毕业设计论文s7200plc改造x62w铣床电气控制的设计管理资料.docx
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毕业设计论文s7200plc改造x62w铣床电气控制的设计管理资料
设计说明书
课题名称：
S7-200PLC改造X62W铣床电气控制的设计
姓名：
专业：
电气自动化技术
班级：
起止日期：
指导教师：
题目：
S7-200PLC改造X62W铣床电气控制的设计
设计摘要………………………………………………………5
前言…………...………………………………………………..6
第一章床特点及电气控制线路分析...............................................................5
...................................................................................................5
X62W万能铣床............................................................................................5
1.3元件设备..................................................................................................7
电力拖动特点及控制要求.............................................................................8
第二章系统设计……………………………………………12
………………………………………………………12
PID变频闭环控制…………………………………………………………12
………………………………………………………………13
MM440变频器PID控制电路图电器元件明细表…………………………14
MM440变频器PID控制电路图……………………………………….…15
………………………………………………………16
………………………………………………………17
…………………………..18
．输出的要求结合最优指标确定输入的组合以形成真值表………………..18
（1）输出Y的确定…………………………………………………………18
（2）最优指标的描述……………………………………………………….18
（3）形成输入X和输出Y的工作状态转换表…………………………..19
…………………………………………………22
总结…………………………………………………………25
谢辞…………………………………………………………26
主要参考文献………………………………………………..27
设计摘要
铣床可以用来加工平面、斜面、沟槽，装上分度头可以铣切直齿齿轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。
所以铣床在金属切削机床中占有很大的比重，使用数量仅次于车床。
PLC是以计算机技术为技术核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。
它是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算数运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。
在电气控制系统中，故障的查找于排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于定期开展线路触点多、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。
而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。
为了使铣床控制稳定与可靠，具有极高的可靠性和灵活性，更容易检修，更能适应经常变动的工艺条件，取得较好的经济效益，所以对原来的继电器接触模式模拟控制系统进行PLC改造。
。
前言
在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。
目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（%）、化学/制药（%）、金属/矿山（%）、纸浆/造纸（%）等行业。
可以说PLC技术是现在世界生产过程中不可缺少的环节，我们使用的许多东西都是通过PLC编程控制生产出来的。
机械加工有了PLC技术，会变得更加灵活，操控更加方便。
铣床系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。
通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。
它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。
它除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。
但铣床线路复杂，电气控制系统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。
这次课题就是通过使用PLC对X62W型万能铣床进行改造，使之降低故障率，并且让操作简单方便，提高生产效率和经济效率。
由于学习PLC知识尚浅，设计难免出现纰漏和错误，敬请老师批评指正。
第一章铣床特点及电气控制线路分析
铣床简介
铣削是一种高效率的加工方式，铣刀的旋转是主运动，工作台的上下、左右、前后运动都是进给运动，其他的运动，如工作台的旋转运动则是辅助运动。
铣床的种类很多，按照结构型式和加工性能的不同，可分为立式铣床、卧式铣床、仿形铣床、龙门铣床和专用铣床等。
万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以用圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀及端面铣刀等工具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还可以加装万能铣头和圆工作台来扩大加工范围。
目前，万能铣床常用的有两种，一种是卧式万能铣床，铣头水平放置，型号为X62W；另一种是立式万能铣床，铣头垂直放置，型号为X52K。
这两种铣床结构大体相似，差别在于铣头的放置方向上，而工作台进给方式，主轴变速等都一样，电气控制线路经过系列化以后，也是一样的，只不过容量不同。
型号意义
1.2X62W万能铣床
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。
其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。
X62W型万能铣床的结构主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、刀杆支架、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。
在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。
