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基于PLC和HMI的T68卧式镗床的控制系统设计 (PLC部分)(DOC)

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要:

在 PLC 技术的应用中, 电气工程师不再在硬件上花费太多功夫,只考虑将控 制按钮或检测传感器连接在 PLC 输入点,再通过 PLC 内部处理,在输出点连接接 触器或继电器,来控制大功率的启动设备,而小功率的输出设备直接连接即可。 随着自动化技术, 计算机技术及网络通信技术的迅猛发展,使 PLC 的功能日 增多,它不仅能实现单机的控制,而且能实现多机的控制,同时随着 PLC 技术的 不断发展, 在自动化技术的领域中 PLC 起到了不可忽略的作用,由于 PLC 在与继 电器的比较中有着许多的功能胜过或者是优于继电器, 从而使 PLC 逐步取代继电 器,使得其自动化控制有了更进一步的发展,无论从操作,维修,保养还是从线 路的简化等方面都更加的方便,其优点更加的突出! 本文就根据 PLC 的优点对 T68 镗床进行电器线路改造.机床原有的操作方式 不变,机床的主电路不变,从而使机床的控制线路简化了,机床故障率降低了。 首 先提出电路改进的总体构思,设计出了 PLC 的梯形图及接线图,重点分析了部分 电路的调试过程。

关键词:西门子 PLC;电气控制;M7120 *面磨床 ;台达 HMI

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第1章 绪



论……………………………………………………………………….3

1.1 控制继电器存在的缺点………………………………………………………...3 1.2 可编程序控制器的功能………………………………………………………...3 1.3 可编程控制器的主要特点……………………………………………………...5 1.4 PLC 相对于继电器线路的优势………………………………………………...5 第2章 T68 镗床电气控制………………………………………………………….6

2.1 卧式镗床的主要结构和运动形式………………………………………………..6 2.2 卧式镗床的电力拖动形式和控制要求………………………………………….8 2.3 T68 型卧式镗床电气控制电路…………………………………………………...8 2.3.1 主电路分析………………………………………………. …………11 2.3.2 控制电路分析……………………………………………. …………12 2.3.3 T68 型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修………. …………… 15 第3章 PLC 控制系统的分析……………………………………………………..16

3.1 T68 卧式镗床 I\O 分配图………………………………………………………16 3.2 T68 卧式镗床 PLC I/O 接线图…………………………………………………16 3.3 T68 卧式镗床的 PLC 梯形图……………………………………………………17 3.4 调试过程………………………………………………………………………..22 第4章 触摸屏系统设计…………………………………………………………..24

4.1 台达触摸屏编程软件介绍………………………………………………………24 4.2 台达触摸屏界面设计……………………………………………………………25 第5章 设计心得…………………………………………………………………..29

参考文献……………………………………………………………………………..30

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第一章
1.1 控制继电器存在的缺点





今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。 他们比以往的产品具有 更高的可靠性。但是,这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都 是长期磨损和疲劳工作条件下进行的, 容易损坏。 而且继电器的触点容易产生 电弧,甚至会熔在一起产生误操作,引起严重的后果。再者,对一个具体使用 的装有*俑黾痰缙鞯纳璞福 其控制箱将是庞大而笨重的。 在全负荷运载的情 况下,大的继电器将产生大量的热及噪声,同时也消耗了大量的电能。并且继 电器控制系统必须是手工接线、安装,如果有简单的改动,也需要花费大量时 间及人力和物力去改制、安装和调试。 (1)导通后的管压降大,可控硅或双相控硅的正向降压可达 1~2V,大 功率晶体管的饱和压降也在 1~2V 之间, 一般功率场效应管的导通电祖也较机 械触点的接触电阻大。 (2)半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流,因此不能实现 理想的电隔离。 (3)由于管压降大,导通后的功耗和发热量也大,大功率固态继电器的 体积远远大于同容量的电磁继电器,成本也较高。 (4)电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差,耐辐射能力 也较差,如不采取有效措施,则工作可靠性低。 (5) 固态继电器对过载有较大的敏感性, 必须用快速熔断器或 RC 阻尼电 路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关,温度升高,负 载能力将迅速下降。

