PLC课程设计最终.docx
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PLC课程设计最终
电气控制与可编程序控制器应用技术
课程设计报告
设计课题：
X62W型卧式普通铣床
的PLC改造
专业班级：
自动化2班
小组成员：
周剑（08118090）
张涛（08111104）
指导教师：
冯浩源
设计时间：
2010-12-25
X62W型卧式普通铣床PLC的改造
一、设计任务与要求
1认真阅读X62W型卧式铣床的工作原理说明和原电气原理图。
2应用三菱FX2N型PLC对原控制线路进行技术改造：
画出I/O分配图，及硬件接线图；
画出梯形图和程序指令表。
3上机调试程序：
对控制线路进行模拟调试；
排除实验过程中的软件，硬件故障。
4对实验结果进行分析、研究，写出课设心得体会和收获。
5．设计过程中应满足如下要求：
（1）原有机床的加工工艺步骤保持不变。
（2）原有的电气系统的操作方式不变。
（3）在改造过程中，机床原有的按钮、行程开关、控制变压器、交流接触器及热继电器等继续使用.
（4）将原有的继电器控制线路改为由PLC来实现，型号为FX1N-40MR。
6.改造的必要性：
X62W万能铣床是一种通用的多用途机床，可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工。
原有的控制电路为继电器、接触器控制，其触点多、线路复杂、故障率高，给操作及维修人员增加了麻烦，并且影响了生产率进一步的提高。
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.
二、方案设计与论证
1X62W万能铣床电力拖动的特点
（1）铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反转，因正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改变电源相序实现。
（2）由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯性轮，故主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。
（3）铣床的工作台要求有前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机械离合器相配合来实现。
进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完成。
圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。
（4）根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施：
为了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速运动。
为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。
该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动6个方向的连锁。
主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都要求变速后顺时点动。
当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和铣床。
（5）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。
2.电气控制要求
（1）主轴电动机M1有三种控制：
正反转起动，反接制动和变速冲动。
（2）工作台进给电动机M2有三种控制：
进给、快速移动和变速冲动。
（3）M3拖动冷却泵提供冷却液，只需单向运行。
（4）为了能及时实现控制，机床设置了两套操纵系统，再机床正面及侧都安装了相同的按钮、手轮和手柄，操作方面，以实现两地控制。
（5）为了保证安全，防止事故，机床有顺序的动作，采用了联锁。
（6）三台电动机都设有过载保护，控制线路设有短路保护，工作台的六个方向，都设有终端保护。
由以上特点和控制要求可得到两种方案：
方案一：
直接用继电器，接触器实现
其电气控制原理图如下：
方案二:
用PLC实现。
通过对X62W万能铣床的电气控制系统详细分析,可知该系统需要输入点数为13点,输出点数为6点,根据输入输出口的数量,可选用FX1N-40MRPLC。
