畢業(yè)設(shè)計X62W萬能銑床電氣控制線路的PLC改造

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計題目：x62w臥式萬能銑床電氣控制的plc改造系 別: 機械工程學(xué)院專 業(yè): 機械制造與自動化班 級: 08機械（4）班姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)老師: 完成時間: 摘要銑床可以用來加工平面、斜面、溝槽，裝上分度頭可以銑切直齒齒輪和螺旋面，裝上圓工作臺還可以銑切凸輪和弧形槽。所以銑床在金屬切削機床中占有很大的比重，使用數(shù)量僅次于車床。plc是以計算機技術(shù)為技術(shù)核心的通用自動控制裝置，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。它是將邏輯運算，順序控制，時序和計數(shù)以及算數(shù)運算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過

2、程進行控制的裝置。在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找于排除是非常困難的，特別是在繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由于定期開展線路觸點多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長，給生產(chǎn)與維護帶來諸多不便，嚴重地影響生產(chǎn)。而plc控制系統(tǒng)無論是硬件還是軟件，控制穩(wěn)定可靠，具有極高的可靠性與靈活性，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動的工藝條件。為了使銑床控制穩(wěn)定與可靠，具有極高的可靠性和靈活性，更容易檢修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動的工藝條件，取得較好的經(jīng)濟效益，所以對原來的繼電器接觸模式模擬控制系統(tǒng)進行plc改造。關(guān)鍵詞：x62w；電氣控制；plc-可編程控制器；梯形圖目 錄摘要.2第一章 銑床特點及電氣控制線路分析.51.1 銑床簡介

3、.51.2 x62w萬能銑床.51.3 電器元件設(shè)備.71.4 電力拖動特點及控制要求.81.5 電氣控制線路.8 1.6 電氣控制線路分析.10 主電路分析.10 控制電路分析.10 冷卻和照明控制.13第二章 可編程控制器的概述.142.1 plc的發(fā)展歷史.142.2 plc的構(gòu)成.142.3 plc的基本特點.152.4 plc的功能.152.5 plc的應(yīng)用領(lǐng)域.152.6 plc的分類.162.7 plc的國內(nèi)外狀況.182.8 plc的未來展望.18第三章 x62w萬能銑床電氣控制線路plc的硬件改造.193.1 x62w銑床plc控制系統(tǒng)的分析.193.2 plc的選型及校驗.

4、 .193.3 plc的i/o端口的分配.193.4 系統(tǒng)控制的安裝設(shè)計.20第四章 x62w萬能銑床電氣控制線路plc的軟件改造.224.1 梯形圖控制分析.22主軸控制電路分析.23進給控制電路分析.234.2 plc控制指令語句表. .24第五章 x62w萬能銑床plc改造的測試實驗.265.1 plc的模擬實驗.265.2 改進后的x62w萬能銑床空載實驗.265.3 改進后的x62w萬能銑床負載實驗.26第六章 plc控制與電氣控制的區(qū)別.27第七章 致謝.28參考文獻.29第一章 銑床特點及電氣控制線路分析1.1 銑床簡介銑削是一種高效率的加工方式，銑刀的旋轉(zhuǎn)是主運動，工作臺的上下

5、、左右、前后運動都是進給運動，其他的運動，如工作臺的旋轉(zhuǎn)運動則是輔助運動。銑床的種類很多，按照結(jié)構(gòu)型式和加工性能的不同，可分為立式銑床、臥式銑床、仿形銑床、龍門銑床和專用銑床等。萬能銑床是一種通用的多用途機床，它可以用圓柱銑刀、圓片銑刀、成型銑刀及端面銑刀等工具對各種零件進行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，還可以加裝萬能銑頭和圓工作臺來擴大加工范圍。目前，萬能銑床常用的有兩種，一種是臥式萬能銑床，銑頭水平放置，型號為x62w；另一種是立式萬能銑床，銑頭垂直放置，型號為x52k。這兩種銑床結(jié)構(gòu)大體相似，差別在于銑頭的放置方向上，而工作臺進給方式，主軸變速等都一樣，電氣控制線路經(jīng)過系列化以后，

