XA6132铣床的PLC改造

1、河南工业职业技术学院目 录任务书一 绪 论1.1 引言4 1.2 设计的目的和意义4二 XA6132万能铣床的结构、运动形式及电气控制系统52.1 XA6132万能铣床简介52.2 XA6132万能铣床主要运动方式简介62.3 XA6132万能铣床的电气控制系统7三 PLC的介绍153.1 PLC的发展过程简介153.2 PLC的系统构成163.3 PLC的等效电路和工作原理173.4PLC目前的发展形势203.5 PLC特点与应用20四 XA6132万能铣床电气PLC改造设计254.1 改造原则254.2 改造方法254.3 PLC方案的选择264.4 硬件电路设计264.5 PLC 的控制

2、软件设计284.6输入/输出点的PLC I/O地址分配314.7 PLC程序设计32五 故障现象和故障分析36总结及体会39参考文献41任 务 书 设计题目:XA6132型铣床电气控制的PLC改造 设计的目的: 掌握XA6132型的电气控制功能。 掌握用PLC改造电气设备的方法选择。 掌握电器控制元件的选择与计算方法。 设计要求: 结合有关教材选择合适的用PLC的改造电气控制 原有的动作顺序及功能不变。 各种连锁关系不变。 增加有工作状态指示 设计任务: 1选择合适的PLC型号。2画出主电路和PLC的I/O接线图（A2）。3画出梯形图（A2）。4说明PLC控制的XA6132型铣床工作原理。5编

3、写30000字左右的设计说明书。一 、绪 论1.1 引言传统的机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 ,可靠性较差。与之相比 , PL C 具有可靠 性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及故障自 诊断等特点 , 特别适合应用于机床的控制系统的 开发和应用。通过使用 PL C 设计机床控制系统 , 可以减少强电元器件数目 , 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。目前 ,国内许多厂家的自动控制系统及加工 机床都采用 PL C 代替继电器控制。1.2 设计的目的和意义随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展

4、，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可以分为几类。例如可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、单片机的测控装置、用于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。为了满足现在社会制造业对社会市场紧迫需求的反应，既要求生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品；而可编程序控制器PLC正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC(Programmab l eLogic Controller)是 2 0世纪 60年代末在美国首先出现的 ,其硬件结构基本上与微型计算机相同。是一种专用于工业控制

5、的计算机。也是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置；使用了可编程序存储器以储存指令 ,用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算功能 ,并通过模拟和数字输入输出组件 ,控制各种机械或生产过程。近几年来PLC把自动化技术，既计算机技术和通信技术融为一体，体现了可编程序控制器的应用场合是很广泛的。因此采用可编程序控制器(PLC)对铣床传统的继电器-接触器电气控制系统进行改造,不但给出了铣床PLC电气控制系统的设计梯形图、I/O表的输入输出接线图。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。PLC的应用不但大大地提高了铣床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力

6、,而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点 ,在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。用控制系统替代XA6132铣床复杂线路中的继电器、接触器等系统 ,是今后控制系统发展的趋势。XA6132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，它采用继电接触器电路实现电气控制。若将XA6132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, 使XA6132型铣床在电气功能上更加完善,使机床的操作更为方便与安全。专业技术的理论

7、和技能有着很大的研究意义。对XA6132型铣床的电气控制线路进行了分析与研究后,XA6132铣床具有主轴转速高、调速范围宽等功能外；XA6132铣床的电气控制系统,还存在控制线路上一些复杂性、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点;给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。采用可编程序控制器(PLC)对XA6132铣床传统的电气控制系统进行改造,在实际生产线上有着明显的效率，这也使整个生产系统带来推动的力量。PLC对XA6132铣床控制改造的设计梯形图,提高了XA6132铣床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；然而PLC对XA6132铣床的继电器接触式控制系统进行技术改造,从而保证了电