在实验室里我们使用FX1N-40MRPLC，用FX-20P-E简易编程器向PLC写入程序和监视PLC的运行情况，用按钮来代替相应的行程开关，用彩灯表示相应的负载。
三．FX1N-40MRPLC和FX-20P-E简介
1.FX1N-40MR是功能很强大的普及型微型PLC，共有40个I/O口，采用继电器输出。
最多可控制128点，除了可以扩展输入输出，还具有模拟量控制和通讯，链接功能等的扩展性，运算处理速度0.55~0.7μS/基本指令，因而可以广泛应用于一般的顺序控制。
2.FX-20P-E是手持型简易编程器，由一个16*4个字符的液晶显示器，11个功能键以及24个指令键和数字键组成.通过电缆与PLC相连，可向程控器写入，读出，修改程序和监视PLC的运行状态。
四，控制系统设计
该铣床共有三台电动机拖动，M1为主轴电动机，由接触器KM2、KM3控制电动机的起动、制动功能；M2为进给电动机，其正、反转由KM4、KM5控制；M3为冷却泵电动机，由KM1控制。
主轴电动机的正、反转是通过组合开关SA5进行手动切换，启动前，由组合开关SA5选定电动机的转向。
为使主轴能迅速停车，采用了速度继电器KS实现反接制动。
进给电动机的控制是在主轴电动机启动后，进给电动机才能工作。
工作台各进给运动之间的联锁控制，可实现水平工作台各运动之间的联锁，也可以实现水平工作台与圆工作台之间的联锁控制。
M1、M2、M3为连续工作制，由FR1、FR2、FR3热继电器的常闭触点串在控制电路中实现过载保护。
当主轴电动机M1过载时，FR1动作后便切除整个控制电路的电源；冷却泵电动机M3过载时，FR3动作后便切除M2、M3的控制电源；进给电动机M2过载时，FR2动作后便切除了自身控制电源。
4.1PLC相应的I/O地址分配表
分类
器件作用
器件符号
PLC地址分配
输入
M1启动按钮
SB1、SB2
X000
工作台快速按钮
SB5、SB6
X002
M1停止按钮
SB3、SB4
X004
换刀开关
SA5
X006
圆工作台转换开关
SA1
X007
工作台向右进给
SQ1
X010
工作台向左进给
SQ2
X011
工作台向前、向下进给
SQ3
X012
工作台向后、向上进给
SQ5
X013
进给变速冲动开关
SQ6
X014
主轴变速冲动开关
SQ7
X015
M2热继电器
FR2
X016
M1、M3热继电器
FR1、FR3
X017
输出
主轴启动接触器
KM3
Y000
M2正转接触器
KM4
Y001
M2反转接触器
KM5
Y002
主轴制动
KM2
Y004
正常进给
YC
Y005
快速进给
KM6
Y006
4.2PLC外部接线图
4.3PLC梯形图
4.4PLC梯形图指令表程序
LDX000
ORY000
ANIX015
ANIX004
ORX015
ANIX006
ANIY004
ANIX017
OUTY000
LDX004
ORY004
ANIX015
ORX015
ANIY000
ANIX017
OUTY004
LDX014
ANIX012
ANIX013
LDX007
ANIX010
ANIX011
ORB
ANDY000
ANIX007
OUTM0
LDY000
ANDX007
ANIX010
ANIX011
ANIX012
ANIX013
ANIX014
OUTM1
LDY000
ANIX007
ANIX010
ANIX011
ANIX012
ANIX013
ANDX014
OUTM2
LDIX006
ANIX015
ANIX004
ANDX002
OUTM3
LDX010
ORX012
ANDM0
ORM1
ORM2
ANIY002
ANIX016
OUTY001
LDX011
ORX013
ANDM0
ANIY001
ANIX016
OUTY002
LDX009
ANIX017
OUTY007
LDIM3
OUTY005
LDM3
ORX002
OUTY006
END
为了在实验室里方便的模拟PLC对铣床的控制过程，需要把相应的输入输出用开光和指示灯代替。
给每个端口分配一个地址，把相应的接口连好即可。
其接线表分配如下：
接线表
输入端口
X000
X002
X004
X006
X007
X010
X011
X012
X013
X014
X015
X016
X017
输入开关
PO1
PO2
PO3
PS1
PS2
PS3
PS4
PS5
PS6
PO4
PO5
PS7
PS8
输出端口
Y000
Y001
Y002
Y004
Y005
Y006
负载
ZJ1
ZJ2
ZJ3
ZJ4
ZJ5
ZJ6
五、总原理图及元器件清单
5.1．总原理图
5.2基本元件清单
符号
名称
型号
主要参数
数量
备注
KM3
接触器
CJO—20
20A,110V
1
主轴启动
KM6
接触器
CJO—10
10A,110V
1