6、也是一樣的，只不過容量不同。型號意義圖1.11.2 x62w萬能銑床x62w萬能銑床是一種通用的多用途機床，它可以進行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，是一種較為精密的加工設(shè)備，它采用繼電接觸器電路實現(xiàn)電氣控制。其操作是通過手柄同時操作電氣與機械，以達到機電緊密配合完成預(yù)定的操作，是機械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動作的典型控制，是自動化程度較高的組合機床。x62w型萬能銑床的結(jié)構(gòu)主要由床身、主軸、刀桿、懸梁、刀桿支架、工作臺、回轉(zhuǎn)盤、橫溜板、升降臺、底座等幾部分組成。在床身的前面有垂直導(dǎo)軌，升降臺可沿著它上下移動。在升降臺上面的水平導(dǎo)軌上，裝有可在平行主軸軸線方向移動（前后移動）的溜板。溜板上部有可移動

7、的回轉(zhuǎn)盤，工作臺就在溜板上部回轉(zhuǎn)盤上的導(dǎo)軌上作垂直于主軸軸線方向移動（左右移動）。 工作臺上有t形槽用來固定工件。這樣，安裝在工作臺上的工件就可以在三個坐標(biāo)上的六個方向調(diào)整位置或進給。銑床主軸帶動銑刀的旋轉(zhuǎn)運動時主運動；銑床工作臺的前后（橫向）、左右（縱向）和上下（垂直）6個方向的運動是進給運動；銑床的其他運動，如工作臺的訊轉(zhuǎn)運動則屬于輔助運動。此外，由于回轉(zhuǎn)盤可繞中心轉(zhuǎn)過一個角度（通常是45），因此工作臺在水平面上除了能在平行于或垂直于主軸軸線方向進給，還能在傾斜方向進給，可以加工螺旋槽，故稱萬能銑床。x62w萬能銑床特點：(1) 能完成很多普通機床難以加工或者根本不能加工的復(fù)雜型面的加工。

8、(2) 采用x62w銑床可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。(3) 采用x62w可以比普通機床提高2 3倍生產(chǎn)率，對復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)率可以提高十幾倍甚至幾十倍。(4) 大大的減輕了工人的勞動強度。x62萬能銑床外形結(jié)構(gòu)圖1、2縱向工作臺進給手動手輪和操縱手柄。 3、15主軸停止按鈕。 4、17主軸啟動按鈕。 5、14工作臺快速移動按鈕。 6工作臺橫向進給手動手輪。 7工作臺升降進給手動搖把。 8自動進給變速手柄。 9工作臺升降、橫向進給手柄。 10油泵開關(guān)。 11電源開關(guān)。 12主軸瞬時沖動手柄。 13照明開關(guān)。 16主軸調(diào)速轉(zhuǎn)盤。1.3 電器元件設(shè)備x62w萬能銑床電器元件明細表代號

9、元件名稱型號規(guī)格件數(shù)用途m1m2m3qs1qs2sa1sa2sa3fu1fu2fu3fu4fu5fr1fr2fr3t2tct1vckm1km2km3km4sb1、sb2sb3、sb4sb5、sb6yc1yc2yc3sq1代號電動機電動機電動機開關(guān)開關(guān)開關(guān)開關(guān)開關(guān)熔斷器熔斷器熔斷器熔斷器熔斷器熱繼電器熱繼電器熱繼電器變壓器變壓器變壓器整流器接觸器接觸器接觸器接觸器按鈕按鈕按鈕電磁離合器電磁離合器電磁離合器位置開關(guān)元件名稱jo2-51-4jo2-22-4jcb-22hz1-60/3jhz1-10/3jhz1-10/3jhz1-10/3jhz3-133rl1-60rl1-15rl1-15rl1-15

10、rl1-15jr0-60/3jr0-20/3jr0-20/3bk-100bk-150bk-504x2zccj0-20cj0-10cj0-10cj0-10la2la2la2定做定做定做lx3-11k型號7.5kw 1450r/min1.5kw 1410r/min0.125kw 2790r/min60a 500v10a 500v10a 500v10a 500v60a 500v60a5a5a5a1a16a0.5a1.5a380/36v380/100v380/24v20a 110v10a 110v10a 110v規(guī)格1111111131111111111111112221111件數(shù)驅(qū)動主軸驅(qū)動進給驅(qū)動

