基于PLC的銑床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要PLC是一種通用的自動控制裝置其主要是以計算機(jī)技術(shù)為技術(shù)核心，它具有很強(qiáng)的抗干擾能力，高可靠性，直觀而簡單的編程，適應(yīng)性強(qiáng)，完善的功能，接口功能強(qiáng)等一系列優(yōu)點。因此在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。銑床的傳動裝置主要是以各種電動機(jī)為動力其重要的是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的技術(shù)裝置。在電氣系統(tǒng)中是主干部分，也在國民經(jīng)濟(jì)中占到主導(dǎo)的低位得到廣泛的應(yīng)用。在我國早起的大多數(shù)銑床都是采用傳統(tǒng)的繼電器控制，而其接觸器觸點受機(jī)械運(yùn)動的影響，觸點的壽命會受到很大的影響，故障率也很高，可靠性遠(yuǎn)不及PLC控制。為此，提出了用PLC來對我們銑床進(jìn)行電氣控制，銑床我們主要是對我們工業(yè)應(yīng)用中廣泛的X

2、62W萬能的銑床進(jìn)行控制，系統(tǒng)的介紹利用PLC對這種銑床進(jìn)行控制的方法和方案。其中主要進(jìn)行功能的分析，原理圖的設(shè)計，梯形圖的設(shè)計與編寫進(jìn)行調(diào)試，提高銑床的性能，提升經(jīng)濟(jì)效益及產(chǎn)品質(zhì)量。關(guān)鍵詞：X62W銑床；電氣控制；PLC；梯形圖目錄專心-專注-專業(yè)第一章 緒論1.1課題研究的目的和意義銑床是以各類電動機(jī)為動力的傳動裝置與系統(tǒng)的對象以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的技術(shù)裝置。電氣系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、電子加工與設(shè)備電氣改造中。 銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有

3、工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。自動銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美，各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。在我國7080年代大多數(shù)銑床中，大多數(shù)的開關(guān)量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制，也有相當(dāng)一部分輔機(jī)系統(tǒng)是采用繼電控制。因此，繼電器本身固有的缺陷，給銑床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了不利影響，用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢所趨。1.2自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀 從上世紀(jì)80 年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對自動控制技術(shù)和自動銑床床一直給予較大的關(guān)注。經(jīng)過九五

4、自動車床和加工中心包括自動銑床的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成，所生產(chǎn)的中檔普及型自動銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強(qiáng)的市場競爭力。但在中高檔自動銑床方面與國外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比仍存在較大差距。這是由于歐美日等先進(jìn)工業(yè)國家于80 年代先后完成了自動機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，其中一些著名機(jī)床公司致力于科技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)引導(dǎo)著數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展，如美國英格索爾公司和德國惠勒喜樂公司對用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展日本牧野公司對高效精密加工中心所作的貢獻(xiàn)，德國瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對高效復(fù)合加工的推進(jìn)等等。相比之下，我國大部分?jǐn)?shù)近代機(jī)床產(chǎn)品在技術(shù)處于跟蹤

5、階段。表1以中擋銑床為例列出國內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明顯差。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展改進(jìn)，特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制;在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從策重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)。X62W銑床綜合了計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。X62W銑床是由普通機(jī)床發(fā)展而來。它

6、集于機(jī)械、液壓、氣動、伺服驅(qū)動、精密測量、電氣自動控制、現(xiàn)代控制理論、計算機(jī)控制等技術(shù)于一體，是一種高效率、高精度能保證加工質(zhì)量、解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備。萬能銑床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)帶來了深刻的變化，其技術(shù)水平高低和擁有量多少，是衡量一個國家和企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。1.3 銑床簡單介紹1.3.1 銑床的選型圖1-1 X62W的含義圖X62W萬能銑床是一種通用的多用途機(jī)床，它可以進(jìn)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，它采用幾點接觸器電路實現(xiàn)電氣控制，PLC轉(zhuǎn)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗

7、干擾能力強(qiáng)，將X62W萬能銑床電氣控制線路改造為可編程控制器控制，可以提高整個電氣控制系統(tǒng)的工作性能，減少維護(hù)，維修的工作量。1.3.2 X62W萬能銑床的特點1. 能完成很多普通機(jī)床難以加工或更本不能加工的復(fù)雜型面的加工。2. 采用X62W銑床可以提高零件的加工精度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。3. 采用X62W可以比普通機(jī)床提高2-3倍的生產(chǎn)率，對復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。第二章 可編程序控制器(PLC)簡介可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC。所謂可編程序控制器，就是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采