8、控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。二、XA6132万能铣床的结构、运动形式及电气控制系统。2.1、铣床简介： 铣床是一种高效率的加工机械，在一般加工厂中铣床的数量仅次于车床，数量上占第二位。铣床可用来加工平面、斜面和沟槽等。装上分度头还可以铣切直齿齿轮和螺旋面，如果装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。铣床的种类很多，按结构型式和加工性能不同，可分为卧式铣床、立式铣床、仿形铣床、龙门铣床和各种专用铣床等。XA6132是在X62W型万能铣床的基础上增设电磁铁离合器抱闸制动，其他机械结构相同及电气控制电路基本相同。XA6132型卧式万能铣床是应用最广泛的铣床

9、之一，下面以它为例进行分析。 XA6132万能铣床的构成：床身、悬梁、刀杆支架、升降台。 （XA6132万能铣床结构图） 2.2、XA6132万能铣床的主要运动方式简介： 主运动：主轴电动机驱动主轴带动刀具作顺铣、逆铣，转动方向手动预选。为了换刀方便，主轴采用电磁离合器制动。为了主轴和进给机械变速后的齿轮啮合，采用瞬时变进冲动。 升降式工作台进给运动（进给电动机驱动）：工作台带工件作快进、工进运动。 升降台的构成：矩形（直线运动）、圆形（圆弧运动）两层结构。矩形工作台的六个运动方向和圆工作台的旋转运动要求互锁，任何时刻，只允许存在一种运动形式的一个方向运动。为了避免打刀（安全），要求有先做主轴

10、旋转，然后工件进给的顺序控制。2.3、XA6132万能铣床的电气控制系统2.3.1万能铣床控制线路分析 XA6132卧式万能铣床控制线路可分为主电路、控制电路、直流电路、照明电路等部分。 1、主电路 中间继电器KA3控制冷却泵电动机M1。KM1、KM2控制主轴电动机M2正、反转。KM3、KM4控制进给电动机M3正、反转。 其他，还有短路、过载保护器件。2.3.2主轴及冷却泵电动机控制 主轴： 主轴在加工前，由选择开关SA4选择主轴电动机M2的转动方向（顺、逆铣）。 起停：SB1、SB2及SB3、SB4和KA1用以实现主轴电动机M2的两地起停控制，两套起停控制按钮分别装在铣床正面和侧面操作板上。

11、 停车时SB1、SB2的常开触点闭合，使主轴制动电磁离合器的电磁铁YB线圈通电，同时电磁线圈YC2通电，沟通工作台快速进给传动链，此时进给电动机M2断电，工作台快停（顺控要求），实现主轴电动机迅速停车制动。 上刀制动：转换开关SA2常开触点闭合，电磁离合器电磁铁YB线圈通电，实现上刀制动。 主轴变速冲动：主轴电动机（M2）在转动过程中，拉出主轴变速手柄时，位置开关SQ5动作，KM1或KM2线圈断电、主轴电动机（M2）停止转动，主轴变速手柄在复位过程中，压下SQ5、KM1或KM2线圈通电，M2作瞬时正或反向变速冲动。反复推拉变速手柄，直至手柄放回原位，齿轮啮合为止。冷却泵：转动旋转式转换开关SA

12、1中间继电器KA3线圈通电冷却泵电动机M1转动。2.3.3工作台进给控制传动方式及控制特点工作台矩形直线运动和圆形圆弧运动的机械传动链如上图所示。（1）矩形工作台的直线运动： 运动方向（三维空间）： 纵向（左右）、横向（长后）、升降（上、下）。 操纵方法：纵向操纵手柄，左、0、右（3工位）位置。十字操纵手柄（两个机械联动），前、上、0、下、后（5工位）位置。（2）圆形工作台的圆弧旋转运动： 矩形工作台的纵向操纵手柄和十字操纵手柄均在0位时，通过操作转换开关SA3控制圆形工作台的圆弧旋转运动。矩形工作台的三维空间6个方向的直线运动和圆形工作台的圆弧运动要互锁。每个时刻只允许有一个运动方向。矩形工

