2022年铣床电气控制系统设计与改进 .pdf

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1、铣床电气控制设计与改进-I- 摘要铣床（ milling machine）系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件和铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。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。PLC（可编程序控制器）是一种专业在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子设备。采用可编程序控制器对X62W 铣床传统的电气控制系统进行改造，简单介绍了X62W 的用途，结构和运动形式，详细阐述了改造设计方案。根据X62W 铣床继电器控制电路的组成，确定 PLC 的输入输出点数，并进行PLC 型号选择，依

2、据其继电器控制电路的工作原理，给出了X62W 型万能铣床 PLC 控制改造的设计梯形图，提高了 X62W 卧式铣床电气控制系统的可靠性和干扰能力，并借助组态软件 MCGS 实现了 X62W 的远程监控及操作。关键词： PLC X62W 万能铣床电气控制名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-II- Abstract The milling machine is one kind of machi

3、ne which main use the cutter processing a variety of surfaces on the workpiece.Usually cutter rotary motion is the main movement,the movement of the workpiece and cutter is feed motion.It can machining flat,groove,also can machining all kinds of surfaces,gear.The milling machine can process more com

4、plex type of surface, more efficient than the planer,is widely used in machinery manufacturing and repair department . PLC (programmable logic controller) is a professional digital computing operations electronic equipment designed in industrial environment.Use PLC transform the electric control sys

5、tem of traditional X62W milling machine,simple introduced the X62W purposes,structure and motion form,transformation design scheme is expounded in detail.According to the composition of X62W milling machine relay control circuit.Determine the input and output points of PLC,and the PLC model selectio

6、n.According to the working principle of the relay control circuit,gives the X62W type universal milling machine PLC control design of ladder diagram,to improve the reliability of electric control system of X62W horizontal milling machine and interference ability,with the help of configuration softwa

7、re MCGS to realize the remote monitoring and operation of X62W. Keywords: PLC, X62W milling machine, electric control 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-III- 目录摘要 . IAbstract . II 目录 . III 前言 . 11 铣床的工作原理简介 . 21.1

8、铣床简介 . 21.2 铣床的型号及其含义 . 32 X62W万能铣床电气控制 . 42.1 X62W 万能铣床的主要结构及运动特点 . 42.1.1 X62W 万能铣床的主要结构 . 41.2.2 X62W 铣床运动特点 . 52.3 X62W 万能铣床电气控制线路分析 . 63 可编程控制器概述及应用. 14 3.1 可编程控制器的产生和定义. 14 3.2 可编程控制器的分类及编程语言. 16 3.2.1 PLC 的分类 . 16 3.2.2 PLC 编程语言 . 16 3.2.3 可编程控制器的应用和发展. 16 3.3 PLC的特点 . 18 3.4 PLC的基本组成 . 20 3.

9、4.1 PLC 的硬件结构 . 20 3.4.2 PLC 的软件结构 . 23 3.5 PLC的工作原理 . 23 3.5.1 可编程控制器的工作原理. 23 3.5.2 可编程控制器的工作过程. 24 3.6 PLC的选型 . 25 3.6.1 PLC 输入回路 . 25 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-IV- 3.6.2 输出回路 . 26 4 X62W万能铣床电气控制线路的PLC改

10、造 . 28 4.1 X62W 铣床 PLC 控制系统的分析 . 28 4.2 PLC的 I/O 端口的分配 . 28 4.3 PLC程序设计 . 30 4.3.1 X62W 万能铣床 PLC 控制梯形图 . 32 4.4 X62W 万能铣床 PLC 改造后的运行调试 . 32 5 PLC控制与电气控制的区别. 34 总结 . 36 致谢 . 37 参考文献 . 38 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控

11、制设计与改进-1- 前言自 20世纪 60年代美国推出可编程逻辑控制器 （Programmable Logic Controller, PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。 同时，PLC 的功能也在不断完善。 随着计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需要的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用，电气控制与PLC 应用技术在各个领域也得到越来越广泛的应用，掌握电气控制与PLC 应用技术对提高我国工业自动化水平

