基于PLC的铣床改造

1、湖南电气职业技术学院毕业设计（论文）摘要该毕业设计首先介绍了可编程控制器（PLC）概念及优点。PLC是面向用户的专用工业控制计算机，它具有可靠性高，抗干扰能力强，编程直观简单，适应性好，功能完善，接口功能强等一系列优点并广泛的用于工业控制中，而传统的继电器控制，因其接触器触点受机械运动的影响，触点寿命受到限制，故障率高，可靠性不及PLC控制，为此，提出用PLC对我们工业加工应用中广泛应用的X62W万能铣床的控制系统进行改造，该设计详细地对以上两种机床的控制线路进行分析，并系统的介绍了利用PLC对这种机床进行改造方法和方案。其中重点讲述了PLC设计的方法和系统完成后的调试，对PLC的选型和PLC

2、的特性及使用环境也做了简单的介绍。最后通过模拟仿真实验验证了该设计方案具有一定可行性和可操作性。关键词：X62W；电气控制；PLC-可编程控制器；梯形图1 引言X62W万能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，是一种较为精密的加工设备，它采用继电接触器电路实现电气控制。线路复杂，故障多，操作人员维修任务较重。针对这种情况，用PLC改造继电接触控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用率，运行效果非常好。2 铣床特点及电气控制线路分析2.1铣床简介铣床的种类很多，按照结构型式和加工性能的不同，可分为立式铣床、卧式铣床、仿形铣床、龙门铣床和专用铣

3、床等。万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以用圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀及端面铣刀等工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和圆工作台来扩大加工范围。目前，万能铣床常用的有两种，一种是卧式万能铣床，铣头水平放置，型号为X62W；另一种是立式万能铣床，铣头垂直放置，型号为X52K。这两种铣床结构大体相似，差别在于铣头的放置方向上，而工作台进给方式，主轴变速等都一样，电气控制线路经过系列化以后，也是一样的，只不过容量不同。型号意义:2.2 X62W万能铣床X62W万能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，是一种较为精密的加工设备

4、，它采用继电接触器电路实现电气控制。其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。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（前后移动）的溜板。溜板上部有可移动的回转盘，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，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或

5、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（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，由于回转盘可绕中心转过一个角度（通常是45），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，故称万能铣床。X62W万能铣床特点：(1) 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。(2) 采用X62W铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。(3) 采用X62W可以比普通机床提高2 3倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。(4) 大

6、大的减轻了工人的劳动强度。图2-1 X62万能铣床外形结构图1、2纵向工作台进给手动手轮和操纵手柄。 3、15主轴停止按钮。 4、17主轴启动按钮。 5、14工作台快速移动按钮。 6工作台横向进给手动手轮。 7工作台升降进给手动摇把。 8自动进给变速手柄。 9工作台升降、横向进给手柄。 10油泵开关。 11电源开关。 12主轴瞬时冲动手柄。 13照明开关。 16主轴调速转盘。2.3 电器元件设备表2-1 X62W万能铣床电器元件明细表代号名称 型号规格数量用途M1主轴电动机JO2-51-47.5kw 380V 1450r/min1驱动主轴M2进给电动机JO2-22-41.5kw 380V 14

7、10r/min1驱动进给M3冷却泵电动机JCB-22125 W 380V 2790r/min1驱动冷却泵QS1开关HZ1-60/3J60A 500V1总开关QS2开关HZ1-10/3J10A 500V1冷却泵开关SA1开关HZ1-10/3J10A 500V1换刀开关SA2开关HZ1-10/3J10A 500V1圆工作台开关SA3开关HZ3-13360A 500V1M1换相开关FU1熔断器RL1-6060A3电源总保险FU2熔断器RL1-155A1整流电源保险FU3熔断器RL1-155A1直流电路保险FU4熔断器RL1-155A1控制回路保险FU5熔断器RL1-151A1照明保险FR1热继电器J

8、R0-4016A1M1过载保护FR2热继电器JR10-100.5A1M3过载保护FR3热继电器JR10-101.5A1M2过载保护T2变压器BK-100380/36V1整流电源TC变压器BK-150380/100V1控制回路电源T1变压器BK-50380/24V1照明电源VC整流器2ZC41整流器KM1接触器CJ0-2020A 线圈电压110V1主轴驱动KM2接触器CJ0-1010A 线圈电压110V1快速进给KM3接触器CJ0-1010A 线圈电压110V1M2正转KM4接触器CJ0-1010A 线圈电压110V1M2反转SB1、SB2按钮LA2绿色2M1启动SB3、SB4按钮LA2黑色2快

