基于PLC的T68型镗床控制系统设计

课题：基于PLC的T68型镗床控制系统设计专业：电气工程极其自动化
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目录------------------------------------------------------------------------------------------------1一、设计目的作用------------------------------------------------------------------------------错误！未定义书签。

二、设计要求------------------------------------------------------------------------------------2
三、设计的具体实现---------------------------------------------------------------------------2
（1）系统概述--------------------------------------------------2
3.1.1 T68卧式镗床的概述--------------------------- ------2 3.1.2 PLC型号选择--------------------------- ------------3 3.1.3 利用西门子S7-200 CPU224进行T68镗床改造的优势- ---3 3.1.4 主电路分析-----------------------------------------4 3.1.5 控制电路分析---------------------------------------5
（2）单元电路设计与分析----------------------------------------6 3.2.1 T68镗床I\O分配表----------------------------- ----6 3.2.2 PLC梯形图------------------------------- ----------7 3.2.3 控制柜面板-----------------------------------------8 3.2.4 PLC外部接线图-------------------------------------9 3.2.5 元件布置图----------------------------------------10
3.2.6 PLC指令表------------------------ ----------------11
四、总结------------------------------------------------------------------------------------------13
五、附录------------------------------------------------------------------------------------------15 （1）元器件明细表---------------------------------------------15 （2） T68型卧式镗床电气控制线路图------------------------------16 （3）小组分工安排情况---------------------------------------------------------------17 六、参考文献-----------------------------------------------------------------------------------17
T68型卧式镗床设计报告
一、设计目的作用
1、了解电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则。

2、学以致用，巩固书本知识。

使学生初步具有设计电气控制装置的能力。

从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。

3．进行一次工程技术设计的基本训练。

培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力；上网查寻信息的能力；运用计算机进行工程绘图的能力；编制技术文件的能力等等。

二、设计要求
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，绘出电气控制原理图，包括主电路和PLC的控制电路接线图，本设计要求采用S7-200 PLC；
2、重要电器元器件的选择和有关计算；
3、进行PLC元件的I/O地址分配；
4、根据控制要求，编制PLC控制程序（梯形图和指令表），并适当给出一些程序注释；
5、完成控制箱内和面板的元器件布置图与安装接线图；
6、列出所需电气设备器材的明细表（应包括：序号、文字符号、器材名称、规格、型号、数量、作用）
7、编制设计说明书。

三、设计的具体实现
（1）系统概述
3.1.1 T68卧式镗床的概述
镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精密的孔和各孔间的距离要求较为
精确的零件。