12、和生产效率具有重要的意义。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。 电气系统是其中的主干部分， 在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用。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， 各种参考文献也数不胜数。在我国 7080年代大多

13、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-2- 1 铣床的工作原理简介1.1 铣床简介在金属切削机床中， 铣床的数量占有非常大的比例。铣床可用来加工平面、斜面、沟槽等。装上分度头，可以

14、铣切直齿轮和螺旋面。若装上圆工作台，可铣切凸轮和弧形槽。以常用的立铣和卧铣来说，刀具(铣刀)的旋转运动称为主运动，工件(工作台 )的移动或进给箱的移动称为进给运动，辅助运动有工作台的快速移动及工作台的旋转运动。主运动与进给运动没有比例协调的要求，为缩短传动链和便于分别控制，大多数铣床将主轴和工作台分别用单独的电机拖动， 对于中小型铣床来说， 一般用普通三相异步电动机拖动。铣削是一种高效率的加工方式，铣刀的旋转是主运动， 工作台的上下、左右、前后运动都是进给运动，其他的运动，如工作台的旋转运动则是辅助运动。铣床的种类很多， 按照结构型式和加工性能的不同，可分为立式铣床、卧式铣床、仿形铣床、龙门铣

15、床和专用铣床等。万能铣床是一种通用的多用途机床， 它可以用圆柱铣刀、 圆片铣刀、成型铣刀及端面铣刀等工具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还可以加装万能铣头和圆工作台来扩大加工范围。目前，万能铣床常用的有两种，一种是卧式万能铣床，铣头水平放置，型号为X62W；另一种是立式万能铣床，铣头垂直放置，型号为X52K。这两种铣床结构大体相似， 差别在于铣头的放置方向上， 而工作台进给方式，主轴变速等都一样，电气控制线路经过系列化以后，也是一样的，只不过容量不同。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

16、几点接触器电路实现电气控制， PLC 转为工业环境应用而设计， 其显著的特点名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-3- 之一就是可靠性高，抗干扰能力强，将X62W 万能铣床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 铣床的型号及其含义铣床的型号如下表示： 如 XQ6225，X 表示铣床，Q 表示轻便铣床，6 表示卧式铣床，2 表示万

17、能升降台铣床，25 表示工作台宽度的1/10(250mm)。铣削加工能达到的精度等级为IT97 级，表面粗糙度Ra=6.31.6 m。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-4- 2 X62W 万能铣床电气控制2.1 X62W 万能铣床的主要结构及运动特点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

18、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。2.1.1 X62W 万能铣床的主要结构图 2.1 X62W 万能铣床外形图X62W 型万能铣床的外形结构如图所示，它主要由床身、主轴、刀名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-5- 杆、悬梁、工作台

19、、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。2.1.2 X62W 铣床运动特点（1）主运动：主轴带动铣刀的旋转运动。铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，所以要求主轴电动机能正转和反转，用组合开关来控制主轴电动机的正转和反转。铣削加工是一种不连续的切削加工方式， 为减小

20、振动， 主轴上装有惯性轮， 但这样会造成主轴停车困难，为此主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。铣削加工过程中需要主轴调速， 采用改变变速箱的齿轮传动比来实现，主轴电动机不需要调速。（2）进给运动：加工中工作台的上下、左右、前后运动及圆工作台的运动。铣床的工作台要求有前后、 左右和上下六个方向上的进给运动和快速移动，所以要求进给电动机能正反转。为扩大加工能力，在工作台上可加装圆形工作台， 圆形工作台的回转运动由进给电动机经传动机构驱动。为保证机床和刀具的安全， 在铣削加工时，任何时刻工件都只能有一个方向的进给运动， 因此采用机械操作手柄和行程开关相配合的方式实现六个运动方向的联锁。 为防

21、止刀具和机床的损坏， 要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动； 同时为了减小加工件的表面粗糙度，要求进给停止后，主轴才能停止或同时停止。进给变速采用机械方式实现，进给电动机不需要调速。（3）辅助运动：工作台在各个方向的快速移动及主轴和进给的变速冲动。工作台的快速运动是指工作台在前后、左右和上下六个方向之一上的快速移动。 它是通过快速移动电磁离合器的吸合，改变机械传动链的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制