9、速进给点动SB5、SB6按钮LA2红色2停止、制动YC1电磁离合器B1DL1主轴制动YC2电磁离合器B1DL1正常进给YC3电磁离合器B1DL1快速进给SQ1位置开关LX3-11K开启式1主轴冲动开关SQ2位置开关LX3-11K开启式进给冲动开关SQ3位置开关LX3-131单轮自动复位M2正、反转及联锁、SQ4位置开关LX3-131单轮自动复位SQ5位置开关LX3-11K开启式SQ6位置开关LX3-11K开启式2.4 电力拖动特点及控制要求 (1) 主轴电动机需要正反转，但方向的改变并不频繁。根据加工工艺的要求，有的工件需要顺铣（电动机正转），有的工件需要逆铣（电动机反转）。大多情况下是一批或

10、多批工件只用一种方向铣削，并不需要经常改变电动机的转向。因此，可用电源相序转换开关实现主轴电动机的正反转，节省一个反向转动接触器。(2) 铣刀的铣削是一种不连续的切削，容易使机械传动系统发生振动，为了避免这种现象，在主轴传动系统中装有惯性轮但在高速切削后，停车很费时间，故采用电磁离合器制动。(3) 工作台既可以做六个方向上的进给，又可以在六个方向上快速移动。(4) 为了防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动。为了减小加工工件表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。本机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式，但由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止

11、，主轴运动后停止的要求。(5) 主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啮合状态，两种运动都要求变速后作瞬时点动。2.5 电气控制线路X62w万能铣床的电气控制线路。分为主电路，控制电路和照明的路三部分。图2-2 X62W原理图万能铣床电气控制电路图2.6 电气控制线路分析2.6.1 主电路分析主电路中共有三台电动机，M1是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；M2是工作台进给电动机，拖动升降台及工作台进给；M3是冷却泵电动机，供应冷却液。每台电动机均有热继电器作过载保护。 控制电路分析主轴电动机的控制 控制线路中的启动按钮SB1和SB2是异地控制按钮，分别装在机床

12、两处，方便操作。SB5和SB6是停止按钮。KM1是主轴电动机M1的启动接触器，YC1则是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主轴变速冲动的行程开关。主轴电动机是经过弹性联轴器和变速机构的齿轮传动链来实现传动的，可使主轴获得十八级不同的转速。1) 主轴电动机的启动 启动前先合上电源开关QS1，再把主轴转换开关SA3扳到所需要的旋转方向，然后按启动按钮SB1(或SB2)，接触器KM1获电动作，其主触头闭合，主轴电动机M1启动。SA3的功能见表2.1所示：正转时SA3-2，SA3-3两开关触点分别接通，反转时SA3-1，SA3-4分别接通，停止时都不接通。 表2-2 主轴转换开关位置表位触 置 头正转停

13、止反转SA3-1SA3-2SA3-3SA3-42) 主轴电动机的停车制动 当铣削完毕，需要主轴电动机M1停车时，按停止按钮SB5(或SB6)，接触器KM1线圈断电释放，电动机M1停电，同时由于SB5-2或SB6-2接通电磁离合器YC1，对主轴电机进行制动。当主轴停车后方可松开停止按钮。3) 主轴换铣刀控制 主轴更换铣刀时，为避免主轴转动，造成更换困难，应将主轴制动。方法是将转换开关SA1扳到换刀位置，常开触头SA1-1闭合，电磁离合器YC1获电，将电动机轴抱住；同时常闭触头SA1-2断开，切断控制电路，机床无法运行，保证了人身安全。4) 主轴变速时的冲动控制 主轴变速时的冲动控制，是利用变速手

14、柄与冲动行程开关SQ1通过机械上的联动机构进行控制的。将变速手柄拉开，啮合好的齿轮脱离，可以用变速盘调整所需要的转速（实质是改变齿轮的传动比），然后将变速手柄推回原位，使变了传动比的齿轮组重新啮合。由于齿与齿之间的位置不能刚好对上，因而造成啮合困难。若在啮合时齿轮系统冲动一下，啮合将十分方便。当手柄推进时，手柄上装的凸轮将弹簧杆推动一下又返回，而弹簧杆又推动一下位置开关SQ1，SQ1的常闭触头SQ1-2先断开，而后常开触头SQ1-1闭合，使接触器KM1通电吸合，电动机M1启动，但紧接着凸轮放开弹簧杆，SQ1复位，常开触头SQ1-1先断开，常闭触头SQ1-2后闭合，电动机M1断电。此时并未采取制