1.2

可编程序控制器的功能
可编程控制器以体积小功能强大所著称, 它不但可以很容易地完成顺序逻

辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能,而且可以 通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系, 从而实现生产 过程的自动控制。特别是现在,由于信息、网络时代的到来,扩展了 PLC 的功 能,使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业。 PLC 是应用面很广,发展非常迅速的工业自动化装置,在工厂自动化(FA)和 计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。今天的 PLC 功能,远不仅是替代传统
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的继电器逻辑。 PLC 系统一般由以下基本功能构成: 多种控制功能, 数据采集, 存储与处理功能, 通信联网功能, 输入/输出接口调理功能 , 人机界面功能编程、 调试功能。 (1)顺序控制 顺序控制是 PLC 最基本、应用最广泛的领域。所谓的顺序控制,就是按照工 艺流程的顺序, 在控制信号的作用下,使得生产过程的各个执行机构自动地按照 顺序动作。由于它还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护 等优点,所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统 的继电器接触器控制系统。 它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的 指令信号和传感器信号, 控制机械运动部件进行相应的操作,从而达到了自动化 生产线控制。 比较典型应用在自动电梯的控制、 管道上电磁伐的自动开启和关闭、 皮带运输机的顺序启动等。 例如我分厂的原料混料系统就是利用了 PLC 的顺序控 制功能。 (2)运动位置控制 PLC 可以支持数控机床的控制和管理,在机械加工行业,可编程控制器与计 算机数控(CNC)集成在一起,用以完成机床的运动位置控制,它的功能是接受 输入装置输入的加工信息,经处理与计算,发出相应的脉冲给驱动装置,通过步 进电机或伺服电机,使机床按预定的轨道运动,以完成多轴伺服电机的自控。目 前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削、摸削等应用中。 (3)生产过程的监控和管理 PLC 可以通过同迅接口与显示终端和打印机等外设相连。显示器作为人机界 面(HMI)是一种内含微处理芯片的智能化设备,它与 PLC 相结合可取代电控柜 上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯,及生产流程模拟屏和电控柜内大量 的中间继电器和端子排。所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。PLC 可 以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理,并可对要显示的参数以二 进制、十进制、十六进制、ASCII 字符等方式进行显示。在显示画面上,通过图 标的颜色变化反应现场设备的运行状态,如阀门的开与关,电机的启动与停止, 位置开关的状态等。PID 回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的 变化, 操作人员通过参数设定可进行参数调整,通过数据查询可查找任一时刻的 数据记录, 通过打印可保存相关的生产数据,为今后的生产管理和工艺参数的分 析带来便利。 (4)网络特性
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PLC 可以实现多台 PLC 之间或多台 PLC 与一台计算机之间的通讯联网要求, 从而组成多级分布式控制系统,构成工厂自动化网络。

1.3

可编程控制器的主要特点
(1)可靠性高,抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技

术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的 可靠性。使用 PLC 构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线 及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC 带有 硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用 者还可以编入外围器件的故障自诊断程序, 使系统中除 PLC 以外的电路及设备也 获得故障自诊断保护。这样,整个系统将有极高的可靠性。 (2)配套齐全,功能完善,适用性强 PLC 发展到今天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的 工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,PLC 大多具有完善的数据运算能力,可 用于各种数字控制领域。 多种多样的功能单元大量涌现,使 PLC 渗透到了位置控 制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技 术的发展,使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 (3)易学易用,深受工程技术人员欢迎 PLC 是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人 员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接*,为不熟悉 电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。

1.4 PLC 相对于继电器线路的优势
功能强,性能价格比高 ;硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强 ;可靠 性高,抗干扰能力强;系统的设计、安装、调试工作量少 ;编程方法简单;维 修工作量少,维修方便 ;体积小,能耗低 。

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第2章

T68 镗床电气控制

镗床也是用于孔加工的机床,与钻床比较,镗床主要用于加工精确的孔和各 孔间的距离要求较精确的零件,如一些箱体零件(机床主轴箱、变速箱等) 。镗 床的加工形式主要是用镗刀镗削在工件上已铸出或已粗钻的孔,除此之外,大部 分镗床还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔等加工。 镗床的主要类型有卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床和专用镗床等,其中以卧 式镗床应用最广。本节介绍 T68 型卧式镗床的电气控制电路

2.1 机床主要机构和运动形式
卧式镗床的主要结构如图 2-1 所示,前立柱固定安装在床身的右端,在它的垂直导轨上 装有可上下移动的主轴箱。 主轴箱中装有主轴部件、 主运动和进给运动的变速传动机构和操 纵机构等。在主轴箱的后部固定着后尾筒,里面装有镗轴的轴向进给机构。后立柱固定在床 身的左端, 装在后立柱垂直导轨上的后支承架用于支承长镗杆的悬伸端 (参见图 2-2 (b) ) ,

图(2-1) 后支承架可沿垂直导轨与主轴箱同步升降, 后立柱可沿床身的水*导轨左右移动, 在不需要 时也可以卸下。工件固定在工作台上,工作台部件装在床身的导轨上,由下滑座、上滑座和 工作台三部分组成, 下滑座可沿床身的水*导轨作纵向移动, 上滑座可沿下滑座的导轨作横 向移动, 工作台则可在上滑座的环形导轨上绕垂直轴线转位, 使工件在水*面内调整至一定 的角度位置, 以便能在一次安装中对互相*行或成一定角度的孔与*面进行加工。 根据加工 情况不同,刀具可以装在镗轴前端的锥孔中,或装在*旋盘(又称为“花盘”)与径向刀具 溜板上。加工时,镗轴旋转完成主运动,并且可以*渲嵯咭贫髦嵯蚪硕*旋盘只
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能随镗轴旋转作主运动; 装在*旋盘导轨上的径向刀具溜板除了随*旋盘一起旋转外, 还可 以沿着导轨移动作径向进给运动

卧式镗床的典型加工方法如图 2 所示,(a)图为用装在镗轴上的悬伸刀杆 镗孔,由镗轴的轴向移动进行纵向进给;(b)图为利用后支承架支承的长刀杆 镗削同一轴线上的前后两孔,(c)图为用装在*旋盘上的悬伸刀杆镗削较大直 径的孔,两者均由工作台的移动进行纵向进给;(d)图为用装在镗轴上的端铣 刀铣削*面,由主轴箱完成垂直进给运动;图(e)、(f)为用装在乎旋盘刀具 溜板上的车刀车削内沟槽和端面,均由刀具溜板移动进行径向进给。

