2011届毕业设计任务书
一、课题名称：
T68镗床电气控制线路的PLC改造
二、指导教师：
张朝霞
三、设计内容与要求
1.课题概述
镗床是一种精密加工机床。它主要用于加工工件上的精密圆柱孔。其中卧式镗床的用途很广，除了对各种复杂的大型工件，如箱体零件、机体等的镗孔以外，还可以完成钻、扩、铰孔、车削内外螺纹，用丝锥攻丝，车外圆柱面和端面，用端铣刀与圆柱铣刀铣削平面等多种工序。它采用继电接触器电路实现电气控制。可编程控制器（以下简称PLC）专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将T68镗床电气控制线路改造为PLC控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。
2.设计内容与要求
（1）绘制T68镗床电气控制原理图 （2）进行PLC选型及I/O分配 （3）PLC控制程序的编写 （4）按要求撰写毕业设计说明书 （5）绘制设计图样
1）T68镗床系统电气原理图 2）PLC的I/O接线图
3）电气控制系统的PLC控制梯形图 4）控制程序清单及注释
3.设计目的
（1） 通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力
（2） 使学生受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的
（3） 掌握典型T68镗床的工作原理和设计思路
I李健铭
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四、设计参考书
1、杨士元 李美莺 栾永恒 葛孚明著 《可编程序控制器编程、应用和维修》清华大学出版社
2、李景学 金广业编 《可编程序控制器应用系统设计方法》电子工业出版社 3、钟肇新 彭侃编译 《三菱超小型可编程控制器 MELSEC-FX2系列使用手册》 4、李振安 主编 《工厂电气控制技术》 重庆大学出版社
5、李茂林《低压电器及配电电控设备选用手册》辽宁科学技术出版社 6、刘祖润、胡俊达主编 《毕业设计指导》机械工业出版社 7、有关其它电气控制、PLC教材或设计手册
五、设计说明书要求
1、封面（包括设计题目，班级，姓名，指导老师，完成时间） 2、目录（根据说明书的内容决定，一般采用2~3级） 3、内容摘要（200-400字左右，中英文） 4、引言
5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证、设计结果的说明及特点）
6、结束语（包括对本毕业设计的客观评价、设计特点、存在的问题以及改进意见等）
7、附录（包括参考文献作者、署名、出版地、出版年等；图纸；材料清单等）
六、毕业设计进程安排
第1-2周：资料准备与借阅，了解课题思路，设计要求说明及课题内容辅导。 第3-8周：进行毕业设计，完成说明书初稿。 第9周：检查，了解设计完成情况。
第10周：根据检查情况进行修改、优化，完成说明书。 2011年元月5日：毕业答辩与综合成绩评定。
七、毕业设计答辩及论文要求
1、毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计
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算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。
2、毕业设计论文要求
文字要求：说明书要求打印（除图纸外），不能手写，文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。
图纸要求：按工程制图和标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
曲线图标要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
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摘 要
T68型卧式镗床加工精确高的孔以及各孔间距离要求较为精确的零件,如主轴箱,变速箱等。镗床除镗孔外,在万能镗床上还可以钻孔、绞孔、扩孔;用镗轴或平旋盘铣削平面;加上车螺纹附件后,还可以车削螺纹;装上平旋盘刀架还可加工大的孔径、端面和外圆。因此,镗床加工范围广,调速范围大,运动部件多。探讨了T68型卧式镗床自动控制系统的结构、特点、要求和采用可编程控制器(PLC)电路设计,并做了调试与应用。
关键词：T68卧式镗床
可编程控制器(PLC) iv李健铭
设计 调试应用
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ABSTRACT
T68 type horizontal boring processing precision high holes and the distance between each hole request more exact parts, such as spindle box, gearbox, etc. Boring except boring outside, in universal boring machine can also drilling, reaming, twisted hole, With boring axis or flat spin dish milling plane , Add car threaded accessories, can I still turning threads , Mount flat spin plate cutter can also process large aperture, end and external circular.
Therefore, boring machine machining range, large range of speed, moving parts. Discusses T68 type horizontal boring automatic control system structure, characteristics and demands and by using the programmable controller (PLC) circuit design, and made the commissioning and application.