15、动措施，故电动机M1产生一个冲动齿轮系统的力，足以使齿轮系统抖动，保证了齿轮的顺利啮合。(2) 工作台进给电动机的控制 转换开关SA2是控制圆工作台的，在不需要圆工作台运动时，转换开关SA2扳到“断开”位置，此时SA2-1闭合，SA2-2断开，SA2-3闭合；当需要圆工作台运动时，将转换 关SA2扳到“接通”位置，则SA2-1断开，SA2-2闭合，SA2-3断 表2-3 圆工作台开关位置 位触 置 头接通断开SA2-1+SA2-2+SA2-3+开。SA2的功能如表2.2所示: 1) 工作台纵向进给 工作台的左右(纵向)运动是由“工作台纵向操作手柄”来控制。手柄有三个位置：向左、向右、零位（停止

16、），其控制关系见表2.3。当手柄扳到向左或向右位置时，手柄有两个功能，一是压下位置开关SQ5或SQ6，二是通过机械机构将电动机的传动链拨向工作台下面的丝杠上，使电动机的动力唯一的地传到该丝杠上，工作台在丝杠的带动下作左右进给。在工作台两端各设置一块挡铁，当工作台纵向移动到极限位置时，挡铁撞动纵向操作手柄，使它回到中间位置，工作台停止运动，从而实现纵向运动的终端保护。 a）工作台向右运动 表2-4工作台纵向进给开关位置 位触 置头 左停右SQ5-1+SQ5-2+SQ6-1+SQ6-2+主轴电动机M1 启动后，将操纵手柄向右扳，其联动机构压到位置开关SQ5，常开触头SQ5-1闭合，常闭触头SQ5-

17、2断开，接触器KM3通电吸合;电动机M2正转启动，带动工作台向右进给。b) 工作台向左进给 控制过程与向右相似，只是将操作手柄拨向左，这时位置开关SQ6被压着，SQ6-1被压着闭合，SQ6-2断开，接触器KM4通电吸合，电动机反转，工作台向左进给。2) 工作台升降和横向（前后）进给 操纵工作台上下和前后运动时用同一手柄完成的。该手柄有五个位置，即上、下、前、后和中间位置。当手柄扳向向上或向下时，机械上接通了垂直进给离合器；当手柄扳向前或后时，机械上接通了横向进给离合器；手柄在中间位置时，横向和垂直进给离合器均不接通。在手柄扳到向下或向前位置时，手柄通过机械联动机构使位置开关SQ3被压动，接触器

18、KM3通电吸合，电动机正转；在手柄扳到向上或向后时，位置开关SQ4被压动，接触器KM4通电吸合，电动机反转。对应操纵手柄的五个位置，可列出与之对应的运动状态，见表2.4表2-5 工作台横向与垂直操纵手柄功能 手柄 位置工作台运动方向离合器接通的丝杠行程开关动作接触器动作电动机运转向上向上进给或快速向上垂直丝杠SQ4KM4M2反转向下向下进给或快速向下垂直丝杠SQ3KM3M2正转向前向前进给或快速向前横向丝杠SQ3KM3M2正转向后向后进给或快速向后横向丝杠SQ4KM4M2反转中间升降或横向停止横向丝杠此五个位置是联锁的，各个方向的进给不能同时接通，所以不可能同时传动紊乱的现象。工作台向上（下）

19、运动 在主轴电机启动后，将操纵手柄扳到中间位置，把横向和升降操作手柄扳到向上（下）位置，其联动机构一方面接通垂直传动丝杠的离合器；令一方面它使位置开关SQ4（SQ3）动作，KM4(KM3)获电，电动机M2反（正）转，工作台向上（下）运动。将手柄扳回中间位置，工作台停止运动。b) 工作台向前（后）运动 手柄扳到向前（后）位置，机械装置将横向传动丝杠的离合器接通；同时压动位置开关SQ3(SQ4)，KM3（KM4）获电，电动机M2正（反）转，工作台向前（后）运动。c) 联锁问题 单独对垂直和横向操作手柄而言，上下前后四个方向只能选择其一，绝不会出现两个方向的可能性。但在操作这个手柄时，又将控制纵向的

20、手柄拨动了，这时有两个方向进给，将造成机床重大事故，所以必须联锁保护。从图1.1可以看出，若纵向手柄扳到任一方向，SQ5-2或SQ6-2两个位置开关中的一个被压开，接触器KM3或KM4立刻失电，电动机M2停转，从而得到保护。 同理，当纵向操作手柄扳到某一方向而选择了向左或向右进给时，SQ5或SQ6被压着，它们的常闭触头SQ5-2或SQ6-2是断开的，接触器KM3或KM4都由SQ3-2和SQ4-2接通。若发生误操作，使操作和横向操作手柄扳离了自己位置，而选择上、下、前、后某一方向的进给就一定使SQ3-2或SQ4-2断开，使KM3或KM4断电释放，电动机M2停转运转，避免了机床事故。3) 进给变速

