车反接制动为例加以说明。若M1为正向低速运行，即由按钮SB2操作，由KA1、KM3、KM1和KM4控制使M1运转。欲停车时，按下停止按钮SB1，使KA1、KM3、KM1和KM4相继断电释放。由于电动机M1正转时速度继电器KV-1闭合触头，所以按下SB1后，是KM2线圈通电并自锁，并使KM4线圈仍通电吸合。此时M1定子绕组仍接成三角形，并串入电阻R运行反接制动，当速度降至KV-1复位转速时KV-1断开，使KM2和KM4断电释放，反接制动结束。若M1为正转高速运行，即由KA1、KM3、KM1、KM5、KM6线圈控制下使M1运转。欲停车时，按下
27、SB1按钮，使KA1、KM3、KM1、KT、KM5、KM6线圈相继断电，于是KM2和KM4通电吸合，此时M1定子绕组接成三角形，并串入不对称电阻R反接制动。M1电动机的反向高速或低速运行时的反接制动，与正向的类似。都是M1定子绕组接成三角形接法，串入限流电阻R进行，由速度继电器KV-1控制。 5.主轴及进给变速控制 T68卧式镗床的主轴变速与进给变速可在停车时进行也可在运行中进行。1)停车变速。由SQ1SQ4、KT、KM1、KM2和KM4组成主轴和进给变速时的低速控制，以便齿轮顺利啮合。下面以主轴变速为例加以说明，因为进给运动未进行变速，进给变速手柄处于推回状态，进给变速手柄开关SQ3受压、S
28、Q4不受压，触头SQ3断开，SQ4断开。主轴变速时，拉出主轴变速手柄，主轴变速行程开关SQ1不受压、SQ2受压，此时触头SQ1、SQ2由断开状态变为接通状态，使KM1通电并自锁，同时也使KM4通电吸合，则M1串入电阻R低速正向起动。当电动机转速达到140r/min左右时，KV-1常闭触头断开，KV-1常开触头闭合，使KM1线圈断电释放，而KM2通电吸合，且KM4仍通电吸合。于是，M1进行反接制动，当转速降到100r/min时，速度继电器KV-1释放，触头复原KV-1常闭触头由断开变为接通，KV-1(13-18)常开触头由接通变为断开，使KM2断电释放，KM1通电吸合，KM4仍然通电吸合，M1又
29、正向低速起动。进给变速时的低速脉动转动与主轴变速时相类同，但此时起作用的是进给变速开关SQ3和SQ4。2）运行中变速控制。M1电动机在KA1、KM3、KT、KM1和KM5、KM6控制下高速运行。此时要进行主轴变速，欲拉出主轴变速手柄，主轴变速开关SQ1不再受压、SQ2受压，此时SQ1由接通变为断开，SQ1、SQ2触头由断开变为接通，则KM3、KT线圈断电释放，KM1断电释放，KM2通电吸合，KM5、KM6断电释放，KM4通电吸合。于是M1定子绕组接为三角形联结，串入限流电阻R进行正向低速反接制动，使M1转速迅速下降，当转速下降到速度接触器KV的释放转速时，又由KV控制M1进行正向低速脉动转动，
30、以利齿轮啮合。待推回主轴变速手柄时，SQ1受压，SQ2不受压，SQ1常开触头由断开变为接通状态。此时KM3、KT和KM1、KM4通电吸合，M1先正向低速起动，后在时间继电器KT的控制下，自动转为高速运行。6.快速移动控制图3.6主轴箱、工作台或主轴的快速移动，由快速手柄操纵并联动SQ7、SQ8行程开关，控制接触器KM7或KM8，进而控制快速移动电动机M2正反转来实现快速移动。将快速手柄扳在中间位置，SQ7、SQ8均不被压下，M2电动机停转。若将快速手柄扳到正向位置，SQ7压下，KM7线圈通电吸合，M2正转，使相应部件正向快速移动。反之，若将快速手柄扳到反向位置，则SQ8压下，KM8线圈通电吸合
31、，M2反转，相应部件获得反向快速移动。7.联锁保护环节分析 T68卧式镗床电气控制电路具有完善的联锁与保护环节1）主轴箱或工作台与主轴机动进给联锁。为了防止在工作台或主轴箱机动进给时出现将主轴或平旋盘刀具溜板也扳到机动进给的误操作，安装有与工作台、主轴箱进给操纵手柄有机械联锁的行程开关SQ5，在主轴箱上安装了与主轴进给手柄、平旋盘刀具溜板进给手柄有机械联动的行程开关SQ6。若工作台或主轴箱的操纵手柄扳在机动进给时，压下SQ5，其常闭触头SQ5断开；若主轴或平旋刀具溜板进给操纵手柄扳在机动进给时，压下SQ6，其常闭触头SQ6断开，所以，当这两个进给操作手柄中的任一个扳在机动进给位置时，电动机M1
32、和M2都可以起动运行。但若两个进给操作手柄同时扳在机动进给位置时，SQ5、SQ6长闭触头都断开，切断了控制电路电源，电动机M1、M2无法起动，也就避免了误操作造成事故的危险，实现了联锁保护作用。2）M1电动机正反转控制、高低速控制、M2电动机的正反转控制均设有互锁控制环节。3）熔断器实现短路保护；热继电器FR实现M1过载保护。25 原有继电器控制线路存在的问题因长年使用继电器会产生了以下问题：原来的继电器控制回路接线复杂容易出故障；继电器长期使用后常出现接头氧化、接触不良和线圈烧损等现象，经常发生故障，可靠性很差；时间继电器老化不稳定，时间参数需经常校正调整，机床电子元器件市场上缺乏相应的配件
