機電畢業(yè)設(shè)計--t68鏜床控制系統(tǒng)的plc改造設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　?！　I(yè)　　 電子工程　 　　　　　　　 </p><p>　　姓　　名　　 　 　　　　　　 </p><p>　　準考證號　　 　　 　　　　 </p><p>　

2、　論文題目　 T68鏜床控制系統(tǒng)的PLC改造設(shè)計　</p><p><b>　　年　　月　　日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在PLC技術(shù)的應(yīng)用中，電氣工程師不再在硬件上花費太多功夫，只考慮將控制按鈕或檢測傳感器連接在PLC輸入點，再通過PLC內(nèi)部處理，在輸出點連接接觸器或繼電器

3、，來控制大功率的啟動設(shè)備，而小功率的輸出設(shè)備直接連接即可。</p><p>　　隨著自動化技術(shù)，計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC的功能日增多，它不僅能實現(xiàn)單機的控制，而且能實現(xiàn)多機的控制，同時隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，在自動化技術(shù)的領(lǐng)域中PLC起到了不可忽略的作用，由于PLC在與繼電器的比較中有著許多的功能勝過或者是優(yōu)于繼電器，從而使PLC逐步取代繼電器，使得其自動化控制有了更進一步的發(fā)展，無論從操作

4、，維修，保養(yǎng)還是從線路的簡化等方面都更加的方便，其優(yōu)點更加的突出。</p><p>　　本文就根據(jù)PLC的優(yōu)點對T68鏜床進行電器線路改造.機床原有的操作方式不變,機床的主電路不變,從而使機床的控制線路簡化了,機床故障率降低了。 首先提出電路改進的總體構(gòu)思,設(shè)計出了PLC的梯形圖及接線圖,重點分析了部分電路的調(diào)試過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞： T68鏜床 控制線路 PLC控制

5、機床電氣改造 PLC程序設(shè)計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言4</b></p><p><b>　　本 論5</b></p><p>　　1 簡述PLC及其發(fā)展前景5</p><p>　　1.1

6、 可編程控制器的由來、特點、性能等情況5</p><p>　　1.2 可編程控制器控制與傳統(tǒng)的繼電器控制的比較6</p><p>　　1.3 可編程控制器發(fā)展的趨勢6</p><p>　　2 數(shù)控機床的概況及T68鏜床的分析7</p><p>　　2.1 數(shù)控機床的概況7</p><p>　　2.2 T68鏜

7、床的結(jié)構(gòu)及控制要求7</p><p>　　3 T68鏜床PLC改造系統(tǒng)的硬件設(shè)計9</p><p>　　3.1 I／O分配與輔助繼電器分配9</p><p>　　3.2 硬件電路設(shè)計9</p><p>　　4 T68鏜床的PLC改造系統(tǒng)軟件設(shè)計10</p><p><b>　　結(jié) 論14</

8、b></p><p><b>　　參考文獻15</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　目前我國的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是年齡在10年以上的舊機床。這些舊機床能耗高、效率低，用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本

9、高等問題。從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。隨著我國加入WTO后，越來越明顯的跡象表明，大陸正在成為為“世界工廠”，我國的制造業(yè)面臨著極大的機遇與挑戰(zhàn)，不具有先進加工手段的企業(yè)是不可能在今后的激烈市場競爭中生存下來的。</p><p>　　基于這個原因本設(shè)計對應(yīng)用最為廣泛的T68型臥式鏜床進行研究，其控制電路為繼電器控制，接觸觸點多、線路復雜、故障多、操作

10、人員維修任務(wù)較大。針對這種情況，用PLC實現(xiàn)機床的智能化改造，重新設(shè)計電氣控制系統(tǒng)，提高機床系統(tǒng)的穩(wěn)定性和加工精度。</p><p><b>　　本設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　　(1)改造方案的研究。介紹了可編程控制器的由來、定義和發(fā)展情況；通過對我國機床行業(yè)的現(xiàn)狀分析，指出機床改造的必要性，提出用PLC對普通機床進行改造的設(shè)想。</p>&l

11、t;p>　　(2)設(shè)計方法的研究。詳細討論了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容和步驟，提出了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的原則，針對機床改造的特殊情況，總結(jié)并進一步完善了繼電器控制電路移植成PLC梯形圖的規(guī)則。</p><p>　　(3)工程化應(yīng)用。以T68型鏜床的改造為例，介紹了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)過程：分析了T68鏜床電氣控制系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)控制要求進行總體方案的設(shè)計；統(tǒng)計了系統(tǒng)的輸入點和輸出點，共有輸入點16個，