21、冲动 和主轴变速一样，进给变速时，为使齿轮进入良好的啮合状态，也要做变速后的瞬时点动。在进给变速时，只需将变速盘（在升降台前面）往外拉，使进给齿轮松开，待转动变速盘以后，将变速盘向里推。在推进时，挡块压动位置开关SQ2，首先使常闭触头SQ2-2断开，然后常开触头SQ2-1闭合，接触器KM3通电吸合，电动机M2启动。但它并未运转起来，位置开关SQ2已复位，首先断开SQ2-1，而后闭合SQ2-2。接触器KM3失电，电动机失电停转。这样以来，使电动机接通一下电源，齿轮系统产生一次抖动，使齿轮啮合顺利进行。4) 工作台的快速移动 为了提高劳动生产率，减少生产辅助时间，X62W万能铣床在加工过程中，不做

22、铣削加工时，要求工作台快速移动，当进入铣削区时，要求工作台以原进给速度移动。安装好工件后，按下按钮SB3或SB4（两地控制），接触器KM2通电吸合，它的一个常开触头接通进给控制电路，另一个常开触头接通电磁离合器YC3，常闭触头切断电磁离合器YC2。离合器YC2吸合将使齿轮系统和变速进给系统相联，而离合器YC3则是快速进给变换用的，它的吸合，使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机可直接拖动丝杠套，让工作台快速进给。进给的方向，仍由进给操作手柄来决定。当快速移动到预订网站时，松开按钮SB3或SB4，接触器KM2断电释放，YC3断开，YC2吸合，工作台的快速移动停止，仍按原来方向做进给运动。(3) 圆

23、工作台的控制为了扩大机床的加工能力，可在机床上安装附件圆形工作台，这样可以进行圆弧或凸轮的铣削加工。在拖动时，所有进给系统均停止工作（手柄放置在零位上），只让圆工作台绕轴心回转。当工件在圆工作台安装好后，用快速移动方法，将铣刀和工件之间位置调整好，把圆工作台控制开关拨到“接通”位置。这个开关就是SA2，此时SA2-1和SA2-3断开，SA2-2闭合。当主电动机启动后，圆工作台即开始工作，其控制电路是：电源SQ2-2SQ3-2SQ4-2SQ6-2SQ5-2SA2-2KM4（常闭）KM3线圈电源。接触器KM3通电吸合，电动机M2正转。该电机带动一根专用轴，使圆工作台绕轴心回转，铣刀铣出圆弧。在圆工

24、作台开动时，其余进给一律不准运动，若有误操作，拨动了两个进给手柄中的任一个，则必然会使位置开关SQ3SQ6中的某一个被压动，则其常闭触头将断开，使电动机停转，从而避免了机床事故。圆工作台在运转过程中不要求调速，也不要求反转。按下主轴停按钮SB5或SB6，主轴停转，圆工作台也停转。2.6.3 冷却和照明控制冷却泵只有在主电动机启动后才能启动，所以主电路中将M3接在主接触器KM1触头后面，另外又可以用开关QS2控制。机床照明由变压器T1供给24V安全电压。3 方案论证3.1 机床传统控制方式与PLC的比较 铣床原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

25、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，特别适合应用于机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。3.2 现代PLC控制即本系统的优点随着今年来，PLC技术的不断成熟与发展；它的优势越多的在社会各种领域得以应用。本系统具体的应用表现于： (1) PLC具有很高的可靠性和很强的抗干扰能力 良好的自诊断功能，平均无故障工作时间可达数万小时。当本系统电动机的台数较多时，其系统的继电器触点较多，易出现触点不良造成的故障等。用软件代替传统继电器的控制中的中间和时间继电器，仅剩下与

26、输入和输出有关的少量硬件，从而使接线大大减少，连接的触点也大为减小，故障率也大大降低。(2) 丰富的I/O接口模块可直接使其与控制现场的器件或设备（如按钮、行程开关、传感器、电磁线圈等）连接。如本系统可将电机的控制信号经按钮直接输入PLC，因其具A/D转换功能。(3) 灵活性好。大部分PLC均采用模块化结构，就是整体式的PLC也有可扩展的模块或扩展单元，即可根据控制的规模选择。模块式的PLC更能灵活的选择，诸如CPU、电源、I/O等。即其可根据需要自行选配。本系统中选用的I/O为80点的基本单元,当控制的电机过多点数不够时，即可通过扩展模块或单元来增大控制能力。(4) 编程简单易学。PLC大多

