T68卧式镗床的PLC电气控制
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T68卧式镗床的PLC电气控制 摘要：镗床是一种精密加工设备，主要于加工精度要求高
的孔或者孔与孔间距要求精度的工件，即主要用来进行钻孔、铰孔、和镗孔，并能进行铣削端平面和车削螺纹等加工，因此，镗床的加工范围非常广泛。
一、 控制要求分析 1．1镗床的机械结构 图1、1为卧式镗床外形图，主要由床身，前立柱，镗头架，尾座，下溜板，上溜板和工作台等部分组成。
1镗头架、2前立柱、3平转盘、镗轴、5工作台6后立柱、7尾座、8 刀具溜板
图1、1 镗床的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，镗头架可沿垂直导轨上下移动。镗头架里集中装有主轴，变速器，进给箱和操纵机构等部件。切削工具一般安装在镗轴前端的锥形孔里，或装在花盘的刀具溜板上。在切削过程中，镗轴一面旋转，一面沿轴向作进给运动，而花盘只能旋转，装在它上面的刀具溜板可作垂直于主轴轴线方向的径向进给运动，镗轴和花盘轴分别通过各自的传动链传动，因此可以独立运动。
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。在立柱导轨有尾座，用来支撑镗杆的末端，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置在床身中部的导轨上，可以借助上，下溜板作横向和纵向水平移动，工作台相对于上溜板可作回转运动。
1、2 主要运动方式： 主运动：镗轴和花盘的旋转运动。 进给运动：镗轴的轴向进给，花盘上刀具的径向进给，镗头架的垂直进给，工作台的
横向和纵向进给。 辅助运动：工作台的回转，后立柱的轴向水平运动，尾座的垂直移动及各部分的快速移动。
1、3 T68卧式镗床的控制要求： （1）卧式镗床的主运动与进给运动由一台电动机拖动。主轴拖动要求恒功率率调速，且要求正反转，一般采用单速或多速三相笼形感应电动机拖动。
（2）为了满足加工过程调整工作需要，主轴电动机应能实现正反转点动的控制。
（4）为缩短辅助时间，机床各运动部件应能实现快速移动，并由单独的快速移动电动机拖动。
（5）为了迅速、准确地停车，要求主轴电动机具有制动过程。 （6）镗床运动部件较多，应能置必要的连锁及保护环节。
图1、2 由于主轴电动机拖动恒率功率负载，则本机主轴电动机采用△—YY（4/2极）双速异步电动机，通过变速箱传动机构带动主轴及花盘旋转并作为常速进给的动力，同时还带动润滑油泵。快速进给电动机带动主轴的轴向进给，主轴箱的垂直进给，工作台的横向和纵向进给的快速移动。主轴电动机停车制动采用以速度继电器为参量进行反接制动，为了限制制动电流和减小机械冲击，在制动、点动及主轴和进给的变速冲动控制进串入电阻器。控制系统主电路如图1、2所示。
在主电路,其中M1为主轴电动机,M2为快速移动电动机,FU1为主轴电动机短路保护及总电源短路保护,FU2为快移电动机短路保护,FR为主轴动机过载保护,KM1与KM2分别为主轴电动机正反向按触器,KM3为主轴电机制动用接触器.R为点动及制动用限流电阻.KM7与KM8分别为移动电机正反向接触器.TC为控制用变压器.FU3为照明灯短路保险,EL为照明灯泡,SA为照明控制开关,QF为PLC的短路及过载保护
二、PLC的选择及系统外部I/O接线图 根据上面的控制要求分析，输入输出都为数字量控制，所以只要具有数字量输入输出模块的PLC（可编程控制器）即能满足要求。
确定I/O点数：输入点数的确定，该系统共有按钮5个，行程开关9个速度继电器1个（2对触点），热继电器触点1对其中行程开关SQ5、SQ6、FR可只占1个输入点，SQ1、SQ3与SQ2、SQ4也分别只占一个输入点，则输入点数共需要13点。照明灯的控制直接由变压器降压后，与其次级相连接，不通过PLC的控制。输出点数的确定，由图1、2主电路图可知，PLC需控制的对象为KM1—DM8这几个接触器的线圈，则8个输出点。
输入点数至少需要13点，输出点数至少需要8点，则PLC控制系统选用SIEMENS公司S7—200系列，CPU224，其输入点数为14点，输出点数为10点。图2、1为控制系统外部I/O接线图，根据控制系统外部I/O接线图，列出PLC I/O地址分配表见表2、1。
图2、1 注意：因为接触器为感性负载,为了保护PLC输出接口,需在接触器线圈两端并一阻容吸收装置,即一个50Ω电500V0.47UF的电容串联后再与接触器线圈并联。
L+ 符号 地址 作用 符号 地址 作用 SQ I0.0 主轴低、高速切换 SQ7 I1.2 快速移动电动机正向运行控制
SB1 I0.1 总停止 SQ8 I1.3 快速移动电动机反向运行控制
SB2 I0.2 主轴电动机正向运行启动 KM1 Q0.0 主轴正转
