基于PLC的XW万能铣床控制系统的改造

1、淮阴工学院课程设计课程名称：机电传动控制课程设计题目 基于PLC的X62W万能铳床控制系统的改造 一学院：机械工程学院专业班次：机械电子2011级姓名：刘雪松指导教师：路连，李森林学期：20132014学年第一学期日 期：2013.12.27目录基于PLC的X62W万能铣床控制系统的改造 11 本课题简介 11.1 X62W 万能铣床的机械结构 11.2 自动铣床的发展及现状 11.3 X62W 万能铣床基本概况 21.4 X62W 万能铣床的运动形式 31.5 X62W 万能铣床电气控制主要元器件 31.6 X62W 万能铣床电力拖动的控制要求 41.7 X62W 万能铣床的主电路图及控制电

2、路图 41.7 X62W 万能铣床原控制线路分析 62 PLC 改造 72.1 PLC 改造万能铣床的优点及意义 72.2 X62W万能铣床电气控制改 PLC控制改造说明82.3 PLC 选型82.4 I/O 口分配 915参考文献 基于PLC的X62W万能铣床控制系统的改造1 本课题简介1.1 X62W 万能铣床的机械结构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方向 移动的溜板。 溜板上部有可移动的回转盘， 工作盘就在

3、溜板上部的回转盘上的导 轨做垂直于主轴轴线方向的移动。工作台上有个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、 左右、 和上下 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，由于回转盘可绕中心绕过一个角度 （通常是 45度），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，故称为万能铣床。1.2 自动铣床的发展及现状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

4、。电气系统是其中的主干部分，而 X62W 铣床则是由普通机床发 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，而且又具有一定柔性的生产设备。 它也是一种通用的多用途机床， 它可以用圆柱铣刀、 圆片铣刀、 角度铣刀、 成型铣刀及端面铣刀等刀具对各种零 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、分度头和 圆工作台等机床附件来扩大加工范围。 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。从

5、手动控制发展到自动控制，从简单控制发展到智能化控制，从 策重发展到信息化处理，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。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，因此受到各工业国家的重视，并投入大量的人力、物力加以研究 和应用。1.3 X62W万能铣床基本概况1、 铣床型号意义:X62W中X代表铣床，6代表卧式，

6、2号工作台，W代表 万能。2、X62W万能铣床主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回旋盘、横 溜板、升降台、底座等部分组成。3、X62W万能铣床的外形主要结构图如图 2-1：mm Fi f由込Jd图2-1 X62W万能铣床的外形主要结构图1.4 X62W 万能铣床的运动形式X62W 型万能铣床的外形结构如图 2-1所示，它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方向 移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可转动的回转盘，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

7、工作台上的工件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是主运动； 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；铣床其他的运动，如 工作台的旋转运动、在各个方向的快速移动则属于辅助运动。1.5 X62W 万能铣床电气控制主要元器件1、中间继电器是将一个输入信号变成一个或多个输出信号的继电器，它的 输入信号为线圈的通电或断电， 它的输出信号是触头的动作， 不同动作状态的出 头分别将信号传给几个元件或回路。中间继电器具有的四种功能，信号的分支， 信号的放大，信号的转换，信号的反转。中间继电器的作用： 1、代替小型接触 器 2、增

8、加接点数量 3、增加接点容量 4、转换接点类型 5、用作开关 6、转换 电压 7、消除电路中的干扰。2、时间继电器： 1、通电延时型时间继电器：当吸引线圈通电后，其瞬动触 电立即动作， 其延时触点经过一段延时再动作， 吸引线圈断电后， 所有触点立即 复位。 2、断电延迟型：当吸引线圈通电后，所有触点立即动作。当吸引线圈断 电后，其瞬动触点立即复位；其延时触点经过一定延时再复位。3、FR压缩机热继电器（FR1、FR2、FR3）是由流入热元件的电流产生的热量 使不同膨胀的双金属片发生形变， 当形变达到一定距离时， 就推动连杆动作。 使 控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保

