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萬能銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 本設(shè)計講述了X62W萬能銑床電氣控制線路的工作原理，說明了用PLC改造的具體方法，從而可以提高整個電氣控制系統(tǒng)的工作性能。銑床是用銑刀對工件進(jìn)行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。 最早的銑床是美國人惠特尼于1818年創(chuàng)制的臥式銑床；為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國人布朗于1862年創(chuàng)制了第一臺萬能銑床，這是升降臺銑床的雛形；1884年前后又出現(xiàn)了龍門銑床；二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)了半自動銑床，工作臺利用擋塊可完成“進(jìn)給-決速”或“決速-進(jìn)給”的自動轉(zhuǎn)換。 1950年以后，銑床在控制系統(tǒng)方面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應(yīng)用大大提高了銑床的自動化程度。尤其是70年代以后，微處理機的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)在銑床上得到應(yīng)用，擴大了銑床的加工范圍，提高了加工精度與效率。 第一章主要介紹銑床國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢和銑床簡單介紹，包括銑床的選型和特點。第二章X62W萬能銑床硬件設(shè)計主要包括X62W萬能銑床電力拖動的特點及控制要求和X62W萬能銑床元件選型還有X62W萬能銑床的主要結(jié)構(gòu)及運動形式，第三章主要分析電路的工作原理。第四章是介紹軟件部分及其PLC的基本知識。 關(guān)鍵詞 X62W萬能銑床；電氣控制系統(tǒng)；PLC；梯形圖 目錄 第一章 概述 1.1銑床國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢 ……………………………………………4 1.2銑床簡單介紹…………………………………………………………………………7 1.2.1 銑床的選型 1.2.2 X62W機床特點 第二章X62W萬能銑床硬件設(shè)計 2.1 X62W萬能銑床電力拖動的特點 ……………………………………………8 2.2 X62W萬能銑床元件選型 ……………………………………………………9 2.3 X62W萬能銑床的主要結(jié)構(gòu)及運動形式…………………………………10 2.4 X62W 萬能銑床的控制要求 …………………………………………………11 第三章 電氣控制原理 3.1 電氣原理圖 …………………………………………………………………………12 3.2 主電路分析……………………………………………………………………………14 3.3控制電路分析 ……………………………………………………………………14 第四章X62W萬能銑床軟件設(shè)計 4.1 PlC的基本定義和PLC的主要特點 ………………………………………17 4.2 X62W萬能銑床電氣控制線路的PLC設(shè)計 ……………………………18 4.3 現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器對照表 …………………………………………22 4.4 PLC梯形圖和 PLC指令表 ……………………………………………………23 第五章 總結(jié) ………………………………………………………………………………25 致謝……………………………………………………………………………………………27 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………28 第1章 概述 1.1銑床國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢 自從1969年第一臺可編程控制器在美國問世以來，在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。近年來，我國在石油、化工、機械、輕工、發(fā)電、電子、橡膠、塑料加工等行業(yè)工藝設(shè)備的電氣控制中，越來越多地采用PLC機控制，并取得了顯著的效果，深受各行業(yè)的歡迎。銑銑床是以各類電動機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。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)用于機械、電子加工與設(shè)備電氣改造中。 