快速进给
KM4
接触器
CJO—10
10A,110V
1
M2正转
KM5
接触器
CJO—10
10A,110V
1
M2反转
KS
速度继电器
JY1
2A
1
反接制动
SB1、SB2
按钮
LA2
绿色
2
M1启动按钮
SB5、SB6
按钮
LA2
黑色
2
快速进给按钮
SB3、SB4
按钮
LA2
红色
2
M1停止按钮
SA1
转换开关
HZ1—10/E16
三极
1
换刀开关
SA1
转换开关
HZ1—10/E16
三极
1
圆工作台转换
SA5
转换开关
HZ1—10/E16
三极
1
M1换向开关
SQ1
限位开关
LX1—11K
开启式
1
向右进给
SQ2
限位开关
LX1—11K
开启式
1
向左进给
SQ3
限位开关
LX2—131
单轮，自动复位
1
向前、向下进给
SQ4
限位开关
LX2—131
单轮，自动复位
1
向后、向上进给
SQ6
限位开关
LX3—11K
开启式
1
快速与进给转换
SQ7
限位开关
LX3—11K
开启式
1
主轴变速冲动
SQ7
限位开关
LX3—11K
开启式
1
进给变速冲动
QS1
转换开关
HZ1—60/E26
三极
1
电源总开关
QS2
转换开关
HZ1—60/E26
三极
1
冷却泵开关
FR1
热继电器
JRQ—40
11A、3A
1
M1过载保护
FR2
热继电器
JR10—10
3A、5A
1
M3过载保护
FR3
热继电器
JR10—10
0.415A
1
M2过载保护
FU1
熔断器
RL1
30A
3
总电源短路保护
FU2
熔断器
RL1
10A
3
进给短路保护
FU3、FU6
熔断器
RL1
6A
2
控制电路短路保护
FU4、FU5
熔断器
RL1
4A
2
照明电源短路保护
VC
整流器
ZCZX4
5A，50V
1
整流作用
TC
变压器
BK—50
380/36V
1
照明变压器
TC1
变压器
BK—150
380/127V
1
控制电路变压器
YC1
电磁离合器
B1DL—III
——
1
主轴制动
YC2
电磁离合器
B1DL—II
——
1
正常进给
YC3
电磁离合器
B1DL—II
——
1
快速进给
R
电阻
ZB2
1.45W、15.4A
2
限制制动电阻
5.3.电机参数一览
符号
名称
型号
规格
件数
作用
M1
主轴电动机
Y132M—4—B3
7．5KW，380V，1450r/min
1
主轴传动
M2
进给电动机
Y90L—4
1．5KW,380V,1400r/min
1
进给传动
M3
冷却泵电动机
JCB—22
0．125KW,380V,2790r/min
1
冷却泵传动
六、安装与调试
（1）编程时PLC上的状态开关掷向“STOP”（开关右拨）；
（2）编程器初始化，先按RD/WR，使编程器处于“W”工作方式，按着按
NOP→A→GO→GO；
（3）按编程表输入程序；
（4）按接线表在实验系统上联接导线；
（5）PLC运行，状态开关掷向“RUN”（开关左拨），RUN指示灯亮；
（6）如果程序出错，PLC上“ERROR”指示灯（红色）闪烁；
（7）通过按下开关，观察相应指示灯来模拟X62W铣床的运行。
七、性能测试与分析
7.1主轴控制：
开关PO5断开，不安（主轴冲动开关SQ7），按下点动开光PO1（主轴启动按钮SB1、SB2），ZJ1灯亮，保持一直亮（KM3闭合，表示主轴电机M1启动）。
接着按下点动开开光PO3（SB3、SB4），ZJ1灯熄灭（KM2闭合，M1制动）。
按下PO5点动开关（SQ7），实现主轴变速的冲动控制。
变速完成后，推回手柄，再次启动电动机M1，主轴将在新的转速下旋转。
7.2进给电动机的左右进给运动控制：
当M1启动后，进给控制才能起作用，即ZJ1灯亮。
PO4不按动（进给冲动SQ6保持闭合），按下PS3，ZJ2灯亮（KM4闭合，M2正转），松开PS3（向右到达终点行程开关），ZJ2灯熄灭。
同样按动PS4，ZJ3灯亮（左转），松开PS4，ZJ3灯灭。
行程开关到达终点时，都能自动复位。
7.3进给电动机的横向进给运动控制：
按下PS5，ZJ2灯亮（KM4闭合，正转），松开PS5，ZJ2熄灭（工作台上移到终点，行程开关自动复位）。
按下PS6，ZJ3灯亮（KM4闭合，正转），松开PS5，ZJ3熄灭（工作台下移到终点，行程开关自动复位）。
7.4进给电动机的升降进给运动控制：
按下PS5，ZJ2灯亮（KM4闭合，M2正转），松开PS5（向前到达终点行程开关），ZJ2灯熄灭。
同样按动PS6，ZJ3灯亮（反转），松开PS6，ZJ3灯灭（工作台后移到行程开关）。
进给电动机在每个方向上都有两个速度，以上的六个方向都是慢速自动进给移动。
