基于PLC的双面铣床自动控制系统设计解读

1、自动化毕业设计说明书基于 PLC的双面铣床自动控制系统设计专业 学生姓名 班级 学号 指导教师 完成日期基于PLC的双面铣床自动控制系统设计摘 要：在现代生产中， 部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制双 面铣床，这些双面铣床的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础的，技术上 比较落后，特别是其触点的可靠性问题，直接影响了产品质量和生产效率。而利用 PLC对双面铣床进行自动控制，便能取得很好的效果，使其工业生产更为经济、可 靠，适应现在社会生产力的要求。设计了一个基于 PLC的双面铣床自动控制系统， 介绍了系统在硬件和软件方面 的设计思想，以 FX2N-48MR PLC 为核心，构建

2、一个自动控制的液压站台，使用四 台电机满足课题基础的动作要求，合理利用限位开关的功能，对双面铣床进行单循 环控制。硬件方面，针对主电路、控制电路、辅助电路三部分分别进行一些设计，使其 能够满足现代高效率生产的发展需求，针对滑台的三大主要动作，即快进、工进和 快退，分别使用不同的电磁阀在得电情况下进行动作控制，而电磁阀的是否得电取 决于开关动作， 只有开关满足时候才使得 PLC 能够执行相应的程序； 软件方面， 使 用 SWOPC-FXGP/WIN-编C程软件设计梯形图，简单易学，操作方便，在系统上满足 单循环与单步运动的要求。关键词： 双面铣床； PLC；自动控制Design of Autom

3、atic Control System for Double-sided Milling Machine Based on PLCAbstract: In the modern production and the part of the small and medium-sized enterprises and universities still widely use traditional relay control double-sided milling machine, these double-sided milling machine electric control sys

4、tem based on relays, contact device hardlinks based, technology is relatively backward, especially on the reliability of the contact problem, a direct impact on the product quality and production efficiency. And the use of PLC in double-sided milling machine for automatic control, can obtain very go

5、od effect, make its industrial production more economical and reliable and adapt to the requirements of social productivity now.Design based on PLC double-sided milling machine, automatic control system is introduced in the aspects of system hardware and software design idea, to FX2N - 48MR PLC as t

6、he core, to construct a automatic control hydraulic station, using four motor based action requires meet subject, reasonable utilization of limit switch function, single control of double-sided milling machine.Hardware aspects, in view of the main circuit and control circuit, auxiliary circuit three

7、 parts, respectively, make its studies to meet the development needs of modern efficient production, according to the three main action sliding sets, namely fast into, work into and retreat quickly, using different electromagnetic valve respectively in electricity situation action control, and wheth

8、er the solenoid switch movement, have electricity depends on when only switch meet that makes PLC can executes programs; Software, use FXGP/WIN - SWOPC - C programming software design ladder diagram, easy to operate, easy to operate, on the system meet with single-step movement single requirements.K

9、ey Words: Double-sided milling machine ;PLC;Automatic control目录 TOC o 1-5 h z 1概 述 1课题概述 1课题研究背景及发展现状 1课题的研究意义 3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 双面铣床动作及电气控制要求分析 4双面铣床简介 4双面铣床动作要求分析 4双面铣床电气控制要求分析 6 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 双面铣床自动控制系统方案确定 6双面铣床自动控制系统总体方案确定 6主电路方案确定 7软件方案确定 7

10、HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 双面铣床自动控制系统的硬件设计 8主电路设计 8液压站 PLC控制系统 9系统分配电源 10辅助电路设计 11控制面板设计 11PLC 的介绍及选型 12铣床元器件介绍及选型 13 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 双面铣床自动控制系统的软件设计 17PLC 软件编程 17I/O 地址分配表 18梯形图注释 19梯形图指令 23 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 安装调试 27 HYPERLINK l bookm

11、ark18 o Current Document 结束语 30 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 参考文献 31致 谢 32附 录 33附录 1：主电路图 33附录 2：I/O 接线图 35附录 3：控制面板图 38附录 4：梯形图 40基于 PLC 的双面铣床自动控制系统设计课题概述铣床是一种在机械加工和机械修理中广泛使用的机床，它是通过操作操纵手柄 实现电气与机械上的配合，来完成各种预定的进给运动，是机械与电气联动的典型 控制，当它的电气控制系统采用继电接触器电路实现，由于采用继电接触器控制模 式，电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高，而

