X62W万能铣床电控系统的PLC设计8004.pdf

-1-X62W 万能铣床电控系统的 PLC 设计 摘要 本设计讲述了 X62W 万能铣床电气控制线路的工作原理，说明了用 PLC 改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。最早的铣床是美国人惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于 1862 年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884 年前后又出现了龙门铣床；二十世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-决速”或“决速-进给”的自动转换。1950 年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是 70 年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。第一章主要介绍铣床国内外研究状况和发展趋势和铣床简单介绍，包括铣床的选型和特点。第二章 X62W 万能铣床硬件设计主要包括 X62W 万能铣床电力拖动的特点及控制要求和 X62W 万能铣床元件选型还有 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式，第三章主要分析电路的工作原理。第四章是介绍软件部分及其 PLC 的基本知识。关键词 X62W 万能铣床；电气控制系统；PLC；梯形图 -2-目录 第 1 章 概述.3 1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势.3 1.2 铣床简单介绍.4 第 2 章 X62W 万能铣床硬件设计.5 2.1 X62W 万能铣床电力拖动的特点.5 2.2 X62W 万能铣床元件选型.6 2.3 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式.7 2.4 控制要求.8 第三章 电气控制原理.9 3.1 电气原理图.9 3.2 主电路分析.10 3.3 控制电路分析.10 第四章 X62W 万能铣床软件设计.12 4.1 PLC 的基本定义.12 4.2 X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 设计.13 4.3 现场信号与 PLC 软继电器对照表.15 4.4 PLC 梯形图.16 第五章 总结.18 致谢.18 参考文献.19 -3-第 1 章 概述 1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势 自从 1969 年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用 PLC 机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美。在我国 7080 年代大多数铣床中，大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制，也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此，继电器本身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用 PLC 对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。自动铣床的发展及现状：从上世纪 80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予较大的关注。经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于80 年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。表 1 以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。X62W 铣床综合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。X62W 铣床是由普通机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。万能铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。-4-可编程序控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能有成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需要安排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器损坏，甚至某个继电器触头接触不良，都回影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查排除故障又是非常困难的，全靠电气技术人员长期积累经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量很大，甚至需要重新设定控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，是电气控制系统工作更可靠，更容易维修，更能适应经常变化的生产工艺要求。可编程控制器(Programmable Controller)简称 PC，在办公自动化和工业自动化中广泛使用的个人计算机（Personal Computer）也简称 PC，为了避免混摇，现在一般将可编程序控制器简称为 PLC(Programmable Logic Controller)。