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镗床电气控制系统(一)
【摘要】
本篇文章介绍了自动镗床PLC控制系统设计方案，并且叙述了镗床运行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程设计步骤。整个系统采用了一台PLC控制，整个控制系统设一个控制室。利用PLC控制镗床运行，实现了镗床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，从而实现了铣床运行的自动化功能。PLC控制的特点使原机床控制大大的简单化,并且维修方便,易于检查。节省大量的继电器元件,使机床的工作效率更高。 关键词：可编程序控制器； 镗床； 电气控制系统；
ABSTRACT：This page has introduced the design plan of theautomatic boring machine PLC control system, and has narrated thebasic principles of the boring machine’s operation, the basicprinciples of PLC and the engineering design step of PLC. the whole system has adopted aPLC to control, the whole control system sets up a control room andutilize a PLC control boring machine to run. It realized thefunction of boring machine’s start , stop , trouble stop , stoppromptly. And it has two kinds of control methods the manuallycontrol and automatically control, thus realized the automaticfunction of the boring machine’s operation.
KEYWORDS: PLC；boring machine；control system
目录
【摘要】 1
目录 2
1.绪论 4
1.1 选题的目的和意义 4
1.2 电气控制技术的发展 4
1.3PLC的概述及构成 5
1.31PLC的定义 5
1.3.2 PLC的发展史 5
1.3.3 PLC的特点 6
1.3.4 PLC的基本组成 7
2 车镗专机的概况 8
2.1车镗专机概述 8
2.1.1车镗专机的功用及组成 8
2.1.2车镗专机加工过程及控制要求 8
2.2车镗专机的电气控制 10
2.2.1概述 10
2.2.2电气控制线路工作原理 10
3车镗专机电力拖动电动机的选择 14
3.1电动机选择的基本知识 14
3.2.1连续工作制电动机容量的选择 14
3.2.2长期变化负载下电动机容量的选择 15
3.3车镗专机用电动机容量的选择 15
3.3.1车镗专机主轴和油泵电动机容量的选择 15
3.3.2快速移动电动机容量的选择 16
4车镗专机电气控制用低压电器的选择 17
4.1低压电器的定义 17
4.2低压电器的选择 17
4.2.1低压断路器的选择 17
4.2.2交流接触器的选择 17
4.2.3熔断器的选择 18
4.2.4热继电器的选择 18
4.2.5行程开关与刀开关的选择 19
4.2.6组合开关与万能转换开关的选择 19
4.2.7主令控制电器的选择 19
4.2.8指示灯的选择 19
5车镗专机PLC控制系统的设计 20
5.1PLC控制系统的设计内容 20
5.2PLC控制系统设计步骤 20
5.2.1选择PLC的机型 20
5.2.2车镗专机PLC的I/O接线图 21
5.2.3其他硬件配置 22
5.2.4车镗专机梯形图的设计 22
5.2.5程序调试过程 24
5.2.6列写电器元件一览表 24
结束语 26
谢 辞 27
文 献 28
1.绪论
1.1 选题的目的和意义