9、护，继电 器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单，成本低等优点，在生产 中得到了广泛应用。4、速度继电器（ KS-1、 KS-2 ） ：当 M1 的转速低于 1 20转/分时，速度继电器 KS 的一副常开触点恢复断开。切断电路， M 停转。5、SB1、SB3与SB2、SB4是分别装在机床两边得停止（制动）和启动按 钮，实现两地控制，方便操作， KM1 是主轴电动机启动接触器， KM2 是反接制 动和主轴变速冲动接触器， SQ7 是与主轴变速手柄联动的瞬间动作行程开关。1.6 X62W 万能铣床电力拖动的控制要求（1）主轴电动机 M1 有三种控制：正反转起动， 反接制动和变速冲动。 主

10、轴 运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择， 为保证变速齿轮进入良好的啮合状 态，两种运动都要求变速后顺时点动。（2）为了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给 方向的快速运动。 为了减小加工表面的粗糙度， 只有进给停止后主轴才能停止或 同时停止。该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动 6 个方向的连锁。（3）当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具 和铣床。（ 4）为了能及时实现控制，机床设置了两套操纵系统，再机床正面及侧面 都安装了相同的按钮、手轮和手柄，操作方面，以实现两地控制。（ 5）为了保证安全，防止事故，机床有顺序的动作，

11、采用了联锁。（ 6）三台电动机都设有过载保护，控制线路设有短路保护，工作台的六个 方向，都设有终端保护。1.7 X62W 万能铣床的主电路图及控制电路图1.7 X62W 万能铣床原控制线路分析1、主轴电动机需启动时，要先将 SA5 扳到主轴电动机素需要的旋转方向， 然后再按启动按钮 SB3 或 SB4 来启动电动机 M1。2、M1 启动后， KS 闭合，为主轴电动机的停转制动做好准备，停车时，按停住按钮SB1或SB2切断KM1电路，接通KM2电路，改变M1的电源相序进 行串电阻反接制动。使ks常闭触电断开，切断KM2电路，M1停转，制动结束。 主轴电动机反转时的通路：1 2 3 7 8 910

12、 KM1线圈0;主轴停止与 反接制动时的通路：1 2345 KM2线圈03、主轴电动机变速时的顺动（冲动）控制，是利用变速手柄与冲动行程开关 SQ7 通过机械上联动机构进行控制的。但要注意，不论是开车还是停车时， 都应以较快的速度把手柄推回原始位置， 以免通电时间过长， 引起 M1 转速过高 而打坏齿轮。4、工作台纵向（左右）运动的控制。当手柄扳到向右或向左运动方向时，手柄的联动机构压下行程 SQ1或SQ2，时接触器KM3或KM4动作，控制M2 的正反转。向左：压下SQ1，使SQ1-2断，SQ1-1通，而其他控制进给运动的行 程开关都处于原始位置，使 KM3 吸合， M2 正转，其控制电路的通

13、路为： 111516171819 20 KM3 线圈0;向右：压动行程开关 SQ2,使 SQ2-2 断， SQ2-1 通，使 KM4 吸合， M2 反转，其通路为： 111516171824 25KM4 线圈0。5、工作台垂直（上下）和横向（前后）运动的控制：工作台的垂直和横向 运动，由垂直和横向进给手柄操纵。工作台前（或者向下）运动的的控制：下压SQ4, 使 SQ4-2断，SQ4-1通，使KM4吸合，M2反转，其通路为：11 2122 17182425KM4 线圈0;工作台向后（或者向上）运动的控制 : 同时 下压SQ3, 使 SQ3-2断，SQ3-1通，使KM3吸合，M2正转，其通路为：1

14、1 212217181920KM4 线圈0。6、进给电动机变速时的瞬动（冲动）控制：连杆机构二次瞬时压下行程开关SQ6,使KM3瞬时吸合，M2作正向瞬动。其通路为：1121 221716 151920 KM3 线圈0。7、工作台快进进给也是有进给电动机 M2 来驱动,在纵向，横向和垂直三种 运动形式六个方向上都可以实现快速进给控制。 主轴电动机启动后， 将进给操纵 手柄扳倒所需位置，按下快速进给按钮 SB5（或SB6），使接触器KM5通电吸台， 接通牵引电磁铁 YA ，电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上，减少中间传动设置， 使工作台按运动方向作快速进给运动。 当松快快速进给按钮时， 电磁铁 YA