Key words:T68 horizontal boring programmable controller (PLC) design debugging
application
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目 录
绪论 ......................................................... 1 第1章 可编程控制器的特点及应用 .............................. 2
1.1 可编程控制器发展历史 ....................................................... 2 1.2 可编程控制器的特点及应用 ................................................... 2 1.3 PLC 编程简介 ............................................................... 3
第2章 T68型卧式镗床介绍 ..................................... 6
2.1 T68卧式镗床的基本结构及工作原理 ............................................ 6 2.2 T68卧式镗床主要运动形式 .................................................... 7 2.3 T68卧式镗床电力拖动特点及控制要求 .......................................... 7
第3章 T68型卧式镗床电气控制原理 ............................. 9
3.1 电气原理图 ................................................................. 9 3.2 主电路的分析 .............................................................. 10 3.3 控制电路分析 .............................................................. 10
第4章 电气控制电路特点及PLC设计 ........................... 17
4.1 电气控制电路特点 .......................................................... 17 4.2 T68卧式镗床控制线路PLC设计 ............................................... 17
第5章 调试 ................................................. 23
5.1在线模拟调速 .............................................................. 23 5.2 现场运行调试 .............................................................. 26
心得体会 .................................................... 28 参考文献 .................................................... 29
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绪论
本论文针对T68镗床的控制线路进行PLC改造，T68卧式镗床是主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削、切它的加工精度和表面质量要高于钻床。
传统的控制方案是采用继电器－接触器控制，由于运动方向多，且有快进、快退等多种进给速度的变换，控制系统较复杂，大量的硬件系统接线使系统的可靠性降低，也间接的降低了设备的工作效率，影响了设备的加工质量。
采用可编程控制器(PLC)可以较好的解决这一问题，可大大的减少系统的硬件接线，提高了工作可靠性。而且在加工工艺改变时，只需要修改程序，就可适应新的加工要求，大大的提高了工作效率。
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第1章 可编程控制器的特点及应用
1.1 可编程控制器发展历史
早期的可编程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。
1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了PLC软、硬件功能。
1.2 可编程控制器的特点及应用
在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元。随着电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：
1.可靠性高
PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。
2.具有丰富的I/O接口模块：
PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。
3.采用模块化结构