銑床作為機械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護方便，運轉(zhuǎn)費用低的特點，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。在我國70～80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)濟運行帶來了不利影響,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。 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床產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，其中一些著名機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)近代機床產(chǎn)品在技術(shù)處于跟蹤階段。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銑床是由普通機床發(fā)展而來。它集于機械、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，給機械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)機構(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。一種新型的控制裝置，一項先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)，總是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際需要而產(chǎn)生的。 可編程序控制器產(chǎn)生以前，以各種繼電器為主要元件的電氣控制線路，承擔(dān)著生產(chǎn)過程自動控制的艱巨任務(wù)，可能有成百上千只各種繼電器構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要用成千上萬根導(dǎo)線連接起來，安裝這些繼電器需要大量的繼電器控制柜，且占據(jù)大量的空間。當(dāng)這些繼電器運行時，又產(chǎn)生大量的噪聲，消耗大量的電能。為保證控制系統(tǒng)的正常運行，需要安排大量的電氣技術(shù)人員進(jìn)行維護，有時某個繼電器損壞，甚至某個繼電器觸頭接觸不良，都回影響整個系統(tǒng)的正常運行。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，要進(jìn)行檢查排除故障又是非常困難的，全靠電氣技術(shù)人員長期積累經(jīng)驗。尤其是在生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，可能需要增加很多的繼電器或繼電器控制柜，重新接線或改線的工作量很大，甚至需要重新設(shè)定控制系統(tǒng)。盡管如此，這種控制系統(tǒng)的功能僅僅局限在能實現(xiàn)具有粗略定時、計數(shù)功能的順序邏輯控制。因此，人們迫切需要一種新的工業(yè)控制裝置來取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，是電氣控制系統(tǒng)工作更可靠，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變化的生產(chǎn)工藝要求。 可編程控制器(Programmable Controller)簡稱PC，在辦公自動化和工業(yè)自動化中廣泛使用的個人計算機（Personal Computer）也簡稱PC，為了避免混搖，現(xiàn)在一般將可編程序控制器簡稱為PLC(Programmable Logic Controller).隨著可編程控制器在國內(nèi)的運用和推廣，人們找到了萬能銑床較理想的控制系統(tǒng)，即PLC控制系統(tǒng)。由于其具有可靠性高，抗干擾能力強，維修檢測方便等優(yōu)點，適合于對萬能銑床的控制，獲得廣泛的推廣?，F(xiàn)在萬能銑床已全部采用PLC控制，結(jié)束了近二十年使用繼電控制的歷史。本文主要以該廠對PLC控制系統(tǒng)的研究，推廣介紹可編程控器在萬能銑床上的應(yīng)用。 自從1969年第一臺可編程控制器在美國問世以來，在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。近年來，我國在石油、化工、機械、輕工、發(fā)電、電子、橡膠、塑料加工等行業(yè)工藝設(shè)備的電氣控制中，越來越多地采用PLC機控制，并取得了顯著的效果，深受各行業(yè)的歡迎。1988年開始將可編程序控制器應(yīng)用在萬能銑床上，至今使用情況一直良好。 國外生產(chǎn)PLC的廠家很多，最著名的有美國A-B公司和GE-FANUC公司，日本的歐姆龍公司和三菱公司，德國AEG公司和西門子公司，法國的TE公司。它們號稱PC領(lǐng)域的大雄，代表PC的最高水平。