12、輸出點8個；根據(jù)PLC的選型原則，選用了德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200可編程序控制器，并對該型號的PLC的技術(shù)參數(shù)作了介紹；在介紹了PLC的編程方法的基礎(chǔ)上，選用了經(jīng)驗設(shè)計法編程，并設(shè)計了梯形圖；提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　(4)程序仿真、現(xiàn)場安裝與調(diào)試。利用STEP7-Micro/WIN32仿真軟件進行了仿真；在此基礎(chǔ)上對PLC改造進行了現(xiàn)場安裝和調(diào)試，提出了解決方案，并解決了在調(diào)試中出現(xiàn)的

13、問題。調(diào)試的結(jié)果表明了設(shè)計程序的正確，達到預(yù)想的結(jié)果。</p><p><b>　　本 論</b></p><p>　　1 簡述PLC及其發(fā)展前景</p><p>　　1.1 可編程控制器的由來、特點、性能等情況</p><p>　　隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，企業(yè)實力的加強，國內(nèi)很多企業(yè)為了加強自身的經(jīng)濟效益和市場競爭力，相繼

14、進行了適合本企業(yè)特點的改造和結(jié)構(gòu)升級，在眾多的升級改造中使用最多的就是可編程控制器?？删幊炭刂破魇且环N為工業(yè)機械控制所設(shè)專用計算機，在各種自動控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，它是在繼電器控制和計算機控制基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)，通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進行邏輯控制，因而稱為可編程程序邏輯控制器(Programmable Logic Controlle

15、r)簡稱PLC。隨著技術(shù)的發(fā)展，其控制功能不斷增強，可編程程序控制器還可以進行算術(shù)運算，模擬量控制、順序控制、定時、計數(shù)等，并通過數(shù)字，模擬的輸入、輸出控制各種類型的機械生產(chǎn)過程。</p><p>　　目前，我國機械制造業(yè)存在大量的通用設(shè)備，在發(fā)展現(xiàn)代機械自動化技術(shù)時，可以應(yīng)用微電子技術(shù)改造這些已有通用設(shè)備，比如用數(shù)顯、數(shù)控裝置改造通用設(shè)備，提高單機自動化程度，用可編程序控制器改造通用機床、專用機床、組合機床自動

16、設(shè)備與半自動設(shè)備組成的生產(chǎn)線，這樣可以把計算機功能完備、編程靈活、適應(yīng)性強的優(yōu)點和繼電器控制簡單、抗干擾能力強、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來這是一條低成本、高效益，符合我國國情的機械自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。</p><p>　　隨著可編程控制器技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)機械設(shè)備的控制柜逐漸被新一代的智能化儀表所代替，對于日益復雜的控制功能，傳統(tǒng)控制柜顯得無能為力，而可編程控制器具有可編程序的特點，運行時可以根據(jù)要求，選擇控制算

17、法、適應(yīng)性強、可編程控制器采用軟件代替硬件的方法，可以簡化線路，使控制設(shè)備的性能價格比不斷提高。</p><p>　　從廣義上來說，可編程控制器也是一種計算機控制系統(tǒng)，只不過它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適用于控制要求的編程語言。所以PLC與計算機控制系統(tǒng)的組成十分相似，也具有中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入／輸出(I／O)接口、電源等。可編程控制器的發(fā)展分為三個階段：第一階段(七

18、十年代中期)為實用化發(fā)展階段；第二階段(七十年代末期)為成熟階段；第三階段(九十年代)為加速發(fā)展階段。在這一時期，各大公司進一步完善原有產(chǎn)品，不斷開發(fā)出新的產(chǎn)品系列，并加強聯(lián)網(wǎng)功能以構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。在軟件方面，可編程控制器不斷向上端發(fā)展意與計算機兼容。因此，憑借其優(yōu)異的控制性能和快捷的柔性系統(tǒng)構(gòu)成，使PLC成為當今增長速度最快的工業(yè)自動化控制設(shè)備。其主要特點如下：</p><p>　　(1)可靠性高、抗干擾能