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为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4.编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5.安装简单，维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
由于PLC强大功能和优点，被广泛的应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力等各行各业。其主要功能是进行工艺参数的采集、生过程控制、信息处理、设备运行状态监测等。
1.3 PLC 编程简介
PLC的应用设计，一般应按下述几个步骤进行，具体流程见图1.3。 1.熟悉被控制对象
首先要全面详细的了解被控对象的机械结构和生产工艺过程，了解机械设备的运动内容、运动方式和步骤，归纳出工作循环图或状态(功能)流程图。
2.明确控制任务与设计要求
要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求。例如机械部件的传动与驱动，液压、气动的控制；仪表、传感器的连接与驱动等。归纳出电气执行元件的动作节拍图。电控系统的根本任务就是实现这个节拍图。
以上两个步骤得到的图表，综合而完整的反映了被控对象的全部功能和对被控系统的全部要求，是整个系统设计的依据，也是系统设计的目的和任务所在。
3.制定电气控制方案
根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行和多机联线运行等。还要确定电控系统应有的其他功能，例如故障诊断与显示报替、紧急情况的处理、管理功能、联网通信功能等。
4.确定电控系统的输入输出信号
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通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤、各种状态、各种功能的发生、维持、结束、转换和其他相互关系，来确定各种控制信号和各种检测反馈信号、相互的转换和联系信号。并且确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号需要PLC输出或者哪些负载要由PLC驱动，分类统计出各种输入、输出量的性质与参数。
图1.3 PLC应用的系统开发流程图
5.PLC的选型和硬件配置
根据以上的各个步骤所得到的结果，选择合适的PLC型号并确定各种硬件配置。本系统选定了三菱公司的FX2N-32MR。
6.PLC元件的编号分配
对各种输入、输出信号占用的PLC输入、输出端点及其其他元件进行编号分配，并设计出PLC的外部设计图口。
7.程序开发
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用PLC厂家提供的专用软件包按照特定的规则，开发出梯形图程序或语句表程序。 在进行程序开发的同时，可以平行的进行电控系统的其他部分工作，例如PLC外部电路和电气控制柜等的设计、装配、安装和接线工作。
8.现场运行调试
完成以上各种工作后，即可将已初步调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，PLC接入实际输入信号和实际负载，进行现场运行调试，及时解决调试中发现的问题，直到完全满足设计要求，即可交付使用。
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第2章 T68型卧式镗床介绍
2.1 T68卧式镗床的基本结构及工作原理
1.型号的含义
T68型号镗床的含义如下：
2．T68卧式镗床构造
图2.1 T68卧式镗床结构示意图
T68卧式镗床主要由床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾架等组成。 床身是一个整体的铸件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直导轨上装有镗头架，镗头架可沿导轨垂直移动。镗头架上装有主轴、主轴变速箱、进给箱与操纵机构等部件。
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切屑刀具固定在镗轴前端的锥形孔里，或装在平旋盘的刀具溜板上。在镗削加工时，镗轴一面旋转，一面沿轴向做进给运动。平旋盘只能旋转，装在其上的刀具溜板做径向进给运动。镗轴和平旋盘轴经由各自的传动链传动，因此可以独自旋转，也可以不同转速同时旋转。
在床身的另一端装有后立柱，后立柱可沿床身导轨在镗轴轴线方向调整位置。在后立柱导轨上安装有尾座，用来支撑镗轴的末端，尾座与镗头架同时升降，保证两者的轴心在同一水平线上。
安装工件的工作台安放在床身中部的导轨上，它由下溜板、上溜板与可转动的工作台组成。下溜板可沿床身导轨做纵向运动，上溜板可沿下溜板的导轨做横向运动，工作台相对于上溜板可做回转运动。
T68镗床的工作原理大致可分为主轴的移动运动、工作台的回转运动、上滑座、下滑座的移动运动、主轴箱的升降运动、正反向机动进给运动、快速移动运动。
2.2 T68卧式镗床主要运动形式
由2.1可知，T68卧式镗床的运动形式有三种： 主运动：镗轴与平旋盘的旋转运动。
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，工作台的纵向进给和横向进给。