由于现代加工技术的益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，他的出现极大的推动了制造业的进步。机床的控制系统的优劣与机床的加工精度息息相关，特别是PLC广泛应用于控制领域后，已经显现出它的优越性。可编程控制器PLC已广泛应用于各行各业的自动控制。在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点。由于镗床的运动很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多、接线复杂，因此故障多维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响设备的功效。采用PLC控制可使接线大为简化，不但安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小。
1.2 电气控制技术的发展
现代化生产的水平、产品的质量和经济效益等各项指标，在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气自动化程度。机电一体化技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的。在控制方法上主要是从手动到自动；在控制功能上，是从简单到复杂；在操作上，是由笨重到轻巧。随着新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，又为电气控制技术的发展开拓了新的途径。 传统的机床电气控制是继电器接触式控制系统，由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，实现对机床的启动、停车、有极调速等控制。继电器接触式控制系统的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强、价格低，因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触式控制仍然是机床和其他机械设备最基本的电气控制形式之一。 在实际生产中，由于大量存在用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因而传统的继电器接触式控制系统常不能满足这种要求，因此曾出现了继电器接触控制和电子技术相结合的控制装置，叫做顺序控制器。它能够根据生产的需要改变控制程序，而又远比电子计算机结构简单，价格低廉，它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制的。但它的装置体积大，功能也受到一定限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展及应用，上述控制技术也发生了根本性的变化，在70年代出现了将计算机的存储技术引入顺序控制器，产生了新型工业控制器——可编程序控制器（PLC），它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前在世界各国已作为一种标准化通用装置普遍应用于工业控制。为解决占机械总加工量80％左右的单件和小批量生产的自动化的难题，50年代出现了数控机床。它综合应用了电子技术、计算机技术、检测技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就，它是典型的机电一体化产品。数控机床经过40年来的发展，品种日益增多，性能不断完善，其中以轮廓控制的数控机床和带有自动换刀装置和工作台能自动转位的数控加工中心发展更为迅速。数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其中伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。
1.3PLC的概述及构成
1.31PLC的定义
20世纪是人类科学技术迅猛发展的一个世纪，电气控制技术也由继电控制过渡到计算机控制系统。各种工业用计算机控制产品的出现，对提高机械设备自动控制性能起到了关键的做用。进入20世纪，各种自动控制产品正在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉的方向发展，使自动控制的实现越来越容易。
早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路，采用存储器程序指令完成顺序控制而设计的。它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，用于开关量控制，实际只能进行逻辑运算，所以称为可编程控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller）。随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁布了可编程逻辑控制器标准草案第一稿，1985年1月发表了第二稿，1987年2月又颁布了第三稿。1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：