11、冷卻泵總開關(guān)冷卻泵開關(guān)換刀開關(guān)圓工作臺開關(guān)m1換相開關(guān)電源總保險整流電源保險直流電路保險控制回路保險照明保險m1過載保護m3過載保護m2過載保護整流電源控制回路電源照明電源整流器主軸驅(qū)動快速進給m2正轉(zhuǎn)m2反轉(zhuǎn)m1啟動快速進給點動停止、制動主軸制動正常進給快速進給主軸沖動開關(guān)用途sq2sq3sq4sq5sq6位置開關(guān)位置開關(guān)位置開關(guān)位置開關(guān)位置開關(guān)lx3-11klx2-131lx2-131lx2-131lx2-13111111進給沖動開關(guān)m2正、反轉(zhuǎn)及聯(lián)鎖、1.4 電力拖動特點及控制要求1、主軸電動機需要正反轉(zhuǎn)，但方向的改變并不頻繁。根據(jù)加工工藝的要求，有的工件需要順銑（電動機正轉(zhuǎn)），有的工件

12、需要逆銑（電動機反轉(zhuǎn)）。大多情況下是一批或多批工件只用一種方向銑削，并不需要經(jīng)常改變電動機的轉(zhuǎn)向。因此，可用電源相序轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)主軸電動機的正反轉(zhuǎn)，節(jié)省一個反向轉(zhuǎn)動接觸器。2、銑刀的銑削是一種不連續(xù)的切削，容易使機械傳動系統(tǒng)發(fā)生振動，為了避免這種現(xiàn)象，在主軸傳動系統(tǒng)中裝有慣性輪但在高速切削后，停車很費時間，故采用電磁離合器制動。3、工作臺既可以做六個方向上的進給，又可以在六個方向上快速移動。4、為了防止刀具和機床的損壞，要求只有主軸旋轉(zhuǎn)后，才允許有進給運動。為了減小加工工件表面的粗糙度，只有進給停止后主軸才能停止或同時停止。本機床在電氣上采用了主軸和進給同時停止的方式，但由于主軸運動的慣性很大

13、，實際上就保證了進給運動先停止，主軸運動后停止的要求。5、主軸運動和進給運動采用變速盤來進行速度選擇，為保證變速齒輪進入良好嚙合狀態(tài)，兩種運動都要求變速后作瞬時點動。1.5 電氣控制線路x62w萬能銑床的電氣控制線路。分為主電路，控制電路和照明電路三部分。x62w萬能銑床電氣控制電路圖1.6 電氣控制線路分析 主電路分析主電路中共有三臺電動機，m1是主電動機，拖動主軸帶動銑刀進行銑削加工；m2是工作臺進給電動機，拖動升降臺及工作臺進給；m3是冷卻泵電動機，供應(yīng)冷卻液。每臺電動機均有熱繼電器作過載保護。 控制電路分析1、 主軸電動機的控制控制線路中的啟動按鈕sb1和sb2是異地控制按鈕，分別裝在

14、機床兩處，方便操作。sb5和sb6是停止按鈕。km1是主軸電動機m1的啟動接觸器，yc1則是主軸制動用的電磁離合器，sq1是主軸變速沖動的行程開關(guān)。主軸電動機是經(jīng)過彈性聯(lián)軸器和變速機構(gòu)的齒輪傳動鏈來實現(xiàn)傳動的，可使主軸獲得十八級不同的轉(zhuǎn)速。（1）主軸電動機的啟動 啟動前先合上電源開關(guān)qs1，再把主軸轉(zhuǎn)換開關(guān)sa3扳到所需要的旋轉(zhuǎn)方向，然后按啟動按鈕sb1(或sb2)，接觸器km1獲電動作，其主觸頭閉合，主軸電動機m1啟動。sa3的功能見表1.1所示：正轉(zhuǎn)時sa3-2，sa3-3兩開關(guān)觸點分別接通，反轉(zhuǎn)時sa3-1，sa3-4分別接通，停止時都不接通。表1.1 主軸轉(zhuǎn)換開關(guān)位置表位置觸頭正轉(zhuǎn)停止

