XA6132铣床的PLC改造.docx

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XA6132铣床的PLC改造

任务书

一绪论

引言…………………………………………………………4

设计的目的和意义…………………………………………4

二XA6132全能铣床的结构、运动形式及电气操纵系统……5

XA6132全能铣床简介………………………………………5

XA6132全能铣床要紧运动方式简介…………………………6

XA6132全能铣床的电气操纵系统……………………………7

三PLC的介绍……………………………………………………15

PLC的进展进程简介…………………………………………15

PLC的系统组成………………………………………………16

PLC的等效电路和工作原理…………………………………17

目前的进展形势…………………………………………20

PLC特点与应用………………………………………………20

四XA6132全能铣床电气PLC改造设计…………………………25

改造原那么……………………………………………………25

改造方式……………………………………………………25

PLC方案的选择………………………………………………26

硬件电路设计………………………………………………26

PLC的操纵软件设计………………………………………28

输入/输出点的PLCI/O地址分派…………………………31

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

㈠设计题目:

XA6132型铣床电气操纵的PLC改造

㈡设计的目的:

1把握XA6132型的电气操纵功能。

2把握用PLC改造电气设备的方式选择。

3把握电器操纵元件的选择与计算方式。

㈢设计要求:

结合有关教材选择适合的用PLC的改造电气操纵

1原有的动作顺序及功能不变。

②各类连锁关系不变。

③增加有工作状态指示

㈣设计任务:

1．选择适合的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操纵的XA6132型铣床工作原理。

5．编写30000字左右的设计说明书。

一、绪论

引言

传统的机床操纵系统都是采纳继电器、接触器等硬件逻辑操纵电路,不但接线复杂,而且常常显现故障,靠得住性较差。

与之相较,PLC具有靠得住性高、柔性好、编程灵活、开发周期短和故障自诊断等特点,专门适合应用于机床的操纵系统的开发和应用。

通过利用PLC设计机床操纵系统,能够减少强电元器件数量,提高电气操纵系统的稳固性和靠得住性,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操纵系统及加工机床都采纳PLC代替继电器操纵。

设计的目的和意义

随着微处置器、运算机和数字通信技术的飞速进展，运算机操纵已经扩展到了几乎所有的工业领域。

当前用于工业操纵的运算性能够分为几类。

例如可编程序操纵器、基于PC总线的工业操纵运算机、单片机的测控装置、用于模拟量闭环操纵的可编程调剂器、集散操纵系统（DCS）和现场总线操纵系统（FCS）等。

为了知足此刻社会制造业对社会市场紧迫需求的反映，既要求生产出小批量、多品种、多规格、低本钱和高质量的产品；而可编程序操纵器PLC正是顺应这一要求显现的，它是以微处置器为基础的通用工业操纵装置。

PLC（ProgrammableLogicController）是20世纪60年代末在美国第一显现的,其硬件结构大体上与微型运算机相同。

是一种专用于工业操纵的运算机。

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；利用了可编程序存储器以贮存指令,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,操纵各类机械或生产进程。

近几年来PLC把自动化技术，既运算机技术和通信技术融为一体，表现了可编程序操纵器的应用处合是很普遍的。

因此采纳可编程序操纵器（PLC）对铣床传统的继电器-接触器电气操纵系统进行改造,不但给出了铣床PLC电气操纵系统的设计梯形图、I/O表的输入输出接线图。

PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一确实是靠得住性高，抗干扰能力强。

PLC的应用不但大大地提高了铣床电气操纵系统的靠得住性和抗干扰能力,而且大大地简化和减少了维修保护的工作量。

ＰＬＣ以其靠得住性高、抗干扰能力强、编程简单、利用方便、操纵程序可变、体积小、质量轻、功能强和价钱低廉等特点,在机械制造、冶金等领域取得了普遍的应用。

用ＰＬＣ操纵系统替代XA6132铣床复杂线路中的继电器、接触器等系统,是尔后操纵系统进展的趋势。

XA6132铣床是一种通用的多用途机床，它能够进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，它采纳继电接触器电路实现电气操纵。