33、；维修费用高因故障率高，总体控制系统老化导致加工精度的降低。这些问题的存在是设备经常出现停机，不能满足生产的需要。因此，我们决定用高性能价格比的自动控制系统进行改造。对各种方案进行对比可以看出，采用可编程控制器构成的控制系统具有明显优势，T68镗床的改造总方案是：对镗床的继电器,接触器控制系统改为PLC控制系统。 第三章 T68镗床PLC改造系统的硬件设计31PLC控制系统设计基本内容(1)考虑设计的控制系统是否需要双机热备用。这包括系统热备用、电源热备用、CPU热备用、数据线热备用等，根据系统对可靠性的要求设计。(2)设计控制系统的电源供电系统，包括IO电源和传感器电源。(3)选择输入设备(
34、按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。(4)PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件。正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用选择PIC应包括机型的选择、容量的选择、I0模块的选择、电耗模块的选择等。(5)分配IO点，绘制IO连接图和电气施工图。(6)设计控制程序。包括设计梯形图、语句表(即程序清单)或控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。(7)设计控制柜和控制箱。
35、(8)编制控制系统的技术文件。包括说明书IO连接图、IO端口分配表、程序图(如梯形图)及电气元件明细表等。32 PLC控制系统设计的一般步骤(1)根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等)、操作方式(手动、自动；连续、单周期、单步等)对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。(2)根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的IO点数，分配PLC的IO点，做出PLC的IO端口表。(3)选择PLC，设计IO连接图。(4)进行PLC程序设计，编制程序清单，同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。(5)对程
36、序进行离线检查和修改，然后在最小PLC系统(只有电源和CPU构成的系统)上在线模拟实际系统的各种可能运行情况，进行调试和修改，直到满足要求为止。(6)安装测试。对于单机单控，CPU一般和强电系统一起安装在机旁控制柜中对于大中型系统，配置可包括操作控制台、监控模拟屏、PLC主机柜、系统专用电源。待控制台、控制柜、控制箱及现场施工完成后，就可以进行联机调试、试运行。(7)编制技术文件，准备验收材料。(8)组织验收，交付使用。33 IO分配与辅助继电器分配系统有16个开关输入点，8个开关输出点，其分配情况如表3.3所示。表3.3 IO分配输入元件输出元件元件号地址元件号地址元件号地址SQI0.0SQ
37、1I1.0KM1Q0.1SB1I0.1SQ2I1.1KM2Q0.2SB2I0.2SQ3I1.2KM3Q0.3SB3I0.3SQ4I1.3KM4Q0.4SB4I0.4SQ5I1.4KM5Q0.5SB5I0.5SQ6I1.5KM6Q0.6SR1I0.6SQ7I1.6KM7Q0.7SR2I0.7SQ8I1.7KM8辅助继电器的分配辅助继电器M0.0辅助控制主轴进给与工作台进给互锁辅助继电器M0.1辅助控制主电机正向转动辅助继电器M0.2辅助控制主电机反向转动34硬件电路设计控制系统采用S7-200的可编程控制器，PLC系统控制线路如图3.4所示。图3.4 T68镗床控制线路(PLC)改造接线图 第四
38、章 T68镗床的PLC改造系统软件设计41常用梯形图编程方法PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。PLC编程语言是多种多样的，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式编程语言，如梯形图，以下简要介绍几种常用的梯形图编程方法1.经验设计法在熟悉继
