T617卧式镗床的PLC改造设计(2)

传动方式：T617卧式镗床是采用三项交流电动机来运动的，因为工作时需要保证机床各部件之间有一定的运动联系，所以用一台电动机进行拖动部件运行。

调速性能：机床对主运动和进给运动都有一定的要求。T617卧式镗床要求调速范围较宽，因此选用及对数可变的调速方案。

负载特性：机床的主运动需恒功率传动，而进给运动则需但转矩传动。因此，我们在此确定电动机的调速方法和选择多速电动机的类型时，必须使电动机的调速性质与机床的负载性质相适应。T617卧式镗床采用星接和反接的方法来对机器进行调速。

启动、制动、反接：机械设备主运动传动系统的启动转短一般都比较小，因此，原则上可采用任何一种启动方式。而它的辅助运动，在启动时往往要克服较大的静转矩，所以T617卧式镗床选用高起动转矩的电机。因为T617卧式镗床是高速高效金属切削打孔机床，为了便于测量和装卸工件或者更换刀具，采用电气制动。电机的反接有效的控制了在处理元件时的速度，提高了元件的质量。

2.3 镗床运动对电气控制电路的要求

1. 主运动与进给运动由一台双速电动机拖动，高低速可选择； 2. 主电动机要求正反转以及点动控制； 3. 主电动机应设有快速准确的停车环节； 4. 主轴变速应有变速冲动环节；

5. 快速移动电动机采用正反转点动控制方式；

6. 进给运动和工作台不平移动两者只能取一，必须要有互锁；

第三章 主电路和控制电路的分析

3.1 工作原理

T617卧式镗床电路原理图见附录1所示。

3.1.1主电路分析

T617卧式镗床由两台电动机拖动，即主轴电动机M1、快速移动电动机M2。其中主轴电动机M1采用串电阻降压起动，主轴电动机M1和进给电动机M2均可正反转动。M1为

主电动机，由接触器KM1、KM2控制其正、反转；KM3控制主轴电动机短接电阻接触器。M2为快速移动电机，由KM4、KM5控制其正反转。热继电器FR作M1过载保护。

3.1.2 控制电路分析

T617卧式镗床详细控制原理分析如下。

（1）开动机床前的准备工作。机床有两个电源开关。转换开关QS1装在配电箱里，可在检修电气设备时开端机床电源。另一个电源开关QS2装在按钮操作台上，接通QS2，接触器M6接通电源。这个开关在机床停止工作时切断电源，也可作为紧急停止开关。

合上电源开关之后，还应当把主轴和进给机构的两个调速手柄放在左面的正常工作位置，与调速手柄联动的行程开关SQ1和SQ2的动断触点闭合。中间继电器KA5动过。KA5动作后，信号灯HL1亮，表示控制线路可以开始工作。如果KA5没有吸和，接触器KM1、KM2、KM3的线圈电路都不能接通，整个控制线路不能投入工作。

（2）主轴电动机的起动和反接制动。主轴电动机的正向起动和反向起动用接触器KM1和KM2控制，主轴电动机停车时有反接制动作用，反接制动过程用速度继电器KS控制。在反接制动时，电动机定子端应串接限制制动电流的电阻R，而在电动机正常工作时，用接触器KM3的线圈电路，KM3动作，将电阻R短接。

电动机有两种控制方式，即有自保作用的工作状态和无自保作用的电动状态。为了区分这两种控制方式，在控制线路里加接两只中间继电器KA1和KA2。按下工作正转按钮SB2或工作反转按钮SB3时，KA1或KA2通电吸合并自保。KA1和KA2的动合触点同事接通接触器KM3的线圈电路，KM3动作，将电阻R短接。

电动状态又称为调整状态。按点动按钮SB4或SB5时，中间继电器KA1和KA2并不工作，接触器KM1或KM2动作，但无自保回路。放开点动按钮，电动机就停止运转。机床部件在点动状态工作时，一般是没有负载的，所以可以让电阻R接在电动机的定子电路里，以减小起动电流和启动转矩。点动状态控制时，KA1和KA2不工作，KM3不会吸和，

电阻R一直接在电动机的定子电路里面。

现在来看线路的工作情况。合上电源开关，中间继电器KA5吸合，按主轴正向起动按钮SB2，中间继电器KA1动作并自保。KA1的动合触点接通接触器KM1和KM3的线圈电路，KM1和KM3动作，电动机正向起动，电阻R被短接。KA1的动断触点断开。由于中间继电器KA5的动断点也已断开，所以中间继电器KA4释放。KM4的动断触点复位闭合，准备好反接制动控制回路。接触器KM3动作后，它的动断触点断开，KA3释放。

电动机正转转速升到一定数值时，速度继电器KS的动断触点断开，然后动合触点闭合，这时接触器KM1的动断触点和KM3的动断触点都已断开，所以接触器KM2不会吸合。

按停止按钮SB1中间继电器KA1和接触器KM1、KM3都释放，电阻R重又串接在电动机定子电路里面。由于接触器KM3的动断触点闭合，速度继电器KS的动合触点尚未放开仍然闭合，所以在接触器KM1释放后，接触器KM2立刻通电动作，将电动机电源反接，电动机在反接制动状态下迅速停车。当电动机转速相当低时，速度继电器KS的动合触点断开，接触器KM2释放，制动结束。

