X52K型立式升降铣床的PLC改造设计.docx
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X52K型立式升降铣床的PLC改造设计
专业综合设计与实践
2013/2014第2学期
专业电气工程及其自动化
班级
学号
姓名
专业综合设计与实践任务书
二级学院（直属学部）:
电子信息与电气工程学院专业:
电气工程及其自动化班级:
所属组号
指导教师
职称
课题名称：
X52K型立式升降铣床的PLC改造设计
课
题
工
作
内
容
本次课题是对X52K型立式升降铣床的PLC改造。
该改造实现了自动化控制,从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。
工作的基本要求：
1.改造后的X52K型立式升降铣床应能正确执行操作步骤进行工件加工。
2．根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
3.原铣床的工艺加工方法不变。
4.通过改造进一步熟悉和掌握各种铣床的改造工艺和改造过程及改造的注意事项。
指
标
要
求
①改造后的铣床维修简单，维修时间短。
②改造后运行平稳，噪音小，变速范围广、提高了产品精度和生产效率。
③改造后的铣床要可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能量力强，运行稳定等。
④改造后应使电路结构简单更能满足加工需要，改造后应能使PLC技术和变频技术得到充分的利用和发挥。
⑤根据控制要求，完成梯形图、指令表的程序设计与调试。
进
程
安
排
1、第一周周一：
指导教师下达任务
2、第一周周二：
查阅资料，确定最终课题，写好任务书
3、第一周周三：
将任务书交给指导老师，由指导老师确定课题可行性
4、第一周周四：
熟悉机械设备的工作原理和工作流程，确定改造方案
5、第一周周五~第二周周一：
进行改造设计
6、第二周周二：
进行仿真调试
7、第二周周三~周四：
整理资料，撰写报告
8、第二周周五：
答辩，上交报告和电子档
主
要
参
考
文
献
[1]郁汉琪《电气控制与可编程控制器应用技术》[M]南京:
东南大学出版社，2004
[2]张培志《电器控制与可编程序控制器》[M]北京：
化学工业出版社，2007.9
[3]秦长海、董昭《可编程序控制器原理与应用技术》[M]北京：
北京邮电大学出版社，2009.6
[4]张万忠《可编程控制器应用技术》[M]北京：
化学工业出版社 ，2002
[5]北京昆仑通态公司编.《mcgsTpc初级教程》.2009.2
[6]北京昆仑通态公司编.《mcgsTpc中级教程》.2009.2
地点
起止日期
2014.2.2—2014.3.7
指导教师：
2014年2月24日
摘要
继电器接触器控制在工业控制领域中曾占有主导地位，该系统采用固定接线的硬件实现逻辑控制。
如生产任务或工艺发生变化，需改变硬件结构，从而造成时间和资金的浪费。
PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其控制功能是通过软件编程来实现的。
当生产工艺和任务发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序，因而该控制系统更具灵活性。
且PLC控制系统体积小、可靠性高、更易于维护。
通过对X52K型立式升降台铣床进行改造,并用MCGS软件仿真，实现了自动化控制,从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。
关键词：
PLC；电气控制系统；X52K；立式升降台铣床：
MCGS
目录
1改造原因4
2工作原理分析4
2.1主电路控制电路分析：
5
2.2控制电路分析6
2.2.1主轴电动机M1的控制：
6
2.2.2工作台进给电动机M3的控制7
2.2.3冷却泵电动机M2的控制7
3PLC设计方案的确定7
3.1PLC的选择7
3.2元器件选择：
7
4输入输出地址分配8
4.1输入地址分配8
4.2输出地址分配8
5、PLC接线图9
6、梯形图9
6.2流程图10
7、调试及存在问题11
8、小结12
9、参考文献12
10、附录13
附录1电气原理图13
附录2硬件接线图13
附录3主电路14
1改造原因
传统X52K立式铣床由于采用的是继电器控制，继电器控制存在许多缺点，如电路接线复杂，触点多，噪声大，可靠性差，故障诊断与排除等。
绝大多数控制继电器的触点容易产生电弧，甚至会在融在一起产生误操作，引起严重后果。
而且继电器控制系统必须是手工接线，安装，如果有简单改动，也需要花费大量的时间及人力和物力去改制，安装和调试。
若用PLC控制就避免了这些问题，通过以PLC为控制核心，采用，传感器等技术对X52K机床控制部分进行电气改造。
因为PLC的优点有：
（1）PLC系统的维修简单，维修时间短。
PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。
（2）PLC有较高的易操作性。