12、且故障的查找与排除也非常困 难。而传统的机床控制系统都是采用继电器、接触器等元器件组构成硬件逻辑控制 电路，不但接线复杂，而且经常出现故障，可靠性较差。与传统的继电器、 接触器电气控制系统相比， 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优点，特别适合应用于机床的控制和故障自诊断系 统，可以大幅度减少继电器等硬件逻辑元件的数量，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。用 PLC控制系统替代体积大、投资大、 耗能大的继电器、接触器控制系统是今后机床电气控制系统发展的趋势。铣床作为 机械加工的通用设备在汽车、内燃机等配件的生产加工中一直起着不可替代的作

13、 用。特别是专用双面铣床，由于其能两面同时进行加工，所以其生产效率较高，且 很适应于发动机的缸体、机油泵缸体、齿轮箱壳体等等的双端面加工。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，它采用可编程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、 定时、计数和算术运算等操作的指令， 并通过数字、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC控制铣床是指铣床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程 序自动进行的铣床。随着微电子技术特别是计算机技术的发展，PLC控制铣床迅速地发展起来。铣床自动控制系统能够实现“夹紧一快进一工进一快退一原位停止一松开工 件”的工作循环。在 PLC

14、的控制下，能够减少元件数目，完成较为复杂的自动循环 控制，提高加工效率，从而减轻工人的劳动强度。课题研究背景及发展现状随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品 的更新换代也不断加快。因此对铣床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能 迅速地适应产品零件的变换和产品的自动生产控制， 这就促使了基于 PLC 的铣床自 动控制理论的产生。在现在生产过程中，可编程序控制器 (PLC) 日益广泛应用于机械加工设备等的 电气控制系统中。应用 PLC对现有的机械加工设备的电气控制系统进行改造，可以 把机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平，大大地改善产品的加工 质量，降

15、低设备故障率，提高生产效率，其经济效益是十分的可观。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。制

16、造技术和自动化水平的高低己成为一个国家或地区经济发展水平的重要标 志，而其中最具代表性的就是 PLC 控制铣床。我国现正处于从以劳动密集型产业为 主向以技术密集型产业为主的发展阶段，对自动化设备的需求会越来越大、越来越 积极。利用现有普通铣床，通过 PLC 控制化改造，使其成为一台高效、多功能的 PLC 控制铣床，是一种盘活资金的有效途径，也是低成本实现自动化的行之有效的 方法。因为一方面我国普通铣床保有量大，要将普通铣床淘汰掉是不经济、也不现 实的做法；另一方面，从我国目前生产状况来看，仍然以生产普通铣床为主，普通 铣床的 PLC 控制化改造将会长期存在，并会不断的发展。随着科学技术的不断发

17、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。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。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

18、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 电器损坏，甚至某个继电器触头接触不良，都会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

19、求。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。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。 1988 年开始将可编程序控制器应用在铣床控制上， 至今使用情 况一直良好。 国外生产 PLC的厂家很多，最著名的有美

20、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， 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，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。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

21、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 PLC 控制机床技术发展，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 PLC 控制 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

22、代机床产品在技术处于跟踪阶段。我国是制造大国， 但不是制造强国。 机械制造业水平与发达国家相比相对落后， 设备陈旧，技术水平差距大，国际竞争力弱，影响了生产力的发展。逐步提高 PLC 自控铣床的占有率已经成为我国制造技术发展的总趋势。提高铣床自控率有两个途 径：一是增加新的可编程 PLC 控制铣床，价格昂贵，一次性投资大，目前各企业均 有大量的普通铣床， 完全用可编程 PLC 控制铣床替代是根本不可能的； 二是对旧铣 床进行 PLC 控制改造。我国是一个机床拥有量极大的国家， 但大部分铣床服役龄较 长，采取对旧铣床进行改造来提高设备的先进性和自控化率，是一个极其有效和实 用的途径，是企业必走之

