于卫平毕业设计

2012届毕业设计任务书

一、课题名称

轴箱镗组合机床的PLC改造 二、指导老师

廖志平

三、设计内容与要求

1、课题概述

轴箱镗组合机床是南车株电力机车有限公司为电力机车轴箱加工的专用机床，是80年代自行设计的。它由一台滑台和两台镗头箱组成，共有七台电机，一台液压泵电机，一台粗镗电机，一台精镗电机，一台快进快退电机，一台工进电机。运动方式主要有主轴的旋转运动，滑台快进快退及工进运动。由于该设备工作环境差，使用率高，均为两班制，任务忙时为三班制。由于该设备是由接触器-继电器组成的电气控制电路，线路设计复杂，电气元件多，故障多，维修任务较大，重要的是给生产进度带来影响，针对这种情况，采用PLC控制系统改造原有的继电器控制电路，可以降低设备的故障率，提高设备的使用效率，要求采用西门子S7-200型或三菱FX2N系列可编程序控制器（PLC）对轴箱镗组合机床进行电气技术的改造。

2、设计内容与要求

（1）轴箱镗组合机床电气控制

1）轴箱镗组合机床的主要结构、运动形式与电气控制要求。 2）主电路工作原理分析。 3）控制电路工作原理分析。

4）电磁离合器直流电工路作原理分析。 5）辅助电路分析。

（2）轴箱镗组合机床的PLC控制系统的改造 1）改造意义

本题的改造目标为利用可编程控制器实现对轴箱镗组合机床

工作台自动控制和平滑调速，消除变速对机械的冲击，提高工作效率，减少噪声，取缔原主轴控制系统，从而达到既经济又快捷地运行目的。对其它部分用PLC控制，使该组合机床复杂的电气控制系统变得简单，清晰明了，维护方便，运行精度高，故障少。

2）工艺要求

① 轴箱镗组合机床是由一台滑台和两台镗头箱组成，共有七台电动机，一台液压泵，一台精镗电机，一台粗镗电机，一台快进快退电机，一台工进电机，运动形式主要有主轴旋转，滑台快进快退及工进运动。

② 主轴运动方向及进给，除电动机外，还用了电磁离合器，为了保护PLC不损坏，PLC输出口采用小型中间继电控制电磁离合器。

③ 电路应有完善的保护 （3）系统设计要求 1）PLC与变频器选型。 2）程序设计

① 根据输入，输出控制要求进行PLC的I/O分配。 ② 变频器对外接线端子分酝及速度与端子的关系。 ③ 设计PLC控制系统接线图。 ④ 程序编辑与注释说明。 3）程序调试。 四、设计参考书

《工厂电气控制》 科学出版社

《S1-200PLC编程原理与工程实训》 北京航空航天大学出版社 《电气控制与PLC应用》 华满香 刘小春主编（人民邮电出版社） 《PLC控制系统设计与维护》 华满香 刘小春主编（高等教育出版社） 《三菱FX系列PLC应用系统设计指南》杨青杰主编 （机械工业出版社） 五、设计说明书要求 1.封面 2.任务书

3.内容摘要（200-400字左右） 4.目录 5.引言

6.正文（设计方案原理、特点、分析、比较、论证、PLC程序的设计及调试，调试结果的说明及特点，实验结果的说明及特点）

7.结束语

8.附录（参考文献、图纸、材料清单） 六、毕业设计进程安排

1、第1周，准备与借阅，了解并熟悉课题思路。 2、第2周，设计要求说明及课题类容辅导。 3、第3-6周，进行毕业设计，完成课题论文初稿。 4、第7周，第一次检查，了解设计完成情况。

5、第8周，修改完善设计，第二次检查，论文打印，并做好毕业设计答辩准备。

6、第9周，毕业答辩 七、毕业设计答辩及论文要求 1、毕业设计答辩要求

2、答辩前三天，每个学生按时将毕业设计说明书或论文专题报告等必要资料交给指导老师审查意见。

3、学生答辩时对自述部分写出书面提纲，内容包括课题的任务，目的和意见，所采用的原始材料或参考文献，设计的基本内容和主要方法。成果毕业结论和评价。

4、答辩小组咨询课题的关键内容，咨询与课题密切相关的基本理论，知识，设计和计算方法，实验方法，测试方法，鉴别学生的独立工作能力，创新能力。 5、毕业设计论文要求

6、文字要求：说明书要求打印（除图纸外），不能手写。文字畅通，语言流畅，排版合理，无错别字，不许抄袭。

7、图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程文字书写。

8、曲线图表要求：所有曲线，图表，线路图，程序框图，示意图等不准用徒手画，必须国家规定的标准或工程要求绘制。

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引 言

一 PLC技术与发展

PLC（可编程控制器）是工控系统最重要的核心组件，是整个系统的大脑。PLC的出现，使其以往的继电器连接控制，成为过去时代。而现在的继电器，只能作为低端的基层控制模块，或在简单的设备中使用。可编程控制器以体积小功能强大著称，它不但可以很容易的完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数字处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息，网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使其具有很强大的通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。

现代电气传动技术的发展得益于电力电子技术，自动控制技术，和微电子技术的发展，现代全控开关型电力电子器件制造技术的进步和PWM技术的产生使处于调速系统中的电机电流谐波减少、转矩脉动降低、点击运行效率和调速性能提高；而现代控制理论的发展为进一步改善电机调速性能提供了有力条件，出现了标志现代交流调速理论的向量控制和直接转矩控制，使感应电机的调速性能可以和直流电机媲美。

近年来发展起来的超大规模可编程逻辑芯片，由于其灵活的可编程能力，快速的并行信号处理方式、足够多的内部资源、无复位问题和程序跑飞的困扰等，使其在电气传动领域中获得了广泛应用。

PLC更高层次的发展，需要不断努力来实现。PLC的实现以改变了很多任务控设备，为了更多的工控设备得到改善，发展PLC技术是重要途径之一。可编程控制器作为一种通用的工业控制器，它可用于所有的工业领域。当前国内外已经广泛的 可编程控制器成功的应用到机械、冶金、石油、化工、组织、交通、电力、军事等各个领域，并取得了可观的技术济济效益。而且它还代表当今电气控制技术的世界先进水平。

二 PLC的介绍

1、特点：PLC的应用，电气工程师不再在硬件上发费太多功夫，只考虑将控制按钮或检测传感器连接在PLC输入点，再通过PLC内部处理，在输入点连接接触器或继电器，来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接即可。

2、内核：具有中央处理器的CPU，并带有外部I/O接口地址和和内存三大部分组成。CPU核心是由一个或多个累加器组成，他们具有逻辑的数学运算能力，并能读取程序内存的内容，通过计算后去驱除相应的内存和I/O口，I/O口将内部累加器和外部