随着可编程控制器在国内的运用和推广，人们找到了万能铣床较理想的控制系统，即 PLC 控制系统。由于其具有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于对万能铣床的控制，获得广泛的推广。现在万能铣床已全部采用 PLC 控制，结束了近二十年使用继电控制的历史。本文主要以该厂对 PLC 控制系统的研究，推广介绍可编程控器在万能铣床上的应用。自从 1969 年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用 PLC 机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。1988年开始将可编程序控制器应用在万能铣床上，至今使用情况一直良好。国外生产 PLC 的厂家很多，最著名的有美国 A-B 公司和 GE-FANUC 公司，日本的欧姆龙公司和三菱公司，德国 AEG 公司和西门子公司，法国的 TE 公司。它们号称 PC 领域的大雄，代表 PC 的最高水平。它们在中国都有各自的代理商，很容易买到其产品。国产 PLC 以小型为主，多数为仿制产品，I/0 点均在 128 点以下。主要厂家有上海工业自动化仪表研究所，苏州电子计算机厂，北京机械工业自动化研究所，无锡华光电子工业公司，中科院自动化研究所，上海香岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算，顺序运算。1.2 铣床简单介绍 1.2.1 铣床的选型 X62W 万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，是一种较为精密的加工设备，它采用继电接触器电路实现电气控制。PLC 专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将 X62W 万能铣床-5-电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。1.2.2 X62W 机床特点（1）能完成很多普通机床难以加工或者根本不能加工的复杂型面的加工。（2）采用 X62W 铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。（3）采用 X62W 可以比普通机床提高 23 倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。（4）此机床具有柔性，只需更换程序，就可以适应不同品种及尺寸规格零件的自动加工。（5）大大的减轻了工人的劳动强度。万能铣床是一种高效率的加工机械,在机械加工和机械修理中得到广泛的应用，万能铣床的操作是通过手柄同时操作电气与机械,以达到机电紧密配合完成预定的操作,是机械与电气结构联合动作的典型控制,是自动化程度较高的组合机床。但是在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长,给生产与维护带来诸多不便,严重地影响生产。本文所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造而成,经实际运行证明该PLC控制系统无论是硬件还是软件,控制稳定可靠,具有极高的可靠性与灵活性,更容易维修,更能适应经常变动的工艺条件，取得了较好的经济效益。第 2 章 X62W 万能铣床硬件设计 2.1 X62W万能铣床电力拖动的特点（1）铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反转，因正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改变电源相序实现。（2）由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯性轮，故主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。（3）铣床的工作台要求有前后、左右、上下 6 个方向的 进给运动和快速移动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机械离合器相配合来实现。进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完成。圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。（4）根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施：为了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速运动。为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。-6-该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动 6 个方向的连锁。主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都要求变速后顺时点动。当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和铣床。（5）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。