图 2-2

卧式镗床的主运动和进给运动示意图

因此,卧式镗床的运动形式是:主运动为镗轴和*旋盘的旋转运动。 进给运动包括: (1)镗轴的轴向进给运动。 (2)*旋盘上刀具溜板的径向进给运动。 (3)主轴箱的垂直进给运动。 (4)工作台的纵向和横向进给运动。 辅助运动包括: (1)主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动。 (2)后立柱的纵向调位移动。 (3)后支承架与主轴箱的垂直调位移动。 (4)工作台的转位运动。

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2.2 T68 卧式镗床电力拖动方式和控制要求
镗床加工范围广,运动部件多,调速范围宽。而进给运动决定了切削量,切 削量又与主轴转速、刀具、工件材料、加工精度等有关。所以一般卧式镗床主运 动与进给运动由一台主轴电动机拖动,由各自传动链传动。为缩短辅助时间,镗 头架上、下,工作台前、后、左、右及镗轴的进、出运动除工作进给外,还应有 快速移动,由快速移动电机拖动。 T68 卧式镗床控制要求主要是: 1)主轴旋转与进给量都有较宽的调速范围,主运动与进给运动由一台电动机拖 动,为简化传动机构采用双速笼型异步电动机。 2)由于各种进给运动都有正反不同方向的运转,故主电动机要求正、反转。 3)为满足调整工作需要,主电动机应能实现正、反转的点动控制。 4)保证主轴停车迅速、准确,主电动机应有制动停车环节。 5)主轴变速与进给变速可在主电动机停车或运转时进行。为便于变速时齿轮啮 合,应有变速低速冲动过程。 6)为缩短辅助时间,各进给方向均能快速移动,配有快速移动电动机拖动,采 用快速电动机正、反转的点动控制方式。 7)主电动机为双速电机,有高、低两种速度供选择,高速运转时应先经低速起 动。
8) 由于运动部件多,应设有必要的联锁与保护环节。

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2.3

T68 型卧式镗床电气控制电路

T68 型卧式镗床电气原理图如图 2-3 所示。

图(2-3)
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2.3.1 主电路分析

图(2-4) 如图(2-4)所示电路,电源经低压熔断器 QS 引入,M1 为主电动机,由接 触器 KM1、KM2 控制其正、反转;KM6 控制 M1 低速运转(定子绕组接成三角 形,为 4 极) ,KM7、KM8 控制 M1 高速运转(定子绕组接成双星形,为 2 极) ; KM3 控制 M1 反接制动限流电阻。M2 为快速移动电动机,由 KM4、KM5 控制 其正反转。热继电器 FR 作 M1 过载保护,M2 为短时运行不需过载保护。

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2.3.2 控制电路分析

图(2-5)

如图(2-5)所示,由控制变压器 TC 供给 110V 控制电路电压,36V 局部照 明电压及 6.3V 指示电路电压。如图卧式镗床的控制电路: M1 主电动机的点动控制 点动按钮 SB3、 由主电动机正反转接触器 KM1、KM2、正反转

SB4 组成 M1 电动机正反转控制电路。点动时,M1 三相绕组

接成三角形且串入电阻 R 实现低速点动。 以正向点动为例,合上电源开关 QS,按下 SB3 按钮,KM1 线圈通电,主 触头接通三相正相序电源,KM1(4-14)闭合,KM6 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 KM1、KM6 此时都不能自锁故为点 动,当松开 SB3 按钮时,KM1、KM6 相继断电,M1 断电而停车。 反向点动,由 SB4、KM2 和 KM6 控制。 由控制变压器 TC 提供 110V 工作电压,FU3 提供变压器二次侧的短路保护。 控制电路包括 KMl~KM7 七个交流接触器和 KAl、KA2 两个中间继电器,以及时间 继电器 KT 共十个电器的线圈支路, 该电路的主要功能是对主轴电动机 M1 进行控 制。在起动 M1 之前,首先要选择好主轴的转速和进给量,并且调整好主轴箱和 工作台的位置(在调整好后行程开关 SQl、SQ2 的动断触点(1—2)均处于闭合 接通状态)。
1 M1 的正反转控制 ○

SB2、SB3 分别为正、反转起动按钮,下面以正转起动为例:

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按下 SB2→KA1 线圈通电自锁→KA1 动合触点(10-11)闭合,KM3 线圈通电 →KM3 主触点闭合短接电阻 R;KA1 另一对动合触点(14-17)闭合,与闭合的 KM3 辅助动合触点(4-17)使 KM1 线圈通电→KM1 主触点闭合;KM1 动合辅助触 点(3-13)闭合,KM4 通电,电动机 M1 低速起动。 同理,在反转起动运行时,按下 SB3,相继通电的电器为:KA2→KM3→KM2 →KM4。
2 M1 的高速运行控制 ○

若按上述起动控制,M1 为低速运行,此时机床的主轴变速手柄置于“低速” 位置,微动开关 SQ7 不吸合,由于 SQ7 动合触点(11—12)断开,时间继电器 KT 线圈不通电。要使 M1 高速运行,可将主轴变速手柄置于“高速”位置,SQ7 动作,其动合触点(11—12)闭合,这样在起动控制过程中 KT 与 KM3 同时通电 吸合,经过 3s 左右的延时后,KT 的动断触点(13—20)断开而动合触点(13— 22)闭合,使 KM4 线圈断电而 KM5 通电,M1 为 YY 联结高速运行。无论是当 M1 低速运行时还是在停车时,若将变速手柄由低速挡转至高速挡,M1 都是先低速 起动或运行,再经 3s 左右的延时后自动转换至高速运行。
3 M1 的停车制动 ○