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的输入和输出系统连接起来，并将相关的数据存入程序 内存或数据存储中，内存可以将I/O口输入的数据存入内存中，并在工作时调转到累加器和I/O接口上。

3、应用重心：PLC的抗干扰性是优良的，在设计中跟本不用去关心它的使用寿命和工作场合的恶劣环境，而关心的是如何利用PLC的内部资源加强设备的控制能力，使设备更具柔性。PLC的语言并不是汇编语言或C语言，而是采用继电器控制的梯形图，电气工程师在编写程序时很容易就理解PLC的编写语言，而且很多非电气专业人士也对PLC编程很快认识并深入。

4、通信：在实际应用中，仅靠单机控制是无法保证系统顺畅运行的，而需要设备与设备间的信息交流才能实现。PLC的通信越来越重要，在PLC与PLC之间的通信，能够通过信息的交流和数据的共享来保证设备之间的相互协调，以达到互补的效果。

5、中断：中断，是一种优先控制处理技术。PLC具备这样的功能。它的特点在于，当设备在操作过程中遇到紧急突发事件时 ，就需要立刻停止当前控制，去处理更重要的事情。PLC再去执行紧急任务时，总会先保持目前的状态，比如程序的地址，CPU的累加器数据等。当处理完应急事件后，再继续处理停止的事件。实际应用中，中断并不是只有一个，有时会同时存在几个中断，多中断也具有优先级别，按要求去执行更高级别的中断。这种中断中的中断也就形成了中断嵌套。中断级别跟各种PLC的资源有关，同时也跟堆栈的容量大小有关。

PLC的发展已经从单片机模式进入通信的网络时代，并同其它的工控网板和I/O板卡轻易进行共享。组态软件可以将所有的这些硬件连接起来，通过更直观的动画图片进行控制，并可以通过互联网在异地进行控制。

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摘 要

轴箱镗组合机床是专为加工电力机车轴箱端面的专用机床，轴箱加工的固定采用定位方式夹紧，轴箱镗是一种精密加工机床，效率高，从粗镗到精镗一次加工完毕，普通的镗床是不易做到的。

在PLC技术的应用中，电气工程师不需在硬件上花费太多功夫，只考虑将控制按钮或检测传感器连接在PLC输入点，再通过PLC内部处理，在输出点连接接触器或继电器，来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接即可。

随着自动化技术，计算机技术及网络通信技术的迅猛发展，使PLC的功能日益增多，它不仅能实现单机的控制，而且能实现多机控制，同时随着PLC技术的不断发展，在自动化技术的领域中起到了不可忽略的作用，由于PLC在与继电器的比较中有着许多的功能胜过或者是优于继电器，从而使PLC逐步取代继电器，使其自动化控制有了更一步的发展，无论从操作，维修，保养还是从线路的简化等方面都更加的方便，使其优点更加的突出。

本文就根据PLC的优点对轴箱膛组合机床进行电器线路改造，机床原有的操作方式不变，机床的主电路不变，从而使机床的控制线路简化了，机床故障率降低了。首先提出电路改进的总体构思，设计出了PLC的梯形图及接线图，重点分析了部分电路的调试过程。

关键词：轴箱膛组合机床；接触器控制系统；PLC控制 PLC程序设计；机床电气线路改造

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Summary

Crank boring combined machine is specially designed for the machining of electric locomotive axle box end face of the machine, box is fixed by a positioning way to processing, spindle boring is a precision machine tools, high efficiency, from coarse to fine boring boring once processed, ordinary boring machine is not easy to do.

As automation technology, computer technology and network communication, the rapid development of technology, make the function of PLC, it can not only realize, single control, and can realize more control of the machine, at the same time, along with the development of technology of PLC in the field of automation technology of PLC in the function of PLC, because in comparison with the relay has many functions is better than or relay, thus gradually replacing PLC relay, make its automation control have further development, no matter from operating, maintenance, maintain or from the aspects of simplified line more convenient, its advantage is more outstanding!

Based on the advantage of PLC to Axle box chamber combination machine tools. Machine wiring way of operation, the original machine main circuit, which makes the control circuit of the machine tool, simplified rate decreased. First, the overall improvement circuit design for PLC ladder diagram and the wiring diagram, emphatically analyzed the part of the circuit testing process.

Keywords: Axle box chamber combination machine tools Contactor controlling system PLC control PLC program design The electrical wiring machine

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目 录

引 言 ................................................... I 摘 要 ................................................. III SUMMARY ................................................. IV 第1章 PLC简介 .......................................... 1

1.1 PLC的基本概念............................................... 1

1.2 PLC的结构................................................... 1

1.2.1 CPU ......................................................................................................... 1 1.2.2存储器（ROM和RAM） .................................................................... 2 1.3 PLC内部运作方式............................................. 3 1.4 PLC的选型................................................... 4

1.4.1 开关量输入模块的选择........................................................................ 4 1.4.2 开关量输出模块的选择........................................................................ 4 1.5 PLC的工作原理............................................... 5 1.6 PLC相对于继电控器的特点..................................... 6

1.6.1 控制继电器存在的缺点........................................................................ 6 1.6.2 PLC的优势 ............................................................................................ 7

第2章 轴箱镗组合机床概述 ................................ 9

2.1 组合车床简介 ................................................ 9

2.2 轴箱镗组合机床定义 .......................................... 9 2.3 轴箱镗组合机床的结构、运动形式和拖动特点 .................... 9 2.4 轴箱镗组合机床机床电路工作原理分析 ......................... 10 2.4.1 分析电路的方法 ........................................... 10

2.4.2 轴箱镗组合机床的电气线路分析...................................................... 10 2.5 电磁离合器简介 ............................................. 14

2.5.1 电磁离合器的分类.............................................................................. 14 2.5.2 电磁离合器的特点.............................................................................. 15 2.5.3 使用注意事项...................................................................................... 15 2.5.4 基本使用方法...................................................................................... 16 2.6 交流接触器介绍 ............................................. 16

2.6.1 工作原理 ............................................................................................ 16 2.6.2 使用接法 ............................................................................................ 17 2.6.3 型号划分 ............................................................................................ 17 2.6.4 基本分类 ............................................................................................ 17 2.6.5 交流接触器选型 ............................................................................... 19

第3章 轴箱镗组合机床电气控制线路PLC改造 ............... 21

3.1 轴箱镗组合机床PLC改造的思路 ............................... 21

3.1.1 PLC控制系统设计的原则和方法...................................................... 21 3.1.2 PLC的选型及校验 .............................................................................. 21 3.2 三菱FXPLC介绍 ............................................. 22

3.2.1 FX2N系列PLC的特点 ...................................................................... 22 3.2.2 三菱PLC基本指令介绍 ..................................................................... 22 3.3 PLC改造原理................................................ 22 3.4 I/O分配表.................................................. 26 3.5 梯形图 ..................................................... 28 3.6 指令表 ..................................................... 31 3.7 循环图 ..................................................... 33

