【文章內(nèi)容簡介】 電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造 ， 在實(shí)際生產(chǎn)線上有著明顯的效率， 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 這也使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)帶來推動(dòng)的力量。 PLC 對(duì) T68 鏜床控制改造的設(shè)計(jì)梯形圖 ，提高了 T68 鏜床電氣控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力；然而 PLC 對(duì) T68 鏜床的繼電器接觸式控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造 ， 從而保證了電控系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性、合理性 ， 更好地滿足了實(shí)際生產(chǎn)的需要 ， 提高了經(jīng)濟(jì)效益。 T68 臥式鏜床的運(yùn)動(dòng)情況比較復(fù)雜，控制電路中使用了較多的行程開關(guān)。它們都安裝在床身的相應(yīng)位置上。主電路有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 由于主軸旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給量都有較大的調(diào)速范圍，主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，為簡化傳到機(jī)構(gòu)所以本次設(shè)計(jì)中所選用的是雙速籠型異步電動(dòng)機(jī)。 功率為 ， 轉(zhuǎn)速為1460/2880r/min。 主電動(dòng)機(jī)高低速的變換由主軸孔盤變速機(jī)構(gòu)內(nèi)的限位開關(guān) SQ控制 。 其工作原理， 用按鈕和接觸器 控制雙速電動(dòng)機(jī)：先合上電源開關(guān)按下低速起動(dòng)按鈕 a，接觸器 1 線圈通電，聯(lián)鎖觸頭斷開，自鎖觸頭閉合，接觸器 1 主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)定子線圈三角形聯(lián)結(jié)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。如需換為高速運(yùn)轉(zhuǎn) ， 可按下高速起動(dòng)按鈕 b，接觸器 1 線圈斷電，主觸頭斷開、自鎖觸頭斷開，聯(lián)鎖觸頭閉合，同時(shí)接觸器 2 和 3 線圈獲電主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)定子線圈接成雙星形并聯(lián)，電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)是 2 和 3 兩個(gè)接觸器控制，把它們的常開輔助觸頭串聯(lián)起來作為自鎖，只有當(dāng)兩個(gè)接觸器都閉合時(shí)，才允許工作。 由此分析可知其運(yùn)行方式是非常安全的，可以滿足 T68 鏜床所要求的高 低速切換動(dòng)作，并且使其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)得到了簡化。 1 控制按鈕 和開關(guān) 的選型 按鈕是短時(shí)切換小電流控制電路的開關(guān)，依據(jù)控制功能，選擇按鈕的結(jié)構(gòu)形式及顏色，如果急操作選擇蘑菇形鈕帽的緊急按鈕，特殊需要選擇帶指示燈的按鈕，停止按鈕用紅色，啟動(dòng)按鈕用綠色。可根據(jù)同時(shí)控制的路數(shù)，通或斷選擇觸頭對(duì)數(shù)及種類，確定所需型號(hào)的按鈕。 2 接觸器的選型 接觸器是用來接通和切斷電動(dòng)機(jī)或其它負(fù)載主電路的一種控制電器。接觸器具有強(qiáng)大的執(zhí)行機(jī)構(gòu) ， 大容量的主觸頭及迅速的熄滅電弧的能力 。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí) ， 能根據(jù)故障檢測元件所給出的動(dòng)作信號(hào) ， 迅速 可靠的切斷電源 ， 并有低壓釋放功能 。 用于電機(jī)的控制及保護(hù) 。 根據(jù)國標(biāo)選擇 KM1KM7 為 CJ2016。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 3 熱繼電器的選擇 熱繼電器是用于電動(dòng)機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)的保護(hù)電器。 (1)類型選擇： 一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，但當(dāng)三相電壓的均衡性較差，工作環(huán)境惡劣或無人看管的電動(dòng)機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對(duì)于三角形接線的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器。 (2)熱繼電器額定電流選擇： 熱繼電器的額定電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)額定電流。然后根據(jù)該額定電流來選擇熱繼電器的型號(hào)。 (3)熱 元件額定電流的選擇和整定： 熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的 6 倍及啟動(dòng)時(shí)間不超過 5S 時(shí)，熱無件的整定電流調(diào)節(jié)到等于電動(dòng)機(jī)的額定電流；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車時(shí)，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的 倍。熱繼電器選擇 JR60/3 型。 4 速度 繼電器的選擇 速度繼電器 又稱反接制動(dòng) 繼電器。它的主要結(jié)構(gòu)是由轉(zhuǎn)子、定子及觸點(diǎn)三部分組成 。 速度繼電器主要用于三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的控制電路中，它的任務(wù)是當(dāng)三相電源的相序改變以后，產(chǎn)生與實(shí)際 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生制動(dòng)力矩。因此，使電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)狀態(tài)下迅速降低速度。在電機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)立即發(fā)出信號(hào)，切斷電源使之停車（否則電動(dòng)機(jī)開始反方向起動(dòng)） 。 由于繼電器工作時(shí)是與電動(dòng)機(jī)同軸的，不論電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，電器的兩個(gè)常開觸點(diǎn)，就有一個(gè)閉合，準(zhǔn)備實(shí)行電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)。一旦開始制動(dòng)時(shí)，由控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖觸點(diǎn)和速度繼電器的備用的閉合觸點(diǎn)，形成一個(gè)電動(dòng)機(jī)相序反接（俗稱倒相）電路，使電動(dòng)機(jī)在反接制動(dòng)下停車。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，速度繼電器的制動(dòng)常開觸點(diǎn)分?jǐn)?，從而切斷電源，使電?dòng)機(jī)制動(dòng)狀態(tài)結(jié)束 。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 5 熔 斷器的選擇 熔斷器是一種過電流保護(hù)電器。熔斷器主要由熔體和熔管兩個(gè)部分及外加填料等組成。使用時(shí)，將熔斷器串聯(lián)于被保護(hù)電路中，當(dāng)被保護(hù)電路的電流超過規(guī)定值，并經(jīng)過一定時(shí)間后，由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，起到保護(hù)的作用。 熔體額定電流的選擇 由于各種電氣設(shè)備都具有一定的過載能力，允許在一定條件下較長時(shí)間運(yùn)行；而當(dāng)負(fù)載超過允許值時(shí)，就要求保護(hù)熔體在一定時(shí)間內(nèi)熔斷。還有一些設(shè)備起動(dòng)電流很大，但起動(dòng)時(shí)間很短，所以要求這些設(shè)備的保護(hù)特性要適應(yīng)設(shè)備運(yùn)行的需要，要求熔斷器在電機(jī)起動(dòng)時(shí)不熔斷，在短路電流作用 下和超過允許過負(fù)荷電流時(shí)，能可靠熔斷，起到保護(hù)作用。熔體額定電流選擇偏大，負(fù)載在短路或長期過負(fù)荷時(shí)不能及時(shí)熔斷；選擇過小，可能在正常負(fù)載電流作用下就會(huì)熔斷，影響正常運(yùn)行，為保證設(shè)備正常運(yùn)行，必須根據(jù)負(fù)載性質(zhì)合理地選擇熔體額定電流。 (2)電動(dòng)機(jī)： 1)單臺(tái)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī) 熔體額定電流＝ (～ ) 電動(dòng)機(jī)額定電流。 2)多臺(tái)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī) 總保護(hù)熔體額定電流＝ (～ ) 各臺(tái)電動(dòng)機(jī)電流之和。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 第 3 章 PLC 對(duì) T68 臥式鏜床的改造 PLC的概述 可編程控制 器（ Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì) 上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。PLC與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ?CPU作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道 (字 )的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器 (布爾處理器 )，進(jìn)行點(diǎn) (位 )運(yùn)算與控制。 PLC控制一般具有可靠性高、易操作、易維修、編程簡單、靈活性好等特點(diǎn)。 