22、设计与改进-6- 传动比实现的。为保证变速后齿轮能良好啮合，主轴和进给变速后， 都要求电动机做瞬时点动，即变速冲动。2.2 X62W万能铣床电气控制线路分析X62W 万能铣床的电气控制线路。 分为主电路， 控制电路和照明电路三部分。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-7- 图 2.2 X62W 万能铣床的电气控制线路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

23、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-8- （1）主轴电动机M1 的控制。主电路中共有三台电动机，M1 是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；M2 是工作台进给电动机，拖动升降台及工作台进给； M3 是冷却泵电动机，供应冷却液。每台电动机均有热继电器作过载保护。M1 由交流接触器KM1 控制，为操作方便， 在机房的不同位置各安装了一套启动和停止按钮；SB2 和 SB6 装在床身上，SB1 和SB5 装在升降台上。对M1 的控制包括有主轴的启动、停止制动、换刀制

24、动和变速冲动。启动：在启动前先按照顺铣或逆铣的工艺要求，用组合开关SA3 预先确定M1 的转向。按下SB1 或 SBKM1 线圈通电 M1启动运行，同时KM1 动合辅助触点（713）闭合为KM3 、 KM4线圈支路接通做好准备。SA3 的功能如下表所示。表 2.1 主轴转换开关位置表触点位置正转停止反转SA3-1- - + SA3-2+ - - SA3-3+ - - SA3-4- - + 停车与制动：按下SB5 或 SB6SB5 或 SB6 动合触点断开（35 或 13）KM1 线圈断电， M1 停车 SB5 或 SB6 动合触点闭合（ 105107）制动电磁离合器YC1 线圈通电 M1 制动

25、。制动电磁离合器YC1 装在主轴传动系统与M1 转轴相连的第1根传动轴上，当YC1 通电吸合时，将摩擦片压紧，对M1 进行制动。停转时，应按住SB5 或 SB6 直至主轴停转才能松开，一般主轴的制动时间不超过0.5s。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-9- 主轴的变速冲动：主轴的变速冲动是通过改变齿轮的传动比实现的。在需要变速是， 将变速手柄拉出，转动变速盘至所需的转速，然后将变速手柄复

26、位。在手柄复位的过程中，在瞬间压动了行程开关 SQ1，手柄复位后， SQ1 也随之复位。在SQ1 动作的瞬间， SQ1的动合触点（ 57）先断开其他支路，然后动合触点（19）闭合，点动控制KM1 ，使 M1 产生瞬间的冲动，利用齿轮的啮合；如果点动一次齿轮还不能啮合，可重复进行上述动作。主轴换刀控制：在上刀或换刀时，主轴应处于制动状态，以避免发生事故。只要将换刀制动开关SA1 拔至“接通”位置，其动断触点 SA1-2（46）断开控制电路，保证在换刀时机床没有任何动作；其动合触点SA1-1（105107）接通 YC1 ，使主轴处于制动状态。换刀结束后，要记住将SA1 扳回“断开”位置。（2）进给

27、运动控制。工作台的进给运动分常速（工作）进给和快速进给，常速进给必须在 M1 启动运行后才能进行，而快速进给属于辅助运动，可以在 M1 不启动的情况下进行。工作台在6 个方向上的进给运动是由机 械 操作 手 柄 带 动 相 关 的 行 程 开 关 SQ3SQ6,通 过 控 制 接 触 器KM3 、KM4 来控制进给电动机M2 正反转实现。行程开关SQ5 和SQ6 分别控制工作台的向右和向左运动，SQ3 和 SQ4 则分别控制工作台的向前、向下和向后、向上运动。进给拖动系统使用的两个电磁离合器YC2 和 YC3 都安装在进给传动链中的第4 根传动轴上。当YC2 吸合而 YC3 断开时，为常速进给

28、；当YC3 吸合而 YC2 断开时，为快速进给。工作台的纵向进给运动：工作台的纵向（左右）进给运动是由“工作台纵向操纵手柄”来控制的。 手柄有 3 个位置： 向左、向右、零位（停止） 。其控制关系如下表所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-10- 表 2.2 工作台纵向进给开关位置触点位置左停右SQ5-1- - + SQ5-2+ + - SQ6-1+ - - SQ6-2- + + 将纵