23、路。课题的研究意义用 PLC 进行控制，大大简化了主回路， 具有使用硬件少、 系统简单、 维修方便、 可靠性高、速度平稳可调的特点，使产品的质量和生产效率得到很大的提高，对铣 床的革命性变革具有重大的意义。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。基于 PLC的铣床自动控制系统设计采用可编程控制器控制，能够使主传动控制 系统硬件电路大为简化，提高整个电气控制系统的工作性能，降低了控制电路的复 杂程度和维护难度，大大提高了控制系统的可靠性和自动控制程度，为企业提供了 更可靠的生产保证。双面铣床动作及电气控制要求分析双面铣床简介 用铣刀对工件进行铣削加工的机

24、床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和 花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到 广泛应用。最早的铣床是美国人 E.惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床。为了铣削麻花钻头 的螺旋槽，美国人布朗， J.R.于 1862 年创制了第一台万能铣床，是为升降台铣床的 雏形。 1884年前后出现了龙门铣床。 20世纪 20年代出现了半自动铣床，工作台利 用挡块可完成 “进给 -快速”或“快速 -进给”的自动转换。1950 年以后，铣床在控制系统方面发展很快， 数字控制的应用大大提高了铣床 的自动化程度。尤其是 70 年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在 铣床

25、上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。铣床种类很多，一般按布局形式和适用范围加以区分，主要有下面形式：升降台铣床：有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零件，应用最 广。龙门铣床：包括龙门铣镗床、 龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件。单柱铣床和单臂铣床：前者的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进 给；后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均 用于加工大型零件。工作台不升降铣床：有榘形工作台式和圆工作台式两种，是介于升降台铣床 和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。 其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来 完成。仪表铣床：一种小型的升降台铣

26、床，用于加工仪器仪表和其他小型零件。工具铣床：用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多 种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。其他铣床：如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床 等，是为加工相应的工件而制造的专用铣床。按控制方式，铣床又分为仿形铣床、 程序控制铣床和数字控制铣床。双面铣床是两个铣刀同时工作，在单面铣床的基础上，为进一步提高工作效率 而更进一步的设计，其特点如下：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。采用双面铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。提高了生产效率，扩大了铣床的加工范围，大大的减轻了工人的劳动强度。双面铣床

27、动作要求分析双面铣床动作要求： 双面铣床全部运动部件原位停人工装料按循环启动按钮压紧油缸压紧工件 （压力信号 ）左、右侧铣头启动液压滑台快进转工进加工到位 液压滑台快退至原位停压紧油缸松开人工卸料重复上述循环。根据双面铣床动作，需要有手动和自动两部分设计。手动部分中，通过手动按 钮或开关启动或停止铣头电机、 液压电机、 冷却泵电机， 执行滑台快进、 滑台快退、 滑台工进及快进转工进的操作。自动部分中，在电机启动后能够根据程序设计，自动执行滑台的动作， 这部分可通过限位 开关的功能达到目的。对双面铣床动作分析， 可知其加工 工序过程如图 2-1：启动过程：人工装料后，在按下 启动按钮后，液压电动

28、机运行， 液压系 统中一个电磁换向阀线圈通电， 压力油 经二位二通阀流回油箱， 各执行元件所 带动的部件处于原位。准备过程：当左、右铣刀电动机松开人工卸料图 2-1 双面铣床加工工序过程开始运行，铣刀旋转，此时应使启动过 程得电的电磁换向阀的线圈失电，压力 油经二位二通阀的通路被阻，油流有可 能进入各执行油缸的油腔为顺序动作作 好准备。铣削加工过程：加工工件处于原 位，此时压合限位开关， 夹紧油缸动作， 家具夹紧工件，压合限位开关，工件停 止夹紧，快进电磁阀线圈得电，油缸带 动滑台快进；压合行程开关，滑台转入 工进，当加工完毕，压合行程开关，快 退电磁阀线圈的电，夹紧油缸带动料块 快退，其回到