15、反轉(zhuǎn)sa3-1sa3-2sa3-3sa3-4（2）主軸電動機的停車制動 當(dāng)銑削完畢，需要主軸電動機m1停車時，按停止按鈕sb5(或sb6)，接觸器km1線圈斷電釋放，電動機m1停電，同時由于sb5-2或sb6-2接通電磁離合器yc1，對主軸電機進行制動。當(dāng)主軸停車后方可松開停止按鈕。（3）主軸換銑刀控制 主軸更換銑刀時，為避免主軸轉(zhuǎn)動，造成更換困難，應(yīng)將主軸制動。方法是將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa1扳到換刀位置，常開觸頭sa1-1閉合，電磁離合器yc1獲電，將電動機軸抱住；同時常閉觸頭sa1-2斷開，切斷控制電路，機床無法運行，保證了人身安全。（4）主軸變速時的沖動控制 主軸變速時的沖動控制，是利用變速手柄

16、與沖動行程開關(guān)sq1通過機械上的聯(lián)動機構(gòu)進行控制的。將變速手柄拉開，嚙合好的齒輪脫離，可以用變速盤調(diào)整所需要的轉(zhuǎn)速（實質(zhì)是改變齒輪的傳動比），然后將變速手柄推回原位，使變了傳動比的齒輪組重新嚙合。由于齒與齒之間的位置不能剛好對上，因而造成嚙合困難。若在嚙合時齒輪系統(tǒng)沖動一下，嚙合將十分方便。當(dāng)手柄推進時，手柄上裝的凸輪將彈簧桿推動一下又返回，而彈簧桿又推動一下位置開關(guān)sq1，sq1的常閉觸頭sq1-2先斷開，而后常開觸頭sq1-1閉合，使接觸器km1通電吸合，電動機m1啟動，但緊接著凸輪放開彈簧桿，sq1復(fù)位，常開觸頭sq1-1先斷開，常閉觸頭sq1-2后閉合，電動機m1斷電。此時并未采取制動

17、措施，故電動機m1產(chǎn)生一個沖動齒輪系統(tǒng)的力，足以使齒輪系統(tǒng)抖動，保證了齒輪的順利嚙合。2、 工作臺進給電動機的控制 轉(zhuǎn)換開關(guān)sa2是控制圓工作臺的，在不需要圓工作臺運動時，轉(zhuǎn)換開關(guān)sa2扳到“斷開”位置，此時sa2-1閉合，sa2-2斷開，sa2-3閉合；當(dāng)需要圓工作臺運動時，將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa2扳到“接通”位置，則sa2-1斷開，sa2-2閉合，sa2-3斷開。sa2的功能如表1.2所示:位置觸頭接通斷開sa2-1sa2-2sa2-3+表1.2 圓工作臺開關(guān)位置（1）工作臺縱向進給 工作臺的左右(縱向)運動是由“工作臺縱向操作手柄”來控制。手柄有三個位置：向左、向右、零位（停止），其控制關(guān)系見表

18、1.3。當(dāng)手柄扳到向左或向右位置時，手柄有兩個功能，一是壓下位置開關(guān)sq5或sq6，二是通過機械機構(gòu)將電動機的傳動鏈撥向工作臺下面的絲杠上，使電動機的動力唯一的地傳到該絲杠上，工作臺在絲杠的帶動下作左右進給。在工作臺兩端各設(shè)置一塊擋鐵，當(dāng)工作臺縱向移動到極限位置時，擋鐵撞動縱向操作手柄，使它回到中間位置，工作臺停止運動，從而實現(xiàn)縱向運動的終端保護。 表1.3 工作臺縱向進給開關(guān)位置位置觸頭左停右sq5-1sq5-2sq6-1sq6-2+ 1）工作臺向右運動 主軸電動機m1 啟動后，將操縱手柄向右扳，其聯(lián)動機構(gòu)壓到位置開關(guān)sq5，常開觸頭sq5-1閉合，常閉觸頭sq5-2斷開，接觸器km3通電吸