8、用一種可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲并執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、記數(shù)和算術(shù)操作的指令，通過數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。隨著PLC的發(fā)展，它不僅能完成編輯、運(yùn)算、控制，而且能實現(xiàn)模擬量、數(shù)字量的算術(shù)運(yùn)算。2.1 PLC工作原理PLC的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，.然后順序向各個輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。除此之外，為提高工作的可靠性和及時的接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計算機(jī)的通信。2.2 PLC的編程語言-梯形圖梯形圖在形式上類似于繼電器控制

9、電路圖，它簡單，直觀，易讀，好懂，是PLC中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號，這些圖形符號被稱為編程元件，每一個編程元件對應(yīng)有一個編號。不同廠家的PLC，其編程元件的多少及編號方法不盡相同，但是基本的元件及功能很相近。梯形圖有如下特點。（1）梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個繼電器為一個邏輯行，稱為梯形。每一個邏輯行起始于左母線，然后是觸點的各種聯(lián)接，最后是線圈，整個圖形呈梯形。（2）梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，因此稱為軟繼電器，相應(yīng)的某位觸發(fā)器為真態(tài)，表示該繼電器通電，其常開觸點閉合，常閉觸點打開

10、。梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外，還包括定時器、計數(shù)器等。(3)梯形圖中，一般情況下某個編號的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器的觸點是可以被無限制的引用，既可是常開觸點也可以是常閉觸點。(4)梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個支路也沒有真實的電流通過，但是為了方便，常用有電流來形象的描述解算中滿足輸出線圈的動作條件。所以僅僅是概念上的電流，而且認(rèn)為它只能從左向右流動，層次的改變只能是先上后下。2.3 可編程序控制器PLC的優(yōu)點（1）能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，不要求空調(diào)，能抗電磁干擾與電壓沖擊。（2）簡單，易于使用，不

11、必要求微機(jī)軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言。（3）可靠性高，平均故障間隔時間(MTBF)超過20000小時。（4）編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。（5）體積小，價格低。（6）可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場。（7）可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá)10000英尺，內(nèi)存可以擴(kuò)展。（8）有很強(qiáng)的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。（9）系統(tǒng)化，有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。（10）系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時，仍可改在另一種現(xiàn)場上使用等一系列優(yōu)點。2.4 PLC選型標(biāo)準(zhǔn)世界上有很多廠商生產(chǎn)PLC,如德國的西門子、日本的三菱、松下，美國GE公司等完成系統(tǒng)的設(shè)計主要是選型和程序設(shè)計

12、。但是由于PLC應(yīng)用在不同場合，有不同的工藝流程，對控制功能 有不同的要求，由于各程序難易程度不一樣，因此有一定的選擇標(biāo)準(zhǔn)：（1）PLC機(jī)型選擇主要考慮I/O點數(shù)。根據(jù)控制系統(tǒng)所需要的輸入設(shè)備（如按鈕、限位開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等）、輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、信號指示燈等）以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換的個數(shù)。確定I/O的點數(shù)。一般要留有一定裕量（約占10%），滿足生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)。（2）隨著PLC功能日益完善，很多小型機(jī)也具有中、大型機(jī)的功能。對于PLC的功能選擇，一般只要滿足I/O點數(shù)，大多數(shù)機(jī)型也能滿足。目前大多數(shù)PLC機(jī)型都具有I/O擴(kuò)展模塊、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，以及高級指令、中斷能力與外設(shè)

13、通信能力。（3）PLC一般根據(jù)I/O點數(shù)的不同，內(nèi)存容量會有相應(yīng)的差別。在選擇內(nèi)存容量時同樣應(yīng)留有一定余量，一般時實際程序的25%。不應(yīng)單純追求大容量，以夠用為原則。（4）在PLC機(jī)型選取上要考慮控制系統(tǒng)與PLC結(jié)構(gòu)功能的合理性。如果是單機(jī)系統(tǒng)控制，I/O點數(shù)不多，不涉及PLC之間的通信，但又要求功能更強(qiáng)，要求有處理模擬信號的能力，可選擇整體式機(jī)，如松下FP0、FP1、FP-M系列，以及OMRON C200H系列等。如果僅有開關(guān)量控制，可選擇OMRON C系列P型機(jī)、西門子S7-200,三菱F1、FX系列等。（5）一個企業(yè)盡量選擇同一類型的PLC同一機(jī)型PLC模塊可互為利用，便于采購管理。同一

