机电传动控制课程设计.docx
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机电传动控制课程设计
集团文件版本号：
（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
机电传动控制课程设计
淮阴工学院
课程设计
课程名称：
机电传动控制课程设计
题目：
基于PLC的X62W万能铣床控制系统的改造
学院：
机械工程学院
专业班次：
机械电子2011级
姓名：
汪旭阳
指导教师：
路连，李森林
学期：
2013~2014学年第一学期
日期：
基于PLC的X62W万能铣床控制系统的改造1
1本课题简介1
1.1自动铣床的发展及现状1
1.2X62W万能铣床基本概况1
1.3X62W万能铣床的运动形式2
1.4X62W万能铣床电气控制主要元器件3
1.5X62W万能铣床电力拖动的控制要求3
1.6X62W万能铣床的主电路图及控制电路图3
1.7X62W万能铣床原继电器控制线路分析5
2PLC改造7
2.1PLC改造万能铣床的优点及意义7
2.2X62W万能铣床电气控制改PLC控制改造说明7
2.3PLC选型7
2.4I/O口分配8
参考文献14
基于PLC的X62W万能铣床控制系统的改造
1本课题简介
1.1自动铣床的发展及现状
X62W铣床是由普通机床发展而来。
它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。
随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。
万能铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。
一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。
1.2X62W万能铣床基本概况
铣床型号意义:
X62W中X代表铣床，6代表卧式，2号工作台，W代表万能。
X62W万能铣床主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回旋盘、横溜板、升降台、底座等部分组成。
床身床身用来固定和支承铣床各部件。
顶面上有供横梁移动用的水平导轨。
前壁有燕尾形的垂直导轨，供升降台上下移动。
内部装有主电动机，主轴变速机构，主轴，电器设备及润滑油泵等部件。
横梁横梁一端装有吊架，用以支承刀杆,以减少刀杆的弯曲与振动。
横梁可沿床身的水平导轨移动，其伸出长度由刀杆长度来进行调整。
主轴是用来安装刀杆并带动铣刀旋转的。
主轴是一空心轴，前端有7:
24的精密锥孔，其作用是安装铣刀刀杆锥柄。
纵向工作台纵向工作台由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动,以带动台面上的工件作纵向进给。
台面上的T形槽用以安装夹具或工件。
横向工作台横向工作台位于升降台上面的水平导轨上，可带动纵向工作台一起作横向进给。
转台转台可将纵向工作台在水平面内扳转一定的角度（正、反均为0～45o），以便铣削螺旋槽等。
具有转台的卧式铣床称为卧式万能铣床。
升降台升降台可以带动整个工作台沿床身的垂直导轨上下移动,以调整工件与铣刀的距离和垂直进给。
底座底座用以支承床身和升降台，内盛切削液
X62W万能铣床的外形主要结构图如图：
X62W万能铣床的外形主要结构图
1.3X62W万能铣床的运动形式
铣床的主运动是由主轴带动铣刀的旋转运动。
主轴转动是由主轴电动机通过弹性联轴器来驱动传动机构，当机构中的一个双联滑动齿轮块啮合时，主轴即可旋转。
铣床的进给运动是由工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6个方向的运动。
工作台面的移动是由进给电动机驱动，它通过机械机构使工作台能进行三种形式六个方向的移动，即：
工作台面能直接在溜板上部可转动部分的导轨上作纵向（左、右）移动；工作台面借助横溜板作横向（前、后）移动；工作台面还能借助升降台作垂直（上、下）移动。
铣床的辅助运动是铣床其它的运动。
如工作台的旋转运动等。
1.4X62W万能铣床电气控制主要元器件
铣床电机参数表:
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
FR压缩机热继电器（FR1、FR2、FR3）是由流入热元件的电流产生的热量使不同膨胀的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作。