2.2 X62W 万能铣床元件选型 表 2-1 铣床的电机参数参照表 符号 名称 型号 规格 件数 作用 M1 主轴电动机 Y132M4B3 75KW，380V，1450r/min 1 主轴传动 M2 进给电动机 Y90L4 15KW,380V,1400r/min 1 进给传动 M3 冷却泵电动机 JCB22 0125KW,380V,2790r/min 1 冷却泵传动 表 2-2 铣床的基本元件一览表 符号 名称 型号 规格 件数 作用 KM1 接触器 CJO20 20A,110V 1 主轴启动 KM2 接触器 CJO10 10A,110V 1 快速进给 KM3 接触器 CJO10 10A,110V 1 M2 正转 KM4 接触器 CJO10 10A,110V 1 M2 反转 KS 速度继电器 JY1 2A 1 反接制动 SB1、2 按钮 LA2 绿色 2 M1 启动按钮 SB3、4 按钮 LA2 黑色 2 快速进给按钮 SB5、6 按钮 LA2 红色 2 M1 停止按钮 SA1 转换开关 HZ110/E16 三极 1 换刀开关 SA2 转换开关 HZ110/E16 三极 圆工作台转换 SA3 转换开关 HZ110/E16 三极 M1 换向开关 SQ1 限位开关 LX111K 开启式 1 向右进给 SQ2 限位开关 LX111K 开启式 1 向左进给 SQ3 限位开关 LX2131 单轮，自动复位 1 向前、向下进给 SQ4 限位开关 LX2131 单轮，自动复位 1 向后、向上进给 SQ5 限位开关 LX311K 开启式 1 快速与进给转换 SQ6 限位开关 LX311K 开启式 1 主轴变速冲动 SQ7 限位开关 LX311K 开启式 1 进给变速冲动 QS1 转换开关 HZ160/E26 三极 1 电源总开关 QS2 转换开关 HZ160/E26 三极 1 冷却泵开关 FR1 热继电器 JRQ40 11A、3A 1 M1 过载保护 FR2 热继电器 JR1010 3A、5A 1 M3 过载保护 FR3 热继电器 JR1010 0.415A 1 M2 过载保护 FU1 熔断器 RL1 30A 3 总电源短路保护 FU2 熔断器 RL1 10A 3 进给短路保护 FU3、FU6 熔断器 RL1 6A 2 控制电路短路保护-7-FU4、FU5 熔断器 RL1 4A 2 照明电源短路保护 VC 整流器 ZCZX4 5A，50V 1 整流作用 TC 变压器 BK50 380/36V 1 照明变压器 TC1 变压器 BK150 380/127V 1 控制电路变压器 YC1 电磁离合器 B1DLIII 1 主轴制动 YC2 电磁离合器 B1DLII 1 正常进给 YC3 电磁离合器 B1DLII 1 快速进给 R 电阻 ZB2 1.45W、15.4A 2 限制制动电阻 2.3 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式 X62W 型万能铣床的外形结构如图 2-1 所示，它主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可转动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动）。工作台上有 T 形槽用来固定工件。这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6 个方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作台的旋转运动、在各个方向的快速移动则属于辅助运动。1床身（立柱）2主轴 3刀杆 4悬梁 5支架 6工作台 7回转盘 8横溜板 9升降台 10底座 图 2-1 铣床外部结构图-8-2.4 控制要求（1）主轴电动机 M1 有三种控制：正反转起动，反接制动和变速冲动。（2）工作台进给电动机 M2 有三种控制：进给、快速移动和变速冲动。（3）M3 拖动冷却泵提供冷却液，只需单向运行。（4）为了能及时实现控制，机床设置了两套操纵系统，再机床正面及侧 都安装了相同的按钮、手轮和手柄，操作方面，以实现两地控制。（5）为了保证安全，防止事故，机床有顺序的动作，采用了联锁。（6）三台电动机都设有过载保护，控制线路设有短路保护，工作台的六个方向，都设有终端保护。-9-第三章 电气控制原理 3.1 电气原理图 图 3-1 X62W 卧式铣床电气原理图 该铣床共用 3 台异步电动机拖动，它们分别是主轴电动机 M1、进给电动机 M2 和冷却泵电动机 M3。X62W 万能铣床的电路如图 3-1 所示，该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。-10-3.2 主电路分析 主轴电动机 M1 拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关 SA3 来实现正反转；进给电动机 M2 通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下 6 个方向的进给运动和快速移动，其正反转由接触器 KM3、KM4 来实现；冷却泵电动机 M3 供应切削液，且当 M1 启动后，用手动开关 QS2 控制；3 台电动机共用熔断器 FU1 作短路保护，3 台电动机分别用热继电器 FR1、FR2、FR3 作过载保护。3.3 控制电路分析 控制电路的电源由控制变压器 TC 输出 110V 电压供电。（1）主轴电动机 M1 的控制 主轴电动机 M1 采用两地控制方式，SB1 和 SB2 是两组启动按钮，SB5 和 SB6 是两组停止按钮。KM1 是主轴电动机 M1 的启动接触器，YC1 是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主轴变速时瞬时点动的位置开关。1）主轴电动机 M1 启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合上电源开关 QS1，再把主轴换向开关 SA3 扳到所需要的转向。