毕业论文----基于PLC的X62W万能铣床电气控制系统设计

毕业论文----基于PLC的X62W万能铣床电气控制系统设计 本科学生毕业论文 论文 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: 基于PLC的X62W万能铣床电气控制 系统设计 学 院: 机电工程学院 年 级: 2007级 专 业: 电气工程及其自动化 姓 名: 学 号: 20074851 指导教师: 2011 年 5月 21日 摘要 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。 PLC是可编程控制器的简称，是一种数字运算操作的电子系统，它采用可编程序的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过模拟的或数字的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。 在我国70~80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，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。随着科技进步，和PLC技术的成熟，所以对X62W万能铣床进行PLC改造势在必行，是提高机床性能，提升经济效益及产品质量的关键举措。 关键词 X62W铣床;电气控制系统;PLC;梯形图 I Abstract Various types of milling machine is a motor-driven gear in order to achieve the objects and systems of production process automation technical devices. Electrical system is one of the backbone part of the national economy in the various industries are widely used in many sectors. PLC is a programmable controller for short , is a digital computing operation of electrical system .It uses programmable storage devices used in its internal memory implementation of the logical operations, sequential control, timing,counting and arithmetic operations such as instruction, and through analog or digital input and output interfaces to control various types of machinery and equipment or production process. 70 to 80 years in our country most of the milling machine, most of the switch volume control systems are based on the relay control, relay inherent defects, to the milling machine safe and economic operation had a negative impact . As technology advances,and PLC technology matures, so the X62W universal milling machine is imperative for the transformation of PLC is to improve machine performance, enhance economic efficiency and product quality, the key step. Key words X62W universal milling machine;Electrical control system; Programmable Logic Controller;Terraced figure II 目录 摘要 ............................................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................................... II 前言 ........................................................................................................................................... 1 第一章 铣床 ............................................................................................................................. 2 1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势 ............................................................................ 2 1.2 铣床简单介绍 ............................................................................................................ 3 1.2.1 铣床的选型 ..................................................................................................... 3 1.2.2 X62W万能铣床的特点 ................................................................................. 3 第二章 X62W万能铣床的硬件设计 ..................................................................................... 4 2.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求 ........................................................ 4 2.2 X62W万能铣床元件选型 ........................................................................................ 4 2.