基于PLC的铣床改造

1、摘要毕业设计首先介绍了可编程逻辑控制器（PLC）的概念和优势。 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、功能齐全、接口功能强等一系列优点，被广泛应用于工业控制中。由于机械运动的影响，接触器的触点寿命有限，故障率高，可靠性不如PLC控制。对铣床的控制系统进行了改造。设计对上述两类机床的控制电路进行了详细分析，系统地介绍了利用PLC对该机床进行改造的方法和方案。重点介绍了PLC的设计方法和系统完成后的调试，并简要介绍了PLC的选型和PLC的特点和使用环境。最后通过仿真实验证明该设计方案具有一定的可行性和可操作性。关键词：X62W万能铣床；电气控制

2、； PLC-可编程控制器；梯形图目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc3860 1 简介 PAGEREF _Toc3860 1 HYPERLINK l _Toc4081 2 铣床特点及电气控制电路分析 PAGEREF _Toc4081 4 HYPERLINK l _Toc3040 2.1 铣床介绍 PAGEREF _Toc3040 4 HYPERLINK l _Toc30187 2.2 X62W万能铣床 PAGEREF _Toc30187 4 HYPERLINK l _Toc20975 2.3 电气元件和设备 PAGEREF _Toc20975 6 HYPERLINK

3、 l _Toc5222 2.4 电驱动特性及控制要求 PAGEREF _Toc5222 8 HYPERLINK l _Toc6825 2.5 电气控制电路 PAGEREF _Toc6825 8 HYPERLINK l _Toc27480 2.6 电气控制电路分析 PAGEREF _Toc27480 10 HYPERLINK l _Toc10647 2.6.1 主电路分析 PAGEREF _Toc10647 10 HYPERLINK l _Toc3560 2.6.2 控制电路分析 PAGEREF _Toc3560 10 HYPERLINK l _Toc13305 2.6.3 冷却和照明控制 PA

4、GEREF _Toc13305 14 HYPERLINK l _Toc30759 3 方案论证 PAGEREF _Toc30759 15 HYPERLINK l _Toc14891 3.1 机床传统控制方式与PLC的比较 PAGEREF _Toc14891 15 HYPERLINK l _Toc29541 3.2 现代PLC控制是该系统的优势 PAGEREF _Toc29541 15 HYPERLINK l _Toc2326 3.3 确定改造方案 PAGEREF _Toc2326 16 HYPERLINK l _Toc1625 4 X62W万能铣床 PAGEREF _Toc1625 17电气控

5、制电路PLC的硬件改造 HYPERLINK l _Toc3131 4.1 PLC的基本定义和PLC的主要特点 PAGEREF _Toc3131 17 HYPERLINK l _Toc6016 4.1.1 PLC的基本定义 PAGEREF _Toc6016 17 HYPERLINK l _Toc7460 4.1.2 PLC PAGEREF _Toc7460 17的主要特点 HYPERLINK l _Toc23375 4.2 X62W铣床PLC控制系统分析 PAGEREF _Toc23375 18 HYPERLINK l _Toc9016 18的选型与验证 PAGEREF _Toc9016 HYP

6、ERLINK l _Toc13622 19的 I/O 端口分配 PAGEREF _Toc13622 HYPERLINK l _Toc12095 4.5 系统控制安装设计 PAGEREF _Toc12095 20 HYPERLINK l _Toc10633 5 X62W万能铣床电气控制电路PLC的软件改造 PAGEREF _Toc10633 22 HYPERLINK l _Toc22568 5.1 梯形图控制分析 PAGEREF _Toc22568 22 HYPERLINK l _Toc12225 5.1.1主轴控制电路分析 PAGEREF _Toc12225 23 HYPERLINK l _T

7、oc2759 5.1.2 进给控制电路分析 PAGEREF _Toc2759 23 HYPERLINK l _Toc28596 5.2 PLC控制指令语句表 PAGEREF _Toc28596 24 HYPERLINK l _Toc19614 6 X62W万能铣床PLC改造测试实验 PAGEREF _Toc19614 26 HYPERLINK l _Toc2492 6.1 PLC仿真实验 PAGEREF _Toc2492 26 HYPERLINK l _Toc12795 6.2 改进型X62W万能铣床空载实验 PAGEREF _Toc12795 26 HYPERLINK l _Toc18660

8、 6.3 改进型X62W万能铣床 PAGEREF _Toc18660 26负载实验 HYPERLINK l _Toc2538 7 PLC控制与电气控制的区别 PAGEREF _Toc2538 27 HYPERLINK l _Toc22409 参考文献 PAGEREF _Toc22409 28 HYPERLINK l _Toc5834 至 PAGEREF _Toc5834 291 简介自1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到了广泛的应用。近年来，在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业的过程设备的电气控制中，我国越来越多地采用PLC控制，并取得了显著成效。

