T6113電氣控制系統(tǒng)的設計(論文+DWG圖紙)

T6113電氣控制系統(tǒng)的設計(論文+DWG圖紙),t6113,電氣,控制系統(tǒng),設計,論文,dwg,圖紙 第1章 緒論 1.1選題的目的和意義 由于現(xiàn)代加工技術的日益提高，對加工機床特別是工作母機的要求也越來越高，由此人們也將注意力集中到機床上來，數(shù)控技術是計算機技術、信息技術、現(xiàn)代控制技術等發(fā)展的產(chǎn)物，他的出現(xiàn)極大的推動了制造業(yè)的進步。機床的控制系統(tǒng)的優(yōu)劣與機床的加工精度息息相關，特別是PLC廣泛應用于控制領域后，已經(jīng)顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性?？删幊炭刂破鱌LC已廣泛應用于各行各業(yè)的自動控制。在機械加工領域，機床的控制上更顯示出其優(yōu)點。由于鏜床的運動很多、控制邏輯復雜、相互連鎖繁多，采用傳統(tǒng)的繼電器控制時，需要的繼電器多、接線復雜，因此故障多維修困難，費工費時，不僅加大了維修成本，而且影響設備的功效。采用PLC控制可使接線大為簡化，不但安裝十分方便而且工作可靠、降低了故障率、減小了維修量、提高了功效。 1.2 關于課題的一些介紹和討論 1.2.1 設計目標、研究內(nèi)容和擬定解決的關鍵問題 完成對T6113機床的整個控制系統(tǒng)的設計改造，控制核心是PLC，并使其加工精度進一步提高，加工范圍擴大，控制更可靠。 研究內(nèi)容： （1） T6113的電氣系統(tǒng)（PLC）硬件電路設計和在機床上的布局。 （2） PLC程序的編制。 解決的關鍵問題：PLC對機床各個工作部分的可靠控制 電氣電路的安全問題的解決 1.2.2題目的可行性分析 雖然目前數(shù)控機床以其良好的加工性能得到了人們的肯定，但是其昂貴的價格是一般用戶望塵莫及的，所以改造現(xiàn)有的機床以達到使用要求是比較現(xiàn)實的，也是必須的。經(jīng)過實踐證明這樣的改造是可以滿足大多數(shù)情況下的精度和其他加工要求，并且在實踐中已取得的相當好的效益。 1.2.3本項目的創(chuàng)新之處 利用PLC作為控制核心，替代傳統(tǒng)機床的繼電器控制，使得機床的控制更加靈活可靠，減少了很多中間的機械故障的可能。利用PLC的可編程功能使得變換和改進控制系統(tǒng)成為可能。 1.2.4設計產(chǎn)品的用途和應用領域 鏜床是一種主要用鏜床刀在工件上加工孔的機床。通常用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔。特別是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求較高的孔，如各種箱體，汽車發(fā)電機缸體等零件的孔。一般鏜刀的旋轉為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運動。在鏜床上除鏜孔外，還可以進行銑削、鉆孔、擴孔、鉸孔、锪平面等工件。因此鏜床的工作范圍較廣。它可以應用于機械加工的各個領域，但因其價格比一般機床貴好多，所以在比較大的加工車間才可見到。 1.3 電氣控制技術的發(fā)展 電氣控制技術是隨著科學技術的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而迅速發(fā)展的，從最早的手動控制到自動控制，從簡單的控制設備到復雜的控制系統(tǒng)，從有觸點的硬接線控制系統(tǒng)到以計算機為中心的存儲系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣控制技術綜合應用了計算機、自動控制、電子技術、精密測量等許多先進的科學技術成果。作為生產(chǎn)機械的電機拖動，已由最早的采用成組拖動方式，發(fā)展到今天無論是自動化功能還是生產(chǎn)安全性方面都相當完善的電氣自動化系統(tǒng)。 繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)具有結構簡單、價格低廉、維護容易、抗干擾能力強等優(yōu)點，至今仍是機床和其他許多機械設備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學習先進電氣控制的基礎。這種控制系統(tǒng)的缺點是采用固定的接線方式，靈活性差，工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。 