“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。”
1.3.2 PLC的发展史
虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： 1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期） 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。 2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期） 在70年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。 3．近期的PLC（80 年代中后期至今） 进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。
1.3.3 PLC的特点
1． PLC的主要特点 （1）高可靠性 1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。 2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。 3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 4）采用性能优良的开关电源。 5）对采用的器件进行严格的筛选。 6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。 7）大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 （2）丰富的I/O 接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如： • 交流或直流； • 开关量或模拟量； • 电压或电流； • 脉冲或电位； • 强电或弱电等。 有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备，如： • 按钮 • 行程开关 • 接近开关 • 传感器及变送器 • 电磁线圈 • 控制阀 直接连接另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 （3）采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构PLC的各个部件包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计由机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 （4）编程简单易学 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。（5）安装简单维修方便 PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。
1.3.4 PLC的基本组成
可编程控制器系统由输入部分、运算控制部分和输出部分组成。
可编程控制器主机的硬件电路由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、电源等五大部分组成，PLC典型硬件系统如图1-1所示。
图1-1 可编程控制器主机硬件电路图
2 车镗专机的概况
2.1车镗专机概述
2.1.1车镗专机的功用及组成
车镗专机是用来对台式钻床的立拄进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车削加工的一种自动加工设备。加工工件如图2-1所示。
图2-1 工件示意图
车镗专机的基本组成 车镗专机的基本组成如图2-2所示。左、右机械动力头各有三台电动机（快速电动机、工速电动机、主轴电动机），液压站由一台电动机拖动。
图2-2 车镗专机的基本组成示意图
2.1.2车镗专机加工过程及控制要求
1.车镗专机加工过程
加工过程如图2-3所示。操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令（按下按钮）。工件自动夹紧，压力继电器动作，左、右动力头同时开始镗削加工。左动力头快进，工进至终点后，快退回原位；而右动力头快进、工进至终点后还应进行右端面的车削加工（车刀横进、横退）后才快退。当两动力头都退回原位，此时Ⅰ工位的粗加工结束，工作台移到Ⅱ工位，开始进行精镗加工。左、右动力头重新起动，快进，工进到终点延时后快退回原位，Ⅱ工位加工结束，工作台退到Ⅰ工位，松开工件，一个自动工作循环结束。