T68卧式镗床的主拖动采用△―YY的双速电动机。

为了克服主轴运动系统在采用滑移齿轮变速时出现顶齿现象，在变速过程中才用低速。

为适应加工过程中调整的需要，主轴可以正、反点动调整，这是通过主轴电动机低速点动来实现的。

同时主轴还有正、反向旋转，这也是通过主轴电动机的正、反转来实现的。

由于主轴的制动要求快而准确，所以T68卧式镗床常采用反接制动。

根据T68卧式镗床运动要求，各进给部分应能快速移动。

T68卧式镗床的运动方式有：
主运动：主轴的旋转与花盘的旋转运动。

进给运动：主轴在主轴箱中的进出进给，花盘上刀具的径向进给，工作台的横向和纵向进给，主轴箱的升降。

这些进给运动都可以进行手动或自动。

辅助运动：回转工作台的转动，后立柱的纵向移动，镗杆支架的垂直移动及各部分的快速移动。

3.1.2 PLC型号选择
在对T68型卧式镗床进行梯形图语言描述控制电路时共有10个开关或按钮输入，8信号输出。

由教材《工业电气控制技术》知，西门子S7-200 CPU224系列PLC是14入/10出的小型PLC；故此选择S7-200 CPU224型PLC。

CPU224技术结构
型号CPU224CN 外形尺寸/（mm*mm*mm）90*80*62
程序储存区4096字
掉电保持时间/h 190
本机I/O 14入/10出
扩展模块数量7
高频计数器单相6路30KHZ
双相4路20KHZ
脉冲输出2路20KHZ
模拟电位（DC） 2
实时时钟内置
通信口1RS-485
浮点数计算有
I/O印象区256(128入/128出)
布尔指令执行速度0.37μs/指令
3.1.3 利用西门子S7-200 CPU224进行T68镗床改造的优势
镗床是冷加工中使用比较普遍的设备它主要用于加工精度、光洁度要求较高的孔以及各孔间的距离要求较为精确的零件（如一些箱体零件），属于精密机床。

T68镗床是应用最广泛的一种，其原控制电路为继电器控制，接触触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修任务较大。

针对这种情况，利用PLC控制改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率，运行效果良好。

3.1.4 主电路分析
主轴电机M1：
KM1、KM2用于主轴电机的正、反转控制
KM3为低速三角形连接
KM4、KM5用于高速YY连接
快速移动电机M2：
KM6、KM7作主轴进给和工作台进给的正、反转控制。

YB为制动电磁离合器：
当主电机通电运行时，YB松闸。

当主电动断电停止时，YB抱闸制动。

FU为熔断器，进行电路的短路保护；
QS为闸刀开关，进行电源隔离；
FR为热继电器，进行电路的过载保护。

3.1.5 控制电路分析
主轴电动机的正向启动:按下正转启动按钮SB2,中间继电器KM1线圈获电吸
合,KM1常开触头闭合,使得KM3线圈通电；KM1主触头闭合,接通电源；电动机M1接成△正向启动。

接触器KM3线圈得电后,KM3主触头闭合,使制动电磁离合器松闸,而KM3常闭辅助触头断开，与KM4，KM5构成电气互锁。

主轴电动机的反向启动:反转是只需按下反转启动按钮SB5动作原理同上，所不同的是KM2线圈和和KM3线圈通电。

主轴电动机M1的点动控制：
按下正向点动启动按钮SB3，接触器KM1线圈通电，KM1常开触头闭合，使得KM3线圈获电吸合。

这样，KM1和KM3的主触头闭合，便使电动机M1接成△点动。

同理，按下反向点动按钮SB4，接触器KM2和KM3线圈获电吸合，M1反向点动。

快速移动电动机M2的控制：
主轴的轴向进给、主轴箱（包括尾架）的垂直进给、工作台的纵向和横向进给等的快速移动，是由电动机M2通过齿轮、齿条来完成的。

快速手柄扳到正向快速位置时，压合行程开关SQ6，接触器KM6线圈获电吸合，电动M2正转启动实现快速正向移动。

将快速手柄扳到反向快速位置，行程开关SQ5被压合，KM7被压合，KM7线圈获电吸合，电动机M2反向快速移动。

联锁保护装置：
为了防止在工作台或主轴箱自动快速进给时，损坏机床或刀具，在电气线路上采取了相互联锁措施；
主轴进给时手柄压下SQ3，SQ3常闭触头断开；工作台进给时手柄压下SQ4，SQ4常闭触头断开。