按下启动按钮 SB1（或 SB2），接触器 KM1 线圈得电，KM1 主触头和自锁触头闭合，主轴电动机 M1 启动运转，KM1 常开辅助触头（9-10）闭合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮 SB5（或 SB6），SB5-1（或 SB6-1）常闭触头分断，接触器 KM1 线圈失电，KM1 触头复位，电动机 M1 断电惯性运转，SB5-2（或SB6-2）常开触头闭合，接通电磁离合器 YC1，主轴电动机 M1 制动停转。2）主轴换铣刀时将转换开关 SA1 扳向换刀位置，这时常开触头 SA1-1 闭合，电磁离合器 YC1 线圈得电，主轴处于制动状态以便换刀；同时常闭触头 SA1-2 断开，切断了控制电路，保证了人身安全。3）主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关 SQ1，通过 M1 点动，使齿轮系统产生一次抖动，以便于齿轮顺利啮合，且变速前应先停车。（2）进给电动机 M2 的控制 工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在3个坐标的6个方向运动，进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关使进给电动机 M2 正转或反转来实现的，并且 6 个方向的运动是联锁的，不能同时接通。1）当需要圆形工作台旋转时，将开关 SA2 扳到接通位置，这时触头 SA2-1 和 SA2-3断开，触头 SA2-2 闭合，电流经 1013141520191718 路径，使接触器 KM3得电，电动机 M2 启动，通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动。转换开关 SA2 扳到断开位置，这时触头 SA2-1 和 SA2-3 闭合，触头 SA2-2 断开，以保证工作台在 6 个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动和 6 个方向的进给运动也是联锁的。2）工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关 SQ5 和 SQ6联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见表 1。当手柄扳向中间位置时，位置开关 SQ5和 SQ6 均未被压合，进给控制电路处于断开状态；当手柄扳向左或右位置时，手柄压下位-11-置开关 SQ5 或 SQ6，使常闭触头 SQ5-2 或 SQ6-2 分断，常开触头 SQ5-1 或 SQ6-1 闭合，接触器 KM3 或 KM4 得电动作，电动机 M2 正转或反转。由于在 SQ5 或 SQ6 被压合的同时，通过机械机构已将电动机 M2 的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电动机M2 的正转或反转就拖动工作台向左或向右运动。表 31 工作台左右进给手柄位置及其控制关系 手柄位置 位置开关动作 接触器动作 电动机 M2 转向 传动链搭合丝杠 工作台运动方向 左 SQ5 K 正转 左右进给丝杠 向左 中 停止 停止 右 SQ6 K 反转 左右进给丝杠 向右 工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位置开关 SQ3 和 SQ4 联动，有上、下、前、后、中 5 个位置，其控制关系见表 2。当手柄扳至中间位置时，位置开关 SQ3 和 SQ4 均未被压合，工作台无任何进给运动；当手柄扳至下或前位置时，手柄压下位置开关 SQ3 使常闭触头 SQ3-2 分断，常开触头 SQ3-1 闭合，接触器 KM3 得电动作，电动机 M2 正转，带动着工作台向下或向前运动；当手柄扳向上或后时，手柄压下位置开关SQ4，使常闭触头 SQ4-2 分断，常开触头 SQ4-1 闭合，接触器 KM4 得电动作，电动机 M2反转，带动着工作台向上或向后运动。当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开关 SQ3、SQ4、SQ5、SQ6 中的一个开关，接通电动机 M2 正转或反转电路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠）中的一根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工作台沿选定的进给方向运动，而不会沿其他方向运动。表 32 工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系 左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制，如当把左右进给手柄扳向左时，若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向，则位置开关 SQ5 和 SQ3 均被压下，触头 SQ5-2 和 SQ3-2均分断，断开了接触器 KM3 和 KM4 的通路，电动机 M2 只能停转，保证了操作安全。3）6 个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮配合实现的。安装好工件后，扳动进给操作手柄选定进给方向，按下快速移动按钮 SB3 或 SB4（两地控制），接触器 KM2 得电，KM2 常闭触头分断，电磁离合器 YC2 失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离；KM2 两对常开触头闭合，一对使电磁离合器 YC3 得电，将电动机 M2 与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器 KM3 或 KM4 得电动作，电动机 M2 得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工作台的快速移动采用的是点动控制，故松开 SB3 或 SB4，快速移动停止。