应用速度继电器控制电动机的反接制动，在实践中发现有时会产生震荡现象。这是由于反接制动的作用很强留，电动机的转速迅速降低到零，由于接触器KM2的释放需要一定的时间，又由于速度继电器反力弹簧的反作用力，速度继电器KS的动合触点可能闭合，在KM2的动断辅助触点闭合后，接触器KM1立刻吸合，电动机又在另一方向产生反接制动，速度继电器向正转方向摆动，又可能使触点KS闭合。这样，接触器KM2、KM1轮流接通，发生振荡现象。为了消除这种振荡现象，当电动机转速接近零，KS动断触点闭合时，中间继电器KA3吸合，KA3的动合触点闭合，使继电器KA4动作并自保。KA4动作后，它的动断触点断开，接触器KM1和KM2就不能动作，从而消除了振荡现象。

点动状态用于对刀、装夹工件等，电动机只需要转动很短的时间，往往在电动机转速还没有升得很高时已经放开控制按钮，所以可以不加制动停车。在电动机停止不动时，速度继电器KS的动断触点闭合，接触器KM3的动断触点也闭合，所以继电器KA3动作。KA3的动合触点接通继电器KA4的线圈电路，KA4吸合并自保。在点动控制时，继电器KA1和KA2没有动作，所以KA4保持工作状态。由于KA4的动断触点断开，反接制动控制回路不通，所以在点动停车时没有制动作用。

（3）主轴和进给机构的速度调节。主轴转速和进给量都用预选盘调节。调速时先将预选盘转到需要的速度，然后将调速手柄从左面的正常工作位置转过185°到270°角度，再将手柄扳回原来的位置，转速过程就结束了。调速手柄和行程开关并联动，当手柄离开原来的位置时，主轴调速手柄使SQ1的触点断开，进给调速手柄使行程开关SQ2的触点断开。因此中间继电器KA5失电释放，KA5动合触点复位断开，接触器KM1和KM2就不能工作。所以本机床可以在主轴电动机开动的情况下调速，电动机能自动停止转动。

转动调速手柄使继电器KA5释放时，接触器KM3随之释放，电阻R被接进电路。KM3

的动断触点接通速度继电器KS的电路。如果电动机原来正转，触点 KS闭合，则在KM3释放后通过KA4动断触点使接触器KM2动作，进行反接制动。

在调速电动机应当缓慢转动，使齿轮易于瞬合。本机床利用速度继电器来使电动机低速转动。在调速手柄触动行程开关、使电动机在制动状态下停车后，速度继电器KS的动断触点闭合时，继电器KA3动作。以为继电器KA5已经释放，KA3的动合触点闭合时，继电器KA4吸合并自保。KA4动作后，反接制动控制回路被断开。如原来的电动机正转，继电器KA1吸合，在调速时KA1仍保持吸合状态，继电器KA4吸合后，通过动合触点使接触器KM1动作，电动机正向起动。电动机转速升到100r/min左右时，速度继电器的动断触点断开，KM1释放，电动机在无制动作用下自由停车。当电动机转速接近零时，速度继电器的动断触点又闭合，接触器KM1又动作，电动机再正向胜诉。在调速手柄离开正常工作位置的时间内，上述情况继续不断的进行着，电动机转速在0与100r/min之间波动。这种方法常被用来使异步电动机得到低速运转。电动机以脉冲方式低速运转，使齿轮易于吸合。调速手柄转回到正常工作位置。行程开关SQ1和SQ2的触点闭合，中间继电器KA5动作，KA5使接触器KM1和KM3动作，电动机又正向起动，回复正常工作。KA5动作后，继电器KA4释放，KA4的动断触点准备好反接制动控制回路，KA4的动合触点开断脉动调速回路。在电动机脉动运转时，继电器KA3断续动作，使信号灯HL1产生闪光。

继电器KA1和KA2之间以及接触器KM1和KM之间有动断触点连锁，使它们不会同时接通工作。

（4）机床部件的快速移动。机床各部件的快速移动用手柄操作。快速手柄搬到正向快速位置，行程开关SQ3的触点闭合，接触器KM4动作，快速移动电动机M2正转。快速手柄搬到反向快速，行程开关SQ4的触点闭合，接触器KM5动作，快速电动机翻转。

（5）机床的保护装置。主轴电动机有短路保护熔断器和过载保护热继电器，快速移动电动机属于短时工作，所以只有熔断器作短路保护。

机床有进给过载保护装置，当进给应力超过允许值时，保险离合器就会移动，使进给停止。保险离合器移动时使行程开关SQ5的触点闭合，红色信号灯HL2亮。这时主轴电动机仍继续旋转。

第四章 T617卧式镗床电气控制电路改造方案

4.1 T617改造的流程

(1)确定控制对象，明确控制任务和设计要求，要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求，拟定控制系统设计的技术条件。

(2)制定控制方案，进行PLC选型。根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式。通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤和状态，来确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号要由PLC输出，哪些负载要由PLC驱动，分门别类统计出各输入输出点。 (3)设计I/O连接。编制I/O分配表、绘制I/O接线图。同类型的输入或输出点尽量集中在一起，连续分配，这样有利于程序编写和阅读。

确定控制对象及控制范围 PLC型号选择 硬件设计 软件设计及模拟 现场调试 调整硬件 是否符合 调整软件 投入运行 图4-1 改造流程图

4.2 改造后元器件的选择

元件选型见附录3镗床的基本元件目录表所示。

第五章 输入、输出设备

5.1 输入输出设备

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