M1 采用反接制动,KS 为与 M1 同轴的反接制动控制用的速度继电器,它在控 制电路中有三对触点:动合触点(13—18)在 M1 正转时动作,另一对动合触点 (13—14)在反转时闭合,还有一对动断触点(13—15)提供变速冲动控制。当 M1 的转速达到约 120 r/min 以上时,KV 的触点动作;当转速降至 40r/min 以 下时,KS 的触点复位。下面以 M1 正转高速运行、按下停车按钮 SBl 停车制动为 例进行分析: 按下 SB1→SB1 动断触点(3-4)先断开,先前得电的线圈 KA1、KM3、KT、 KM1、KM5 相继断电→然后 SB1 动合触点(3-13)闭合,经 KS-1 使 KM2 线圈通 电→KM4 通电 M1 D 形接法串电阻反接制动→电动机转速迅速下降至 KS 的复归值 →KS-1 动合触点断开,KM2 断电→KM2 动合触点断开,KM4 断电,制动结束。 如果是 M1 反转时进行制动,则由 KS-2 (13—14)闭合,控制 KMl、KM4 进行反接制动。
4 M1 的点动控制 ○

SB4 和 SB5 分别为正反转点动控制按钮。 当需要进行点动调整时, 可按下 SB4 (或 SB5),

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使 KMl 线圈(或 KM2 线圈)通电,KM4 线圈也随之通电,由于此时 KAl、KA2、 KM3、KT 线圈都没有通电,所以 M1 串入电阻低速转动。当松开 SB4(或 SB5)时, 由于没有自锁作用,所以 M1 为点动运行。
5 主轴的变速控制 ○

主轴的各种转速是由变速操纵盘来调 节变速传动系统而取得的。在主轴运转时, 如果要变速,可不必停车。只要将主轴变速 操纵盘的操作手柄拉出, 与变速手柄有机械 联系的行程开关 SQ3、SQ5 均复位,此后的 控制过程如下(以正转低速运行为例): 将变速手柄拉出→SQ3 复位→SQ3 动合 触点断开→KM3 和 KT 都断电→KM1 断电 KM4 断电,M1 断电后由于惯性继续旋转。 SQ3 动断触点(3-13)后闭合,由于此 时转速较高,故 KS-1 动合触点为闭合状态→KM2 线圈通电→KM4 通电,电动机 D 接法进行制动,转速很快下降到 KV 的复位值→KS-1 动合触点断开,KM2、KM4 断电,断开 M1 反向电源,制动结束。 转动变速盘进行变速, 变速后将手柄推回→SQ3 动作→SQ3 动断触点 (3-13) 断开;动合触点(4-9)闭合,KM1、KM3、KM4 重新通电,M1 重新起动。 由以上分析可知, 如果变速前主电动机处于停转状态,那么变速后主电动机 也处于停转状态。若变速前主电动机处于正向低速(D 形联结)状态运转,由于 中间继电器仍然保持通电状态, 变速后主电动机仍处于 D 形联结下运转。同样道 理,如果变速前电动机处于高速(YY)正转状态,那么变速后,主电动机仍先联 结成 D 形,再经 3s 左右的延时,才进入 YY 联结高速运转状态。
6 主轴的变速冲动 ○

SQ5 为变速冲动行程开关,在不进行变速时,SQ5 的动合触点(14—15)是 断开的; 在变速时, 如果齿轮未啮合好, 变速手柄就合不上, 则 SQ5 被压合→SQ5 的动合触点(14—15)闭合→KMl 由(13—15—14—16)支路通电→KM4 线圈支 路也通电→M1 低速串电阻起动→当 M1 的转速升至 120r/min 时→KS 动作, 其动 断触点(13—15)断开→KMl、KM4 线圈支路断电→KS-1 动合触点闭合→KM2 通 电→ KM4 通电, M1 进行反接制动, 转速下降→当 M1 的转速降至 KS 复位值时, KS 复位,其动合触点断开,M1 断开制动电源;动断触点(13—15)又闭合→KMl、
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KM4 线圈支路再次通电→M1 转速再次上升??, 这样使 M1 的转速在 KS 复位值和 动作值之间反复升降,进行连续低速冲动,直至齿轮啮合好以后,方能将手柄推 合至图 6 中①的位置,使 SQ3 被压合,而 SQ5 复位,变速冲动才告结束。
7 进给变速控制 ○

与上述主轴变速控制的过程基本相同,只是在进给变速控制时,拉动的是进 给变速手柄,动作的行程开关是 SQ4 和 SQ6。
8 快速移动电动机 M2 的控制 ○

为缩短辅助时间,提高生产效率,由快速移动电动机 M2 经传动机构拖动 镗头架和工作台作各种快速移动。 运动部件及运动方向的预选由装在工作台前方 的操作手柄进行, 而控制则是由镗头架的快速操作手柄进行。当扳动快速操作手 柄时,将压合行程开关 SQ8 或 SQ9,接触器 KM6 或 KM7 通电,实现 M2 快速正转 或快速反转。 电动机带动相应的传动机构拖动预选的运动部件快速移动。将快速 移动手柄扳回原位时,行程开关 SQ5 或 SQ6 不再受压,KM6 或 KM7 断电,电动机 M2 停转,快速移动结束。
9 联锁保护 ○