在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。
溜板上部有可移动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动）。
工作台上有T形槽用来固定工件。
这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。
铣床主轴带动铣刀的旋转运动时主运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6个方向的运动是进给运动；铣床的其他运动，如工作台的讯转运动则属于辅助运动。
此外，由于回转盘可绕中心转过一个角度（通常是±45°），因此工作台在水平面上除了能在平行于或垂直于主轴轴线方向进给，还能在倾斜方向进给，可以加工螺旋槽，故称万能铣床。
X62W万能铣床特点：
（1）能完成很多普通机床难以加工或者根本不能加工的复杂型面的加工。
（2）采用X62W铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。
（3）采用X62W可以比普通机床提高2～3倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。
（4）大大的减轻了工人的劳动强度。
X62万能铣床外形结构图
1、2—纵向工作台进给手动手轮和操纵手柄。
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—工作台横向进给手动手轮。
7—工作台升降进给手动摇把。
8—自动进给变速手柄。
9—工作台升降、横向进给手柄。
10—油泵开关。
11—电源开关。
12—主轴瞬时冲动手柄。
13—照明开关。
16—主轴调速转盘。
1.3电器元件设备
X62W万能铣床电器元件明细表
代号
元件名称
型号
规格
件数
用途
M1
M2
M3
QS1
SA1
SA2
FU1
FU2
FR1
FR2
FR3
TC
KM1
KM2
KM3
KM4
KM5
KM6
SB1、SB2
SB3、SB4
SB5、SB6
YA
SQ1
SQ2
SQ3
SQ4
SQ6
SQ7
电动机
电动机
电动机
开关
开关
开关
熔断器
熔断器
热继电器
热继电器
热继电器
变压器
接触器
接触器
接触器
接触器
接触器
接触器
按钮
按钮
按钮
电磁铁
位置开关
位置开关
位置开关
位置开关
位置开关
位置开关
JO2-51-4
JO2-22-4
JO2-22
HZ1-60/3J
HZ1-10/3J
HZ1-10
RL1-30/60
RL1-10/6
JR20-16/3
JR20-10/3
JR20-10/3
BK-150
CJ20-16
CJ20-5
CJ20-5
CJ20-5
CJ20-5
CJ20-5
LA2
LA2
LA2
LX3-11K
LX3-11K
LX2-131
LX2-131
LX2-131
LX2-131
1450r/min
1410r/min
2790r/min
60A500V
10A500V
10A380V
60A
6A
16A
4A
380/220V
380/220V
380/220V
380/220V
380/220V
380/220V
5A220V
5A220V
5A220V
380V
220V
220V
220V
220V
220V
220V
1
1
1
1
1
1
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
驱动主轴
驱动进给
驱动冷却泵
总开关
圆工作台转换
启动M3冷却泵电源总保险
控制回路保险
M1过载保护
M2过载保护
M3过载保护
控制回路电源
主轴正转
主轴制动
进给正转
进给反转
快速进给
冷却泵
主轴制动
主轴启动
快速进给
快速进给
左限位
右限位
上限位
下限位
进给快速变速杆
主轴变速杆
电力拖动特点及控制要求
1、主轴电动机需要正反转，但方向的改变并不频繁。
根据加工工艺的要求，有的工件需要顺铣（电动机正转），有的工件需要逆铣（电动机反转）。
大多情况下是一批或多批工件只用一种方向铣削，并不需要经常改变电动机的转向。
因此，可用电源相序转换开关实现主轴电动机的正反转，节省一个反向转动接触器。
2、铣刀的铣削是一种不连续的切削，容易使机械传动系统发生振动，为了避免这种现象，在主轴传动系统中装有惯性轮但在高速切削后，停车很费时间，故采用速度继电器制动。
3、工作台既可以做六个方向上的进给，又可以在六个方向上快速移动。
4、为了防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动。
为了减小加工工件表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。
本机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式，但由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止，主轴运动后停止的要求。
电气控制线路
X62W万能铣床的电气控制线路。
分为主电路，控制电路两部分。
电气控制线路分析
①主电路分析
主电路中共有三台电动机，M1是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；M2是工作台进给电动机，拖动升降台及工作台进给；M3是冷却泵电动机，供应冷却液。
每台电动机均有热继电器作过载保护。
②控制电路分析
1
（1）主轴电动机的启动启动前先合上电源开关QS1，按下启动按钮SB3启动主轴电动机M1，接触器KM1获电动作，其主触头闭合，SB4是异地控制按钮，分别装在机床两处，方便操作。
（2）主轴电动机的停车制动当铣削完毕，需要主轴电动机M1停车时，按停止按钮SB1（或SB2），接触器KM1线圈断电释放，电动机M1停电，由于电动机断电还维持惯性运动，使KS维持闭合，由于按下停止按钮使它常开触点闭合，KM2吸合并自锁，KM2主触头闭合，主轴电动机在限流电阻的作用下反转，当电动机的速度低于120r/min时，KS触点复位断开，使KM2失压复位，电动机断电停止，制动结束。
（3）主轴变速当需要主轴变速的时候，压下SQ7轴电动机在限流电阻的作用下作反接运动，推回变速手柄，KM2失压复位，变速冲动结束。
2工作台运动控制
（1）扳到“断开”位置，在KM1闭合的前提下，压下SQ1，使KM3闭合，M2电动机正转（既作台向右运动）。
当压下SQ2时，KM4吸合M2电动机反转（既工作台向左运动）。
当压下SQ3时，KM3闭合，M2电动机正转（工作台向前或向下运动）。
当压下SQ4时，KM4闭合，M2电动机反转（工作台向后或向上运动）
（2）工作台作变速运动中如出现变速不成功时，可将变速手柄向下拉，压下行程开关SQ6，使KM3吸合，M2电动机转动，然后将手柄推回。
KM3变速冲动结束。
3冷却泵的启动
在主轴电动机运行的情况下，把SA2扳到接通的状态，使KM6闭合，M3电动机运行。
第二章可编程控制器的概述
PLC的发展历史
起源：
1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
发展：
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
PLC的构成
1.CPU——是PLC的核心部分。
与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。
2.存储器
3.I/O（输入/输出部件）（I/O模块：