它們在中國都有各自的代理商，很容易買到其產(chǎn)品。國產(chǎn)PLC以小型為主，多數(shù)為仿制產(chǎn)品，I/0點均在128點以下。主要廠家有上海工業(yè)自動化儀表研究所，蘇州電子計算機廠，北京機械工業(yè)自動化研究所，無錫華光電子工業(yè)公司中科院自動化研究所究上海香島機電制造公司。一般只處理開關(guān)量，進(jìn)行邏輯運算，順序運算 1.2 銑床簡單介紹 1.2.1銑床的選型 X62W萬能銑床是一種通用的多用途機床，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，它采用繼電接觸器電路實現(xiàn)電氣控制。PLC專為工業(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，抗干擾能力強。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、維修的工作量。 1.2.2 X62W機床特點 (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。 (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) 此機床具有柔性，只需更換程序，就可以適應(yīng)不同品種及尺寸規(guī)格零件的自動加工。 (5) 大大的減輕了工人的勞動強度。 萬能銑床是一種高效率的加工機械,在機械加工和機械修理中得到廣泛的應(yīng)用，萬能銑床的操作是通過手柄同時操作電氣與機械,以達(dá)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。但是在電氣控制系統(tǒng)中,故障的查找與排除是非常困難的,特別是在繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由于電氣控制線路觸點多、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(yán)重地影響生產(chǎn)。本文所述方案是對原來的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造而成,經(jīng)實際運行證明該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，取得了較好的經(jīng)濟效益。 第2章 X62W萬能銑床硬件設(shè)計 2.1 X62W萬能銑床電力拖動的特點 （1）銑削加工有順銑和逆銑兩種加工方式，要求主軸電動機能正反轉(zhuǎn)，因正反操作并不頻繁，所以由床身下側(cè)電器箱上的組合開光來改變電源相序?qū)崿F(xiàn)。 （2）由于主軸傳動系統(tǒng)中裝有避免震蕩的慣性輪，故主軸電動機采用電磁離合器制動以實現(xiàn)準(zhǔn)確停車。 （3）銑床的工作臺要求有前后、左右、上下6個方向的 進(jìn)給運動和快速移動，所以也要求進(jìn)給電動機能正反轉(zhuǎn)，并通過操作手柄和機械離合器相配合來實現(xiàn)。進(jìn)給的快速移動通過電磁鐵和機械掛擋來完成。圓形工作臺的回轉(zhuǎn)運動是由進(jìn)給電動機經(jīng)傳動機構(gòu)驅(qū)動的。 （4）根據(jù)加工工藝的要求，該銑床應(yīng)具有以下的電氣聯(lián)鎖措施： 為了防止刀具和銑床的損壞，只有主軸旋轉(zhuǎn)后才允許有進(jìn)給運動和進(jìn)給方向的快速運動。 為了減小加工表面的粗糙度，只有進(jìn)給停止后主軸才能停止或同時停止。 該銑床采用機械操縱手柄和位置開關(guān)相配合的方式實現(xiàn)進(jìn)給運動6個方向的連鎖。 主軸運動和進(jìn)給運動采用變速盤來進(jìn)行速度選擇，為保證變速齒輪進(jìn)入良好的嚙合狀態(tài)，兩種運動都要求變速后順時點動。 當(dāng)主軸電動機或冷卻泵過載時，進(jìn)給運動必須立即停止，以免損壞刀具和銑床。 （5）要求有冷卻系統(tǒng)、照明設(shè)備及各種保護措施。 2.2 X62W萬能銑床元件選型 表2-1銑床的電機參數(shù)參照表 符號 名稱 型號 規(guī)格 件數(shù) 作用 M1 主軸電動機 Y132M—4—B3 7．5KW，380V，1450r/min 1 主軸傳動 M2 進(jìn)給電動機 Y90L—4 1．5KW,380V,1400r/min 1 進(jìn)給傳動 M3 冷卻泵電動機 JCB—22 0．