基于PLC的T68镗床电气控制系统改造

共11页第1页基于PLC的T68镗床控制系统改造机电班姓名学号摘要：本论文概述了利用西门子S7-200小型PLC为控制器，对现有的T68镗床的继电器控制系统进行了改造，在保留原有控制系统功能的基础上，增强了控制系统的灵活性、提高了自动化程度、扩展了系统的网络功能。设备调试的结果证明，镗床电气控制系统的PLC改造是成功了，可为企业单位的老式机床的电气控制改造提供有益经验。关键词；PLC；自动分拣；硬件设计；软件设计1、引言：企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床己不适应多品种、小批量生产要求，对普通机床的控制系统进行自动化改造，增强控制系统的灵活性、网络化与自动化程度，已成为机械行业中一个方兴未艾的产业。镗床主要是用镗刀在工件上镗孔的机床，通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备，在机械加工行业应用广泛。传统的镗床的电气控制系统是继电器控制系统，这种控制系统成本低，技术与产品比较成熟，但自动化程度低，控制灵活性差，不具有网络化的功能，不适应机械行业中生产过程高度自动化的发展趋势。所以有必要在现有继电器控制系统的基础上，对镗床的电气控制系统进行自动化改造。2、方案分析：在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量及模拟量等控制装置。如电机的启动与停止，电磁阀的开闭，工件的位置、速度、加速度的测定，产品的计数以及温度、压力、流量等物理量的设定和控制等等。传统的工业自动控制主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。上世纪五六十年代以来，PLC由于其特有的优势而在工业控制中得了愈来愈广泛的应用。(1)PLC与继电器控制系统的比较继电器控制是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串、并联及时间继电器的延迟动作来组成控制逻辑，其缺点是一个系统一旦确定就很难轻易再改动。如果要在现场做一些更改和扩展更是难以实行。而PLC是利用其内部的存储器以数据共11页第2页形式将控制逻辑存储起来的，所以只要改变PLC内存储器的内容，也就可以实现更改控制逻辑的目的。对于PLC来讲，只要用PLC配备的编程器在现场就可以完成更改。至于PLC对外部的联系，只有I/O点，只要输入输出对象不变，就无须对硬接线作任何改动。(2)PLC与单片机控制系统比较虽然单片机的配置较微机系统简单，成本也较易接受，但它仍然不是为工业控制而设计的。同样存在着编程难、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍较差，成本高等缺点。尽管其有较强的数据处理能力，但工业控制都为开关量控制，所以其长处仍得不到发挥。在很大程度上，PLC是专为工业控制而设计的。(3)PLC与计算机控制系统的比较PLC是专为工业控制所设计的。而微型计算机是为科学计算、数据处理等而设计的，尽管两者在技术上都采用了计算机技术，但由于使用对象和环境的不同，PLC较之微机系统具有面向工业控制、抗干扰能力强、适应工程现场的温度、湿度环境、输入、输出一般采用“光一电”隔离技术，并配备有可承受较大负载的继电器或可控硅(也有用晶体管)输出部件，一般可以直接驱动小型电机等负载。综合以上分析，我们采用PLC做为核心控制器，组成了T68镗床的电气控制系统。3、控制方案实现3．1控制需求T68镗床的电气控制的主要功能如下：主轴可以正反转，并分高低速运行，还可以实现反接制动。反接制动是靠速度继电器配合反向接法接触器来共同完成的，主轴正向起动时，按SB2按钮，然后KM3闭合，之后KM1闭合，再之后KM4闭合，主轴电动机此时以正转低速运行。要变高速时，只要扳动主轴变速手柄，将些手柄置于高速位置，这时限时开关SQ7被压，它接通了通电延时继电器KT，经过延时后，KM4断开，KM5闭合，主轴电动机就变为高速了。无论何时主轴变高速都要先经低速后再到高速，制动时，只要按SB1停止按钮，速度继电器KS的常开触点KS就会配合反向接触器KM2，把速度立刻降下来，如果先起动了反向，整个过程与正向相同，只是起制动作用的是KM1了。共11页第3页如果在主轴工作过程中需变速，这时不用按停止SB1。只要将主轴变速操作盘的操作盘的操作手柄拉出，使行程开关SQ3不再受压，SQ5也不再受压，使KM3，KT线圈断电释放，KM1（或KM2）也随之断电，之后接制动回路又能形成使KM2（或KM1），KM4线圈立即通电吸合。电动机1M在低速状态下串电阻反接制动，当制动结束后，便可转动变速操纵盘进行变速。变速后，将手柄推回原位，使SQ3、SQ5的触点恢复原来状态，使KM3、KM1（或KM2）、KM4的线圈相继通电吸合。电动机按原来的转向起动，而以新选定的转速运转。变速时，若手柄出现卡住问题，这时S！5配合KS的常闭触点，周期性地使KM1、KM4线圈相继通电吸合，直至齿轮啮合后，卡住问题消失，方可推回操纵手柄，变速冲动才算结束。如果主轴在进给过程中希望变速，这时只是拉开进给变速操作手柄即可，不过这时与之相关联的行程开关是SQ4与SQ6。