辅助运动：工作台的回旋，后立柱的轴向移动及尾座的垂直移动。
2.3 T68卧式镗床电力拖动特点及控制要求
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，有各自传动链传动。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。
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4.保证主轴停车迅速、准确，主电动机应用制动停车环节。
5.主轴变速与进给变速可在主电动机停车或运转时进行。为便于变速是的齿轮，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，高速应先经低速起动。 8.由于运动部件多，应设有必要的联锁和保护环节。
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第3章 T68型卧式镗床电气控制原理
3.1 电气原理图
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3.2 主电路的分析
图3.2电源经低压断路器QS引入，M1为主电动机，有接触器KM1、KM2控制器正、反转；KM4控制M1低速运转（定子绕组接成三角形，为4极），KM5、KM6控制M1高速运转（定子绕组接成双星型，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KM7、KM8控制其正反转。热继电器FR作M1过载保护，M2为短时运行不需要过载保护。
图3.2 主电路
3.3 控制电路分析
1.M1主电动机的点动控制图3.3
由主电动机正反转接触器KM1、KM2，正反转点动按钮SB4、SB5组成M1电动机正反转点动控制电路。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
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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。
图3.3 点动控制电路
2.M1电动机正反转控制图3.4
M1电动机正反转由正反转起动按钮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（4-10）、SQ3（9-10）闭合。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（11-12）断开。
按下SB2，KA1通电并自锁，触头KA1（10-11）闭合，使KM3线圈通电吸合；触头KM3（4-17）闭合与KA1(17-14)闭合，使KM1线圈通电吸合，触头KM1(3-13)闭合又使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，此处不再重复。
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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(11-12)闭合。按下SB2按钮，KA1线圈通电并自锁，相继使KM3、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(13-20)断开使KM4线圈断电释放，触头KT(13-28)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。
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组成了正反向反接制动控制电路。下
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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(13-18)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(13-18)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。
图3.5 M1电动机高低速的转换控制
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。变速时将变速手柄拉出，转动变速盘，选好速度后，再将变速手柄推回。拉出变速手柄时，相应
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的变速行程开关不受压；推回变速手柄时，相应的变速行程开关压下，SQ1、SQ2分别为主轴变速、主轴变速冲动行程开关，SQ3、SQ4分别为进给变速、进给变速冲动行程开关。
1)停车变速。
由SQ1—SQ4、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、SQ4不受压，触头SQ3(3-13)断开，SQ4(15-14)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(3-13)、SQ2(15-14)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(13-15)常闭触头断开，KV-1(13-18)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(13-15)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又正向低速起动。
