铣床的PLC控制

1、第一章 前言我国传统的铣床控制系统都是采用继电器、接触器等硬件逻辑控制电路 , 不但接线复杂 , 而且经常出现故障 , 可靠性比较差。与传统的继电器控制相比 ,PLC控制具有可靠性高、柔性好、开发周期短以及故障自诊断等特点 , 特别适合应用于铣床的控制和故障诊断系统，可以减少强电元件数目，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的品质和生产效率。 故在PLC广泛应用的控制时代，本设计系统的思想就是采用PLC控制铣床。以达到预定控制系统的简洁性、经济性，减少了成本，也使得维修变的简单。第二章 方案论证2.1机床的主要结构和运动形式如图一所示，铣床由床身、悬梁、刀杆支架、主轴、工作台和升降台

2、等组成，刀杆支架上安装与主轴相连的刀杆和铣刀，以进行切削加工，顺铣时刀具为一个转动方向，逆铣时为另一个转动方向；床身前面有垂直导轨，升降台带动工作台可沿垂直导轨上下移动，完成垂直方向的进给，升降台上的水平工作台还可在左右（纵向）方向上移动进给以及在横向移动进给；回转工作台可单向转动。进给运动的传递示意图如图二所示图一图二2.2铣床的结构分析铣床主要由工作机构、传动机构、和自动控制系统三部分组成。 工作机构的主要部件有底座、床身、主轴、悬梁、纵向工作台、回转盘、床鞍和升降台组成。 传动机构主要由主轴传动系统和进给传动系统构成。 主轴传动是由一台10KW的主电动机驱动

3、，主轴旋转方向的改变由主电动机正、反转来实现。  进给传动是由一台3KW的进给电动机驱动，它主要用于工作台纵向、横向和垂直三个方向的进给运动和快速传动。   自动控制系统主要以PLC为核心，配合智能仪表，实現对自动铣床的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。第三章 系统的总体设计3.1可编程序控制器设计简介使用可编程序控制器构成控制系统的设计步骤如图所示，与常用的继电器控制逻辑设计比较，组件的选择代替了原来的部件选择，程序设计代替了原来的硬件逻辑设计。 在本设计中的铣床控制系统的设计中应考虑的因素有： （1）系统组成方案

4、与网络通信方式； （2）系统总的I/O点数。以此选择PLC框架个数和I/O模块数量； （3）控制系统的工艺流程，复杂程度。根据控制的复杂程度选定存储器容量； （4）输入/输出设备规格。包括控制信号类型、大小，负载设备的性质。以此确定输入/输出模块类型； （5）CPU选择。由存储器容量、输入/输出点数和模块类型、运算功能和运算速度等因素选择合适的PLC机型； （6）根据输入信号和输出控制设备类型，选择合适的I/O模块； （7）按照模块化、结构化设计方法设计系统程序； 在保证系统性能和可靠性的前提下，组成性能价格比高的控制系统。

5、其系统总体思路如图三所示： 图三3.2铣床生产流程及控制系统构成普通铣床由铣刀盘、液压泵、润滑泵、冷却泵、电磁阀和电控系统组成。自动操作过程是由按钮和限位信号控制电机和电磁阀来完成。铣床工作流程见图四，PLC控制系统框图见图五图四图五3.3铣床电动机组的设计图六为铣床电动机组启动电路图，该铣床有三台电动机，主轴电动机M1用来带动主轴旋转。进给电动机M2用来驱动工作台进行纵向，横向和垂直三个方向的进给运动与快速移动。冷却电动机M3驱动冷却液泵，铣削时把冷却液送到工件、刀具上进行冷却。图六3.4系统供电为了避免各种干扰通过电源线进人PLC系统的动力部分、控制部分、PLC和IO电源分别配线

6、用带屏蔽层的隔离变压器给PLC供电，隔离变压器与PLC之间采用双绞线连接，隔离变压器一次侧接380V，避免地电流的干扰为了保证人身和设备的安全，设置独立于PLC的紧急停车控制装置，在紧急停止时，PLC的输出电路可在PLC外部切断，如图七所示：图七3.5 PLC输入输出接线端子外接线图PLC输入端子外电路共接24个输入点，分别连接旋钮、按钮、行程开关等主令元件及检测元件，电源由PLC内部提供。输出端子外电路按执行电器的电源类别分别组成不同的端子组，共用端子COM端加装熔断器做短路保护，必要时可并联放电二极管以利PLC输出继电器触电的灭弧。 PLC输入/输出接线端子外接线电路如图八所示。

7、图八第四章 软件设计4.1铣床电力拖动和控制任务 要对电机M1、M2、M3的控制。手动控制铣床照明灯的线路可用外接电路解决，不必通过PLC控制，采用FX2N型PLC来控制系统。FX2N系列基本单元如表3所示。 对电动机M1的具体控制要求是：M1的启动控制；全电压正反转控制；停车时要求反接制动，并串入限流电阻，有过载和短路保护。 对电动机M2的具体控制要求是：M2的启动控制：快速进给控制和过载、短路保护。 对电动机M3的具体控制要求是：M3有单向运转控制；有过载和短路保护。4.2 PLC输入/输出地址分配PLC的控制电路，既是可通过一定的输入信号送给PLC

8、经内部程序处理后，由输出的控制信号直接驱动或控制电器执行件，达到预定目的。这也是与传统的控制电路区别最大的地方。即PLC的处理器可实现复杂，繁琐的控制要求。换句话说就是能使控制电路系统简洁化。如本控制系统设计，其PLC的程序可代替复杂的硬接线。表一 PLC的输入及输出(I/O)地址表表二 输入分配表4.3 PLC的选用（一）X62W万能铣床输入输出点数统计 因为在改造中不改变原控制系统 ,所以 PLC输入输出点数可根据原继电器控制电路来计算 。 1.输入点数 (1) 原主轴电机启动按钮 2 个，主轴电机停