图2-3 车镗专机的加工过程
（3）液压系统 车镗专机液压系统元件如表2-1所示。
表2-1 车镗专机液压系统元件表
YV1 + 卸荷 SP1 + 油压到信号
YV2 +（-） 工件松开（夹紧） SP2 + 工件紧信号
YV3 + 向Ⅰ工位 YV5 + 横 进
YV4 + 向Ⅱ工位 YV6 + 横 退
注：表中“+”表示得电，“-”表示断电。
2．车镗专机的控制要求
1）本系统有七台电机：油泵电机、右主轴电机、右快速电机、右工速电机、左主轴电机、左快速电机、左工速电机。
2）工作台有两个工位，由液压系统实现两工位的转换和加工工件的夹紧与松开。
3）有自动和点动两种工作方式，其中自动工作方式又有三种形式：全自动循环、Ⅰ工位循环、Ⅱ工位循环工作。全自动循环过程是从Ⅰ工位→Ⅱ工位→Ⅰ工位，Ⅰ工位循环、Ⅱ工位循环工作是指工件只在Ⅰ工位或Ⅱ工位时的加工循环。
4）手动工作方式包括左、右主轴的点动对刀，左、右动力头的快进与快退点动，手动松开工件、手动移位等。
5）左、右床身导轨应具有自动润滑功能（YV7、YV8）。
6）左、右快速电动机均采用电磁铁抱闸制动（YB1、YB2）。
7）油泵起动后，液压系统要有一定的压力缓冲，才允许开始工作，工作结束要卸荷。
8）具有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号的指示。
9）具有照明和必要的联锁环节和保护环节。
2.2车镗专机的电气控制
2.2.1概述
镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精确的孔和各孔间相互位置要求较高的零件。它的运动由部件多，调速范围宽。镗床主运动与进给运动由一台主轴电动机拖动，有各自传动链传动，为缩短辅助时间，镗头架的上下运动、工作台的前后左右运动及镗轴的进出运动除工作进给外，还应有快速移动，由快速移动电动机拖动。
2.2.2电气控制线路工作原理
（1）主轴的点动控制
主轴的正反向点动由按钮SB3和SB4操纵。按下正向点动按钮SB3后，PLC输出使KM1、KM6线圈得电动作。因此，三相电源经KM1主触点、限流电阻R和接触器KM6的主触点接通电动机M1，使电动机在低速下旋转。放开按钮时，KM1和KM6都相继断电释放，电动机断电停止。反向点动与正向点动相似，由SB4操纵，经接触器KM2及KM6相互配合动作来完成。
（2）主电机的正反向长动
主电机正反控制由SB1和SB2操纵。当要求电动机低速运转时，限位开关XK为断开状态，按下起动按钮SB1、KM1、KM3、KM6得电动作。主电机就在全电压和三角形接线下，直接起动低速运行。
使用高速时，限位开关XK闭合，按下SB1后，电动机先低速起动，延时5秒后KM6断开，再经0.6秒KM7得电动作。KM7的主触点使电机的绕组连成双星形并重新接入电流，从而使主电动机从低速再起动到高速。
反向起动原理与正向起动相同，但参与控制的按钮为SB2，接触器为KM2、KM3、KM6及KM7。断开，当按下SB5时，KM1断电释放，切断了主电机电源。延时0.6秒后，KM2闭合和KM6得电，使三相电源经过KM2主触点，限流电阻R和KM6主触点反接给电动机。电动机反接制动。当电动机转速降低到一定速度时，正转动合触点Kn打开，切断KM2的通电回路，使KM2和KM6相继断电释放，及时切断电动机的反接电源，制动结束。反向运行时的制动过程与正向相似。此时参与控制的电器是速度继电器的反转动合触点Kn 接触器KM1、KM2。
（3）主轴或进给变速时主电机的缓转控制
主轴变速时，主轴电动机可获得缓慢转动，以利于齿轮顺利啮合。将S1、S2闭合，KM1、KM6线圈得电动作，电机得电正向加速，当达到一定速度时，速度继电器Kn的动断触点断开，动合触点闭合，延时0.6秒后，KM2闭合，电机开始反接制动，当电机低于某一速度时，Kn动作，KM2断开，延时0.6秒后KM1闭合，正向加速，如此反复，实现缓动。进给变速时缓转控制原理与主轴时完全相同，不过用的是限位开关是S3、S4。
（4）主轴箱、工作台或主轴的快速移动
机床的各部件的快速移动由限位开关S2、S6和快速电机M2驱动。S2被压动，PLC输出使KM4得电动作，快速移动电动机M2正转、限位开关S6被压动，PLC输出使接触器KM5得电动作，快速电动机M2反转。
（5）主电机的反接制动控制
当电动机正转时，速度继电器的正转动合触点Kn闭合，而正转动断触点Kn。图2-4是镗床电气控制系统主电路图
图2-4 镗床电气控制系统主电路图
