【文章內(nèi)容簡介】 反接給電動機，電動機進(jìn)行反接制動。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速降低到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開接點斷開，切斷了 KM2 的通電回路， KM6 也隨之?dāng)嚯?，切斷了電動機電源，電動機制動結(jié)束。 反向旋轉(zhuǎn)的制動過程和正向旋轉(zhuǎn)類似，此時相關(guān)動作的電氣元件是速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點 KS接觸器 KM1 和 KM6。 當(dāng)主軸變速時將變速孔盤拉出，這時使 SQ1 動斷 觸點斷開， KM3 斷電，在主回路中接入了限流電阻 R，并且 KM3 觸點斷開， KM1 斷電釋放，從而使主 電動機脫離電源。所以該機床可以在主電動機開動的情況下調(diào)速，電動機能自動停止轉(zhuǎn)動。這時旋轉(zhuǎn)盤孔，選好合適的轉(zhuǎn)速后，將盤孔推入，在此過程中，如果滑移齒輪的齒和固定齒輪的齒發(fā)生頂撞，則孔盤不能推回原位。這時 SQ SQ2 沒有受壓， SQ1動合觸點閉合， SQ2 動斷觸點閉合，從而接通了瞬時點動控制電路，線圈 KM1 得電動作，同時由于 SQ1 行程開關(guān)閉合，使得 KM6 通電動作，所以主電動機經(jīng)限流電阻在低速下正向起動。當(dāng)主電動機起動后，速度繼電器的停轉(zhuǎn)觸點 KS1 斷開，而正轉(zhuǎn)動合觸點 KS3 轉(zhuǎn)為閉合，使 KM1 線圈斷電釋放。 KM2 線圈得電動作，因而主電動機又反接制動。當(dāng)主電動機的轉(zhuǎn)速制動到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速后，速度繼電器正轉(zhuǎn)動斷觸點又轉(zhuǎn)為閉合，從而又接通了瞬時點動線路而重復(fù)上訴過程。這樣間歇的起動與制動使電動機緩慢的旋轉(zhuǎn)，以利于齒輪進(jìn)入正確的嚙合狀態(tài)。一旦孔盤推回原位后，行程開關(guān) SQ SQ2 被壓下，將 SQ SQ2 的動斷觸點斷開，切斷了瞬時點動線路。這時， SQ1 的動合觸點閉合，使得 KM3 線圈得電， KM3 常開觸點閉合，使得 KM1 線圈得電，主電動機在新的轉(zhuǎn)速下重新啟動。 在進(jìn)給變速時，瞬時點動的控制原理和主軸變速時相同，相關(guān)動作的行 程開關(guān)由 SQ SQ2 變?yōu)?SQ SQ4。 鏜床 PLC 智能控制系統(tǒng)設(shè)計 6 、工作臺或主軸的快速移動 機床各部件的快速移動由快速手柄操縱配合快速電動機 M2 拖動來完成?？焖偈直獾秸蜣D(zhuǎn)速位置時，行程開關(guān) SQ5 被壓動，接觸器 KM7 得電，快速電動機M2 正轉(zhuǎn)?？焖偈直獾椒聪蛭恢脮r，行程開關(guān) SQ6 被壓動，接觸器 KM8 得電，M2 反轉(zhuǎn)。 為了防止機床或刀具的損壞，主軸箱和工作臺的機動進(jìn)給在電路上必須互相聯(lián)鎖，即不能同時接通，通過行程開關(guān) SQ SQ8 來實現(xiàn)。當(dāng)同時有兩種進(jìn)給時， SQSQ8 都被壓下，切斷了控制回路電 源，避免了機床或刀具的損壞。 3 T68鏜床控制系統(tǒng)改造方案 控制方式的選擇 比較常用的控制方式主要有： 數(shù)控、單片機和 PLC 控制。 方案一：數(shù)控 數(shù)控優(yōu)點：加工更改的適應(yīng)性強；加工精度高；生產(chǎn)效率高；自動化程度高；良好的經(jīng)濟效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 數(shù)控缺點：由于費用昂貴，不利于加工大批量零件；系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)費用高。 因此，數(shù)控不適合鏜床的改造。 方案二：單片機控制 單片機適用于小型自動控制領(lǐng)域及無線控制領(lǐng)域 ，其 體積小價格便宜。 編程設(shè)備繁瑣，程序算法和可靠性驗證困難 。而且單片機控制機床的話， 其維修繁瑣，要更改硬件。因此，單片機控制 也 不適用。 方案三： PLC 控制 PLC 是生產(chǎn)商將其功能模塊化 ， 并提供專用的編程軟件，主要用于開關(guān)量的控制，其可靠性比較高。 鏜床原有的電氣控制為繼電控制，其接觸點多，導(dǎo)致故障多，操作維修麻 煩，機械使用 率低。對鏜床采用 PLC 控制，取代繼電控制，克服了以上缺點，并 使性能大為改善，自動化程度與生產(chǎn)效率得到了很大提高 ， 增強了其自診斷功能，維修也更為方便。 所以， PLC 符合鏜床的改造。 通過上述比較， T68 鏜床改造選擇 PLC 控制。 