它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生误操作。
（3）PLL是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言。
编程出错率很低。
（4）对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
程序的输入可直接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序的寻找，然后进行更改。
（5）PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程简单。
以上特点使用PLC控制系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能量力强，运行稳定等诸多优点。
2工作原理分析
按钮SB1或者SB2可以两地操作启动主轴电动机M1.按下按钮SB1或者SB2，接触器KM2吸合并自锁，M1启动，方向由SA5选定。
同时接触器KM2的常开触头闭合，接通工作台控制电路。
按下按钮SB3或者SB4，接触器KM2释放，KM1吸合，单相桥式整流器VC供给直流电，M1进行能耗制动。
松开按钮SB3或SB4时，接触其KM1释放，主轴电动机M1的制动结束，M1停止转动。
变速时，接通行程开关SQ5，使主轴电动机冲动。
主电路、控制电路分析如下：
2.1主电路控制电路分析：
X52K立式铣床电气原理图主电路部分如图所示：
图1X52K立式铣床电气原理图主电路
主电路分析：
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；SA5刀开关实现主电动机正反转的开关。
M3是进给电动机，拖动工作台进行前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，六个方向的进给运动同时只有一种运动产生。
用机械操纵手柄和行程相配合的办法来实现六个方向进给运动的互锁，起正反转有接触器KM5、KM4实现M2是冷却泵电动机，供应冷却液。
与主轴电动机M1之间实现顺序控制即M1启动后，M2才能启动。
熔断器FU1作为3台电动机的短路保护，熔断器FU2作为进给电动机M3的短路保护，3台电动机的过载保护由热继电器FR1、FR2、FR3实现。
2.2控制电路分析
图2X52K立式铣床电气原理图控制电路
主电路有三台电动机，M1为主轴电动机，M2为冷却泵电动机，M3为工作台进给电动机。
转换开关控制M1的正反转，由桥式整流器VC供给直流能耗制动，由接触器KM4和KM5控制M3的正反转，由机械传到得到前后，上下，左右六个反向的运动。
控制电路分为如下几个部分，主要如下：
2.2.1主轴电动机M1的控制：
按钮SB1或者SB2可以两地操作启动主轴电动机M1.按下按钮SB1或者SB2，接触器KM2吸合并自锁，M1启动，方向由SA5选定。
同时接触器KM２的常开触头闭合，接通工作台控制电路。
按下按钮SB3或者SB4，接触器KM２释放，KM１吸合，单相桥式整流器ＶＣ供给直流电，M1进行能耗制动。
松开按钮SB3或SB4时，接触其KM1释放，主轴电动机M1的制动结束，M1停止转动。
变速时，接通行程开关SQ5，使主轴电动机冲动。
2.2.2工作台进给电动机M3的控制
加工过程中，接触器KM4吸合，工作台进给电动机M3正方向运转，工作台可向右，前，下进给。
接触器ＫＭ５吸合时，M3反向运转，工作台可向左，后，上进给。
接触器KM3和电磁铁YA吸合时，工作台作快速移动由ＳＢ５和ＳＢ６操纵。
工作台纵向进给由操纵手柄压合行程开关ＳＱ３和ＳＱ４获得。
2.2.3冷却泵电动机M2的控制
接通转换开关SA3，接触器KM2吸合时，主轴电动机M1和冷却泵电动机M2同时起转，M2通过冷却泵和管道供给切削时的冷却液，进行加工冷却。
3PLC设计方案的确定
计方案为
（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元件（包括按钮、行程开关、接触器、中间继电器，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）主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变。
（5）原铣床的工艺加工方法不变。
（6）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
3.1PLC的选择
选择FX0s-30MR-001，AC电源100－240Ｖ，输入点16，输出点14.FX0s
容量为800步，基本指令有20条，步进指令2条，功能指令35种和50条。
FX0s编程元件包括500多点辅助继电器，64点状态寄存器，56点定时器和一个模拟定时器，有16个16位的计数器及4点1相7kHz或1点2相32位高速加/减计数器，61点16位数据寄存器，还有64点转移用跳步指针及4点中断指针。
3.2元器件选择：
表1各元器件选择
按钮
LA19型按钮