125KW,380V,2790r/min 1 冷卻泵傳動 表2-2銑床的基本元件一覽表 符號 名稱 型號 規(guī)格 件數(shù) 作用 KM1 接觸器 CJO—20 20A,110V 1 主軸啟動 KM2 接觸器 CJO—10 10A,110V 1 快速進(jìn)給 KM3 接觸器 CJO—10 10A,110V 1 M2正轉(zhuǎn) KM4 接觸器 CJO—10 10A,110V 1 M2反轉(zhuǎn) KS 速度繼電器 JY1 2A 1 反接制動 SB1、2 按鈕 LA2 綠色 2 M1啟動按鈕 SB3、4 按鈕 LA2 黑色 2 快速進(jìn)給按鈕 SB5、6 按鈕 LA2 紅色 2 M1停止按鈕 SA1 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1—10/E16 三極 1 換刀開關(guān) SA2 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1—10/E16 三極 １ 圓工作臺轉(zhuǎn)換 SA3 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1—10/E16 三極 １ M1換向開關(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 SQ5 限位開關(guān) LX3—11K 開啟式 1 快速與進(jìn)給轉(zhuǎn)換 SQ6 限位開關(guān) LX3—11K 開啟式 1 主軸變速沖動 SQ7 限位開關(guān) LX3—11K 開啟式 1 進(jìn)給變速沖動 QS1 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1—60/E26 三極 1 電源總開關(guān) QS2 轉(zhuǎn)換開關(guān) HZ1—60/E26 三極 1 冷卻泵開關(guān) FR1 熱繼電器 JRQ—40 11A、3A 1 M1過載保護 FR2 熱繼電器 JR10—10 3A、5A 1 M3過載保護 FR3 熱繼電器 JR10—10 0.415A 1 M2過載保護 FU1 熔斷器 RL1 30A 3 總電源短路保護 FU2 熔斷器 RL1 10A 3 進(jìn)給短路保護 FU3、FU6 熔斷器 RL1 6A 2 控制電路短路保護 FU4、FU5 熔斷器 RL1 4A 2 照明電源短路保護 VC 整流器 ZCZX4 5A，50V 1 整流作用 TC 變壓器 BK—50 380/36V 1 照明變壓器 TC1 變壓器 BK—150 380/127V 1 控制電路變壓器 YC1 電磁離合器 B1DL—III —— 1 主軸制動 YC2 電磁離合器 B1DL—II —— 1 正常進(jìn)給 YC3 電磁離合器 B1DL—II —— 1 快速進(jìn)給 R 電阻 ZB2 1 .45W、15.4A 2 限制制動電阻 2.3 X62W萬能銑床的主要結(jié)構(gòu)及運動形式 X62W型萬能銑床的外形結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，它主要由床身、主軸、刀桿、懸梁、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。溜板上部有可轉(zhuǎn)動的回轉(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 可以在三個坐標(biāo)上的六個方向調(diào)整位置或進(jìn)給。 銑床主軸帶動銑刀的旋轉(zhuǎn)運動是主運動；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(jìn)給運動；銑床其他的運動，如工作臺的旋轉(zhuǎn)運動、在各個方向的快速移動則屬于輔助運動。 1— 床身（立柱） 2—主軸 3—刀桿 4—懸梁 5—支架 6—工作臺 7—回轉(zhuǎn)盤8—橫溜板 9—升降臺 10—底座 圖2-1銑床外部結(jié)構(gòu)圖 2.4 X62W萬能銑床的控制要求 （1）主軸電動機M1有三種控制：正反轉(zhuǎn)起動，反接制動和變速沖動。 （2）工作臺進(jìn)給電動機M2有三種控制：進(jìn)給、快速移動和變速沖動。 （3）M3拖動冷卻泵提供冷卻液，只需單向運行。 （4）為了能及時實現(xiàn)控制，機床設(shè)置了兩套操縱系統(tǒng)，再機床正面及側(cè) 都安裝了相同的按鈕、手輪和手柄，操作方面，以實現(xiàn)兩地控制。 （5）為了保證安全，防止事故，機床有順序的動作，采用了聯(lián)鎖。 （6）三臺電動機都設(shè)有過載保護，控制線路設(shè)有短路保護，工作臺的六個方向，都設(shè)有終端保護。 第三章 電氣控制原理 3.1 電氣原理圖 圖3-1 X62W臥式銑床電氣原理圖 該銑床共用3臺異步電動機拖動，它們分別是主軸電動機M1、進(jìn)給電動機M2和冷卻泵電動機M3。X62W萬能銑床的電路如圖3-1所示，該線路分為主電路、控制電路和照明電路三部分。 3.2 主電路分析 主軸電動機M1拖動主軸帶動銑刀進(jìn)行銑削加工，通過組合開關(guān)SA3來實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；進(jìn)給電動機M2通過操縱手柄和機械離合器的配合拖動工作臺前后、左右、上下6個方向的進(jìn)給運動和快速移動，其正反轉(zhuǎn)由接觸器KM3、KM4來實現(xiàn)；冷卻泵電動機M3供應(yīng)切削液，且當(dāng)M1啟動后，用手動開關(guān)QS2控制；3臺電動機共用熔斷器FU1作短路保護，3臺電動機分別用熱繼電器FR1、FR2、FR3作過載保護。 