從20世紀30年代開始，生產(chǎn)企業(yè)為了提高生產(chǎn)率，采用機械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式，對不同類型的產(chǎn)品分別組成生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品類型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機械設備按新的工藝過程運行，而繼電接觸器控制系統(tǒng)采取固定接線方式，很難適應這個要求。大型生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器的數(shù)量很多，這種有觸點的電器工作頻率很低，在頻繁動作的情況下壽命較短，從而造成系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)線的運行可靠性降低。為了解決這個問題，20世紀60年代初期利用電子技術研制出矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)來代替繼電接觸式控制系統(tǒng)。對復雜的自動控制系統(tǒng)則采用計算機控制，由于這些控制裝置本身存在不足，因此均未能獲得廣泛應用。1968年美國最大的汽車制造商通用汽車（GM）公司，為適應汽車型號不斷更新，提出把計算機的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點和繼電接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格低等優(yōu)點結合起來，做成一種能適應工作環(huán)境的通用控制裝置，并把編程方法輸入方法簡化。美國數(shù)字設備公司（DEC）于1969年率先研制出第一臺可編程控制器（簡稱PLC），并在通用汽車公司的自動裝配線上試用獲得成功。從此以后，許多國家的著名廠商竟相研制，各自成為系列，而且品種更新很快，功能不斷增強，從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進行模擬量控制，具有數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等多種功能。PLC另一個突出的優(yōu)點是可靠性很高，平均無故障運行可達10萬小時以上，可以大大減少設備維修費用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失。當前PLC已經(jīng)成為電氣自動化控制系統(tǒng)中應用最廣泛的核心控制裝置。 電氣控制技術的發(fā)展始終是伴隨著社會生產(chǎn)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)水平的提高而前進的。電氣控制技術的進步反過來又促進了社會生產(chǎn)力的進一步提高。同時，電氣控制技術又是與微電子技術、電力電子技術、檢測傳感技術、機械制造技術等緊密聯(lián)系在一起的。21世紀電氣控制技術必將給人類帶來更加繁榮的明天。 1.4 PLC的發(fā)展史、優(yōu)勢及特點 1.4.1 發(fā)展史 可編程控制器PLC誕生之前，工業(yè)電氣控制主要使用低壓電器構成的繼電接觸器電路，它是以接線邏輯實現(xiàn)控制功能的。這樣的控制設備一經(jīng)生產(chǎn)出來，功能就固定了，若要改變就必須改變控制器內(nèi)部的硬件接線，使用起來不靈活，也很麻煩。1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車公司（GM）為了適應生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應具備的十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。 1969年，美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出了第一臺可編程控制器PDP——14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上適用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器由此誕生。 可編程控制器自問世以來，發(fā)展極為迅速。1971年，日本開始生產(chǎn)可編程控制器，1973年，歐洲開始生產(chǎn)可編程控制器，到現(xiàn)在，世界各國的一些著名的電器工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器?？删幊炭刂破饕炎鳛橐粋€獨立的工業(yè)設備被列入生產(chǎn)中，成為當代電控裝置的主導。 