14、機(jī)型PLC的功能、編程方法相同，有利于技術(shù)人員水平的提高。同一機(jī)型PLC，其外圍設(shè)備通用，資源共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，與上位計算機(jī)配合可形成多級分布式的控制系統(tǒng)。第三章 X62W萬能銑床的硬件設(shè)計3.1 X62W萬能銑床電力拖動的特點及控制要求1. 機(jī)床要求有三臺電動機(jī)，分別稱為主軸電動機(jī)、進(jìn)給電動機(jī)和冷卻泵電動機(jī)。2. 由于加工時有順銑和逆銑兩種，所以要求主軸電動機(jī)能正反轉(zhuǎn)及在變速時能瞬時沖動一下，以利于齒輪的嚙合，并要求還能制動停車和實現(xiàn)兩地控制。3.2 X62W萬能銑床元件選型表3-1 銑床電機(jī)參數(shù)參照表符號名稱型號規(guī)格件數(shù)作用M1主軸電動機(jī)Y132-M-4-B37.5KW,380V,145

15、0r/min1主軸傳動M2進(jìn)給電動機(jī)Y90L-41.5kw,380v,1400r/min1進(jìn)給傳動M3冷卻泵電動機(jī)JCB-220.125kw,380v,2790r/min1冷卻泵傳動表3-2 銑床元件型號符號名稱型號規(guī)格件數(shù)作用KM1接觸器CJ0-2020A,220V1主軸啟動KM2接觸器CJ0-1010A,220V1反接制動KM3接觸器CJ0-1010A,220V1M2正傳KM4接觸器CJ0-1010A,220V1M2反轉(zhuǎn)KM5接觸器CJ0-1010A,220V1M2快速進(jìn)給KM6接觸器CJ0-1010A,220V1油泵電機(jī)啟動KV速度繼電器JY12A1反接制動SB1,2按鈕LA2綠色2M1

16、啟動按鈕SB3,4按鈕LA2黑色2M1停止按鈕SB5,6按鈕LA2紅色2快速進(jìn)給按鈕SA1轉(zhuǎn)換開關(guān)HZ1-10/E16三極1圓工作臺轉(zhuǎn)換SA2轉(zhuǎn)換開關(guān)HZ1-10/E16三極1照明燈開關(guān)SA4轉(zhuǎn)換開關(guān)HZ1-10/E16三極1M1轉(zhuǎn)向開關(guān)SQ1限位開關(guān)LX1-11K開啟式1向右進(jìn)給SQ2限位開關(guān)LX1-11K開啟式1向左進(jìn)給SQ3限位開關(guān)LX2-131單輪，自動復(fù)位1向前、向下進(jìn)給SQ4限位開關(guān)LX2-131單輪，自動復(fù)位1向后、向上進(jìn)給SA3轉(zhuǎn)換開關(guān)HZ1-10/E16三極1冷卻泵開關(guān)SQ6限位開關(guān)LX3-11K開啟式1進(jìn)給變速沖動SQ7限位開關(guān)LX3-11K開啟式1主軸變速沖動QS轉(zhuǎn)換開關(guān)

17、HZ1-60/E26三極1電源總開關(guān)FR1熱繼電器JRQ-4011A,3A1M1過載保護(hù)FR2熱繼電器JR10-103A,5A1M2過載保護(hù)FR3熱繼電器JR10-100.415A1M3過載保護(hù)FU1熔斷器RL130A3總電源短路保護(hù)FU2熔斷器RL110A3進(jìn)給短路保護(hù)FU3熔斷器RL16A2控制電路短路保護(hù)FU4熔斷器RL14A2照明電源短路保護(hù)TC1變壓器BK-50380/36V1控制電路變壓器TC2變壓器BK-150380/127V1照明變壓器YA電磁離合器B1DL-III1快速進(jìn)給R電阻ZB21.45W,15.4A2限制制動電阻3.3 X62W萬能銑床的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動形式1. 主要結(jié)