9、已达到。欢迎各行各业。铣刨机是由各类电机驱动的技术设备，是实现生产过程自动化的传动装置和系统的对象。随着电子技术的发展，可编程序控制器越来越广泛地应用于机械、电子加工和设备的电气改造。铣床作为机械加工的通用设备，在燃气轮机配件的生产中一直发挥着不可替代的作用。自动铣床具有运行稳定可靠、操作维修方便、运行成本低等特点，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非常传统的课题。现在随着各种先进精密控制仪表的出现，铣床控制的设计方案越来越先进，越来越完善。在1970年代和1980年代的大多数铣床中，大部分开关控制系统是由继电器控制的，相当一部分辅机系统是由继电器控制的。因此，继电器本身

10、的固有缺陷对铣床的安全经济运行产生了负面影响。采用PLC改造铣床继电器式控制系统是大势所趋。自动铣床的发展及现状：1980年代以来，虽然铣床制造业的发展起伏不定，但自动控制技术和自动铣床得到了更多的关注。形成包括自动铣床在内的自动车床、加工中心产业化生产基地后，生产的中档通用自动铣床在功能性能和可靠性方面具有很强的市场竞争力。但在中高端自动铣床方面，与国外一些先进产品相比仍有较大差距。这是因为欧美、日本等工业先进国家在1980年代先后完成了自动机床工业化进程。一些著名的机床企业致力于科技创新和新产品的研发，以引导数控机床技术的发展，如美国、德国的英格索。惠勒席勒公司对汽车工业和航空工业高速数控

11、铣床发展的贡献，日本牧野公司对高效精密加工中心的贡献，德国瓦尔德里奇公司对重型- 龙门五面加工铣床与日本马扎克公司合作研发的车铣复合加工中心，推动高效复合加工等。相比之下，我国现代机床产品大多处于技术跟踪阶段.表1以中速铣床为例列出了国外先进产品的主要技术指标。由此可见，效率、准确性和可靠性明显较差。随着科学技术的不断发展，生产技术的不断发展和提高，特别是计算机技术的应用，新的控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方式上，从手动控制到自动控制；在控制功能上，从简单控制到智能控制；在操作中，从战略到信息处理；在控制原理上，从最初的单点触摸硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微

12、机为核心的网络化自动控制系统。 X62W铣床集计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通讯技术、网络技术等先进科技成果于一体。X62W铣床是从普通机床发展而来的。它集机械、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。一定的柔性生产设备。万能铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品组织和产业组织带来了深刻的变化。其技术水平和所有权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，一种先进的应用技术，始终根据工业生产的实际需要生产。在可编程逻辑控制器产生之前，以各种继电器为主要元件的电气控制电路承担着生产过程自动控制的艰巨任

13、务。可能有数百个各种继电器组成一个复杂的控制系统，这需要数千个继电器。由于连接了数万根电线，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，占用大量空间。当这些继电器运行时，它们会产生大量噪声并消耗大量功率。为了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。有时继电器损坏，甚至继电器触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要检查和排除故障是非常困难的，要靠电气技术人员长期的经验积累。特别是当生产过程发生变化时，可能需要增加大量的继电器或继电器控制柜，重新布线或改变接线的工作量非常大，甚至需要对控制系统进行复位。但是，该控制系统的功能仅限于实现具有粗略定时和计数功能的时序

14、逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来替代传统的继电器控制系统。电气控制系统更可靠，更易于维护，更能适应频繁变化的生产工艺要求。可编程控制器（Programmable Controller）简称PC。广泛应用于办公自动化和工业自动化的个人电脑（Personal Computer）简称PC 。控制器）。随着可编程控制器在国内的应用和推广，人们找到了一种理想的万能铣床控制系统，即PLC控制系统。因其可靠性高、抗干扰能力强、维修检查方便等优点，适用于万能铣床的控制，得到了广泛的推广。现在万能铣床全部采用PLC控制，结束了使用继电器控制近20年的历史。本文主要基于工厂对PLC控制系统的研究

15、，对可编程序控制器在万能铣床上的应用进行了推广和介绍。自1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到了广泛的应用。近年来，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，我国越来越多地采用PLC控制，并取得了显著成效。已达到。欢迎各行各业。 1988年，可编程序控制器被应用到万能铣床上，至今使用良好。国外PLC生产厂家众多，最著名的有美国AB公司和GE-FANUC公司，日本欧姆龙公司和三菱公司，德国AEG公司和西门子公司，法国TE公司。他们在PC领域被称为大雄，代表了PC的最高水平。他们在中国都有自己的代理商，很容易买到他们的产品。国产PLC以小

16、型为主，多为仿品，I/0点数均在128点以下。主要生产厂家有工业自动化仪表研究所、电子计算机厂、机械工业自动化研究所、华光电子工业公司、中科院自动化研究所、湘岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算和顺序运算。2 铣床特点及电气控制电路分析2.1 铣床介绍铣床的种类很多，根据结构类型和加工性能的不同，可分为立式铣床、卧式铣床、仿形铣床、龙门铣床和特种铣床。万能铣床是一种通用的多用途机床。可以用圆柱铣刀、圆盘铣刀、成型铣刀、立铣刀等刀具加工各种平面、斜面、螺旋面和成型面的零件。可加装万能铣头和圆工作台，扩大加工区域。目前常用的万能铣床有两种，一种是卧式万能铣床，铣头水平放置，型号为X62W