13、作台的纵向进给（3）主轴与进给顺序控制和KA2常开触点并联KA1常开触点作顺序控制， KA2用做工作台快进控制 。（4）工作台选择 选择开关SA3常态为矩形工作台，动态为圆形工作台操作状态。矩形工作台的纵向进给：（SA3在常态） 纵向操纵手柄向右，沟通纵向机械传动链并压下位置开关SQ1；操纵手柄向左，沟通纵向机械传动链并压下位置开关SQ2；操纵手柄在中间0位为停止状态。 控制电路分析：手柄向右压下SQ1 电流过SQ6、SQ4、SQ3、SA3的常闭触点和SQ1的常开动合触点使KM3线圈通电工作台进给电动机M3正转，拖动工作台向左进给。 手柄回到0位 SQ1常开触点断开 KM3线圈断电 M3停转。

14、 手柄向左压下SQ2 KM4线圈通电，工作台进给电动机M3反转。拖动工作台向右进给。控制电流的必经路径SQ3、SQ4、SA3的常闭触点，满足了互锁要求。 工作台移动到终点，终点档铁撞击手柄的凸起部分可使其返回中间位置，实现终点停车。 2.3.4矩形工作台的升降和横向运动机械传动： 十字操纵手柄。前、后位置沟通横向机械传动链。上、下位置沟通垂直机械传动链。电气控制：十字手柄向下和右（后）压下位置开关SQ3，上和左（前）压下位置开关SQ4。 压下SQ3时，控制电流经SA3、SQ1、SQ2常闭触点和SQ3动合的常开触点使KM3线圈通电，进给电动机M3正转，通过相应的机械传动链，驱动矩形工作台向下或向

15、右运动。 压下SQ4时，控制电流经SA3、SQ1、SQ2常闭触点和SQ4动合的常开触点使KM4线圈通电，进给电动机M3正转，矩形工作台向上或向左运动。 互锁：矩形工作台的垂直和横向运动中，SA3、SQ1、SQ2常闭触点的闭合条件要求纵向手柄在0位及SA3选择矩形工作台，否则横向和垂直运动无法进行。 安放在床身上的限位档铁，能使十字手柄自动返回0位。实现横向、垂直的终点停车。2.3.5矩形工作台的快移运动 在进给运动状态下（KM3或KM4常开触点闭合），按下SB5或SB6（两地快进控制）KA2线圈通电快移电磁铁YC2线圈通电，沟通快移机械传动链，实现矩形工作台快速移动。松开SB5或SB6YC1线

16、圈通电、YC2线圈断电，工作台改进为工进。圆形工作台的回转运动 矩形工作台各个操作手柄在0位，电动机沟通圆形工作台回转机械传动链。SA3在动态电流经SQ6、SQ4、SQ3、SQ1、SQ2的常闭触点和SA3动合触点使KM3线圈通电进给电动机M3正转，圆形工作台工步回转。 互锁分析：SQ1SQ4常闭触点闭合的条件是纵向和十字手柄均在0位。 工作台的变速冲动 变速手轮在复位的过程中，瞬时压动位置开关SQ6使KM3线圈瞬时通电（其电流经过SA3，SQ1SQ4常闭触点，目的是变速时各手柄均在零位，SA3选圆形工作台）电动机M3做变速冲动（蠕动）。2.3.6、XA6132万能铣床电气原理图。三、PLC的介

17、绍3.1、PLC的发展过程简介： PLC是可编程控制器(rogrammable Logic Controller) 的英文缩写。上世纪60年代末，美国通用汽车公司为了汽车工业发展的需要，提出需要这样一种控制设备，即（）它的继电控制系统设计周期短，更加容易，接线简单，成本低。（）它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便。（）系统通用性强。1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，实现了上述的控制功能，但实际上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为PLC。 20世纪80年代，由于计算机和微电子技术的迅猛发展，使得PLC功能日益增强，可进