18、構(gòu)由床身、主軸、刀桿、橫梁、工作臺、回轉(zhuǎn)盤、橫溜板和升降臺等幾部分組成，如圖3-1所示。圖3-1 X62W萬能銑床外形圖2. 運(yùn)動形式主軸轉(zhuǎn)動是由主軸電動機(jī)通過彈性聯(lián)軸器來驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)構(gòu)中的一個雙聯(lián)滑動齒輪塊嚙合時，主軸即可旋轉(zhuǎn)。工作臺面的移動是由進(jìn)給電動機(jī)驅(qū)動，它通過機(jī)械機(jī)構(gòu)使工作臺能進(jìn)行三種形式六個方向的移動，即：工作臺面能直接在溜板上部可轉(zhuǎn)動部分的導(dǎo)軌上作縱向（左、右）移動；工作臺面借助橫溜板作橫向（前、后）移動；工作臺面還能借助升降臺作垂直（上、下）移動。第四章 X62W萬能銑床傳統(tǒng)繼電器的電氣控制原理4.1 電氣原理圖該銑床共用3臺異步電動機(jī)拖動，它們分別是主軸電動機(jī)M1、進(jìn)給

19、電動機(jī)M2和冷卻泵電動機(jī)M3。X62W萬能銑床的電氣原理圖主電路圖如圖4-1所示。圖4-1 X62W萬能銑床的電氣原理圖主電路圖X62W萬能銑床的電氣原理圖控制電路圖如圖4-2所示。圖3-2 X62W萬能銑床的電氣原理圖控制電路圖4.2 主電路分析主軸電動機(jī)M1要求能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)方向變換不頻繁。通過換向開關(guān)SA4在加工前預(yù)先選擇，與接觸器KM1配合，能進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制；與接觸器KM2、制動電阻R及速度繼電器KV的配合，實現(xiàn)主軸電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)反接制動控制，并通過機(jī)械裝置進(jìn)行變速。 進(jìn)給電動機(jī)M2要求能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通過接觸器KM3、KM4與行程開關(guān)、接觸器KM5和牽引電磁鐵YA配合，實現(xiàn)三

20、種形式六個方向的常速進(jìn)給和快速進(jìn)給控制。 冷卻泵電動機(jī)只要求單向旋轉(zhuǎn)。電路中熔斷器FU1既作為銑床總的短路保護(hù)，又作為主軸電動機(jī)M1的短路保護(hù)；FU2作為進(jìn)給電動機(jī)M2、冷卻泵電動機(jī)M3及控制變壓器、照明變壓器一次側(cè)的短路保護(hù)；熱繼電器FR1、FR2和FR3分別作為M1、M2和M3的過載保護(hù)。4.3 控制電路分析4.3.1 主軸電機(jī)M1的控制將圖4-2的主軸電動機(jī)的控制線路另畫于圖4-3中。圖中SB1、SB2、SB3和SB4是分別裝在工作臺的前面和床身側(cè)面的啟動和停止按鈕，可在兩地控制，方便操作。圖4-3 主軸電機(jī)控制線路KM1是主軸電動機(jī)啟動接觸器，需要啟動主軸電動機(jī)時，先將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4扳

21、到主軸電動機(jī)所需的旋轉(zhuǎn)方向；然后按下啟動按鈕SB1或SB2，接觸器KM1得電且自鎖，電動機(jī)M1拖動主軸旋轉(zhuǎn)；速度繼電器KV動作，KV-1或KV-2中的一對常開觸點閉合，為主軸電動機(jī)的反接制動作好準(zhǔn)備。主軸電動機(jī)M1得電通路：T1SQ7常閉觸點SB4SB3SB1或SB2KM2常閉觸點KM1線圈T1。KM2是反接制動和主軸變速沖動接觸器。停車時，按下停止按鈕SB3或SB4，接觸器KM1失電，主軸電動機(jī)M1慣性轉(zhuǎn)動；停止按鈕按到底，KM2得電且自鎖，改變了主軸電動機(jī)M1的電源相序，串入電阻反接制動；當(dāng)M1的轉(zhuǎn)速降至約100r/min時，速度繼電器KV-1或KV-2的常開觸點恢復(fù)斷開，KM2失電，M1

22、迅速停止轉(zhuǎn)動，反接制動結(jié)束。反接制動接觸器KM2得電通路：T1SQ7常閉觸點SB4或SB3常開觸點（已閉合）KV-1或KV-2常開觸點（已閉合）KM1常閉觸點KM2線圈T1。SQ7是與主軸變速手柄聯(lián)動的瞬時動作行程開關(guān)。主軸變速時，先將變速手柄壓下拉到前面，轉(zhuǎn)動變速盤選擇需要的轉(zhuǎn)速，然后將變速手柄推回原位。在將變速手柄拉到前面和推回原位的過程中，與變速手柄相聯(lián)的凸輪都會把行程開關(guān)SQ7壓下，SQ7的常開觸點瞬時閉合一下，KM2得電，主軸電動M1反向轉(zhuǎn)動一下，使變速后的齒輪易于嚙合，這就是主軸的變速沖動。主軸變速可在主軸不轉(zhuǎn)時進(jìn)行，也可在主軸轉(zhuǎn)動時進(jìn)行。如果是在主軸轉(zhuǎn)動時進(jìn)行變速，無需先按停止按

