T68鏜床的控制系統(tǒng)的改造.doc

摘 要目前pc已廣泛應用于冶金、化工、輕工、機械、電力、建筑、交通、運輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)。隨著機電一體化的發(fā)展，對不系統(tǒng)的可靠性要求愈來愈高?？删幊炭刂破饔锌刂瓶煽浚w積小，功能強，速度快，組態(tài)靈活和可擴展的特點而得到廣泛的應用?？删幊炭刂破魇?0世紀60年代末在繼電器控制系統(tǒng)的基礎上開發(fā)出來的。最初叫做可編程邏輯控制器，（programmable logic controller）即plc。在我國，pc的應用最近幾年發(fā)展很快。首當先應用一些大中型現(xiàn)代化工廠的引進工程上，如上海寶山鋼鐵總廠一、二期工程中就使用了pc達857臺。武漢鋼鐵廠和首都鋼鐵廠等大型鋼鐵企業(yè)也都使用了許多pc。在老企業(yè)舊設備的技術改造上，pc的應用比較廣泛，而且已取得了可喜的經(jīng)濟效益。pc是專為工業(yè)控制設計的控制裝置，能適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，例如：電源電壓：ac220v15%?？拐駨姸龋?6.7hz,3mm雙振幅（x、y、z三個方向各30min）。工作溫度：055，有的甚至可以是-1055。存放溫度：-2060。濕度：3590%rh無凝結。關鍵詞 t68式臥式鏜床；有限元；pro/e；plc；目 錄前言1第1章 plc的介紹 51.1 plc的主要功能61.2 plc的特點71.3 plc的應用9第2章 鏜床電氣系統(tǒng)及電氣原理.112.3 鏜床概述 .112.4 t68臥式鏜床的電氣控制線路.12 2.4 t68鏜床電器線路的控制原理.13第3章 鏜床的改造 163.1 了解情況163.2 確定plc的輸入輸出 173.3 編制梯形圖17第4章 梯形圖的分析 214.1 正、反轉控制214.2 低速的轉換214.3 反接制動214.4 點動控制214.5 快移電動機的控制21結束語 22參考文獻 23致謝 24前 言可編程序控制器的英文為programmable controller，在二十實際七十至八十年代一直簡稱為pc。由于到90年代，個人計算機發(fā)展起來，也簡稱為pc；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國ab公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（plc，programmable logic controller），為了方便，仍簡稱plc為可編程序控制器。有人把可編程序控制器組成的系統(tǒng)稱為pcs可編程序控制系統(tǒng)，強調可編程序控制器生產(chǎn)廠商向人們提供的已是完整的系統(tǒng)了 plc的發(fā)展和市場情況。1968年美國gm（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿足了gm公司裝配線的要求。隨著集成電路技術和計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代plc產(chǎn)品了。 在以改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學變化將原料轉化成產(chǎn)品為特征的過程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開關量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作號按照時序動作；另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制；以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數(shù)器、模擬量的越限報警等狀態(tài)量為主的離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以plc發(fā)展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產(chǎn)品。在多年的生產(chǎn)實踐中，逐漸形成了plc、dcs與ipc三足鼎立之勢，如表1，還有其它的單回路智能式調節(jié)器等在市場上占有一定的百分比。 在八十年代至九十年代中期，是plc發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。由于plc人機聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡方面功能的進步，擠占了一部分dcs的市場（過程控制）并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè)pc（ipc）的出現(xiàn)，特別是近年來現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，ipc和fcs也擠占了一部分plc市場，所以近年來plc增長速度總的說是漸緩。