基于FX2N的X62W铣床的PLC改造设计 电气工程化毕业设计论文

第第页目录TOC\o"1-3"\h\z第一部分设计任务与调研2第二部分设计说明4第三部分设计成果9第四部分结束语 17第五部分致谢18第六部分参考文献…19第一部分设计任务与调研1、毕业设计的主要任务实现基于FX2N的X62W铣床的PLC改造设计。2、设计的思路、步骤、方法。2.1设计的思路充分利用三年所学的知识和实践技能，设计以三菱FX2N系列PLC为核心的X62W铣床的改造设计。制定详细的设计方案和阶段进度计划，了解应用环境和控制要求、完成硬件选型及系统设计、软件设计编制PLC程序，并利用实验室设备进行调试、撰写设计成果报告书。2.2设计的步骤分析机床基本结构、主要功能、控制要求、确定X62W铣床电器元件的选择及元件布局图、PLC的选型、硬件系统和软件程序设计、PLC的I/O分配、绘制PLC的外部接线图和控制系统接线、常见故障及检修排除。2.3设计的方法通过网上文献搜寻、学院图书馆查阅、设备选型、PLC编程及实训室的程序调试、排故实训室常见故障及检修与排除。X62W铣床的实物图，控制原理图，外部接线图，梯形图，这些图片我们更充分的去理解，分析。3、调研的目的和总结通过调研基于FX2N的X62W铣床的PLC改造设计，能让我们知道X62W铣床是一种高效率的加工机械，万能铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型控制。但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，这给生产与维护带来诸多不便。随着工业自动化的发展，生产设备和自动生产线的控制系统必需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控制系统来取代传统的控制系统。继电器接触式控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、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。

第二部分设计说明1、PLC的简介PLC的全称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。2、PLC的结构及各部分的作用可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。PLC的工作原理3.1PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。3.2梯形图编程语言梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。梯形图的设计应注意以下三点：（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。（三）输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。3.3语句表编程语言指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。X62W万能铣床工作原理及继电器接线图4.1工作原理电路中有三台电动机，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。三台电动机共用一组熔断器FU1作短路保护。每台电动机均有热继电器FR作过载保护。其中以主电动机的热继电器FU1和冷却泵电机的热继电器FU2作总的保护，它们的常闭触头串在控制电路的总线上，而进给电动机的热继电器FR3只作进给系统的保护，其常闭触头接在进给控制电路中。因为主电动机要求不频繁的正反转，用组合开关SA5控制倒相。进给电动机的正反转频繁，用接触器KM3和KM4进行倒相。冷却泵在主电动机起动后方可开动，另有手动开关SA1控制。主电机采用两组起动按钮SB3和SB4并联，两组停止按钮SB1和SB2串联.接触器KM1是电动机M1的控制接触器,SQ7是位置开关,用作主轴变速的冲动开关。主轴的起动,按下起动按钮SB3或SB4,接触器KM1通电吸合并自锁,主电动机M1起动.当主电动机起动后,KM1的辅助触头接通控制电路的进给控制部分,才可以开动进给电动机。电机的转速达到一定速度时接通速度继电器，当按下停止按钮SB1或SB2时,接触器KM2得电，主轴电机反转。工作台向右进给,当主轴起动后,工作台控制电源接通.将位置开关SQ1旋转,SQ1-1常开触头闭合,接触器KM3通电吸合,电动机M2正转.当运行到预定位置时,位置开关SQ1复位,电动机M2停止转动。工作台向左进给,将位置开关SQ2旋转,SQ2-1闭合,SQ2-2断开,接触器KM4通电吸合,电动机反转,工作台向左移动。当SA3-1、SA3-3闭合SA3-2断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SA3-1、18、SQ1-1（或11、SA3-3、21、SQ2-2、22、SQ1-2、17、SA3-1、18、SQ3-1）、19、KM4、20，KM3得电M2正转，工作台向下运动。当SA3-1、SA3-3闭合SA3-2断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SA3-1、18、SQ2-1（或11、SA3-3、21、SQ2-2、22、SQ1-2、17、SA3-1、18、SQ4-1）、24、KM3、25，KM4得电M2反转，工作台向上运动。当SA3-2闭合SA3-1、SA3-3断开时，电流通过11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SQ1-2、22、SQ2-2、21、SA3-2、19、KM4、20，KM3得电。当SA3-2闭合，SA3-1、SA3-3断开时，进给电机M2正反转就组成了互锁，SQ1,SQ2，SQ3，SQ4位置开关控制圆盘旋转不同的位置。不论电动机正反转,接触器KM3和KM4的线圈电流都由SQ1-2和SQ3-2接通.