PLC 的工作原理 PLC采用循環(huán)掃描工作方 式，在 PLC中，用戶程序按先后順序存放， CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符號后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。 這個工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理五個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為一個掃描周期。 在內(nèi)部處理階段 ,PLC檢查 CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器工作是否鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 2021) 7 正常等。 在通信操作服務(wù)階段， PLC與一些智能模塊通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。當(dāng) PLC處于停止（ STOP）狀態(tài)時，只進(jìn)行內(nèi) 部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在 PLC處于運行 (RUN)狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作，到程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，始終處于循環(huán)掃描工作狀態(tài)。 在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 在此階段，根據(jù) PLC梯形圖程序掃描原則， 按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時， PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應(yīng)映象寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)器件的寄存器中。對每個器件而言，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 輸出處理也叫輸出刷新，當(dāng)程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器 (即器件映象寄存器 )中的 Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到 輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載。 PLC 類型 比較 及選擇 PLC主要用來代替繼電器來實現(xiàn)邏輯控制，現(xiàn)在 PLC的功能強大， 質(zhì)量優(yōu)良，品牌很多，特點各異。其中有三菱、西門子、歐姆龍 等 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 PLC 三菱 PLC在中國市場常見的有以下型號： FRFX1N、 FRFX1S、 FRFX2N、FRFX3U、 FRFX2NC、 FRA FRQ。其中 FX2N系列是三菱 PLC在 FX家族中最先進(jìn)的系列， 具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 PLC 西門子（ SIEMENS）公司的 PLC產(chǎn)品包括 LOGO， S7200， S7300， S7400， 工業(yè)網(wǎng)絡(luò) ， HMI人機界面， 工業(yè)軟件 等。西門子 S7系列 PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。 S7系列 PLC產(chǎn)品可分為微型 PLC（如S7200），小規(guī)模性能要求的 PLC（如 S7300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7400）等。 姆龍系列 PLC 鏜床 PLC 智能控制系統(tǒng)設(shè)計 8 歐姆龍 PLC是一種功能完善的緊湊型 PLC，能為業(yè)界領(lǐng)先的輸送分散控制等提供高附加 值機器控制；它還具有通過各種高級內(nèi)裝板進(jìn)行升級的能力，大程序容量和存儲器單元，以 Windows環(huán)境下高效的軟件開發(fā)功能。歐姆龍 PLC的主要特點是：結(jié)構(gòu)靈活；傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定；范圍廣；低成本；適用面廣。 通過以上 比較，此次設(shè)計選用三菱 PLC中 FX2N系列 代替原有的鏜床繼電器控制 。 4 T68臥式鏜床 PLC改造的硬件設(shè)計 PLC 的選型 對 T68 鏜床 的輸入、輸出信號進(jìn)行統(tǒng)計 ， PLC 輸入端共有 18 個輸 入信號，輸出端共有 8 個輸出信號。 