19、合;電動機m2正轉(zhuǎn)啟動，帶動工作臺向右進給。 2）工作臺向左進給 控制過程與向右相似，只是將操作手柄撥向左，這時位置開關(guān)sq6被壓著，sq6-1被壓著閉合，sq6-2斷開，接觸器km4通電吸合，電動機反轉(zhuǎn)，工作臺向左進給。（2）工作臺升降和橫向（前后）進給 操縱工作臺上下和前后運動時用同一手柄完成的。該手柄有五個位置，即上、下、前、后和中間位置。當(dāng)手柄扳向向上或向下時，機械上接通了垂直進給離合器；當(dāng)手柄扳向前或后時，機械上接通了橫向進給離合器；手柄在中間位置時，橫向和垂直進給離合器均不接通。在手柄扳到向下或向前位置時，手柄通過機械聯(lián)動機構(gòu)使位置開關(guān)sq3被壓動，接觸器km3通電吸合，電動機正轉(zhuǎn)

20、；在手柄扳到向上或向后時，位置開關(guān)sq4被壓動，接觸器km4通電吸合，電動機反轉(zhuǎn)。對應(yīng)操縱手柄的五個位置，可列出與之對應(yīng)的運動狀態(tài)，見表1.4 表1.4 工作臺橫向與垂直操縱手柄功能手柄位置工作臺運動方向離合器接通的絲杠行程開關(guān)動作接觸器動作電動機運轉(zhuǎn)向上向下向前向后中間向上進給或快速向上向下進給或快速向下向前進給或快速向前向后進給或快速向后升降或橫向停止垂直絲杠垂直絲杠橫向絲杠橫向絲杠橫向絲杠sq4sq3sq3sq4km4km3km3km4m2反轉(zhuǎn)m2正轉(zhuǎn)m2正轉(zhuǎn)m2反轉(zhuǎn)此五個位置是聯(lián)鎖的，各個方向的進給不能同時接通，所以不可能同時傳動紊亂的現(xiàn)象。 1）工作臺向上（下）運動 在主軸電機啟動后

21、，將操縱手柄扳到中間位置，把橫向和升降操作手柄扳到向上（下）位置，其聯(lián)動機構(gòu)一方面接通垂直傳動絲杠的離合器；令一方面它使位置開關(guān)sq4（sq3）動作，km4(km3)獲電，電動機m2反（正）轉(zhuǎn)，工作臺向上（下）運動。將手柄扳回中間位置，工作臺停止運動。 2) 工作臺向前（后）運動 手柄扳到向前（后）位置，機械裝置將橫向傳動絲杠的離合器接通；同時壓動位置開關(guān)sq3(sq4)，km3（km4）獲電，電動機m2正（反）轉(zhuǎn)，工作臺向前（后）運動。3)聯(lián)鎖問題 單獨對垂直和橫向操作手柄而言，上下前后四個方向只能選擇其一，絕不會出現(xiàn)兩個方向的可能性。但在操作這個手柄時，又將控制縱向的手柄撥動了，這時有兩個

22、方向進給，將造成機床重大事故，所以必須聯(lián)鎖保護。從圖1.1可以看出，若縱向手柄扳到任一方向，sq5-2或sq6-2兩個位置開關(guān)中的一個被壓開，接觸器km3或km4立刻失電，電動機m2停轉(zhuǎn)，從而得到保護。 同理，當(dāng)縱向操作手柄扳到某一方向而選擇了向左或向右進給時，sq5或sq6被壓著，它們的常閉觸頭sq5-2或sq6-2是斷開的，接觸器km3或km4都由sq3-2和sq4-2接通。若發(fā)生誤操作，使操作和橫向操作手柄扳離了自己位置，而選擇上、下、前、后某一方向的進給就一定使sq3-2或sq4-2斷開，使km3或km4斷電釋放，電動機m2停轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)，避免了機床事故。（3）進給變速沖動 和主軸變速一樣，

