基于PLC和变频器的T610卧式镗床电气控制系统设计 1

1 绪论

1.1课题背景

现代社会，日新月异。科学技术的更新更是快上加快，例如比较明显的日趋复杂的控制过程。正是由于如此需求，使得零件需要加工的精度非常精细[1]。尽管我们知道的用自动化控制镗床的形式各种各样，但是对镗床的控制采取PLC和变频器的形式着实是一种飞跃性的突破。

随着科学技术与社会需求的更新，将PLC应用于机器配置与电气控制系统中毋庸置疑。传统的钻孔机控制系统采用继电器接触器控制系统，繁杂的布线必然使得故障率以及可靠性高居不下[2]。为了将机械加工设备的功效、效能、柔性升高到又一个新的水准，为了提升产品质量，尽可能的将设备故障功率降到最低，使生产效率达到新高，那么利用PLC来改善电气控制系统是很大的一个进步。

1.2镗床的发展状况介绍

镗床精于加工以镗刀旋转为主运动的预制孔制造中。通常在基于运动的镗刀旋转，移动或工件进给运动。内径车削中有一种镗削，它最大的特点之一便是将孔洞进行一定的扩展。无论是半粗加工还是精加工镗削都可以胜任。镗孔是各种镗削中的一类。

1.2.1镗床发展历史

在所有的机械制造中据有极重的成分的是金属切削加工，机械制造总的工作内容中40%～60%都被金属切削加工占据[3]。在十八世纪七十年代左右，时代在进步，科技也在迅速发展。手工和一般的金属加工器件远远不能达到蒸汽机气缸的精度目标，因此，专门应用于蒸汽机气缸孔的加工的第一台卧式镗床宣告诞生。

1985年左右，坐标镗床的生产型号又相继扩大到生产的不同种类繁杂庞大的范例。由于加工零性能改进和经济效益。镗床的不断改善直到当今时代通用性、万年性的卧式镗床的发展，正是得力于加工零件的不断更新变化，在普通卧式镗床上加工那些体积大、吨位重的大型工件的孔的难度相对较大，这是因为大型工件的移动和装夹都非常的困难。因此在重型制造业来上，以卧式镗床为基础，改造更新生产出重型落地镗床。

1.2.2现代镗床的现状及发展水平

当代对机械的要求更是向着高速、高效、高精度的发向进展，当然在零件精度方面的要求也愈来愈高[4]。特别是箱体零件，随着需求变化其机构也日益繁杂，孔系繁多的是箱体零件的一大特点，它在精确程度上的要求主要体现在它自身设定了精准的尺寸、间隙要求水准。镗床在这些加工中占据着举足轻重的位置。随着发展，一些生产能力强柔性不高的专用镗床还在改进中，相信以后也会取得不可小觑的作用。

基于PLC和变频器的T610卧式镗床电气控制系统设计 2

当代镗床由往日的专用镗床发展为今日的通用性机床，具备较大的工艺规模，特点是操作灵活，柔性高，并且能应用于日趋繁杂的零件上，通用数控镗床，大型，精密，高速。相比于早期的镗床生产周期有了大幅度的降低，高标准要求更让器件体积缩小、生产成本大大减少，适应能力与范畴更是提升不少。

1.3 PLC在国内外的发展现状介绍

1.3.1 PLC发展历史

在二十世纪六十年代第一台PLC被世界公认的。由于计算机和元器件水准有限，PLC成分主要包括分立型元件、中小型集成电路，它的特色体现在简单的控制、设定时间、计数均可被完成。1970年左右出现了微处理器。在可编程控制器领域很快接纳了此型号微处理器，从而使PLC扩增了运算、数据传递及处理等功能，实现了真正具备计算机特质的工业控制装配。梯形图是可编程控制器和继电器电路图都采纳的核心编程语言，这在一定程度上大大的方便了操作技术人员来熟识继电器和接触器系统。计算机存储设备和将参与操作和处理被命名为继电器。PLC是计算机技术与传统的继电器控制的概念组合[5]。

在1970年之后，随着科技发展，工业需求可编程控制器的应用也取得了从摸索到实用的突破性的发展。在成功的领域，可编程控制器采用计算机技术，使PLC的迈出进步的一大步，让PLC去的了长足的进步[6]。10年左右的时间，可编程控制器凭借规模增大、速度提升、高性优化、产品系列化在很多先进的工业国家中又取得一席之地。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日趋上升是此阶段的又一个特点。很明显的可以看到PLC已经迈向己步入成熟。