主轴电路熔断器
RL1-100/100熔断器
控制电路熔断器
RL1-15/2熔断器
按钮开关
LA4-3H开关
转换开关
HZ10-100/3型转换开关
中间继电器
JZ7-44继电器
热继电器
JR36-20型热继电器
交流接触器
CJ10-10型交流热继电器
4输入输出地址分配
4.1输入地址分配
表2 PLC输入地址分配
序号
输入器件
输入地址
1
SB1，SB2主轴启动按钮
X0
2
SB3，SB4主轴停止按钮
X1
3
SB5，SB6工作台快速移动按钮
X2
4
SQ1工作台向左快速移动按钮
X3
5
SQ2工作台向右快速移动按钮
X4
6
SQ3工作台向前，下快速移动按钮
X5
7
SQ4工作台向后，上快速移动按钮
X6
8
SQ5主轴变速冲动行程开关
X7
9
SQ6进给变速冲动行程开关
X10
10
SA1圆工作台转换开关
X11
11
SA1六个方向进给转换开关
X12
12
主轴、冷却泵电动机热继电器
X13
13
进给电机热继电器
X14
4.2输出地址分配
表3 输出地址分配
序号
输出期间
输出地址
1
KM1主轴电动机制动接触器
Y0
2
KM2主轴电动机启动接触器
Y1
3
KM3快速进给接触器
Y2
4
KM4进给电动机反转接触器
Y3
5
KM5进给电动机正转接触器
Y4
5、PLC接线图
图3PLC接线图
6、梯形图
梯形图语言因为程序直观，简单，方便用户调试，根据X52K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4所示，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。
按钮SB1或者SB2可以两地操作启动主轴电动机M1.按下按钮SB1或者SB2，接触器KM2吸合并自锁，M1启动，方向由SA5选定。
同时接触器KM2的常开触头闭合，接通工作台控制电路。
按下按钮SB3或者SB4，接触器KM2释放，KM1吸合，单相桥式整流器VC供给直流电，M1进行能耗制动。
松开按钮SB3或SB4时，接触其KM1释放，主轴电动机M1的制动结束，M1停止转动。
接通转换开关SA3，接触器KM2吸合时，主轴电动机M1和冷却泵电动机M2同时起转，M2通过冷却泵和管道供给切削时的冷却液，进行加工冷却。
加工过程中，接触器KM4吸合，工作台进给电动机M3正方向运转，工作台可向右，前，下进给。
接触器KM5吸合时，M3反向运转，工作台可向左，后，上进给。
接触器KM3和电磁铁YA吸合时，工作台作快速移动由SB5和SB6操纵。
工作台纵向进给由操纵手柄压合行程开关SQ3和SQ4获得。
图4梯形图
6.2流程图
图5程序控制流程图
7、调试及存在问题
系统调试分几种情况：
1）程序调试：
按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。
2）硬件调试：
接通电源，检查可编程序控制器能否正常工作，接头是否接触良好。
3）运行调试：
在硬件调试和软件调试正确的基础上，使PLC进入运行状态，观察运行情况，看是否能够实现启动，快速移动，正转，反转，进给，停止的控制。
根据以上调试情况，此电机控制系统设计符合控制要求。
通过调试找出问题的所在，相应的修改程序。
在编程过程中难免会有不足之处，因此通过调试，再修改程序可以更好实现相应的功能。
8、小结
这两周的课程设计让我获益匪浅。
刚拿到课程设计题目的时候，我看到那密密麻麻的控制电路我顿感无从下手，觉得自己的设计题目对自己是一个极大的挑战。
但我没有被题目吓住，而是静下心来去查资料，分析X52K立式铣床的电路图，把电路图中的每一个元件，每一条线路，每一个控制原理都搞懂、搞明白。
在我的不懈努力之后，对X52K立式铣床的控制电路终于有一个明确的认识，对电路的原理也了然于心。
接下来就是要画出I/O分配表与接线图，这部分比较简单，将电气图的元器件与PLC的端口一一对应即可。
其次所要做的就是要把电路图变成PLC程序的梯形图，由于继电器接触器控制电路与PLC控制电路原理不尽相同，刚开始我直接生搬硬套的方法走入了死胡同。
后来，我通过找资料，和同学讨论，向老师请教，终于将最艰难的电动机自锁启动与点动同时控制这一梯形图设计出来。
最后，我将梯形图和语句表放如仿真程序调试成功！
设计在我的不懈努力中终于完成！
通过这次设计，我提高了自己查找资料的能力，提高了自己与同学交流问题，讨论疑难问题的能力，对自己是一次极大的提升！
9、参考文献
[1]郁汉琪《电气控制与可编程控制器应用技术》[M]南京:
东南大学出版社，2004
[2]张培志《电器控制与可编程序控制器》[M]北京：
化学工业出版社，2007.9
[3]秦长海、董昭《可编程序控制器原理与应用技术》[M]北京：
北京邮电大学出版社，2009.6
[4]张万忠《可编程控制器应用技术》[M]北京：
化学工业出版社 ，2002
[5]北京昆仑通态公司编.《mcgsTpc初级教程》.2009.2
[6]北京昆仑通态公司编.《mcgsTpc中级教程》.2009.2
10、附录
附录1电气原理图
附录2硬件接线图
附录3主电路
升级会员 