动作过程与主轴转动是相同的。切记，这两个变速过程是靠两个操作手柄来完成的，各负其责。如果这两个操作手柄同时都被扳动，那么这时与之相应的SQ1与SQ2就都断开了，控制电路全部断电，换句话说，这两个手柄不能同时动作。快速进给电动机2M的控制。这里又有一个操作手柄，名称叫快速进给操作手柄，将它向里推，压合行程开关SQ9，使KM6线圈通电吸合，2M正向起动。松开手柄，快速进给停止。SQ9复位，使KM6失电，反之，向外拉手柄时。压合SQ8，使KM7线圈吸合，电动机反向起动。总之，镗床上共有2台电动机，分别为1M和2M。1M负责主轴的旋转和进给，2M是快速进给电动机，有3个操作手柄，有2个与1M有关，1个与2M有关，名称是主轴变速操作手柄。主轴进给变速操作手柄。快速进给操作手柄。有9个行程开关，SQ1与SQ2负责两个变速手柄的联锁，不可同时动作。SQ3、SQ4、SQ5、SQ6都与变速手柄有关，SQ7与主轴变高速时有关。SQ8、SQ9快速进给的两个方向。有7个接触器，其中KM1—主轴正转；KM2—主轴反转；KM3—主轴高速；KM6—快速正向进给；KM7—快速反向进给；KT—时间继电器，低向高转换延时。本次改造是以1994年中国劳动出版社出版，劳动部培训司组织编写的《维修电工生产实习》（第二版）为样本，原控制系统原理图如图2所示，结构示意图如图1所示。共11页第4页图1T68卧式镗床结构简图共11页第5页图2T68卧式镗床电气控制原理图共11页第6页3．2PLC选型分析控制需求，系统需要18个输入点，8个输出点，选用24入/16出的的西门子S7-200，CPU226的小型PLC为控制系统的核心控制器。西门子S7-200系列PLC具有编程指令功能强，程序开发简单，适合工业组网的特点，可以满足镗床电气控制系统改造与以后网络化功能扩展的需要。3．3硬件部分的实现：（1）根据系统的控制需求，PLC的I/O分配地址如以下的程序符号表所示：共11页第7页（2）PLC接线图：1MI0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.42MI1.5I1.6I1.7I2.0I2.1ML+1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.03LQ1.1Q1.2Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7NL12LQ1.3SB1I0.0SB2SB3KS1KS2KS3SQ8SQ9SB4SB5SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SB1FR热保护继电器内供DC24V制动按钮主轴正向启动按钮主轴反向启动按钮速度继电器正向触点速度继电器常闭触点速度继电器反向触点反向快速进给触点正向快速进给触点主轴正向点动按钮主轴反向点动按钮主轴变速操作手柄主轴进给变速操作手柄主轴变速操作手柄拉开主轴进给变速操作手柄拉开主轴变速手柄动作后没有复位进给变速手柄动作后没有复位主轴低速变高速时动作停止按钮AC220VKM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7AC220V图3PLC的电气控制系统接线图3.3软件设计：根据系统硬件结构特点与控制流程，编制的PLC程序如下：S7-200PLCCPU226共11页第8页共11页第9页共11页第10页4、设备调试软硬件联合调试中，我们总结了以下的注意事项：一定要保证现场电气柜的密封性和透气性防止铁粉等导电性粉末和油污等的侵入，并保证柜内温度不会过高。电气的安装前要根据设计图纸画好电气位置图和接线图，接线图中一定要标注清楚线号在拆线过程中要做好标记，接好线后要核实。插头焊接，一定要注意不要把焊点虚焊导线的连接，一定要在导线两端压好冷轧端头。共11页第11页做好抗干扰屏蔽工作，应远离干扰源和动力线，应与其他设备分别使用自己的接地装置，通信线路等采用屏蔽电缆。交流线与直流线、输入线与输出线都最好分开走线，尤其要保证伺服控制器相关的电线和相关的电线分开。对于一些关键线路要采用硬接线连锁保证万无一失，如星三角转换的两个接触器之间的连锁。程序编制好以后要在脱机和最小系统情况下先调试，调试好以后才可以联机调试。布好线后，一定要用万用表测量校准以后，才一能进行通电调试。调试时首先检查三相交流电源、两相交流电源以及直流电源的输入、输出是否正确。5、总结经过运行调试T68镗床控制系统改造，S7-200材料分拣监控系统，工作可靠，稳定，充分发挥了控制程序方便，控制灵活的特点，达到了预期的控制要求，取得了良好的控制效果。6、参考文献[1]肖宝兴.西门子S7-200PLC的使用经验与技巧机械工业出版社2008年[2]蔡行健黄文钰李娟深入浅出西门子S7-200PLC北京航空航天大学出版社2007年[3]毛方竹,黄涛.基于S7-200PLC的物流控制实验装置的组态PLC工控机与集团控制系统2008年[4]王志龙.徐淑华.许磊.刘秀兰.基于WEBACCESS及S7-200PLC的材料分拣监控系统机械工程与自动化2008年[5]刘辉.陈琴.小型零件分拣仓储自动控制教学系统硬件设计湖北职业技术学院学报2007年