29、原位时，压合行程开关， 加 工工序结束，人工卸料，开始第二次循 环。单步过程：启动循环调整按钮，双面铣床进入单步工作状态，完成一次加工 任务机床部件退回原位，等待下一个命令。在上一个操作未执行完时，应禁止执行 下一个操作。双面铣床电气控制要求分析设计要求使用 PLC 控制双面铣床解决传统继电接触器控制模式中电气控制线 路触点多、线路复杂、故障率高的困难， 但是使用 PLC 控制也要注意一些电气控制 要求，下面是此次设计中 PLC 控制电气要求：以 PLC 为控制中心，对双面铣床上述动作要求实现全自动控制；双面铣床除上下工件外， 其余各动作均为按钮操纵， 面板上的按钮不仅要满 足机床所有动作的单

30、循环启动功能，而且还能满足机床各动作的单动调整功能；双面铣床上述各动作具有互锁功能， 即机床的上一个动作未执行到位， 则机 床的下一个动作不执行；双面铣床各动作回路具有短路、过载、过流等保护。对于 a 点要求可用三菱 PLC满足设计要求，利用开关量变化引起的线圈通断变 化达到控制的目的。在双面铣床上安装控制面板，面板包括各个电机的启动以及滑 台动作的按钮，可在面板上设置循环调整按钮，分手动和自动调整，手动过程实现 单动调整，可以在双面铣床出现故障时查找故障原因及更换铣头，自动过程提高加 工效率，方便操作。通过开关与线圈的配合使用在电路及程序中互锁，实现电机的 顺序启动，机床动作顺序进行。添加断

31、路器、熔断器等电器元件，使各回路具有短 路、过载、过流等保护。双面铣床自动控制系统方案确定3.1 双面铣床自动控制系统总体方案确定根据动作要求、电气控制要求，确定双面铣床控制系统总体方案。主轴电动机的控制 为了操作方便，两台主轴电动机分别控制双面铣床的两个铣刀，控制操作由操 作面板完成。主轴电动机接启动接触器，兼作失压和欠压保护。冷却泵电动机的控制 由热继电器作过载保护，熔断器作短路保护，接触器实现直接启动运行兼作失 压与欠压保护，主轴电路启动后，冷却泵才能启动。 当主轴停车时，冷却泵电动 机也跟着停转。液压站的控制 为了提高劳动生产率，减少生产辅助时间，要求工作台快速移动，可通过操作 面板控

32、制液压站， 实现工作台的快进和工进。 通过对相应电磁阀的得电情况的控制， 进而控制夹紧油缸夹紧、松开动作。辅助电路设计 考虑到夜间工作的情况，设计一条照明控制支路，在照明不良的情况下提供灯 光要求。并设计一条控制变压器支路，满足各工作部分不同的电压要求。主电路方案确定铣床有三种运动形式，即主运动、进给运动和辅助运动。主运动是主轴带动铣 刀的旋转运动；进给运动是工作台或进给箱带动工件的移动；工作台带动工件在三 个方向的快速移动，及以工作台的旋转运动为辅助运动。根据其动作要求需求，确定双面铣床共用 4 台异步电动机拖动，它们分别是主 轴电动机两台、液压电动机和冷却泵电动机。系统线路分为主电路、控制

33、电路和照 明电路三部分。主轴电动机拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关来实现正反转；液 压电动机通过控制面板开关电源来实现，在液压电机启动后，液压站能够开始正常 控制铣床滑台的运动，即通过电磁阀的控制转而控制滑台动作；冷却泵电动机供应 切削液，且当液压电机启动后，用控制面板上冷却泵开 /停按钮进行控制； 4 台电动 机共用熔断器作短路保护， 4 台电动机分别用热继电器作过载保护。控制电路的电源由变压器 TC 输出 110V 电压供电。主轴电动机启动前，应首 先选择好主轴的转速，然后合上电源开关，再把主轴换向开关扳到所需要的转向。 按下启动按钮，主触头和自锁触头闭合，主轴电动机启动运转。主

34、轴换铣刀时将转 换开关扳向换刀位置，这时断开按钮，制动主轴电机，切断了控制电路，保证了人 身安全。工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给是由液压系统来控 制，在进给运动中存在动作先后顺序，工件只有在夹紧开关动作后，才能够进行下 一步快进动作，否则电路故障。同样，其他的所有动作都是建立在工件夹紧的基础 上，另外就是松开油缸一直不运作的前提。根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施： 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。 当主轴电动机或冷却泵过载时， 进给运动必须立即停