总 结 .................................................. 34 参考文献 ................................................ 35 毕业心得 ................................................ 36 附 录 ................................................... 37

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第1章 PLC简介

1.1 PLC的基本概念

PLC是一种专门为在工业环境应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC 。

1.2 PLC的结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：主要包括CPU，存储器，输入输出接口电路，电源，手持编程器，各部分结构见下图：

1.2.1 CPU

中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，一般包括控制电路、运算器，控制器和寄存器等。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用

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户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

1.2.2存储器（ROM和RAM）

1、系统程序存储器（ROM）

PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序动作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。 系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。

2、用户程序存储器（RAM）：分为用户程序存储区和工作数据存储区 用户程序序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需。要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。

工作数据存储器中存放PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据（如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等）和组态数据（如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等）。

3、电源

将工业现场不很稳定或很不稳定的交流市电转变成适合CPU及PLC中其它电路需要的稳定的直流电源的部件。

4、输入输出电路：

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现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为TTL电平送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

输入接口电路原理图 输出接口（继电器）电路原理图

注：1.输入接口电路视公共端的电平可分为源型输入（公共端接+24V）和漏型输入（公共端接0V）

PLC输出包括继电器输出，晶体管输出，双向可控硅输出三种，另两种输出类型的电路原理图在此不做介绍。 1.3 PLC内部运作方式

是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。

在整个的扫描过程包括三大步骤，―输入采样‖、―程式执行‖、―输出刷新‖说明如下：

步骤一―输入采样‖：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置。

步骤二―程式执行‖：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置输出刷新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并

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且重回步骤一。，暂不反应至输出端。

步骤三― 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端―程式结束再生‖。

图3.5 PLC扫描过程示意图

1.4 PLC的选型

1.4.1 开关量输入模块的选择

PLC开关量输入模块按输入点数分, 常用的有8点,12点,16点,32点等;按工作电压分,常用的有直流5 V,12 V,24 V,交流110 V,220 V等;按外部接线方式又

可分为汇点输入,分隔输入等。 选择输入模块主要应考虑以下两点:

1）根据现场输入信号(如按钮,行程开关)与PLC输入模块距离的远近来选择电压的高低.一般,24 V以下属低电平,其传输距离不宜太远.如12 V电压模块一般不超过10 m,距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。

2）高密度的输入模块,如32点输入模块,允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般,同时接通的点数不得超过总输入点数的60%。

1.4.2 开关量输出模块的选择

输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号,驱动外部负载.输出模块有三种输出方式:继电器输出,双向可控硅输出和晶体管输出。

1、输出方式的选择

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继电器输出价格便宜,使用电压范围广,导通压降小,承受瞬间过电压和过电流的能力较强,且有隔离作用.但继电器有触点,寿命较短,且响应速度较慢,适用于动作不频繁的交/直流负载.当驱动电感性负载时,最大开闭频率不得超过1Hz.

晶闸管输出(交流)和晶体管输出(直流)都属于无触点开关输出,适用于通断频繁的感性负载.感性负载在断开瞬间会产生较高的反压,必须采取抑制措施。

2、输出电流的选择

模块的输出电流必须大于负载电流的额定值,如果负载电流较大,输出模块不能直接驱动,则应增加中间放大环节。对于电容性负载,热敏电阻负载,考虑到接通时有冲击电流,故要留有足够的裕量。

3、允许同时接通的输出点数

在选用输出模块时,还要看整个输出模块的满负荷能力,如OMRON公司的CQM1-OC222是16点输出模块,每个点允许通过电流2 A(AC250 V/DC24 V)。但整个模块允许通过的最大电流仅8 A。

4 在满足控制要求的前提下,选型时应选择最佳的性能价格比,具体应考虑

以下几点.

1. 性能与任务相适应

2. PLC的处理速度应满足实时控制的要求 3. PLC应用系统结构合理,机型系列应统一 4. 在线编程和离线编程的选择

5. 考虑PLC程序上输入点等的需求选用FX2N-128MR-001，

FX2N-128MR-001输入点： 64，64继电器输出。

1.5 PLC的工作原理

扫描技术

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段的工作原理

（1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号

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的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

(2) 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

(3) 输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

1.6 PLC相对于继电控器的特点 1.6.1 控制继电器存在的缺点

今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。

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导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达1～2V，大功率晶体管的饱和压降也在1～2V之间，一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接触电阻大。

半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。

由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。

电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。

固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。

1.6.2 PLC的优势

1、功能强，性能价格比高

一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

3、可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

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4、系统的设计、安装、调试工作量少

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

5、编程方法简单

梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。

6、维修工作量少，维修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

7、 体积小，能耗低

对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来1/2-1/10。

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第2章 轴箱镗组合机床概述

2.1 组合车床简介

组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线

组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。

2.2 轴箱镗组合机床定义

轴箱镗组合机床是专为加工电力机车轴箱断面的专用机床，轴箱加工的固定采用定位方式夹紧，轴箱镗是一种精密加工机床，效率高，从粗镗到精镗一次加工完毕，普通的镗床是不易做到的。下面介绍轴箱镗组合机床的电器控制。

2.3 轴箱镗组合机床的结构、运动形式和拖动特点

轴箱镗组合机床由滑台、镗头箱、主轴和液压站等部分组成。滑台由台身及工作台组成，统称滑台。该机床的运动形式有主运动、进给运动及辅助运动。装在镗头箱上的主轴带动刀架的旋转运动为主运动；轴箱在滑台上的直线运动是进给运动；而轴箱与刀架具有相对位置的调整运动及滑台的移动为辅助运动。从电气控制上有如下特点:

(1)主轴上刀具的旋转由装在镗头箱的主电动机拖动，并设有电动调整运动； (2)滑台快退时，为保证轴箱的精度，主轴采用延迟停车； (3)为便于检修，滑台设计了加速，快退点动控制； (4)液压泵对滑台工作台提供润滑油；

(5)为保证滑台快进，快退停车的准确性，防止滑车，快速电动机采用尾端带电磁离合器的电机进行制动；

(6)滑台的快进，快退及工进由位置开关控制，采用5位行程开关；

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(7)滑台快退时，主轴电机延时3S停止； (8)为了防止机床误动作，线路设有零压保护。

2.4 轴箱镗组合机床机床电路工作原理分析

2.4.1 分析电路的方法

(1)分析主电路：从电气原理图的主电路中，看有几台电动机拖动和它们的作用，再看电动机的起动和运动方式，有什么保护等。

(2)分析控制电路：从主电路中接触器触头的文字符号，到控制电路当中去找它对应的线圈各元件间的联系，控制关系和在什么条件下回路构成通路或断路，进一步看其电机的控制方式。