由上诉分析可知：当主轴变速手柄拉出时，M1正向低速起动，而后又制动为缓解脉动转动，以利齿轮啮合。当主轴变速完成将主轴变速手柄推回原位时，主轴变速开关SQ1压下、SQ2不受压，使SQ1常闭触头断开，SQ2常开触头断开，SQ1常开触头闭合，则低速脉动运转动停止。
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。
主轴或进给变速可以在停车状态下进行，也可以在运行中进行变速。下面以M1电动机正向高速运行中的主轴变速为例，说明运行中变速的控制控制过程。
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(4-9)由接通变为断开，SQ1(3-13)、SQ2(15-14)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，以利齿
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轮啮合。待推回主轴变速手柄时，SQ1受压，SQ2不受压，SQ1(4-9)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（三角形联结）起动，后在时间继电器KT的控制下，自动转为高速运行。
由上诉可知，所谓运行中变速是指机床拖动系统在运行中，可拉出变速手柄进行变速，而机床电气控制可使电动机接电气制动，制动后又控制电动机低速脉动旋转，以利齿轮啮合。待变速完成后，推回变速手柄又能自动起动运转。
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，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；电路采用按钮、接触器或继电器构成的自锁环节具有欠电压与零压保护作用。
8．辅助电路分析
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机床设有12V的安全电压局部照明灯EL，有开关Q1手动控制。电路还设有6.3V电源接通指示灯HL。
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第4章 电气控制电路特点及PLC设计
4.1 电气控制电路特点
1．主轴与进给电动机M1为双速笼型异步电动机。低速时由KM4控制，将定子绕组接成三角形；高速时由接触器KM5、KM6控制，将定子绕组接成双星型。高、低速转黄由主轴孔盘变速机构内的行程开光SQ控制。低速时，可直接起动。高速时，先低速起动，而后自动转换为高速运行的二级起动控制，以减少起动电流。
2．电动机M1能正反转运行、正反向点动及反接制动。在点动、制动以及变速中的脉动慢转时，在定子电路中均串入限流电阻R，以减少起动和制动电流。
3．主轴变速和进给变速均可在停车情况或在运行中进行。只要进行变速，M1电动机就脉动缓慢转动，以利于齿轮啮合，使变速过程顺利进行。
4．主轴箱、工作台与主轴由快速移动电机M2拖动实现其快速移动。它们之间的机动进给有机械和电气联锁。
4.2 T68卧式镗床控制线路PLC设计
1. PLC控制系统设计的基本原则
1）最大限度地满足被控对象的控制要求。 2）尽量使控制系统简单、经济、实用、维修方便。 3）保证系统的安全可靠
4）选择PLC容量时，应适当留有一定余量，便于工艺改造。 2. PLC改造方案
采用PLC实现T68镗床电气控制时，照明、电源指示灯、低压备用电源插座及控制电源变压器及相关电路保持原电路配置连接。继电一接触器系统中按钮、速度继电器、行程开关为PLC 的输入设备，接触器线圈为PLC的输出设备。为了节省PLC的I／O点数，SQ2、SQ4的常开触点并联，SQ1、SQ3的常开触点串联，SQ1、SQ3的常开触点并联，SQ5、SQ6的常开触点并联之后接在PLC的输入端。经过这样处理后，仅需要14个输入点，7个输出点，因此，又基于三菱的PLC在市场上被广泛使用且价格便宜，适用于经济型的改造，因此，我选用三菱型号为FX2N-32MR的PLC。
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3. PLC的I/O口分配
PLC的I/O地址分配表 输入信号 名称 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SQ 功能 停止按钮 主轴正转按钮 主轴反转按钮 主轴正转低速点动按钮 主轴反转低速点动按钮 主轴高低速行程开关 编号 名称 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 工作台快速正转接触器 SQ1与SQ3主轴变速、进给变速行程常开串联 常开并联 常开并联 常开并联 SQ7 SQ8 KV-1 KV-2
输出信号 功能 主轴正转接触器 主轴反转接触器 制动电阻短接接触器 主轴低速控制接触器 主轴高速控制接触器 编号 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 工作台快速反转接触器 开关 开关 行程开关 锁保护行程开关 工作台快速正转行程开关 X12 工作台快速反转行程开关 X13 速度继电器正转触头 速度继电器反转触头 X14 X15 SQ1与SQ3主轴变速、进给变速行程SQ2与SQ4主轴变速、进给变速冲动SQ5与SQ6主轴进给与工作台进给联 18