23、鈕再變速，可直接進(jìn)行變速操作。行程開關(guān)SQ7在變速手柄拉出時，在凸輪的作用下常閉觸點先斷開，切斷接觸器KM1的線圈電路，主軸電動機(jī)M1斷電；SQ7的常開觸點后閉合，KM2得電，對主軸電動機(jī)M1進(jìn)行反接制動，M1的轉(zhuǎn)速迅速下降；將變速手柄推回時，SQ7再次動作一下，實現(xiàn)主軸的變速沖動。變速完成后，主軸停止轉(zhuǎn)動，需再次啟動電動機(jī)，主軸將在新的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。4.3.2 進(jìn)給電動機(jī)M2的控制進(jìn)給運(yùn)動的所有操作都是在主軸電動機(jī)M1啟動、接觸器KM1常開觸點閉合后進(jìn)行的；所有的進(jìn)給運(yùn)動都是由進(jìn)給電動機(jī)M2拖動的。轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1是工作臺的選擇開關(guān)，當(dāng)置于“斷開”位置時，SA1-1、SA1-3閉合，SA1-2斷

24、開，可以進(jìn)行工作臺的進(jìn)給操作；當(dāng)置于“閉合”位置時，SA1-1、SA1-3斷開，SA1-2閉合，此時不能進(jìn)行工作臺的操作，只能對圓工作臺的進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)行控制。 工作臺的進(jìn)給運(yùn)動分為左右的縱向運(yùn)動、前后的橫向運(yùn)動和上下的垂直運(yùn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1置于“斷開”位置時，將圖3-2中工作臺進(jìn)給運(yùn)動的控制線路另畫于圖4-4中。接觸器KM3、KM4使進(jìn)給電動機(jī)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，用來改變工作臺進(jìn)給運(yùn)動的方向。進(jìn)給運(yùn)動的操作是由兩個機(jī)械操作手柄與對應(yīng)的行程開關(guān)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)相互配合實現(xiàn)的。SQ1、SQ2是與縱向進(jìn)給機(jī)械操作手柄相聯(lián)動的行程開關(guān)，SQ3、SQ4是與橫向進(jìn)給及垂直進(jìn)給機(jī)械操作手柄相聯(lián)動的行程開關(guān)。六個

25、方向的進(jìn)給運(yùn)動相互聯(lián)鎖，同一時刻只允許有一個方向的運(yùn)動，當(dāng)兩個操作手柄處在中間位置時，SQ1SQ4各行程開關(guān)都處在未受壓的原始狀態(tài)。圖3-4 工作臺進(jìn)給運(yùn)動控制線路1. 工作臺縱向（左、右）進(jìn)給運(yùn)動的控制工作臺的縱向進(jìn)給由縱向操作手柄控制，該手柄有三個位置：向左、向右和中間。當(dāng)將操作手柄扳向右（或向左）時，一方面通過機(jī)械機(jī)構(gòu)將工作臺與縱向移動的傳動裝置相聯(lián)接，另一方面壓下向右（或向左）進(jìn)給行程開關(guān)SQ1（或SQ2），SQ1-1（或SQ2-1）常開觸點閉合，接觸器KM3（或KM4）得電，進(jìn)給電動機(jī)M2通電轉(zhuǎn)動（或反向轉(zhuǎn)動），拖動工作臺向右（或向左）移動。當(dāng)將縱向操作手柄扳回到中間位置時，一方面工

26、作臺脫離縱向移動的傳動裝置，另一方面行程開關(guān)SQ1（或SQ2）復(fù)位，接觸器KM2（或KM3）失電，進(jìn)給電動機(jī)M2斷電，工作臺停止轉(zhuǎn)動。由于進(jìn)給速度低，M2未采取制動措施。為避免工作臺左、右移動越過極限進(jìn)給位置發(fā)生事故，在工作臺的左、右兩端各有一塊擋鐵，當(dāng)工作臺移動到極限位置時，擋鐵撞向縱向操作手柄，使手柄回到中間位置，實現(xiàn)自動停車。左、右移動的極限位置，可以通過改變左、右兩端的擋鐵位置進(jìn)行調(diào)整。2. 工作臺橫向（前、后）及垂直（上、下）進(jìn)給運(yùn)動的控制工作臺橫向及垂直進(jìn)給由十字手柄控制，該手柄也有兩個，分別裝在工作臺左側(cè)的前、后方。十字手柄有：前、后、左、右和中間五個位置。與縱向進(jìn)給操作一樣，在