为了防止工作台及主轴箱与主轴同时进给, 将行程开关 SQl 和 SQ2 的动断触 点并联接在控制电路 (1—2) 中。 当工作台及主轴箱进给手柄在进给位置时, SQl 的触点断开;而当主轴的进给手柄在进给位置时,SQ2 的触点断开。如果两个手 柄都处在进给位置,则 SQl、SQ2 的触点都断开,机床不能工作。

2.3.3 T68 型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修
镗床常见电气故障的诊断与检修与铣床大致相同, 但由于镗床的机—电联锁 较多,且采用双速电动机,所以会有一些特有的故障,现举例分析如下: a). 主轴的转速与标牌的指示不符 这种故障一般有两种现象: 第一种是主轴的实际转速比标牌指示转数增加 或减少一倍,第二种是 M1 只有高速或只有低速。前者大多是由于安装调整不当 而引起的。T68 型镗床有 18 种转速,是由双速电动机和机械滑移齿轮联合调速 来实现的。第 1,2,4,6,8,?挡是由电动机以低速运行驱动的,而 3,5,7, 9,?挡是由电动机以高速运行来驱动的。由以上分析可知,M1 的高低速转换是 靠主轴变速手柄推动微动开关 SQ7,由 SQ7 的动合触点(11—12)通、断来实现 的。如果安装调整不当,使 SQ7 的动作恰好相反,则会发生第一种故障。而产生 第二种故障的主要原因是 SQ7 损坏 (或安装位置移动) : 如果 SQ7 的动合触点 (11
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—12)总是接通,则 M1 只有高速;如果总是断开,则 M1 只有低速。此外,KT 的损坏(如线圈烧断、触点不动作等),也会造成此类故障发生。 b).MI 能低速起动,但置“高速”挡时,不能高速运行而自动停机 M1 能低速起动,说明接触器 KM3、KMl、KM4 工作正常;而低速起动后不能 换成高速运行且自动停机,又说明时间继电器 KT 是工作的,其动断触点(13— 20)能切断 KM4 线圈支路,而动合触点(13—22)不能接通 KM5 线圈支路。因此, 应重点检查 KT 的动合触点(13—22);此外,还应检查 KM4 的互锁动断触点(22 —23)。按此思路,接下去还应检查 KM5 有无故障。 c).M1 不能进行正反转点动、制动及变速冲动控制 其原因往往是上述各种控制功能的公共电路部分出现故障, 如果伴随着不能 低速运行,则故障可能出在控制电路 13—20—21—0 支路中有断开点。否则,故 障可能出在主电路的制动电阻器 R 及引线上有断开点。 如果主电路仅断开一相电 源,电动机还会伴有断相运行时发出的“嗡嗡”声。

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第 3 章 T68 卧式镗床 PLC 分析
3.1 T68 卧式镗床 I\O 分配图
名称 SB1 SB1 SB3 SB4 SB6 SQ SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 KS1 KS2 FR KM1 KM2 KM3 工位 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 名称 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 SB1HMI SB2HMI SB3HMI SB4HMI SB6HMI SB7HMI SB8HMI MI 主轴低速正传 M1 主轴高速正传 M1 主轴低速反传 M1 主轴高速反转 M1 停止制动 M2 进给正传显示 M2 进给反转显示 图(3-1) 工位 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M1.5 M1.6 M2.0 M2.1 M2.2 M2.3 M2.4 M2.5 M2.6

3.2 T68 卧式镗床 PLC I/O 接线图:

I\O 输入部分

图(3-2)

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I\O 输出部分

图(3-3)

3.3 T68 卧式镗床的 PLC 梯形图:

图(3-4)

如图(3-4)压下 SQ5,其常闭触头 SQ5,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 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 常闭 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。

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图(3-5) 如图(3-5)按下 SB3 按钮,KM1 线圈通电,主触头接通三相正相序电源,KM1 闭合,KM6 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。

SB4 组成 M1 电动机正反转控制电路。点动时,M1 三相绕组接成三角形且串 入电阻 R 实现低速点动。

图(3-6) 如图(3-6)由快速手柄操纵并联动 SQ7、SQ8 行程开关,控*哟テ KM4 或

KM5, 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 均不被压动,M2 电动机停转。若将快速手柄扳到正向位置,SQ7 压下,KM4 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,SQ8 压下,KM5 线圈通电吸合,M2 反转,相应部件获得反向 快速移动。

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图(3-7) 如图(3-7)如果 KM1、KM7、KM8 同时接通的话,那么触摸屏上就显示主轴高

速正转。

图(3-8) 如图(3-8)如果 KM2、KM6 同时接通的话,那么触摸屏就显示主轴低速反转。

图(3-9) 如图(3-9)如果 KM2、KM7、KM8 同时接通的话,那么触摸屏上就显示主轴高速反转。

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图(3-10)

图(3-11) 如图(3-11)如果 KM4 接通,那么电动机将会进给正转

图(3-12) 如图(3-12)如果 KM5 接通,那么电动机将会进给反转

3.4 调试过程
(1)主电动机的起动与停止控制 主电动机共有正向点动、反向点动、正向低速转动、反向低速转动、正向高 速转动和反向高速转动六种运动方式。 1)主电动机的正向点动控制

