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t6113机床控制系统的设计改造plc.doc
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第 1 章 绪论
1.1 选 题 的 目 的 和 意 义
由 于 现 代 加 工 技 术 的 日 益 提 高 , 对 加 工 机 床 特 别 是 工 作 母 机 的
要 求 也 越 来 越 高 , 由 此 人 们 也 将 注 意 力 集 中 到 机 床 上 来 , 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
了 维 修 量 、 提 高 了 功 效 。
1.2 关 于 课 题 的 一 些 介 绍 和 讨 论
1.2.1 设 计 目 标 、 研 究 内 容 和 拟 定 解 决 的 关 键 问 题
完 成 对 T6113 机 床 的 整 个 控 制 系 统 的 设 计 改 造 ,控 制 核 心 是 PLC,
并 使 其 加 工 精 度 进 一 步 提 高 , 加 工 范 围 扩 大 , 控 制 更 可 靠 。
研 究 内 容 :
( 1) T6113 的 电 气 系 统 ( PLC) 硬 件 电 路 设 计 和 在 机 床 上 的 布
局 。
( 2) PLC 程 序 的 编 制 。
解 决 的 关 键 问 题 : PLC 对 机 床 各 个 工 作 部 分 的 可 靠 控 制 电 气 电 路 的
安 全 问 题 的 解 决
1.2.2 题 目 的 可 行 性 分 析
虽 然 目 前 数 控 机 床 以 其 良 好 的 加 工 性 能 得 到 了 人 们 的 肯 定 , 但
是 其 昂 贵 的 价 格 是 一 般 用 户 望 尘 莫 及 的 , 所 以 改 造 现 有 的 机 床 以 达
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到 使 用 要 求 是 比 较 现 实 的 , 也 是 必 须 的 。 经 过 实 践 证 明 这 样 的 改 造
是 可 以 满 足 大 多 数 情 况 下 的 精 度 和 其 他 加 工 要 求 , 并 且 在 实 践 中 已
取 得 的 相 当 好 的 效 益 。
1.2.3 本 项 目 的 创 新 之 处
利 用 PLC 作 为 控 制 核 心 , 替 代 传 统 机 床 的 继 电 器 控 制 , 使 得 机
床 的 控 制 更 加 灵 活 可 靠 , 减 少 了 很 多 中 间 的 机 械 故 障 的 可 能 。 利 用
PLC 的 可 编 程 功 能 使 得 变 换 和 改 进 控 制 系 统 成 为 可 能 。
1.2.4 设 计 产 品 的 用 途 和 应 用 领 域
镗 床 是 一 种 主 要 用 镗 床 刀 在 工 件 上 加 工 孔 的 机 床 。 通 常 用 于 加
工 尺 寸 较 大 、 精 度 要 求 较 高 的 孔 。 特 别 是 分 布 在 不 同 表 面 上 、 孔 距
和 位 置 精 度 要 求 较 高 的 孔 , 如 各 种 箱 体 , 汽 车 发 电 机 缸 体 等 零 件 的
孔 。 一 般 镗 刀 的 旋 转 为 主 运 动 , 镗 刀 或 工 件 的 移 动 为 进 给 运 动 。 在
镗 床 上 除 镗 孔 外 , 还 可 以 进 行 铣 削 、 钻 孔 、 扩 孔 、 铰 孔 、 锪 平 面 等
工 件 。 因 此 镗 床 的 工 作 范 围 较 广 。 它 可 以 应 用 于 机 械 加 工 的 各 个 领
域 , 但 因 其 价 格 比 一 般 机 床 贵 好 多 , 所 以 在 比 较 大 的 加 工 车 间 才 可
见 到 。
1.3 电 气 控 制 技 术 的 发 展
电 气 控 制 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 , 从 最 早 的 手 动 控 制 到 自 动 控 制 , 从 简 单 的
控 制 设 备 到 复 杂 的 控 制 系 统 , 从 有 触 点 的 硬 接 线 控 制 系 统 到 以 计 算
机 为 中 心 的 存 储 系 统 。 现 代 电 气 控 制 技 术 综 合 应 用 了 计 算 机 、 自 动