使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护，继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单，成本低等优点，在生产中得到了广泛应用。
速度继电器（KS-1、KS-2）：
反接制动，当M1的转速低于120转/分时，速度继电器KS的一副常开触点恢复断开。
切断电路，M停转。
SB1、SB3与SB2、SB4是分别装在机床两边得停止（制动）和启动按钮，实现两地控制，方便操作，KM1是主轴电动机启动接触器，KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器，SQ7是与主轴变速手柄联动的瞬间动作行程开关。
1.5X62W万能铣床电力拖动的控制要求
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。
1.6X62W万能铣床的主电路图及控制电路图
1.7X62W万能铣床原继电器控制线路分析
主轴电动机需启动时，要先将SA5扳到主轴电动机素需要的旋转方向，然后再按启动按钮SB3或SB4来启动电动机M1。
M1启动后，KS闭合，为主轴电动机的停转制动做好准备，停车时，按停住按钮SB1或SB2切断KM1电路，接通KM2电路，改变M1的电源相序进行串电阻反接制动。
使ks常闭触电断开，切断KM2电路，M1停转，制动结束。
主轴电动机反转时的通路：
1→2→3→7→8→9→10→KM1线圈→0；主轴停止与反接制动时的通路：
1→2→3→4→5→→KM2线圈→0
主轴电动机变速时的顺动（冲动）控制，是利用变速手柄与冲动行程开关SQ7通过机械上联动机构进行控制的。
但要注意，不论是开车还是停车时，都应以较快的速度把手柄推回原始位置，以免通电时间过长，引起M1转速过高而打坏齿轮。
工作台纵向（左右）运动的控制：
工作台左右进给手柄位置及其控制关系
手柄位置
位置开关动作
接触器动作
电动机M2转向
传动链搭合丝杠
工作台运动方向
左
SQ1
KM3
正转
左右进给丝杠
向左
中
—
—
停止
—
停止
右
SQ2
KM4
反转
左右进给丝杠
向右
当手柄扳到向右或向左运动方向时，手柄的联动机构压下行程SQ1或SQ2，时接触器KM3或KM4动作，控制M2的正反转。
向左：
压下SQ1，使SQ1-2断，SQ1-1通，而其他控制进给运动的行程开关都处于原始位置，使KM3吸合，M2正转，其控制电路的通路为：
11→15→16→17→18→19→20→KM3线圈→0；向右：
压动行程开关SQ2，使SQ2-2断，SQ2-1通，使KM4吸合，M2反转，其通路为：
11→15→16→17→18→24→25→KM4线圈→0。
工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系
手柄位置
位置开关动作
接触器动作
电动机M2转向
传动链搭合丝杠
工作台运动方向
上
下
中
前
后
SQ3
SQ4
—
SQ4
SQ3
KM3
KM4
—
KM4
KM3
正转
反转
停止
反转
正转
上下进给丝杠
上下进给丝杠
—
前后进给丝杠
前后进给丝杠
向上
向下
停止
向前
向后
工作台垂直（上下）和横向（前后）运动的控制：
工作台的垂直和横向运动，由垂直和横向进给手柄操纵。
工作台前（或者向下）运动的的控制：
下压SQ4，使SQ4-2断，SQ4-1通，使KM4吸合，M2反转，其通路为：
11→21→22→17→18→24→25→KM4线圈→0；工作台向后（或者向上）运动的控制:
同时下压SQ3，使SQ3-2断，SQ3-1通，使KM3吸合，M2正转，其通路为：
11→21→22→17→18→19→20→KM4线圈→0。
进给电动机变速时的瞬动（冲动）控制：
连杆机构二次瞬时压下行程开关SQ6，使KM3瞬时吸合，M2作正向瞬动。
其通路为：
11→21→22→17→16→15→19→20→KM3线圈→0。
工作台快进进给也是有进给电动机M2来驱动,在纵向，横向和垂直三种运动形式六个方向上都可以实现快速进给控制。
主轴电动机启动后，将进给操纵手柄扳倒所需位置，按下快速进给按钮SB5（或SB6），使接触器KM5通电吸台，接通牵引电磁铁YA，电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上，减少中间传动设置，使工作台按运动方向作快速进给运动。
当松快快速进给按钮时，电磁铁YA断电，摩擦离合器断开，快速进给运动停止，工作台仍按原常速进给时的速度继续运动。
圆工作台运动的控制：
准备：
SA3-1断，SA3-3断，SA3-2通。
然后按下主轴启动按钮SB3或SB4，则接触器KM1与KM3相继吸合。
主轴电机M1与进给电机M2相继启动并运转，而进给电动机仅以正转方向带动原工作台定向回转运动。