(3)分析电气与机械的联系：根据该机床对电气控制要求，分析各拖动电动机间的电气联锁，尤其是机械操作手柄与电气联动情况，对于有些电器，应结合触头闭合表看电器动作。

(4)分析电路的组成：除交流电路外，是否还有直流电路，它在电路中有可作用等。

2.4.2 轴箱镗组合机床的电气线路分析

1、主电路

主电路其有7台电动机：

M1：液压泵电动机， 用以实现对机床导轨进行润滑。 M2：粗镗电机，用以实现机床的主运动。

M3：快速电动机，用以实现机床滑台的快速移动。 M4：进给电动机 ，用以实现机床滑台的进给运动。 M5：粗镗电机，用以实现机床的主运动。

M6；快速电动机，用以实现机床滑台的快速移动。 M7：进给电动机 ，用以实现机床滑台的进给运动。 2、控制电路 (1) 液压电机的控制

按下液压电机的启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电并自锁，液压电机M1起动，油压继电器SP(9-11)触电受油压作用闭合，按钮SB1为液压电机的停止按钮。

(2) 工作进给的控制

A 准备

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按下零压保护按钮SB4，继电器KA1线圈得电自锁，合上进给准备开关SA， 继电器KA2线圈得电，KA2常闭触点（9-11）断开，油压触电对机床起保护，KA2常闭触点（19-22）（4951）断开，使滑台快进转工进位置开关(SQ1-2)(SQ2-2)起作用。KA2常开触点（23-25）（19-31）（53-55）（49-61）闭合。为快进 ，工进接触器KM3，KM7 ,KM5，KM9线圈得电准备。KA2常开触点(37-39)(67-69)闭合，对接触器KM4，KM8自锁。

B粗镗

① 滑台快进1

按下启动按钮SB5，接触器KM3线圈得电，KM3常闭辅助触点（4-8）断开，对KM4互锁，KM3常开辅助触点（31-35）闭合，继电器KA3线圈得电并自锁，同时时间继电器KT1线圈得电。KA2，KA3常开触点闭合，使SB5松开后。KM3保持得电，KM3常开辅助触点（305-304）闭合，制动电磁离合器线圈VC1得电，松开制动，KM3主触点闭合，快速电机M3正转，滑台快进。由于KA3常开触点（11-44），KT1延时断开常开触点（11-43）瞬时闭合，又使接触器KM2线圈得电，KM2主触点闭合，粗镗电机M2起动，主轴正转。

② 滑台工进1

当滑台快进档块压到位置开关SQI-2时，SQ1-2常闭触点（19-22）断开，KM3线圈得电，KM3常开辅助触点（305-304）断开，制动电磁离合器线圈VC1断电，电机M6停车制动，滑台快进停止，SQ1-2常开触点（31-33）闭合，接触器KM5线圈得电，KM5主触点闭合，进给电机M4正转，滑台由快进转为工进，对有想粗加工。

③ 滑台快进2

当档块离开位置开关SQ1-2时，SQ1-2常开触点（31-33）断开，进给电机M4停转，SQI-2常闭触点（19-21）闭合，接触器KM3线圈又得电，KM3常开辅助触点（305-304）又闭合，制动电磁离合器线圈VC1又得电，松开制动，快速电机M3正转，滑台由工进转快进。

④ 滑台工进2

当滑台快进档位压到位置开关SQ1-2时，SQI-2常闭触点（19-22）断开，KM3线圈断电，KM3常开辅助触点（305-304）又断开，制动电磁离合器线圈VC1又断开，电机M6停止制动，滑台快进停止，SQ1-2常开触点（30-33）闭合，接触器KM5线圈得电，KM5主触点闭合，进给电机M4正转，滑台由快进

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又转为工进，对轴箱粗加工。

⑤ 滑台快退

当滑台挡块他到位置开关SQI-3时，SQ1-3常闭触点（16-17）断开，KM5线圈断电，电机M4停转，滑台工进停止，SQI-3常开触点(37-41)闭合，接触器KM4线圈得电，KM4主触点闭合，KM4常开辅助触点(37-41)闭合，制动电磁离合器线圈YC1得电，松开制动，快速电机M3反转，滑台快退，同时继电器KA3，时间继电器KT1断电，KTI延时断开常开触点（11-43）延时3S断开，接触器KM2断电,主轴电机M2停转，粗加工完毕。当滑台快退挡块压到位置开关SQ1-1时，SQ1-1长闭触点（11-15）断开，KM4断电，KM4常开辅助触点（305-304）断开，制动电磁离合器线圈YC1断电，电机M3停车制动，滑台快退停止。

C 精镗

① 快退进给1

按下启动按钮SB8接触器KM7线圈得电，KM7长臂辅助触点(10-14)断开，对KM8互锁，KM7常开辅助触点（61-65）闭合，继电器KA4线圈得电并自锁，同时时间继电器KT2线圈得电。KA2、KA4常开触点的闭合，使SB8松开后，KM7保持得电，KM7常开辅助触点（307-306）闭合，制动电磁离合器线圈VC2得电松开制动，KM7主触点闭合，快速电机M6正转，滑台快进。由于KA4常开触点（11-73），KT2延时断开常开触点（11-73）瞬间闭合，又使接触器KM6线圈得电，KM6主触点闭合，精镗电机M5起动，主轴正转。

② 滑台工进1

当滑台快进档块压到位置开关SQ2-2时，SQ2-2常闭触点（49-51）断开，KM7线圈得电KM7常开辅助触点（307-306）断开，制动电磁离合器线圈YC2断电，电机M6停车制动，滑台快进停止，SQ2-2常开触点（61-63）闭合，接触器KM9线圈得电，KM9主触点闭合，进给电机M7正转，滑台由快进转为工进，主轴刀具对轴箱精加工。

③ 滑台快进2

当挡块离开位置开关SQ2-2时SQ2-2常开触点（61-63）断开，进给电机M7停转，SQ2-2常闭触点(49-51)闭合，接触器KM7线圈又得电，KM7常开辅助触点（307-306）又闭合，制动电磁离合器线圈YC2又得电，松开制动，快速电机M6正转，滑台由工进转为快进。

④ 滑台工进2

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当滑台快进挡块压到位置开关SQ2-2时，SQ2-2常闭触点（49-51）又断开，KM7线圈又断电，KM7常开辅助触点（307-306）断开制动电磁离合器线圈VC2断电，电机M6停车制动，滑台快进停止，SQ2-2常开触点(61-63)再闭合，接触器KM9线圈得电，KM9主触点闭合，进给电机M7正转，滑台由快进又转为工进，主轴刀具对轴箱精加工。

