普通铣床电控系统改造.doc

1、沧州职业技术学院毕业设计前言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。随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别

2、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

3、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- 1 -第一章概述1.1 铣床国内外的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

4、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

5、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

6、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。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

7、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

8、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。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

9、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究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 铣床介绍1.2.1 铣床的简介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

10、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。 铣床的选型： X62W

11、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，故采用X62W万能铣床。1.2.2 X62W铣床主要结构及运动形式X62W型万能铣床的结构主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、刀杆支架、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

12、方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可移动的回转盘，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时主运动；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；铣床的其他运动，如工作台的讯转运动则属于辅助运动。此外，由于回转盘可绕中心转过一个角度（通常是45），因此工作台在水平面上除了能在平行于或垂直于主轴轴线方向进给，还能在倾斜方向进给，可以加工螺旋槽，故称万能铣床。1、2纵向工作台进给手动手轮和操纵手柄。 3、

13、15主轴停止按钮。 4、17主轴启动按钮。 5、14工作台快速移动按钮。 6工作台横向进给手动手轮。 7工作台升降进给手动摇把。 8自动进给变速手柄。 9工作台升降、横向进给手柄。 10油泵开关。 11电源开关。 12主轴瞬时冲动手柄。 13照明开关。 16主轴调速转盘。 图1-1 X62W铣床外形结构1.2.3 X62W铣床的特点(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

14、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。第二章X62W铣床硬件设计2.1 X62W铣床的控制要求2.1.1 主电机对电气控制的要求(1)为适应铣削加工需要，要求主传动系统能够调速，且在各种铣削速度下保持功率不变，即主轴要求功率调速。为此，主轴电动机采用笼型异步电动机，经主轴齿轮变速箱拖动主轴。(2)铣削有顺铣和逆铣两种加工方式，为能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能够实现正、反转，但旋转方向不需经常换，仅在加工前预选主轴转动方向。(3)为提高主轴旋转的均匀性并消除铣削加工时的振动，主轴上安装有飞轮，但自然停车时间较长，为实现主轴准确停车和缩短停车时间，主轴电动机

15、应设有制动停车环节。(4)为使主轴变速时齿轮易于啮合，减小齿轮端面的冲击，要求主轴电动机在主轴变速时应具有变速冲动。(5)为适应铣削加工时操作者的正面与侧面操作，应备有两地操作设施。2.1.2进给电机对控制电路的要求(1) 铣床进给系统负载主要为工作台移动时间的摩擦转矩，这就对进给拖动系统提出恒转矩的调速要求。X62W型铣床进给系统采用三相笼型异步电动机拖动，经进给齿轮变速获得18种进给速度要求。这种调速为恒定功率调速，为满足恒转矩负载要求，应按进给高速档所需功率来选择电动机的容量。在进给速度较低时，电动机功率得不到充分利用，但因负载转矩较小，按高速选择的电动机功率只有1.5kW，并没有造成电

16、动机容量的很大的浪费。(2) X62W型铣床工作台运行方式有手动、进给运动和快速运动三种。其中手动操作者摇动手柄使工作台移动；进给运动和快速移动则由进给电动机拖动，通过进给电动机的正反转实现往复运动。而进给运动与快速移动的区别在于快速移动电磁铁YA是否接通。由于进给速度较低，采用自然停车即可。(3) 为减少按钮数量，避免误操作，对进给电动机的控制采用电气开关、机械挂档互相联动的手柄操作，且操作手柄扳动方向与其运动方向一致，从而更为直观。(4) 工作台的进给方向有左右的纵向进给、前后的横向进给和上下的垂直进给，它们都是由进给电动机M2的正反转来实现。而正反接触器KM3、KM4是由两个操作手柄来控

17、制的，一个是“纵向”机械操作手柄，另一个是“垂直于横向”机械操作手柄（称为“十字”手柄），在扳动操作手柄的同时，完成机械挂档和压合相应的行程开关从而接通相应的接触器，控制进给电动机，拖动工作台按预定方向运动。(5) 进给运动的控制也为两地操作。一次，纵向操作手柄与“十字”操作手柄各有两套，可在工作台正面与侧面实现两地操作，且这两套机械操作手柄是联动的。(6）工作台上、下、左、右、前、后六个方向的运动，每次只可进行一个方向的运动。因此，应具有六个方向运动的连锁。(7）主轴起动后，进给运动才能进行。为满足调整需要，未起动主轴，可进行工作台快速运动。(8）为便于进给变速时齿轮的啮合，应具有进给电动机