35、止， 以免损坏刀具和铣床。 要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。软件方案确定通过对铣床控制系统进行详细的分析可知选用FX2N-48MR PLC来设计，FX2N-48MR共有 24 个开关量输入通道， 24 个继电器输出通道。使用 PLC来控制双 面铣床，采用三菱公司针对 FX 系列 PLC设计的编程软件 SWOPC-FXGP/WIN，-C它的 运行环境为 WINDOWS 9以5上的版本可对 FX系列 PLC进行程序输入以及监控 PLC中 各软元件的实时状态。SWOPC-FXGP/WIN编-C程软件可以用 3 种编辑窗口：梯形图编辑窗口指令表编辑 窗口和 SFC编辑窗口。由于梯形图比较直观，

36、所以一般使用梯形图编辑窗口进行编 程。该编程软件使用也比较简单。编程软件对计算机系统配置要求比较低，一般计 算机都能安装，安装过程也比较方便。根据设计中双面铣床系统动作、 电气控制要求对 PLC控制双面铣床进行梯形图 编写，并进行初步的调试。双面铣床自动控制系统的硬件设计4.1 主电路设计主电路电力拖动通过四台电机实现，四台电机如图 4-1 所示：QF1M4图 4-1 主电路电机图中 M1 为液压电机，实现液压站台的控制。 M2 为左铣刀， M3 为右铣刀，实 现加工工件的铣削加工。 M4 为冷却泵电机，只需单向运行。为了保证安全，防止 事故，机床有顺序的动作，采用了联锁。四台电动机都设有过载

37、欠压保护，控制线 路设有短路保护，工作台的进给方向，都设有终端保护。主轴电动机 M2 、M3 是在空载时直接起动， 为完成顺铣和逆铣， 要求有正反转， 可根据铣刀的种类预先选择转向，在加工过程中不变换转向。主轴电机由 KM2 、 KM3 实现起、停运行控制，分别接启动控制器，兼做欠压与失压保护。双面铣床工作台的进给运动需在主轴启动后方可进行，进给运动由液压站控制 实现。液压电机 M1 由 KM1 实现起、停运行控制，为了提高生产效率，还设置了 工作台的快速移动操作与工进操作按钮，由液压站各电磁阀的得电动作来配合实 现。冷却泵由一台电动机 M4 拖动，供给铣削时的冷却液， 由热继电器 FR4 作

38、过载 保护，熔断器 FU4 作短路保护，接触器 KM4 实现直接启动运行兼作失压与欠压保 护，当主轴停车时， M4 也跟着停转。设计程序共分五条支路，反映了原继电接触器控制电路中的各种逻辑关系。第一条支路反映的是主轴电动机的启动、 停止控制，分别由按钮及接于 PLC 的 输入接点实现。主轴启动后，通过输出继电器将进给控制电路电源接通。第二条支路实现紧急制动，在故障情况下，按下急停按钮，输出继电器线圈不 得电，将控制电路电源、动力电源切断，起到安全作用。第三条支路是冷却泵电动机 M2 的启停控制，由冷却泵开关控制，并且与主轴 电动机之间采用顺控关系：主轴电路启动后，冷却泵才能启动；主轴停止，它也

39、跟 着停止。第四条支路是工作台快速进给启动控制，有时为了提高劳动生产率，减少生产 辅助时间，要求工作台快速移动，可通过操作快速移动按钮，使 KA 得电，控制输 出，分别接通快进电磁阀和快退电磁阀，再配合工进按钮及输出电磁阀，实现工作 台向相应方向的快速移动。第五条是照明控制，由照明开关控制输出端口实现。液压站 PLC控制系统由于该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统做功的工况，所以这台机床 液压系统的功率小、滑台速度低、工作负载变化小、采用节流调速方式和开式循环 为宜，并用同油路节流调速回路。泵源系统采用变量泵供油。选用带有压力反馈的 限压式变量叶片泵。调速方式采用限压式变量泵和调速阀组成的