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按下正向点动按钮 SB3,输入继电器 I0.3 得电,输出继电器 Q0.1 得电,同 时输出继电器 Q0.6 也得电,交流接触器 KMl、KM6 通电吸合,其主触点闭合,接 通电源。 这时, 因为接触器 KM7 和 KM8 无电, 所以主电动机定子绕组接成三角形。 又因为交流接触器 KM3 无电, 所以限流电阻 R 串接入主电动机的电源电路中。这 样,主电动机定子绕组接成三角形,经限流电阻 R 接通三相电源,主电动机起动 正向旋转。松开正向点动按钮 SB3,输入继电器 I0.3 断电,输出继电器 Q0.1 断 电,同时输出继电器 Q0.6 也断电,接触器 KMl 和 KM6 断电释放,他们的主触点 断开,切除电源,主电动机停转。 2)主电动机的反转点动控制 控制线路及其控制原理均和正向点动相似,只要把点动按钮 SB3 换成 SB4, 输入继电器 I0.3 换成 I0.4,输出继电器 Q0.1 换成 Q0.2,交流接触器 KMl 换成 KM2 即可。 3)主电动机正向低速转动控制 主电动机低速转动时,限位开关 SQ 的动合触点处于断开位置,SQ3 和 SQl 处于闭合位置。按下主电动机正向起动按钮 SB1,输入继电器 I0.1 得电,内部 继电器 M0.1 得电并自锁,输出继电器 Q0.3 得电, Q0.3 与 M0.1 的得电,又使 输出继电器 Q0.1 得电, Q0.1 的得电,又使输出继电器 Q0.6 得电。输出继电器 Q0.3、Q0.1、Q0.6 的相继得电,使接触器 KM3、KMl 和 KM6 得电。KM3 的主触点 闭合,将限流电阻 R 短路。KMl 的主触点闭合,引入三相电源。KM6 的主触点闭 合,接通主电动机 M1 的三相电源。因为高速转动交流接触器 KM7 和 KM8 无电, 所以主电动机定子绕组接成三角形,在全电压(不经限流电阻 R)下起动正向低速 旋转。 4)主电动机反向低速转动控制 控制线路及其控制原理均和正向低速转动时相似, 只要把正向转动起动按钮 SBl 换成反向转动起动按钮 SB2,输入继电器 I0.1 换成 I0.2,内部继电器 M0.1 换成 M0.2,输出继电器 Q0.1 换成 Q0.2,接触器 KMl 换成 KM2 即可。 5)主电动机正向高速转动控制 需要主电动机高速转动时,通过变速机构的机械动作,将行程开关 SQ 的动 合触点闭合.输入继电器 I0.0 得电,为时间继电器 T37 的得电作准备. 按下正向转动起动按钮 SBl,输入继电器 I0.1 得电,内部继电器 M0.1 得电 并自锁.输出继电器 Q0.3、Q0.1、Q0.6 得电,交流接触器 KM3、KMl、KM6 先后 得电吸合,主电动机定子绕组接成三角形在全电压下正向低速转动。 Q0.3 得电的同时,时间继电器 T37 得电.经过 3 秒左右的延时,时间继电 器 T37 延时断开的动断触点断开,输出继电器 Q0.6 断电,低速转动接触器 KM6 断电释放。同时,时间继电器 T37 延时闭合的动合触点闭合,输出继电器 Q0.7 得电, 高速转动接触器 KM7 和 KM8 通电吸合,将主电动机定子绕组接成双星形并 重新接通三相电源,使主电动机从低速正向转动变为高速正向转动。 6)主电动机反向高速转动控制

