T4240B镗床传统电气控制系统的改造问题研究-毕业设计正文.doc
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1、摘 要 本论文是研究机械加工中常用的T4240B镗床传统电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器接触器电气控制系统相比,具有结构简单,编程方便,调试周期短,可靠性高,抗干扰能力强,故障率低,对工作环境要求低等一系列优点。因此,本论文对T4240B镗床电气控制系统的改造,将把PLC控制技术应用到改造方案中去,从而大大提高镗床的工作性能。论文分析了T4240B镗床的控制原理,制定了可编程控制器改造T4240B镗床电气控制系统的设计方案,完成了电气控制系统硬件和软件的设计,其中包括PLC机型的
2、选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。对PLC控制镗床的工作过程做了详细阐述,论述了采用PLC取代传统继电器接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法,给出了相应的控制原理图。关键词:可编程控制器;梯形图;电气控制系统IAbstractThis thesis is to study mechanical processing in commonly used T4240B boring traditional electrical control system, aiming at solving the problem of traditional rel
3、ay contactor electric control system of the existing line complex, poor stability and reliability, fault diagnosis and exclude the difficulty. As a result of the PLC control system and electrical relay, contactor electrical control system is compared with simple structure, easy programming, debuggin
4、g, short cycle, high reliability, strong anti-interference ability, low failure rate, the work environment low requirement of a series of advantages. Therefore, the transformation of T4240B electrical control system for boring machine, will PLC control technology is applied to the transformation of
5、the program, so as to greatly improve the working performance of the machine. The paper analyzed the control principle of T4240B boring machine of the, making the programming controller reforming T4240B boring machine electrical control system design, completed the design of electrical control syste
6、m of hardware and software, including the distribution of the PLC type choice, the I / O port, I / O wiring diagram of the hardware drawing, PLC ladder diagram program design. PLC control of the working process of boring machine made in detail, discusses the use of PLC to replace traditional relay -
7、 contactor electrical control system so as to enhance the performance of the machine, gives the corresponding control principle diagram.Keywords:Programmable controller;Ladder diagram;Eectrical control systemII目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 接触器的基本介绍21.2 接触器的常见故障和处理方法21.3 设计的主要内容31.4设计的目的和意义3第2章 PLC基本知
8、识介绍42.1 PLC的含义及特点42.2 PLC的构成及各部分的作用52.3 PLC控制系统的优点72.4 PLC的工作原理82.5 PLC的注意事项102.6 PLC的应用领域及国内外发展趋势122.7 系统故障分析及处理14第3章T4240B立式双柱镗床电气控制解析173.1 T4240B的工艺特点与控制要求173.1.1工艺特点173.1.2电力拖动及控制要求分析183.2 T4240B电路控制分析说明193.2.1电气控制线路的特点213.2.2电路分析说明21第4章 控制系统总体设计244.1 PLC控制系统设计的基本原则及步骤24 4.1.1 控制系统设计的基本原则244.1.2
9、 PLC控制系统设计的步骤244.2 PLC程序设计方法254.2.1 PLC编程的基本原则254.2.2 经验设计法264.2.3 顺序设计法264.2.4 基本指令系统和编程方法274.3 PLC机型的选择27第5章T4240B立式双柱镗床的电气控制PLC改造295.1 T4240B改造说明与电路设计295.2 结合T4240B程序设计与说明32第6章 结论36致谢37参考文献38附录39附录一T4240B电气原理图39附录二 T4240B PLC控制系统梯形图40附录三 T4240B L系统控制电路图41IV沈阳工业大学本科生毕业设计第1章 绪 论随着我国经济的高速发展,微电子技术、计算
10、机技术和自动控制技术也得到了迅速发展,单片机技术也已经进入一个崭新的时代,不仅其应用越来越广泛,而且它是实现工业自动化的重要手段之一1。经济、技术飞速发展同时也带动着制造业的迅速发展,这就意味着制造工具和控制系统的革新。令来代替即可,体现了PLC自动控制技术无与伦比的优越性和控制的可靠性2。本设计主要通过对T4240B立式双柱坐标镗床的电气控制部分进行了以PLC为核心的控制系统改造。通过改造后的T4240B立式双柱坐标镗床,不仅提高了生产效率、降低工人劳动强度同时还大大降低了相应的维护技术难度,使它的控制系统得到了简化,工作效率、安全性和稳定性都大大的提高。根据PLC的特点以及它在控制系统中的
11、优势地位,提出利用PLC对T4240B立式双柱坐标镗床的电气控制部分进行改造和分析,最后利用PLC实现车床控制电路的改造,使T4240B立式双柱坐标镗床控制线路大大简化,克服了继电器接触器控制系统触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修困难等缺点,提高了设备操作的可靠性和安全性。同时本文也介绍了PLC在控制过程中的优劣势及应该注意的问题。所以在设计过程中,针对车床的控制要求进行分析,完成了PLC的选型、分配点、I/O接口图的绘制、梯形图的编译以及程序的编写。通过利用PLC的部分改造,降低了对工人的强度,提高了安全性,最终使其实现自动化。但是鉴于PLC的成本较高,而且要求工人有一定的技术水平,这就