27、采用梯形图作为主要编程语言。是面向用户的，其表达方式类似于继电器控制系统图，与传统的电气图联系较大，很形象直观。可以说懂电器图即可编写梯形图；而且已有可直接读出梯形的PLC编程器，甚至可免PLC编程。(5) 系统安装简单，维修方便。其使用时，只要将现场的各设备与PLC相应的I/O端相连，即可运行。PLC只有两三个接触器大小，直接按于控制柜即可。且具有运行和故障的指示灯及指示装置，如每个I/O点经指示灯，CPU报告的错误信息经屏幕显示。综上，以PLC为控制系统的方案，其系统具有较高的简洁性、经济性及可靠性。3.3 改造方案的确定 (1) 不改变原控制系统电气操作方法。(2) 不改变原电气系统控制

28、元件(包括行程开关、按钮、交流接触器、中间继电器 ,以上元件的数量、作用均与原电气线路相同) 。(3) 原控制线路中热继电器仍用硬件控制(因过载使用几率较少) 。(4) 指示灯接线仍和原控制线路相同。(5) 原主轴和进给变速箱操作方法和结构不变。(6) 原铣床的工艺加工方法不变。(7) 只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。4 X62W万能铣床电气控制线路PLC的硬件改造4.1 PlC的基本定义和PLC的主要特点4.1.1 PLC的基本定义：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。早期的可编程控制器称作可编

29、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。4.1.2 PLC的主要特点：(1) 高可靠性1) 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。2) 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.3) 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。4) 采用性能优良

30、的开关电源。5) 对采用的器件进行严格的筛选。6) 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。7) 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。(2) 丰富的I/O接口模块 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

31、。(3) 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行组合。(4) 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。(5) 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障指示装置，便于用户了解

32、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。4.2 X62W铣床PLC控制系统的分析 根据实际情况，在铣床的电气改造过程中，保留原有的机械操作不变，将原来继电器控制的线路用PLC控制系统取代。按照PLC控制系统设计的一般步骤，X62W铣床PLC控制系统属于典型的单机控制系统，输入/输出信号均为开关控制量，一般的继电器输出型PLC就可以满足控制上的要求，又由于X62W铣床不属于大型机床，输入信号传输距离不大，控制电路比较集中，不必采用单独的控制柜来安装电器元件。为了提高整个系统的可靠性、安全性，考虑到系统的成本，系统的组织电动机

33、正、反转及冷却泵电动机部分控制将不采用PLC控制。4.3 PLC的选型及校验X62W铣床电路中输入/输出及控制信号共有28个。其中输入信号18个、输出信号10个，实际使用时，系统的输入都为开关控制量，加上10%15%的余量就可以了，并无其他特殊控制模块的需要。故选用日本三菱公司的FX2N-48MR-001型PLC。AC电源，24V直流输入，继电器输出。输入点数24，输出点数24。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。基本指令执行时每条指令高达0.08 s，用户存储器容量可扩展到16K步，I/O它的点最大可扩展到256点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、

34、高速计数、A/D、D/A、等）。有多种RS-232/RS-422/RS-485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。可满足机床10点输出，18点输入的要求。PLC的供电电源为隔离变压器提供，这样可以减少电网波动或噪声对PLC的干扰。4.4 PLC的I/O端口的分配表4-1 I/O分配表输入元件输入继电器作用输出元件输出继电器作用SB1、SB2X0主轴启动按钮KM1Y0主轴启动SB3、SB4X1快速点动按钮KM2Y1快速进给SB5、SB6X2主轴停止按钮KM3Y2进给正转SQ1X3主轴变速开关KM4Y3进给反转SQ2X4进给变速开关YC1Y4主轴制动SQ3X5下前进

35、给开关YC2Y5正常进给SQ4X6上后进给开关YC3Y6快速进给SQ5X7向左进给开关HL1Y7主轴工作指示SQ6X10向右进给开关HL2Y10主轴制动指示SA1X11主轴换刀开关HL3Y11正常进给指示SA2X12圆工作台开关HL4Y12快速进给指示FR1X13主轴过载保护FR2X14冷却过载保护FR3X15进给过载保护4.5 系统控制的安装设计在X62W型万能铣床PLC控制接线图中，需要注意的是，图中对输入的常闭触点进行了处理，即常闭按钮改用常开按钮，热继电器的常闭触点不变。 图 4-1 X62W万能铣床PLC控制接线图 5 X62W万能铣床电气控制线路PLC的软件改造5.1 梯形图控制分