PLC的基本結(jié)構(gòu) 1 中央處理單元 (CPU) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與計(jì)算機(jī)相同， PLC 硬件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示： 圖 31 PLC硬件結(jié)構(gòu) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的 控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 2 存儲(chǔ) 器 PLC 常用的存儲(chǔ)器類型有： RAM、 EPROM、 EEPROM，由于 RAM 是一種讀 /寫存儲(chǔ)器 (隨機(jī)存儲(chǔ)器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。所以本次設(shè)計(jì)選用此種存儲(chǔ)器類型。 PLC 存儲(chǔ)空間的分配 雖然各種 PLC 的 CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域： (1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) (2)系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等） (3)用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、 功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC 的性能。 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。 PLC的語言 不同的商家的 PLC 有不同的編程語言，但就某個(gè)商家而言， PLC 的編程語言有順序功能圖、梯形圖、語句表、功能塊圖。本次設(shè)計(jì)所用的是西門子 PLC 的編程語言，因梯形圖與繼電器電路很相似，具有直觀易懂得的特點(diǎn)很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌 握，所以本次設(shè)計(jì)選用的編程語言是梯形圖。 PLC 對(duì) T68 鏜床的設(shè)計(jì) 整體設(shè)計(jì)簡介 在本設(shè)計(jì)中原鏜床的工藝加工方法不變， 在保留主電路的原有元件的基礎(chǔ)上，不改變?cè)刂葡到y(tǒng)電氣操作方法，電氣控制系統(tǒng)控制元件（包括按鈕、行程開關(guān)、熱繼電瑞、接觸器），作用與原電氣線路相同，主軸和進(jìn)給起動(dòng)、制動(dòng)、低速、高速和變速?zèng)_動(dòng)的操作方法不變，改造原繼電器控制中的硬件接線，改為 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 PLC編程實(shí)現(xiàn)。 本機(jī)床的電力拖動(dòng)系統(tǒng)由兩臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)組成。因?yàn)楣β瘦^小，所以均采用接觸器直接起動(dòng)控制線路。 M1 是主電動(dòng)機(jī)，由主軸電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)接觸器 KM1 與主軸電動(dòng)機(jī) M1 反 轉(zhuǎn)接觸器 KM2 控制其正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)的起動(dòng)與停止。交流接觸器 KM3 用來短路限流電阻 R。 M1 的過載保護(hù)電器是 FR。 M2 是主軸箱和工作臺(tái)的快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，功率為 ，轉(zhuǎn)速為 1460r/min。因?yàn)榭焖僖苿?dòng)是短時(shí)間工作，所以不設(shè)過載保護(hù)。 一．工作控制步驟 1．主軸正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制 正轉(zhuǎn)時(shí)：按下 SB4→ KM1 得電→ KM4 也得電。由于此時(shí) KA KM KT 都沒有通電，所以 M1（雙速電動(dòng)機(jī)）只能接成 D 形進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)；松開按鈕 SB4 后，因電路沒有自鎖作用，而且 SB1 的常開觸點(diǎn) 沒有閉合，則 KM1 和 KM4 都失電，使M1 停轉(zhuǎn)。 反轉(zhuǎn)時(shí)：按下 SB5→ KM2 得電→ KM4 得電。由于此時(shí) KA KM KT 都沒有通電，所以 M1 只能接成三角形進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)；松開按鈕 SB5 后，因電路沒有自鎖作用，而且 SB1 的常開觸點(diǎn)沒有閉合，則 KM2 和 KM4 都失電，使 M1 停轉(zhuǎn)。 2．主軸正反轉(zhuǎn)低速控制 正轉(zhuǎn)時(shí)：按下 SB2→中間繼電器 KA1 得電且自鎖→此時(shí) SQ SQ3 處于閉合狀態(tài)→接觸器 KM3 得電→ KA1 和 KM3 的常開觸點(diǎn)都吸合→ KM1 得電→其常開觸點(diǎn)吸合→ KM4 得電→ M1（雙速電動(dòng)機(jī)）接成三角形低速正向運(yùn)行。 反轉(zhuǎn)時(shí)：按下 SB3，繼電器和接觸器的通電順序 KA2→ KM3→ KM2→ KM4，使M1（雙速電動(dòng)機(jī)）接成三角形形低速反向運(yùn)行。 3．主軸正反轉(zhuǎn)高速控制 正轉(zhuǎn)時(shí)：將變速手柄扳在“高速”位置，即微動(dòng)開關(guān) SHY 受壓而閉合，為KT 和 KM3 的工作做準(zhǔn)備；當(dāng)按下 SB2 時(shí)→ KA1 得電且自鎖→ K