19、力強。高可靠性是PLC最突出的特點之一，其平均無故障時間可達幾十萬小時。</p><p>　　(2)編程簡單易學。PLC編程大多采用類似與繼電器控制電路的梯形圖。</p><p>　　(3)設(shè)計、安裝容易、調(diào)試周期短，維護簡單。PLC已實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標準化、通用化。設(shè)計者可在規(guī)格繁多、品種齊全的PLC中選用性能價格比高的產(chǎn)品。</p><p>　　(4)模塊品

20、種豐富、通用性好、功能強大。除了單元式小型PLC外，多數(shù)采用模塊式結(jié)構(gòu)，并形成大、中、小系列產(chǎn)品。</p><p>　　(5)體積小、能耗低。</p><p>　　1.2 可編程控制器控制與傳統(tǒng)的繼電器控制的比較</p><p>　　(1)控制方式。繼電器控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，即利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)及延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯。它只能完成既

21、定的邏輯控制，連線多而復雜，且體積大，功耗大，一旦設(shè)計制造完成后，再想更改十分困難。此外繼電器觸點數(shù)目有限，其靈活性和擴展性也很差。而PLC采用存儲邏輯，通過改變程序很容易改變控制邏輯。</p><p>　　(2)控制速度。繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作來實現(xiàn)控制，其動作頻率低，一般在幾十毫秒，此外機械觸點還會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。而PLC動作則在微秒級，內(nèi)部還有嚴格的同步，不會出現(xiàn)抖動。</p>&l

22、t;p>　　(3)延時控制。繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作來實現(xiàn)延時。</p><p>　　但是，時間繼電器定時精度不高，易受環(huán)境溫度和濕度的影響，而PLC用半導體集成電路作定時器，精度高，且受環(huán)境影響小。</p><p>　　(4)其它控制方式。繼電器控制系統(tǒng)一般只能進行開關(guān)量的邏輯控制，且沒有記數(shù)功能。PLC除了能進行開關(guān)量的邏輯控制外，還能對模擬量進行控制，而且便于實現(xiàn)

23、多種復雜控制。</p><p>　　(5)設(shè)計與施工。用繼電器實現(xiàn)一項控制工程，其設(shè)計、施工、調(diào)試必須依次進行周期長，且修改困難工程大。而PLC則可同時進行，十分方便。</p><p>　　(6)可靠性與可維護性。繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點，連線多。觸點的開閉會受到電弧的損壞，還有機械的磨損，壽命短，可靠性和可維護性都差。而PLC則極其容易。</p><p>

24、;　　1.3 可編程控制器發(fā)展的趨勢</p><p>　　可編程控制器發(fā)展的趨勢如下：</p><p>　　(1)大型網(wǎng)絡(luò)化。即今后的PLC具有DCS系統(tǒng)功能。</p><p>　　(2)模塊種類多樣化。為了適應(yīng)各種特殊功能要求，各種功能模塊將層出不窮。</p><p>　　(3)高可靠性。一些特定的環(huán)境和條件要求自動化系統(tǒng)有很高的可靠性，因

25、此自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)在PLC中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　(4)良好的兼容性。由于世界經(jīng)濟、技術(shù)的一體化，因此PLC也朝滿足國際標準化的程度和水平發(fā)展。</p><p>　　(5)小型化、低成本。小型PLC的基本特點是價格低，便于機電一體化。</p><p>　　(6)編程語言的高級化。除了梯形圖、語句表、流程圖外，一些PLC還增加了BASIC

26、，C等編程語言。</p><p>　　2 數(shù)控機床的概況及T68鏜床的分析</p><p>　　2.1 數(shù)控機床的概況</p><p>　　從企業(yè)面臨的情況來看：一方面企業(yè)原有的機床老化，不能發(fā)揮其應(yīng)有效用，造成現(xiàn)有資產(chǎn)的浪費，另一方面企業(yè)又急需先進的加工設(shè)備來武裝自己。如何對待這些不能發(fā)揮效用或不能完全發(fā)揮效用的設(shè)備，使它們煥發(fā)新的生命力，不僅僅是企業(yè)自身的問題，

27、更關(guān)系到我國國民經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展?；诋敶刂萍夹g(shù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向，對這些機床進行再設(shè)計和再制造，既節(jié)約資源，減少投資，又可以提高企業(yè)的裝備水平。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，舊有設(shè)備或技術(shù)的淘汰，如何利用現(xiàn)有的資會，有效的進行企業(yè)的技術(shù)改造是一個帶有普遍性意義的問題?，F(xiàn)在文獻上大量介紹機床的數(shù)控化改造，可以肯定，數(shù)控化機床在性能上比普通機床好，但相對而言，機床的數(shù)控化改造成本較高，改造周期長，而且原來的機床要滿足一定的要求才能進行數(shù)