⑤ 滑台快退

当滑台挡块压到位置开关SQ2-3时，SQ2-3常闭触点（45-47）断开，KM9线圈断电，电机M7停转，滑台工进停止，SQ2-3常开触点(67-71)闭合，接触器KM8线圈得电，KM8主触点闭合，KM8常开辅助触点（307-306）闭合，制动电磁离合器线圈VC2得电，松开制动，快速电机M6反转，滑台快退，同时继电器KA4，时间继电器KT2断电，KT2延时断开常开触点（11-73）延时3S断开，接触器KM6断电，主轴电机M5停转，轴箱精加工完毕。当滑台快退挡块压到位置开关SQ2-1时，SQ2-1常闭触点（11-45）断开，KM8断电，KM8常开辅助触点（307——306）断开，制动电磁离合器线圈VC2断电，电机M6停车制动，滑台快退停止。

3、工作调整的控制工作调整为点动控制，断开进给开关SA, 继电器KA2线圈断电。

(1) 滑台快进

按下按钮SB5（或SB8), KM3(或KM7)线圈得电， KM3(或KM7)常开辅助触点（305—304）或（307—306）闭合，制动电磁离合器线圈VC1（或VC2)得电，松开制动，KM3(或KM7)主触点闭合，

快速电机M3或M6正转，滑台快进。 (2)滑台快退

按下按钮SB6(或SB9),KM4(或KM8)线圈得电，KM4(或KM8)常开辅助触点（305—304）或（307—306）闭合，制动电磁离合器线圈VC1(或VC2)得电，松开制动，KM4(或KM8)主触点闭合，快速

电机M3或M6反转，滑台快退。 (3)粗镗主轴点动

按下按钮SB7，KM2线圈得电，KM2主触点闭合，主轴电机M2在按钮控制下正转，主轴点动转动。

(4) 精镗主轴点动

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按下按钮SB10，KM6线圈得电，KM6主触点闭合，主轴电机M5在按钮控制下正转，主轴点动转动。 2.5 电磁离合器简介

中文名称：电磁离合器

定义：在电磁力作用下具有离合功能的离合器。

2.5.1 电磁离合器的分类

电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器可分为：干式单片电磁离合器，干式多片电磁离合器，湿式多片电磁离合器，磁粉离合器，转差式电磁离合器等。电磁离合器工作方式又可分为：通电结合和断电结合。

1、干式单片电磁离合器：线圈通电时产生磁力吸合“衔铁”片，离合器处于接合状态；线圈断电时“衔铁”弹回，离合器处于分离状态。

2、干式多片 湿式多片电磁离合器：原理同上，另外增加几个摩擦付，同等体积转矩比干式单片电磁离合器大，湿式多片电磁离合器工作时必须有油液冷却和润滑。

3、磁粉离合器：在主动与从动件之间放置磁粉，不通电时磁粉处于松散状态，通电时磁粉结合，主动件与从动件同时转动。优点：可通过调节电流来调节转矩，允许较大滑差。缺点：较大滑差时温升较大，相对价格高

4、转差式电磁离合器：离合器工作时，主、从部分必须存在某一转速差才有转矩传递。转矩大小取决于磁场强度和转速差。励磁电流保持不变，转速随转矩增加而剧烈下降；转矩保持不变，励磁电流减少，转速减少得更加严重。转差式电磁离合器由于主、从动部件间无任何机械连接，无磨损消耗，无磁粉泄漏，无冲击，调整励磁电流可以改变转速，作无级变速器使用，这是它的优点。该离合器的主要缺点是转子中的涡流会产生热量，该热量与转速差成正比。低速运转时的效率很低，效率值为主、从动轴的转速比，即η＝n2/n1，适用于高频动作的机械传动系统，可在主动部分运转的情况下，使从动部分与主动部分结合或分

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离，主动件与从动件之间处于分离状态时，主动件转动，从动件静止；主动件与从动件之间处于接合状态，主动间带去从动件转动。广泛适用于机床、包装、印刷、纺织、轻工、及办公设备中。电磁离合器一般用于环境温度－20—50％，湿度小于85％，无爆炸危险的介质中，其线圈电压波动不超过额定电压的±5％ 。 2.5.2 电磁离合器的特点

1、高速响应：因为是干式类所以扭力的传达很快，可以达到便捷的动作。 2、耐久性强：散热情况良好，而且使用了高级的材料，即使是高频率，高能量的使用，也十分耐用。

3、组装维护容易：属于滚珠轴承内藏的磁场线圈静止形，所以不需要将中蕊取出也不必利用碳刷，使用简单。

4、动作确实：使用板状弹片，虽有强烈震动亦不会产生松动，耐久性佳。 2.5.3 使用注意事项

●干式电磁离合器使用时禁止加入油脂，否则将导致扭矩下降。 ●电磁离合器安装前必须清洗干净，去除防锈脂及杂物。

●电磁离合器可同轴安装，也可以对轴安装，轴向必须固定，主动部分与从动部分均不允许有轴向窜动，对轴安装时，主动部份与从动部份轴之间同轴度应不大于0.lmm。

●湿式电磁离合器工作时,必须在摩擦片间加润滑油,润滑方式采用(1)分浇油润滑;(2)油浴润滑，其浸入油中的部分约为离合器体积的5倍;(3)轴心供油润滑，在高速和高频动作时应采用轴心供油方法。

●牙嵌式电磁离合器安装时,必须保证端面齿之间有一定间隙，使空转时无磨齿现象,但不得大于δ值。

●电磁离合器及制动器为b级绝缘,正常温升40℃。极限热平衡时的工作温度不允许超过100℃,否则线圈与摩擦部分容易发生破坏。

●电源及控制线路，离合器电源为一般为直流24伏(特殊定货除外)。它由三相或单相交流电压经降压和全波整流得到，无稳压及滤波要求，电源功率要大于电磁离合器额定功率1.5倍以上。使用半波整流电源必须加装续流二极管。

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2.5.4 基本使用方法

1、连接与切离动作：驱动部位与起动部位之间安装离合器，则不须停止驱动处，起动处会依必要反应做连接与切离的动作。

2、变速：作业途中时有相互转换速度的情形、此时使用离合器、则不须关闭驱动处即可变速。

3、正反转：负荷点的正反转切换时、配合离合器使用则驱动外只要顺向回转即可。

4、高频运转：在快速循环中的断续运转、反复利用马达上的on、off所提供的频度有限、因此使用离合器、使之迅速反应、高精度的制动。

5、寸动：机械开始作动与位置接合时、只须以离合器瞬时作动即可。

2.6 交流接触器介绍

交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。 交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。

2.6.1 工作原理

当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。

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2.6.2 使用接法

1、一般三相接触器一共有8个点，三路输入，三路输出，还有是控制点两个。输出和输入是对应的，很容易能看出来。如果要加自锁的话，则还需要从输出点的一个端子将线接到控制点上面。

2、首先应该知道交流接触器的原理。他是用外界电源来加在线圈上，产生电磁场。加电吸合，断电后接触点就断开。知道原理后，你应该弄清楚外加电源的接点，也就是线圈的两个接点，一般在接触器的下部，并且各在一边。其他的几路输入和输出一般在上部，一看就知道。还要注意外加电源的电压是多少（220V或 380V），一般都标得有。并且注意接触点是常闭还是常开。如果有自锁控制，根据原理理一下线路就可以了。 2.6.3 型号划分

在电工学上。接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机，此外也用于其他电力负载，如电热器，电焊机，照明设备，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用/。接触器控制容量大。适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。通用接触器可大致分以下两类。

1、交流接触器。主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是CJ10、CJ12、CJ12B等系列。

2、直流接触器，一般用于控制直流电器设备，线圈中通以直流电，直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。 但现在接触器的 型号都重新划分了。都是AC系列的了。

（1）AC-1类接触器是用来控制无感或微感电路的.