目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種plc產(chǎn)品，主要應用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。 國內plc生產(chǎn)廠約三十家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)，因此可以說plc在我國未形成制造產(chǎn)業(yè)。作為原理、技術和工藝均無尖端技術難度的產(chǎn)品，只要努力，是能形成制造產(chǎn)業(yè)的。 在plc應用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺套plc產(chǎn)品，年銷售額30億人民幣，應用的行業(yè)也很廣。但是與其它國家相比，在機械加工及生產(chǎn)線方面的應用，還需要加大投入。我國市場上流行的有如下幾家plc產(chǎn)品： 施耐德公司，包括早期天津儀表廠引進莫迪康公司的產(chǎn)品，目前有quantum、premium、momentum等產(chǎn)品； 羅克韋爾公司（包括ab公司）plc產(chǎn)品，目前有slc、micro logix、control logix等產(chǎn)品； 西門子公司的產(chǎn)品，目前有simatic s7-400/300/200系列產(chǎn)品； ge公司的產(chǎn)品；日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品。 plc的市場的潛力是巨大的，不僅在我國，即使在工業(yè)發(fā)達的日本也有調查表明，plc配套的機電一體化產(chǎn)品的比例占42%，采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說，需要應用plc的場合還很多，在我國就更是如此了。 從技術創(chuàng)新的角度看，我國大中型企業(yè)還要大力發(fā)展cims，在機械制造廠要形成fms柔性制造系統(tǒng)，plc是基礎，所以plc市場是廣闊的。 plc具有穩(wěn)定可靠、價格便宜、功能齊全、應用靈活方便、操作維護方便的優(yōu)點，這是它能持久的占有市場的根本原因，我們下面重點闡述幾個問題，并研究其發(fā)展趨勢。plc的硬件和軟件，plc在90年代已經(jīng)形成微、小、中、大、巨型多種plc。按i/o點數(shù)分，可分為： 微型plc： 32 i/o 小型plc： 256 i/o 中型plc：1024 i/o 大型plc：4096 i/o 巨型plc：8195 i/o （注：近年來有單機支持300回路和65000點i/o的大型系統(tǒng)）對應中型plc以上，均采用16位32位cpu，微、小型plc原采用8位cpu，現(xiàn)在根據(jù)通訊等方面要求，有的也改用16位32位cpu。由于i/o 64點以下plc銷售額占整個plc的47%，64點256點的占31%，合計位整個plc銷售額的78%，所以對微、小型plc應多加研究。plc控制器本身的硬件采用積木式結構，各廠家產(chǎn)品結構大同小異。以日本歐姆龍c200he為例，為總線模板框式結構，基本框架（cpu母板）上裝有cpu模板，其它槽位裝有i/o模板；如果i/o模板多時，可由cpu母板經(jīng)i/o擴展電纜連接i/o擴展母板，在其上裝i/o模板；另一種方法是配備遠程i/o從站等。這些都說明了plc廠家將硬件各部件均向用戶開發(fā)，便于用戶選用，配置成規(guī)模不等的plc，而且這種硬件配置的開放性，為制造商、分銷商（代理商）、系統(tǒng)集成商、最終用戶帶來很多方便，為營銷供應鏈帶來很大便利，這是一大成功經(jīng)驗。plc內的i/o模板，除一般的di/do、ad/da模板外，還發(fā)展了一系列特殊功能的i/o模板，這為plc用于各行各業(yè)打開了出路，如用于條形碼識別的ascii/basic模板，用于反饋控制的pid模板，用于運行控制、機械加工的高速計數(shù)模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識別接口模板等，這在以后還會有很大發(fā)展。另外在輸入、輸出的相關元件、強干擾場合的輸入、輸出電隔離、地隔離等方面也會更加完善。plc中的cpu與存儲器配合，完成控制功能。它與dcs系統(tǒng)處理溫度、壓力、流量等參數(shù)的系統(tǒng)不同，采用快速的巡回掃描周期，一般為0.10.2秒，更快的則選用50毫秒或更小的消滅周期。它是一個數(shù)字采樣控制系統(tǒng)。為了完成控制策略，為了替代繼電器，使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統(tǒng)梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊（或子程序），稱為指令系統(tǒng)，固化在存貯器rom中，用戶在編制應用程序時可以調用。指令系統(tǒng)大致可以分為兩類，即基本指令和擴展指令。