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式 ................................................................ 5 第三章 X62W万能铣床传统继电器的电气控制原理 ......................................................... 6 3.1 电气原理图 ................................................................................................................ 6 3.2 主电路分析 ................................................................................................................ 7 3.3 控制电路分析 ............................................................................................................ 8 3.3.1 主轴电机M1的控制...................................................................................... 8 3.3.2 进给电动机M2的控制.................................................................................. 9 3.3.3 冷却泵电动机及照明电路的控制 ............................................................... 12 第四章 PLC的简介 ............................................................................................................... 13 4.1 PLC的产生 .............................................................................................................. 13 4.2 PLC的定义和特点 .................................................................................................. 13 4.2.1 PLC的定义 ................................................................................................... 13 4.2.2 PLC的特点 ................................................................................................... 14 4.3 可编程控制器的主要性能指标 .............................................................................. 15 4.4 可编程控制器的分类 .............................................................................................. 15 4.5 PLC的编程语言 ...................................................................................................... 16 4.7.1 梯形图语言 ................................................................................................... 16 4.7.2 助记符语言 ................................................................................................... 16 4.7.3 顺序功能图语言 ........................................................................................... 16 第五章 X62W万能铣床基于PLC改造的具体设计 .......................................................... 17 5.1 改造设计中PLC的选型 ......................................................................................... 17 5.2 X62W万能铣床基于PLC控制电路的改造 ......................................................... 19 5.3 现场信号与PLC软继电器对照表(I/O地址分配表) ...................................... 21 5.4 PLC梯形图 .............................................................................................................. 21 5.5 PLC语句表 .............................................................................................................. 25 结论 ......................................................................................................................................... 28 参考文献 ................................................................................................................................. 29 致谢 ......................................................................................................................................... 