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控制线路及其控制原理均和正向高速转动相似,只要把正向转动起动按钮 SB1 换成反向转动起动按钮 SB2,输入继电器 I0.1 换成 I0.2,内部继电器 M0.1 换成 M0.2,输出继电器 Q0.1 换成 Q0.2,接触器 KMl 换成 KM 即可。 (2)主电动机的反接制动控制 反接制动由停止按钮 SB5 和速度继电器 SR 控制。速度继电器分为正转 SRl 和反转 SR2 两种,在电动机转速较高时,SRl(正转时)和 SR2(反转时)的动合触 点闭合。 当电动机转速降到速度继电器的复位转速时,速度继电器的动合触点断 开。 1)主电动机正向转动时的反接制动控制线路 主电动机正向转动时,正向速度继电器 SRl 的动合触点闭合。需要停车时, 按下停止按钮 SB5,输入继电器 I0.5 动断触点断开。如果原来为低速转动,交 流接触器 KMl、KM3、KM6 断电释放;如果原来为高速转动,则交流接触器 KMl、 KM3、KM7、KM8 断电释放,限流电阻 R 接入电动机电路。虽然电动机已和电源断 开,但由于惯性作用,主电动机仍以较高的速度正向转动,速度继电器 SRl 触点 为闭合状态。 在按下 SB5 时,输入继电器 I0.5 其动合触点闭合,输出继电器 Q0.2 得电, 交流接触器 KM2 的线圈通电吸合。同时,输出继电器 Q0.6 得电,接触器 KM6 的 线圈吸合。 接触器 KM2 和 KM6 的主触点闭合,经限流电阻 R 接通主电动机的三相 电源,主电动机进行反接制动,转速立即下降。当主电动机的转速下降到速度继 电器的复位转速时,速度继电器 SRl 的动合触点断开,输入继电器 I0.6 断电, 输出继电器 Q0.2、Q0.6 断电,接触器 KM2 和 KM6 的线圈先后断电释放,它们的 主触点断开,切除主电动机的电源,主电动机停转,反接制动结束。 2)主电动机反向转动时的反接制动控制 控制线路及其控制原理均和正向转动时的反接制动相似, 只要将正向转动速 度继电器 SRl 换成反向转动速度继电器 SR2,输入继电器 I0.6 换成 I0.7,输出 继电器 Q0.2 换成 Q0.1,将交流接触器 KM2 换成 KMl,即可. (3)主轴变速或进给变速时主电动机的缓转控制 该机床的主轴变速和进给变速既可在主电动机停车时进行, 也可在机床正常 运行时进行。变速时主电动机可缓转以利于齿轮进入良好的啮合状态。 1)主电动机在主轴变速时的缓转控制 主轴变速时,将变速孔盘拉出,拉动限位开关 SQl,使动合触点断开,输入 继电器 I1.0 断电,同时也放开限位开关 SQ2,它的动合触点断开,输人继电器 I1.1 断电,选好主轴转速后,将孔盘推入。如滑移齿轮和固定齿轮发生碰赤现 象,则变速孔盘不能推回原位。 机床主轴变速时, 如果主电动机处于停转状态,速度继电器 SRl 的动合触点 断开,输入继电器 I0.6 断电.由于输入继电器 I1.0、I1.1、I0.6 的断电,I1.1 的动断触点闭合,使输出继电器 Q0.1、Q0.6 相继得电,所以接触器 KMl、KM6 通电吸合,其主触点闭合,经限流电阻 R 接通主电动机的三相电源,主电动机的
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定子绕组接成三角形,正向旋转。 主电动机的转速逐渐升高到一定程度之后, 正向速度继电器 SRl 的动合触点 闭合,输入继电器 I0.6 得电,输出继电器 Q0.1 断电,接触器 KMl 的线圈断电释 放。KMl 的主触点断开,切断主电动机的电源,主电动机在惯性作用下继续正向 转动。 输入继电器 I0.6 得电同时输出继电器 Q0.2 得电, 接触器 KM2 通电吸合. 接 触器 KM6 仍然得电吸合。KM2、KM6 的主触点闭合,接通主电动机的电源,主电 动机经限流电阻 R 进行反接制动,转速迅速下降。 当主电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时, 速度继电器的动合触点 断开,KM2 断电释放。 KMl 又得电吸合,主电动机重复上述动作。这样间歇* 动与反接制动,使主电动机处于缓慢转动状态,有利于齿轮进行良好啮合。 如果变速前主电动机处于停转状态,则变速后主电动机仍然停转。如果变速 前主电动机处于正向低速转动,内部继电器 M0.1 仍处于得电自锁状态,则变速 后接触器 KM3、 KMl 和 KM6 又得电吸合,主电动机在变速之后仍然正向低速转动。 如果变速前主电动机处于反向低速转动, 由于内部继电器 M0.2 的工作状态不变, 变速后接触器 KM2、KM3 和 KM6 又得吸合,所以主电动机仍然反向低速转动。 同样道理, 如果变速前主电动机处于正向或反向高速转动状态,变速后先进 入正向或反向低速转动,经过 3s 左右的延时,主电动机自动转为正向或反向高 速旋转。 2)进给变速时主电动机的缓转控制原理分析 在进给变速时,如果主电动机正在旋转,也同样能够自行停止转动。在滑移 齿轮和固定齿轮未齿合好之前,主电动机也是进行缓转.在齿轮啮合好之后,主 电动机又恢复到变速前的状态。 其控制线路及控制原理均和主轴变速相似,只要 把限位开关 SQl 改为 SQ3,输入继电器 I1.0 改为 I1.2,将 SQ2 改成 SQ4,输入 继电器 I1.1 改为 I1.3 即可。 (4)主轴箱、工作台的快速移动控制 机床各部件的快速移动由快速手柄进行操纵,由快速移动电动机 M2 拖动。 将快速手柄扳到正向快速移动位置时,压动限位开关 SQ7,输入继电器 I1.6 得电,输出继电器 Q0.4 得电,使交流接触器 KM4 通电吸合。KM4 的主触点闭合, 接通快速移动电动机的电源, 快速移动电动机正向转动,拖动主轴箱或工作台做 正向快速移动。 将快速手柄扳到反向快速移动位置时,压动限位开关 SQ8,输入继电器 I1.7 得电,输出继电器 Q0.5 得电,使接触器 KM5 通电吸合。KM5 的主触点闭合,接 通快速移动电动机的电源, 快速移动电动机反向旋转,拖动主轴箱或工作台做反 向快速移动。 将快速手柄扳到“停止”位置时,限位开关 SQ7 和 SQ8 均恢复原来位置,快 速移动停止。