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4. PLC硬件接线图
图4.1 PLC的I/O硬件接线图
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5.梯形图程序的设计方案
T68镗床的PLC梯形图程序参照T68镗床电气控制线路及PLC的改造方案设计。采用继电一接触器控制移植法设计梯形图程序。
1）设置中间单元在梯形图中，为简化电路，多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，在梯形图中设置用该电路控制的中间继电器。
2）设计梯形图时以线圈为单位，分别考虑继电器电路图中每个线圈受到哪些触点和电路的控制，然后画出相应的等效梯形图电路。
3）常闭触点提供的输入信号的处理设计输入电路时，尽量采用常开触点。如果只能用常闭触点，梯形图中对应触点的常开，常闭类型应与继电器电路相反。
4）外部联锁电路的设计在梯形图中设置对应的输出继电器的线圈串联的常闭触点组成的软件互锁外，还应在PLC外部设置硬件互锁电路。
设计时，KA1、KA2、KT可以用PLC软继电器代替。
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6. PLC控制程序设计优化梯形图
图4.3 PLC控制程序设计优化梯形图
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7. 指令表
0 1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
LDI X011 MC N0 M100 LD X001 OR M0 ANI X000 ANI M1 OUT M0 LD X002 OR M1 ANI X000 ANI M0 OUT M1 LD Y003 AND M0 OR X003 ANI X000 LD X000 ORI X007 OR Y001 OR Y002 LD X015 LDI X014 AND X010 ORB ANB ORB ANI Y002 OUT Y001 LD Y003 AND M1 OR X004 ANI X000 LD X000 ORI X007 OR Y001 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 74 OR Y002 AND X014 ORB ANI Y001 OUT Y002 LDI X000 AND X006 LD M0 OR M1 ANB OUT Y003 AND X005 OUT T0 K30 LD X000 ORI X007 OR Y001 OR Y002 ANI T0 ANI Y005 OUT Y004 LD X000 ORI X007 OR Y001 OR Y002 AND T0 ANI Y004 OUT Y005 LD X012 ANI X013 OUT Y006 LDI X012 AND X013 OUT Y007 MCR N0 END 22
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第5章 调试
5.1在线模拟调速
我采用的是强置方法：利用PLC强置功能，对程序中涉及现场的机械触点(开关)，以强置的方法使其“通”、“断”，迫使程序运行。其优点是调试工作量小，简便，不需另外增加费用。缺点是逻辑验证不全面，人工强置模拟现场节点“通”、“断”，会造成程序运行不能连续，只能分段进行。 1.主轴点动调试
准备工作：将SQ1与SQ3常开串联（X006）置“1”和SQ1与SQ3常开并联（X007）置“0”。
1）主轴正转点动
按下SB4（X003）→KM1（Y001）得电→KM4（Y004）得电。由于此时KA1（M1）、KM3（Y003）、KT（T0）都没有通电，所以M1（双速电动机）只能接成三角形进行低速转动；松开按钮SB4后，因电路没有自锁作用，而且SB1（X000）的常开触点没有闭合，则KM1和KM4都失电，使M1停转。
2）主轴反转点动
按下SB5（X0004）→KM2（Y002）得电→KM4（Y004）得电。由于此时KA2（M2）、KM3（Y003）、KT（T0）都没有通电，所以M1只能接成三角形进行低速转动；松开按钮SB5后，因电路没有自锁作用，而且SB1（X000）的常开触点没有闭合，则KM2和KM4都失电，使M1停转。 2.主轴正反转速调试
准备工作：将SQ1与SQ3常开串联（X006）置“1”和SQ1与SQ3常开并联（X007）置“0”。
1）主轴正转低速
按下SB2（X001）→中间继电器KA1（M0）得电且自锁→接触器KM3（Y003）得电→KA1和KM3的常开触点都吸合→KM1（Y001）得电→其常开触点吸合→KM4（Y004）得电→M1（双速电动机）接成三角形低速正向运行。
2）主轴反转低速
按下SB3（X002），继电器和接触器的通电顺序KA2（M1）→KM3（Y003）→KM2（Y002）→KM4（Y0004），使M1（双速电动机）接成三角形形低速反向运行。
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3.主轴正反转高速
准备工作：将SQ1与SQ3常开串联（X006）置“1”和SQ1与SQ3常开并联（X007）置“0”，将SQ（X005）置“1”，为KT（T0）和KM3（Y003）的工作做准备。
1）主轴正转高速