30 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 前言 本设计讲述了x62w万能铣床电气控制的工作原理，说明了用PLC改造的具体方法，从而提高整个电气控制系统的性能。 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，齿轮，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。最早的铣床的美国人惠特尼于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-快速”或“快速-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的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，提高了加工精度和效率[1]。 1 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 第一章 铣床 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，塑料加工等行业工业设备的电气控制中，越来越多的采用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装置。随着电子技术的发展，可编程控制器日益广泛的应用于机械，电子加工和设备电气改造中。 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一直给予较大的关注。经过95自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化的生产基地的形成，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[2]。 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综合计算机技术，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铣床是有普通机床发展而来的，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的生产设备。 万能铣床的广泛应用，给机械制造的生产方式，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的一个重要标志。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。 可编程控制器简称PC，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其有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优 2 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 点，适合于万能铣床的控制，获得广泛的推广，现在万能铣床以全部采用PLC控制，结束了近20年使用继电控制的历史[3]。 1.2 铣床简单介绍 1.2.1 铣床的选型 图1-1 X62W的含义图 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[4]。 1.2.2 X62W万能铣床的特点 1. 能完成很多普通机床难以加工或更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，提高产品的质量。 3. 采用X62W可以比普通机床提高2-3倍的生产率，对复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。 3 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 第二章 X62W万能铣床的硬件设计 2.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求 1. 机床要求有三台电动机，分别称为主轴电动机、进给电动机和冷却泵电动机。 2. 由于加工时有顺铣和逆铣两种，所以要求主轴电动机能正反转及在变速时能瞬时冲动一下，以利于齿轮的啮合，并要求还能制动停车和实现两地控制[5]。 2.2 X62W万能铣床元件选型 表2-1 铣床电机参数参照表 符号 名称 型号 规格 件数 作用 M1 主轴电动机 Y132-M-4-B3 7.5KW,380V,1450r/min 1 主轴传动 M2 进给电动机 Y90L-4 1.5kw,380v,1400r/min 1 进给传动 M3 冷却泵电动机 JCB-22 0.125kw,380v,2790r/min 1 冷却泵传动 表2-2 铣床元件型号 符号 名称 型号 规格 件数 作用 接触器 主轴启动 KM1 CJ0-20 20A,220V 1 接触器 反接制动 KM2 CJ0-10 10A,220V 1 接触器 M2正传 KM3 CJ0-10 10A,220V 1 接触器 M2反转 KM4 CJ0-10 10A,220V 1 接触器 M2快速进给 KM5 CJ0-10 10A,220V 1 接触器 油泵电机启动 KM6 CJ0-10 10A,220V 1 速度继电器 反接制动 KV JY1 2A 1 按钮 绿色 M1启动按钮 SB1,2 LA2 2 按钮 黑色 M1停止按钮 SB3,4 LA2 2 按钮 红色 快速进给按钮 SB5,6 LA2 2 转换开关 三极 圆工作台转换 SA1 HZ1-10/E16 1 转换开关 三极 照明灯开关 SA2 HZ1-10/E16 1 转换开关 三极 M1转向开关 SA4 HZ1-10/E16 1 限位开关 开启式 向右进给 SQ1 LX1-11K 1 限位开关 开启式 向左进给 SQ2 LX1-11K 1 限位开关 单轮，自动复位 向前、向下进给 SQ3 LX2-131 1 限位开关 单轮，自动复位 向后、向上进给 SQ4 LX2-131 1 转换开关 三极 冷却泵开关 SA3 HZ1-10/E16 1 限位开关 开启式 进给变速冲动 SQ6 LX3-11K 1 4 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 限位开关 开启式 主轴变速冲动 SQ7 LX3-11K 1 转换开关 三极 电源总开关 QS HZ1-60/E26 1 热继电器 M1过载保护 FR1 JRQ-40 11A,3A 1 热继电器 M2过载保护 FR2 JR10-10 3A,5A 1 热继电器 M3过载保护 FR3 JR10-10 0.415A 1 熔断器 总电源短路保护 FU1 RL1 30A 3 熔断器 进给短路保护 FU2 RL1 10A 3 熔断器 控制电路短路保护 FU3 RL1 6A 2 熔断器 照明电源短路保护 FU4 RL1 4A 2 变压器 控制电路变压器 TC1 BK-50 380/36V 1 变压器 照明变压器 TC2 BK-150 380/127V 1 电磁离合器 快速进给 YA B1DL-III 1 电阻 限制制动电阻 R ZB2 1.45W,15.4A 2 2.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式 1. 