17、；另一种是立式万能铣床，铣头垂直放置，型号为X52K。两种铣床在结构上大体相似，区别在于铣头的放置方向、工作台进给方式、主轴转速变化等相同，系列化后电气控制电路相同，但容量不同。型号含义：图 2-12.2 X62W万能铣床X62W万能铣床是一种通用的多用途机床。可加工平面、斜面、螺旋面、成型面。是一种比较精密的加工设备。采用继电器接触器电路实现电气控制。它的操作是通过手柄同时操作电气和机械，从而达到机电的紧密配合，完成预定的操作。X62W万能铣床结构主要由床身、主轴、刀架、悬臂梁、刀架支架、工作台、转盘、水平滑台、升降台、底座等部分组成。床前有垂直导轨，升降台可沿其上下移动。在升降台上方的水平

18、导轨上，有一块可沿平行于主轴轴线的方向（前后）移动的滑板。滑道上部有活动转盘，工作台在滑道上部转盘上的导轨上垂直于主轴（左右）轴线运动。工作台上有一个T型槽，用于固定工件。这样就可以在工作台上安装的工件在三个坐标上进行六个方向的调整或进给。主要运动是铣床主轴带动铣刀旋转运动时；铣床工作台前后（水平）、左右（纵向）、上下（垂直）方向的运动为进给运动；铣床的其他运动，如工作台的信息 旋转运动是一种辅助运动。此外，由于转台可以绕中心旋转一个角度（通常为45），因此工作台不仅可以在水平面上平行或垂直于主轴轴线的方向进给，而且可以在倾斜的方向进给。方向，可加工螺旋槽，故称万能铣床。X62W万能铣床特点：

19、(1)能完成普通机床难以加工或根本无法加工的复杂曲面的加工。(2)使用X62W铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。(3)使用X62W比普通机床可提高生产率23倍，对于复杂零件的加工，生产率可提高十倍甚至数十倍。(4)大大降低工人的劳动强度。图 2-2 X62 万能铣床外形结构图1、2纵向工作台送入手动手轮和操纵杆。 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 工作台通过手动手轮。 7 - 用于升降工作台的手动曲柄。 8 自动送料换档手柄。 9 工作台升降，水平进给手柄。 10 油泵开关。 11 电源开关。 12 主轴瞬时脉冲

20、手柄。 13 照明开关。 16主轴调速转盘。2.3 电气元件和设备表2-1 X62W万能铣床电器元件一览表代码姓名模型规格数量利用M1主轴电机JO2-51-47.5kw 380V 1450r/min1驱动主轴M2进给电机JO2-22-41.5kw 380V 1410r/min1驱动进给M3冷却泵电机JCB-22125W 380V 2790r/min1驱动冷却泵QS1转变HZ1-60/3J60A 500V1主开关QS2转变HZ1-10/3J10A 500V1冷却泵开关代码姓名模型规格数量利用SA1转变HZ1-10/3J10A 500V1换刀开关SA2转变HZ1-10/3J10A 500V1圆桌开

21、关SA3转变HZ3-13360A 500V1M1换向开关FU1保险丝RL1-6060A3主电源保险FU2保险丝RL1-155A1整流电源保险FU3保险丝RL1-155A1直流电路保险FU4保险丝RL1-155A1控制回路保险丝FU5保险丝RL1-151A1照明保险FR1热继电器JR0-4016A1M1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控制回路功率T1变压器BK-50380/24V1照明功率风险投资整流器2ZC41整流器公里1接触器CJ0

22、-2020A线圈电压110V1主轴驱动公里2接触器CJ0-1010A线圈电压110V1快速进给公里3接触器CJ0-1010A线圈电压110V1M2正转公里4接触器CJ0-1010A线圈电压110V1M2反向SB1、SB2按钮LA2绿色2M1开始SB3、SB4按钮LA2黑色的2快速进给点动SB5、SB6按钮LA2红色的2停止，刹车YC1电磁离合器B1DL-1主轴制动器YC2电磁离合器B1DL-1正常进料YC3电磁离合器B1DL-1快速进给SQ1位置开关LX3-11K打开1主轴脉冲开关SQ2位置开关LX3-11K打开进给脉冲开关代码姓名模型规格数量利用SQ3位置开关LX3-131单轮自动复位M2前

23、进、后退和互锁SQ4位置开关LX3-131单轮自动复位SQ5位置开关LX3-11K打开SQ6位置开关LX3-11K打开2.4 电驱动特性及控制要求(1)主轴电机需要正反转，但换向不频繁。根据加工工艺要求，有的工件需要顺铣（电机正转），有的工件需要顺铣（电机反转）。大多数情况下，只在一个方向铣削一批或多批工件，不需要经常改变电机的方向。因此，可以用电源相序开关实现主轴电机的正反转，省去一个反转接触器。(2)铣刀的铣削是一种不连续切削，容易引起机械传动系统振动。为了避免这种现象，在主轴传动系统中安装了一个惯性轮，但高速切削后，停车非常耗时，所以采用电磁离合器制动。（3）工作台既可以六向进给，又可以