按下SB2（X001）时→KA1（M0）得电且自锁→KM3和KT都得电→KM1得电→KM4（Y4）得电，M1（双速电动机）先低速正向起动；当KT延时3s后→KT的常闭触点（T0）断开→KM4（Y4）失电，同时KT的常开触点（T0）闭合→KM5、KM6（Y005）得电→M1接成双Y形切换为高速运转。
2）主轴反转高速
按下SB3（X2）时→KA2（M1）得电且自锁→KM3和KT都得电→KM2（Y002）得电→KM4（Y4）得电，M1（双速电动机）先低速反向起动；当KT延时（1s）后→KT的常闭触点（T0）断开→KM4（Y4）失电M1停转，同时KT的常开触点（T0）闭合→KM5、KM6（Y005）得电→M1接成双Y形切换为高速运转。 4.主轴正反向反接制动
准备工作：将SQ1与SQ3常开串联（X006）置“1”和SQ1与SQ3常开并联（X007）置“0”。
1）正向反接制动
采用速度继电器来实现反接制动，当电动机按正常速度正向运转时，速度继电器KV-1的常开触点（X014）闭合，为反接制动做准备。若按下停止按钮SB1（X000），其常闭触点先断开，KA1（M0）、KT（T0）、KM1（Y001）、KM3（Y003）和KM5、KM6（Y005）都断电，使控制线路按以下动作进行反接制动。
具体过程：
（1）KT断电：KT的常开触点（T0）断开→KM5、KM6断电→M1（双速电动机）只能三角形低速运行；KT的常闭触点闭合→KM4（Y4）通电，为M1反接制动做准备
（2） KM3断电→KM3主触点断开→M1定子绕组接入电阻R；KM1常闭触点闭合→为KM2工作做准备
（3） KM1断电：KM1主触点断开→M1断电，靠惯性运转
（4） M1惯性运转的初速很高，使KV-1常开触点（X014）还闭合→KM2得电，开始反接制动
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（5）KM2得电: KM2常闭触点断开→它与KM1联锁，使KM1不能得电;KM2常开触点闭合自锁→SB1松开后使KM2还通电，M1继续制动
（6） 当M1速度≤120r/min时→KV-1常开触点（X014）断开→KM2、KM4断电→M1停转，制动结束。
2）反向反接制动
M1（双速电动机）反转时使KV-1-1的常开触点（X015）闭合，同样为反接制动做准备。在按下停止按钮SB1（X0）时，制动过程与正向反接制动相同。 5.主轴变速和进给变速控制
主轴变速和进给变速可以在电动机M1 或M2运转时进行。 1） 主轴变速控制
当主轴变速手柄拉出时，与主轴变速手柄有机械联系的行程开关SQ1不再受压而分断，使SQ1的常开触点断开，则常开X006断开，SQ1(X007)的常闭触点闭合，而使行程开关SQ2因不受压而闭合，故常开触点X010闭合。其中，常开X006断开，使KM3（Y003）和KT（T0）断电而释放，KM1（Y001）或KM2（Y002）随之断电释放，M1（双速电动机）断电作惯性转动；而常闭触点X007闭合，且KV-1或KV-1-1常开触点仍处于闭合状态，使KM2（Y002）或KM1(Y001)、KM4（Y004）通电吸合，M1在低速状态下串入电阻R反接制动。当制动结束，KV-1或KV-1-1的常开触点分断，便可转动变速操作盘进行变速。变速后，应将手柄推回原位，使SQ1、SQ2的触点恢复到与原来状态，使KM3（Y3）、KM1(Y1)或KM2(Y2)、KM4（Y4）相继通电吸合，电动机可以按原定的转向起动，而主轴则以新选定的转速运转。
2） 进给变速控制
它与主轴变速控制过程相同，但由进给变速操作手柄控制，压合的是行程开关SQ3和SQ2。
3）快速进给控制
为了缩短辅助时间，加快调整的速度，机床各移动部件都可快速移动。采用一台快速移动电动机M2单独拖动，通过不同的齿轮齿条等连接来完成各方向的快速移动，这些均由快速移动操作手柄控制。当将快速移动操作手柄向里推时，行程开关SQ7(X012)被压合，接触器KM7（Y007）通电吸合，M2正向起动，通过齿轮、齿条等实现快速正向移动；松开操作手柄，则SQ7复位，KM7失电，M2停转。反之，将快速移动操作手柄向外拉时，压合SQ8（X013），使KM8（Y008）通电吸合，M2反向起动，实现快速反向移
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动。
7.联锁保护装置
为了防止在工作台或主轴箱快速进给时又将主轴进给手柄扳倒自动快速进给的误操作，就采用了与工作台和主轴箱进给手柄有机械连接的行程开关SQ5，与主轴进给手柄连接的是行程开关SQ6。电动机M1、M2必须在SQ5、SQ6两个都不闭合的情况下才能启动。
5.2 现场运行调试
1.PLC的现场安装与检查
在线模拟调试完成后，待条件成熟，将设备移至现场安装。安装时应符合要求，插件插入牢靠，并用螺栓紧固；通信电缆要统一型号，不能混用，必要时要用仪器检查线路信号衰减量，其衰减值不超过技术资料提出的指标；测量主机、I/O柜、连接电缆等的对地绝缘电阻；测量系统专用接地的接地电阻；检查供电电源等等，并做好记录，待确认所有各项均符合要求后，才可通电开机。 2.现场工艺设备接线、I/O接点及信号的检查与调整
对现场T68卧室镗床各工艺设备的控制回路、主回路接线的正确性进行检查并确认，在手动方式下进行单体试车；对进入PLC系统的全部输入点(包括转换开关、按钮、继电器与接触器触点，限位开关、仪表的位式调试开关等)及其与PLC输入模块的连线进行检查并反复操作，确认其正确性；对接收PLC输出的全部继电器、接触器线圈及其他执行元件及他们与输出模块的连线进行检查，确认其正确性；测量并记录其回路电阻，对地绝缘电阻，必要时应按输出节点的电源电压等级，向输出回路供电，以确保输出回路未短路，否则，当输出点向输出回路送电时，会因短路而烧坏模块。
