X62W万能铣床的PLC控制改造Word下载.docx

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5、PLC的分类…………………………………………………………6

第二章、PLC编程语言………………………………………………7

（一）梯形图编程语言………………………………………………7

（二）语句表编程语言………………………………………………7

第三章X62W万能铣床工作原理及继电器接线图………………8

（一）万能铣床的工作原理………………………………………8

第四章第一节X62W万能铣床的ＰＬＣ控制改造……………………11

（一）改造方法…………………………………………………………11

（二）、PLC硬件设计……………………………………………………11

（三）、PLC程序设计……………………………………………………14

1、三菱FX2N—32MR型PLC梯形图编程语言………………………14

（四）西门子S7-200PLC语句表编程语言……………………………16

（五）触摸屏选择及计…………………………………………………19

1、MCGS组态编辑………………………………………………………19

2、通讯连接……………………………………………………………21

第五章62W型万能铣床的常见故障及检修方法……………………22

1、故障：

主轴电动机不能启动运行。

…………………………………22

2、故障：

主轴电动机在启动运转过程中不能制动。

…………………25

3、故障：

主轴电动机运转后，操作工作台的电动机不能上升或下降，不能向前或向后运动，不能向左或向右运动………………………25

4、故障：

铣床主轴启动后，变速时不会冲动。

………………………27

5、故障：

主轴启动后冷却泵电动机在操作后不能工作。

……………29

6、故障：

铣床低压照明灯不亮。

……………………………………29

结论……………………………………………………………………30

结束语…………………………………………………………………32

参考文献……………………………………………………………31

摘要

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。

PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。

将X62W万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。

本文通过对X62W万能铣床的PLC控制改造过程的介绍，阐述了X62W万能铣床电气控制线路的工作原理，详细说明了用PLC进行电气控制系统改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。

[关键词] 

X62W万能铣床；

电气控制系统；

PLC；

I/O分配图；

梯形图；

语句表；

常见故障及检修。

前言

X62W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。

时随着工业自动化的发展，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做出迅速反应—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，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。

基于这些问题，本文提出了利用西门子S7-200和触摸屏对X62W型卧式万能铣床的继电接触式电控系统进行技术改造的方案。

第一章PLC技术

（一）、关于PLC的介绍

1、PLC的基本概念

PLC可编程序控制器：

PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:

一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

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。

可编程控制系统（ProgrammableLogicController）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。

它采用一种可编程的存储器，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的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。

随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。

由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程

2、PLC的历史

可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，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，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

3、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。

4、PLC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。

5、PLC的分类

（1）小型PLC

小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。

它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。

（2）中型PLC

中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256~1024点之间。

I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。

它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。

（3）大型PLC

一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。

大型PLC的软、硬件功能极强。

具有极强的自诊断功能。

通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。

大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。

第二章、PLC编程语言

（一）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：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（二）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、指输出继电器的触点可供内部编程使用。

令语和作用器件编号三部分组成。

第三章X62W万能铣床工作原理及继电器接线图

（一）、万能铣床的工作原理

主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1万能铣床电气原理图

第四章第一节X62W万能铣床的ＰＬＣ控制改造

（一）、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。

（二）、 

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,Y0

2,SB3、SB4快速进给,X1,2,KM1主轴启动,Y1

3,SB5-1、SB6-1制动,X2,3,KM2主轴启动,Y2

4,SB5-2、SB6-2制动,X3,4,KM3M2正转,Y3

5,SA1换刀开关,X4,5,KM4M2反转,Y4

6,SA2圆工作台开关,X5,6,YC1主轴制动,Y5

7,SA4照明开关,X6,7,YC3快速进给,Y6

8,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,X13

13,SQ5-2、SQ6-2左右进给,X14

14,FR1热保护触点,X15

15,FR2热保护触点,X16

16,FR3热保护触点,X17

万能铣床的I/O接线如图2所示：

（三）、PLC程序设计

1、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2电气控制系统的PLC控制梯形图

（四）西门子S7-200PLC语句表编程语言

选用了西门子S7-200PLC，具体配置如下：

CPU226CNAC/DC/DC型（6ES7216-2BD23-0XB8）,自带24点输入，16点输出，自带两个接口2个RS-485接口PORT0和POT1，一个通讯接口，能满足控制要求。

PLC的I/O口分配是根据其控制对象的特点和控制要求，将I/O口的输入输出口与相应的电气设备相连，达到控制和检测的功能，具体I/O分配如表1。

进行完I/O分配后，进行PLC硬件设计，PLC外接硬件电路如图1。

I/O分配表

表1

　　内部寄存器I/O分配表

表2

　　程序2自动控制程序

（五）触摸屏选择及设计

　　触摸屏越来越多的用在了工业中，方便，易于远程控制。

根据X62W铣床的控制要求，我们用NTOUCH触摸屏和MCGS组态软件配合PLC来替代控制柜上的按钮和选择开关等物理元器件，并且还可以通过触摸屏来监视铣床运行动作情况。

　　1、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2

图3实时数据库

　　2、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。

　　为了西门子S7-200PLC与MCGS更好的通讯，必须在设备属性设置：

[设备1]对话框中设置属性设备注释为：

西门子S7-200PPI,初始工作状态为：

启动，最小采样周期为：

1000ms,PLC地址为：

2，内部属性设置PLC通道要与实施数据库中所定义的名字相对应。

如图4。

图4PLC通道属性设置

　　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。

第五章62W型万能铣床的常见故障及检修方法

可能原因

①总保险FU1、FU2熔断数相或接触不良。

②控制变压器T1烧坏或接线头接触不良。

③控制线路保险FU3熔断或接触不良。

④主轴变速瞬动开关SQ7触点闭合不上。

⑤主轴停止按钮SB3或SB4闭合不好。

⑥主轴启动按钮SB1或SB2按下后接触不良。

⑦主轴控制线路连接线断线或接线头接触不良。

⑧主轴接触器KM3辅助自锁点接触不良。

⑨主轴接触器KM2互锁常闭点接触闭合不好。

⑩主轴接触器KM3线圈断线或烧毁。

热继电器FR1常闭点动作或接触不良。

主轴接触器KM3主触点接触不良。

主轴换向开关QS5触点接触不良。

主轴电动机接线端子烧坏，线路断相。

主轴电动机线圈烧毁。

检修方法与技巧

①用低压验电笔测FU1、FU2下桩头有无电压，若全无电压应测上桩头，如仍无电压说明线路停电，应从线路上查找原因。

若下桩头一相或两相有电压应查保险FU1。

如接触不良，要把保险压紧；

若熔断，要更换同规格