假设将XA6132铣床电气操纵线路改造为可编程操纵器操纵，能够提高整个电气操纵系统的工作性能，减少保护、维修的工作量,使XA6132型铣床在电气功能上加倍完善,使机床的操作更为方便与平安。

专业技术的理论和技术有着专门大的研究意义。

对XA6132型铣床的电气操纵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铣床的电气操纵系统,还存在操纵线路上一些复杂性、故障率高、保护工作量大、靠得住性差、灵活性差等缺点;给生产与保护带来诸多不便，严峻地阻碍生产。

采纳可编程序操纵器（PLC）对XA6132铣床传统的电气操纵系统进行改造,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铣床操纵改造的设计梯形图,提高了XA6132铣床电气操纵系统的靠得住性和抗干扰能力；但是PLC对XA6132铣床的继电器接触式操纵系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地知足了实际生产的需要,提高了经济效益。

二、XA6132全能铣床的结构、运动形式及电气操纵系统。

、铣床简介：

铣床是一种高效率的加工机械，在一样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。

装上分度头还能够铣切直齿齿轮和螺旋面，若是装上圆工作台还能够铣切凸轮和弧形槽。

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、龙门铣床和各类专用铣床等。

XA6132是在X62W型全能铣床的基础上增设电磁铁聚散器抱闸制动，其他机械结构相同及电气操纵电路大体相同。

XA6132型卧式全能铣床是应用最普遍的铣床之一，下面以它为例进行分析。

XA6132全能铣床的组成：

床身、悬梁、刀杆支架、起落台。

（XA6132全能铣床结构图）

、XA6132全能铣床的要紧运动方式简介：

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，主轴采纳电磁聚散器制动。

为了主轴和进给机械变速后的齿轮啮合，采纳瞬时变进冲动。

起落式工作台进给运动（进给电动机驱动）：

工作台带工件作快进、工进运动。

起落台的组成：

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，只许诺存在一种运动形式的一个方向运动。

为了幸免打刀（平安），要求有先做主轴旋转，然后工件进给的顺序操纵。

、XA6132全能铣床的电气操纵系统

全能铣床操纵线路分析

XA6132卧式全能铣床操纵线路可分为主电路、操纵电路、直流电路、照明电路等部份。

一、主电路

①中间继电器KA3操纵冷却泵电动机M1。

②KM一、KM2操纵主轴电动机M2正、反转。

③KM3、KM4操纵进给电动机M3正、反转。

其他，还有短路、过载爱惜器件。

主轴及冷却泵电动机操纵

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）。

①起停：

SB一、SB2及SB3、SB4和KA1用以实现主轴电动机M2的两地起停操纵，两套起停操纵按钮别离装在铣床正面和侧面操作板上。

停车时SB一、SB2的常开触点闭合，使主轴制动电磁聚散器的电磁铁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，现在进给电动机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。

②上刀制动：

转换开关SA2常开触点闭合，电磁聚散器电磁铁YB线圈通电，实现上刀制动。

③主轴变速冲动：

主轴电动机（M2）在转动进程中，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进程中，压下SQ五、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SA1→中间继电器KA3线圈通电→冷却泵电动机M1转动。

工作台进给操纵

①传动方式及操纵特点

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）、起落（上、下）。

操纵方式：

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操纵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。

每一个时刻只许诺有一个运动方向。

②矩形工作台的纵向进给

（3）主轴与进给顺序操纵

和KA2常开触点并联KA1常开触点作顺序操纵，KA2用做工作台快进操纵。

（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。

操纵电路分析：

手柄向右压下SQ1→电流过SQ六、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。

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。

操纵电流的必经途径SQ3、SQ4、SA3的常闭触点，知足了互锁要求。

工作台移动到终点，终点档铁撞击手柄的凸起部份可使其返回中间位置，实现终点停车。

矩形工作台的起落和横向运动

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。

电气操纵：

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，操纵电流经SA3、SQ一、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右运动。

压下SQ4时，操纵电流经SA3、SQ一、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、SQ一、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，不然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。

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

操纵）→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SB6→YC1线圈通电、YC2线圈断电，工作台改良为工进。

⑤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SQ六、SQ4、SQ3、SQ一、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：