40、容积节流调速方 式。速度换接方式采用电磁阔的快慢速换接回路。夹紧回路采用失电夹紧方式。液压系统由夹紧工件油缸、推料油缸、滑台工作油缸、油箱等组成。油缸活塞 的前进、后退、复位等动作的控制，由电磁阀加上行程限位开关共同完成。当液压电动机启动后， PLC 应能够完成对系统各种动作的控制， 包括工件的定 位、夹紧、放松，主轴的启停，滑台的工进、快进、快退。这部分的控制主要是通 过PLC继而控制线圈的得电， 使得不同的电磁阀地点情况的差异， 引起油缸的变化。 比如在 4-2中，快退电磁阀得电，快进电磁阀不得点，根据电磁阀的特定，液压油会 走一条支路，到达油缸后引起油缸的快退。液压系统原理图如图 4-2

41、 所示：夹紧快进图 4-2 液压系统原理图系统分配电源如图 4-3 所示，采用变压器分压， 将 380V 电压分为三种电压， 提供本系统 PLC 输出所用三种电压线路： 110V、36V、24V。右边提供直流 24V电源。液压电机、主轴电机、冷却泵电机在 PLC 输出的对应线圈使用电源 110V，使 用同一个公共端口； 24V 电源提供给液压电磁阀，电磁阀的得电情况实现液压站的 控制功能； 而照明、报警等信号灯所用电源为 36V；三种电压分别接在不同的 COM 口与对应的执行元件相连，在 FX2N-48MR 输出的四个公共端口中使用三个。电路 中设置短路、过载保护，保护电路正常安全运行。FX2

42、N-48MR 型可编程序控制器输入部分采用 24V 直流稳压，输出端口中部分 端口也使用 24V 电压供给。输出端由于采用三个不同电压等级负载，所以特别注意输出公共端的分配，否 则易引起短路。10辅助电路设计考虑到夜间工作的情况， 设计一条照明控制支路， 在照明不良的情况下提供灯 光要求。在控制面板上，有照明按钮，在按钮动作后，照明灯亮，提供双面铣床夜 间工作的照明。在双面铣床两个铣刀上，分别装上照明设备，方便在夜间对铣刀进 行换刀操作。在工厂实际可能条件下，在现有设计基础上，可在原有电机上多加一台排屑器 电机，达到清理加工工件碎屑的作用， 一台润滑电机， 供给铣头及滑台等润滑油脂， 使其更好

43、的长时间加工铣削，还可以添加电风扇、电源插座等其他辅助设备，以实 现双面铣床高效率的工作。控制面板设计设计要求控制面板操作，用于对自动生产线远距离控制操作。在控制面板上安 装了信号灯， 用来指示机床的运行状态。 设置电源、急停两个电源开关， 循环启动、 自动、手动操作按钮选择，主轴电机、液压电机、冷却泵电机的开停开关，左右铣11 头点动控制、滑台快进快退工进、原位、夹紧、松开等手动操作按钮，另外设置照 明灯开关用于夜间工作，故障按钮用于提示报警，安全控制。PLC 的介绍及选型可编程控制器 (Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制 应用而设计制造的。早

44、期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller) ，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发 展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可 编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机 (Personal Computer)的简称混淆， 所以将可编程控制器简称 PLC。1968 年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司 (GM)，为了适应汽车型号不断 更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装 置。1969 年美国数字设备公司( DEC)根据招标的要求，研制出世界上

45、第一台可编 程序控制器，并在 GM 公司汽车生产线上首次应用成功。PLC 的主要特点：高可靠性PLC 较为实用可靠，其所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外 电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离；各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间 常数一般为 1020ms；各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；采用性能优良的 开关电源；对采用的器件进行严格的筛选； 良好的自诊断功能， 一旦电源或其他软， 硬件发生异常情况， CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大；大型 PLC 还可以 采用由双 CPU构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统，使可靠性更进一步提高。丰富的 I/O 接

46、口模块PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电 流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如： 按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人 -机对话的接口模块 ; 为了组成工业局 部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均 采用模块化结构。 PLC 的各个部件，包括 CPU，电源， I/O 等均采用模块化设计， 由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自

47、行组合。编程简单易学PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不 需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。安装简单，维修方便PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场 的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。 各种模块上均有运行和故12障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦 某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。设计采用三菱公司的 FX2N-48MR-001 作为控制器， 它输入点数为 24 点，输出 点数为 24点。FX2N