主要结构 由床身、主轴、刀杆、横梁、工作台、回转盘、横溜板和升降台等几部分组成，如图2-1所示。 -1 X62W万能铣床外形图 图2 2. 运动形式 主轴转动是由主轴电动机通过弹性联轴器来驱动传动机构，当机构中的一个双联滑动齿轮块啮合时，主轴即可旋转。 工作台面的移动是由进给电动机驱动，它通过机械机构使工作台能进行三种形式六个方向的移动，即:工作台面能直接在溜板上部可转动部分的导轨上作纵向(左、右)移动;工作台面借助横溜板作横向(前、后)移动;工作台面还能借助升降台作垂直(上、下)移动[6]。 5 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 第三章 X62W万能铣床传统继电器的电气控制原理 3.1 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万能铣床的电气原理图主电路图如图3-1所示。 图3-1 X62W万能铣床的电气原理图主电路图 X62W万能铣床的电气原理图控制电路图如图3-2所示。 6 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 图3-2 X62W万能铣床的电气原理图控制电路图 3.2 主电路分析 主轴电动机M1要求能够实现正反转，但旋转方向变换不频繁。通过换向开关SA4在加工前预先选择，与接触器KM1配合，能进行正反转控制;与接触器KM2、制动电阻R及速度继电器KV的配合，实现主轴电动机的正反转反接制动控制，并通过机械装置进行变速。 进给电动机M2要求能够实现正反转，通过接触器KM3、KM4与行程开关、接触器KM5和牵引电磁铁YA配合，实现三种形式六个方向的常速进给和快速进给控制。 冷却泵电动机只要求单向旋转。 电路中熔断器FU1既作为铣床总的短路保护，又作为主轴电动机M1的短路保护;FU2作为进给电动机M2、冷却泵电动机M3及控制变压器、照明变压器一次侧的短路 7 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 保护;热继电器FR1、FR2和FR3分别作为M1、M2和M3的过载保护[7]。 3.3 控制电路分析 3.3.1 主轴电机M1的控制 将图3-2的主轴电动机的控制线路另画于图3-3中。图中SB1、SB2、SB3和SB4是分别装在工作台的前面和床身侧面的启动和停止按钮，可在两地控制，方便操作。 图3-3 主轴电机控制线路 KM1是主轴电动机启动接触器，需要启动主轴电动机时，先将转换开关SA4扳到主轴电动机所需的旋转方向;然后按下启动按钮SB1或SB2，接触器KM1得电且自锁，电动机M1拖动主轴旋转;速度继电器KV动作，KV-1或KV-2中的一对常开触点闭合，为主轴电动机的反接制动作好准备。主轴电动机M1得电通路:T1?SQ7常闭触点?SB4?SB3?SB1或SB2?KM2常闭触点?KM1线圈?T1。 KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器。停车时，按下停止按钮SB3或SB4，接触器KM1失电，主轴电动机M1惯性转动;停止按钮按到底，KM2得电且自锁，改变了主轴电动机M1的电源相序，串入电阻反接制动;当M1的转速降至约100r/min时，速度继电器KV-1或KV-2的常开触点恢复断开，KM2失电，M1迅速停止转动，反接制动结束。反接制动接触器KM2得电通路:T1?SQ7常闭触点?SB4或SB3常开触点(已闭合)?KV-1或KV-2常开触点(已闭合)?KM1常闭触点?KM2线圈?T1。 SQ7是与主轴变速手柄联动的瞬时动作行程开关。主轴变速时，先将变速手柄压下拉到前面，转动变速盘选择需要的转速，然后将变速手柄推回原位。在将变速手柄拉到 8 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 前面和推回原位的过程中，与变速手柄相联的凸轮都会把行程开关SQ7压下，SQ7的常开触点瞬时闭合一下，KM2得电，主轴电动M1反向转动一下，使变速后的齿轮易于啮合，这就是主轴的变速冲动。 主轴变速可在主轴不转时进行，也可在主轴转动时进行。如果是在主轴转动时进行变速，无需先按停止按钮再变速，可直接进行变速操作。行程开关SQ7在变速手柄拉出时，在凸轮的作用下常闭触点先断开，切断接触器KM1的线圈电路，主轴电动机M1断电;SQ7的常开触点后闭合，KM2得电，对主轴电动机M1进行反接制动，M1的转速迅速下降;将变速手柄推回时，SQ7再次动作一下，实现主轴的变速冲动。变速完成后，主轴停止转动，需再次启动电动机，主轴将在新的转速下旋转[8]。 3.3.2 进给电动机M2的控制 进给运动的所有操作都是在主轴电动机M1启动、接触器KM1常开触点闭合后进行的;所有的进给运动都是由进给电动机M2拖动的。转换开关SA1是工作台的选择开关，当置于“断开”位置时，SA1-1、SA1-3闭合，SA1-2断开，可以进行工作台的进给操作;当置于“闭合”位置时，SA1-1、SA1-3断开，SA1-2闭合，此时不能进行工作台的操作，只能对圆工作台的进给运动进行控制。 工作台的进给运动分为左右的纵向运动、前后的横向运动和上下的垂直运动。当转换开关SA1置于“断开”位置时，将图3-2中工作台进给运动的控制线路另画于图3-4中。 接触器KM3、KM4使进给电动机实现正反转控制，用来改变工作台进给运动的方向。进给运动的操作是由两个机械操作手柄与对应的行程开关和机械传动机构相互配合实现的。 SQ1、SQ2是与纵向进给机械操作手柄相联动的行程开关，SQ3、SQ4是与横向进给及垂直进给机械操作手柄相联动的行程开关。六个方向的进给运动相互联锁，同一时刻只允许有一个方向的运动，当两个操作手柄处在中间位置时，SQ1,SQ4各行程开关都处在未受压的原始状态[9]。 9 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 图3-4 工作台进给运动控制线路 1. 工作台纵向(左、右)进给运动的控制 工作台的纵向进给由纵向操作手柄控制，该手柄有三个位置:向左、向右和中间。当将操作手柄扳向右(或向左)时，一方面通过机械机构将工作台与纵向移动的传动装 )置相联接，另一方面压下向右(或向左)进给行程开关SQ1(或SQ2)，SQ1-1(或SQ2-1常开触点闭合，接触器KM3(或KM4)得电，进给电动机M2通电转动(或反向转动)，拖动工作台向右(或向左)移动。 当将纵向操作手柄扳回到中间位置时，一方面工作台脱离纵向移动的传动装置，另一方面行程开关SQ1(或SQ2)复位，接触器KM2(或KM3)失电，进给电动机M2断电，工作台停止转动。由于进给速度低，M2未采取制动措施。 为避免工作台左、右移动越过极限进给位置发生事故，在工作台的左、右两端各有一块挡铁，当工作台移动到极限位置时，挡铁撞向纵向操作手柄，使手柄回到中间位置，实现自动停车。左、右移动的极限位置，可以通过改变左、右两端的挡铁位置进行调整。 2. 工作台横向(前、后)及垂直(上、下)进给运动的控制 工作台横向及垂直进给由十字手柄控制，该手柄也有两个，分别装在工作台左侧的前、后方。十字手柄有:前、后、左、右和中间五个位置。与纵向进给操作一样，在扳动十字手柄压下行程开关SQ3、SQ4的同时，将工作台与横向运动或垂直运动的机械传动装置相联接。SQ3控制工作台向下或向前运动，SQ4控制工作台向上或向后运动。 