上世纪末期，现代工业的和可编程控制器已经如影随形。当前，PLC于于机械制造领域和石油化工领域等等方面获取了不小的成就，相信以后还会有更进一步的进步与发展[7]。

1.3.2 PLC未来展望

21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，由于计算机技术的突飞猛进，速率提升、容量扩大、智能化优化等等[8]。可编程控制器与计算时更是完美的结合，这必然促使产品规模上下限上都有所扩展；配备性上：多样、规格更完全，人机界面完善、通信配置达到更加的完整[9]。这些都使得可编程控制器在各类工业控制场合有更大发展：从市场上看，可能会从各国各自生产多品种产品的情况转变到少量几个品牌垄断国际市场的现象，通用型编程语言需求量增大。发展方针指向大型控制系统，无论自动或者通用型网络首要成分非可编程控制器莫属。

基于PLC和变频器的T610卧式镗床电气控制系统设计 3

1.4本课题主要研究内容

我在此次毕设中运用的是西门子PLC来进行设计。西门子的PLC S7-200选用模块化结构，指令运算速率可达0.6~0.1μs[10]。采用浮点数运算提高了较为繁杂的算术运算效；随着一步步的革新发展，接口软件趋于标准化、人机界面更是变得简单容易操作，参数赋值简易化。人机对话的程序要求大幅度减少：其通信功能强大，采用Step7编程软件的用户界面实现了人机界面对话的容易、简单化。

传统卧式镗床的控制电路采用了继电器控制，特点是触点多、线路难、故障多、维修任务大[11]。为了克服以上不足，减少配置故障率、提高效率、机床响应速度快、操作灵巧、故障率降低我们采用PLC、变频器控制其继电器控制电路的出发点。在采用PLC的基础上，采用变频技术可以改善卧式镗床起动和制动性能。变频器具有调压、调频、稳压、调速等特点，可以改变机电功率，完成电机的变频运转，普遍应用于各个领域。

本选题以PLC和变频器组合重点完成的卧式镗床系统。本毕业设计的目的及意义是综合以前学过的基础理论知识，通过对T610卧式镗床控制系统的认识，利用PLC和变频器来实现对T610卧式镗床进行控制。在熟悉零件的工艺性基础上学习设计方法，及操作技术和配置等方面的知识以及对于PLC编程运用、调试，培养分析问题解决问题的能力。

基于PLC和变频器的T610卧式镗床电气控制系统设计 4

2电气控制系统设计

2.1引言

可靠性大幅地提升，调试快捷、施工周期缩短是新型可编程控制器的独具特色。正是由于这些特点中小型镗床中很快的采用了可编程控制器，应用前景更是广泛[12]。

革新改进是我国一直坚持的理念，以继电器控制系统为基础不断地研发，在速率、模块、配置等方面均进行了一定的调整改进之后宣告了，可编程控制器的研制成功。工业环境的恶劣，在工业控制中无疑选择PLC。当前PLC被普遍用于冶金，轻工，化工，机器，电力，输送，施工，交通运输和其他行业[13]。系统的可靠性跟着电机一体化的成长，要求越来越高。

T610型卧式镗床对精度的要求可以达到IT7，它的操作对象不仅仅局限于拓展工件上已经存在或已经经过加工的孔，而且还能够铣削各种平面、加工不同规格的螺纹等。该装置采用继电器控制系统，控制电路复杂，容易导致电气故障，维修困难、成本高，而采用PLC控制系统可以克服上述缺点，大大降低了设备的故障，可以减少电气故障，满足正常生产要求，稳定，而且还可以使设备维修更加方便。

2.2 T610型卧式镗床电气控制电路设计

2.2.1电气控制系统介绍

T610型卧式镗床：由镗轴水平方向的运动带动轴向进给，完成操作任务。在前立柱的导轨部分，主轴箱是竖直方向运行的。工作台可以进行横向及纵向运动。本机得到了广泛的应用且相对经济。它主要用于箱（或支持）零件的孔和孔的加工表面加工。矩形导轨的设计使得机床、立柱和下滑座的稳定性良好。为了改善工作效率、降低成本，指导制冷应用、数字化达到同步的显示，有更加直观准确的效果：1、布局上主轴设定为横向，主轴箱在导轨的带动下，是在垂直方向上进行运动（如图1所示）2、在镗床工作的过程中，刀具安装在了镗床主轴和镗杆以及平旋盘上，按转速和进给量的要求，按要求沿着导轨主轴箱在转移前柱。3、工件安装在工作台上，可与滑座及上滑座的纵向和横向移动，而且在滑座上的圆回转导轨到需要的角度，以适应各种加工条件。4、当镗杆较长时，尾座上支持其结束后列，可增加刚度。从图2-1可以看到卧式镗床包括7个不同工作作用的电动机。