29、向进给操作手柄扳向右边行程开关SQ5 动作其动断触点 SQ52(2729)先断开，动合触点SQ51（21 23）后闭合KM3 线圈通过（ 13151719212325）路径通电M2正转工作台向右运动。若将操作手柄扳向左边，则SQ6 动作 KM4线圈通电 M2反转工作台向左运动。SA2 为圆工作台控制开关，此时应处于“断开”位置，3 组触点状态为 SA21、SA23 接通， SA22 断开。工作台的垂直与向进给运动：工作台垂直与横向进给运动由一个十字形手柄有上、下、前、后和中间5 个位置，其对应的运动状态如下表所示。将手柄扳至向下或向上位置时，分别压动行程开关SQ3 或 SQ4，控制 M2 正转

30、或反转，并通过机械传动机构使工作台分别向下和向上运动；而当手柄扳至向前或向后位置时，虽然同样是压动行程开关SQ3 和 SQ4，但此时机械传动机构使工作台分别向前和向后运动。当手柄在中间位置时，SQ3 和 SQ4 均不动作。下面就是以向上运动的操作为例分析电路的工作情况，其余的可自行分析。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-11- 表 2.3 工作台横向与垂直操纵手柄功能手柄位置工作台运动方

31、向离合器接通的丝杆行程开关动作接触器动作电动机运转向上向上进给或快速向上垂直丝杆SQ4KM4M2 反转向下向下进给或快速向下垂直丝杆SQ3KM3M2 正转向前向前进给或快速向前横向丝杆SQ3KM3M2 正转向后向后进给或快速向后横向丝杆SQ4KM4M2 反转中间升降或横向停止横向丝杆- - 停止将十字形手柄扳至“向上”位置，SQ4 的动作断触点SQ41先断开， 动合触点SQ41 后闭合 KM4 线圈经（ 13 272919213133）路径通电M2 反转工作台向上运动。进给变速冲动：与主轴变速时一样，进给变速时也需要使M2瞬间点动一下，使齿轮易于啮合。进给变速冲动由行程开关SQ2控制，在操纵进

32、给变速手柄和变速盘时，瞬间压动了行程开关SQ2，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-12- 在 SQ2 通电的瞬间，其动断触点SQ21(1315)先断开而动合触点 SQ22（1523）后闭合，使KM3线圈经（ 1327291917152325）路径通电， M2 正向点动。由KM3 的通电路径可见：只有在进给操作手柄均处于零位（即SQ3SQ6 均不动作）时，才能进行进给变速冲动。工作台快速进

33、给的操作：要使工作台在6 个方向快速进给，在按常速进给的操作方法操作进给控制手柄的同时，还要按下快速进给按钮开关SB3 或 SB4（两地控制） ，使 KM2 线圈通电，其动断触点（ 105109）切断YC2 线圈支路，动合触点（105111）接通 YC3 线圈支路，使机械传动机构改变传动比，实现快速进给，由于与 KM1 的动合触点（713）并联了KM2 的一个动合触点，所以在 M1 不启动的情况下也可以进行快速进给。（3）圆工作台的控制。在需要加工弧形槽、弧形面和螺旋槽时，可以在工作台上加工装圆工作台。圆工作台的回转运动也是由进给电动机M2 拖动的。在使用圆工作台时，将控制开关SA2 扳至“接

34、通”的位置，此时SA22 接通而SA21、SA23 断开。在主轴电动机M1 启动的同时，KM3 线圈（1315171929272325）的路径通电，使 M2 正转，带动圆工作台旋转运动（圆工作台只需要单向旋转）。由 KM3 线圈的通电路径可见，只要扳动工作台进给操作的任何一个手柄， SQ3SQ6 其中一个行程开关的动断触点断开，都会切断KM3线圈支路，使圆工作台停止运动，这就实现了工作台进给和圆工作台运动的联锁关系。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 42