細分一般plc的指令系統(tǒng)有：基本指令、定時器/計數(shù)器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉換指令、bcd運算指令、二進制運算指令、增量/減量指令、邏輯運算指令、特殊運算指令等，這些指令多是類似匯編語言。另外plc還提高了充足的計時器、計數(shù)器、內部繼電器、寄存器及存貯區(qū)等內部資源，為編程帶來極大方便。由于各plc廠家產(chǎn)品在指令系統(tǒng)上的差異及編程方法上用戶要求不同，近年來iec制訂了基于windows的編程語言標準iec61131-3（注：1993年iec頒布可編程序控制器的國際標準iec1131），它規(guī)定了指令表（il）、梯形圖（ld）、順序功能圖（sfc）、功能塊圖（fbd）、結構化文本（st）五種編程語言。這包括了文本化編程（il、st）和圖形編程（ld、fbd）兩個方面，而sfc則在兩類編程語言中均可使用。iec技術委員會（tc65）進來開展了iec61499項目，將iec61131-3進行了擴展，它是針對通過通信網(wǎng)絡互聯(lián)的模塊化分布系統(tǒng)的體系結構的標準，將對iec61131-3有所改善。這是以數(shù)字技術為基礎的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標準化文件，是plc發(fā)展的一大趨勢。第一章 plc的介紹經(jīng)過幾十年的發(fā)展，plc已經(jīng)不只能實現(xiàn)繼電器控制所有的邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制等功能，同時還具有了執(zhí)行算術運算、對模擬量進行控制等功能。所以美國電氣制造商協(xié)會經(jīng)過四年的調查，于1980年將其正式命名為可編程控制器（programmable controller）簡寫為pc。后來由于pc這個名詞常常用來稱呼個人電腦（personal computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也可把可編程控制器稱為plc。pc可用于單臺機電設備的控制，也可以用于生產(chǎn)流水線的控制。使用者可以根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求設計控制程序，然后將程序通過編輯器送入pc。程序投入運動后，pc就在現(xiàn)場輸入信號（按鈕、行程開關、光電開關或其它傳感器）的作用下，按照預先送入的程序控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構（電機、電磁閥等）按一定規(guī)律動作。11 pc的主要功能近年來，pc把自動化技術，計算機技術、通訊技術融為一體。它能完成以下功能：1條件控制（邏輯控制）pc設置了與（and）、或（or）、非（not）等邏輯指令，能處理繼電器接點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此，它可以代替繼電器進行開關控制。2定時控制pc為用戶提供了若干個計時器（定時器），并設置了計時指令。計時器的計時值可以由用戶在編程時設定，也可以用拔盤開頭來設定。計時器的計時值可以在運行中被讀出，也可以在運行中被修改，使用靈活，操作方便。程序投入運行后，pc將根據(jù)用戶設定的計時值對某個操作進行限時控制和延時控制，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。3步進控制pc為用戶提供了若干個移位寄存器，可以用于步進控制，即在一道工序完成以后，再進行下一步工序，有些型號的pc，還專門設置了用于步進控制的步進指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用極為方便，因此更容易實現(xiàn)步進控制的要求。4a/d、d/a轉換有些pc還具有a/d、d/a轉換功能，完成對模擬量的控制和調節(jié)。5數(shù)據(jù)處理有些pc還具有數(shù)據(jù)處理功能，它具有并行運算指令，能進行數(shù)據(jù)并行傳送，bcd的加、減、乘、除、開方等運算，還能進行字與、字或、求反、；邏輯移位、算術移位、檢索數(shù)據(jù)、比較、數(shù)制轉換、16-4編碼、4-16編碼、譯碼等操作，還可以對數(shù)據(jù)存儲器進行間接尋址，pc還可以與打印機相連，打印出程序和有關數(shù)據(jù)及梯形圖。6通訊聯(lián)網(wǎng)有些pc采用了通訊技術，可以進行遠程的i/o控制，多臺pc之間可以進行同位鏈接，pc還可以與上位計算機進行鏈接，接受計算機的命令，將招待結果告訴計算機。由一臺計算機和若干臺pc可以構成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，以完成較大規(guī)模的復雜控制。pc與上位計算機鏈接對計算機的要求是：（1）具有rs-232接口；（2）使用asc碼字符。這些要求，一般的計算機都能滿足。pc與計算機之間的通訊，目前還沒有國家標準。各生產(chǎn)pc的廠家一般都使用自己的標準。例如c系列pc采用omron標準，它規(guī)定了命令的種類和數(shù)據(jù)格式，以及應答的數(shù)據(jù)格式。