3.3控制電路分析 控制電路的電源由控制變壓器TC輸出110V電壓供電。 ⑴主軸電動機M1的控制 主軸電動機M1采用兩地控制方式，SB1和SB2是兩組啟動按鈕，SB5和SB6是兩組停止按鈕。KM1是主軸電動機M1的啟動接觸器，YC1是主軸制動用的電磁離合器，SQ1是主軸變速時瞬時點動的位置開關(guān)。 1）主軸電動機M1啟動前，應(yīng)首先選擇好主軸的轉(zhuǎn)速，然后合上電源開關(guān)QS1，再把主軸換向開關(guān)SA3扳到所需要的轉(zhuǎn)向。按下啟動按鈕SB1（或SB2），接觸器KM1線圈得電，KM1主觸頭和自鎖觸頭閉合，主軸電動機M1啟動運轉(zhuǎn)，KM1常開輔助觸頭（9-10）閉合，為工作臺進(jìn)給電路提供了電源。按下停止按鈕SB5（或SB6），SB5-1（或SB6-1）常閉觸頭分?jǐn)?，接觸器KM1線圈失電，KM1觸頭復(fù)位，電動機M1斷電慣性運轉(zhuǎn)，SB5-2（或SB6-2）常開觸頭閉合，接通電磁離合器YC1，主軸電動機M1制動停轉(zhuǎn)。 2)主軸換銑刀時將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1扳向換刀位置，這時常開觸頭SA1-1閉合，電磁離合器YC1線圈得電，主軸處于制動狀態(tài)以便換刀；同時常閉觸頭SA1-2斷開，切斷了控制電路，保證了人身安全。 3)主軸變速時，利用變速手柄與沖動位置開關(guān)SQ1，通過M1點動，使齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生一次抖動，以便于齒輪順利嚙合，且變速前應(yīng)先停車。 ⑵進(jìn)給電動機M2的控制 工作臺的進(jìn)給運動在主軸啟動后方可進(jìn)行。工作臺的進(jìn)給可在3個坐標(biāo)的6個方向運動，進(jìn)給運動是通過兩個操作手柄和機械聯(lián)動機構(gòu)控制相應(yīng)的位置開關(guān)使進(jìn)給電動機M2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，并且6個方向的運動是聯(lián)鎖的，不能同時接通。 1）當(dāng)需要圓形工作臺旋轉(zhuǎn)時，將開關(guān)SA2扳到接通位置，這時觸頭SA2-1和SA2-3斷開，觸頭SA2-2閉合，電流經(jīng)10—13—14—15—20—19—17—18路徑，使接觸器KM3得電，電動機M2啟動，通過一根專用軸帶動圓形工作臺作旋轉(zhuǎn)運動。轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2扳到斷開位置，這時觸頭SA2-1和SA2-3閉合，觸頭SA2-2斷開，以保證工作臺在6個方向的進(jìn)給運動，因為圓形工作臺的旋轉(zhuǎn)運動和6個方向的進(jìn)給運動也是聯(lián)鎖的。 2）工作臺的左右進(jìn)給運動由左右進(jìn)給操作手柄控制。操作手柄與位置開關(guān)SQ5和SQ6聯(lián)動，有左、中、右三個位置，其控制關(guān)系見表1。當(dāng)手柄扳向中間位置時，位置開關(guān)SQ5和SQ6均未被壓合，進(jìn)給控制電路處于斷開狀態(tài)；當(dāng)手柄扳向左或右位置時，手柄壓下位置開關(guān)SQ5或SQ6，使常閉觸頭SQ5-2或SQ6-2分?jǐn)啵ｉ_觸頭SQ5-1或SQ6-1閉合，接觸器KM3或KM4得電動作，電動機M2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。由于在SQ5或SQ6被壓合的同時，通過機械機構(gòu)已將電動機M2的傳動鏈與工作臺下面的左右進(jìn)給絲杠相搭合，所以電動機M2的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)就拖動工作臺向左或向右運動。 表3—1工作臺左右進(jìn)給手柄位置及其控制關(guān)系 手柄位置 位置開關(guān)動作 接觸器動作 電動機M2轉(zhuǎn)向 傳動鏈搭合絲杠 工作臺運動方向 左 SQ5 KＭ３ 正轉(zhuǎn) 左右進(jìn)給絲杠 向左 中 — — 停止 — 停止 右 SQ6 KＭ４ 反轉(zhuǎn) 左右進(jìn)給絲杠 向右 工作臺的上下和前后進(jìn)給運動是由一個手柄控制的。該手柄與位置開關(guān)SQ3和SQ4聯(lián)動，有上、下、前、后、中5個位置，其控制關(guān)系見表2。當(dāng)手柄扳至中間位置時，位置開關(guān)SQ3和SQ4均未被壓合，工作臺無任何進(jìn)給運動；當(dāng)手柄扳至下或前位置時，手柄壓下位置開關(guān)SQ3使常閉觸頭SQ3-2分?jǐn)?