23、進給變速時，為使齒輪進入良好的嚙合狀態(tài)，也要做變速后的瞬時點動。在進給變速時，只需將變速盤（在升降臺前面）往外拉，使進給齒輪松開，待轉(zhuǎn)動變速盤以后，將變速盤向里推。在推進時，擋塊壓動位置開關(guān)sq2，首先使常閉觸頭sq2-2斷開，然后常開觸頭sq2-1閉合，接觸器km3通電吸合，電動機m2啟動。但它并未運轉(zhuǎn)起來，位置開關(guān)sq2已復(fù)位，首先斷開sq2-1，而后閉合sq2-2。接觸器km3失電，電動機失電停轉(zhuǎn)。這樣以來，使電動機接通一下電源，齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生一次抖動，使齒輪嚙合順利進行。（4）工作臺的快速移動 為了提高勞動生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)輔助時間，x62w萬能銑床在加工過程中，不做銑削加工時，要求工作臺

24、快速移動，當(dāng)進入銑削區(qū)時，要求工作臺以原進給速度移動。安裝好工件后，按下按鈕sb3或sb4（兩地控制），接觸器km2通電吸合，它的一個常開觸頭接通進給控制電路，另一個常開觸頭接通電磁離合器yc3，常閉觸頭切斷電磁離合器yc2。離合器yc2吸合將使齒輪系統(tǒng)和變速進給系統(tǒng)相聯(lián)，而離合器yc3則是快速進給變換用的，它的吸合，使進給傳動系統(tǒng)跳過齒輪變速鏈，電動機可直接拖動絲杠套，讓工作臺快速進給。進給的方向，仍由進給操作手柄來決定。當(dāng)快速移動到預(yù)訂網(wǎng)站時，松開按鈕sb3或sb4，接觸器km2斷電釋放，yc3斷開，yc2吸合，工作臺的快速移動停止，仍按原來方向做進給運動。3、 圓工作臺的控制為了擴大機床

25、的加工能力，可在機床上安裝附件圓形工作臺，這樣可以進行圓弧或凸輪的銑削加工。在拖動時，所有進給系統(tǒng)均停止工作（手柄放置在零位上），只讓圓工作臺繞軸心回轉(zhuǎn)。當(dāng)工件在圓工作臺安裝好后，用快速移動方法，將銑刀和工件之間位置調(diào)整好，把圓工作臺控制開關(guān)撥到“接通”位置。這個開關(guān)就是sa2，此時sa2-1和sa2-3斷開，sa2-2閉合。當(dāng)主電動機啟動后，圓工作臺即開始工作，其控制電路是：電源sq2-2sq3-2sq4-2sq6-2sq5-2sa2-2km4（常閉）km3線圈電源。接觸器km3通電吸合，電動機m2正轉(zhuǎn)。該電機帶動一根專用軸，使圓工作臺繞軸心回轉(zhuǎn)，銑刀銑出圓弧。在圓工作臺開動時，其余進給一律

26、不準(zhǔn)運動，若有誤操作，撥動了兩個進給手柄中的任一個，則必然會使位置開關(guān)sq3sq6中的某一個被壓動，則其常閉觸頭將斷開，使電動機停轉(zhuǎn)，從而避免了機床事故。圓工作臺在運轉(zhuǎn)過程中不要求調(diào)速，也不要求反轉(zhuǎn)。按下主軸停按鈕sb5或sb6，主軸停轉(zhuǎn)，圓工作臺也停轉(zhuǎn)。 冷卻和照明控制冷卻泵只有在主電動機啟動后才能啟動，所以主電路中將m3接在主接觸器km1觸頭后面，另外又可以用開關(guān)qs2控制。機床照明由變壓器t1供給24v安全電壓。第二章 可編程控制器的概述2.1 plc的發(fā)展歷史起源：1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器 pdp1

27、4 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱programmable，是世界上公認的第一臺plc。發(fā)展：20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的plc為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編

28、程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、pid功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加