36、析在X62W万能铣床PLC控制梯形图中，回路6控制主轴启动和变速，回路7控制主轴制动，回路11控制工作台分别作纵向、横向、垂直、变速等运动以及圆盘运动，回路8控制工作台快速进给。图5-1 X62W万能铣床PLC控制梯形图5.1.1 主轴控制电路分析1）主轴电动机启动启动前先合上电源开关QS1，再把主轴转换开关SA3扳到所需的旋转方向，然后按启动按钮SB1(或SB2),X0闭合，Y0得电，KM1工作，主轴的电动机运转。2）主轴电动机的停车制动按主轴停止按钮SB5（或SB6），这时X2常闭断开，Y0失电，KM1断开，主轴电动机失电作惯性运动，接着X2常开闭合，Y4得电，电磁离合器YC1工作，对主轴

37、进行制动，待主轴停车后，松开SB5（或SB6）。3）主轴换铣刀控制SA1是主轴换铣刀开关，需换刀时，将SA1扳到“换刀”位置，这时X11常闭断开，使Y0失电，KM1断开，主轴电动机失电作惯性运动，接着X11常开闭合，Y4得电，电磁离合器YC1得电工作，对主轴进行制动，使基层无法运行，保证了人身安全。4）主轴变速冲动控制主轴变速时的冲动控制是利用变速手柄与冲动行程开关SQ1，通过机械上的联动机构进行控制，变速时，扳操纵手柄使SQ1动作，这时X3常闭断开（断开自锁回路），X3常开闭合，使Y0得电，KM1工作，主轴电动机实现点动控制。转换开关SA2是控制圆工作台的，在不需要圆工作台时，转换开关SA2

38、扳到“断开”位置。此时，X12常闭闭合，常开断开；当需要圆工作台时，转换开关SA2扳到“接通”位置，此时X12常闭断开，常开闭合。5.1.2 进给控制电路分析1）工作台左（右）控制主轴电动机启动后，将操纵手柄向左（右）扳，其联动机构压动位置开关SQ5（SQ6），使X7(X10)常闭断开（联锁保护），X7(X10)常开闭合，Y2（Y3）得电，KM2（KM3）工作，进给电动机实现正（反）转，通过相应传动装置拖动工作台向左、右运动。2）工作台下、前（上、后）控制主轴电动机启动后，将操纵手柄分必然想下、前（上、后）扳，其联动机构压动位置开关SQ3（SQ4），使X5(X6)常闭断开（联锁保护），X5(X

39、6)常开闭合，Y2(Y3)得电，KM2(KM3)工作，进给电动机实现正（反）转，通过相应传动装置拖动工作台向下、前（上、后）运动。3）进给变速传动控制与主轴变速原理一样，变速时只需将变速盘往外拉，使进给齿轮松开，待转动变速盘选择好速度后，将变速盘向里推，在推进时，挡块压动位置开关SQ2，使X4常闭断开（断开自锁回路），X4常开闭合，Y1得电，KM2工作，进给电动机实现点动控制。4）工作台快速移动控制按下快速点动按钮SB3（或SB4），X1接通，Y1得电，KM2动作，它的一个常开触点接通进给控制电路，另一个则接通快速进给电磁离合器YC3，常闭触点切断正常进给电磁离合器YC2，让工作台实现快速进给

40、。松开SB3（或SB4），X1断开，Y1失电，此时YC3失电，YC2得电，工作台快速移动停止，仍按原方向作正常进给运动。5）圆工作台的控制当需要加工螺旋槽时，应将工件安装在圆工作台上，调整好铣刀和工件之间的位置，主轴电动机切断后，将开工SA2扳到“接通”位置，X12常闭断开（联锁保护），X12常开闭合，Y1得电，KM2工作，进给电动机通过相应传动装置拖动圆工作台开始工作。值得注意的是，当圆工作台在运转过程中，既不要求调速，也不要求反转。5.2 PLC控制指令语句表 图5-2 X62W万能铣床PLC控制指令语句表0LDX00026ORB1ORX00327ANB2ORY00028ANIX0153A

41、NIX00229ANIY0034 ANIX01130OUTY0025ANIX01331MPP6ANIX01432ANDX0127OUTY00033LDX0068OUTY00734LDIX0049LDX00135ANDX01010ANIX00236ORB11ANIX00337ANBX01512ANIX01338ANIY00213ANIX01439ANIY00214OUTY00140OUTY00315OUTY01241LDX00216LDY00042ORX01117MPS43OUTY00418LDX01244OUTY01019LDX00545LDIY00120LDIX00446OUTY00521A