10 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 当将十字手柄扳向下或向前时，压下行程开关SQ3，SQ3-1常开触点闭合，接触器KM3得电，进给电动机M2通电转动，拖动工作台向下或向前移动。若将十字手柄扳回到中间位置，工作台与传动机构脱离，同时行程开关SQ3复位，接触器KM3失电，进给电动机M2断电，工作台停止进给运动。 当将十字手柄扳向上或向后时，压下行程开关SQ4，SQ4-1常开触点闭合，接触器KM4得电，进给电动机M2通电反转，拖动工作台向上或向后运动。 3. 工作台的快速移动 为提高工作效率，在铣刀未作铣切加工时，工作台可以快速移动，操作过程如下:工作台在进给移动时，按下快速移动按钮SB5或SB6(两地控制)，接触器KM5得电，快速移动电磁铁YA通电动作，工作台按原进给方向快速移动，当工作台移动到预期位置，松开探险钮SB5或SB6，KM5失电，YA断电，快速进给结束，工作台按原速度、原方向继续移动。 4. 进给电动机的变速冲动 为使齿轮易于啮合，与主轴变速一样，进给变速也设有变速冲动装置。 SQ6是进给变速冲动行程开关，在操作进给变速盘变速时，其连杆机构会瞬时压下行程开关SQ6，使SQ6-2常闭触点断开、SQ6-1常开触点闭合，接触器KM3短时得电，进给电动机M2瞬时转动一下，实现对进给变速的冲动。 从进给控制电路可以看出，进给变速冲动是在行程开关SQ1,SQ4不受压、其常闭触点闭合时完成的。所以进给变速时，需将操作手柄都置在中间位置，进给电动机M2不转的情况下，才能实现进给的变速冲动，这一点与主轴的变速冲动不同。 5. 圆工作台的控制 图3-5 圆工作台进给控制电路 圆工作台的控制电路如图3-5所示，此时工作台的进给操作手柄都应处在中间位置，SQ1,SQ4的常闭触点处于闭合的原始位置，按下主轴启动按钮SB1或SB2，接触 11 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 器KM1、KM3先后得电，主轴转动的同时，进给电动机M2通过传动机构拖动圆工作台单向转动。若要使圆工作台停止运动，只要按下主轴停止按钮SB3或SB4，主轴与圆工作台便同时停止工作。 6. 进给控制的联锁 在铣床加工中，为安全起见，在多种运动间设置了相互的联锁。它们包括:主轴运动与进给运动间先主轴后进给的顺序联锁;工作台六个运动方向间不能同时进行的联锁;进给变速冲动应在进给运动停止时进行的联锁;圆工作台与工作台的进给不能同时进行的联锁[10]。 3.3.3 冷却泵电动机及照明电路的控制 为防止铣切加工时过热，在铣床工作时，可以启动冷却泵电动机M3，提供冷却液。由于冷却泵电动机M3容量小，直接用转换开关SA3控制。工作台的照明电源是由照明变压器T2将380V交流电压降至36V安全电压提供的，照明电路由转换开关SA2控制。 12 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 第四章 PLC的简介 4.1 PLC的产生 1968年美国通用汽车公司(GM)招标要求:软连接代替硬接线;维护方便;可靠性高于继电器控制柜;体积小于继电器控制柜;成本低于继电器控制柜;有数据通讯功能;输入115V;可在恶劣环境下工作;扩展时，原系统变更要少;用户程序存储容量可扩展到4K。核心思想:用程序代替硬接线，输入/输出电平可与外部装置直接相联，结构易于扩展，这是PLC的雏形。 1969年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC(PDP-14)，并在GM公司汽车生产线上应用成功。 4.2 PLC的定义和特点 4.2.1 PLC的定义 PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化，美国电气制造商协会NEMA(National Electrical Manufactory Association) 经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC(Programmable Controller)，并给PC作了如下定义 “PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义: “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计[11]。” 13 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 4.2.2 PLC的特点 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10~20ms。 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[12]。 2. 丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，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 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 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 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。 14 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 4.3 可编程控制器的主要性能指标 可编程控制器的性能指标有很多，主要有以下几项指标。 1. 输入/输出点数(I/O) I/O点数是指可编程控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关按钮和可以控制多少个负载。 2. 存储容量 存储容量是指可编程控制器内部用于存放用户程序的存储容量。 3. 扫描速度 一般以执行1000步指令所需的时间来衡量，单位为ms/千步，也有以执行一步指令所需来计算，单位us/步。 4. 功能扩展能力 可编程控制器除了主模板块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊功能应用的需要。如A/D模块、D/A模块、位置控制模块等。 5. 指令系统 指令系统是指一台可编程控制器指令的总和，它是衡量可编程控制器功能强弱的主要指标[13]。 4.4 可编程控制器的分类 通常PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。 1. 按结构形式分类 按结构形式不同，可分为整体式和模块式两类。整体式的PLC是将电源、CPU、存储器、输入/输出单元等各个功能部件集成在一个机壳内，从而具有结构经凑、体积小、价格低等优点，许多小型PLC多采用这种机构。模块式的PLC将各个功能部件做成独立模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块等，然后进行组合。 2. 按控制规模分类 按控制规模大小，可分为小型、中型和大型PLC三种类型。 1)小型PLC。