27、扳動十字手柄壓下行程開關(guān)SQ3、SQ4的同時，將工作臺與橫向運(yùn)動或垂直運(yùn)動的機(jī)械傳動裝置相聯(lián)接。SQ3控制工作臺向下或向前運(yùn)動，SQ4控制工作臺向上或向后運(yùn)動。當(dāng)將十字手柄扳向下或向前時，壓下行程開關(guān)SQ3，SQ3-1常開觸點閉合，接觸器KM3得電，進(jìn)給電動機(jī)M2通電轉(zhuǎn)動，拖動工作臺向下或向前移動。若將十字手柄扳回到中間位置，工作臺與傳動機(jī)構(gòu)脫離，同時行程開關(guān)SQ3復(fù)位，接觸器KM3失電，進(jìn)給電動機(jī)M2斷電，工作臺停止進(jìn)給運(yùn)動。當(dāng)將十字手柄扳向上或向后時，壓下行程開關(guān)SQ4，SQ4-1常開觸點閉合，接觸器KM4得電，進(jìn)給電動機(jī)M2通電反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向上或向后運(yùn)動。3. 作臺的快速移動為提高工

28、作效率，在銑刀未作銑切加工時，工作臺可以快速移動，操作過程如下：工作臺在進(jìn)給移動時，按下快速移動按鈕SB5或SB6（兩地控制），接觸器KM5得電，快速移動電磁鐵YA通電動作，工作臺按原進(jìn)給方向快速移動，當(dāng)工作臺移動到預(yù)期位置，松開探險鈕SB5或SB6，KM5失電，YA斷電，快速進(jìn)給結(jié)束，工作臺按原速度、原方向繼續(xù)移動。4. 進(jìn)給電動機(jī)的變速沖動為使齒輪易于嚙合，與主軸變速一樣，進(jìn)給變速也設(shè)有變速沖動裝置。SQ6是進(jìn)給變速沖動行程開關(guān)，在操作進(jìn)給變速盤變速時，其連桿機(jī)構(gòu)會瞬時壓下行程開關(guān)SQ6，使SQ6-2常閉觸點斷開、SQ6-1常開觸點閉合，接觸器KM3短時得電，進(jìn)給電動機(jī)M2瞬時轉(zhuǎn)動一下，實

29、現(xiàn)對進(jìn)給變速的沖動。從進(jìn)給控制電路可以看出，進(jìn)給變速沖動是在行程開關(guān)SQ1SQ4不受壓、其常閉觸點閉合時完成的。所以進(jìn)給變速時，需將操作手柄都置在中間位置，進(jìn)給電動機(jī)M2不轉(zhuǎn)的情況下，才能實現(xiàn)進(jìn)給的變速沖動，這一點與主軸的變速沖動不同。5. 圓工作臺的控制圖4-5 圓工作臺進(jìn)給控制電路圓工作臺的控制電路如圖4-5所示，此時工作臺的進(jìn)給操作手柄都應(yīng)處在中間位置，SQ1SQ4的常閉觸點處于閉合的原始位置，按下主軸啟動按鈕SB1或SB2，接觸器KM1、KM3先后得電，主軸轉(zhuǎn)動的同時，進(jìn)給電動機(jī)M2通過傳動機(jī)構(gòu)拖動圓工作臺單向轉(zhuǎn)動。若要使圓工作臺停止運(yùn)動，只要按下主軸停止按鈕SB3或SB4，主軸與圓工

30、作臺便同時停止工作。6. 進(jìn)給控制的聯(lián)鎖在銑床加工中，為安全起見，在多種運(yùn)動間設(shè)置了相互的聯(lián)鎖。它們包括：主軸運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動間先主軸后進(jìn)給的順序聯(lián)鎖；工作臺六個運(yùn)動方向間不能同時進(jìn)行的聯(lián)鎖；進(jìn)給變速沖動應(yīng)在進(jìn)給運(yùn)動停止時進(jìn)行的聯(lián)鎖；圓工作臺與工作臺的進(jìn)給不能同時進(jìn)行的聯(lián)鎖。4.3.3 冷卻泵電動機(jī)及照明電路的控制為防止銑切加工時過熱，在銑床工作時，可以啟動冷卻泵電動機(jī)M3，提供冷卻液。由于冷卻泵電動機(jī)M3容量小，直接用轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3控制。工作臺的照明電源是由照明變壓器T2將380V交流電壓降至36V安全電壓提供的，照明電路由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2控制。第五章 X62W萬能銑床基于PLC的具體設(shè)計5.1