24、六向快速移动。(4)为防止刀具和机床的损坏，要求只有在主轴转动后才内容进给运动。为了降低工件表面的粗糙度，主轴只能在进给停止后停止或同时停止。本机床采用主轴和进给同时停的方法，但由于主轴运动的惯性很大，实际上保证了进给运动先停，主轴后停的要求。运动。(5)主轴运动和进给运动的速度选择由变速板进行。为了保证变速齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都需要在变速后进行瞬时点动。2.5 电气控制电路X 62w万能铣床。分为主电路、控制电路和照明电路三部分。图2-3 X62W万能铣床电气控制电路示意图2.6 电气控制电路分析2.6.1 主电路分析主电路有3个电机，M1为主电机，驱动主轴带动铣刀进行铣削； M

25、2为工作台进给电机，拖动升降工作台和工作台进给； M3 是冷却泵电机，提供冷却液。每个电机都有一个用于过载保护的热继电器。2.6.2 控制电路分析主轴电机控制控制电路中的启动按钮SB1、SB2为遥控按钮，分别安装在机床的两处，便于操作。 SB5 和 SB6 是停止按钮。 KM1为主轴电机M1的启动接触器，YC1为主轴制动用电磁离合器，SQ1为主轴变速脉冲行程开关。主轴电机由弹性联轴器和变速机构的齿轮传动链驱动，使主轴获得十八种不同的速度。1) 启动主轴电机启动前先打开电源开关QS1，然后将主轴开关SA3拨到需要的旋转方向，再按下启动按钮SB1（或SB2），接触器KM1得电，其主触点闭合，主轴电

26、机M1 启动。 .SA3的功能如表2-2所示：向前运行时，SA3-2和SA3-3分别连接；反转时SA3-1和SA3-4分别连接，停止时不连接。表 2-2 主轴转换开关位置表少量触碰头向前停止撤销SA3-1-+SA3-2+-SA3-3+-SA3-4-+2）主轴电机驻车制动当铣削完成需要停止主轴电机M1时，按下停止按钮SB5（或SB6），接触器KM1线圈断电释放，电机M1断电，电磁离合器YC1接通通过 SB5-2 或 SB6-2。踩刹车。主轴停止时松开停止按钮。3) 主轴更换和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转到换刀位置，常开触点SA1-1闭

27、合，电磁离合器YC1得电，抱住电机轴；同时断开常闭触点SA1-2，切断控制电路，机床不能运行，以确保人身安全。4) 主轴变速时的脉冲控制主轴换档时的冲量控制由换档手柄和冲量行程开关SQ1通过机械联动机构控制。拉开换档手柄，啮合齿轮脱开，可以用换档板调节所需的速度（本质上是改变传动比），然后将换档手柄推回原位重新啮合具有改变的传动比的齿轮组。 .由于齿与齿之间的位置不能正好在右边，造成啮合困难。如果齿轮系统在啮合时是脉冲的，啮合会很方便。手柄前进时，安装在手柄上的凸轮推动弹簧杆返回，弹簧杆再次推动位置开关SQ1，先打开SQ1的常闭触点SQ1-2，再打开常开触点SQ1 -1 关闭。接触器KM1得电

28、闭合，电机M1启动，但凸轮释放弹簧杆，SQ1复位，常开触点SQ1-1先打开，常闭触点SQ1-2后闭合，电机M1断电。此时不采取制动措施，电机M1产生推动齿轮系的力，足以使齿轮系摇动，保证齿轮的顺畅啮合。(2) 工作台进给电机的控制转换开关SA2控制圆桌。当圆台不需要移动时，将转换开关SA2拉到“关闭”位置。此时SA2-1闭合，SA2-2断开，SA2-3闭合；当圆台移动时，将开关SA2拨到“on”位置，此时SA2-1断开，SA2-2闭合，SA2-3断开。 SA2 的功能如表 2-3 所示： 表 2-3 圆桌开关位置少量触碰头打开断开SA2-1+SA2-2+SA2-3+1) 工作台纵向进给工作台的

29、左右（纵向）运动由“工作台纵向操作手柄”控制。手柄具有三个位置：左、右和零（停止）。控制关系如表2-4所示。当手柄向左或向右转动时，手柄有两个作用，一是按下位置开关SQ5或SQ6，二是使电机的传动链通过工作台下方的丝杠移动到工作台下方的丝杠上。机械机构，使电机丝杠的动力只传递给丝杠，工作台在丝杠的带动下左右进给。工作台两端各有一个挡块。当工作台纵向移动到极限位置时，挡块撞击纵向操作手柄使其回到中间位置，工作台停止移动，实现纵向移动终端保护。a) 工作台向右移动 2-4 工作台纵向进给开关的位置少量触碰头剩下停止正确的SQ5-1-+SQ5-2+SQ6-1+-SQ6-2-+主轴电机M1启动后，向右