若机床正在向左进给机床的联锁问题,当SQ2或SQ4被旋转时,它们的常闭触头SQ2-2或SQ4-2是断开的,所或向右进给时,发生误操作,压着上下前后手柄,则一定使SQ3-2或SQ4-2中的一个断开,使KM3或KM4断电释放,电动机M2停止运转,以确保安全。位置开关SQ6为进给变速冲动开关。冷却和照明控制,冷却泵只有在主电动机起动后才能起动,所以主电路中将M3接在主接触器KM1触头后面,SA1控制冷却泵。照明电路用安全电压36伏用开关SA4控制。图2.1万能铣床电气原理图5、改造方法进行电气控制线路改造时，X62W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，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，用可编程控制器实现，为了保证各种联锁功能，将SQ1～SQ6,SB1～SB6分别接入PLC的输入端，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。输出器件分三个电压等级，一个是接触器使用的110V交流电压，另一个是电磁离合器使用的36V直流电，还有一个是照明使用的24V交流电压，这样也将PLC的输出口分为三组连接点。第三部分设计成果1、PLC硬件设计经过对X62W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FX2N—32MR型PLC。所有的电器元件均可采用改造前的型号。万能铣床各个输入/输出点的PLCI/O地址分配入下表1所示：表1万能铣床PLCI/O地址分配序号,输入器件,输入地址,序号,输出器件,输出地址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,KM3M2正转,Y35,SA1换刀开关,X4,5,KM4M2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,X7,9,SQ2进给冲动,X10,10,SQ3-1、SQ5-1,X11,11,SQ3-2、SQ4-2,X12,12,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,X17万能铣床的I/O接线如图2所示：图3.1万能铣床的I/O接线2、三菱FX2N—32MR型PLC梯形图编程语言根据X62W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3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。图3.2电气控制系统的PLC控制梯形图MCGS组态编辑通过对系统的分析，在本系统中，依靠MCGS系统设计组态画面，实现对系统操作和监控。如图图3.3实时数据库3.1通讯连接既然用MCGS控制此系统，那么怎么才能让其与西门子PLC相互通讯，起到监控的作用?MCGS组态软件在设备窗口中建立系统与外部硬件设备的连接关系，使系统能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。根据此系统的控制要求以及控制方式，可以利用PPI电缆，相互传数据，以便实现监控。在设备窗口中需要设置设备0-[通用串行口父设备]属性和设备1-[西门子S7-200PPI]属性,此时，还需要设置设备内部属性增加相应的PLC通道，和通道读写类型，输入通道多数用到的是内部寄存器，读写类型是只读类型，输出寄存器Q0.0～Q0.6读写类型，Q1.0.和Q1.1只读类型值读取SA313和SA32的开关信号，在实际通讯过程中，在设备属性设置中“串口端口号”设为0-COM1,通讯波特率设为：6-9600，数据位位数：3-8位，数据校验方式：偶校验，一位停止位，数据采集方式：同步采集。设置完后单击“确认”按钮返回。编辑完毕组态画面，在上位机上试验成功，便可以通过上位机的网线接口用一根网线和触摸屏上的网线借口相连接，并且在MCGS嵌入式组态软件菜单栏中“工具”\“下载配置”设置好IP地址，便可以下载到触摸屏中，如图8，然后，用PPI电缆连接触摸屏和PLC，母头连接触摸屏COM5口，公头连接在PLC接口上，即可实现丢掉控制柜面板上的按钮控制，用触摸屏的软按钮控制，画面生动，清晰。采用仿真软件按照以下步骤进行脱机测试。将梯形图写入，点击“工具”里的起动，出现图5-1的界面，右击选择“软元件测试”，出现图3-4的界面。图3.4PLC起动图3.5软元件测试将X0强制ON，则Y1为ON,即按下启动按钮SB1或SB2时，X0常开触点闭合，Y1线圈得电并自锁。仿真结果与预期效果相同，梯形图3-6正确。图3-6梯形图测试一由于线圈Y1得电则M0得电，M0得电后M1得电。仿真结果与预期效果相同，梯形图3-7正确。图3-7梯形图测试二将X11强制为ON，则线圈Y3得电。当按停止按钮SQ3-1或SQ5-1时，X11闭合，Y3线圈得电，接触器KM3得电，电动机正转。当M2得电时即圆工作台工作，接触器KM3得电，电动机也可实现正转。将X11强制为OFF，X13强制为ON，则线圈Y4得电。接触器KM4得电，电动机反转。仿真结果与预期效果相同，梯形图3-8正确。图3-8梯形图测试三4.将X1强制为ON，线圈Y2得电。按下SB3，SB4按钮，Y2得电即接触器KM2得电，Y6得电实现快速进给。仿真结果与预期效果相同，梯形图3-9正确。图3-9梯形图测试四综上所述，该梯形图符合设计要求。结束语万能铣床是一种高效率的加工机械,在机械加工和机械修理中得到广泛的应用，万能铣床的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。但是在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长,给生产与维护带来诸多不便,严重地影响生产。本设计方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造而成,经实际运行证明该PLC控制系统无论是硬件还是软件,控制稳定可靠,具有极高的可靠性与灵活性,更容易维修,更能适应经常变动的工艺条件，取得了较好的经济效益。致谢本次的毕业设计从选题到设计完成，通过上网广泛搜集资料和在图书馆查阅书籍，充分运用自己三年所学的专业知识，根据设计的要求记录相关的资料、数据信息，并在我的指导老师