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第4章

触摸屏系统设计

4.1 台达触摸屏编程软件介绍
画面编辑器除了提供简体中文、繁体中文以及英文等各种不同语言版本外, 还提供 Windows?。系统可提供的字体来编辑。便利的运算与通讯宏指令:利用 宏功能可以有效的帮助 PLC 处理复杂的运算功能及分担 PLC 控制器的工作量。 使用者, 亦可配合通讯宏指令自行撰写通信协议,并透过串行口与特定系统或控 制器连接。使用 USB 快速上下载程序:利用 USB Ver1.1 上/下载人机画面程序, 将大大缩短传输数据的时间。便利的配方功能:提供方便好用类似 Excel 的配方 编辑器,让使用者可以轻松的编辑配方;并且可以同时输入:多组的配方。把配 方表数据下载到人机后,便可利用内部存储器来切换。使用者根据不同的项目, 如果想变更配方表的数据,亦可单独下载更新配方表的内容。可同时支持两台、 三台不同的 PLC,可同时支持两个通讯 port 连接两台不同或是相同的控制器。 AE/AS 机种最多可支持到 3 个通讯 port。 一台人机对多台 PLC 联机功能使用 COM 2 的 RS485 界面, 可串接多台的控制器, 仿真功能: 人机编辑软件 Screen Editor 提供方便好用的仿真功能。 使用者可于人机程序的设计过程中,先行于计算机端 进行程序仿真动作与除错。 而在人机软件里提供两种仿真功能,分别为离仿真与 在线仿真。离线仿真功能:当使用者编辑与编译完人机的程序后,直接使用计算 机(不连接控制器)进行模拟人机画面动作是否正确。在线仿真功能:当使用者 编辑与编译完人机的程序后, 直接使用计算机连接控制器,先行模拟人机动作是 否正确。SMC 卡备份资料:利用 SMC 卡来备份数据或是以 SMC 卡里面的数据, 来开启另一台人机。开启后,再把数据刻录到 FLASH 里面,如此同样的数据就 不需用 PC 来下载了。历史资料及警报信息也可转存,在 SMC 卡,使用者可利用 卡片阅读机来读取此文件以供数据整理与打印。多重保密功能:提供密码保护功 能,保障程序设计者的智能财产权,同时提供组件的权限功能,因此只有使用者 权限等级符合此组件的设定下,才可以使用此组件。支持 USB Host 功能:部份 的 DOP 系列机种可插入 USB Disk,大大的增加了储存空间以及支持 USB 界面的 Printer 。打印功能 : 部份的 DOP 系列机种可以接上扩展模块作屏幕画面的 Hard-Copy 或作排版打印。同时亦支持 USB 界面的 Printer。多国语言:以人机
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规划的画面数据要销售至任何国家时, 多国语言的编辑环境绝对是一个让使用者 可以很方便编辑的利器。

4.2 台达触摸屏界面设计(部分)

图 4-1

图 4-1 这是台达触摸屏人机界面的 T68 卧式镗床。 全图通过触摸屏上的按键 达到快速安全的生产操作。

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图 4-2

如图 4-2,这是台达触摸屏的初始界面,用来新建工程,在新建工程之前要 选择正确的 PLC 型号。

图 4-3

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如图 4-3 所示按钮选择,这次主要做的是保持型按钮。

图 4-4 如图 4-4 所示按钮图形选择,在触摸屏中能更加形象逼真。

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图 4-5

如图 4-5 是按钮数值的输入,输入的地址是 M1.5。

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第五章

设计心得

经过几个月的紧张奋战, 在毕业设计的这段岁月里,我真正懂得什么叫台下 十年工,台上一分钟。在前面的学*岁月里都是为这毕业设计而学,为毕业设计 而做准备。 在张老师的指导下, 我尽自己的最大努力把毕业设计做的尽可能完美, 尽可能把所学的东西应用到毕业设计中来。 通过本次毕业设计, 使我感受到过程是艰辛同时又充满乐趣的。在没有做毕 业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结, 但是通过这次做 毕业设计发现自己的看法有点太片面。 毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检 验,而且也是对自己能力的一种提高;也使我明白了自己原来知识还比较欠缺。 自己要学*的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有 点眼高手低。通过这次毕业设计,我才明白学*是一个长期积累的过程,在以后 的工作、生活中都应该不断的学*,努力提高自己知识和综合素质。 在指导老师——张本法老师的悉心指导下,我经过几个月的努力,顺利地完 成了此次的毕业设计。对我而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。 让我知道了学无止境的道理。 我们每一个人永远不能满足于现有的成就,人生就 像在爬山,一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富,经历是 一份拥有。 在此要感谢我的指导老师张本法老师对我悉心的指导,感谢老师给我的帮 助。在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老 师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。 在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工 作能力的信心, 相信会对今后的学*工作生活有非常重要的影响。而且大大提高 了动手的能力, 使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽 然这个设计做的也不太好, 但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最 大收获和财富,使我终身受益。

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参考文献 1.《触摸屏工程》 主编:李方圆 应用电子工业出版社 2006

2.《可编程控制器入门与应用实例》主编:张万忠 3.《PLC 编程及应用》主编:廖常初

孙晋 中国电力出版社 2002 2007 2003

机械工业出版社

4.《PLC 分析及设计应用》主编:周万珍 高鸿斌

电子工业出版社

5.《电气控制与 PLC 应用》主编:范永胜 王岷 中国电力出版社 2001 6.陈简明.电气控制与 PLC:机械工业出版社,2008.5 7.孙*.电气控制与 PLC.北京:高等教育出版社,2004 8.余雷声.电气控制与 PLC 的应用.北京:机械工业出版社,1998.10 9.连赛英.机床电气控制技术.北京:机械工业出版社,1996.10 10.李道霖.电气控制与 PLC 原理及应用(西门子系列).北京:电子工业出版社 11.S7-200 系统编程手册.西门子公司.1999 12.倪远*.现代低压电器原理及应用.北京:高等教育出版社,2003 13.周希章.电动机的启动、控制和调速.北京:机械工业出版社,1984 14.王炳实.机床电气控制.北京: 机械工业出版社,1995

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