18、行模拟量控制、位置控制和PID控制等。所以现在的PLC 的功能已远远超出逻辑控制的功能，故称为“可编程控制器”，简称PC，但为了不和个人计算机混淆，故仍习惯用PLC 作为可编程控制器的缩写。 目前PLC已广泛应用于各工业领域，成为现代化控制的三大支柱（即PLC、机器人和计算机辅助设计/制造）之一。3.2、PLC的系统构成PLC实际上是一种工业控制计算机。它的硬件结构与一般微机相似，主要由主机、I/O扩展机、外围设备三部分组成，如图9-1所示。图9-1 PLC的组成框图 (1)主机主机由CPU（微处理器）、存储器、输入输出单元、电源等部分组成。CPU是PLC的核心，其作用类似于人的大脑。它能够识

19、别用户按特定格式输入的指令，并按照指令完成预定的控制任务。另外，它还能识别用户所输入的指令序列的格式和语法错误，还具有系统测试与诊断功能。PLC的存储器有两种：系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器主要用于存放系统正常工作所必须的程序，如系统诊断程序、键盘输入处理程序、指令解释程序、监控程序等。这些程序与用户无直接关系，已由厂家直接固化进EPROM中，不能由用户直接存取、修改。用户程序存储器主要存放用户程序（用户利用PLC的编程语言按不同控制要求所编制的控制程序或数据，这相当于设计继电器控制系统硬接线的控制电路图），可通过编程器进行修改。输入输出（IO）单元是PLC与输入控制信号和被控

20、制设备连接起来的部件，输入单元接收从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信号转换成CPU能接收和处理的数字信号。输出单元接收经过CPU处理过的输出数字信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号，以驱动接触器、电磁阀和指示器件等。电源部件是把交流电转换成直流电的装置，它向PLC提供所需要的直流电源。电源组件具有很高的抗干扰能力，适合工业现场使用，供电稳定、安全可靠。电源组件内还装有备用锂电池，以保证在断电时保存必要的信息。PLC还有各种接口，PLC通过这些接口可与监视器、打印机、其它的PLC或计算机等相连。(2)I/O扩展机每种PLC都有与主机相配的扩

21、展模块，用来扩展输入、输出点数，以便根据控制要求灵活组合系统。PLC扩展模块内不设CPU，仅对I/O通道进行扩展，不能脱离主机独立实现系统的控制要求。(3)外部设备外部设备包括编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM写入器、图形监控系统等。其中编程器是PLC必不可少的重要外围设备，由键盘、显示器、工作方式选择开关和外存储器接插口等部件组成，主要用于对用户程序进行输入、检查、调试和修改，并用来监视PLC的工作状态。编程器有简易型和智能型两类。简易型编程器只能联机编程，且需将梯形图转化为助记符后才能送入。智能型编程器又称图形编程器，它既可联机编程，又可脱机编程，具有图形显示功能，可直接输入梯形图和通

22、过屏幕对话，但价格较贵。现在也可在个人计算机上填加适当的硬件接口，利用生产厂家提供的编程软件包就可将计算机作为编程器使用，而且还可以在计算机上实现模拟调试。PLC与打印机相连可将过程信息，系统参数等输出打印。当与监视器相连时可将控制过程图象显示出来。当PLC与PLC相连时，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。当PLC与计算机相连时，可组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。3.3、PLC的等效电路和工作原理(1)PLC的等效电路PLC的工作酷似一个继电器系统，其等效电路可分为三部分：输入部分、内部控制电路和输出部分，如图9-2所示，图中“”为PLC内部用程序实现的软继电器的线

23、圈，“”为常开触点，“”为常闭触点。图9-2 PLC的等效电路输入部分这部分的作用是收集被控设备的信息或操作命令。输入端子外接行程开关、按钮等的触头，内连输入继电器线圈。输入继电器由外部信号通过输入端子驱动，可提供无限多对常开、常闭的软触点供内部使用。内部控制电路由用户根据控制要求编制的程序所组成，其作用是按用户程序的控制要求对输入信号进行运算处理，判断哪些信号需要输出，并将得到的结果输出给负载。PLC内部有许多类型的器件，如定时器（T）、计数器（C）、辅助继电器（M）等，它们都有许多对用软件实现的常开、常闭触点。编写的梯形图是将这些软器件进行内部接线，完成被控设备的控制要求。输出部分这部分的