而且pc方面的通訊軟件已經(jīng)做好，用戶只要在計算機方面配置一個通訊軟件，能夠按規(guī)定向pc發(fā)出命令和識別pc給出的應答。pc在通訊系統(tǒng)中，一般采用rs-232接口，也可以采用rs-422接口和光通訊。pc的通訊和聯(lián)網(wǎng)技術還在發(fā)展之中。7臨控pc配置了較強的監(jiān)控功能。它能記憶某些異常情況，或在發(fā)生異常情況時自動中止運行。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過臨控命令可以監(jiān)視有關部分的運行狀態(tài)，可以調整計時、計數(shù)等設定值。為調試和維護提供了方便。pc還可以連接打印機，對程序和數(shù)據(jù)進行硬拷貝。1.2 plc的特點1通用性好pc是通過軟件來實現(xiàn)控制的。同一臺pc可用于不同的控制對象，只需改變軟件就可以實現(xiàn)不同的控制要求。另外，pc產(chǎn)品已系列化，其結構形式多種多樣，按功能不同又有低檔、中檔、高檔機之分，可適應各種不同要求的工業(yè)控制。同一檔次的pc，不同機型的功能基本相同，可以互換。pc的功能模塊品種多，可以靈活組合成各種不同大小的不同功能的控制設置。2可靠性高pc由于采用了微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成；另外還采取了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾的措施，因此可靠性很高，其平均故障間隔時間為25萬小時甚至更高。pc還具有完善的自診斷功能，檢查判斷故障迅速方便，因而便于維修。3環(huán)境適應性好，抗干擾能力強pc是專為工業(yè)控制設計的控制裝置，能適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，例如：電源電壓：ac220v15%。抗振強度：16.7hz,3mm雙振幅（x、y、z三個方向各30min）。工作溫度：055，有的甚至可以是-1055。存放溫度：-2060。濕度：3590%rh無凝結。pc在制造工藝上加強了抗干擾措施，例如輸入輸出部分都采用光電隔離，有效地隔離了pc內部電路與輸入、輸出之間電的聯(lián)系，從而避免了輸入、輸出部分竄入的干擾信號而引起的誤動作。pc還采取了屏蔽、濾波等措施，有效地防止了空間電磁干擾，對高頻干擾信號起到良好的抑制作用。一般pc的抗干擾強度為：峰值1000v、脈寬10s矩形波。4功能強前面介紹過，現(xiàn)代pc不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、步進等功能，而且還能完成a/d、d/a轉換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通訊聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程臨控等。因此，它既可對開頭量進行控制，又可對模擬量進行控制；既可控制一臺單機、一條生產(chǎn)線，又可控制一個機群多條生產(chǎn)線；既可現(xiàn)場控制，又可遠距離控制；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。5接線簡單pc的接線只需交輸入信號的設備（按鈕、開關等）與pc輸入端子連接，將接受輸出信號執(zhí)行控制執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與pc輸出端子連接。接線簡單、工作量少。6編程簡單，使用方便用微機實現(xiàn)自動控制，常使用江編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。pc采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如目前大多數(shù)pc均采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又考慮到大多數(shù)電氣技術人員的讀圖習慣及應用微機的水平，很容易被電氣技術人員所接受，易于編程，程序改變時也容易修改，很靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與目前微機控制常用的匯編語言相比，雖然在pc內部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的機電控制設備來說，是微不足道的。用微機控制，還要在輸入輸出接口上大量工作，才能控制現(xiàn)場連接起來，調試也比較繁瑣。而pc的輸入輸出接口已經(jīng)做好，可直接與控制現(xiàn)場的用戶設備直接連接。輸入接口可以與各種開關和傳感器連接，輸出接口具有較強的驅動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接，使用很簡便。7體積小、重量輕、功耗低由于pc采用半導體集成電路，其體積小、重量輕、功耗低。