早期的可編程控制器主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，它采用了一些計算機技術，但簡化了計算機的內(nèi)部電路，對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應性較好，指令系統(tǒng)簡單，一般只具有邏輯計算的功能。隨著微電子技術和集成電路的發(fā)展，特別是微處理器和微計算機的迅速發(fā)展，在20世紀70年代中期，美、日、德等國的一些廠家在可編程控制器中開始更多地引入微機技術，微處理器及其他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件，使可編程控制器具有了自診斷功能，可靠性有了大幅提高，性能價格比產(chǎn)生了新的突破。到20世紀80年代，可編程控制器都采用了微處理器（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨機存儲器（RAM）或是單片機作為其核心，處理速度大大提高，不僅增加了多種特殊功能，體積還進一步縮小。20世紀90年代末，PLC幾乎完全計算機化，其速度更快，各種智能模塊不斷被開發(fā)出來，使其不斷地擴展著它在各類工業(yè)控制中的作用。 現(xiàn)在，PLC不僅能進行邏輯控制，在模擬量閉環(huán)控制、數(shù)字量的智能控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)及集散控制系統(tǒng)等各方面都得到了廣泛應用。如今，大、中型，甚至小型PLC都配有A/D、D/A轉換及算術運算功能，有的還具有PID功能。這些功能使PLC在模擬量閉環(huán)控制、運動控制、速度控制等方面具有了硬件基礎；許多PLC具有輸出和接收高速脈沖的功能，配合相應的傳感器及伺服設備，PLC可實現(xiàn)數(shù)字量的智能控制；PLC配合可編程終端設備，可實時顯示采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及分析結果，為系統(tǒng)分析、研究工作提供依據(jù)，利用PLC的自檢信號還可以實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控；PLC具有較強有利的通信功能，可以與計算機或其他智能裝置進行通訊及聯(lián)網(wǎng)，從而能方便地實現(xiàn)集散控制。功能完備的PLC不僅能滿足控制要求，還能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)管理的需要。 近年來，可編程控制器的發(fā)展更為迅速。展望未來，可編程控制器在規(guī)模和功能上將向兩大方向發(fā)展：一是大型可編程控制器向高速、大容量和高性能方向發(fā)展；二是發(fā)展簡易經(jīng)濟的超小型可編程控制器，以適應單機控制及小型自動化設備的需要。另外，不斷增強PLC工業(yè)過程控制的功能（模擬量控制能力），研制采用工業(yè)標準總線，使同一工業(yè)控制系統(tǒng)中能連接不同的控制設備，增強可編程控制器的聯(lián)網(wǎng)通信功能，便于分散系統(tǒng)與集中控制的實現(xiàn)，大力開發(fā)智能I/O模塊、增強可編程控制器的功能等也具有重要意義。 1.4.2 PLC的優(yōu)勢和特點 1.可靠性高，抗干擾能力強。 高可靠性往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。在繼電器接觸器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在PLC系統(tǒng)中，大量的開關動作是由無觸點的半導體電路來完成的，加上PLC充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，PLC有極高的可靠性。根據(jù)有關資料統(tǒng)計，目前個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，其平均無故障時間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時，有的甚至達到了幾十萬小時。 2.適應性強，應用靈活 由于PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結構，組合和擴展方便，用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡各異的控制要求。更重要的是，PLC系統(tǒng)相對繼電器接觸器控制系統(tǒng)，接線很少。 3.