其通路为：
11→15→16→17→22→21→19→20→KM3线圈→0，由上可知，原工作台与工作台进给有互锁，即当圆工作台工作时，不允许工作台在纵向、横向、垂直方向上有任何运动。
2PLC改造
2.1PLC改造万能铣床的优点及意义
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。
本课题所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造，从而使PLC控制系统无论在是硬件还是软件中，都能具有稳定可靠的控制、极高的可靠性与灵活性、维修容易性，从而更能适应经常变动的工艺条件，取得了更好的经济效益。
2.2X62W万能铣床电气控制改PLC控制改造说明
SA5用旋转开关替换，为了将主轴电机的正反转控制与进给时主轴电机的转动控制区分开，主轴电机正反转改为接触器KM7（正转）、KM8（反转）控制。
在快速进给运动中，YA是牵引电磁铁，用PLC控制时，直接用HL7代替电磁阀YA，简化控制线路。
速度继电器的正转和反转的常开触点并接到一起为KS（“1、4”短接I2.0，“2、5”短接接DC24V电源GND端）。
FR2、FR3的常闭触点“95、96”串联到一起，改造接线图用FR23代替。
去掉照明灯EL，增加圆工作台指示灯HL1,非圆工作台指示灯HL2，主轴正转指示灯HL3，主轴反转指示灯HL4，冷却泵工作指示灯HL5，进给电机工作指示灯HL6，使电路控制线路过程更加明确。
为使PLC改造电路具有稳定可靠的控制性、灵活性与准确性，避免错误控制，把SQ7替换为SQ3，把SQ6替换为SQ4，SA3替换为SA1（I2.2接SA1的“1”，I2.3接SA1的“3，I2.4接SA1的“5”，SA1的“2、4、6”接DC24V电源的GND端），SA1替换为SA4。
把SQ1替换为SQ8左，把SQ2替换为SA8右，SQ3替换为SQ上，把SQ4替换为SA8下。
2.3PLC选型
根据X62W万能铣床控制要求和改造说明，本次选用的PLC型号为西门子S7-200（CPU226）。
西门子S7-200是一种经济型、低端的离散自动化系统和独立自动化系统中使用的紧凑型控制器模块，CPU集成输入/输出，设计紧凑，具有多种通信选项。
S7-200主要由CPU和扩展模块构成。
CPU226能满足复杂技术要求任务，本机带24输入/16输出，满足X62W万能铣床的PLC设计要求。
2.4I/O口分配
2.4.1X62W万能铣床的PLC控制电路共有20个输入口，即I0.0-I0.7,I1.0-I1.5,I2.0-2.5。
输出口有14个，即Q0.0-QO.7，Q1.0-Q1.1，Q2.0-Q2.3
2.4.2具体分配列表：
序号
功能
输入
序号
功能
输出
1
主轴电机热保护FR1
I0.0
1
M1控制接触器KM1
Q0.0
2
进给和冷却泵热保护FR23
I0.1
2
M1反接制动接触器KM2
Q0,1
3
主轴停止按钮SB1（甲地）
I0.2
3
M2正转接触器KM3
Q0.2
4
主轴停止按钮SB2（乙地）
I0.3
4
M2正转接触器KM4
Q0.3
5
主轴启动按钮SB3（甲地）
I0.4
5
快速移动接触器KM5
Q0.4
6
主轴启动按钮SB4（乙地）
I0.5
6
M3控制接触器KM6
Q0.5
7
电磁阀YA吸合SB5（甲地）
I0.6
7
M1反转接触器KM8
Q0.6
8
电磁阀YA吸合SB6（乙地）
I0.7
8
M1正转接触器KM7
Q0.7
9
工作台左移SA8
I1.0
9
圆工作台HL1
Q1.0
10
工作台右移SA8
I1.1
10
非圆工作台HL2
Q1.1
11
工作台向后、向上移动SA8
I1.2
11
主轴正转HL3
Q2.0
12
工作台向前、向下移动SA8
I1.3
12
主轴反转HL4
Q2.1
13
进给冲动SQ4
I1.4
13
冷却泵工作HL5
Q2.2
14
主轴冲动SQ3
I1.5
14
进给电机工作HL6
Q2.3
15
速度继电器正转常开触点KS
I2.0
16
冷却泵启停SA4
I2.1
17
圆工作台、非圆工作台控制SA1
I2.2
18
圆工作台、非圆工作台控制SA1
I2.3
19
圆工作台、非圆工作台控制SA1
I2.4
20
主轴电机转向控制SA5
I2.5
参考文献
1廖常初，《设备改造中的PLC梯形图设计方法》，电工技术杂志2001.9
2工厂电器控制技术清华大学出版社
3PLC编程及应用机械工业出版社
4机电类专业毕业设计指南机械工业出版社
5可编程控制器技术应用（西门子S7系列）电子工业出版社
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