48、是 FX 系列中功能最 强、速度最快的微型可编程序控制器。它 的基本指令执行时每条指令高达 0.08s， 用户存储器容量可扩展到 16 KB，I/O 点最 大可扩展到 256 点，有多种特殊功能模块， 有多种 RS232/RS422/RS485串行通信模块 或功能扩展板，可实现模拟量控制、位置 控制和联网通信功能。 PLC 的供电电源由 外部直流稳压电源提供，这样可以减少电网波动或噪声对 PLC 的干扰。图 4-5 FX2N-48MR 控制器FX2N-48MR-001 内部主要由 CPU、存储器、 I/O 接口电路、外设电路、编 程装置、电源等组成。FX2N-48MR-001 输入输出接口电路

49、是 PLC 与被控对象间传递输入和输出信号 的接品部件。输入部件是行程开关、按钮、 传感器等。输出部件是电磁阀、 接触器、 继电器。输入接口电路是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信 号送入主机。输出接口电路是将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路 的信号，以便控制接电磁阀、触器线圈等电器通断电。FX2N-48MR-001 外设接口电路用于连接计算机、手持编程器或其他图形编程 器，并能通过外设接口组成 PLC 控制网络。 PLC 通过 SC-09 电缆与计算机连接， 可以实现编程、监控、联网等功能。铣床元器件介绍及选型接触器 接触器是一种应用广泛的开关电器。接触器主要用于

50、频繁接通或分断交、直流 主电路和大容量的控制电路，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁 控制及各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对 象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、 照明、电焊机、 电容器组等。接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。 这里主要介绍常用 的交流接触器。交流接触器又可分为电磁式和真空式两种。接触器的选用：主回路触点的额定电流应大于或等于被控设备的额定电流，控制电动机的接 触器还应考虑电动机的起动电流。为了防止频繁操作的接触器主触点烧蚀，频繁动 作的接触器额定电流可降低使用。接触器的电磁线圈额定电压有 36V、11

51、0V、 220V、380V 等，电磁线圈允许 在额定电压的 80% 105%范围内使用。真空接触器以真空为灭弧介质，其主触点密封在特制的真空灭弧管内。当操作13 线圈通电时， 衔铁吸合，在触点弹簧和真空管自闭力的作用下触点闭合 ;操作线圈断 电时，反力弹簧克服真空管自闭力使衔铁释放，触点断开。直流接触器的工作原理如下：当接触器线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静 铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动触点动作：常闭触点断开，常开触点闭合， 两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使 触点复原：常开触点断开，常闭触点闭合。与交流接触器工作原理相同，不同之处在于交流接触器的

52、吸引线圈由交流电源 供电，直流接触器的吸引线圈由直流电源供电，另外由于通入直流接触器线圈是直 流电，直流电没有瞬时值，在任意时刻有效值都是相等的，没有过零点，因此直流 接触器衔铁上不用加装防止过零点电压较低产生的吸合力较小，造成接触器震动声 音大等现象的短路环。继电器 继电器比交流接触器所控制的电流小得多，在空调器中常用于控制室内、外风 扇电动机、电磁四通换向阀、摇摆电机及压缩机（ 2 匹以下）电动机等等。当空调 器的制冷量超过 3 匹时，控制压缩机的开停则由继电器和交流接触器共同完成，此 时继电器起到中间继电器的作用。继电器在结构上有感测器官和执行器官两大部分。前者反映继电器的输入量， 如电

53、磁式继电器的线圈、热继电器的双金属片等。后者产生输出量，如一般继电器 的触点。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温 度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分） ；有能对被控电路实现 “通”、“断” 控制的执行机构（输出部分） ；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入 量进行耦合隔离、功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分） 。继电器的作用：扩大控制范围。例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点 组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。中间放大。例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量， 可以控制很大功率的电路。综合

54、信号。例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过 比较综合，达到预定的控制效果。 d.自动、遥控、监测。例如，自动装置上的继电 器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。熔断器熔断器也被称为保险丝， IEC127 标准将它定义为 熔断体（ fuse-link） 。它是一 种安装在电路中， 保证电路安全运行的电器元件。 熔断器其实就是一种短路保护器， 广泛用于配电系统和控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化， 从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配 电系统和控制