控 制 、 电 子 技 术 、 精 密 测 量 等 许 多 先 进 的 科 学 技 术 成 果 。 作 为 生 产
机 械 的 电 机 拖 动 , 已 由 最 早 的 采 用 成 组 拖 动 方 式 , 发 展 到 今 天 无 论
是 自 动 化 功 能 还 是 生 产 安 全 性 方 面 都 相 当 完 善 的 电 气 自 动 化 系 统 。
继 电 接 触 式 控 制 系 统 主 要 由 继 电 器 、 接 触 器 、 按 钮 、 行 程 开 关
等 组 成 , 其 控 制 方 式 是 断 续 的 , 所 以 又 称 为 断 续 控 制 系 统 。 由 于 这
种 系 统 具 有 结 构 简 单 、价 格 低 廉 、维 护 容 易 、抗 干 扰 能 力 强 等 优 点 ,
至 今 仍 是 机 床 和 其 他 许 多 机 械 设 备 广 泛 采 用 的 基 本 电 气 控 制 形 式 ,
也 是 学 习 先 进 电 气 控 制 的 基 础 。 这 种 控 制 系 统 的 缺 点 是 采 用 固 定 的
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接 线 方 式 , 灵 活 性 差 , 工 作 频 率 低 , 触 点 易 损 坏 , 可 靠 性 差 。
从 20 世 纪 30 年 代 开 始 , 生 产 企 业 为 了 提 高 生 产 率 , 采 用 机 械
化 流 水 作 业 的 生 产 方 式 , 对 不 同 类 型 的 产 品 分 别 组 成 生 产 线 。 随 着
产 品 类 型 的 更 新 换 代 , 生 产 线 承 担 的 加 工 对 象 也 随 之 改 变 , 这 就 需
要 改 变 控 制 程 序 , 使 生 产 线 的 机 械 设 备 按 新 的 工 艺 过 程 运 行 , 而 继
电 接 触 器 控 制 系 统 采 取 固 定 接 线 方 式 , 很 难 适 应 这 个 要 求 。 大 型 生
产 线 的 控 制 系 统 使 用 的 继 电 器 的 数 量 很 多 , 这 种 有 触 点 的 电 器 工 作
频 率 很 低 , 在 频 繁 动 作 的 情 况 下 寿 命 较 短 , 从 而 造 成 系 统 故 障 , 使
生 产 线 的 运 行 可 靠 性 降 低 。为 了 解 决 这 个 问 题 ,20 世 纪 60 年 代 初 期
利 用 电 子 技 术 研 制 出 矩 阵 式 顺 序 控 制 器 和 晶 体 管 逻 辑 控 制 系 统 来 代
替 继 电 接 触 式 控 制 系 统 。对 复 杂 的 自 动 控 制 系 统 则 采 用 计 算 机 控 制 ,
由 于 这 些 控 制 装 置 本 身 存 在 不 足 , 因 此 均 未 能 获 得 广 泛 应 用 。 1968
年 美 国 最 大 的 汽 车 制 造 商 通 用 汽 车 ( GM)公 司 , 为 适 应 汽 车 型 号 不
断 更 新 , 提 出 把 计 算 机 的 完 备 功 能 以 及 灵 活 性 、 通 用 性 好 等 优 点 和
继 电 接 触 器 控 制 系 统 的 简 单 易 懂 、 操 作 方 便 、 价 格 低 等 优 点 结 合 起
来 , 做 成 一 种 能 适 应 工 作 环 境 的 通 用 控 制 装 置 , 并 把 编 程 方 法 输 入
方 法 简 化 。 美 国 数 字 设 备 公 司 ( DEC) 于 1969 年 率 先 研 制 出 第 一 台
可 编 程 控 制 器( 简 称 PLC),并 在 通 用 汽 车 公 司 的 自 动 装 配 线 上 试 用
获 得 成 功 。 从 此 以 后 , 许 多 国 家 的 著 名 厂 商 竟 相 研 制 , 各 自 成 为 系
列 , 而 且 品 种 更 新 很 快 , 功 能 不 断 增 强 , 从 最 初 的 逻 辑 控 制 为 主 发
展 到 能 进 行 模 拟 量 控 制 , 具 有 数 字 运 算 、 数 据 处 理 和 通 信 联 网 等 多
种 功 能 。 PLC 另 一 个 突 出 的 优 点 是 可 靠 性 很 高 , 平 均 无 故 障 运 行 可
达 10 万 小 时 以 上 , 可 以 大 大 减 少 设 备 维 修 费 用 和 停 产 造 成 的 经 济 损
失 。 当 前 PLC 已 经 成 为 电 气 自 动 化 控 制 系 统 中 应 用 最 广 泛 的 核 心 控
制 装 置 。