12、为目前PLC的广泛应用设置了一定的障碍。但由于PLC的使用使机床功能完善,使用方便,维护简单,降低了设备运行的故障率,提高了设备运行的使用率,可实现生产过程的高效、节能和低成本。因此,PLC在工业领域的应用也越来越广泛,逐渐代替了继电器在电气控制方面的使用,也就使PLC拥有更广泛市场前景,同时也就意味着工业的自动化的逐渐到来。11.1 接触器的基本介绍在电工学上,因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制(某些型别可达800安培)电路的装置,所以经常运用于电动机做为控制对象也可用作控制工厂设备电热器工作母机和各样电力机组等电力负载,接触器不仅能接通和切断电路,而且还具有低电压释放
13、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。接触器的工作原理是:当接触器线圈通电后,线圈电流会产生磁场,产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心,并带动交流接触器点动作,常闭触点断开,常开触点闭合,两者是联动的。当线圈断电时,电磁吸力消失,衔铁在释放弹簧的作用下释放,使触点复原,常开触点断开,常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。图11接触器1.2 接触器的常见故障和处理方法触头接触不牢靠会使动静触头间接触电阻增大,导致接触面温度过高,使面接触变成点接触,甚至出现不导通现象。造成此故障的原因有:(1)触头上有油污、花毛、异物;(
14、2)长期使用,触头表面氧化;(3)电弧烧蚀造成缺陷、毛刺或形成金属屑颗粒等;(4)运动部分有卡阻现象。处理方法有:对于触头上的油污、花毛或异物,可以用棉布蘸酒精或汽油擦洗即可。如果是银或银基合金触头,其接触表面生成氧化层或在电弧作用下形成轻微烧伤及发黑时,一般不影响工作,可用酒精和汽油或四氯化碳溶液擦洗。即使触头表面被烧得凸凹不平,也只能用细锉清除四周溅珠或毛刺,切勿锉修过多,以免影响触头寿命。对于铜质触头,若烧伤程度较轻,只需用细锉把凸凹不平处修理平整即可,但不允许用细砂布打磨,以免石英砂粒留在触头间,而不能保持良好的接触;若烧伤严重,接触面低落,则必须更换新触头。运动部分有卡阻现象,可拆开
15、检修。1.3 设计的主要内容随着可编程控制器(PLC)控制系统应用越来越广泛,本文通过对可编程控制器(PLC)的工作原理以及特点的介绍,并以此为基础对T4240B立式双柱坐标镗床的电气控制部分进行改造,从而逐步代替接触器控制,逐步实现自动化4。本文对车床改造的过程运用到了PLC的许多知识,其中包括对机型的选择、I/O地址分配、梯形图绘制等相关知识。在设计的过程中让我们熟练掌握电气控制电路的基本环节,具备阅读和分析电气控制电路的能力;通过设计让我们熟悉PLC的基本工作原理以及PLC的程序设计方法。 1.4设计的目的和意义根据PLC的特点以及它在控制系统中的优势地位,提出利用PLC对T4240B立
16、式双柱坐标镗床的电气控制部分进行改造和分析,最后利用PLC实现车床控制电路的改造,使T4240B立式双柱坐标镗床控制线路大大简化,克服了继电器接触器控制系统触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修困难等缺点,提高了设备操作的可靠性和安全性。同时本文也介绍了PLC在控制过程中的优劣势及应该注意的问题第2章 PLC基本知识介绍2.1 PLC的含义及特点 PLC即可编程控制器(Programmable logic Controller),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器,用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。在19
17、87年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义: “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,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PLC5。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运
18、算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。PLC特点如下: (1)可靠性高,抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长6。从PLC的机
19、外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低,同时也大大提高了安全性和稳定性。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。(2)配套齐全,功能完善,适用性强。PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近
20、年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。(4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造。PLC用存储逻辑代替接线逻辑
21、,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5)体积小,重量轻,能耗低。以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。2.2 PLC的构成及各部分的作用从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板
22、或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC的各部分作用如下:(1)CPU运算和控制中心起“心脏”作用。纵:当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中,然后CPU根据系统所赋予的功能(系统程序存储器的解释编译程序),把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。横:输入状态和输入信息从输入接口输进,CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中,然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成:CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。(2
23、)存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序,包括管理程序,监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的,内容不可更改,断电不消失。用户存储器:分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器(RAM)组成。常用高效的锂电池作为后备电源,寿命一般为3-5年。(3)输入/输出接口 输入接口:光电耦合器由两个发光二极管和光电三极管组成。发光二极管:在光电耦合器的输入端加上变化的电信号,发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三极管:在光信号的照射下导通,导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合
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