18、变速冲动。(9）工作台有上、下、左、右、前、后六个方向的运动应具有限位保护。2.1.3 电气连锁控制 （1）为了防止机械的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动和进给方向的快速移动。 （2）为了提高加工表面的光滑度，只有进给停止后主轴才能停止。本机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式，但由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止，主轴运动后停止的要求。 （3）六个方向的进给运动中只能有一种运动产生，本机床采用了机械操纵手柄和位置开关相配合的方式来实现六个方向的联锁。 （4）主轴和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为了保证变速齿轮进入良好啮合状态，两种运动都要求变速后作瞬时冲动

19、。 （5）主轴电动机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏工具。 （6）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。2.2 X62W铣床的电气控制线路分析2.2.1电气原理图图2-1 X62W型万能铣床电气原理图如图2-1所示该铣床共用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。该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。在图2-1原理图主电路中，主轴电动机的正转、反转和停止是用转换开关SA3控制的，为了铣床能部分的代替人工操作从而改善工人的劳动条件，提高生产劳动效率，加快实现工业的机械化和自动化的步伐，所以把转换开关去掉改用交流接触器控制主轴的正

20、反转，停止则用控制电路中的按钮控制。冷却泵电动机是由QS2来控制的这样耗费时间、影响生产效率，所以改用交流接触器控制。在制动部分的YC1、YC2、YC3中，为节省成本、连接、维修方便，YC1控制改用交流接触器串电阻反接制动的控制方法，YC2、YC3控制改成用一个交流接触器控制快进电磁铁的方法实现快速移动。，如图2-2所示。图2-2 改造后的主电路2.2.2X62W万能铣床的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，通过交流接触器KM1、KM2来实现正反转；进给电动机M2通过操纵手柄拖动工作台前后、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

21、动机M3供应切削液，且当M1启动后，由交流接触器KM6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。2.2.3X62W万能铣床的控制电路分析控制电路的电源由交流接触器24V直流控制，因为这样与PLC可以直接接，而若是不用交流接触器24V直流控制输出则是110V，人身危险系数高。 （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是两组正转启动按钮，SB3和SB4是两组主轴反转启动按钮，KS1、KS2是主轴正反转制动，分别安装在工作台和机床床身上，以方便操作。KM1是主轴电动机M1的正转启动接触器，KM2是主轴电动机M

22、1的反转启动接触器，SQ1是主轴变速冲动的行程开关。主轴电动机的启动启动时，按下启动按钮SB1或SB2，接触器KM1通电吸合并自锁，主电动机M1正转启动。KM1的辅助常开触点闭合，接通控制电路的进给线路电源，保证了只有先启动主轴电动机，才可启动进给电动机，避免损毁工件或刀具。当电动机M1的转速高于120r/min时，速度继电器KS2的动合触点会因离合力而闭合，为主轴电动机M1的反转停车制动做好准备。按下启动按钮SB3或SB4，接触器KM2通电吸合并自锁，主电动机M1反转启动。当电动机M1的转速高于120r/min时，速度继电器KS1的动合触点会因离合力而闭合，为主轴电动机M1的正转停车制动做好

23、准备。主轴电动机的制动当正转制动时，按停止按钮SB7或SB8，接触器KM1线圈断电释放，同时接触器KM2线圈得电自锁，KM2主触点闭合，使主轴电动机M1的电源相序改变，进行反接制动。当主轴电动机转速低于100r/min时，速度继电器KS2的动合触点自动断开，使电动机M1的反向电源切断，正转制动过程结束。当需要反转制动时，按停止按钮SB7或SB8，接触器KM2线圈断电释放，同时接触器KM1线圈得电自锁，KM1主触点闭合，使主轴电动机M1的电源相序改变，进行正接制动。当主轴电动机转速低于100r/min时，速度继电器KS1的动合触点自动断开，使电动机M1的正向电源切断，正转制动过程结束。主轴变速冲