手柄位置 位置开关动作 接触器动作 电动机 M2 转向 传动链搭合丝杠 工作台运动方向 上 下 中 前 后 SQ4 SQ3 SQ3 SQ4 KM4 KM3 KM3 KM4 反转 正转 停止 正转 反转 上下进给丝杠 上下进给丝杠 前后进给丝杠 前后进给丝杠 向上 向下 停止 向前 向后-12-4）进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关 SQ2 使 M1 产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。第四章 X62W 万能铣床软件设计 4.1 PLC 的基本定义 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(Programmable Logic Controller)，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 PLC。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 1020ms.（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；控制阀等直接连接。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-13-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。4.2 X62W 万能铣床电气控制线路的 PLC 设计 X62W 万能铣床电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变，在控制电路中，变压器 TC 的输出及整流器 VC 的输出部分去掉。用可编程控制器改造后的 PLC 硬接线如图 4-2 所示，为了保证各种联锁功能，将 SQ1SQ6,SB1SB6 按图示分别接入 PLC 的输入端，换刀开关 SA1 和圆形工作台转换开关 SA2 分别用其一对常开和常闭触头接入 PLC 的输入端子。输出器件分两个电压等级，一个是接触器使用的 110V 电压，另一个是电磁离合器使用的 36V 直流电，这样也将 PLC 的输出口分为两组连接点。根据输入输出口的数量，可选择三菱 FX2N32MR 型 PLC。X62W 型万能铣床电器位置图如图 4-1 所示，所有的电器元件均可采用改造前的型号。根据 X62W 万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的 PLC 控制梯形图，如图 4-3所示。该程序共有 8 条支路，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。在第 1 支路中，因SQ1 和 SB5、SB6 都采用常闭触头分别接至输入端子 X13、X2，则 X13、X2 的常开触点闭合，按下启动按钮 SB1 或 SB2 时，X0 常开触点闭合，Y0、M0 线圈得电并自锁，第 3 支路中 Y0 常开触点闭合，辅助继电器 M1 线圈得电，其常开触点闭合，为第 4 支路以下程序执行做好准备，保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y0 的输出信号使主轴电动机 M1 启动运转。当按停止按钮 SB5 或 SB6 时，X2 常开触点复位，Y0 线圈失电，主轴惯性运转，同时 X3 常开触点闭合，Y4 线圈得电接通电磁离合器 YC1，主轴制动停转。第 2 支路表达了KM2 及 YC3 的工作逻辑，当按下快速移动按钮 SB3 或 SB4 时，X1 常开触点闭合，则 Y1及 Y5 线圈得电，KM2 常闭触头断开，电磁离合器 YC2 失电，YC3 得电，工作台沿选定方向快速移动；松开 SB3 或 SB4 则 YC2 得电，YC3 失电，快速移动停止。第 4、5、6、8 支路表达了工作台六个方向的进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换开关 SA2 动作，4、5 支路中 X5 的常开触点分断，第 6 支路中 X5 常闭触头复位，M4 及Y2 线圈得电，使 KM3 得电，电动机 M2 启动，圆形工作台旋转；当 SA2 复位时，M4、Y2线圈失电，圆形工作台停止旋转。左右进给时，SQ5 或 SQ6 被压合，X6 常开触点复位，第5、6 支路被分断，而 X10 或 X11 常开触点闭合，M2（其常开触点使 Y2 线圈得电）或 Y3线圈得电，电动机 M2 正转或反转，拖动工作台向左或向右运动。同样，工作台上下、前后进给时，SQ3 或 SQ4 被压合，X7 常开触点复位，第 5、6 支路被分断，M2 或 Y3 线圈得电，电动机 M2 正转或反转，拖动工作台按选定的方向（上、下、前、后中某一方向）作进给运动。该程序及 PLC 的硬接线不仅保证了原电路的工作逻辑关系，而且具有各种联锁措施，电气改造的投资少、工作量较小。-14-图 4-1 X62W 型万能铣床电器位置图 4-2 PLC 外部接线图-15-4.3 现场信号与 PLC 软继电器对照表 分类 信号名称 现场信号 PLC 线圈编号 输入信号 M1 启动按钮 SB1、SB2 X0 快速进给点动 SB3、SB4 X1 停止制动按钮 常闭 SB5、SB6 X2 常开 SB5、SB6 X3 信号名称 现场信号 PLC 线圈编号 输入信号 换刀开关 SA1 X4 圆工作台开关 SA2 X5 左右进给 SQ5、SQ6 X6 上下前后进给 SQ3、SQ4 X7 常开 SQ3、SQ5 X10 常开 SQ4、SQ6 X11 进给冲动 SQ2 X12 主轴冲动 SQ1 X13 输出信号 主轴启动接触器 KM1、KM2 Y0、Y1 M2 正转接触器 KM3 Y2 M2 反转接触器 KM4 Y3 正常进给电磁阀 YC2 COM 主轴制动电磁阀 YC1 