小型PLC的I/O点数在256点以下，存储容量在2K步以内，其中输入输出点数小于64点的PLC又称为超小型或微型PLC，具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。 2)中型PLC。中型PLC的开关量I/O点数通常在256~2048点之间，用户程序存储器的容量为2~8KB，除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量I/O、数字计算、过程参数调节，如比例、积分、微分(PID)调节、数据传送与比较、数制转换、中断控制、远程I/O及通信联网功能。 3)大型PLC。大型PLC也称为高档PLC，I/O点数在2048点以上，用户程序存储容量在8K以上，其中I/O点数大于8192点的又称为超大型PLC，除具有中型机的功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 、打印等功 15 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 能，以及强大的通信联网、中断控制、智能控制和远程控制等功能。 4.5 PLC的编程语言 PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用的较多，流程图语言也在许多场合被采用。 4.7.1 梯形图语言 1. 梯形图从上至下编写，每一行从左至右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。 2. 图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止母线可以省略。 3. 梯形图中的触点有两种，即动合触点和动断触点。 4. 梯形图的最右端必须连接输出元素。 5. 梯形图中的触点可以任意串、并联，而输出线圈只能并联，不能串联。 4.7.2 助记符语言 助记符语言是PLC命令的语言表达式。用梯形图编程虽然直观、简便，但要求PLC配置较大的显示器放可输入图形符号，这在有些小型机上常难以满足，所以助记符语言也是一种较常用的一种编程方式。不同型号的PLC，其助记符语言也不同，但其基本原理是相近的。编程时，一般先跟据要求编制梯形图语言，然后再根据梯形图转换成助记符语言。 4.7.3 顺序功能图语言 顺序功能图SFC是一种描述顺序控制系统功能的图解表示法，主要由“步”、“转移”及“有限线段”等元素组成，它将一个完整的控制工程分为若干个阶段(状态)，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定的转换条件，条件满足就实现状态转移，上一状态动作结束，下一动作开始。 16 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 第五章 X62W万能铣床基于PLC改造的具体设计 5.1 改造设计中PLC的选型 PLC的选型:由于西门子S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。并且具有紧凑的的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得S7-200 PLC可以近乎完美地满足小规模的控制要求，所以本次设计选用S7-200系列PLC。 由于本设计实现的是整个控制电路用PLC控制，且圆形工作台转换开关SA1和换刀开关SA2和SA3不能直接接到PLC的输入端口来实现信号的输入，因而需引入接触器KM7、KM8、KM9。利用接触器的辅助触点和常开、常闭按钮(SB7~SB12)来实现对工作台与圆形工作台之间的转换、照明灯通断以及油泵电动机的启动与停止的控制。因此可将图3-2稍作修改后如图5-1所示。 根据修改后的图，确定输入信号与输出信号。 输入信号:SB1~SB12，SQ1~SQ4，SQ6~SQ7，KV1~KV2。(精简成17个信号) 输出信号:KM1~KM9。(9个信号) S7-200 PLC的CPU模块按I/O点数多少不同而有五种不同结构配置的品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226。由于本设计中对铣床电气控制部分的改造需要17个输入信号、9个输出信号，所以选择S7-200 CPU226这款集成24输入和16输出的PLC[14]。 17 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 图5-1 修改后X62W万能铣床的电气原理图控制电路图 18 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 5.2 X62W万能铣床基于PLC控制电路的改造 X62W万能铣床电气控制线路中的主电路保持不变，如图5-2所示。 图5-2 X62W万能铣床的主电路图 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5-3所示。 为了实现整个控制电路用PLC控制，圆形工作台转换开关SA1和换刀开关SA2和SA3分别用SB7~SB12表示常开和常闭按钮接入PLC的输入端子。同时为了保证各种联锁功能，将SQ1~SQ4和SQ6~SQ7,SB1~SB12和KV1~KV2按图4-2分别接入PLC的输入端，输出器件电压等级是接触器使用的220V电压。X62W所有的电器元件均可采用改造前的型号[15]。 19 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 图5-3 S7-200PLC硬件接线图 20 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 5.3 现场信号与PLC软继电器对照表(I/O地址分配表) 表5-1 I/O地址分配表 I/O地址分配表分类 信号名称 现场信号 PLC线圈编号 输入信号 主轴启动开关 常开SB1,SB2 I0.0 主轴反接制动 常闭SB3,SB4 I0.1 主轴反接制动 常开SB3,SB4 I0.2 快速进给 常开SB5,SB6 I0.3 圆工作台启动 SB7 I0.4 圆工作台停止 SB8 I0.5 照明灯亮 SB9 I0.6 照明灯灭 SB10 I0.7 油泵电机启动 SB11 I1.0 油泵电机停止 SB12 I1.1 向左进给 SQ1 I1.2 向右进给 SQ2 I1.3 向前、上进给 SQ3 I1.4 向后、下进给 SQ4 I1.5 进给变速冲动 SQ6 I1.6 主轴变速冲动 SQ7 I1.7 速度继电器辅助常开KV-1，KV-2 I2.0 触点 输出信号 主轴启动接触器 KM1 Q0.0 主轴反接制动接触器 KM2 Q0.1 M2正转接触器 KM3 Q0.2 M2反转接触器 KM4 Q0.3 快速进给接触器 KM5 Q0.4 油泵电机启动接触器 KM6 Q0.5 辅助接触器 KM7 Q0.6 辅助接触器 KM8 Q0.7 辅助接触器 KM9 Q1.0 5.4 PLC梯形图 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 所示。该程序共有13个网络，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。 