2.2.3车镗专机接线布置图设计
1、控制面板图的设计要使整个系统的控制处于方便、快捷、集中、紧凑；
2、在场地允许条件下对发热厉害，噪声振动大的电气部件放在离操作者较远的地方或隔离起来；
3、对于多工位加工的大型设备，应考虑两地操作的可能；
4、总电源紧急停止控制应安放在方便而明显的位置，图2-5安装板电气元件平面布置图，图2-6 控制面板按钮、行程开关平面布置图。
图2-5 安装板电气元件平面布置图
图2-6控制面板按钮、行程开关平面布置图
3车镗专机电力拖动电动机的选择
3.1电动机选择的基本知识
要使电力拖动系统经济而可靠地运行，必须正确选择拖动电动机。这包括电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和容量﹝功率﹞的选择。
选择电动机的种类时，对一般要求的生产机械，优先考虑选用三相笼型异步电动机。对于要求起动转矩大，并且有一定调速要求的生产机械，可选用绕线转子异步电动机；对拖动功率大，需要补偿电网功率因数以及稳定的工作速度时，优先考虑选用三相同步电动机；对于调速性能要求高，在要求快速而平滑的起、制动时，考虑优先选用直流电动机。
在选择电动机的电压等级时，应使电动机额定电压与供电电压等级一致。一般中、小型交流电动机的额定电压为380V，大型交流电动机的额定电压为3000V、6000V、10000V三种。直流电动机的额定电压为110V、220V、440V和660V等。
在选择电动机的额定转速时，根据电机设计知识，当电动机功率一定时，则高速电动机教经济。但当生产机械的工作速度一定，则电动机转速越高，传动机构的传速比越大，使传动机构复杂，整个系统装置的造价升高。所以选择电动机额定转速时，必须从电动机与机械装置两个方面综合考虑。
在选择电动机容量时，必须从生产机械的工艺过程、负载转矩的性质、电动机的工作制及经济性等几个方面综合考虑。如果选择容量太小，电动机将长期过载而使其过早损坏；如果选择容量过大，不仅电动机容量不能被充分利用，造成设备投资浪费，而且造成运行效率低及异步电动机的功率因数低。因此，正确选择电动机的容量非常重要。
3.2电动机容量选择的基本方法
3.2.1连续工作制电动机容量的选择
长期恒定负载时指在长期运行过程中，电动机处于连续工作状态，负载大小
恒定或负载基本恒定不变，工作时能达到稳定温升τ，其负载图Pl=F﹙t﹚与温
图3-1连续工作制时电动机的负载图与温升曲线
升曲线τ=F﹙t﹚如图3-1所示。这种生产机械所用的电动机容量选择比较简单。选择的原则是使稳定温升τ在电动机绝缘允许的最高温升限度之内选择的方法是使电动机的额定容量等于生产机械的负载功率加上拖动系统的能量损耗。
3.2.2长期变化负载下电动机容量的选择
电动机拖动长期变化负载连续工作时，它的输出功率也按一定规律变化，变化周期为Tz，一般Tz=T1+T2+T3+…+Tn,共n段，长期变化负载图Pl=F﹙t﹚如图3-2所示。当电动机拖动这类生产机械工作时，因为负载作周期性变化，所以温升也必然随负载周期性变化而波动。温升波动的最大值必须低于负载的稳定温升，而高于对应于最小负载的稳定温升。这样，如按最大负载选择电动机，显然是不经济的；而按最小负载选择电动机，其温升将超过允许温升。因此，电动机容量应在最大负载与最小负载之间。
图3-2 长期变化负载图
3.3车镗专机用电动机容量的选择
3.3.1车镗专机主轴和油泵电动机容量的选择
主轴箱和工作台油泵电动机属于连续工作制且长期工作在恒定负载下的电动机，由于一般电动机是按照常值负载连续工作设计的，电动机设计及出厂试验保证是在额定容量下工作时，温度不超出允许值，而电动机所带负载功率小于或等于其额定功率，发热自然没问题，不需发热校验。则主轴电动机和油泵电动机参数如下：
左右主轴电机的一些参数：交流380V 8.4A 4.0KW
油泵电机的一些参数：交流380V 3.0A 1.1KW
3.3.2快速移动电动机容量的选择
左右快速移动电动机属于断续周期工作制的电动机，此种时的电动机起制动频繁，要求惯性小，机械强度高。其标准暂载率为15%、25%、40%、60%、四种。
如果电动机实际暂载率与标准暂载率相同，则可直接按照产品目录选择合适电动机，如果电动机实际暂载率与标准暂载率不相等，应该把实际功率换算成邻近的标准暂载率下的功率，在选择电动机和校验温升。则选择左右快速电机的参数和左右工速电机的参数如下：
左右快速电机的参数为：交流380V 4.9A 2.2KW
左右工速电机的参数为：交流380V 3.0A 1.1KW
4车镗专机电气控制用低压电器的选择
4.1低压电器的定义
低压电器通常是指在交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。