两个限位开关的常闭触头都分断，切断了整个控制电路的电源。

使电动机M1和M2便都自动停车，从而达到联锁保护之目的。

（2）单元电路设计与分析
3.2.1
T68镗床I\O分配表
主电动机M1
输入元件元件
号
输出元件
元件
号
正向点动按钮SB
3I0.0 正转线圈KM
1
Q0.0
反向点动按钮SB
4I0.1 反转线圈KM
2
Q0.1
高/低速正向控制按钮SB
2I0.2 三角形连接线圈KM
3
Q0.2
高/低速反向控制按钮SB
5
I0.3 制动电磁离合器线圈YB Q0.4
高低速转换限位开关SQ
1I0.4 高速转动控制线圈KM
4
Q0.5
停止按钮SB
1
I0.5 高速转动控制线圈KM
5
Q0.6 快速移动电动机M2
正转限位开关SQ
5I0.7 正转线圈KM
6
Q0.7
反转限位开关SQ
6I1.0 正转线圈KM
7
Q1.0
连锁限位开关SQ3 I1.1
连锁限位开关SQ4 I1.2
3.2.2 PLC梯形图
3.2.3 控制柜面板
3.2.4 PLC 外部接线图
3.2.5 元件布置图
3.2.6
PLC控制的指令表
网络（段）指令功能及说明
1 LDN I1.1
ON I1.2
LD I0.2
LDN I0.5
LDN I0.0
AN T40
A Q0.0
O I0.0
ALD
OLD
主电动机实现正转，点动运行ALD
AN I0.3
AN Q0.1
LPS
= Q0.0
A I0.4
TON T38, 50
LPP
A I0.0
TOF T40, 50
2 LD Q0.0
O Q0.1
AN Q0.5
主电动机低速运行AN T38
AN T39
= Q0.2
3 LDN I1.1
ON I1.2
LD I0.3
LDN I0.5
LDN I0.1
AN T41
A Q0.1
O I0.1
ALD
OLD
ALD
AN I0.2
AN Q0.0
LPS
= Q0.1
A I0.4
TON T39, 50
LPP
A I0.1
TOF T41, 50
主电动机实现低速，点动运行
4 LD T39
O T38
AN Q0.2
= Q0.5
= Q0.6
主电动机高速运行
5 LD Q0.2
O Q0.6
= Q0.4 制动电磁离合器实现通电松
闸
6 LDN I1.1
ON I1.2
A I1.0
AN I0.7
= Q0.7
快速运行电动机正转
7 LDN I1.1
ON I1.2
A I0.7
AN I1.0
= Q1.0
快速运行电动机反转
四、总结
五、附录
1.元器件明细表
序号符号名称数量
（个）序号符号名称数量
（个）
1 KM1 主电动机正转交
流接触器1 20 FU1 M1短路保护
熔断器
1
2 KM2 主电动机反转交
流接触器1 21 FU2 M2短路保护
熔断器
1
4 KM3 主电动机低速交
流接触器1 22 FU3 控制电路短
路保护熔断
器
1
5 KM4，
KM5 主轴高速交流接
触器
2 2
3 FU
4 照明电路短
路保护熔断
器
1
6 KT 时间继电器 1 24 FU5 控制电路短
路保护熔断
器
1
7 KM6 快速移动电动机
正转交流接触器1 25 QS 主电路保护
空气开关
1
8 KM7 快速移动电动机
反正转交流接触
器
1 26 M1 主轴电动机 1
9 SB1 停止按钮 1 27 M2 快速电动机 1
10 SB2 高/低速正向控
制按钮
1 28 FR 热继电器 1
11 SB3 正向点动按钮
SB3
1 29 TC 变压器 1
12 SB4 反向点动按钮
SB4 1 30 YB 制动电磁离
合器
1
13 SB5 高/低速反向控
制按钮
1 31 SA 转换开关 1
14 SQ1 高低速转换限位
开关1 32 EL 变压器，照
明灯
1
15 SQ2 变速冲动控制限
位开关
1 33 HL 上电显示灯 1
16 SQ3 连锁限位开关 1
34 CPU2
24
S7-200可编
程控制器
1
17 SQ4 连锁限位开关 1
18 SQ5 正转限位开关 1
19 SQ6 反转限位开关 1
2. T68型卧式镗床电气控制线路图
3. 小组分工安排情况
六、参考文献
1、吕厚余邓力主编《工业电气控制技术》科学出版社 2012年5月
2、吴晓君同志学编著《电气控制课程设计指导》中国建材工业出版社 -----------------------------------------------------2007年8月
3、侯鹏编著《Auto CAD2004 辅助设计应用图解教程》中国铁道出版社 ----------------------------------------------------2004年11月
4、西门子公司低压电器手册。