例如法國的ts21型pc，它具有128個i/o接口，可以完成相當于400多個繼電器組成的控制功能，但其重量只有 2.3kg，體積只有21612710mm2,不帶接品的空載功能只有1.2w，其成本也只有同功能繼電器系統(tǒng)的1020%。pc的結構緊湊，堅固耐用。又具有較強的環(huán)境適應性和較高的抗干擾能力，因此是實現(xiàn)和機電一體化的理想控制設備。當然，pc也并非十全十美，其缺點是：價格還比較高：一般來說，比繼電器控制高，比一般的單板機系統(tǒng)也高；工作速度較計算機慢，輸出對輸入的響應有滯后現(xiàn)象；使用中、高檔pc，要求使用者具有相當?shù)挠嬎銠C知識。1.3 pc的應用概況由于pc具有上述的一系列優(yōu)點，因此在工業(yè)控制方面，目前pc已廣泛應用于冶金、化工、輕工、機械、電力、建筑、交通、運輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)。按照pc的控制類型不同，pc已應用于以下幾方面：1邏輯控制這是pc最基本的控制，可用以取代繼電器控制和二級管矩陣式順序控制器控制，如機床、電梯、起重機、皮帶運輸機、布袋除塵器等的電器控制。2模擬量控制pc具有d/a、a/d轉換及算術運算等功能，可以實現(xiàn)模擬量控制，有的pc還具有pid運算的功能，可用于閉環(huán)的位置控制、速度控制和過程控制。3數(shù)字控制pc能和機械加工中的數(shù)字控制及計算機數(shù)控組成一體，實現(xiàn)數(shù)值控制。隨著pc還具有pid運算的功能，可用于閉環(huán)的位置控制、速度控制和過程控制。4機器人控制隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，使用機器人將愈來愈多。對于機器人，很多工廠也選用pc來控制，自動地處理它的各種機械動作。5多級控制系統(tǒng)高功能的pc具有較強的通訊聯(lián)網(wǎng)功能，pc與pc、pc與遠程i/o、pc與上位計算機之間可以通訊，從而可形成多級控制系統(tǒng)。通常采用多臺pc分散控制，由上位計算機集中管理，這樣的系統(tǒng)又稱為分布式控制系統(tǒng)。典型產(chǎn)品有：美國gould公司的a5900及modular systems research公司的iac系列。目前，為了適應大中小型企業(yè)的不同需要，進一步擴大pc在工業(yè)自動化領域的應用范圍，pc正朝著以下兩個方向發(fā)展：其一是低檔pc向小型、簡易、廉價方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制；其二是中、高檔pc向大型、高速、多功能方向發(fā)展，使之能取代工業(yè)控制微機的部分功能，對于規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行綜合性的自動控制。從pc的發(fā)展趨勢看，pc控制技術將成為今后工業(yè)自動化的主要手段。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，pc技術和機器人、cad/cam技術將成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。14 plc的基本結構盡管plc的型號、規(guī)格繁瑣，結構各不盡相同，但其主要又微處理器（cpu）存儲器、電源、輸入輸出組件等部分組成；各部分采用總線連接。其基本結構如附圖所示。第2章 鏜床電氣系統(tǒng)及電氣原理2.1 鏜床的概述鏜床是冷加工中使用比較普遍的設備。按用途不同，可分為臥式鏜床、坐標鏜床、金剛鏜床和專用鏜床等，以臥式鏜床應用最廣。鏜床主要用于加工精確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），望望需要加工數(shù)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(xiàn)的。鏜床的本身剛度高，其可動部分在導軌上活動間隙小，而且還有附加支撐，一般都能滿足技術的要求。萬能鏜床除了鏜孔以外，還可以進行鉆孔、鉸孔、擴孔、車削螺紋以及鏜軸或平旋盤（花盤）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花盤的旋轉運動；進給運動為主軸的進給運動、花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。由于鏜床的工藝范圍廣，因此，調速范圍大，運動形式多。其電氣系統(tǒng)有如下的特點：1為了適用各種工件的加工，要求主軸有較大的調速范圍。臥式鏜床主運動多采用交流電動機驅動的滑移齒輪有級調速系統(tǒng)，以單級、雙級和三速鼠籠式異步電動機驅動。采用雙速或三速電動機拖動?？珊喕瘷C械變速機構。隨著電子技術的發(fā)展，晶閘管控制的無級調速在鏜床上已經(jīng)獲得了廣泛的運用。2機床主軸及進給運動多用一臺電機拖動。由于臥式鏜床進給方向較多，故也要求有較大的調速范圍，也是利用滑動齒輪變速。根據(jù)鏜床的運動要求，各進給部分應能快速移動，一般用單獨的快移電機驅動。另外個方向進給應有聯(lián)鎖。也有躺床的進給機構是采用單獨的電動機來拖動的。