SQ1~SQ4常闭触点闭合的条件是纵向和十字手柄均在0位。

⑥工作台的变速冲动

变速手轮在复位的进程中，瞬时压动位置开关SQ6→使KM3线圈瞬时通电（其电流通过SA3，SQ1~SQ4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）。

、XA6132全能铣床电气原理图。

三、PLC的介绍

、PLC的进展进程简介：

PLC是可编程操纵器（ＰrogrammableLogicController）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进展的需要，提出需要如此一种操纵设备，即

（１）它的继电操纵系统设计周期短，加倍容易，接线简单，本钱低。

（２）它能把运算机的许多功能和继电操纵系统结合起来，但编程又比运算机简单易学，操作方便。

（３）系统通用性强。

1969年美国DEC公司研制出第一台可编程操纵器，实现了上述的操纵功能，但事实上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑操纵器”，简称为PLC。

20世纪80年代，由于运算机和微电子技术的迅猛进展，使得PLC功能日趋增强，可进行模拟量操纵、位置操纵和PID操纵等。

因此此刻的PLC的功能已远远超出逻辑操纵的功能，故称为“可编程操纵器”，简称PC，但为了不和个人运算机混淆，故仍适应用PLC作为可编程操纵器的缩写。

目前PLC已普遍应用于各工业领域，成为现代化操纵的三大支柱（即PLC、机械人和运算机辅助设计/制造）之一。

、PLC的系统组成

PLC事实上是一种工业操纵运算机。

它的硬件结构与一样微机相似，要紧由主机、I/O扩展机、外围设备三部份组成，如图9-1所示。

图9-1PLC的组成框图

（1）．主机

主机由CPU（微处置器）、存储器、输入／输出单元、电源等部份组成。

CPU是PLC的核心，其作用类似于人的大脑。

它能够识别用户按特定格式输入的指令，并依照指令完成预定的操纵任务。

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。

系统程序存储器要紧用于寄存系统正常工作所必需的程序，如系统诊断程序、键盘输入处置程序、指令说明程序、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。

用户程序存储器要紧寄存用户程序（用户利用PLC的编程语言按不同操纵要求所编制的操纵程序或数据，这相当于设计继电器操纵系统硬接线的操纵电路图），可通过编程器进行修改。

输入输出（I／O）单元是PLC与输入操纵信号和被操纵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操纵信号，并将这些信号转换成CPU能接收和处置的数字信号。

输出单元接收通过CPU处置过的输出数字信号，并把它转换成被操纵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，适合工业现场利用，供电稳固、平安靠得住。

电源组件内还装有备用锂电池，以保证在断电时保留必要的信息。

PLC还有各类接口，PLC通过这些接口可与监视器、打印机、其它的PLC或运算机等相连。

（2）．I/O扩展机

每种PLC都有与主机相配的扩展模块，用来扩展输入、输出点数，以便依照操纵要求灵活组合系统。

PLC扩展模块内不设CPU，仅对I/O通道进行扩展，不能离开主机独立实现系统的操纵要求。

（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，要紧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过屏幕对话，但价钱较贵。

此刻也可在个人运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运算机作为编程器利用，而且还能够在运算机上实现模拟调试。

PLC与打印机相连可将进程信息，系统参数等输出打印。

当与监视器相连时可将操纵进程图象显示出来。

当PLC与PLC相连时，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模操纵。

当PLC与运算机相连时，可组成多级操纵系统，实现操纵与治理相结合的综合系统。

、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份：

输入部份、内部操纵电路和输出部份，如图9-2所示，图中“

”为PLC内部用程序实现的软继电器的线圈，“

”为常开触点，“

”为常闭触点。

图9-2PLC的等效电路

①输入部份——这部份的作用是搜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，可提供无穷多对常开、常闭的软触点供内部利用。

②内部操纵电路——由用户依照操纵要求编制的程序所组成，其作用是按用户程序的操纵要求对输入信号进行运算处置，判定哪些信号需要输出，并将取得的结果输出给负载。

PLC内部有许多类型的器件，如按时器（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，完成被控设备的操纵要求。

③输出部份——这部份的作用是驱动外部负载，因此输出端子是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之外，还能够提供无数对常开、常闭触点供内部利用。