28、控化改造。有關(guān)資料表明，到2002年底，我國總共擁有機床約400萬臺，目前擁有的舊機床數(shù)控化率不到4％，其余的都是普通機床，這么大量的舊普通機床要全部改造成數(shù)控機床顯然是不可能的。而且，對于一些單位，他們并不需要數(shù)控機床，只要普通機床就可以滿足生產(chǎn)制造的需求。機床的PLC改造成本低、周期短，改造后電氣控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及機</p><p>　　80年代的鏜床。鏜床采用的是繼電器控制系統(tǒng)，經(jīng)過20多年的使用

29、，大部分機床的控制系統(tǒng)的元件老化，而且所以故障率居高不下，嚴重影響生產(chǎn)進度及生產(chǎn)質(zhì)量，直接影響廠內(nèi)效益、信譽及市場占有率，從而造成不可估量的損失。就其存在的問題分析如下：</p><p>　　(1)因長年使用產(chǎn)生了以下問題：原來的繼電器控制回路接線復雜容易出故障；繼電器長期使用后常出現(xiàn)接頭氧化、接觸不良和線圈燒損等現(xiàn)象，經(jīng)常發(fā)生故障，可靠性很差。</p><p>　　(2)時間繼電器老化不

30、穩(wěn)定，時間參數(shù)需經(jīng)常校正調(diào)整，機床電子元器件市場上缺乏相應(yīng)的配件。</p><p>　　(3)維修費用高因故障率高，備件使用周期縮短，維修時的配件消耗增大，增加了維修開支。</p><p>　　(4)總體控制系統(tǒng)老化導致加工精度的降低。</p><p>　　2.2 T68鏜床的結(jié)構(gòu)及控制要求</p><p><b>　　1.鏜床的結(jié)

31、構(gòu)</b></p><p>　　臥式鏜床的外型結(jié)構(gòu)如圖1所示。臥式鏜床的床身是由整體的鑄件制成，床身的一端裝有固定不動的前立柱，在前立柱的垂直導軌上裝有鏜頭架，可以上下移動。鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進給箱與操縱機構(gòu)等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或安裝在平旋盤的刀具溜板上。在工作過程中，鏜軸一面旋轉(zhuǎn)，一面沿軸向做進給運動。平旋盤只能旋轉(zhuǎn)，裝在上面的刀具溜板可在垂直于主軸軸線方向的徑向做

32、進給運動。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空部分，通過各自的傳動鏈傳動，因此可獨立運動。在大部分工作情況下，使用鏜軸加工，只有在用車刀切削端面時才使用平旋盤。</p><p>　　臥式鏜床后立柱上安裝有尾架，用來夾持裝在鏜軸上的鏜桿的末端。尾架可隨鏜頭架同時升降，并且其軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上。后立柱可在床身導軌上沿鏜軸軸線方向上做調(diào)整移動。</p><p>　　加工時，工件安

33、放在床身中部的工作臺上，工作臺在溜板上面，上溜板下面是下溜板，下溜板安裝在床身導軌上，并可沿床身導軌移動。上溜板又可沿下溜板上的導軌運動，工作臺相對于上溜板可做回轉(zhuǎn)運動。這樣，工作臺就可在床身上做前、后、左、右任一個方向的直線運動，并可做回旋運動。再配合鏜頭架的垂直移動，就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔。</p><p>　　圖1 T68型臥式鏜床結(jié)構(gòu)示意</p><p>　

34、　由以上分析，可將臥式鏜床的運動歸納如下：</p><p>　　(1)主運動：鏜軸的旋轉(zhuǎn)運動與平旋盤的旋轉(zhuǎn)運動。</p><p>　　(2)進給運動：鏜軸的軸向進給，平旋盤刀具溜板的徑向進給，鏜頭架的垂直進給，工作臺的橫向進給與縱向進給。</p><p>　　(3)輔助運動：工作臺的回旋，后立柱的軸向移動及垂直移動。</p><p><

35、b>　　2.鏜床控制要求</b></p><p>　　鏜床加工范圍廣，運動部件多，調(diào)速范圍廣，對電力拖動及控制提出了要求</p><p><b>　　如下：</b></p><p>　　(1)主軸應(yīng)有較大的調(diào)速范圍，且要求恒功率調(diào)速，往往采用機電聯(lián)合調(diào)速。</p><p>　　(2)變速時，為使滑移齒輪