31、 設(shè)計中PLC的選型PLC的選型：由于西門子S7-200系列的強(qiáng)大功能使得其無論在獨立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。并且具有緊湊的的設(shè)計、良好的擴(kuò)展性、低廉的價格、豐富的功能模塊以及強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，使得S7-200 PLC可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求，所以本次設(shè)計選用S7-200系列PLC。由于本設(shè)計實現(xiàn)的是整個控制電路用PLC控制，且圓形工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1和換刀開關(guān)SA2和SA3不能直接接到PLC的輸入端口來實現(xiàn)信號的輸入，因而需引入接觸器KM7、KM8、KM9。利用接觸器的輔助觸點和常開、常閉按鈕（SB7SB12）來實現(xiàn)對工作臺與圓形工作臺之間的轉(zhuǎn)換、照明燈通斷以及油泵

32、電動機(jī)的啟動與停止的控制。因此可將圖3-2稍作修改后如圖5-1所示。根據(jù)修改后的圖，確定輸入信號與輸出信號。輸入信號：SB1SB12，SQ1SQ4，SQ6SQ7，KV1KV2。（精簡成17個信號）輸出信號：KM1KM9。（9個信號）S7-200 PLC的CPU模塊按I/O點數(shù)多少不同而有五種不同結(jié)構(gòu)配置的品種，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226。由于本設(shè)計中對銑床電氣控制部分的改造需要17個輸入信號、9個輸出信號，所以選擇S7-200 CPU226這款集成24輸入和16輸出的PLC。圖5-1 修改后X62W萬能銑床的電氣原理圖控制電路圖5.2 X62W萬

33、能銑床基于PLC控制電路的改造X62W萬能銑床電氣控制線路中的主電路保持不變，如圖5-2所示。圖5-2 X62W萬能銑床的主電路圖在控制電路中，變壓器TC的輸出及整流器VC的輸出部分去掉，用可編程控制器改造后的PLC硬接線如圖5-3所示。為了實現(xiàn)整個控制電路用PLC控制，圓形工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1和換刀開關(guān)SA2和SA3分別用SB7SB12表示常開和常閉按鈕接入PLC的輸入端子。同時為了保證各種聯(lián)鎖功能，將SQ1SQ4和SQ6SQ7,SB1SB12和KV1KV2按圖4-2分別接入PLC的輸入端，輸出器件電壓等級是接觸器使用的220V電壓。X62W所有的電器元件均可采用改造前的型號。圖5-3 S7

34、-200PLC硬件接線圖5.3 現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器對照表（I/O地址分配表）表5-1 I/O地址分配表I/O地址分配表分類信號名稱現(xiàn)場信號PLC線圈編號輸入信號主軸啟動開關(guān)常開SB1,SB2I0.0主軸反接制動常閉SB3,SB4I0.1主軸反接制動常開SB3,SB4I0.2快速進(jìn)給常開SB5,SB6I0.3圓工作臺啟動SB7I0.4圓工作臺停止SB8I0.5照明燈亮SB9I0.6照明燈滅SB10I0.7油泵電機(jī)啟動SB11I1.0油泵電機(jī)停止SB12I1.1向左進(jìn)給SQ1I1.2向右進(jìn)給SQ2I1.3向前、上進(jìn)給SQ3I1.4向后、下進(jìn)給SQ4I1.5進(jìn)給變速沖動SQ6I1.6主軸變速沖

35、動SQ7I1.7速度繼電器輔助常開觸點KV-1，KV-2I2.0輸出信號主軸啟動接觸器KM1Q0.0主軸反接制動接觸器KM2Q0.1M2正轉(zhuǎn)接觸器KM3Q0.2M2反轉(zhuǎn)接觸器KM4Q0.3快速進(jìn)給接觸器KM5Q0.4油泵電機(jī)啟動接觸器KM6Q0.5輔助接觸器KM7Q0.6輔助接觸器KM8Q0.7輔助接觸器KM9Q1.05.4 PLC梯形圖根據(jù)X62W萬能銑床的控制要求，設(shè)計該電氣控制系統(tǒng)的PLC控制梯形圖，如圖所示。該程序共有13個網(wǎng)絡(luò)，反映了原繼電器電路中的各種邏輯內(nèi)容。該程序及PLC的硬接線不僅保證了原電路的工作邏輯關(guān)系，而且具有各種聯(lián)鎖措施，電氣改造的投資較少、工作量較小。在網(wǎng)絡(luò)1中，因