30、转动操纵杆，联动机构压向位置开关SQ5，常开触点SQ5-1闭合，常闭触点SQ5-2断开，接触器KM3通电并关闭；电机M2正转启动，带动工作台向右进给。b) 表格向左进给控制过程与右侧类似，但操作手柄向左转动。此时按动位置开关SQ6，按动SQ6-1闭合，断开SQ6-2，接触器KM4得电闭合，电机反转，运转台向左进给。2) 工作台升降和横向（前后）进给相同的手柄用于上下和来回操作桌子。把手有上、下、前、后、中五个位置。当手柄上拉或下拉时，垂直进给离合器机械连接；向前或向后拉动手柄时，横向进给离合器机械连接；手柄在中间位置时，横向和纵向进给离合器不啮合。当把手拉到向下或向前位置时，把手通过机械联动机

31、构按下位置开关SQ3，接触器KM3得电闭合，电机正转；当手柄向上或向后拉时，位置开关 SQ4 将被按下。按下，接触器KM4得电闭合，电机反转。对应摇杆的五个位置，可以列出对应的运动状态，见表2-5表 2-5 工作台水平和垂直摇杆功能手柄位置工作台运动方向离合器上的丝杠行程开关动作接触器动作电机运转向上吃饱或快吃垂直螺丝SQ4公里4M2反向下喂食或快速向下垂直螺丝SQ3公里3M2正转向前前馈或快进侧向螺钉SQ3公里3M2正转落后后退或快退侧向螺钉SQ4公里4M2反向中间横向提升或停止侧向螺钉-五个位置互锁，不能同时开启各个方向的进给，所以不可能同时驱动乱序。桌子向上（向下）移动主轴电机启动后，将

32、操作手柄转至中间位置，将水平和升降操作手柄转至上（下）位。一方面，联动机构连接垂直传动丝杠的离合器； （SQ3）动作，KM4（KM3）得电，电机M2反向（正向）转动，工作台向上（向下）运动。将把手拉回中间位置，桌子停止移动。b) 将工作台手柄前（后）移至前（后）位，机械装置将横向传动丝杠的离合器连接；同时按下位置开关SQ3（SQ4），KM3（KM4）通电，电机M2正转（反转），工作台正转（后退）。c) 联锁问题单就纵横操作手柄来说，上、下、前、后四个方向只能选其一，绝不会有两个方向的可能。但是当操作手柄时，控制纵向的手柄又被拨动了。此时进给有两个方向，会造成机床发生重大事故，必须互锁保护。从图

33、2-2可以看出，如果将纵向手柄转动到任意方向，两个位置开关SQ5-2或SQ6-2中的一个被压开，接触器KM3或KM4将立即失电，电机M2 将停止。从而受到保护。同理，将纵向操作手柄拉向某一方向，选择左右进给时，按下SQ5或SQ6，其常闭触点SQ5-2或SQ6-2断开，触点同时KM3 或 KM4 由 SQ3-2 和 SQ4-2 连接。如果误操作，将操作手柄和横向操作手柄从各自的位置拉开，上下前后一个方向的进给必须与SQ3-2或SQ4-2、KM3或KM4断开已断开连接。放电后，电机M2停止运转，避免机床发生事故。3) 进给速度变化脉冲与主轴变速一样，为使进给变速时齿轮进入良好的啮合状态，也需要变速

34、后的瞬时点动。改变进给速度时，只需将变速板（升降台前）拉出即可松开进给齿轮，转动变速板后，将变速板向内推。前进时，挡块按下位置开关SQ2，首先常闭触点SQ2-2断开，然后常开触点SQ2-1闭合，接触器KM3得电闭合，电动机M2启动。但不起作用，位置开关SQ2已复位，先打开SQ2-1，再关闭SQ2-2。接触器KM3失电，电机失电停止。这样，当电机启动时，齿轮系统振动一次，使齿轮啮合顺利进行。4）工作台快速移动X62W万能铣床为了提高劳动生产率，减少生产辅助时间，要求工作台在不铣时快速移动，进入铣区时要求工作台以原来的进给速度移动。装好工件后，按下按钮SB3或SB4（二位控制），接触器KM2得电闭

35、合，其中一个常开触点接进给控制电路，另一个常开触点接进给控制电路。电磁离合器YC3，常闭触点切断电磁离合器YC2。离合器YC2的吸合将齿轮系统和变速进给系统连接起来，而离合器YC3用于快速进给变化。它的拉入使进给传动系统跳过了变速链，电机可以直接拖动线杆罩使工作台快速进给。进给方向仍由进给操作手柄决定。当快进到预约时，松开按钮SB3或SB4，接触器KM2断电释放，YC3断开，YC2吸合，工作台快进停止，进给运动仍在原来的方向。(3)圆桌的控制为了扩大机床的加工能力，可在机床上安装附件圆台，以便进行圆弧或凸轮的铣削。拖动时，所有进给系统停止（手柄置于零位），仅圆工作台绕轴旋转。工件装到圆工作台上