，常開觸頭SQ3-1閉合，接觸器KM3得電動作，電動機M2正轉(zhuǎn)，帶動著工作臺向下或向前運動；當(dāng)手柄扳向上或后時，手柄壓下位置開關(guān)SQ4，使常閉觸頭SQ4-2分?jǐn)啵ｉ_觸頭SQ4-1閉合，接觸器KM4得電動作，電動機M2反轉(zhuǎn)，帶動著工作臺向上或向后運動。 當(dāng)兩個操作手柄被置定于某一進(jìn)給方向后，只能壓下四個位置開關(guān)SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一個開關(guān)，接通電動機M2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)電路，同時通過機械機構(gòu)將電動機的傳動鏈與三根絲杠（左右絲杠、上下絲杠、前后絲杠）中的一根（只能是一根）絲杠相搭合，拖動工作臺沿選定的進(jìn)給方向運動，而不會沿其他方向運動。 表3—2工作臺上、下、中、前、后進(jìn)給手柄位置及其控制關(guān)系 手柄位置 位置開關(guān)動作 接觸器動作 電動機M2轉(zhuǎn)向 傳動鏈搭合絲杠 工作臺運動方向 上 下 中 前 后 SQ4 SQ3 — SQ3 SQ4 KM4 KM3 — KM3 KM4 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 停止 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 上下進(jìn)給絲杠 上下進(jìn)給絲杠 — 前后進(jìn)給絲杠 前后進(jìn)給絲杠 向上 向下 停止 向前 向后 　　 左右進(jìn)給手柄與上下前后手柄實行了聯(lián)鎖控制，如當(dāng)把左右進(jìn)給手柄扳向左時，若又將另一個進(jìn)給手柄扳到向下進(jìn)給方向，則位置開關(guān)SQ5和SQ3均被壓下，觸頭SQ5-2和SQ3-2均分?jǐn)?，斷開了接觸器KM3和KM4的通路，電動機M2只能停轉(zhuǎn)，保證了操作安全。 3）6個進(jìn)給方向的快速移動是通過兩個進(jìn)給操作手柄和快速移動按鈕配合實現(xiàn)的。安裝好工件后，扳動進(jìn)給操作手柄選定進(jìn)給方向，按下快速移動按鈕SB3或SB4（兩地控制），接觸器KM2得電，KM2常閉觸頭分?jǐn)?，電磁離合器YC2失電，將齒輪傳動鏈與進(jìn)給絲杠分離；KM2兩對常開觸頭閉合，一對使電磁離合器YC3得電，將電動機M2與進(jìn)給絲杠直接搭合；另一對使接觸器KM3或KM4得電動作，電動機M2得電正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動工作臺沿選定的方向快速移動。由于工作臺的快速移動采用的是點動控制，故松開SB3或SB4，快速移動停止。 4）進(jìn)給變速時與主軸變速時相同，利用變速盤與沖動位置開關(guān)SQ2使M1產(chǎn)生瞬時點動，齒輪系統(tǒng)順利嚙合。 第四章X62W萬能銑床軟件設(shè)計 4.1 PlC的基本定義和PLC的基本特點 可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。 PLC的主要特點： 1、高可靠性 （1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 （2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms. （3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 （5）對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 （6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。 （7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。 2、豐富的I/O接口模塊 PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 3、采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 4、編程簡單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 5、安裝簡單，維修方便 PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。 4.2 X62W萬能銑床電氣控制線路的PLC設(shè)計 X62W萬能銑床電氣控制線路中的電源電路、主電路及照明電路保持不變，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4-2所示，為了保證各種聯(lián)鎖功能，將SQ1～SQ6,SB1～SB6按圖示分別接入PLC的輸入端，換刀開關(guān)SA1和圓 形工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2分別用其一對常開和常閉觸頭接入PLC的輸入端子。