39、电器控制电路设计方法的基础上，如能透彻地理解PLC各种指令的功能，凭着经验比较准确地使用PLC的各种指令，而设计出相应的程序。其大体设计骤如下(1)确定输入、输出电器：(2)确定输入、输出点数；(3)选择PLC并编程；(4)将各个环节编写的程序合理地联系起来。2.翻译设计法有时又称替代设计法。它是把继电器一接触器控制系统的电器原理图直接翻译成PLC梯形图。翻译设计法的设计步骤如下(1)将检测元件、控制元件(如行程开关、按钮等)合理安排，接入PLC的输入口。(2)将被控对象(如电磁阀线圈、接触器线圈等)接入PLC的输出口。(3)把由继电器一接触器硬件完成的控制功能由PLC的软件(即梯形图)来完成
40、。这种方法，其优点是程序设计方法简单。这些原有的继电器控制系统设备，经过多年的运行实践，证明其设计是成功的。3.逻辑代数设计法在继电器一接触器控制线路中用逻辑代数设计法比较容易获得最佳设计方案。逻辑代数设计法的设计步骤如下(1)根据控制要求，列出输入输出及辅助继电器等之间关系的状态表；(2)根据状态表列写出逻辑函数表达式，并化简；(3)根据化简后的逻辑表达式画出梯形图。4.顺序控制设计法顺序功能图是很重要的工具。顺序功能图能清楚表示各工作点的功能，点与点之间的转换顺序及其转换条件。顺序控制设计法的设计步骤如下(1)分析控制系统，将控制过程分为若干个工步，明确每个工步的功能，确定各工步的转换条件
41、。(2)为每个设定工步设定控制位。控制位最好使用同一个通道的若干连续位。(3)在前两点的基础上画出功能表图。(4)根据功能表图画出梯形图。5.功能模块设计法时序图设计法步骤如下：明确各IO信号之间的时序关系，画出各I0信号的时序图。(1)把时序图划分成若干时间区段，找出区段间的分界点，弄清分界点各处各输出信号状态的转换关系和转换条件。(2)确定所需定时器(或计数器)的个数及其赋值。(3)根据时序图，定时器和IO分配画出梯形图。(4)检查程序是否符合要求，进一步修改程序。42 T68镗床的PLC改造系统的梯形图的设计1.梯形图的设计本论文用经验设计法对T68镗床的工作原理分析可以知道，系统设计的
42、采用梯形图的方法编写程序，首先采用“化整为零”的方法，按被控对象和各个控制功能，逐步设计出主电动机M1的梯形图和主轴箱和工作台的快速移动电动机M2的梯形图，在STEP7-Micro/WIN32编程软件上设计出整体控制梯形图如图4.2图42 T68镗床改造梯形图2. PLC程序语句表 LDN I1.4 ON I1.5= M0.0LD M0.0 AN I0.5 LPS LD I0.1 O M0.1 ALD AN M0.2 = M0.1 LRD LD I0.2 O M0.2 ALD AN M0.1 = M0.2 LPP A I1.2 A I1.0 LD M0.1 O M0.2 ALD = Q0.3
43、A I0.0 TON T37,+30LD I0.5ON I1.0ON I1.2O Q0.1O Q0.2LDN I1.0ON I1.3AN I0.6O I0.7ALDLD Q0.3A M0.1O I0.3AN I0.5OLDA M0.0AN Q0.2= Q0.1LD I0.5ON I1.0ON I1.2O Q0.1 O Q0.2 A I0.6 LD Q0.3 A M0.2 O I0.4 AN I0.5 OLD A M0.0 AN Q0.1 = Q0.2 LDN I1.0 ON I1.2 O Q0.1 O Q0.2 A M0.0 AN T37 AN Q0.7 = Q0.6LDN I1.0ON I1
44、.2O Q0.1O Q0.2A M0.0A T37AN Q0.6= Q0.7LD M0.0A I1.6AN I1.7AN Q0.5= Q0.4LD M0.0AN I1.6A I1.7AN Q0.4= Q0.543在改造中应该注意的问题(1)选择PLC机型时，要留有一定的余量，为日后系统的修改及工艺的变更提供方便。(2)原有继电器控制电路较复杂，利用继电器控制电路设计PLC的梯形图时要特别注意高速运行，先要低速启动。当低速启动一段时间后，才能转化为高速运行，在编程时要正确使用定时器的常闭和常开的区别。(3)T68镗床的花盘进给和主轴进给有机械和电气上的连锁机构，防止误操作引起2个方向同时进给，在
45、改造时间，保留机械连锁，硬件线路的连锁，通过PLC的程序实现连锁，避免在加工工件时，误操作损坏设备和加工工件。(4)在梯形图中，对主轴电动机正反转控制、主轴电动机的高低速的互锁保护，均应实现硬件和软件的双重保护，避免电源短路，有效保证安全。(5)为保证安全，各热继电器常闭触头不作为PLC输入端，直接接在输出端，对负载电路进行保护控制。 第五章 改造后T68镗床的PLC控制系统安装与调试51程序仿真调试本系统调试前期工作是在实验室内进行，利用STEP7-Micro/WIN32仿真软件对设计的程序进行仿真调试。1 .STEP7-Micro/WIN32系列编程仿真软件的介绍及使用STEP7-Micro/WIN32为一个可应用于FX系列可编程控制器的编程软件可在