24、作用是驱动外部负载，所以输出端子是PLC向外部负载输出信号的端子，其内连输出继电器（Y）的一对常开触点。输出继电器除提供一对常开触点驱动负载以外，还可以提供无数对常开、常闭触点供内部使用。(2)PLC的周期工作方式图9-3 PLC的周期工作方式PLC是通过一种周期工作方式来完成控制的，每个周期包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，如图9-3所示。输入采样阶段PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的状态读入到输入映像寄存器中存储，这一过程称为采样。在本工作周期内采样结果不会改变，而且将在PLC执行程序时被使用。程序执行阶段PLC按顺序对程序进行扫描，即从上到下、从左到右地扫描每条指令，并分别从输

25、入映像寄存器和元件映像寄存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入元件映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未执行完毕之前不会送到输出端口上。输出刷新阶段在所有用户程序执行完毕后，PLC将元件映像寄存器中的内容送入输出锁存器中，通过一定的方式输出，驱动外部负载。PLC重复执行输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。PLC的一个扫描周期一般为40100ms之间。3.4、PLC目前的发展形势 21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产

26、品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分

27、，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。3

28、.5 PLC特点与应用：1PLC的特点：为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：1）可靠性高，抗干扰能力强。工业生产对控制设备的可靠性要求：平均故障间隔时间长故障修复时间（平均修复时间）短任何电子设备产生的故障，通常为两种： 偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。 永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响

29、的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。2）硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。 屏蔽对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良

30、好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。 滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。 电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。 隔离在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。 采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。3）软件措施： 1)有极强的

31、自检及保护功能。故障检测软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。信息保护与恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。设置警戒时钟WDT（看门狗）如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。加强对程序的检查和校验一旦程序有错，立即报警，并停止执行。对程序及动态数据进行电池后备停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。 P

32、LC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1S的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万上千万小时；制成系统亦可达45万小时甚至更长时间。2）通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3）功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的

33、输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4）编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接

34、执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5）减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，

35、是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。四、XA6132万能铣床电气PLC改造设计4.1改造原则a. 原铣床的工艺加工方法不变 ;b. 在保留主电路的原有元件的基础上 ,不改变原 控制系统电气操作方法 ;c. 电气控制系统控制元件 (包括按钮 、行程开关 、继电器 、接触器 )的作用与原电气线路相同 ;d.

36、 主轴起动 、制动 、换刀 、变速冲动 ; 长工作台的 6 个方向的慢速进给 、快速移动以及圆工作台的控制操 作方法不变 ;e. 改造原继电器控制方式 ,改由 PLC编程器实现。42 改造方法（1）XA6132万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。（2）原铣床的工艺加工方法不变。（3）在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法。（4）电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电器、接触器），作用与原电气线路相同。（5）。主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变（6）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

37、器实现。（7）为了保证各种联锁功能，将SQ1SQ6,SB1SB6分别接入PLC的输入端。（8）换刀开关SA1和圆形工作台转换开关SA2分别用其一对常开和常闭触头接入PLC的输入端子。4.3 PLC方案的选择方案一：采用日本三菱公司生产的F1系列PLC，三菱设计合理，结构紧凑，体积小，重量轻，具有很强的抗干扰能力及优良的性能价格比。PLC常用的编程语言有几种：梯形图语言、助记符语言、逻辑功能图语言和某些高级语言；FX2系列的PLC系统最大I/O点数为128点，配置扩展单元后可达256点。FX2系列机执行基本指令的速度为0.48US/步，用户程序存储器的容量可扩展至8K步。它有与F1兼容的20条基

38、本指令和2条步进指令，此外还有功能很强的95种功能指令。它有6个和普通入口兼容的高速计数器输入点，最高计数频率为10kHz。方案二：采用西门子公司SIMATIC S7-200系列，从形状说，属于小型PLC，可用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。由于它有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。S7-200的可靠性高，可以用梯形图、语句表（既指令表）和功能块图三种语言来编程。它的指令丰富，功能强，易于掌握，操作方便，内置有高速计数器，高速输出、PID控制器、RS-485通信编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由端口模式通信功能，最大可以扩展到248点