輸出器件分兩個電壓等級，一個是接觸器使用的110V電壓，另一個是電磁離合器使用的36V直流電，這樣也將PLC的輸出口分為兩組連接點。根據(jù)輸入輸出口的數(shù)量，可選擇三菱FX2N—32MR型PLC。X62W型萬能銑床電器位置圖如圖4-1所示，所有的電器元件均可采用改造前的型號。 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4-3所示。該程序共有8條支路，反映了原繼電器電路中的各種邏輯內(nèi)容。在第1支路中，因SQ1和SB5、SB6都采用常閉觸頭分別接至輸入端子X13、X2，則X13、X2的常開觸點閉合，按下啟動按鈕SB1或SB2時，X0常開觸點閉合，Y0、M0線圈得電并自鎖，第3支路中Y0常開觸點閉合，輔助繼電器M1線圈得電，其常開觸點閉合，為第4支路以下程序執(zhí)行做好準(zhǔn)備，保證了只有主軸旋轉(zhuǎn)后才有進(jìn)給運動。Y0的輸出信號使主軸電動機M1啟動運轉(zhuǎn)。當(dāng)按停止按鈕SB5或SB6時，X2常開觸點復(fù)位，Y0線圈失電，主軸慣性運轉(zhuǎn)，同時X3常開觸點閉合，Y4線圈得電接通電磁離合器YC1，主軸制動停轉(zhuǎn)。第2支路表達(dá)了KM2及YC3的工作邏輯，當(dāng)按下快速移動按鈕SB3或SB4時，X1常開觸點閉合，則Y1及Y5線圈得電，KM2常閉觸頭斷開，電磁離合器YC2失電，YC3得電，工作臺沿選定方向快速移動；松開SB3或SB4則YC2得電，YC3失電，快速移動停止。第4、5、6、8支路表達(dá)了工作臺六個方向的進(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)換開關(guān)SA2動作，4、5支路中X5的常開觸點分?jǐn)?，?支路中X5常閉觸頭復(fù)位，M4及Y2線圈得電，使KM3得電，電動機M2啟動，圓形工作臺旋轉(zhuǎn)；當(dāng)SA2復(fù)位時，M4、Y2線圈失電，圓形工作臺停止旋轉(zhuǎn)。左右進(jìn)給時，SQ5或SQ6被壓合，X6常開觸點復(fù)位，第5、6支路被分?jǐn)?，而X10或X11常開觸點閉合，M2（其常開觸點使Y2線圈得電）或Y3線圈得電，電動機M2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向左或向右運動。同樣，工作臺上下、前后進(jìn)給時，SQ3或SQ4被壓合，X7常開觸點復(fù)位，第5、6支路被分?jǐn)?，M2或Y3線圈得電，電動機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)給運動。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，電氣改造的投資少、工作量較小。 圖4-1 X62W型萬能銑床電器位置圖 4-2 PLC外部接線圖 4.3 現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器對照表 分類 信號名稱 現(xiàn)場信號 PLC線圈編號 輸入信號 M1啟動按鈕 SB1、SB2 X0 快速進(jìn)給點動 SB3、SB4 X1 停止制動按鈕 常閉 SB5、SB6 X2 常開 SB5、SB6 X3 信號名稱 現(xiàn)場信號 PLC線圈編號 輸入信號 換刀開關(guān) SA1 X4 圓工作臺開關(guān) SA2 X5 左右進(jìn)給 SQ5、SQ6 X6 上下前后進(jìn)給 SQ3、SQ4 X7 常開SQ3、SQ5 X10 常開SQ4、SQ6 X11 進(jìn)給沖動 SQ2 X12 主軸沖動 SQ1 X13 輸出信號 主軸啟動接觸器 KM1、KM2 Y0、Y1 M2正轉(zhuǎn)接觸器 KM3 Y2 M2反轉(zhuǎn)接觸器 KM4 Y3 正常進(jìn)給電磁閥 YC2 COM 主軸制動電磁閥 YC1 Y4 快速進(jìn)給電磁閥 YC3 Y5 圖4-3 PLC梯形圖 4.4 PLC梯形圖與PLC指令表 PLC指令表 序號 指令名稱 數(shù)據(jù) 序號 指令名稱 數(shù)據(jù) 0000 LD X0 0024 MPP 0001 OR M0 0025 AND X11 0002 AND X2 0026 OUT Y3 0003 ANI X13 0027 LDI X12 0004 ANI X4 0028 AND X6 0005 OUT Y0 0029 AND X7 0006 AND X13 0030 AND X5 0007 OUT M0 0031 AND M1 0008 LD X1 0032 OUT M3 0009 AND X2 0033 LD X12 0010 OUT Y1 0034 AND X6 0011 OUT Y5 0035 AND X7 0012 LD Y1 0036 ANI X5 0013 OR Y0 0037 AND M1 0014 AND X2 0038 OUT M4 0015 OUT M1 0039 LD X3 0016 LD X12 0040 OR X4 0017 AND X7 0041 OUT Y4 0018 OR X6 0042 LD M2 0019 AND X5 0043 OR M3 0020 AND M1 0044 OR M4 0021 MPS 0045 OUT Y2 0022 AND X10 0046 0023 OUT M2 0047 第五章 總結(jié) 常用的萬能銑床有兩種:一是臥式萬能銑,型號為X62W;另一種為立式萬能銑,型號為X53K。