55、系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的14 保护器件之一。熔断器是一种过电流保护器。熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组 成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并 经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的 作用。以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通 过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器 都起到了一定的保护作用。具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载 电流大时，熔断时间短。因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不 会熔

56、断，可以继续使用。熔断器主要由熔体、外壳和支座 3 部分组成，其中熔体是 控制熔断特性的关键元件。由于各种电气设备都具有一定的过载能力，允许在一定条件下较长时间运行； 而当负载超过允许值时，就要求保护熔体在一定时间内熔断。还有一些设备起动电 流很大，但起动时间很短，所以要求这些设备的保护特性要适应设备运行的需要， 要求熔断器在电机起动时不熔断，在短路电流作用下和超过允许过负荷电流时，能 可靠熔断，起到保护作用。熔体额定电流选择偏大，负载在短路或长期过负荷时不 能及时熔断；选择过小，可能在正常负载电流作用下就会熔断，影响正常运行，为 保证设备正常运行，必须根据负载性质合理地选择熔体额定电流。限位

57、开关在 NECA C4508 标准的“封入型微动开关”中，被定义为： “坚牢的外壳中内 藏微动开关、具有防外力及防水、油、尘埃等构造，通过机械式动作，对电气回路 进行开闭的开关。”一般把这开关的总称为限位开关，被广泛使用。限位开关作用是当物体到达或离开某的位置时，开闭电气回路。与普通手动开 关的区别是： 能检测物体的有无， 根据要求开闭电气回路。 例如：我们打开冰箱时， 冰箱内的照明灯自动点亮；再如我们的微波炉，门没有关好之前，转动定时器不启 动；又如滚筒式洗衣机在关好门之前不启动，而双杠式洗衣机的脱水桶，在打开上 盖时停止转动，并且抱闸停车。在工业生产中也有广泛应用，可以用来进行安全防 护。

58、根据用途选择开关的系列，即选用安全用开关还是限位开关。安全用开关带接 点（仅限常闭接点）强制开离机构，防止由于意外过流等因素造成接点无法断开， 从而使电路的安全性提高。根据开关的安装位置和机械动作的要求， 选择尺寸、 位移、操作力、触头型式、 保护级别、防爆等级，即根据机械设备的空间选择合适外形尺寸的限位开关，并比 对其位移和操作力及触头型式是否满足动作要求，再看开关的使用环境应采用什么 样的保护级别和防爆等级。根据电路的要求，选择接点的型式。根据电路设计要求选择开关的常开常闭形 式、接点数量、接点容量选择合适的开关。下面为双面铣床元件选型后的电气设备清单：15表 4-1 电气设备清单符号名称

59、型号规格件数M1液压 电动机Y90L 41.5KW,380V ,1400r/min1M2左主轴 电动机Y13 2M 4 B37.5KW,380V ,1450r/min1M3右主轴 电动机Y13 2M 4 B37.5KW,380V ,1450r/min1M4冷却泵 电动机JCB220.125KW,380V ,2790r/min1KM接触器CJO1020A,110V1接触器CJO2010A,110V1接触器CJO2010A,110V1接触器CJO1010A,110V1SB急停按钮LA39-A1-01Z/r红色1点动按钮LA39-A1-10/k黑色8按钮LA39-A1-11x/k黑色4启动按钮LA3

60、9-A1-10/g绿色2SA转换开关LA39-A1-11X/k三极4SQ限位开关LX1 11K开启式5限位开关LX2 131单轮，自动复位2FR热继电器JRQ4011A、 3A1热继电器JR10 103A、5A1热继电器JR10 100.415A1FU熔断器RL130A2熔断器RL110A1熔断器RL16A2熔断器RL14A1TC变压器JBK5 400VA380/110V 、24V、36V1U开关电源S100-241EL工作灯JC34 灯泡24VAC 50W2HL信号灯AD16-22B/w-23S白色1黄色1绿色1XT1接线端子JH9-3005+15706JH9-15703走线槽（盖）TC60