36、能順利進入正常齒合位置，應(yīng)有低速或斷續(xù)變速運動。</p><p>　　(3)主軸能做正反轉(zhuǎn)低速點動調(diào)整，要求對主軸電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)及點動控制。</p><p>　　(4)為使主軸迅速、準確停車，主軸電動機應(yīng)具有電氣控制。</p><p>　　(5)由于進給運動直接影響切削量，而切削量又與主軸轉(zhuǎn)速、刀具、工件材料、加工精度等因素有關(guān)，所以一般臥式鏜床主運動與進給運動由

37、一臺電動機拖動，由各自傳動鏈傳動。主軸與工作臺除工作進給外，為縮短輔助時間，還應(yīng)有快速移動，由另一臺快速移動電動機拖動。</p><p>　　(6)由于鏜床運動部件較多，應(yīng)設(shè)置必要的連鎖和保護，并使操作盡量集中。</p><p>　　3 T68鏜床PLC改造系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 I／O分配與輔助繼電器分配</p><p>

38、;　　系統(tǒng)有16個開關(guān)輸入點，8個開關(guān)輸出點，其分配情況如表1所示。輔助繼電器的分配情況見表2所示。</p><p><b>　　表1 I／O分配</b></p><p>　　表2 輔助繼電器的分配</p><p>　　3.2 硬件電路設(shè)計</p><p>　　控制系統(tǒng)采用S7-200的可編程控制器，PLC系統(tǒng)控制線路

39、如圖2所示。</p><p>　　圖2 T68鏜床控制線路(PLC)改造接線圖</p><p>　　4 T68鏜床的PLC改造系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　本論文用經(jīng)驗設(shè)計法對T68鏜床的工作原理分析可以知道，系統(tǒng)設(shè)計的采用梯形圖的方法編寫程序，首先采用“化整為零”的方法，按被控對象和各個控制功能，逐步設(shè)計出主電動機M1的梯形圖和主軸箱和工作臺的快速移動電動機

40、M2的梯形圖，在STEP7-Micro/WIN32編程軟件上設(shè)計出整體控制梯形圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 T68鏜床改造梯形圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文從工程實踐出發(fā)，對T68鏜床的電氣控制系統(tǒng)的改造進行了深入的研究，取得了以下幾個方面的成果：</p><p>　

41、　(1)設(shè)計了鏜床控制系統(tǒng)的硬件，根據(jù)機床的實際要求和計算，PLC的型號，對輸入輸出點進行了分配，設(shè)計了電力拖動系統(tǒng)的主回路電路圖、PLC的外部接線圖。</p><p>　　(2)設(shè)計了PLC的控制程序，介紹了PLC程序的設(shè)計方法，成功率高的經(jīng)驗設(shè)計的編程方法，并根據(jù)它設(shè)計了相應(yīng)的PLC程序。這種設(shè)計方法簡單易學，節(jié)約了大量的設(shè)計時間。</p><p>　　(3)通過PLC仿真軟件，對編寫

42、的程序進行了仿真、調(diào)試監(jiān)控。</p><p>　　(4)對T68鏜床控制系統(tǒng)改造進行現(xiàn)場安裝與調(diào)試，對調(diào)試中出現(xiàn)的問題進行了分析，提出了解決方案，并成功解決了問題。改造后的系統(tǒng)最大的特點是具有很強的故障診斷能力，該機床經(jīng)過改造后,使用的電器元件大為減少,控制線路簡化了,經(jīng)過一段時間的試運行,效果良好,故障明顯減小,生產(chǎn)效率顯著提高。因此，對T68鏜床進行PLC的改造，滿足了系統(tǒng)的要求，達到預(yù)期的效果。</p

43、><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計實例》高欽和．北京人民郵電出版社，2005</p><p>　　[2]《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與實例》袁任光．華南理工大學出版社，2003</p><p>　　[3]《電氣控制與可編程序控制器的原理及應(yīng)用》陳立定．北京機械工業(yè)出版社，

44、2004</p><p>　　[4]《可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用》周恩濤．北京機械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[5]《拓展舊機床數(shù)控化改造的市場》王維義，朱森元．中國機電工業(yè)，2002</p><p>　　[6]《讓老機床煥發(fā)青春》卜基橋．現(xiàn)代制造，2003</p><p>　　[7]《西門子$7200系列PLC在舊