35、页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-13- 表 2.4 圆工作台转换开关SA1情况说明触点位置圆工作台接通断开SA2-1- + SA2-2+ - SA2-3- + （4）照明电路照明灯 EL 由照明变压器T1 提供 24V 的工作电压，SA4 为灯开关， FU5 提供短路保护。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-14- 3 可编程控制器概述及应用3.1 可编程控

36、制器的产生和定义可编程控制器（Programmable Logic Controller ） ，简称 PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987 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：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。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易于与工业控制系统形成一个

37、整体，易于扩展其功能的原则而设计。在市场经济的推动下，人们要求产品品种齐全且优质价廉。为适应市场的需要，工业产品的品种就要不断更新换代，从而要求产品的生产线及附属的控制系统不断地修改及更换。在 20 世纪 60 年代，生产线的控制主要采用继电器控制。修改一条生产线，要更换许多硬件设备，进行复杂的接线，即浪费了许多硬件，又大大拖延了施工周期，增加了产品的成本。于是人们开始寻找一种新型的通用控制设备， 1968 年美国通用公司（GM）液压部，提出了以下10项招标指标：（1）编程简单，可在现场修改和调试程序；（2）维护方便，各部件最好采用插件方式；（3）可靠性高于继电器控制系统；（4）设备体积小于继

38、电器控制柜；（5）数据可以直接送给管理计算机；（6）成本可与继电器控制系统相竞争；（7）输入电压是115V 交流电；（8）输出电压也是115V 交流电，输出电流达2A 以上，能直名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-15- 接驱动电磁阀；（9）系统扩展时，原系统只需做小的变动；（10）用户程序存储容量可扩展到4KB 。美国数字设备公司（DEC）中标，于1969 年研制成功了一台符合要求的控制

39、器，称为可编程控制器，在通用汽车公司（GM）的汽车装配生产线上试验并获得成功。美国电气制造商协会（NEMA ）经过调查，于1980 年把这种控制正式命名为可编程控制器（Programmable Controller ） ，英文缩写为 PC。为了与个人计算机PC(Personal Computer) 相区别，就在PC 中间加入L（Logical ）而写成PLC。国际电工委员会(IEC) 于 1982 年颁布了PLC 标准菜草案第一稿， 1987 年 2 月颁布了第三稿，对可编程控制定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存

40、储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械动作过程。可编程控制器及其相关设备，都应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设计。可编程控制器的出现，立即引起了各国的注意。日本于1971年引进可编程控制器技术，德国于 1973 年引进可编程控制器技术，中国于 1973 年开始研制可编程控制器，1977 年应用到生产线上。自 20 世纪 60 年代以来发展极为迅速、应用极为广泛的工业控制装置，是现代工业自动代控制的首选产品，与机器人、CAD 、CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。如果说初期发展起来的PLC 主要是以

41、它的高速可靠性、灵活性和小型化来代替传统的继电接触控制的，那么当今的PLC 则吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果，得到了更新的发展。从单机自动化到整条生产线的自动化，甚至到整个工厂的生产自动化，从柔性制造系统，工业机器人到大型分散控制系统，PLC 均承担着重要角色。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-16- 3.2 可编程控制器的分类及编程语言3.2.1 PLC 的分类可编程控制器已成

42、为工业控制领域中最常见、最重要的控制装置，它代表着一个国家的工业水平。世界上生产可编程控制器的厂家非常多，其中著名的厂家有美国 A.B 公司，日本的三菱公司，德国的西门子公司等。可编程控制器通常以输入/输出点I/O 总数的多少进行分类。I/O 点数在 128 点以下为小型机；I/O 点数在 129512 点为中型机；I/O 点数在 513 点以上为大型机。可编程控制器的I/O 点数越多，其存储容量也越大。PLC 按结构形式分类可分为整体式和模块式两种。整体式又称为单元式或箱体式。整体式PLC 将电源、 CPU、I/O 部件都集中装在一个机箱内，其结构紧凑、体积小、价格低，一般小型PLC 采用这