15、断电， 摩擦离合器断开，快速进给运动停止， 工作台仍按原常速进给时的速度继续运动。8、圆工作台运动的控制：准备： SA3-1 断， SA3-3 断， SA3-2 通。然后按下 主轴启动按钮SB3或SB4,则接触器KM1与KM3相继吸合。主轴电机 M1与 进给电机 M2 相继启动并运转， 而进给电动机仅以正转方向带动原工作台定向回 转运动。其通路为： 1115161722211920KM3 线圈0，由上可 知，原工作台与工作台进给有互锁， 即当圆工作台工作时， 不允许工作台在纵向、 横向、垂直方向上有任何运动。2 PLC 改造2.1 PLC 改造万能铣床的优点及意义X62W 万能铣床是一种高效率

16、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， 以达到机电紧密配合完成预定的操作， 是机械与电气结构联 合动作的典型控制，是自动化程度较高的组合机床。利用 PLC 实现了对 X62W 万能铣床的控制，通过合理的选用设备、元器件和软件设计，提高了 X62W 万 能铣床运行的可靠性。 但是在电气控制系统中， 故障的查找与排除是非常困难的， 特别是在继电器接触式控制系统， 由于电气控制线路触点多、 线路复杂、 故障率 高、检修周期长，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。 本课题所述方案是对原来的继电器接触 式模拟控制系统进行

17、PLC改造，从而使PLC控制系统无论在是硬件还是软件中， 都能具有稳定可靠的控制、 极高的可靠性与灵活性、 维修容易性， 从而更能适 应经常变动的工艺条件。2.2 X62W 万能铣床电气控制改 PLC 控制改造说明SA5用旋转开关替换，为了将主轴电机的正反转控制与进给时主轴电机的 转动控制区分开，主轴电机正反转改为接触器 KM7 （正转）、KM8 （反转）控制。 HL7代替电磁阀YA。在快速进给运动中，YA是牵引电磁铁，用PLC控制时， 直接用HL7代替电磁阀YA，简化控制线路。 速度继电器的正转和反转的常 开触点并接到一起为 KS（“1、 4”短接 I2.0 ， “ 2、 5”短接接 DC2

18、4V 电源 GND 端）FR2、FR3的常闭触点“ 95、96”串联到一起，改造接线图勇 FR23代替。去掉照明灯EL，增加圆工作台指示灯HL1,非圆工作台指示灯HL2，主轴 正转指示灯HL3，主轴反转指示灯HL4，冷却泵工作指示灯HL5，进给电机工 作指示灯HL6，使电路控制线路过程更加明确。把 SQ7替换为SQ3,把SQ6 替换为 SQ4， SA3 替换为 SA1（I2.2 接 SA1 的“1”， I2.3 接 SA1 的“3， I2.4 接 SA1 的“5”， SA1 的“2、 4、 6”接 DC24V 电源的 GND 端）， SA1 替换为 SA4 是为使 PLC 改造电路具有稳定可靠

19、的控制性、灵活性与准确性，避免错误控制。把SQ1替换为SQ8左，把SQ2替换为SA8右，SQ3替换为SQ8上，把SQ4 替换为SA8下。主轴电动机使用双速电机。2.3 PLC 选型PLC 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。 它具有高可靠性， I/O 接口模块丰富，安装简单维修方便等特点。由于

20、 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。并且具有稳定的运行、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 可以很好地满足小规模的控制要求，所以本次设计选用S7-200系列PLC（CPU226）2.4 I/O 口分配2.4.1 X62W万能铣床的PLC控制电路共有20个输入口，即I0.0 -10.7,11.0-11.5,12.0-2.5。输出口有 14 个，即 Q0.0-Q0.7, Q1.0-Q1.1, Q2.0-Q2.32.4.2具体分配列表:序号功能输入序号功能输出1主轴电机热保护FR1I0.01M1控制接触器KM1Q0.02进给和冷却泵热保护 FR23I0