9、止按钮 2 个，主轴电机反接制动速度继电器2个，主轴变速冲动行程开关 1 个，共7点;(2) 工作台右移行程开关1个，左移行程开关 1 个，前、下移行程开关1个，后、上移行程开关 1 个，工作台快速进给按钮 2个，工作台变速冲动行程开关1个，共7点;  (3) 圆工作台转换开关1个; (4) 冷却泵电机起、停转换开关1个; 输入点数共16点。 2.输出点数 根据原控制电路主轴电机、工作台进给电机、快速进给电磁铁及冷却

10、泵电机用交流接触器统计输出点数为: (1) 主轴电机运行交流接触器 1个 主轴电机反接制动交流接触器 1个, 共2 点 (2) 工作台进给电机正、反转交流接触器各 1 个 ,快速进给电磁铁交流接触器1个 ,共3点; (3) 冷却泵电机交流接触器1个; 输出点数共为6点。 （二） PLC选择 X62W铣床改造后共需点数为 22 点，考虑 10 %余量及以后加报警电路和故

11、障显示电路，考虑发展及工艺控制问题，故选用三菱 FX2N 48MR PLC，继电器输出，I/O总点数为 48 点，输入点数为24点，输出点数为24点。FX2N是FX系列中功能最浅、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行是高达0.08us每条指令，用户存贮器容量可扩展到16K步，各点状态均有知识等现实，便于用户不带负载调试程序。单片既具有片内存ROM256B、RAM8KB，定时/计数器3个，并行I/O接口4个，5个终端元。用户程序容量32KB。PLC的供电电源为220YV，有38V-220V的隔离变压器提供，这样可以减少电网波动或噪声对PL

12、C的干扰。4.4设计系统PLC梯形图及编程由控制要求及上列I/O定义表设计的梯形图。设计中设置了M0的自锁，以及M0、M1的互锁。还设置了顺序控制与制动装置。这些保护与前面的硬件接线的保护，即是我们所说的实现软件、硬件双重保护。这与传统的完全继电器及硬件电路控制，大大提高了控制系统可靠性和容错能力。图九 控制系统梯形图及控制程序2）本系统选用三菱FX2N系列PLC语言，如下： 4.5 PLC梯形图的说明（1）用辅助继电器以简化控制电路。 （2）应根据 X62W的控制原理进行总体程序设计 ,在控制电路中应注意自锁和互锁控制。 （3）SQ7(常闭)

13、为软继电器的工作条件 ,只有这一条件满足时 ,机床控制才有效 ,所以在程序设计时用了一主控指令。 （4）应注意主轴运动与进给运动的顺序联锁控制 ,故在程序中又用了一主控指令 ,以保证在主轴电机 M1 起动后才可起动进给电机M2。 （5）应注意长工作台六个进给方向的联锁控制 ,铣床工作时 ,只允许一个进给方向运动 ,故除了操作手柄自身的机械联锁外 ,在程序设计时还需用软继电器加电气联锁控制;圆工作台与长工作台之间也需用软继电器加联锁控制。  

14、60;  （6）应给 PLC工作电源加外部启动、停止按钮。 （7）应注意动作的互锁控制，例如主轴正转和反转是两个不可能同时发生的动作，此时一般需要采用互锁控制。可以采用M0和 M1的常闭触点为互锁信号，分别串入 M0 和M1的控制回路中，这样当M0和M1当中任何一个启动的先决条件就是另一个回路必须关断。而任何一个回路启动之后又都能同时把另一个回路的控制回路关断，而保证两者不可能同时动作。 （8） 还要注意顺序联锁控制，在铣床的运动控制中，有些是有严格的顺序要求的，不能发生颠倒次序的现象。这时可以采用联锁控

15、制的方法 ,即选择前一个动作的常开触点。串联在下一个动作的启动回路中。同时将后一个动作的常闭触点串联在上一个动作的关断回路中。这样就可以使各个动作严格地按照设计好的顺序执行。大大提高了产品的可靠性和品质。 4.6 软件程序调试PLC控制系统软件程序完成后，必须讲程序写入PLC进行调试；若选择的机型与实验机型一致，可直接利用实验室的模拟调试开关板进行调试。调试时先不接执行电器，注意关PLC输入、输出状态指示灯，以确定程序是否符合控制要求。 若设计用的机型与实验室及行不通，也必须想办法进行调试，只是要根据实验室能用的机型改写新的输入输出点核心的指令，设计时最好能避免这

16、种情况发生。调试可在软件程序设计好后立即进行，也可待硬件系统设计好后一起进行。 调试过程中一定要注意各个基本环节之间的控制逻辑是否慢度控制和连锁要求，输出有无失步现象。由于模拟调试开关板一般又不能扶危的牛自开关组成，调试时要注意模拟能复位的按钮的动作，必须是钮子开关接通后立即断开。参考文献  0 欧阳三泰、欧阳希、周琴.论可编程序控制器技术机床电器J 2005 1 1 廖常初.可编程序控制器应用技术M重庆：重庆大学出版社,1996 2 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用M重庆:重庆大学出版社,2001   3 廖常初.PLC梯形图程序的设计方法与技巧J电工技术,1998 4 邓则名、邝穗芳等.电器与可编程序控制器应用技术M北京:机械工业出版社,1997 5 周少武等.大型可编程序控制器系统设计M 中国电力出版社,20016 曹辉.可编程序控制器系统原