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，电气改造的投资较少、工作量较小[16]。 21 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 在网络1中，因SQ7和SB3、SB4都采用常闭触头分别接至输入端子I1.7、I0.1，则I1.7、I0.1的常开触点闭合，按下启动按钮SB1或SB2时，I0.0常开触点闭合，Q0.0、线圈得电并自锁，在网络4中Q0.0常开触点闭合，中间继电器M0.2线圈得电，其常开触点闭合，为网络4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。Q0.0的输出信号使主轴电动机M1启动运转。 在网络2中，当按停止按钮SB3或SB4时，I0.1常开触点复位，Q0.0线圈失电，主轴惯性运转，同时I0.2常开触点闭合，M0.0线圈得电接通Q0.1，主轴反接制动停转。 在网络3中，SQ7被压合，I1.7常开触点闭合，网络1中I1.7常闭触点断开，从而Q0.0失电，继而网络3中的Q0.0常闭触点复位，M0.1得电接通Q0.1，主轴制动停转，实现主轴变速冲动[17]。 22 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 在网络4、网络5、网络6、网络7、网络8和网络9中，表达了工作台六个方向的进给、工作台的快速进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。 当圆形工作台转换启动按钮SB7按下，I0.4常开触点闭合，Q0.6得电并自锁，网络4、网络5、网络6、网络7中线路被分断，网络8中的常闭触点复位，M0.4得电接通Q0.2，电动机M2启动，圆形工作台旋转。当按下停止按钮SB8，Q0.6失电，圆形工作台停止旋转。 左右进给时，SQ1和SQ2被压合，网络4、网络5中，I1.2和I1.3常开触点闭合， 23 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 常闭触点断开，其他触点均处于复位状态时，M0.2和Q0.3得电且M0.2得电接通Q0.3，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，网络4、网络5中，I1.3和I1.4常开触点闭合，常闭触点断开，其他触点均处于复位状态时，M0.2和Q0.3得电且M0.2得电接通Q0.3，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[18]。 网络10和网络11分别表示照明控制和冷却泵控制。 24 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 由于在同一个程序编程中一个线圈编号只能给一个线圈，不能两个以上的线圈共用一个编号，所以当编程中遇到两处以上用到同一线圈，可以用中间继电器来解决[19]。 5.5 PLC语句表 25 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 26 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 27 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 结论 常用的的万能铣床有两种:一是卧式万能铣床，X62W;另一种为立式万能铣床，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卧式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。但在电气控制系统中故障的查处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，生产设备与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，本文提出了利用西门子PLC和对X62W万能铣床继电接触式电控系统进行技术改造的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 [20]。 此次毕业设计是我们从大学毕业走向未来工程师重要的的一步。查找资料，老师指导，与同学交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。 通过这次实践，我了解万能铣床的用途及工作原理，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。 但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料了解的不透彻，等等。这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽马上就要毕业了，但求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。 28 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 参考文献 [1] 王国海,沈蓬.可编程序控制器及其应用[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2001. 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SIMIT Operating Manual, Version 5.0 SP1.2004 29 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 致谢 非常感谢贾文斌老师在大学的最后的学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，贾老师给了我耐心的指导和无私的帮助。在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有的任课老师和所有的同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝我的老师们培养越来越多的优秀人才，桃李满天下～ 通过这一阶段的努力，我的毕业论文终于完成了，这意味着我的大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益匪浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。 在本论文的写作过程中，我的导师贾文斌老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一次又一次地指出每稿中的具体问题，严格把关，在此表示我衷心的感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。 写毕业论文报告总结是一次再系统学习的过程，毕业论文答辩和自述的完成同时也意味着新的学习生活开始。我将铭记我是一名黑大的学子，在今后的工作和学习中把艰苦奋斗的优良传统发扬光大。 内部资料 30 基于PLC的X62W铣床电气系统控制 仅供参考 内部资料 仅供参考 31