3當采用滑移齒輪變速時，為了利于變速后齒輪的嚙合，要求躺床運動系統(tǒng)在變速過程中能作低速或瞬時沖動。4為了適用加工過程中的調整的需要，要求主軸可以正、反點動調整，同時，還要求主軸可以正、反向旋轉。5臥式鏜床主軸只動要求快而準確，必須采取效果較好的停車只動措施。通常是采用反接制動。2.2 t68臥式鏜床電氣控制線路1機床的主運動與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(xiàn)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，線路中均串如了限流電阻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。它們之間的激動進給有機械和電氣聯(lián)鎖保護。2.3 t68鏜床電氣線路的控制原理1. 主軸點動機m1的控制（1）正、反轉的控制：由正、反轉起動按鈕sb1、sb2和正、反轉起動的中間繼電器ka1、ka2及正、反轉接觸器km1和km2組成主軸起動控制電路。以低速正轉為例，此時，行程開關sq處于斷開位置，sq3-1和sq1-1為閉合狀態(tài)。按下正向起動按鈕sb1時，繼電器ka1的電動作。ka1的一組觸點（6-4）使接觸器km3得電動作，km3的主觸點將限流電阻r短路，km3的輔助觸點（7-31）閉合。同時，ka1的另一組觸點（31-25）也閉合，使接觸器km1得電并自鎖。km1觸點動作又使接觸器km4得電。km1、km3、km4動作的結果，主電動機在全電壓、定子繞組接法下直接起動，低速運行。反向起動過程與正向起動過程相同，但參與控制的電器為按鈕sb2、中間繼電器ka2和接觸器km2、km3、km4。（2）高、低速的轉換：sq是高、低速轉換的行程開關，其狀態(tài)由主軸變速操作機構的機械裝置控制。低速時，sq處于常態(tài)，時間繼電器kt不能得電；高速時，sq被壓動。當主軸電動機在高速擋起動時，按下起動按鈕sb1后，與低速正向起動時一樣，中間繼電器ka1、接觸器km1、km3、km4相繼得電動作，使電動機在低速狀態(tài)下直接起動。同時。sq的常開觸點閉合，接通時間繼電器kt的線圈。經(jīng)延時后，kt的延時斷開常閉觸點（23-37）打開，km4斷電，電動機定子繞組與電網(wǎng)脫離，觸點（23-41）閉合，接觸器km5和km6得電動作，電動機繞組連成雙星形，重新接入電源，使電動機從低速旋轉轉為高速運行。（3）反接制動控制：由停車按鈕sb0、速度繼電器kr和正、反轉接觸器km1、km2組成主軸的反接制動控制電路。當主軸正轉時，速度繼電器的正轉常開觸點kr1（23-33）閉合，而正轉常閉觸點kr1（23-39）斷開；主軸反轉時，反轉常開觸點kr2（23-25）閉合，為電動機的正轉或反轉制動做好準備。設主電動機在停車前為低速正轉，即ka1、km1、km3、km4得電吸合，速度繼電器常開觸點kr1（23-33）閉合。按下停止按鈕sb0，ka1、km3和km1相繼斷電釋放，切斷了主點動機電源。與此同時，經(jīng)kr1（23-33）觸點，接通了反轉接觸器km2的電源。km2得電動作后，其常開觸點（5-23）閉合，接通自鎖電路，在松開停止按鈕sb0之后，km2和km4能保持得電。三相電源經(jīng)km2主觸點、限流電阻r和km4主觸點反接給電動機，進行反接制動。當電動機的轉速降低到速度繼電器的復位轉速時，其正轉常開觸點kr1（23-33）斷開，km2和km4相繼斷電，切斷電動機電源，電動機制動結束。反向旋轉時制動過程與正向旋轉相似，但參與制動的電器是速度繼電器的反轉常開觸點kr2、接觸器km1和km4。（4）點動控制：由正、反轉點動控制按鈕sb3、sb4和正、反轉接觸器km1、km2組成在低速擋接線下的點動控制。以正向為例，按下正向點動按鈕sb3，km1、km4相繼得電，三相電源經(jīng)km1主觸點、限流電阻rkm4的主觸點接通主電動機m1的定子繞組，使電動機在低速下正轉。松開sb3，電動機即斷電停轉。反向點動與正向點動的動作過程相似，但參與控制的電器是按鈕sb4和接觸器km2、km4。2. 主軸變速與機給變速控制本機床主軸及進給的各種速度是通過變速操作盤來改動變傳動鏈的傳且在運行中也可以進行變速。變速時，主軸電機可獲得低動比來實現(xiàn)的。它不但可以在停車時變速，而速連續(xù)沖動，以利齒輪順利嚙合。以主軸變速為例，變速時，將主軸變速操作盤的操作手拉出。這時，與變速手柄有機械聯(lián)系的行程開關sq1因不受壓力而復位，sq1-1（17-19）斷開，km3、km1相繼斷電釋放，主電動機脫離電源，自動停止轉動。這就是主電動機可以在運行中調速的原因。然后旋轉變速操作盤，選好速度后，將變速操作手柄推回原位。若因齒輪頂住，手柄推合不上時，行程開關sq1、sq2不受壓，通過速度繼電器的正轉常閉觸點kr1（23-29）接通瞬時點動控制電路，使km1得電動作。其通電回路為：電源（5）-sq1-2（5-23）-kr1的正轉常閉觸點（23-29）-sq2（29-25）-km2（25-27）-km1線圈-電源線（4）。同時km4也得電動作，故主電動機通過限流電阻r在低速下起動。電動機一旦轉動，kr1的正轉常閉觸點（23-29）轉為斷開，而正轉常開觸點（23-33）轉為閉合，使km1斷電釋放，km2地電動作，主電動機被反接制動。