24、动主轴变速是通过改变齿轮的传动比进行的。当改变了传动比的齿轮组重新啮合时，因齿之间的位置不能刚好对上，若直接启动，有可能使齿轮打牙。为此，本机床设置了主轴变速瞬时电动控制线路。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）工作台电动机的控制工作台的进给运动分为工作进给和快速进给。工作进给只有在主轴启动后才可进行，快速进给是点动控制，即使不启动主轴也可进行。工作台的左、右、前、后、上、下6个方向的运动都是通过操纵手柄和机械联动机构带动相应的行程开关使进给电动机M2正转或反转来实现的。转换开关SA2是控制圆工作台的

25、，在不需要圆工作台运动时，转换开关SA2扳到“断开”位置，此时SA2-1闭合，SA2-2断开，SA2-3闭合；当需要圆工作台运动时，将转换开关SA2扳到“接通”位置，则SA2-1断开，SA2-2闭合，SA2-3断开。SA2的功能如表2-1所示: 表2-1 圆工作台开关位置 位置触头接通断开SA2-1SA2-2SA2-3+ 工作台的左右进给控制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2-2。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，手柄压下位置开关SQ5或

26、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。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SQ5KM3正转左右进给丝杠向左中停止停止右SQ6KM4反转左右进给丝杠向右表2-2 工作台左右进给手柄位置及其控制关系 工作台的上下和前后进给控制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、

27、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

28、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2-3 工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关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SQ4SQ3SQ3SQ4KM4KM3KM3KM4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K

29、M3和KM4的通路，电动机M2只能停转，保证了操作安全。 工作台的变速冲动为了提高劳动生产率，减少生产辅助时间，X62W万能铣床在加工过程中，不做铣削加工时，要求工作台快速移动，当进入铣削区时，要求工作台以原进给速度移动。主轴电动机M1启动后，按下快速移动按钮SB5或SB6，使接触器KM5得电，KM5主触点闭合，电磁铁YA线圈就会得电吸合，通过杠杆使摩擦器合上，减少中间传动装置使工作台按原运动方向作快速移动，松开则恢复原状，工作台快速移动是点动控制。若要快速移动在主轴电动机不转的情况下进行，应将主轴电动机M1的转换开关SA4扳到“停止”位置，然后按下SB1或SB2使得KM1得电，在操作手柄按需

30、要方向启动进给电动机M2，进给电动机启动后，按下SB5或SB6，工作台就可在主轴电动机不转的情况下获得快速移动。 冷却和照明控制 冷却泵只有在主电动机启动后才能启动，由SA3控制。机床照明由变压器T供给24V安全电压，由SA1控制。 圆工作台的控制当需要加工螺旋槽、弧形槽和弧形面时，可在工作台上加装圆工作台。圆工作台的回转运动也是由进给电动机M2拖动的。使用圆工作台时，先将控制开关SA2(功能见表2-1)扳到“接通”位，这时，SA2-2接通，SA2-1和SA2-3断开。再将工作台的进给操纵手柄全部扳到中间位，按下主轴启动按钮SB1或SB2，主轴电动机M1启动，接触器KM3线圈得电吸合，进给电动

31、机M2正转，带动圆工作台做旋转运动。2.3 X62W铣床元件选型表2-4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Y132M4B375KW，380V，1450r/min1主轴传动M2进给电动机Y90L415KW,380V,1400r/min1进给传动M3冷却泵电动机JCB220125KW,380V,2790r/min1冷却泵传动表2-5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LY4NJ10A,110V1主轴正转启动KM2接触器LY4NJ10A,110V1主轴反转启动KM3接触器LY4NJ10A,110V1M2正转KM4接触器LY4NJ10A,110V1M2反转K

32、M5接触器LY4NJ10A,110V1进给快速移动KM6接触器LY4NJ10A,110V1冷却泵启动KS1速度继电器JY12A1正转制动KS2速度继电器JY12A1反转制动SB1、2按钮LA2绿色2M1正转启动按钮SB3、4按钮LA2绿色2M1反转启动按钮SB5、6按钮LA2黑色2工作台快速移动按钮SA1转换开关HZ110/E16三极1冷却泵开关SA2转换开关HZ110/E16三极圆工作台转换SQ1限位开关LX111K开启式1主轴冲动开关SQ2限位开关LX111K开启式1进给冲动开关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