接口电路、I/O映像存储器）
4.编程器等外部设备
5.电源：
内部——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。
PLC的基本特点
1、高可靠性，抗干扰强
2、功能强大，性价比高
3、编程简易，现场可修改
4、配套齐全，使用方便
5、寿命长，体积小，能耗低
6、系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维护方便
PLC的功能
1、逻辑控制 2、定时控制 3、计数控制 4、步进（顺序）控制 5、PID控制 6、数据控制：
PLC具有数据处理能力。
7、通信和联网 8、其它：
PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：
定位控制模块，CRT模块。
PLC的应用领域
在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。
目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（%）、化学/制药（%）、金属/矿山（%）、纸浆/造纸（%）等行业。
（1）开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
（2）模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
（3）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
（4）过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
（5）数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
（6）通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
PLC的应用领域仍在扩展，在日本，PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：
中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关联的机器、与环境关联的机器，而且均有急速的上升趋势。
值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。
PLC的分类
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。
PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类：
（1）微型PLC：
I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。
（2）小型PLC：
I/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。
它可以连接开关量和模拟量I/O模块以及其他各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能。
如西门子公司的S7-200PLC，三菱公司的F1、F2和FX0系列PLC都属于小型机。
（3）中型PLC：
I/O点数在512～2048点之间的为中型PLC。
它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。
如西门子公司的S7-300PLC、三菱公司的AIS系列PLC都属于中型机
（4）大型PLC：
I/O点数为2048点以上的为大型PLC。
它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。
另外大型PLC还可以采用三个CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。
如西门子公司的S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N系列PLC都属于大型机。
PLC按其结构可分为整体式、模块式及叠装式3种。
1）整体式PLC
将CPU、I/O单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式PLC。
整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。
基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器相连的接口。
扩展单元内只有I/O接口和电源等，没有CPU。
基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。
它还配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。
整体式PLC一般都是小型机。
2）模块式PLC
模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
模块式PLC由母板（或框架）以及各种模块组成。
把这些模块按控制系统需要选取后，安插到母板上，就构成了一个完整的PLC系统。
这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。
大、中型PLC一般采用模块式结构。
例如，西门子公司的S7-300系列、S7-400系列PLC都采用模块式结构形式。
3）叠装式PLC
将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。
叠装式PLC将CPU模块、电源模块、通信模块和一定数量的I/O单元集成到一个机壳内，如果集成的I/O模块不够使用，可以进行模块扩展。
其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间要靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。
叠装式PLC集整体式PLC与模块式PLC优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。
西门子公司的S7-200系列PLC就是叠装式的结构形式。
根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档3类。
1）低档PLC
具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。
主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
2）中档PLC
除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。
有些还可增设中断控制、PID（比例、积分、微分控制）控制等功能，以适用于复杂控制系统。
3）高档PLC
除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。
一般低档机多为小型PLC，采用整体式结构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型
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