當電動機的轉速制動到速度繼電器的復位轉速時，其正轉常開觸點又轉為斷開，正轉常閉觸點又轉為閉合，使從而又接通瞬時點動電路重復上述過程。這樣主電動機被間歇的起動和制動而低速旋轉，直到齒輪嚙合好，手柄推上以后，壓下行程開關sq1和sq2，將上述瞬時點動電路切斷。同時，由于sq1-1（17-19）觸點閉合，使km3、km1相繼得電動作，主電動機在新的轉速下重新起運轉。進給變速的操作和控制與主軸變速基本相同，只是進給變速、時，所用的行程開關是sq3和sq4。3. 速移動電機m2的控制機床各進給部件的快速移動，又快速手柄操縱和快速移動電動機m2拖動。當快速手柄扳到正向快速移動時，壓下限位開關fsq，km7得電動作，快速移動電動機m2正轉，通過不同的齒輪、齒條、絲桿的不同聯(lián)接來完成各運動方向的快速移動。當快速手柄扳到反向快速位時，壓下限位開關rsq，接觸器km8得電動作，m2反轉，拖動各運動部件反向快速移動。4. 控制線路的聯(lián)鎖與保護為了防止機床或刀具的損壞，主軸箱和工作臺的機動進給在電路上必須相互聯(lián)鎖，即不能同時接通。為此，采用限位開關sq5和sq6來控制。當兩種進給同時發(fā)生時，sq5和sq6都被切下，切斷了控制回路電源，達到聯(lián)鎖保護之目的。與其他機床一樣，本機床采用熔斷器作短路保護，用熱繼電器作過載保護。 第3章 鏜床電器系統(tǒng)的改造 在設計改造之前我們應該了解繼電器電路與梯形圖對應關系，在分析plc控制系統(tǒng)的功能時，可以將plc想象成一個繼電器控制系統(tǒng)的控制箱。plc的外部接線圖描述的是一個控制箱的外部接線，plc的梯形圖是這個控制箱內部的線路圖梯形圖中的輸入繼電器與輸出繼電器是在這個控制箱與外部世界的“中間繼電器”，這樣就可以用分析繼電器電路的方法來分析plc控制系統(tǒng)。在分析時可以將梯形圖中的輸入繼電器的觸點想象成對應的外部電器的觸點，將輸出繼電器的線圈想象成外部負載的線圈，在plc的存儲器中，設置了存方輸入信號和輸出信號狀態(tài)的輸入印象寄存器和輸出印象寄存器。plc在運行狀態(tài)時的一個工作周期分為三個階段：輸入階段、程序執(zhí)行、輸出階段。在輸入處理階段，plc將所有外部輸入信號的狀態(tài)讀入輸入印象寄存器，外部電路接通時輸入印象寄存器為“1”狀態(tài)。梯形圖中相應的常開觸點接通，常開觸點斷開，反之也然。3.1 了解情況由以上的分析可知plc改造的第一步我們得了解和熟悉t68鏜床的工藝過程和機械的動作情況，根據(jù)繼電器電路圖分析和掌握系統(tǒng)的工作原理，這樣我們才能做到在設計和系統(tǒng)調試時心中有數(shù)，將t68的電器原理分析清楚。電路分析我們在上一步已經(jīng)完成。3.2 確定plc的輸入輸出確定plc的輸入輸出即i/o地址的分配和確定它與電器圖中的對應關系，從電器的原理圖中我們可以確有5個按鈕開關，我們分別將它定為x400x404，其對應關系為sbo-x400，sb1-x401，sb2-x402，sb3-x403，sb4-x404，除此以外還有9個行程開關及2個速度繼電器輸出，其對應關系為。sq-x405，sq1-x406，sq2-x407，sq3-x500，sq4-x501，sq5-x502，sq6-x503，sq7-x504，sq8-x505，kr1-x506，kr2-x507。確定了輸入關系之后，就可由t68所要求的工藝過程與輸入相配合確定要輸出的繼電器的i/o地址，其中由電氣原理圖上可知有兩個中間繼ka1、ka2電器在實際工藝過程沒有實際動作，我們便可以想辦法簡化，因為plc的價格與i/o點數(shù)有關系，每一i/o點的平均價格在100左右，而plc的每一輸入信號和輸出信號分別要采用一個輸入點和輸出點，因此減少輸入信號和輸出信號的個數(shù)以節(jié)省開支，它的動作電梯形圖內部程序來完成，將ka1、ka2設為m100、m101，其所必要的得電失電動作都與輸出無關，最后確定所必須輸出的交流繼電器的地址，根據(jù)三菱公司plc的特點與編號將km1km8確定為y430y437。 上面的地址是確定是為plc的硬件接線圖確定所用的元素，選定所要用的plc的型號，由i/o地址的個數(shù)與f1/f2分解的特點我們選用f1/f240mr型plc來控制系統(tǒng)繼電器線圈，按繪制出硬件接線圖。如下圖3-1所示。3.3 編制梯形圖由硬件接線可以很明顯地看出各輸出與輸入的關系，然后根據(jù)拉線圖表編制梯形圖如圖：圖3-1 硬件接線圖3.3 編制梯形圖由硬件接線可以很明顯地看出各輸出與輸入的關系，然后根據(jù)拉線圖表編制梯形圖如圖3-2所示。在設計梯形圖還必須確定兩線路段在整線路中的作用以便設計編程簡單，一環(huán)節(jié)是sq5、sq6兩開關的作用，由原理圖分析我們知道，它們是用來防止主軸箱和工作臺的機動進給同時進行的，即相互聯(lián)鎖，因此我們可將他們設置輸出結果為中間繼電器m103由電路圖知道一切元件的工作都須他們是閉合的，也可任意一個閉合。障的自鎖。所有這些線路圖與編程完成后還必須通過實驗中，將硬件接線與程序放在plc實驗臺上，經(jīng)驗證接線合理程序與接線是否正確，才能安裝到t68上面實驗。