4.2低压电器的选择
4.2.1低压断路器的选择
低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，主要用于电力线路中。它相当于刀闸开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合，是一种自动切断电路故障的保护电器。
（1）低压断路器主要由触电系统、操作机构和保护元件三部分组成。
低压断路器的选用的技术原则：
断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电 电路来说应注意区别事电源保护还是负载保护，电源端电压比负载端电压高出约5%左右。
（2）断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。
（3）断路器的过载脱口征订电流应等于负载工作电流。
（4）断路器的额定通断能力大于或等于电路的最大短路电流。
（5）断路器的欠电压脱口器额定电压等于主电路额定电压。
（6）断路器类型的选择，应根据电路的额定电流及保护的要求来选用。
4.2.2交流接触器的选择
交流接触器主要由触电系统、电磁机构和灭弧装置等组成。接触器主触点的额定电压选择事根据被选用的接触器主触点的额定电压应大于或等于负载的额定电压，接触器主触点的额定电流选择是根据对于电动机负载，接触器主触点额定电流计算可得到。
接触器的类型应根据电路中负载电流的种类来选择。即交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器。根据使用类别选用相应系列产品，接触器产品系列是按使用类别设计的，所以应根据接触器负担的工作任务来选择相应的使用类别。
所以根据上面电动机参数选出接触器的型号为： KM1、KM3、KM4、KM5、KM7、KM8、KM9的型号CJ20-6.3 ，KM2、KM6的型号CJ0-20。
接触器的图形符号及文字符号如图4-1所示
图4-1 接触器的图形符号和文字符号
﹙a﹚ 线圈 ﹙b﹚主触点 ﹙c﹚ 动和铺助触点 ﹙d﹚动断铺助触点
4.2.3熔断器的选择
熔断器是一种广泛应用的最简单有效的保护电器之一。其主体是低熔点金属丝和金属薄片制成的熔体串联在被保护的电路中。在选择熔断器时应该考虑熔体的额定电流以及熔断器的额定电流与额定电压。
熔体额定电流的选择
熔体额定电流与负载大小、负载性质有关：
（1）对于一般照明电路、电热电路等负载可按负载电流大小来确定熔体的额定电流。
（2）对于电动机负载: 单台: INP =（1.5~2.5）INM
多台: INP =（1.5~2.5）INmMax+∑INM
2、熔断器额定电流与额定电压的选择
（1）熔断器额定电流大于或等于熔体的额定电流；
（2）熔断器额定电压大于或等于电路的工作电压。
4.2.4热继电器的选择
热继电器是一种具有反时限过载保护特性的过流继电器，广泛应用于电动机的过载保护，也可用于其他电气设备的过载保护。
一般情况下热元件额定电流按电动机额定电流来选择。对于过载能力较差的电动机，热元件额定电流应适当降低。热继电器的额定电流大于等于热元件的额定电流，热继电器的额定电压大于或等于线路和额定电压，根据车镗专机电气原理图及上述电动机的一些参数其型号可选：JR20-10/9R，JR20-10/11R， JR20-10/14R等。
4.2.5行程开关与刀开关的选择
刀开关主要由手柄、触刀、静插座和底板组成。刀开关参数选择应从：极数，额定电流，额定电压，通断能力等进行选择；
依据生产机械的行程发出指令以控制其运行方向和行程长短的主令电器，称为行程开关。行程开关参数选择：操作头的结构，自动复位或非自动复位，长挡铁与短挡铁，触点的数量。
4.2.6组合开关与万能转换开关的选择
组合开关又称转换开关，也是一种刀开关。组合开关参数选择：位数（2 ~ 4 ）、极数（1 ~ 4）、额定电流（≤100A）、额定电压（≤380V） 、通断能力等；组合开关类型选择：HZ5系列普通型组合开关(10A/20A/40A/60A) 、HH10系列组合开关(10A/25A/60A/100A)。
万能转换开关是一种多挡式且能对电路进行多种转换的主令电器。万能转换开关参数选择：位数，接线图编号，额定电流，额定电压，通断能力等。
4.2.7主令控制电器的选择
应根据使用场所，结构型式，触头数及颜色来进行选择。
4.2.8指示灯的选择
1.额定电压：交流 6/12/24/36/48/110/220/380V
2.直流 6/12/24/36/48/110/220V
3.尺寸：∮10/∮12 /∮16 /∮22 /∮25/∮30
4.形状：球形/园平头/方形/长方形
5.颜色：红、绿、黑、黄、白、蓝等