（2）AC--2类接触器是用来控制绕线式异步电动机的启动和分断的. （3）AC-3和AC--4接触器可用于频繁控制异步电动机的启动和分断

2.6.4 基本分类

交流接触器又可分为电磁式，永磁式和真空式三种。

常用的交流接触器CJ10，CJ40，CJ12，CJ20和引进的CJX，3TB，B等系列。

1、电磁式交流接触器 （1）结构

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接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。 ①电磁系统：电磁系统包括电磁线圈和铁心，是接触器的重要组成部分，依靠它带动触点的闭合与断开。

②触点系统：触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中，以满足各种控制方式的要求。

③灭弧系统：灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。

④其它部分：有绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。 （2）工作原理

当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压(一般为额定电压)时，电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触点闭合，接通电路，辅助接点随之动作。

2、永磁式交流接触器 （1）结构

接触器主要由驱动系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。 ①驱动系统：驱动系统包括电子模块、软铁、永磁体，是永磁式接触器的重要组成部分，依靠它带动触点的闭合与断开。

②触点系统：触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中，以满足各种控制方式的要求。

③灭弧系统：灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。

④其它部分：有绝缘外壳、弹簧、传动机构等。 （2）工作原理

永磁交流接触器是利用磁极的同性相斥、异性相吸的原理，用永磁驱动机构取代传统的电磁铁驱动机构而形成的一种微功耗接触器。安装在接触器联动机构上极性固定不变的永磁铁，与固化在接触器底座上的可变极性软磁铁相互作用，

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从而达到吸合、保持与释放的目的。软磁铁的可变极性是通过与其固化在一起的电子模块产生十几到二十几毫秒的正反向脉冲电流，而使其产生不同的极性。根据现场需要，用控制电子模块来控制设定的释放电压值，也可延迟一段时间再发出反向脉冲电流，以达到低电压延时释放或断电延时释放的目的，使其控制的电机免受电网晃电而跳停，从而保持生产系统的稳定。

2.6.5 交流接触器选型

交流接触器的选用，应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤：

1、选择接触器的类型

交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类，分别记为AC1 、AC2 、AC3和AC4 。一类交流接触器对应的控制对象是无感或微感负荷，如白炽灯、电阻炉等；二类交流接触器用于绕线式异步电动机的起动和停止；三类交流接触器的典型用途是鼠笼型异步电动机的运转和运行中分断；四类交流接触器用于笼型异步电动机的起动、反接制动、反转和点动。

2、选择接触器的额定参数

根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。

（1）接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。

（2）电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJl0、CJ20等。

（3）对重任务型电机，如机床主电机、升降设备、绞盘、破碎机等，其平均操作频率超过100次/min，运行于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJl0Z、CJl2型的接触器。为了保证电寿命，可使接触器降容使用。选用时，接触器额定电流大于电机额定电流。

（4）对特重任务电机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达600～12000次/h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选CJl0Z、CJl2等。

（5）交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选CJ10、CJ20等。

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（6）用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小。例如交流电弧焊机、电阻焊机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选CJl0、CJ20等。

（7）对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大一些。选用接触器时可不用考虑(起动电流)，直接按负荷额定电流选取。型号可选用CJl0、CJ20等。

（8）由于气体放电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流1.1～1.4倍选取交流接触器，型号可选CJl0、CJ20等。

（9）接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间≤8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%～120%选取。对于长时间工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允许温升。实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用。

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第3章 轴箱镗组合机床电气控制线路PLC改造

3.1 轴箱镗组合机床PLC改造的思路

通过对轴箱镗组合机床的电气所有硬件部分接线方式的了解与认识，从实际连线出发掌握轴箱镗组合机床的工作原理以及各机械部件的动作方式。然后按照其接线画出相应原理图，并对其进行注释。对原理图作进一步的分析，将所有的机械动作原件（接触器、继电器、按钮等）转换成以PLC的软件控制（即软触点换成硬触点）。设计PLC的梯形图，要求与原有电气部分控制的工作原理相同。特别注意I\\0分配表要与实际的电器元件对应起来。

3.1.1 PLC控制系统设计的原则和方法

对于电气控制设备，任何PLC控制系统的设计都是在控制方式和电动机技术数据确定以后进行的，是设备控制要求和工艺流程的具体化。

PLC控制系统设计应该遵循以下原则：

1）应最大限度地满足生产机械的工艺要求，并能根据需要方便地进行修改。 2）整个PLC控制系统及控制电路安全可靠，简单，具有较高的性能价格比。 3）合理地选择PLC机型及电器元件。 4）容易掌握，便于操作和维修。 3.1.2 PLC的选型及校验

轴箱镗组合机床的电路中输入/输出及控制信号共有34个。其中输入信号18个、输出信号16个，实际使用时，系统的输入都为开关控制量，加上10%~15%的余量就可以了，并无其他特殊控制模块的需要。故选用日本三菱公司的FX2N-48MR-001型PLC。AC电源，24V直流输入，继电器输出。输入点数23，输出点数16。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。它的基本指令执行时每条指令高达0.08 μs，用户存储器容量可扩展到16K步，I/O点最大可扩展到256点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）。有多种RS-232/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制和联网通信功能。可满足机床10点输出，17点输入的要求。PLC的供电电源为隔离变压器提供，这样可以减少电网波动或噪声对PLC的干扰。

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3.2 三菱FXPLC介绍 3.2.1 FX2N系列PLC的特点

三菱FXPLC是小形化，高性能，高速度和所有方面都是相当FX系列中最

高档次的超小程序装置，处输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于很多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。 三菱PLC- FX2N 特点：1.系统配置即固定又灵活，编程简单。 2.备有可自由选择，丰富的品种，令人放心的高性能高速运算；使用于多种特殊用途。3.外部机器通讯简单；共同的外部设备。