以上的基礎工作后，我們便可根據(jù)工藝流程等機械動作情況編制梯形圖（如大圖二），再將梯形圖編程，寫出程序（如大圖二右）到這里plc改造的程序編程這一步已經(jīng)完成，當然在繪制梯形圖的過程中要在注意設置相應的互鎖電路，如主軸電動機的正、反轉控制，主軸電動機的高、低速控制，快移電動機的正、反轉控制。但是梯形圖中的聯(lián)縮電路只能保證plc輸出模塊上兩個對應的硬件繼電器不同時的輸出動作，如果因為主電流過大或接觸器的主觸點不好，某一接觸器的主觸點被斷開電路時產(chǎn)生的電弧熔焊，其線圈斷電后主觸點仍然接通，這時如果另一接觸器的線圈通電，這將會造成三相電源短路事故，所以在電路接線中特別要注意電機正反轉。當然也可以將某一接觸器的常閉觸點與另一接觸器的線圈相串聯(lián)，達到更有保我們將t68進行plc改造的目的便是防止電器線路、元器件的老化缺損，而引起故障，減少大量硬件接線及電器帶的可靠性小，體積大，耗能高的缺點。我們便須選用相應的電器元件，plc的型號在上面已經(jīng)選定，與原來的控制柜中的元素相比省去兩上中間繼電器，其它的電器元件根據(jù)機床的需要、外部環(huán)境、功率的大小、尺寸以及根據(jù)控制對象操作要求由實用機床設計手冊上查找所需要的電器。1交流接觸器的選擇主電機為不經(jīng)常起動的長時負載，故交流接觸器的容量可接下式選擇：ieied式中ie主交流接觸器額定工作電流ied主電動機額定電流對于電源電壓為380v以上的線路，選用3cj0-20型交流接觸器，即km3km4km5km6km7為cj0-20型，對于電源為220v的線路，則選用cj0-40型，即km1，km2為cj0-40型交流接觸器。2熱繼電器的選擇熱繼電器是供一般電動機的過載式斷相保護用的，根據(jù)額定電壓380v，額定電壓14.5v，相數(shù)為3，選用熱繼電器的型號jr0-40。3整流變壓器的選擇根據(jù)電路中需要的電壓和電流推出整流變壓器的次級繞組電壓6.3v、110v和36v整流變壓器容量由n2=u2i2得出，其中u2為整流變壓器次級電壓有效值，i2為整流變壓器次級電流有效值，當考慮電源電壓的波動，次級繞組應有抽頭，一般可按+10%的波動為選擇，所以按以上要求選用變壓器的型號為bk-300va380/1274熔斷器的選擇（1）控制變壓器原邊熔斷器的熔絲額定電流為ier1 ，選為ier1=15a。選fu2型號為rl1-15a（2）控制變壓器副邊熔斷器的熔絲額定電流：110v回路 選為2a 36v 回路 選為2a（3）控制電路熔斷器的選擇熔管額定電流ieg可按下式選取 式中ier為熔體額定電流a,所以選用rl1-60、40a熔斷器5行程開關的型號選擇根據(jù)行程開關的額定電壓、額定電流觸關接觸所要時間動作力觸頭數(shù)量等各條件配合選sa為lxl-11k開啟式fsq rsq為lk1-11k開啟式，sq1sq2為lxl-11k開啟式，sq5 lx1-11i防濺式 sq6為lx3-11k開啟式6按鈕 新式按鈕均為組合模塊式結構，由觸頭、基座和鈕頭三部分組成，采用無緊圖件自鎖式聯(lián)接，變換鈕頭和基座可派生出多種功能，選用不同的觸頭和數(shù)量可滿足不同情況的需要。所以選用sb0-sb1，為la1。異步電動機反接制動電阻 式中k系數(shù)，要求最大反接制動電流ipm不超過氣壓起動電流iq時，k為1.3，要求ipm不超過iq的一半時長為1.5uq電動機起動時定子繞組的相壓iq電動機全壓時的起動電流r組合開關q3、3a分別根據(jù)電動機與燈的額定電壓與電流均分別選用hz2-63/3 hz2-10/310a7電動機為原裝電動機，速度繼電器也不變。再根據(jù)電器元件的大小與放置來選用電控柜，我們選用dki-120型號，繪制出改裝后的接線圖，根據(jù)各電器用具的安裝尺寸與外形尺寸繪出電控柜圖。第4章梯形圖分析4.1 正、反轉控制由正、反轉按鈕sb1、sb2輸入給x401、x402。因為m103得電，x400得電、y431互鎖，所以y430得點輸出同時m100得電自鎖且m102、m103、t450、y434、y433的常閉觸點都接通，從而y433得電。y430、y432、y433得電輸出的結果，主電動機在全壓、定子繞組三角形接法下直接起動，低速運行。反向運行與正向起動相同，但輸入輸出為x402、y432、y431、y433。4.2 低速的轉換sq是高低速的轉換開關，它所對應的x405為輸入地址，低速時sq處于常態(tài)，時間繼電器不得電輸出。高速時，sq被壓動，t450得電輸出。當主軸電動機在高速起動時，先使電動機在低速狀態(tài)下直接起動，同時x405輸入，t450得電后輸出，使電動機繞組接成雙星形接入電源，電動機從低速旋轉轉為高速運行。4.3 反接制動由總停按鈕sb0、速度繼電器和正、反轉的接觸器組成控制件。設主電動機在停車前是低速運轉，即y430、y432、y433得電輸出，x506常開觸點閉合為反接制動做好準備。當sb0即x400輸入時y430、m100、y432失電停止輸出，而y341因x506的閉合而得電輸出，且接通了m102使它得電，因此sb0松開以后，y431、y433能得電保持，三相電源經(jīng)km2、km4反接給電動機進形反接制動。當速度降到速度繼電器復位時，其常開觸點斷開停止輸入，y431、y433停止輸出，切斷電動機電源，電動機制動結束。反向旋轉的制動與正轉是相似，只是輸出斷電的順序改變。4