6.发光源：LED、白炽灯泡和氖泡
5车镗专机PLC控制系统的设计
5.1PLC控制系统的设计内容
PLC是现代工业自动控制的一种通用计算机，但其工作方式与微机控制系统不同，与继电接触器控制系统也有本质的不同。PLC应用系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。
1.硬件设计
PLC应用系统硬件设计的主要内容包括PLC的机型选择、输入输出设备的选择、控制柜的设计和控制系统各种技术文件的编写，PLC外部硬件电路的设计等。
2.软件设计
PLC应用系统软件的主要内容就是编写PLC用户程序，即绘制梯形图或编写语句表。
5.2PLC控制系统设计步骤
1.熟悉被控对象，制定控制方案；
2.确定I/O点数；
3.选择PLC机型；
4.选择输入输出设备，分配PLC的I/O地址；
5.设计PLC应用系统电气图纸；
6.程序设计；
7.系统调试；
8.建立文档。
5.2.1选择PLC的机型
图5-1 流程图
PLC机型的选择基本原则是在满足功能要求及保证可靠，维护方便，可扩展，经济的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：
1.I／O点数在满足控制要求的前提下力争使用的I／O点最少，但必须留有一定的裕量（10％~15％ ）；
2.基于本设计I/O口的要求，需24个输入16个输出，因此我们选择了FX-0N这种型号的PLC；
3.根据动力头的工作过程分析，结合PLC外部电气控制线路的设计，可以很方便地设计出系统的工作流程图﹙如图5-1﹚。
5.2.2车镗专机PLC的I/O接线图
总共用到22个输入端，基本功能的实现用22个,另外有2个用于扩展功能.。输入点采用分组输入的方法减少输入点数.将“自动”控制中的“起动”按纽与
“手动”控制的“右主轴点动”，“右终点”与“左主轴点动”，“左终点”与“右动力头快进”，“横原点”与“右动力头快退”，“横终点”与“左动力头快进”分别共用5个按纽。输出端口16个。其中16个是基本功能实现必须用到的端口，2个扩展端口（图5-2输入输出及I/O 接线图）。
5-2 镗床控制系统PLC外部接线图
5.2.3其他硬件配置
PLC选型确定以后还要考虑系统中的其他部分，主要有：
① 电源
有的PLC机具有独立的电源模块，选择电源模块时要使电源模块的额定输出电流大于或等于主机、I/O模块、专用模块等总的消耗电流之和。为I/O模块选择直流电源时必须查阅产品手册，按其给出的模块技术参数正确选配。
② 大中型系统配置
对大中型的控制系统，可能须要配置总监控制台和监控模拟屏、PLC输入输出二次隔离重动继电器柜以及系统专用UPS电源等。
5.2.4车镗专机梯形图的设计
根据镗床控制系统PLC外部接线图，来画梯形图。画是应该主要每运行一次要线圈复位一次。
输入点部分：油压信号 BP1、夹紧信号BP2、Ⅰ工位限位SQ5、Ⅱ工位限位SQ6、左原点SQ8、右原点SQ1、横原点SQ4、左转工SQ9、右转工SQ2、左终点SQ10、右终点SQ3、横终点SQ7、手/自动选择SA1、工作循环方式选择SA2、工作按钮SB2、左主轴对刀SB3、右主轴对刀SB4、左快进SB5、左快退SB6、右快进SB7、右快退SB8、手动松开SA3、手动移位SB9、左断机SA4、右断机SA5、上位机/下位机转换SA6。（因为工作循环方式有全工、Ⅰ工、Ⅱ工三种方式所以工作循环方式选择SA2用两个输入点X12、X13）。
其中手动加工部分有：左主轴对刀SB3、右主轴对刀SB4、左快进SB5、左快退SB6、右快进SB7、右快退SB8、手动松开SA3、手动移位SB9。
车镗专机控制系统中有自动和手动两种工作方式，其中手、自动加工共同用到的部分有：油压信号 BP1、夹紧信号BP2、Ⅰ工位限位SQ5、Ⅱ工位限位SQ6、左原点SQ8、右原点SQ1、左终点SQ10、右终点SQ3、上位机/下位机转换SA6。用手/自动选择SA1来切换“手动”还是“自动”信号的输入电路，另外SQ9与SB3共用一个输入点X16、SQ2与SB4共用一个输入点X17、SA4与SB7共用一个输入点X20、SA5与SB8共用一个输入点X21、SQ4与SB5共用一个输入点X22、SQ7与SB6共用一个输入点X23。
判断油压是否到位（到T0后如果油压没有上升报警）—手/自动选择（假如是自动加工）—判断是否夹紧—原位判断（假如工作台不在原位则快退回原位，包括左原点、右原点、横原点）—当工作台都回到原位的时候原位指示灯HL1亮并进行工位判断（若工作台不在Ⅰ工位则YV4得电工作台回Ⅰ工位）—工作台松开，当工件放上去时，再次手自动判断—按启动按钮，工作台再次夹紧，工作指示灯亮（当工作台松开时长时间没有按下启动按钮则直接卸荷）—工作循环方式选择，判断是否是Ⅱ工位加工（因为Ⅰ工位加工与全循环加工的前面部分一样，