Y4 快速进给电磁阀 YC3 Y5-16-4.4 PLC 梯形图 图 4-3 PLC 梯形图 -17-PLC 指令表 序号 指令名称 数据 序号 指令名称 数据 0000 LD X0 0018 OR X6 0001 OR M0 0019 AND X5 0002 AND X2 0020 AND M1 0003 ANI X13 0021 MPS 0004 ANI X4 0022 AND X10 0005 OUT Y0 0023 OUT M2 0006 AND X13 0024 MPP 0007 OUT M0 0025 AND X11 0008 LD X1 0026 OUT Y3 0009 AND X2 0027 LDI X12 0010 OUT Y1 0028 AND X6 0011 OUT Y5 0029 AND X7 0012 LD Y1 0030 AND X5 0013 OR Y0 0031 AND M1 0014 AND X2 0032 OUT M3 0015 OUT M1 0033 LD X12 0016 LD X12 0034 AND X6 0017 AND X7 0035 AND X7 序号 指令名称 数据 序号 指令名称 数据 0036 ANI X5 0042 LD M2 0037 AND M1 0043 OR M3 0038 OUT M4 0044 OR M4 0039 LD X3 0045 OUT Y2 0040 OR X4 0046 0041 OUT Y4 0047 -18-第五章 总结 常用的万能铣床有两种:一是卧式万能铣,型号为 X62W;另一种为立式万能铣,型号为X53K。万能铣床是一种高效率的加工机械,在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。X62W 型卧式万能铣床的电气控制系统,存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点,本文提出了用 PLC 对 X62W 型万能铣床的继电器接触式控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益 X62W 万能铣床是一种高效率的加工机械，万能铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型控制。但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，这给生产与维护带来诸多不便。随着工业自动化的发展，生产设备和自动生产线的控制系统必需具有极高的可靠性与灵活性，这就需要使用智能化程度高的控制系统来取代传统的控制系统。基于这些问题，本文提出了利用三菱 PLC 和对 X62W 型卧式万能铣床的继电接触式电控系统进行技术改造的方案。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。在这个过程中我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识与体会，并在学习和实践过程中增长了知识。丰富了经验。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与调试的过程来进行。系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程。在设计过程中，要边学习边实践，遇到新的问题就不断探索和努力，即可使问题得到解决。在设计中体会到理论必须和实践相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多的差异，出现了很多意想不到的问题。许多问题在书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到控制要求的系统。致谢 在理论知识学习的基础上，对 X62W 卧式铣床的结构及运动形式进行了分析，通过细致的分析铣床的电气原理图，制定出了初步的元件替换方案，对原继电器进行 PLC 软继电器代换，画出其梯形图与外部接线图，并列出指令表。通过此设计，可以使我们了解到 X62W 万能铣床的电气控制系统的结构和 PLC 控制的原理，简单工作原理。也可以对以前所学的电机与电气控制更系统更全面的复习一遍，对遗忘的知识点又有了更深一层的认识,经过几周的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，设计草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是老师仍然细心地纠正设计中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。-19-参考文献 1 李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练.北京：中国劳动社会保障出版社，2001.2 王国海,沈蓬.可编程序控制器及其应用.北京:中国劳动社会保障出版社,2001.3 廖常初，设备改造中的 PLC 梯形图设计方法，电工技术杂志 2001.9 4 张万忠，可编程序控制器应用技术，北京：化学工业出版社 2002 5 谭维瑜，电机与电气控制，北京：机械工业出版社 2003.12 6工厂电器控制技术 清华大学出版社 7电子技术与应用 机械工业出版社 8PLC 编程及应用 机械工业出版社 9流行 PLC 实用程序及设计 西安电子科技大学出版社 10数控机床电气控制 高等教育出版社 11机电类专业毕业设计指南 机械工业出版社 12模拟电路 机械工业出版社 13数字电路 机械工业出版社 14陈远龄.机床电气自动控制M.重庆大学出版社，1997.15吕景泉.可编程序控制器及其应用M.北京：机械工业出版社，2001.16杨长能，张光毅.可编程序控制器基础及其应用M.重庆大学出版社，1992.17实用模拟电子设计技术