42、NDX00747OUTY01122ORB48LDY00123ANB49OUTY00624LDIX01250END25ANIX0046 X62W万能铣床PLC改造的测试实验6.1 PLC的模拟实验将输入、输出点接好，安装在PLC实验台，输入正确的程序。观察相应的功能指示灯是否显示正确，即表示相应的功能是否拥有。以检测PLC的接线方法和相应的程序是否正确。结论：实验的各项功能良好。6.2 改进后的X62W万能铣床空载实验将线路接好后，接通电源开关，输入相应程序。首先进行主轴电动机的启动、制动空载，及主轴变速冲动。再进行机床进给运动的实验，测试工作台六个方向的进给运动，变速冲动及工作台的快速移动。再

43、进行圆工作台的空载实验，及冷却泵电动机的空载与工作照明实验。最后进行空载电路的连锁与保护实验。结论：主轴制动良好，各方向进给运动精确。圆工作台工作正常，各连锁功能良好，冷却泵及照明系统正常启动。PLC状态良好。6.3 改进后的X62W万能铣床负载实验在改进后的机床上进行定位座的铣削加工，实验显示：机床工作状况良好，进给空载精确，加工精度高，加工效率较高。机床改造成功，既节省了资源又提高了效率。7 PLC控制与电气控制的区别PLC控制系统与电气控制系统的不同之处主要在以下几个方面：从控制方法上看，电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体

44、积大、功耗大，系统构成偶，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术 ，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上式存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所以所以继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户

45、程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。从定时和计数控制上看，电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设

46、定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能。从可靠性和可维护性上看，由于电气控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，而PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。致谢此次毕业设计时我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。查找资料，老师指导，与同学交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了万能铣床的用途及工作原理，锻炼了工程设计实践能力，培

47、养了自己独立设计能力。随着工业自动化，对工业智能化程度的要求越来越高，以及市场经济要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为满足这一要求，生产设备和自动生产线的枯燥系统必须具有极高的可靠性与灵活性，这就需要使用智能化程度高的枯燥系统来取代传统的枯燥系统，使电气控制系统的工作更加灵活、可靠，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。而由于PLC所具有的优点很多，因此它必定会被更广泛的应用于各种高要求的领域。此次毕业设计时对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前得一次热身。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。如此缺

48、乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。本文是在刘亚丹老师的悉心指导下完成的，是我们迈向社会，走出校门的最后一门“作业”。从实习前最初的确定课题，到收集资料，再到本文的最后完成，都离不开张老师的耐心指导。同时感谢所有的任课老师。实习期间笔者在江苏一重电气部，接触到大量的电气方面的知识，受益颇多。对本文能够在规定的时间里顺利做出来起了很大作用。完成毕业设计的过程是枯燥而漫长的，通过近半年的努力，我的毕业设计终于完成了

49、，这除了自身的努力外，还与老师的谆谆教导和鼓励分不开的。由于时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇设计论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！参考文献1 李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练.北京：中国劳动社会保障出版社，2001.2 王国海,沈蓬.可编程序控制器及其应用.北京:中国劳动社会保障出版社,2001.3 廖常初，设备改造中的PLC梯形图设计方法，电工技术杂志 2001.94 张万忠，可编程序控制器应用技术，北京：化学工业出版社 20025 谭维瑜，电机与电气控制，北京：机械工业出版社 2003 .126工厂电器控制技术 清华大学出版社7电子技

50、术与应用 机械工业出版社8PLC编程及应用 机械工业出版社9流行PLC实用程序及设计 西安电子科技大学出版社10数控机床电气控制 高等教育出版社11机电类专业毕业设计指南 机械工业出版社12模拟电路 机械工业出版社13数字电路 机械工业出版社14陈远龄.机床电气自动控制M.重庆大学出版社，1997.15吕景泉.可编程序控制器及其应用M.北京：机械工业出版社，2001.16杨长能，张光毅.可编程序控制器基础及其应用M.重庆大学出版社，1992.17实用模拟电子设计技术附录资料：不需要的可以自行删除 perl函数应用一、进程处理函数1、进程启动函数函数名eval调用语法eval(string)解说

51、将string看作Perl语句执行。正确执行后，系统变量$为空串，如果有错误，$中为错误信息。例子$print = print (hello,worldn);eval ($print);结果输出hello, world函数名system调用语法system(list)解说list中第一个元素为程序名，其余为参数。system启动一个进程运行程序并等待其结束，程序结束后错误代码左移八位成为返回值。例子proglist = (echo, hello,world!);system(proglist);结果输出hello, world!函数名fork调用语法procid = fork();解说创建程序