电 气 控 制 技 术 的 发 展 始 终 是 伴 随 着 社 会 生 产 规 模 的 扩 大 , 生 产
水 平 的 提 高 而 前 进 的 。 电 气 控 制 技 术 的 进 步 反 过 来 又 促 进 了 社 会 生
产 力 的 进 一 步 提 高 。 同 时 , 电 气 控 制 技 术 又 是 与 微 电 子 技 术 、 电 力
电 子 技 术 、 检 测 传 感 技 术 、 机 械 制 造 技 术 等 紧 密 联 系 在 一 起 的 。 21
世 纪 电 气 控 制 技 术 必 将 给 人 类 带 来 更 加 繁 荣 的 明 天 。
1.4 PLC 的 发 展 史 、 优 势 及 特 点
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1.4.1 发 展 史
可 编 程 控 制 器 PLC 诞 生 之 前 , 工 业 电 气 控 制 主 要 使 用 低 压 电 器
构 成 的 继 电 接 触 器 电 路 , 它 是 以 接 线 逻 辑 实 现 控 制 功 能 的 。 这 样 的
控 制 设 备 一 经 生 产 出 来 , 功 能 就 固 定 了 , 若 要 改 变 就 必 须 改 变 控 制
器 内 部 的 硬 件 接 线 , 使 用 起 来 不 灵 活 , 也 很 麻 烦 。 1968 年 , 美 国 最
大 的 汽 车 制 造 商 ——通 用 汽 车 公 司 ( GM) 为 了 适 应 生 产 工 艺 不 断 更
新 的 需 要 , 要 寻 找 一 种 比 继 电 器 更 可 靠 , 功 能 更 齐 全 , 响 应 速 度 更
快 的 新 型 工 业 控 制 器 , 并 从 用 户 角 度 提 出 了 新 一 代 控 制 器 应 具 备 的
十 大 条 件 , 立 即 引 起 了 开 发 热 潮 。
1969 年 , 美 国 数 字 设 备 公 司 ( DEC) 研 制 出 了 第 一 台 可 编 程 控
制 器 PDP——14 , 在 美 国 通 用 汽 车 公 司 的 生 产 线 上 适 用 成 功 , 并 取
得 了 满 意 的 效 果 , 可 编 程 控 制 器 由 此 诞 生 。
可 编 程 控 制 器 自 问 世 以 来 ,发 展 极 为 迅 速 。1971 年 ,日 本 开 始 生
产 可 编 程 控 制 器 , 1973 年 , 欧 洲 开 始 生 产 可 编 程 控 制 器 , 到 现 在 ,
世 界 各 国 的 一 些 著 名 的 电 器 工 厂 几 乎 都 在 生 产 可 编 程 控 制 器 。 可 编
程 控 制 器 已 作 为 一 个 独 立 的 工 业 设 备 被 列 入 生 产 中 , 成 为 当 代 电 控
装 置 的 主 导 。
早 期 的 可 编 程 控 制 器 主 要 由 分 立 元 件 和 中 小 规 模 集 成 电 路 组 成 ,
它 采 用 了 一 些 计 算 机 技 术 , 但 简 化 了 计 算 机 的 内 部 电 路 , 对 工 业 现
场 环 境 适 应 性 较 好 , 指 令 系 统 简 单 , 一 般 只 具 有 逻 辑 计 算 的 功 能 。
随 着 微 电 子 技 术 和 集 成 电 路 的 发 展 , 特 别 是 微 处 理 器 和 微 计 算 机 的
迅 速 发 展 , 在 20 世 纪 70 年 代 中 期 , 美 、 日 、 德 等 国 的 一 些 厂 家 在
可 编 程 控 制 器 中 开 始 更 多 地 引 入 微 机 技 术 , 微 处 理 器 及 其 他 大 规 模
集 成 电 路 芯 片 成 为 其 核 心 部 件 ,使 可 编 程 控 制 器 具 有 了 自 诊 断 功 能 ,
可 靠 性 有 了 大 幅 提 高 , 性 能 价 格 比 产 生 了 新 的 突 破 。 到 20 世 纪 80
年 代 , 可 编 程 控 制 器 都 采 用 了 微 处 理 器 ( CPU )、 只 读 存 储 器
( ROM )、 随 机 存 储 器 ( RAM ) 或 是 单 片 机 作 为 其 核 心 , 处 理 速 度
大 大 提 高 ,不 仅 增 加 了 多 种 特 殊 功 能 ,体 积 还 进 一 步 缩 小 。20 世 纪 90
年 代 末 , PLC 几 乎 完 全 计 算 机 化 , 其 速 度 更 快 , 各 种 智 能 模 块 不 断