39、数字量I/O或35路模拟量I/O，最多有30多KB程序和数据存储空间。硬件指令输入对比都有很多要求，编写程序指令，检查、修改指令比较麻烦。不利于大量的程序编写所以经过对XA6132万能铣床的控制系统进行详细的分析可知，该系统需要输入点数为16点，输出点数为7点，根据输入输出口的数量，可选择三菱FX2N32MR型PLC。所有的电器元件均可采用改造前的型号因此，对XA6132普通铣床电气原理的控制，采用方案一，三菱FX2N32MR。 三菱公司的FX2N32MR型PLC由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元组成。4.4硬件电路设计为了实现上述万能铣床电气控制要求 , 选择 日本三菱公司的 F

40、X0N - 40M R 型可编程控制器 , 该控制器有 40 点输入输出口 ,其中输入 24 点 ,输 出 16 点 ,它的结构为输入输出一体化的组件型结构 ,安装和调试比较方便 ,具有较快的输入响应速 度 ,并可以进行 I/ O 口扩展。根据万能铣床电气控制要求 , 输入输出均为开关量 ,需要 PL C 检测的输入信号有 : 6 个按钮 ,6 个行程开关 ,5 个选择开关 ,共计 17 个。PL C 输出 控制信号有 :3 个电磁离合器 , 7 个继电器 , 1 个照 明灯 ,共 11 个。因此选用日本三菱公司 F X0N -40M R ( 继电器输出 , 整体式) PL C 能满足控制要

41、求。PL C 的 I/ O 通道分配是根据其控制对象的特点和控制要求 , 将 I/ O 的输入输出口与相应的电 气设备相连 ,达到控制和检测的目的 ,具体的 I/ O 分配如表 1 所示。完成 I/ O 口地址分配后 , 进行 PL C 硬件设计 , PL C 外接硬件电路如图 1 。图一4.5PLC 的控制软件设计控制软件设计如图 2 。在应用 PL C 进行设计 过程中 ,运用了 5 个辅助继电器 ,用来简化程序的 设计。在编制程序的过程中 , 充分考虑了系统的 安全性 ,运用了有互锁功能的设计 ,如分别串联上 了 Y004 、Y005 、Y006 、Y007 常闭触点 , 用来完成 对

42、KM 1 、KM 2 、KM 3 、KM 4 的保护控制 , 从而提高 了整个机床控制系统运行的可靠性。在程序设计 中 ,将不同控制方式的程序分别编写 ,根据工作方 式选择开关决定执行哪行程序 , 这样使得程序结 构清晰 ,编程方便。图2可编程控制器FX2系列PLC的基本指令包括“与”、“或”、“非”以及定时器、计数器等。图3图3是指令表编程的例子，左面是梯形图，右面是相应指令表共（+）型源型与共（-）型（漏型）对于PLC的输入端，电流输入是源输入，电流流出是漏输入。其具体区别如下：（1） 共（+）型源型输入（Source Input）。输入元件的公共点电位相对为正。电流流入PLC的输入端。源

43、/漏选择端S/S应与OV端相连。与下图4所示。（2） 共（-）型（漏型）输入（Sink Input）.输入元件的公共点电位相对为负。电流流出PLC的输入端。源/漏选择端S/S应与24V端相连，与下图5所示。 图4：PNP接近开关（源型输入）图5：NPN接近开关 （漏型输入）4.6万能铣床各个输入/输出点的PLC I/O地址分配如下表所示： 1, SB1、SB2主轴启动, X0, 1, EL 照明, Y02, SB3、SB4快速进给, X1, 2, KM1主轴启动, Y13, SB5-1、SB6-1 制动, X2, 3, KM2主轴启动, Y24, SB5-2、SB6-2 制动, X3, 4,