29、適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。2.2 plc的構(gòu)成1. cpu是plc的核心部分。與通用微機cpu一樣，cpu在pc系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。2. 存儲器3. i/o（輸入/輸出部件）（i/o模塊：接口電路、i/o映像存儲器）4. 編程器等外部設(shè)備5. 電源：內(nèi)部開關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機型還可以向外提供dc24v穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場的開關(guān)信號、外部傳感器供電。2.3 plc的基本特點1、高可靠性，抗干擾強2、功能強大，性價比高3、編程簡易，現(xiàn)

30、場可修改4、配套齊全，使用方便5、壽命長，體積小，能耗低6、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維護方便2.4 plc的功能1、邏輯控制2、定時控制3、計數(shù)控制4、步進(順序)控制5、pid控制6、數(shù)據(jù)控制：plc具有數(shù)據(jù)處理能力。7、通信和聯(lián)網(wǎng)8、其它：plc還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，crt模塊。2.5 plc的應(yīng)用領(lǐng)域在自動化控制領(lǐng)域，plc是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種plc產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車(23%)、糧食加工(16.4%)、化學(xué)/制藥(14.6%)、金屬/礦山(11.5%)、紙漿/造紙(11.3%)等行業(yè)。（1

31、）開關(guān)量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （3）運動控制 plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來

32、說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 （4）過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。（5）數(shù)據(jù)

33、處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （6）通信及聯(lián)網(wǎng) plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接

34、口，通信非常方便。plc的應(yīng)用領(lǐng)域仍在擴展，在日本，plc的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機械的自動控制，擴展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活關(guān)聯(lián)的機器、與環(huán)境關(guān)聯(lián)的機器，而且均有急速的上升趨勢。值得注意的是，隨著plc、dcs相互滲透，二者的界線日趨模糊的時候，plc從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展。2.6 plc的分類plc產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對plc的分類可以根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能的差異等進行大致分類。 1.按i/o點數(shù)分類 plc按其i/o點數(shù)多少一般可分為以下4類：（1） 微型plc：i/o點數(shù)小于64點的

35、plc為超小型或微型plc。（2） 小型plc：i/o點數(shù)為256點以下，用戶程序存儲容量小于8kb的為小型plc。它可以連接開關(guān)量和模擬量i/o模塊以及其他各種特殊功能模塊，能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。如西門子公司的s7-200plc，三菱公司的 f1、f2和fx0系列 plc都屬于小型機。（3）中型plc：i/o點數(shù)在5122048點之間的為中型plc。它除了具有小型機所能實現(xiàn)的功能外，還具有更強大的通信聯(lián)網(wǎng)功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。如西門子公司的 s7-300plc、三菱公司的ais系列plc都屬于中型機（4）大

36、型plc：i/o 點數(shù)為2048點以上的為大型plc。它具有極強的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。另外大型plc還可以采用三個cpu構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器具有更高的可靠性。如西門子公司的s7-400系列 plc、三菱公司的a3m、a3n系列plc都屬于大型機。 2.按結(jié)構(gòu)分類 plc按其結(jié)構(gòu)可分為整體式、模塊式及疊裝式 3 種。 1)整體式 plc 將cpu、i/o單元、電源、通信等部件集成到一個機殼內(nèi)的稱為整體式 plc。整體式plc由不同i/o點數(shù)的基本單元(又稱主機)和擴展單元組成。 基本單元內(nèi)有cpu、 i/o接口、與i/o擴展單

37、元相連的擴展口以及與編程器相連的接口。擴展單元內(nèi)只有i/o接口和電源等，沒有cpu。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。它還配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。整體式 plc一般都是小型機。 2)模塊式plc模塊式plc是將plc的每個工作單元都制成獨立的模塊，如cpu模塊、i/o模塊、電源模塊(有的含在cpu模塊中)以及各種功能模塊。模塊式plc由母板(或框架)以及各種模塊組成。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，安插到母板上，就構(gòu)成了一個完整的plc系統(tǒng)。這種模塊式plc的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型p