SB3 I0.3 主轴电动机反向运行启动 KM2 Q0.1 主轴反转 SB4 I0.4 主轴电动机正向运行点动 KM3 Q0.2 主轴制动 SB5 I0.5 主轴电动机反向运行点动 KM4 Q0.3 主轴低速 KS1 I0.6 主轴正向运行速度制动控制 KM5 Q0.4 主轴高速 KS2 I0.7 主轴反向运行速度制动控制 KM6 Q0.5 主轴高速 SQ1SQ3 I1.0 主轴与工作台移动速度选择启动 KM7 Q0.6 快速移动电动机正转
SQ2SQ4 I1.1 主轴与工作台移动速度选择连锁 KM8 Q0.7 快速移动电动机反转 SQ5SQ6 FR I1.4 热保护及主轴与工作连锁 三、程序设计 3、1程序流程图设计 程序程序图是编写控制程序的根据,只有对系统的工作流程有了一个基本的概念才能编写好符合要求的程序。对于比较简单的程序设计,则可以不画流程图,直接编写用户程序,但较复杂的系统,首先画好流程图,对编写用户程序有很大的帮助。本题控制系统的流程图如图3、1所示
表2、1/O地址分配表 符号 地址 作用 符号 地址 作用 SQ I0.0 主轴低、高速切换 SQ7 I1.2 快速移动电动机正向运行控制
SB1 I0.1 总停止 SQ8 I1.3 快速移动电动机反向运行控制
SB2 I0.2 主轴电动机正向运行启动 KM1 Q0.0 主轴正转 SB3 I0.3 主轴电动机反向运行启动 KM2 Q0.1 主轴反转 SB4 I0.4 主轴电动机正向运行点动 KM3 Q0.2 主轴制动 SB5 I0.5 主轴电动机反向运行点动 KM4 Q0.3 主轴低速 KS1 I0.6 主轴正向运行速度制动控制 KM5 Q0.4 主轴高速 KS2 I0.7 主轴反向运行速度制动控制 KM6 Q0.5 主轴高速 SQ1SQ3 I1.0 主轴与工作台移动速度选择启动 KM7 Q0.6 快速移动电动机正转 SQ2SQ4 I1.1 主轴与工作台移动速度选择连锁 KM8 Q0.7 快速移动电动机反转 SQ5SQ6 FR I1.4 热保护及主轴与工作连锁
图3.1 3、2 用户程序设计 在设计用户程序之前，应道知各行程开关的初始状态，这是设计用户程序的一个要要环节，也是分析该程序的一个关键点，然后根据程序流程图3、1设计出符合系统要求的程序，本系统梯形图程序如图3、2所示，其分析略，下面就各行程开关的动作情况作一个说明。 SQ为主轴低速、高速切换；未压下低速，压下高速。 SQ5为工作台与镗头架自动进给连锁，工作台与镗头架自动进给时动作 SQ6为主轴与花盘刀架自动进给连锁，主轴与花盘刀架自动进给时动作 SQ7快速移动电动机正转启动，动作时正转启动，复位停止。 SQ8快速移动电动机反转启动，动作时反转启动，复位停止。 SQ1—SQ4的动作有一定的联系，它们的触点动作状态见表3、1。
表3、1 SQ1—SQ4触点动作状态表 操作手柄 行程开关 非变速状态 主轴变速(压动SQ1、SQ2) 进给变速（SQ3、SQ4）
手柄拉出 手柄推回 手柄拉出 手柄推回 主轴变速操作SQ1 受压 + 不受压 - 受压 + 受压 + 受压 +
SQ2 不受- 受压 + 不受- 不受- 不受压 - 手柄 压 压 压 进给变动操作手柄
SQ3 受压 + 受压 + 受压 + 不受压 - 受压 +
SQ4 不受压 - 不受压 - 不受压 - 受压 + 不受压 - 图3、2 四、用户程序调试 4、1 主轴电动机正反向点动调试 按下SB4，KM1、KM4动作，松开复位，按下SB5 KM2 KM4动作，松开复位，如果主轴电动机处于非停止状态时，点动不起作用。
4、2 主轴电动机正向反向启动，及低高速切换调试 按下SB2，KM1 KM3 KM4动作，如果压下SQ经过3S后，KM4复位KM5 KM6动作，此时按下SB3不起作用，按下SB1所有按触器复位。 按下SB3，KM2 KM3 KM4动作，如果压下SQ经过3S后，KM4复位KM5 KM6动作，此时按下SB2不起作用，按下SB1所有按触器复位。
4、3 主轴变速与进给变动调试 按下SB2，压下SQ，等待KM1 KM3 KM5及KM6动作之后，松开SQ1或SQ3，压下SQ2或SQ4，此时KM1 KM3 KM5及KM6复位，KM2与KM4马上动作，如果SQ1或SQ3一直松开， SQ2或SQ4一直压下，经过一段时间后KM1动作，如此反复动作，直到压下SQ1或SQ3，松开SQ2或SQ4，KM1 KM3 KM4动作，3S后KM4复位，KM5 KM6动作，按下SB1总停止，所有接触器复位。
按下SB3，压下SQ，等待KM2 KM3 KM5及KM6动作之后，松开SQ1或SQ3，压下SQ2或SQ4，此时KM2 KM3 KM5及KM6复位，KM1与KM4马上动作，如果SQ1或SQ3一直松开， SQ2或SQ4一直压下，经过一段时间后KM2动作，如此反复动作，直到压下SQ1或SQ3，松开SQ2或SQ4，KM2 KM3 KM4动作，3S后KM4复位，KM5 KM6动作，按下SB1总停止，所有接触器复位。
4、4 快速移动电动机正向反向运行调试 压下SQ7，KM7动作，松开复位。压下SQ8，KM8动作，