編程方便，容易使用 PLC的編程可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語言，直觀易懂。 4.功能強，擴展能力強 PLC中含有數(shù)量巨大的可用于開關量處理的繼電器類軟元件，可輕松的實現(xiàn)大規(guī)模的開關量邏輯控制，這是一般的繼電器系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的。 5.PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試方便 PLC中相當于繼電器接觸器系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，又用程序（軟接線）代替硬接線，安裝接線工作量小，設計人員只要具有PLC就可進行控制系統(tǒng)設計并可在實驗室進行模擬調(diào)試。而繼電器接觸器系統(tǒng)的調(diào)試是靠在現(xiàn)場改變接線進行的，十分煩瑣。 6.維修方便，維修工作量小 PLC有完善的自診斷，履歷情報存儲及監(jiān)視功能。對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點的狀態(tài)均有顯示。工作人員可以通過它查出故障原因，便于迅速處理。 7.PLC體積小，重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化 第2章 鏜床的概況 2.1 T6113臥式鏜床主要結構及機械運動 2.1.1T6113臥式鏜床主要結構 鏜床是一種精密加工機床，主要用于加工精密圓柱孔，這些孔的軸線往往要求嚴格地平行或垂直。相互間的距離也要求很準確，鏜床本身剛性好，其可動部分在導軌上活動間隙很小，而且有附加支撐。 臥式鏜床用于加工各種復雜大型工件，如箱體零件、機床等，是一種功能很大的機床。除了鏜孔外，還可以進行鉆、擴、絞孔以及車削內(nèi)外螺紋，用絲錐攻螺紋，車外圓柱面和端面。 臥式鏜床外形結構如圖中所示： 1.床身 2.前立柱 3.主軸箱 4.尾筒工作臺 5.下滑座 6.上滑座 7. 工作臺 8.后立柱 9.懸掛按鈕站 10.固定按鈕站 臥式鏜床的床身是由整體的鑄件制成，床身的一端有固定不動的前立柱，在前立柱的垂直導軌上裝有鏜頭架，它可以上下移動，鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進給箱與操縱機構等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或裝在平盤的刀具溜板上，在工作過程 ，鏜軸一面旋轉，一面沿軸向做進給運動，平旋盤只能旋轉裝在它的上面刀具溜板可在垂直于主軸軸線方向的徑向進給運動。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空心部分，通過各自的傳動鏈運動，因此可獨立轉動。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。 臥式鏜床后立柱上安裝在尾架，用來夾持裝夾在鏜軸上的鏜桿的末端。它可隨鏜頭架同時升降，并且某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。加工時，工件放在床身中部的工作臺上，工作臺在上滑座上面，上滑座下面是下滑座，下滑座安裝在床身導軌上，并可沿床身導軌運動，上滑座又可沿下滑座上的導軌運動，工作臺就可在床身上作前后左右任一方向運動，并可作回轉運動，再配合鏜頭架的垂直運動，就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔。 加工時，刀具裝在主軸箱的鏜軸或平旋盤上，由主軸箱可獲得各種轉速和進給量，主軸箱可沿前立柱的導軌上下移動，工件安在工作臺，可與工作臺一起隨上滑座或下滑座作橫向或縱向移動，此外，工作臺還可以繞上滑座的圓導軌在水平面內(nèi)移動一定的角度，以便加工互成一定角度的孔或平面，裝在鏜軸上的鏜刀還可以隨鏜軸軸向運動，以實現(xiàn)軸向進給或調(diào)整刀具的軸位置。當鏜軸及刀桿伸出較長時，可用后立柱來支撐左端，以增加鏜軸和刀桿的剛度。當?shù)毒哐b在平旋盤的徑向刀架時，徑向刀架可帶著刀具作徑向進給，以車削端面。 2.1.2機械運動 鏜桿的旋轉運動；主軸箱垂直進給運動；工作臺縱向進給運動；工作臺橫向進給運動；鏜桿的軸向運動；平旋盤的旋轉運動；平旋盤徑向刀架進給運動；輔助運動：主軸箱、工作臺在進給方向的快速調(diào)位運動，后立柱縱向調(diào)位運動，后支架的垂直調(diào)位運動，工作臺的轉位運動。這些輔助運動可以手動，也可以由快速電動機轉動。 2.2電氣控制 2.2.1臥式鏜床電力拖動及控制要求 1.