3.2.2 三菱PLC基本指令介绍

1、LD (Load):常开触点与母线连接指令。

LDI（Load inverse）:常闭触点与母线连接指令。 OUT (Out)：驱动线圈的输出指令。 2、AND（And）:常开触点串联连接指令。 ANI (And inverse)：常闭触点串联连接指令。 3、OR（Or）：常开触点的并联连接指令。 ORI (Or inverse)常闭触点的并联连接指令。 4、ORB（Or block）：电路块并联连接指令。 5、ANB（And block）：电路块串联连接指令。

6、MPS、MRD、MPP： 进栈、读栈、出栈指令，用以执行分支多重输出电路。

3.3 PLC改造原理

轴箱镗组合机床共有7台电动机，液压电动机M1由接触器KM1控制，粗镗电动机M2由接触器KM2控制，快速电动机M3由接触器KM3 、KM4控制，M6由接触器KM7、KM8控制，进给电动机M4由接触器KM5控制，M7由接触器KM9控制，精镗电动机M5由接触器KM6控制。其中，快速电动机M3、

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f[/根据轴箱镗组合机床的工作原理和工作过程，确定了采用PLC改造的I/O分配表，结合轴箱镗组合机床原有的控制系统，结合经验设计法，设计出PLC改造后的梯形图。系统的工作过程主要包括以下几个环节：

1、液压电机的控制

按下液压电机起动按钮SB2，X2闭合，Y2得电并自锁，液压电机M1起动，同时油压继电器得电，油压继电器触点闭合。

2、准备

按下零压保护按钮SB4，X4闭合，继电器Y0得电并自锁，油压开关对机床起保护。闭合进给准备开关SA1，X23闭合，继电器Y1得电，指示灯Y11得电，M4得电，M4常开触点闭合。闭合进给准备开关SA2，X23闭合，辅助继电器M5、M3得电，指示灯Y12得电，M5得电，M5常开触点闭合。M3得电，M3常闭触点断开，使滑台快进转工进位置开关X13、X17起作用，M3常开触点闭合，为快进、工进接触器Y2、Y4、Y6、Y10线圈得电做准备，并且对接触器Y3、Y7自锁。

3、粗镗

按下起动按钮SB5，X4闭合，Y5得电，Y5常闭辅助触点断开，对Y6互锁，Y5常开辅助触点闭合，辅助继电器Y4得电并自锁，同时断电延时时间继电器T1得电。Y1、Y4常开触点闭合，使X5断开以后Y5依旧保持得电，Y5常开辅助触点闭合，制动电磁离合器线圈Y11得电，松开制动，Y5主触点闭合，快速电机M3正转，滑台快进。由于Y4常开触点闭合，T1延时断开常开触点瞬时闭合，又使接触器Y3线圈得电，Y3主触点闭合，粗镗电机M2起动，主轴正转。

当滑台快进档快压到位置开关SQ1-2时，X10常闭触点断开，Y5线圈断电，Y5常开辅助触点断开，制动电磁离合器线圈Y11断电，快速电机M6停车制动，滑台快进停止，X10常开触点闭合，Y5线圈得电，Y5主触点闭合，进给电机M4正转，滑台由快进转为工进，对轴箱进行粗加工。

当档快离开位置开关SQ1-2时，X10常开触点断开，进给电机M4停转，X10常闭触点闭合，Y5线圈又得电，Y5常开辅助触点又闭合，制动电磁离合器线圈Y11又得电，松开制动，快速电机M3正转，滑台由工进转为快进。Y4常开触点又闭合，T1延时断开常开触点瞬时闭合，又使接触器Y3线圈得电，Y3主触点闭合，粗镗电机M2起动，主轴正转。

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当滑台快进档快压到位置开关SQ1-2时，X10常闭触点断开，Y5断电，Y5常开辅助触点又断开，制动电磁离合器线圈Y11又断电，快速电机M6停车制动，滑台快进停止，X10常开触点闭合，Y7线圈得电，Y7主触点闭合，进给电机M4正转，滑台由快进又转为工进，对轴箱进行粗加工。

当滑台压到位置开关SQ1-3时，X11常闭触点断开，Y7线圈断电，进给电机M4停转，滑台工进停止，X11常开触点闭合，Y6线圈得电，Y6主触点闭合，Y6常开辅助触点闭合，制动电磁离合器线圈Y11得电，松开制动，快速电机M3反转，滑台快退，同时继电器M6和断电延时时间继电器T1断电，T1延时3S断开，Y3线圈断电，粗镗电机M2停转，粗加工完毕。当滑台快退档快压到位置开关SQ1-1时，X24常闭触点断开，Y6断电，Y6常开辅助触点断开，制动电磁离合器线圈Y11断电，快速电机M3停车制动，滑台快退停止。

4、精镗

按下起动按钮SB8，X13闭合，Y15得电，Y15常闭辅助触点断开，对Y16互锁，Y15常开辅助触点闭合，继电器M7线圈得电并自锁，同时断电延时时间继电器T2线圈得电。M7常开触点闭合，使X13断开以后Y15依旧保持得电，Y15常开辅助触点闭合，制动电磁离合器线圈Y12得电，松开制动，Y15主触点闭合，快速电机M6正转，滑台快进。由于M7常开触点闭合，T2延时断开常开触点瞬时闭合，又使Y14线圈得电，Y14主触点闭合，精镗电机M5起动，主轴正转。

当滑台快进档快压到位置开关SQ2-2时，X17常闭触点断开，Y15断电，Y15常开辅助触点断开，制动电磁离合器线圈Y12断电，快速电机M6停车制动，滑台快进停止，X17常开触点闭合，Y17 线圈得电，Y17主触点闭合，进给电机M7正转，滑台由快进转为工进，主轴刀具对轴箱进行精加工。

当档快离开位置开关SQ2-2时，X17常开触点断开，进给电机M7停转，X17常闭触点闭合，Y15线圈又得电，Y15常开辅助触点又闭合，制动电磁离合器线圈Y12又得电，松开制动，快速电机M6正转，滑台由工进转为快进。M7常开触点又闭合，T1延时断开常开触点瞬时闭合，又使Y14线圈得电，Y14主触点闭合，精镗电机M5起动，主轴正转。

当滑台快进档快压到位置开关SQ2-2时，X17常闭触点又断开，Y15线圈又断电，Y15常开辅助触点断开，制动电磁离合器线圈Y12断电，快速电机M6停车制动，滑台快进停止，X17常开触点再闭合，Y17线圈得电，Y17主触点闭合，进给电机M7正转，滑台由快进又转为工进，主轴刀具对轴箱进行精加工。

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当滑台压到位置开关SQ2-3时，X25常闭触点断开，Y17线圈断电，进给电机M7停转，滑台工进停止，X25常开触点闭合，Y16线圈得电，Y16主触点闭合，Y16常开辅助触点闭合，制动电磁离合器线圈Y12得电，松开制动，快速电机M6反转，滑台快退，同时继电器M7和时间继电器T2断电，T2延时3S断开，Y14线圈断电，精镗电机M5停转，轴箱精加工完毕。当滑台快退档快压到位置开关SQ2-1时，X16常闭触点断开，Y16断电，Y16常开辅助触点断开，制动电磁离合器线圈Y12断电，快速电机M8停车制动，滑台快退停止。