本步骤至关重要，检查与调整过程复杂且麻烦，必须认真对待。因为只要所有外部工艺设备完好，所有送入PLC的外部节点正确、可靠、稳定，所有线路连接无误，加上程序逻辑验证无误，则进入联动调试时，就能一举成功，收到事半功倍的效果。 3.系统模拟联动空投试验
本步骤的试验目的是将经过实验室调试的T68卧式镗床PLC机及逻辑程序，放到实际工艺流程中，通过现场工艺设备的输入、输出节点及连接线路进行系统运行的逻辑验证。
试验时，将PLC控制的主电机和快速电机的主回路断开二相(仅保留作为继电控制电源的一相)，使其在送电时不会转动。按设计要求对子系统的不同运转方式及其他控
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制功能，逐项进行系统模拟实验，先确认各转换开关、工作方式选择开关，其他预置开关的正确位置，然后通过PLC起动系统，按联锁顺序观察并记录PLC各输出节点所对应的继电器、接触器的吸合与断开情况，以及其顺序、时间间隔、信号指示等是否与设计的工艺流程逻辑控制要求相符，观察并记录其他装置的工作情况。对模拟联动空投实验中不能动作的执行机构，行程开关与模拟量输入、输出节点，与其他子系统的联锁等，视具体情况采用手动辅助、外部输入、机内强置等手段加以模拟，以协助PLC指挥整个系统按设计的逻辑控制要求运行。 4.PLC控制的单体试车
本步骤试验的目的是确认PLC输出回路能否驱动继电器、接触器的正常接通，而使设备运转，并检查运转后的设备，其返回信号是否能正确送人PLC输入回路，限位开关能否正常动作。
其方法是，在PLC控制下，机内强置对应某一工艺设备(电动机、执行机构等)的输出节点，使其继电器、接触器动作，设备运转。这时应观察并记录设备运输情况，检查设备运转返回信号及限位开关、执行机构的动作是否正确无误。
试验时应特别注意，被强置的设备应悬挂运转危险指示牌，设专人值守。待机旁值守人员发出指令后，PLC操作人员才能强置设备起动。应当特别重视的是，在整个调试过程中，没有充分的准备，绝不允许采用强置方法起动设备，以确保安全。 5.PLC控制下的系统无负荷联动试运转
本步骤的试验目的是确认经过单体无负荷试运的工艺设备与经过系统模拟试运证明逻辑无误的PLC联接后，能否按工艺要求正确运行，信号系统是否正确，检验各外部节点的可靠性、稳定性。试验前，要编制系统无负荷联动试车方案，讨论确认后严格按方案执行。试验时，先分子系统联动，子系统的连锁用人工辅助(节点短接或强置)，然后进行全系统联动，试验内容应包括设计要求的各种起停和运转方式、事故状态与非常状态下的停车、各种信号等。总之，应尽可能地充分设想，使之更符合现场实际情况。事故状态可用强置方法模拟，事故点的设置要根据工艺要求确定。
在联动负荷试车前，一定要再对全系统进行一次全面检查，并对操作人员进行培训，确保系统联动负荷试车一次成功。
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心得体会
时光一去不复返，我们都在向往未来。在过去的大学三年中，学习学校的精华并享受着老师的教导。其实一路走来，都使父母安心；老师放心；对同学关心；对自己有信心。学会了平常心的对待许多事情，人生的幸福不是因为你得到的多，而是你顾虑的少。回想过去更深刻的体会到一句话“志存高远，脚踏实地”。
时至今日，毕业设计已画上一个圆满的句号。从毕业设计课题没下来之前的枕戈待旦，到设计过程的酸甜苦辣，制作过程的不修边幅，修改过程的去伪存真，成功后的实际应用和举一反三，无不体现了要做好一件事必须经历的过程。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。以下是我对此次毕业设计的简单总结。
第一，接到任务进行规划。规划是毕业设计的开端。有句话说计划赶不上变化，但是一个设计是可以规划的，就像房地产开发总要有规划图才能建出房子，没有规划的房子很可能是一个没利可图的，同时也是一个不适合人居住，那中国将有更多的人买不起房。毕业设计更是如此，有了规划才不会南辕北辙，直指目的少走弯路。
第二，明确课题查找资料。查找资料是做毕业设计的前期准备工作。了解建房目的，并选好建材，才不会发生11月14日上海静安区高层住宅起火。到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。
第三，根据资料理解课题。通过上面的过程，已经积累了不少资料，综合已有的资料来更透彻的分析课题。
第四，动手实践设计课题。有了上面三步，为实践设计奠定基础。当然也不能把所有资料都准备好了才动手，人生不像做菜，把所有料都准备好了才下锅！在进行内容的整合和定型时如何把握轻重，已经内容的合理性也是相当重要的。每每做一点我都会把前面的看一遍给自己一个映像，再做下去。建房子也是先有总体的构架，再一层一层的往上建。如此方能发现问题更好的解决问题，而不会出现乱局。其实脚踏实地，一步一个脚印会很容易走到终点。
空气在颤抖，仿佛空气在燃烧，是啊，暴风雨要来了。我们更应该把自己的设计的课题拿出去应用，才是真正的学会了。
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参考文献
[1]罗伟 邓木生.PLC与电气控制：中国电力出版社，2009 [2]许翏 王淑英.电气控制与PLC应用：机械工业出版社，2007 [3]许翏.工厂电气控制设备：机械工业出版社，2000
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