所以只要判断是否是Ⅱ工位加工）—左右断机判断—快进（到工进点）—工进（到终点，假如是右工作台加工还需进行端面加工）—快退（Ⅰ工位加工退到原点，全循环加工退到工进点）—判断是否是Ⅰ工位加工（若不是则进行Ⅱ工位加工）—Ⅱ工位快进、工进、快退（Ⅱ工位加工到终点是还需延时一段时间，去除毛刺）—回Ⅰ工位。
输出点部分：原位指示HL1、工作指示HL2、左主轴电机KM2、右主轴电机KM3、左快进电机KM4、左快退电机KM6、左工进电机KM8、右快进电机KM5、右快退电机KM7、右工进电机KM9、Ⅰ工位转Ⅱ工位电磁阀YV3、Ⅱ工位转Ⅰ工位电磁阀YV4、卸荷YV1、夹紧/松开YV2、横进YV5、横退YV6。
输出点部分I/O点数比较少故不要使用减少I/O点数的措施。图5-2 镗床控制系统PLC梯形图。
图5-3镗床控制系统PLC梯形图
5.2.5程序调试过程
按功能表图的流程顺序来调试程序，调试的过程应该符合设计的控制要求，主要能执行全自动、单I、单II、断左、右机、手动。
5.2.6列写电器元件一览表
整理全部电路设计图，程序流程框图，程序清单，元件参数计算公式、结果，列出元件清单。表5-1 电气元件一览表
表5-1 电气元件一览表
符号 数量 名称及用途
M1 1 主电动机，拖动主运动和进给运动用
M2 1 快速移动用电机
Q 1 空气开关，限流、欠压保护
KM1 KM2 2 主电动机正反转用接触器
KM3 1 限流电阻短路用接触器
KM6 KM7 3 主电动机高低速转换用接触器
KM4 KM5 2 快速电机正反转用接触器
SB5 1 主电动机停止用按钮
Kn 1 主电动机反转制动用速度继电器
SB1 SB2 2 主电动机正反转用按钮
SB3 SB4 2 主电动机正反转点动按钮
S1 S2 2 主轴用变速限位开关
S3 S4 2 进给变速用限位开关
S 1 接通主电动机高速用限位开关
S5 S6 2 快速电动机正反转用限位开关
R 2 点动、高速启动，制动用限流电阻
FU1~FU8 8 短路保护熔断器
KR 1 主电动机过载保护用热继电器
K1 1 控制PLC用开关
PLC 1 可编程控制器
结束语
此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了车镗专机PLC控制系统的用途及工作原理，熟悉了车镗专机PLC控制系统的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。此次设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。 但是此次也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学3年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国工业添上自己的微薄之力。
谢 辞
在整个毕业设计中，我得到了指导老师王署霞老师的热心指导和帮助，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。
感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。
在论文完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完
成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的
谢意！
文 献
[1] ：胡辛鸣主编.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，1999
[2] ：张运波.刘淑荣.工厂电气控制技术.北京：高等教育出版社，2004
[3] ：孙平.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，2003
[4] ：余雷声.电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社1996
[5] ：马镜成.低压电器.北京：兵器工业出版社，1993
[6] ：李桂和.电器及控制.重庆：重庆大学出版社，1993
[7] ：齐占山.机床电气控制技术.北京：机械工业出版社，1999
[8] ：丁明道.高低压电器选用与维修.北京：兵器工业出版社，1990
[9] ： 周绍群，牛秀岩.电机及拖动.北京：机械工业出版社，1995
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