36、SQ7和SB3、SB4都采用常閉觸頭分別接至輸入端子I1.7、I0.1，則I1.7、I0.1的常開觸點閉合，按下啟動按鈕SB1或SB2時，I0.0常開觸點閉合，Q0.0、線圈得電并自鎖，在網(wǎng)絡(luò)4中Q0.0常開觸點閉合，中間繼電器M0.2線圈得電，其常開觸點閉合，為網(wǎng)絡(luò)4以下程序執(zhí)行做好準(zhǔn)備，保證了只有主軸旋轉(zhuǎn)后才有進(jìn)給運(yùn)動。Q0.0的輸出信號使主軸電動機(jī)M1啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。在網(wǎng)絡(luò)2中，當(dāng)按停止按鈕SB3或SB4時，I0.1常開觸點復(fù)位，Q0.0線圈失電，主軸慣性運(yùn)轉(zhuǎn)，同時I0.2常開觸點閉合，M0.0線圈得電接通Q0.1，主軸反接制動停轉(zhuǎn)。在網(wǎng)絡(luò)3中，SQ7被壓合，I1.7常開觸點閉合，網(wǎng)絡(luò)1中I1

37、.7常閉觸點斷開，從而Q0.0失電，繼而網(wǎng)絡(luò)3中的Q0.0常閉觸點復(fù)位，M0.1得電接通Q0.1，主軸制動停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主軸變速沖動。在網(wǎng)絡(luò)4、網(wǎng)絡(luò)5、網(wǎng)絡(luò)6、網(wǎng)絡(luò)7、網(wǎng)絡(luò)8和網(wǎng)絡(luò)9中，表達(dá)了工作臺六個方向的進(jìn)給、工作臺的快速進(jìn)給、進(jìn)給沖動及圓工作臺的工作邏輯關(guān)系。當(dāng)圓形工作臺轉(zhuǎn)換啟動按鈕SB7按下，I0.4常開觸點閉合，Q0.6得電并自鎖，網(wǎng)絡(luò)4、網(wǎng)絡(luò)5、網(wǎng)絡(luò)6、網(wǎng)絡(luò)7中線路被分?jǐn)?，網(wǎng)絡(luò)8中的常閉觸點復(fù)位，M0.4得電接通Q0.2，電動機(jī)M2啟動，圓形工作臺旋轉(zhuǎn)。當(dāng)按下停止按鈕SB8，Q0.6失電，圓形工作臺停止旋轉(zhuǎn)。左右進(jìn)給時，SQ1和SQ2被壓合，網(wǎng)絡(luò)4、網(wǎng)絡(luò)5中，I1.2和I1.3常開觸點

38、閉合，常閉觸點斷開，其他觸點均處于復(fù)位狀態(tài)時，M0.2和Q0.3得電且M0.2得電接通Q0.3，電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向左或向右運(yùn)動。同樣，工作臺上下、前后進(jìn)給時，SQ3或SQ4被壓合，網(wǎng)絡(luò)4、網(wǎng)絡(luò)5中，I1.3和I1.4常開觸點閉合，常閉觸點斷開，其他觸點均處于復(fù)位狀態(tài)時，M0.2和Q0.3得電且M0.2得電接通Q0.3，電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，拖動工作臺按選定的方向（上、下、前、后中某一方向）作進(jìn)給運(yùn)動。網(wǎng)絡(luò)10和網(wǎng)絡(luò)11分別表示照明控制和冷卻泵控制。由于在同一個程序編程中一個線圈編號只能給一個線圈，不能兩個以上的線圈共用一個編號，所以當(dāng)編程中遇到兩處以上用到同一線圈，可以用中間繼電器來解決。5.5 PLC語句表第五章 結(jié)論與展望5.1 結(jié)論為了提高X62W萬能銑床在加工和傳動等精度方面的要求，以及X62W萬能銑床的安全性。一方面對X62W萬能銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)做了簡明的了解，根據(jù)X62W萬能銑床電氣控制系統(tǒng)原理性能及控制進(jìn)行研究。另一方面根據(jù)X62W萬