5、工作调整的控制

工作调整为点动控制，断开进给开关SA，即X23断开，M3断电。 ①滑台快进

按下起动按钮SB5，X5闭合，Y5线圈得电，Y5主触点闭合，Y5常开辅助触点闭合，制动电磁离合器线圈Y11得电，松开制动，快速电机M3正转，滑台快进。按下起动按钮SB8，X5闭合，Y5线圈得电，Y5主触点闭合，Y5常开辅助触点闭合，制动电磁离合器线圈Y12得电，松开制动，快速电机M6正转，滑台快进。

②滑台快退

按下起动按钮SB6，X6闭合，Y6线圈得电，Y6主触点闭合，Y6常开辅助触点闭合，制动电磁离合器线圈Y11得电，松开制动，快速电机M3反转，滑台快退。按下起动按钮SB9，X14闭合，Y6线圈得电，Y6主触点闭合，Y6常开辅助触点闭合，制动电磁离合器线圈Y12得电，松开制动，快速电机M6反转，滑台快退。

③粗镗主轴点动

按下按钮SB7，X7闭合，Y3线圈得电，Y3主触点闭合，主轴电机M2在按钮控制下正转，主轴点动转动。

④精镗主轴点动

按下按钮SB10，X15闭合，Y14线圈得电，Y14主触点闭合，主轴电机M5在按钮控制下正转，主轴点动转动。

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3.4 I/O分配表

输入信号 名称 代号 输入点编号 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 名称 输出信号 代号 输出点编号 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 油压继电器 开关 液压电机的启动开关 开关 零压保护开关 粗镗滑台快进启动开关 滑台快退开关 粗镗主轴点动开关 粗镗滑台工进位置开关 滑台快退位置开关 位置开关 精镗滑台快进启动开关 滑台快退开关 精镗主轴点动开关 精镗滑台快退停止开关 精镗滑台工进位置开关 液压电动机热继电器 SP SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SQ1-2 SQ1-3 SQ1-4 SB8 SB9 SB10 SQ2-1 SQ2-2 FR1 辅助继电器1 辅助继电器2 液压电机M1接触器 粗镗电机M2接触器 辅助继电器3 快速电机M3正转接触器 快速电机M3反转接触器 进给电机M4接触器 时间继电器1 电磁离合器1 电磁离合器2 继电器 精镗电机M5接触器 快速电机M6正转接触器 快速电机M6反转接触器 进给电机M7接触器 时间继电器2 KA1 KA2 KM1 KM2 KA3 KM3 KM4 KM5 KT1 YC1 YC2 KA4 KM6 KM7 KM8 KM9 KT2 粗镗快进电动机热继电器 FR2 FR3 X21 X22 精镗快进电动机热继电器 26

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进给准备开关 SA X23 粗镗滑台快退停止开关 SQ1-1 X24 精镗滑台快退开关 SQ2-3 X25 位置开关 SQ2-4 X26 27

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3.5 梯形图

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3.6 指令表

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3.7 循环图

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总 结

对于组合机床的PLC的改造，虽然有点困难，在其中有一些元器件及与实现机床的情况。通过我们对轴箱镗组合机床的了解让我们了解组合机床是怎样动作的，自己在网上查找一些视频资料。加强对轴箱镗的了解，把机床的元件一个一个弄懂，网络是良好的资源。利用网络我找到很多有用的资料。学习利用网络来检索自己所需要的资料。

PLC程序调试的时候碰到了许多问题，一个是我们学校没有那么多输入输出点的PLC可以实现调试，我们只能用PLC的仿真软件进行监视。在寻找仿真软件的是后遇到了关于软件的兼容性的问题。所以导致我们对程序的调试耽搁。通过这段时间的毕业设计，让我受益匪浅，不仅锻炼了我们的逻辑思维能力，而却培养了我们锲而不舍的求学精神和严谨的作风。回过头来看我们所做的毕业设计，这是我们这一段时间的对所学知识很好的总结。也是我们对三年所学的知识的总结，同时也是我们团队智慧的结晶。

此次设计不仅让我们重温了过去所学的知识，而且学到了很多新的内容，相信此次毕业设计对我以后的工作有一定的帮助。所以，我很用心的把它完成。再设计体味艰辛，在艰辛中体味快乐。

最后，我要感谢我的指导老师廖老师，他对我的毕业设计进行了多次修改，我们的毕业设计才顺利完成。最后我也感谢教育过和指导过我的各位老师，感谢给予我帮助的朋友们，谨献上我最真挚的祝福。

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参考文献

[1] 《工厂电气控制》 科学出版社 [2] 《电工手册》 学生使用指导书

[3] 《电机电气控制指导实验书》 郑风翼主编（人民邮电出版社）

[4] 《看图安装电气设备和电路 》 冯胤明主编（机械工业出版社）

[5] 《工厂电气控制》 科学出版社

[6] 《电气控制与PLC应用》 华满香 刘小春主编 人民邮电出版社

[7] 《PLC控制系统设计与维护》 刘小春 华满香主编 高等教育出版社

[8] 《三菱FX系列PLC应用系统设计指南》 杨青杰主编 机械工业出版社

[9] 《可编程控制器实用技术》

[10] 《电气制图及图形符号国家标准汇集》

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毕业心得

我提供过帮助的老师表达我最真挚的感谢，首先要对我的恩师 –廖志平老师，致以最深的感谢。在论文的写作过程中，他无比耐心，无私无求的给予我持续的帮助，没有他，论文无法顺利完成，同时，也感谢我周围同学无私的帮助和鼓励。

毕业设计和毕业答辩是我们大学生活中所必须面对和完成的课题工程，它不仅是我们应该完成的任务，也应该成为一种挑战，来检验三年的学习成果，怎能不将自己全身心投入其中呢？

在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。我们课题轴箱镗的PLC改造，研究的是机床、PLC，这三年一路学过来的知识，看自己能如何智慧的运用，通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。PLC和变频器虽说是当今潮流技术，对于我们大专生偶尔知道一那么点是绝对不够的，更何况只停留在其肤浅的知识层次上，是我目前的自己现实状况，不敢说要学习的东西还太多，因为自己还有好多的基础知识落下了，以前老是逼着自己去学那引领时代潮流的新知识新技术，以为跟上了时代就不怕没水平，于是拼了命去学，那当然是好状况，但其实际是费力不讨好的，不过通过这次毕业设计，我能清楚的认识到强有力的理论基础，才是技能提升的催化剂，是决定你提升空间大小的标准。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，进步是我一辈子努力的事，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

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