38、lc一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。例如，西門子公司的 s7-300系列、s7-400 系列plc都采用模塊式結(jié)構(gòu)形式。 3)疊裝式plc 將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式plc。疊裝式plc將cpu模塊、電源模塊、通信模塊和一定數(shù)量的i/o單元集成到一個機殼內(nèi)，如果集成的i/o模塊不夠使用，可以進行模塊擴展。其cpu、電源、i/o接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間要靠電纜進行連接，并且各模塊可以一層層地疊裝。疊裝式plc集整體式plc與模塊式plc優(yōu)點于一身，它不但系統(tǒng)配置靈活，而且體積較小，安裝方便。西門子公司的s7-200系列 plc 就是疊裝式的結(jié)構(gòu)形式。 3.按功能分類 根據(jù) p

39、lc 所具有的功能不同，可將plc分為低檔、中檔、高檔 3類。 1)低檔 plc 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量的模擬量 i/o、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。 2)中檔 plc 除具有低檔plc的功能外，還具有較強的模擬量i/o、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程 i/o、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、pid (比例、積分、微分控制)控制等功能，以適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。3)高檔 plc 除具有中檔plc的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、函數(shù)、表格、crt可編程

40、控制器原理與應(yīng)用顯示、打印和更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),實現(xiàn)工廠自動化。 一般低檔機多為小型plc，采用整體式結(jié)構(gòu)；中檔機可為大、中、小型plc，其中小型plc多采用整體式結(jié)構(gòu)，中型和大型plc采用模塊式結(jié)構(gòu)。2.7 plc的國內(nèi)外狀況20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這

41、個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了plc的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的cf系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的dkk及d系

42、列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的s系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的yz系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的plc生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，plc在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。2.8 plc的未來展望1：產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 大：i/o點數(shù)達14336點、32位微處理器、多cpu并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。2：plc在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛。3：不斷加強通訊功能。4：新器件和模塊不斷推出 高檔的plc除了主要采

43、用cpu以提高處理速度外，還有帶處理器的eprom或ram的智能i/o模塊、高速計數(shù)模塊、遠程i/o模塊等專用化模塊。5：編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的plc指令系統(tǒng)。6：發(fā)展容錯技術(shù) 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。7：追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。第三章 x62w萬能銑床電氣控制線路的plc改造的硬件設(shè)計3.1 x62w銑床plc控制系統(tǒng)的分析 根據(jù)實際情況，在銑床的電氣改造過程中，保留原有的機械操作不變，將原來繼電器控制的線路用plc控制系統(tǒng)取代。按照plc控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟，x

44、62w銑床plc控制系統(tǒng)屬于典型的單機控制系統(tǒng)，輸入/輸出信號均為開關(guān)控制量，一般的繼電器輸出型plc就可以滿足控制上的要求，又由于x62w銑床不屬于大型機床，輸入信號傳輸距離不大，控制電路比較集中，不必采用單獨的控制柜來安裝電器元件。為了提高整個系統(tǒng)的可靠性、安全性，考慮到系統(tǒng)的成本，系統(tǒng)的組織電動機正、反轉(zhuǎn)及冷卻泵電動機部分控制將不采用plc控制。3.2 plc的選型及校驗x62w銑床電路中輸入/輸出及控制信號共有27個。其中輸入信號17個、輸出信號10個，實際使用時，系統(tǒng)的輸入都為開關(guān)控制量，加上10%15%的余量就可以了，并無其他特殊控制模塊的需要。故選用日本三菱公司的fx2n-48m

45、r-001型plc。ac電源，24v直流輸入，繼電器輸出。輸入點數(shù)24，輸出點數(shù)24。fx2n是fx系列中功能最強、速度最高的微型可編程序控制器。它的基本指令執(zhí)行時每條指令高達0.08 s，用戶存儲器容量可擴展到16k步，i/o點最大可擴展到256點，可有多種特殊功能擴展，實現(xiàn)多種特殊控制功能（pid、高速計數(shù)、a/d、d/a、等）。有多種rs-232/rs-422/rs-485串行通信模塊或功能擴展板，可實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信功能。可滿足機床10點輸出，17點輸入的要求。plc的供電電源為隔離變壓器提供，這樣可以減少電網(wǎng)波動或噪聲對plc的干擾。3.3 plc的i/o端口的分配表3.1 輸入信號地址分配表作用名稱地址作用名稱地址主軸啟動按鈕