滿足其輸入 、 輸出點數(shù)的繼電器可選 FX2N48MR 型，該繼電器輸入、輸出點數(shù)均為 24。 I/O 點分配 鏜床 PLC 控制系統(tǒng) 的 I/O 點分配 如表 41 所示。 表 41 I/O 點分配表 電氣元件 邏輯元件 名稱及用途 電氣元件 邏輯元件 名稱及用途 FR X0 熱繼電器觸點 KS2 X20 速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點 SB1 X1 正轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)按鈕 KS3 X21 速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點 SB2 X2 反正旋轉(zhuǎn)按鈕 KM1 Y0 主電動機正轉(zhuǎn)接觸器 SB3 X3 正向點動按鈕 KM2 Y1 主電動機反轉(zhuǎn)接觸器 SB4 X4 反向點動按鈕 KM3 Y2 限流短路接觸器 SB5 X5 主電動機停止按鈕 KM4 Y3 主電動機高速轉(zhuǎn)接觸器 SQ X6 高、低速轉(zhuǎn)換開關(guān) KM5 Y4 主電動機高速轉(zhuǎn)接觸器 SQ1 X7 主軸變速行程開關(guān) KM6 Y5 主電動機低速轉(zhuǎn)接觸器 SQ2 X10 主軸變速行程開關(guān) KM7 Y6 快速電動機正轉(zhuǎn)接觸器 SQ3 X11 進(jìn)給變速行程開關(guān) KM8 Y7 快速電動機反轉(zhuǎn)接觸器 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 2021) 9 續(xù)表 41 在 設(shè)計 過程中利用輔助繼電器， M3 為變速調(diào)整， M4 為反轉(zhuǎn)反接制動， M5 為正轉(zhuǎn)反接制動，既有利于理清邏輯關(guān)系，簡化梯形圖，又有利于調(diào)試控制程序。將原來的中間繼電器 KA1 和 KA2 用輔助繼電器 M M2 代替，時間繼電器用定時器T0 代替，減少了電氣元件，提高了系統(tǒng)可靠性。 硬件 接線圖 設(shè)計 該控制系統(tǒng)采用三菱 FX2N48MR 型 PLC，其 I/O 硬件接線圖如 圖 41 所示 。 SQ4 X12 進(jìn)給變速行程開關(guān) KT T0 通電延時 繼電器 SQ5 X13 快速電動機行程開關(guān) KA1 M1 中間繼電器 SQ6 X14 快速電動機行程開關(guān) KA2 M2 中間繼電器 SQ7 X15 主軸箱、工作臺與主軸進(jìn)給互鎖行程開關(guān) M3 主電動機瞬時點動 SQ8 X16 主軸箱、工作臺與主軸進(jìn)給互鎖行程開關(guān) M4 主電動機反轉(zhuǎn)反接制動 KS1 X17 速度繼電器停轉(zhuǎn)觸點 M5 主電動機正轉(zhuǎn)反接制動 鏜床 PLC 智能控制系統(tǒng)設(shè)計 10 圖 41 I/O 硬件接線圖 PLC 控制器左 邊為輸入端，右邊為輸出端 。 在 KM KM KM KM5 和 KM6的線圈支路上采用了接觸器常閉觸點的電路聯(lián)鎖，從而避免了電動機正反轉(zhuǎn)時造成的電源間的短路。 5 T68臥式鏜床 PLC改造的軟件設(shè)計 梯形圖設(shè)計 可編程控制器是將繼電器控制的概念和設(shè)計思想與計算機技術(shù)及微電技術(shù)相結(jié)合而形成的專門從事邏輯控制的微機系統(tǒng)。在 PLC 系統(tǒng)應(yīng)用中，梯形圖的設(shè)計往往是最主要的問題。梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和控制指令已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電氣控制范疇。它不僅可實現(xiàn)邏輯運算，還具有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等 功能，是具有工業(yè)控制指令的微機系統(tǒng)。 梯形圖的編程 方法一般有以下幾種：替代設(shè)計法、邏輯代數(shù)設(shè)計法、程序流程設(shè)計法以及 功能模塊設(shè)計法。 此次 設(shè)計采用邏輯代數(shù)的設(shè)計方法，其 梯形圖 如附錄 3所示。 鏜床 PLC 改造的電氣控制 主控動作流程圖如圖 51 所示 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 ( 2021) 11 圖 51 主控動作流程圖 對行程開關(guān) SQ SQ8 觸點對應(yīng)的輸入繼電器 X1 X14 取反后并聯(lián)，將它們作為主控條件。當(dāng)這兩個行程開關(guān)同時接通時，主控元件 M10 斷開，主控條件不成