43、种结构。模块化结构是将PLC 各部分分成若干个单独的模块，如 CPU 模块、 I/O 模块、电源模块和各种功能模块。有的PLC 将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。它除基本单元和扩展单元外，还有扩展模块和特殊功能模块，其配置更加灵活。3.2.2 PLC 编程语言可编程控制器的编程语言常用的有梯形图、指令表和状态流程图。由于梯形图比较直观，容易掌握，因而很受普通技术人员的欢迎。可编程控制器的常用编程工具有：（1）手持式编程器，一般供现场调试及修改使用。（2）个人电脑，利用专用的编程软件进行编程。3.2.3 可编程控制器的应用和发展可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车

44、装置、电力、轻纺等各行各业，目前PLC 主要有以下几个方名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-17- 面应用。（1）用于开关逻辑控制。这是PLC 最基本的应用。可用PLC取代传统继电器接触器控制，如普通机床、数控机床电气PLC 控制，也可取代顺序控制，如高炉上料、电梯控制、货物存取、运输、检测等。总之， PLC 可用于单机、多机群控以及生产线的自动化控制。（ 2）闭环过程控制。过程控制是指对

45、温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC 通过模拟量I/O 模块，实现模拟（Analog ）量和数字（ Digital ）量之间的转换，一般称为AD 转换和 DA 转换，这一闭环控制功能可以用PID 子程序或专用的PID闭环控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉和锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力及建材等行业。（3）数据处理。现代的PLC 具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表以及位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与储存在存储器中的参数值进行比较，也可以用通信功能传送到其他智能装置，或者将其打印制表。（4）通信联网。 PLC 的

46、通信包括主机与远程I/O 之间的通信、多台 PLC 之间的通信、 PLC 与其他智能设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC 与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布控制系统。自从美国研制出第一台PLC 以后，日本、德国、法国等工业发达国家相继研制出各自的PLC。 20 世纪 70 年代中期在PLC 中引入了微机计算机技术，使PLC 的功能不断增强，质量不断提高，应用日益广泛。1971 年日本从美国引进PLC 技术，很快就研制出日本第一台DSC8 型 PLC。1984 年日本就有30 多个 PLC 生产厂家，产品达到 60 多种以上。 西欧在 1973 年研制出

47、第一台PLC， 并且发展很快，年销售增长20%以上。目前，世界上众多的PLC 制造厂家中，比较著名的几个大公司有美国AB 公司、歌德公司、德州仪器公司、通用电气公司，德国的西门子公司，日本的三菱、东芝、富士和立石公司等，它们的产品控制着世界上大部分的PLC 市场。 PLC 技名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-18- 术已成为工业自动化3 大技术（ PLC 技术、机器人、计算机辅助设计与分

48、析）支柱之一。我国研制与应用PLC 起步较晚， 1973 年开始研制，1977 年开始应用， 20 世纪 80 年代初期以前发展较慢，20 世纪 80 年代随着成套设备或专用设备引进了不少PLC， 如宝钢一期工程整个生产线上就是使用了数百台PLC，二期工程使用得更多。近几年来国外PLC 产品大量进入我国市场，我国已有许多单位在消化吸收引进PLC 技术的基础上，仿制和研制了PLC 产品。例如，北京机械自动化研究所、上海起重电器厂、上海电力电子设备厂、无锡电器厂等。目前， PLC 主要是朝着小型化、廉价化、系列化、标准化、智能化、高速化和网络化方向发展，这将使PLC 功能更强、可靠性更高、使用更方

49、便、适应面更广。3.3 PLC 的特点现代工业生产过程是复杂的、多样的，他们对控制的要求也各不相同， PLC 由于具备以下特点，一经出现就受到广大工程技术人员的欢（1）高可靠性、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。从PLC 的外电路来说，使用PLC 构成控制系统，和同等规模的继电器系统相比，电气接线及开关节点已减少到数百或数千之一，故障也就大大降低。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报警。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自我诊断程序，使

50、系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。主要有以下方面特点：所有的I/O 接口电路均采用光电隔，使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离；各输入端均采用RC 滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 42 页 - - - - - - - - - 铣床电气控制设计与改进-19- 各模块均采用屏蔽措施，以防辐射干扰；采用性能优良的开关电源；对采用的器件进行严格的筛选；良好的自诊断功能，一旦电源或其他软