在慢速移动中，按下SB5、SB6，对应开关PO2，快速电磁铁YA通电，则工作台在原方向上快速移动ZJ5亮，同时ZJ2或ZJ3亮，松开SB5、SB6，快速移动停止，ZJ5灯熄灭。
7.5圆形工作台控制：
按动PS2（SA1），ZJ2灯亮（KM4），电动机正转带动圆形工作台单向运动，其旋转速度也可通过变速手轮调节。
断开主电路后，对硬件部分进行模拟调试，相关端子输出正确。
软件部分的调试是借助PLC实验台，利用开关和彩灯模拟现场的输入信号和负载，经过修改和反复测试，输出正确。
联机调试仍然在不接通主电路的情况下进行，待结果正确后，接通主电路，经反复测试，设备运行状态良好。
现场实践证明，该机PLC控制系统设计合理、性能稳定，达到了预期的设计目的。
八、结论与心得
X62W型卧式万能铣床的电气控制系统,存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点,在不改变主电路、不改变原有的加工工艺步骤以及行程开关位置的前提下，用PLC对X62W型万能铣床的继电器接触式控制系统进行技术改造，电磁阀均由PLC的输出继电器控制。
用PLC改造后，使电器箱的电器元件减少了，电气控制线路大为简化了，机床电气的故障率降低了，生产效率得到相应的提高。
经过在实验室测试表明，该PLC控制系统设计合理、性能稳定，达到了预期的设计目的。
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。
通过这一X62W铣床由电气控制改为PLC控制实例，使我对PLC的优点和工作原理有了进一步的认识，同时也明白了电气控制设计是一件瞻前顾后的事情，必须要理论联系实际，注意一些工业上的标准和约定，否则可能造成设计出来的图别人不懂从而无法投入实际的应用甚至造成器件的损坏乃至人员伤亡。
PLC设计，重在分析电气控制系统的具体要求，从而根据电气要求得出状态图和梯形图，最后选择具体的器件实现特定的电气控制要求.
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
使我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
同时，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。
在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。
有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。
自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验，增强了信心。
参考文献
[1]郁汉棋.电气控制与可编程控制器应用技术（第二版）【M】.南京：
东南大学出版社2009.9
[2]谭维瑜.电机与电气控制【M】.北京：
机械工业出版社2003.12
[3]漆汉宏.PLC电气控制技术【M】.北京：
机械工业出版社2006.12
电气控制与可编程序控制器应用技术成绩评定表
专业：
自动化班级：
08自动化学号：
08111104姓名：
张涛
课题名称
采用PLC技术设计X62W型卧式普通铣床电气控制线路
设计任务与要求
1认真阅读X62W型卧式铣床的工作原理说明和原电气原理图。
2应用三菱FX2N型PLC对原控制线路进行技术改造
画出I/O分配图，及硬件接线图；
画出梯形图和程序指令表。
3上机调试程序
对控制线路进行模拟调试；
排除实验过程中的软件，硬件故障。
4对实验结果进行分析、研究，写出课设心得体会和收获。
指导教师评语
建议成绩：
指导教师：
课程小组评定
评定成绩：
课程负责人：
时间：
2010年12月25日
电气控制与可编程序控制器应用技术成绩评定表
专业：
08自动化班级：
0812学号：
08118090姓名：
周剑
课题名称
X62W型卧式普通铣床的PLC改造
设计任务与要求
1认真阅读X62W型卧式铣床的工作原理说明和原电气原理图。
2应用三菱FX2N型PLC对原控制线路进行技术改造
画出I/O分配图，及硬件接线图；
画出梯形图和程序指令表。
3上机调试程序
对控制线路进行模拟调试；
排除实验过程中的软件，硬件故障。
4对实验结果进行分析、研究，写出课设心得体会和收获
指导教师评语
建议成绩：
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评定成绩：
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2010年12月25日
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