52、的两个拷贝-父进程和子进程-同时运行。子进程返回零，父进程返回非零值，此值为子程序的进程ID号。例子$retval = fork();if ($retval = 0) # this is the child process exit; # this terminates the child process else # this is the parent process结果输出无函数名pipe调用语法pipe (infile, outfile);解说与fork合用，给父进程和子进程提供通信的方式。送到outfile文件变量的信息可以通过infile文件变量读取。步骤：1、调用pipe2、用f

53、ork将程序分成父进程和子进程3、一个进程关掉infile，另一个关掉outfile例子pipe (INPUT, OUTPUT);$retval = fork();if ($retval != 0) # this is the parent process close (INPUT); print (Enter a line of input:n); $line = ; print OUTPUT ($line); else # this is the child process close (OUTPUT); $line = ; print ($line); exit (0);结果输出$pro

54、gramEnter a line of input:Here is a test lineHere is a test line$函数名exec调用语法exec (list);解说与system类似，区别是启动新进程前结束当前程序。常与fork合用，当fork分成两个进程后，子进程用exec启动另一个程序。例子 结果输出函数名syscall调用语法syscall (list);解说调用系统函数，list第一个元素是系统调用名，其余为参数。如果参数是数字，就转化成C的整型数(type int)。否则传递字符串的指针。详见UNIX的帮助或Perl文档。使用syscall必须包含文件syscall.

55、pl，即：require (syscall.ph); 例子结果输出2、进程终止函数函数名Die调用语法die (message);解说终止程序并向STDERR输出错误信息。message可以为字符串或列表。如果最后一个参数不包含换行符，则程序文件名和行号也被输出。例子die (Cannot open input file);结果输出Cannot open input file at myprog line 6.函数名warn调用语法warn (message);解说与die类似，区别是不终止程序。例子warn(Danger! Danger!n);结果输出Danger! Danger!函数名ex

56、it调用语法exit (retcode);解说终止程序并指定返回值。例子exit(2);结果输出无函数名kill调用语法kill (signal, proclist);解说给一组进程发送信号。signal是发送的数字信号，9为杀掉进程。proclist是进程ID列表。详见kill的UNIX帮助。例子结果输出3、进程控制函数函数名sleep调用语法sleep (time);解说将程序暂停一段时间。time是停止的秒数。返回值为实际停止的秒数。例子sleep (5);结果输出无函数名wait调用语法procid = wait();解说暂停程序执行，等待子进程终止。不需要参数，返回值为子进程ID，如

57、果没有子进程，返回-1。例子结果输出函数名waitpid调用语法waitpid (procid, waitflag);解说暂停程序执行，等待特定的子进程终止。procid为等待的进程ID例子$procid = fork();if ($procid = 0) # this is the child process print (this line is printed firstn); exit(0); else # this is the parent process waitpid ($procid, 0); print (this line is printed lastn);结果输出$

58、programthis line is printed firstthis line is printed last$4、其它控制函数函数名caller调用语法subinfo = caller();解说返回调用者的程序名和行号，用于Perl Debugger。返回值为三元素的列表：1、调用处的包名2、调用者文件名3、调用处的行号例子结果输出函数名chroot调用语法chroot (dir);解说改变程序的根目录，详见chroot帮助。例子结果输出函数名local调用语法local($variable);解说在语句块(由大括号包围的语句集合)中定义局域变量，仅在此语句块中起作用，对其的改变不对块

59、外同名变量造成影响。千万不要在循环中使用，否则每次循环都定义一个新的局域变量！例子结果输出函数名times调用语法timelist = times解说返回该程序及所有子进程消耗的工作时间。返回值为四个浮点数的列表：1、程序耗用的用户时间2、程序耗用的系统时间3、子进程耗用的用户时间4、子进程耗用的系统时间例子结果输出二、数学函数函数名sin调用语法retval = sin (value);解说参数为弧度值。函数名cos调用语法retval = cos (value);解说参数为弧度值。函数名atan2调用语法retval = atan2 (value1, value2);解说运算并返回valu

60、e1除以value2结果的arctan值，单位为弧度，范围在-PIPI。应用例：角度转化成弧度子程序。sub degrees_to_radians local ($degrees) = _; local ($radians);11: $radians = atan2(1,1) * $degrees / 45;函数名sqrt调用语法retval = sqrt (value);解说平方根函数。value为非负数。函数名exp调用语法retval = exp (value);解说返回e的value次方。函数名log调用语法retval = log (value);解说以e为底的自然对数。函数名abs