萬能銑床是一種高效率的加工機械,在機械加工和機械修理中得到廣泛的應(yīng)用。 X62W型臥式萬能銑床的電氣控制系統(tǒng),存在線路復(fù)雜、故障率高、維護工作量大、可靠性差、靈活性差等缺點,本文提出了用PLC對X62W型萬能銑床的繼電器接觸式控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,從而保證了電控系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性、合理性,更好地滿足了實際生產(chǎn)的需要,提高了經(jīng)濟效益 X62W萬能銑床是一種高效率的加工機械，萬能銑床的操作，是通過手柄同時操作電氣與機械，是機械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動作的典型控制。但是在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找與排除是非常困難的，這給生產(chǎn)與維護帶來諸多不便。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必需具有極高的可靠性與靈活性，這就需要使用智能化程度高的控制系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)?；谶@些問題，本文提出了利用三菱PLC和對X62W型臥式萬能銑床的繼電接觸式電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的方案。 系統(tǒng)的分析與設(shè)計過程也是對學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過程。在這個過程中我對利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)有了深刻的認(rèn)識，對機械的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計有了切身的認(rèn)識與體會，并在學(xué)習(xí)和實踐過程中增長了知識。豐富了經(jīng)驗。控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)實施，系統(tǒng)運行與調(diào)試的過程來進(jìn)行。系統(tǒng)的分析與設(shè)計是一項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程。在設(shè)計過程中，要邊學(xué)習(xí)邊實踐，遇到新的問題就不斷探索和努力，即可使問題得到解決。 在設(shè)計中體會到理論必須和實踐相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實際應(yīng)用中卻有很多的差異，出現(xiàn)了很多意想不到的問題。許多問題在書本上是這樣，而在實際運用中卻很不一樣，在經(jīng)過多次分析修改后，才設(shè)計出達(dá)到控制要求的系統(tǒng)。 致謝 在理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對X62W臥式銑床的結(jié)構(gòu)及運動形式進(jìn)行了分析，通過細(xì)致的分析銑床的電氣原理圖，制定出了初步的元件替換方案，對原繼電器進(jìn)行PLC軟繼電器代換，畫出其梯形圖與外部接線圖，并列出指令表。 通過此設(shè)計，可以使我們了解到X62W萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和PLC控制的原理，簡單工作原理。也可以對以前所學(xué)的電機與電氣控制更系統(tǒng)更全面的復(fù)習(xí)一遍，對遺忘的知識點又有了更深一層的認(rèn)識,經(jīng)過幾周的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計，設(shè)計草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是老師仍然細(xì)心地糾正設(shè)計中的錯誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 參考文獻(xiàn)： [1] 李敬梅.電力拖動控制線路與技能訓(xùn)練.北京：中國勞動社會保障出版社，2001. 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