44、KM3 M2正转, Y35, SA1 换刀开关, X4, 5, KM4 M2反转, Y46, SA2 圆工作台开关, X5, 6, YC1 主轴制动, Y57, SA4 照明开关, X6, 7, YC3快速进给, Y68, SQ1 主轴冲动, X79, SQ2 进给冲动, X10,10, SQ3-1、SQ5-1, X1111, SQ3-2、SQ4-2, X1212, SQ4-1、SQ6-1, X1313, SQ5-2、SQ6-2左右进给 , X1414, FR1 热保护触点, X1515, FR2 热保护触点 , X1616, FR3 热保护触点 , X17型号输入点数（24VDC）输出点数扩

45、展模块最大O/I点数继电器输出晶体管输出FX2-16MRFX2-16MT8816FX2-24MRFX2-24MT121216FX2-32MRFX2-32MT161616FX2-48MRFX2-48MT242432FX2-64MRFX2-64MT323232FX2-80MRFX2-80MT404032FX2-128MRFX2-128MT6464表5：FX2基本单元型号规格型号输入点数（24VDC）输出点数扩展模块最大I/O点数FX-32ER161616FX-48ER242432FX-48ET242432表6：FX2扩展单元型号型号输入点数（24VDC）输出点数FX-8EX8FX-16EX16FX

46、-8EYR8FX-8EYT8FX-8EYS8FX-16EYR16FX-16EYT16FX-16EYS16FX-8ER44表7：FX2扩展模块型号规格4.7PLC程序设计根据XA6132万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的PLC控制梯形图,如下图7所示：图7根据XA6132万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的PLC控制梯形图，如图7所示。该程序共有9条支路，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。在第1支路中，因SQ1和SB5、SB6都采用常闭触头分别接至输入端子X7、X2，则X7、X2的常开触点闭合，按下启动按钮SB1或SB2时，X0常开触点闭合，Y1、M0线圈得电并自锁，第4支路中Y1常

47、开触点闭合，辅助继电器M1线圈得电，其常开触点闭合，为第5支路以下程序执行做好准备，保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y1的输出信号使主轴电动机M1启动运转。当按停止按钮SB5或SB6时，X2常开触点复位，Y1线圈失电，主轴惯性运转，同时X3常开触点闭合，Y5线圈得电接通电磁离合器YC1，主轴制动停转。 第2支路表达了KM2及YC3的工作逻辑，当按下快速移动按钮SB3或SB4时，X1常开触点闭合，则Y2及Y6线圈得电，KM2常闭触头断开，电磁离合器YC2失电，YC3得电，工作台沿选定方向快速移动；松开SB3或SB4则YC2得电，YC3失电，快速移动停止。第5、6、7、8支路表达了工作台六个方向

48、的进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换开关SA2动作，5、7支路中X5的常开触点分断，第7支路中X5常闭触头复位，M4及Y3线圈得电，使KM3得电，电动机M2启动，圆形工作台旋转；当SA2复位时，M4、Y3线圈失电，圆形工作台停止旋转。左右进给时，SQ5或SQ6被压合，X14常开触点复位，第6、7支路被分断，而X11或X13常开触点闭合，M2（其常开触点使Y3线圈得电）或Y4线圈得电，电动机M2正转或反转，拖动工作台向左或向右运动。同样，工作台上下、前后进给时，SQ3或SQ4被压合，X12常开触点复位，第6、7支路被分断，M2或Y4线圈得电，电动机M2正转或反转，拖动工作台

49、按选定的方向（上、下、前、后中某一方向）作进给运动。该程序及PLC的硬接线不仅保证了原电路的工作逻辑关系，而且具有各种联锁措施，电气改造的投资少、工作量较小。其助梯形记符语言如下：毕 业 设 计0 LD X0001 OR YOO12 AND X0023 ANI X0074 OR X0075 ANI X0046 ANI X0157 ANI X0168 OUT Y0019 LD X00210 ANI X00711 ANI X00412 ANI X01513 ANI X01614 MPS15 OUT M016 MRD17 AND X01718 OUT Y00219 MPP20 OUT Y00621 LD X00322 OR X0042