36、后，通过快速移动调整铣刀与工件之间的位置，将圆工作台的控制开关拨到“开”位置。此开关为 SA2。此时SA2-1和SA2-3断开，SA2-2闭合。当主电机启动时，圆台开始工作，其控制电路为：电源SQ2-2SQ3-2SQ4-2SQ6-2SQ5-2SA2-2KM4（常闭)KM3 线圈电源。接触器KM3通电闭合，电机M2正转。电机带动专用轴使圆台绕轴线旋转，铣刀铣出圆弧。圆台启动时，其余进给不内容移动。如果出现误操作，两个进给手柄中的任何一个被拨动，就会按下位置开关 SQ3-SQ6 之一。然后其常闭触点将断开，使电机停止，从而避免机床事故。圆台在运行过程中不需要调速或反转。按下主轴停止按钮SB5或SB

37、6，主轴停止，圆工作台也停止。2.6.3 冷却和照明控制冷却泵只有在主电机启动后才能启动，所以在主回路中，M3接在主接触器KM1的触点后面，可由开关QS2控制。机床照明由变压器 T1 提供 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采用继电器、接触器等硬件逻辑控制电路，不仅接线复杂，而且故障频繁，可靠性差。与传统继电器控制相比，PLC控制具有可靠性高、灵活性好、开发周期短、故障自诊断等特点。控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品质量和生产效率。3.2 现代PLC控制是本系统的优势随着今年PLC技术的不断成熟和发展；其优势越来越多地应用于社会的各个领域。本

38、系统的具体应用如下图所示：(1)PLC可靠性高，抗干扰能力强，自诊断功能好，平均无故障工作时间可达数万小时。当系统中电机数量较多时，系统中继电器触点较多，容易出现因触点不良引起的故障。传统继电器控制中的中间继电器和时间继电器被软件取代，只留下少量与输入输出相关的硬件，从而大大减少了接线，连接的触点也大大减少，故障率低也大大减少了。(2)丰富的I/O接口模块可以直接与控制现场的装置或设备（如按钮、行程开关、传感器、电磁线圈等）连接。例如，本系统可以通过按钮直接将电机的控制信号输入到PLC，因为它具有A/D转换的功能。(3) 良好的柔韧性。大多数PLC采用模块化结构，即整体PLC还具有可扩展的模块

39、或扩展单元，可根据控制规模进行选择。模块化PLC可以更灵活的选择，如CPU、电源、I/O等。即可以根据需要进行选择。本系统中选择的 I/O 为 80 点的基本单元。当受控电机数量过多时，可通过扩展模块或单元增加控制能力。(4) 编程简单易学。 PLC大多使用梯形图作为主要的编程语言。它是面向用户的，其表达方式类似于继电器控制系统图，与传统的电气图密切相关，非常直观。可以说，看懂了电气图就可以写出梯形图；并且有PLC编程器可以直接读取梯形图，甚至可以避免PLC编程。(5)系统安装方便，维护方便。使用时，只要将现场各台设备连接到PLC对应的I/O端子即可运行。 PLC只有两个或三个接触器大小，可以

40、直接压在控制柜上。并且具有指示灯和运行和故障指示装置，例如每个I/O点通过指示灯，并在屏幕上显示CPU上报的错误信息。综上所述，以PLC为控制系统的方案具有较高的简单性、经济性和可靠性。3.3 改造方案的确定(1)不改变原控制系统的电气操作方式。(2)原电气系统的控制元件（包括行程开关、按钮、交流接触器、中间继电器等，上述元件的数量和功能与原电路相同）不变。（3）原控制电路中的热继电器仍由硬件控制（因过载而使用的概率较小）。(4)指示灯的接线仍与原控制电路相同。(5)原主轴和进给齿轮箱的操作方法和结构保持不变。(6)原铣床加工方式不变。(7) 只需用软件编程代替原来继电器控制中的硬件接线即可。

41、4 X62W万能铣床电气控制电路PLC硬件改造4.1 PLC的基本定义和PLC的主要特点4.1.1 PLC基本定义可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族的一员，专为工业控制应用而设计和制造。早期的可编程控制器称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，主要用于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出了逻辑控制的范围，所以今天这种装置被称为可编程控制器，简称PC。但为了避免与个人电脑（Personal Computer）的缩写混淆，可编程控制器简称为PLC 。4.1.2 PLC的主要

42、特点(1) 高可靠性1）所有I/O接口电路均采用光电隔离，将工业现场的外部电路与PLC电路进行电气隔离。2）每个输入端采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。3) 各模块采用屏蔽措施，防止辐射干扰。4) 采用性能优良的开关电源。5) 严格筛选所采用的设备。6) 良好的自诊断功能。一旦电源或其他软硬件出现异常，CPU会立即采取有效措施防止故障扩大。7）大型PLC还可以采用双CPU组成的冗余系统或三个CPU组成的表决系统，进一步提高可靠性。(2) 丰富的I/O接口模块PLC用于不同的工业现场信号，例如：AC或DC；开关或模拟；电压或电流；脉搏或电位；强或弱电流等。对应的I/O模块直接与工