（2）．PLC的周期工作方式

图9-3PLC的周期工作方式

PLC是通过一种周期工作方式来完成操纵的，每一个周期包括输入采样、程序执行和输出刷新三个时期，如图9-3所示。

①输入采样时期——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放器中存储，这一进程称为采样。

在本工作周期内采样结果可不能改变，而且将在PLC执行程序时被利用。

②程序执行时期——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，并别离从输入映像寄放器和元件映像寄放器中取得所需的数据进行运算、处置，再将程序执行的结果写入元件映像寄放器中保留。

但那个结果在全数程序未执行完毕之前可不能送到输出端口上。

③输出刷新时期——在所有效户程序执行完毕后，PLC将元件映像寄放器中的内容送入输出锁存器中，通过必然的方式输出，驱动外部负载。

PLC重复执行输入采样、程序执行、输出刷新三个时期，每重复一次的时刻称为一个扫描周期。

PLC的一个扫描周期一样为40～100ms之间。

、PLC目前的进展形势

21世纪，PLC会有更大的进展。

从技术上看，运算机技术的新功效会更多地应用于可编程操纵器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种显现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向进展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰硕、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类工业操纵场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情形会随着国际竞争的加重而打破，会显现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会显现国际通用的编程语言；从网络的进展情形来看，可编程操纵器和其它工业操纵运算机组网组成大型的操纵系统是可编程操纵器技术的进展方向。

目前的运算机集散操纵系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程操纵器应用。

伴随着运算机网络的进展，可编程操纵器作为自动化操纵网络和国际通用网络的重要组成部份，将在工业及工业之外的众多领域发挥愈来愈大的作用。

我国可编程操纵器的引进、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利用了可编程操纵器。

接下来在各类企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。

目前，我国自己已能够生产中小型可编程操纵器。

上海东屋电气生产的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、苏州电子运算机厂生产的YZ系列等多种产品已具有了必然的规模并在工业产品中取得了应用。

另外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合伙企业也是我国比较闻名的PLC生产厂家。

能够预期，随着我国现代化进程的深切，PLC在我国将有更广漠的应用天地。

PLC特点与应用：

1

PLC的特点：

为适应工业环境利用，与一样操纵装置相较较，PLC机有以下特点：

1）靠得住性高，抗干扰能力强。

工业生产对操纵设备的靠得住性要求：

①平均故障距离时刻长

②故障修复时刻（平均修复时刻）短

任何电子设备产生的故障，一样为两种：

①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、振动等引发的故障。

这种故障，只要不引发系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。

但对PLC而言，受外界阻碍后，内部存储的信息可能被破坏。

    ②永久性故障。

由于元器件不可恢复的破坏而引发的故障。

若是能限制偶发性故障的发生条件，若是能使PLC在恶劣环境中不受阻碍或能把阻碍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，如此就能够提高平均故障距离时刻；若是能在PLC上增加一些诊断方法和适当的爱惜手腕，在永久性故障显现时，能专门快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能够降低PLC的平均修复时刻。

为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种方法，使PLC除本身具有较强的自诊断能力，能及时给出犯错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。

2）硬件方法：

要紧模块均采纳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爱惜和信号调理电路。

①   屏蔽——对电源变压器、CPU、编程器等要紧部件，采纳导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

②   滤波——对供电系统及输入线路采纳多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以排除或抑制高频干扰，也减弱了各类模块之间的彼此阻碍。

③   电源调整与爱惜——对微处置器那个核心部件所需的+5V电源，采纳多级滤波，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、欠电压的阻碍。

④   隔离——在微处置器与I/O电路之间，采纳光电隔离方法，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。

⑤   采纳模块式结构——这种结构有助于在故障情形下短时修复。

一旦查出某一模块显现故障，能迅速改换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加速查找故障缘故。

3）软件方法：

   1）有极强的自检及爱惜功能。

①故障检测——软件按期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压太低及强干扰信号等。

以便及时进行处置。

②信息爱惜与恢复——当偶发性故障条件显现时，不破坏PLC内部的信息。

一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原先的程序工作。

因此，PLC在检测到