33、SQ5限位开关LX311K开启式1向左开关SQ6限位开关LX311K开启式1向右开关SB7、8按钮LA2红色1总停止FR1热继电器JRQ4011A、3A1M1过载保护FR2热继电器JR10103A、5A1M3过载保护FR3热继电器JR10100.415A1M2过载保护FU1熔断器RL130A3总电源短路保护FU2熔断器RL110A3进给短路保护FU3、FU6熔断器RL16A2控制电路短路保护FU4、FU5熔断器RL14A2照明电源短路保护第三章可编程控制器概述3.1 PLC的介绍可编程序控制器（简称PLC），是综合计算机技术、自动化控制技术和通信技术迅速发展起来的新一代工业自动化控制装置，目前

34、已成为现代工业自动化生产三大支柱（PLC、机器人、计算机辅助设计与制造）之一，因此，从事机电专业的技术人员应掌握PLC应用技术。3.1.1常用PLC的介绍美国的PLCA-B（Allen-Bradley）公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋公司等。欧洲的PLC德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。西门子PLC的主要产品是S5、S7系列。日本的PLC有三菱（MITSUBISHI）、松下（NATIONAL）、欧姆龙、富士、东芝等公司。西门子S7-200PLC的介绍SIMATIC S7系列PLC是西门子公司1996年推出的新产品

35、，也是目前应用最多的PLC机型。其中，S7-200是微型PLC，S7-300/300C、M7-300和C7-620属于中小型PLC，S7-400和M7-400则是大型PLC。从某种意义上来说，S7代表了西门子公司自动化产品的未来发展，即S7系列PLC将逐渐取代S5系列PLC。3.2 PLC的工作原理3.2.1 PLC的硬件构成中央处理器CPUCPU是PLC的逻辑运算和控制中心，协调系统工作。存储器PLC的存储器ROM中固化着系统程序，不可以修改；存储器RAM中存放用户程序和工作数据，在PLC断电时由锂电池供电。电源电源的作用是将外部电源转化为PLC内部器件使用的各种电压。通信接口通信接口是PL

36、C与外界进行交换信息和写入程序的通道，S7-200系列PLC的通信接口类型是RS-485。输入接口输入接口用来完成输入信号的引入、滤波及电平转换，输入接口的主要器件是光电耦合器。输出接口PLC的输出接口有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出三种形式。如图3-1所示。 （a）继电器输出 （b）晶体管输出 （c）晶闸管输出图3-1 PLC输出接口继电器输出的PLC是利用了继电器的触点和线圈将PLC的内部电路与外部负载电路进行电气隔离。晶体管输出型PLC是通过光电耦合器使晶体管截止或导通以控制外部负载电路，并同时PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离。继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时

37、间长，动作频率低，但负载能力最强；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于交流负载。对于电阻负载而言，继电器输出的PLC每点电流为为2A，个别型号的PLC每点负载电流高达810A，晶闸管和晶体管输出型PLC负载电流一般在0.30.5A。3.2.2 PLC的工作方式PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫

38、描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。如图3-2所示。图3-2PLC循环扫描示意图1、诊断每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来件事每次扫描是

39、否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错。若自诊断正常，则继续向下扫描。 2、通讯服务PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则进行相应处理。 3、输入处理PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变。变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。4、程序执行PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相

40、应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。5、输出处理同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区。当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。3.2.4扫描周期扫描周期即

41、完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需的时间，由PLC的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为：T=(输入一点时间输入点数)+（运算速度程序步数）+（输出一点时间输出点数）+监视服务时间扫描周期的长短主要取决于三个要素：一是CPU执行指令的速度；二是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现

42、场的干扰常常是脉冲式的、短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫描周期才响应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应带来的不良影响。3.3PLC的特点1、可靠性高，抗干扰性能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的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数

43、千分之一，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警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。2、 配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。3、 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当

44、接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。4、 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、 体积小，重量轻，能耗低3.4 PLC的编程语言3.4.1PLC的梯形图编程语言梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。梯形图的设计应注意以下三点：（一）梯形图按从左到右、从上到

45、下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 （三）输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。3.4.2PLC的语句编程

46、语言指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。第四章X62W铣床电气控制线路的PLC改造4.1 X62W铣床PLC控制系统的分析进行电气控制线路改造时，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，用可编程控制器实现。用可编程控制器改造后的PLC硬接线如图3所示，为了保证各种联锁功能，将SQ1SQ6,SB1SB8按图示分别接入PLC的输入端。4.2 PLC的控制系统4.2.1 I/O端口的分配表4-1输入输出分配表输入信号输出信号名称代号输入点名称代号输出点