43、业领域的设备或设备相连，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器和发射器；电磁线圈；此外，为了提高操作性能，还具有多种人机对话接口模块；为了形成工业局域网，它还具有用于通信组网的各种接口模块等。(3) 采用模块化结构为满足各种工业控制的需要，除了小型PLC的单元式外，大部分PLC都采用模块化结构。 PLC的各组成部分，包括CPU、电源、I/O等，均采用模块化设计。每个模块通过机架和电缆连接。系统的规模和功能可以根据用户的需要进行组合。(4) 编程简单易学PLC编程大多采用类似于继电器控制电路的梯形图形式。对于用户来说，不需要具备专门的计算机知识，一般工程技术人员都容易理解和掌握。(5) 安装简单，

44、维护方便PLC不需要专门的机房，可以直接运行在各种工业环境中。使用时，只需将现场各种设备与PLC的相应I/O端子连接，即可投入运行。各模块上设有运行和故障指示装置，方便用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，一旦某个模块出现故障，用户可以通过更换模块快速恢复系统。4.2 X62W铣床PLC控制系统分析根据实际情况，在铣床电气改造过程中，保持原有机械运行不变，将原有继电器控制电路改为PLC控制系统。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/输出信号均为开关量控制量。一般继电器输出PLC可以满足控制要求，而且由于X62W铣床不是大型机床，输入

45、信号传输距离不大，控制电路比较集中，所以没必要用一个单独的控制柜来安装电气元件。为了提高整个系统的可靠性和安全性，考虑到系统的成本，对电机的正反转和冷却泵的电机的控制将不采用PLC控制。4.3 PLC的选型与验证X62W铣床电路中有28个输入/输出和控制信号。其中，输入信号有18个，输出信号有10个。实际使用中，系统的输入为开关量控制量，加上10%15%的余量。不需要其他特殊的控制模块。因此选用日本三菱公司的FX2N-48MR-001 PLC。交流电源，24V直流输入，继电器输出。输入点数为24点，输出点数为24点。FX2N是FX系列中功能最强大、速度最快的微型可编程逻辑控制器。执行基本指令时

46、，每条指令最长0.08 s，用户内存容量可扩展至16K步，I/O点数最多可扩展至256点。高速计数、A/D、D/A等）。有多种RS-232/RS-422/RS-485串行通讯模块或功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制和网络通讯功能。可满足机床10点输出和18点输入的要求。 PLC的电源由隔离变压器提供，可减少电网波动或噪声对PLC的干扰。4.4 PLC I/O 口分配表 4-1 I/O 分配表输入元素输入继电器影响输出元件输出继电器影响SB1、SB2X0主轴启动按钮公里1Y0主轴启动SB3、SB4X1快速点动按钮公里2Y1快速进给SB5、SB6X2主轴停止按钮公里3Y2前馈SQ1X3主轴换档

47、开关公里4Y3进料反转SQ2X4进给速度开关YC1Y4主轴制动器SQ3X5下送料开关YC2Y5正常进料SQ4X6回送开关YC3Y6快速进给SQ5X7左进纸开关HL1Y7主轴作业指导SQ6X10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圆桌开关HL4Y12快速进给指示FR1X13主轴过载保护FR2X14冷却过载保护FR3X15进料过载保护4.5 系统控制安装设计图 4-1 是 X62W 的主电路图。在X62W万能铣床的PLC控制接线图中，需要注意的是输入常闭触点的处理如图4-2，即常闭按钮改为常开按钮，热继电器保持不变。图4-1 X62W万能铣

48、床PLC控制接线图图4-2 X62W万能铣床PLC控制接线图5 X62W万能铣床电气控制电路PLC的软件改造5.1 梯形图控制分析X62W万能铣床PLC控制梯形图中，如图5-1所示，循环0控制主轴启动，循环9控制快速进给点动，循环16控制工作台纵向、横向移动，垂直和变速分别匹配圆周运动。圆盘移动，回路41控制主轴制动，回路46控制正常进给，回路48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) 主轴电机启动启动前先打开电源开关QS1，然后将主轴开关SA3拨到需要的旋转方向，然后按下启动按钮SB1（或SB2），X0闭合，Y0通电，KM1工作，主轴电

49、机运行。2）主轴电机驻车制动按下主轴停止按钮SB5（或SB6），此时X2常闭断开，Y0失电，KM1断开，主轴电机失电惯性运动，此时X2常开常闭， Y4通电，电磁离合器YC1工作。主轴被制动。主轴停止后，松开SB5（或SB6 ） 。3) 主轴更换和铣刀控制SA1为主轴铣刀更换开关。当需要换刀时，将SA1转到“换刀”位置。此时X11常闭断开，使Y0失电，KM1断开，主轴电机失电进行惯性运动，然后X11常开常闭，Y4得电，电磁离合器YC1通电工作，制动主轴，使基层无法运行，确保人身安全。4）主轴变速脉冲控制主轴变速的脉冲控制是利用变速手柄和脉冲行程开关SQ1通过机械联动机构进行控制。变速时，拉动摇杆