被 开 发 出 来 , 使 其 不 断 地 扩 展 着 它 在 各 类 工 业 控 制 中 的 作 用 。
现 在 ,PLC 不 仅 能 进 行 逻 辑 控 制 ,在 模 拟 量 闭 环 控 制 、数 字 量 的
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智 能 控 制 、 数 据 采 集 、 监 控 、 通 信 联 网 及 集 散 控 制 系 统 等 各 方 面 都
得 到 了 广 泛 应 用 。如 今 ,大 、中 型 ,甚 至 小 型 PLC 都 配 有 A/D、D/A
转 换 及 算 术 运 算 功 能 , 有 的 还 具 有 PID 功 能 。 这 些 功 能 使 PLC 在 模
拟 量 闭 环 控 制 、 运 动 控 制 、 速 度 控 制 等 方 面 具 有 了 硬 件 基 础 ; 许 多
PLC 具 有 输 出 和 接 收 高 速 脉 冲 的 功 能 , 配 合 相 应 的 传 感 器 及 伺 服 设
备 , PLC 可 实 现 数 字 量 的 智 能 控 制 ; PLC 配 合 可 编 程 终 端 设 备 , 可
实 时 显 示 采 集 到 的 现 场 数 据 及 分 析 结 果 , 为 系 统 分 析 、 研 究 工 作 提
供 依 据 , 利 用 PLC 的 自 检 信 号 还 可 以 实 现 系 统 监 控 ; PLC 具 有 较 强
有 利 的 通 信 功 能 , 可 以 与 计 算 机 或 其 他 智 能 装 置 进 行 通 讯 及 联 网 ,
从 而 能 方 便 地 实 现 集 散 控 制 。功 能 完 备 的 PLC 不 仅 能 满 足 控 制 要 求 ,
还 能 满 足 现 代 化 大 生 产 管 理 的 需 要 。
近 年 来 ,可 编 程 控 制 器 的 发 展 更 为 迅 速 。展 望 未 来 ,可 编 程 控 制
器 在 规 模 和 功 能 上 将 向 两 大 方 向 发 展 : 一 是 大 型 可 编 程 控 制 器 向 高
速 、 大 容 量 和 高 性 能 方 向 发 展 ; 二 是 发 展 简 易 经 济 的 超 小 型 可 编 程
控 制 器 , 以 适 应 单 机 控 制 及 小 型 自 动 化 设 备 的 需 要 。 另 外 , 不 断 增
强 PLC 工 业 过 程 控 制 的 功 能( 模 拟 量 控 制 能 力 ),研 制 采 用 工 业 标 准
总 线 , 使 同 一 工 业 控 制 系 统 中 能 连 接 不 同 的 控 制 设 备 , 增 强 可 编 程
控 制 器 的 联 网 通 信 功 能 , 便 于 分 散 系 统 与 集 中 控 制 的 实 现 , 大 力 开
发 智 能 I/O 模 块 、 增 强 可 编 程 控 制 器 的 功 能 等 也 具 有 重 要 意 义 。
1.4.2 PLC 的 优 势 和 特 点
1.可 靠 性 高 , 抗 干 扰 能 力 强 。
高 可 靠 性 往 往 是 用 户 选 择 控 制 装 置 的 首 要 条 件 。 在 继 电 器 接 触
器 控 制 系 统 中 , 由 于 器 件 的 老 化 、 脱 焊 、 触 点 的 抖 动 以 及 触 点 电 弧
等 现 象 大 大 降 低 了 系 统 的 可 靠 性 。 而 在 PLC 系 统 中 , 大 量 的 开 关 动
作 是 由 无 触 点 的 半 导 体 电 路 来 完 成 的 , 加 上 PLC 充 分 考 虑 了 工 业 生
产 环 境 电 磁 、 粉 尘 、 温 度 等 各 种 干 扰 , 在 硬 件 和 软 件 上 采 取 了 一 系
列 抗 干 扰 措 施 , PLC 有 极 高 的 可 靠 性 。 根 据 有 关 资 料 统 计 , 目 前 个
生 产 厂 家 生 产 的 PLC, 其 平 均 无 故 障 时 间 都 大 大 超 过 了 IEC 规 定 的
10 万 小 时 , 有 的 甚 至 达 到 了 几 十 万 小 时 。
2.适 应 性 强 , 应 用 灵 活
由 于 PLC 产 品 均 成 系 列 化 生 产 , 品 种 齐 全 , 多 数 采 用 模 块 式 的
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yyyyyyhhh222
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