主軸應有較大調(diào)速范圍，要求恒功率調(diào)速，采用機電聯(lián)合調(diào)速； 2.變速時，為使滑移齒輪能順利進行嚙合位置，應有低速或斷續(xù)變速沖動； 3.主軸能作正反轉低速點動調(diào)整，要求對主軸電動機實現(xiàn)正反轉及點動控制； 4.為使主軸迅速準確停車，主軸電動機應有機械制動； 5.主運動與進給運動由一臺主軸電動機拖動由各自傳動鏈運動，主軸和工作臺除工作進給外，還應有快速移動由另一臺快速移動電動機拖動； 6.鏜床運動部件多，設置必要的聯(lián)鎖和保護。 2.2.2 T613臥式鏜床的電氣控制 機床的電氣系統(tǒng)是按三相交流電源設計的，其電源電壓與頻率為380V 50Hz. 機床采用可編程控制器（PC）控制，可編程控制器的電源為220V；接觸器的電壓交流110V；電磁閥，電磁離合器為DC24V；信號指示燈為交流6V；手把燈（最大100W）電為24V；均由變壓器供電。機床照明燈電壓為24V。 機床上裝有五臺交流電動機； 主電機（M1），快速移動電機（M2），后立柱快速移動電機（M3），下滑座液壓油泵電機（M4），主軸箱液壓油泵電機（M5）。 可編程控制器（PLC）安裝在配電盤下部，配電盤安裝在立柱后面的電器柜內(nèi)。 機床上裝有懸掛按鈕站對機床進行集中操作。 各部分簡要說明： （1） 可編程控制器（PLC） 本機床采用SIEMENS S7-200系列可編程控制器對機床實行控制，它能夠控制各種設備以滿足自動化控制需求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計數(shù)器、定時器、復雜數(shù)學運算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制的目的。緊湊的結構，靈活的配置和強大的指令集使S7-200成為各種控制應用的理想解決方案。 本系統(tǒng)采用的可編程控制器為S7-200系列，CPU 224，外形尺寸為120.5×80×62（單位㎜），程序存儲區(qū)4096字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)2560字節(jié)，掉電保持時間190小時，I/O數(shù)量14入/10出，本機擴展模塊7個，脈沖輸出（DC）為2路20KHz，模擬電位器，實時時鐘為內(nèi)置，通訊口1RS-485。 擴展模塊選用的是四塊EM223（8I/8Q）（223-1PH22-0XAO）。 2. 輸入信號 機床所使用的按鈕、旋鈕開關、無觸點開關、各部的行程開關及各部的限位開關、速度繼電器等均作為輸入信號。 3. 輸出信號 可編程控制器輸出信號分別接通交流接觸器，液壓電磁閥，電磁離合器和信號燈。 4. 機床的程序編制利用STEP7-Micro/WIN軟件來編制，采用梯形圖方式來實現(xiàn)。詳細情況見系統(tǒng)程序編制部分。 （2）. 限位、線路保護說明 1. 進給和快速移動的限位 SQ14、SQ15 主軸箱升降終點限位開關 SQ16、SQ17 上滑座移動終點限位開關 SQ18、SQ19 下滑座移動終點限位開關 當某一移動部件達到極限位置時，相應的限位開關壓開關動作，切斷進給和快速移動電路或使換向離合器脫開，可以按相反方向的快速移動按鈕，使其復位。 2. 線路保護和互鎖裝置 短路保護和過載保護 三極自動空氣開關QF1、QF2、QF3、QF4和熱繼電器FR1、FR2、FR3分別對應電動機進行過載或短路保護，電機自動開關QF5、QF6、QF7、QF8、QF9、QF10、QF11、QF12分別對相應的控制電路進行短路和過載保護。 主軸保護 工作臺處于“松開”狀態(tài)，即分配工作臺后指示燈時，主軸不能旋轉。 機動進給和快速移動的互鎖 機動進給時，快速移動不能進行；同樣快速移動時，機床不能機動進給。 主軸箱前面大手輪狀態(tài) 大手輪扳到“微動”位置，行程開關SQ4被壓動作，切斷快速移動和機動進給；大手輪扳到“手大動”位置，SQ5被壓動作，使按鈕SB23分配到主軸無效，主軸只能手動移動。 保護接地 電氣柜底部設有總的接地銅排，機床各部件之間為滑動面者，均接有跨接地線，金屬外殼的電器件如電動機等也接有保護地線，并為樹叉式接法，這些地線均接在銅排上。 3. 導軌潤滑說明 機車已放置很長時間在使用，機床通電后先按導軌潤滑按鈕SB19，多按幾次（間隔10秒鐘）。每按一次，導軌潤滑泵來一次潤滑導軌，以后導軌自動潤滑。 （三）. 主電機制動說明： 主電機采用電子制動器制動，主軸停車快而平穩(wěn)，主電機的制動電流及制動時間均可調(diào)，主軸旋轉時，制動器的“允許”燈亮，表示制動器可以工作了，按下停止按鈕，制動器“電源”燈亮、“制動”燈亮，兩秒鐘后，“制動”和“電源”燈滅，制動結束。主軸沒有剎車，即制動器不工作，制動器報警燈亮。 11