50、使SQ1动作，则X3常闭断开（断开自锁电路），X3常开常闭，使Y0得电，KM1工作，主轴电机实现点动控制。转换开关 SA2 控制圆桌会议。当不需要圆桌时，将转换开关SA2拉到“关闭”位置。此时X12常闭常闭，常开断开；当需要圆桌时，将转换开关SA2拉到“on”位置，此时X12为常闭，常开为闭合。5.1.2 进给控制电路分析1）工作台左（右）控制主轴电机启动后，向左（右）转动操纵杆，其联动机构按下位置开关SQ5（SQ6 ）使X7（X10）常闭断开（联锁保护），X7（X10）常开断开合上，Y2（Y3）得电，KM2（KM3 ）工作，进给电机实现正（反转）转动，通过相应的传动装置将工作台左右拖动。2）

51、桌下，前（上，后）控制主轴电机启动后，必须向下、向前（上、后）移动操纵杆，其联动机构按下位置开关SQ3（SQ4 ） ，使X5（X6）常闭断开（联锁保护）， X5（X6）常开常闭，Y2（Y3）得电，KM2（KM3）工作，送料电机实现正（反转）转动，通过相应的传动机构将工作台向下、向前（向上、向后）拖动设备。3) 进给变速传动控制与主轴变速原理相同，只需向外拉变速板即可松开进给齿轮。转动变速板选择速度后，将变速板向内推。前进时，挡块按下位置开关SQ2。 ，使X4常闭（断开自锁电路），X4常开常闭，Y1得电，KM2工作，进给电机实现点动控制。4) 工作台快速移动控制按下快进按钮SB3（或SB4 ）

52、，X1接通，Y1得电，KM2动作，其常开触点一个接进给控制电路，另一个接快进电磁离合器YC3，即常闭触点切断正常进给电磁离合器YC2，使工作台实现快速进给。松开SB3（或SB4 ） ，X1断开，Y1断电，此时YC3断电，YC2通电，工作台快速运动停止，仍按原方向进行正常进给运动.5）圆桌的控制当需要加工螺旋槽时，应将工件安装在圆工作台上，并调整好铣刀与工件之间的位置。主轴电机断电后，启动SA2应转至“on”位置，X12常闭断开（联锁保护），X12常开常闭，Y1得电，KM2工作，进给电机通过相应的传输设备拖动圆桌开始工作。值得注意的是，圆台运行时，既不需要调速，也不需要反转。5.2 PLC控制指

53、令语句表表 5-1 X62W 万能铣床 PLC 控制指令语句表0LDX00026宝珠1或者X00327ANB2或者Y00028ANIX0153ANIX00229ANIY0034ANIX01130出去Y0025ANIX01331MPP6ANIX01432和X0127出去Y00033LDX0068出去Y00734低密度脂蛋白X0049LDX00135和X01010ANIX00236宝珠11ANIX00337ANBX01512ANIX01338ANIY00213ANIX01439ANIY00214出去Y00140出去Y00315出去Y01241LDX00216LDY00042或者X01117MPS4

54、3出去Y00418LDX01244出去Y01019LDX00545低密度脂蛋白Y00120低密度脂蛋白X00446出去Y005二十一和X00747出去Y011二十二宝珠48LDY00123ANB49出去Y00624低密度脂蛋白X01250结尾25ANIX0046 X62W万能铣床PLC改造试验实验6.1 PLC仿真实验连接输入输出点，安装在PLC测试台上，输入正确的程序。观察对应的功能指示灯是否正确显示，表示对应的功能是否可用。以检测PLC接线方式及相应程序是否正确。结论：实验功能良好。6.2 改进型X62W万能铣床空载实验接好线后，打开电源开关，进入相应程序。首先启动主轴电机，空载制动，驱动

55、主轴变速。然后进行机床进给运动实验，测试工作台六个方向的进给运动、变速冲量和工作台的快速运动。然后进行圆形工作台的空载实验，冷却泵电机的空载和工作点灯实验。最后进行了空载电路的连锁及保护实验。结论：主轴制动良好，各方向进给运动准确。圆形工作台工作正常，联锁功能良好，冷却泵和照明系统正常启动。 PLC 状况良好。6.3 改进型X62W万能铣床负载实验定位座的铣削加工在改进后的机床上进行。实验表明，该机床工作状态良好，进给空载准确，加工精度高，加工效率高。机床改造的成功，不仅节约了资源，而且提高了效率。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区别主要在以下几个方面：1）从控制方式上看，电气控制系统的控制逻辑采用硬件接线，利用继电器的机械触点串联或并联构成控制逻辑。更改或添加功能更加困难。此外，继电器的触点数量有限，因此电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。 PL