电气控制与可编程序控制器应用技术.docx
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电气控制与可编程序控制器应用技术
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万能铣床电控系统的PLC设计
专业班级：
08自动化
小组成员：
张鹏08118071
指导教师：
冯浩源
设计时间：
2010/12/24
一、设计任务与要求
任务：
根据课本提供的X62W型卧式普通铣床电气控制原理图，应用PLC技术设计出新的电气控制图。
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。
（3）画出I/O分配图，及硬件接线图。
（4）画出梯形图和程序指令表
（5）铣床控制的基本要求：
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。
二、方案设计与总原理图
X62W型卧式普通铣床电气控制电路总原理图
X62W卧式万能铣床控制电路分析：
图1.0
一、主电路分析
由图1.0可知，主电路共有三台电动机，其中M1为主轴拖动电动机，M2为工作台进给拖动电动机，M3为冷却拖动电动机。
QS为电源隔离开关。
各电动机的控制过程如下：
1）M1由KM3实现启动——运行——停止控制，由转向选择开关SA5预选转向，KM2主轴点串联两相电阻和速度继电器SR配合实现M1的停车反接制动。
2）工作台拖动电动机M2由接触器KM4、KM5的主轴点实现加工中的正、反向进给控制，并由接触器KM6主轴点控制快速电磁铁，决定工作台移动速度，KM6接通为快速移动，断开为慢速自动进给。
3）冷却泵拖动电动机由接触器KM1控制，但方向运转。
M1、M2、M3均为直接启动连续运行。
图1.1
二、控制电路分析（由图1.1分析）
1）控制电路电源
控制电路电压为127V，由控制变压器TC供给。
2）主轴电动机的起启动、停止控制
在非变速状态，SQ7不受压。
更具所用的铣刀，由SA5选择转向，合上QS，启动控制过程为：
按上SB1（或SB2）——KM3线圈得电并自锁——M1直接启动——n》120r/min——KS1-1（或KS1-2）触点闭合，为反接制动做准备。
加工结束，需要停止时，按下SB3（或SB4）——KM3线圈失电——KM2线圈得电并自锁——M1串R反接制动n↓——n<100r/min——KS1-1（或KS1-2）断开——KM2失电制动结束。
3）主轴变速冲动控制
X62W卧式万能铣床主轴的变速采用孔盘机构，击中操纵，为使传动机构齿轮在新速度下很好契合，采用了变速冲动控制。
从电路结构看，既可以在停车和M1运转时进行变速，其变速冲动控制过程如下。
1M1停车时变速扳动变速手柄——机械变速——推回手柄——SQ7短时受压——SQ7-2短时分断，SQ7-1闭合——M1在反接制动状态下短时低俗运行——推回手柄SQ7复位——变速结束。
2M1运转时变速扳动变速手柄SQ7短时受压——SQ7-2分断，SQ7-1闭合——M1反接制动——机械变速——推回手柄——SQ7短时受压——M1在反接制动状态下短时低速运行——推回手柄SQ7复位——主轴在新转速下运行。
4）工作台进给控制
电路的电源是从13点引出，串入KM3的自锁触电，以保证主轴旋转与工作台进给的顺序动作。
进给电动机M2由KM4、KM5控制，实现正反转。
工作台移动方向由各自的操作手柄来选择。
各方向进给控制分述如下：
1工作台左右进给
表1—1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
SQ5
KＭ３
正转
左右进给丝杠
向左
中
—
—
停止
—
停止
右
SQ6
KＭ４
反转
左右进给丝杠
向右
工作台左右运动，需要先启动M1（13点KM3闭合），SA1置于断开圆工作台位置（SA1-1、SA1-3闭合，SA1-2断开），十字开关位置居中（SQ3、SQ4复位）。
控制过程如下：
“1、工作台向右进给手柄扳向右——合上纵向进给机械离合器——压下SQ1（SQ1-2断开、SQ1-1闭合）——KM4线圈得电——M2正转——纵向进给传动机构正转——工作台右移。
电流流经路径为：
13——SQ6-2——SQ4-2——SQ3-2——SA1-1——SQ1-1——KM4线圈——KM5常闭触点——20。
将手柄扳回中间位置，此行程开关SQ1不受压，KM4释放。
工作台停止移动。
”
“2、工作台向左进给手柄扳向左——合上纵向进给机械离合器，压下SQ2（SQ2-1闭合、SQ2-2断开）——KM5线圈得电——M2反转——纵向进给传动机构反转——工作台反转。
电流流经路径为：
13——SQ6-2——SQ4-2——SQ3-2——SA1-1——SQ2-1——KM5线圈——KM4常闭触点——20.
工作台纵向进给有限位保护，进给至终端时，利用工作台上安装的左右终端撞块，撞击操纵手柄，使手柄回到中间停车位置，实现限位保护。
”
2工作台前后（横向）和上下（升降）进给控制
表1—2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
SQ4
SQ3
—
SQ3
SQ4
KM4
KM3
—
KM3
KM4
反转
正转
停止
正转
反转
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
工作台横向和升降运动是通过十字开关操纵手柄来控制的。
该手柄有五个位置：
即上、下、前、后和中间零位。
在扳动十字开关操纵手柄时，将控制运动方向的机械离合器上，同时压下相应的行程开关SQ3或SQ4。
进给时，需要先启动M1（13点KM3闭合），SA1置于断开圆工作台位置（SA1-1、SA1-3闭合、SA1-2断开），左右（纵向）操作手柄居中。
“1、工作台向上进给控制将手柄扳向上——合上垂直进给机械离合器，压下SQ4（SQ4-1闭合、SQ4-2断开）——KM5线圈得电——M2反转——垂直进给传动机构反转——工作台向上运动。
电流流经路径为：
13——SA1-3——SQ2-2——SQ1-2——SA1-1——SQ4-1
——KM5线圈得电——KM4互锁触点——20。
把手柄扳回中间位置工作台向上进给即可停止。
”
“2、工作台向下进给控制只要将手柄扳向下，SQ3被按下（SQ3-1闭合、SQ3-2断开），则KM4线圈得电，使M2正转即可，其控制过程与上升类似。
电流流经路径为：
13——SA1-3——SQ2-2——SQ1-2——SA-1
——SQ3-1——KM4线圈——KM5互锁触点——20”.
“3、工作台向前进给控制将手柄扳向前——合上纵向进给机械离合器，压下SQ3（SQ3-1闭合、SQ3-2断开）——KM4线圈得电——M2正转——工作台向前运动。
由于同为SQ3被压下电流流经路径同向下进给一样。
”
“4、工作台向后运动控制过程与向前类似，只需将手柄扳向后，则SQ4被压下，其控制过程和向前进给类似，电流流经路径和向上进给一致。
”
工作台上、下、前、后运动都有限位保护，当工作台运动到极限位置时，利用固定在本身上的挡铁，撞击十字手柄，使其回到中间位置，工作台便停止运动。
3工作台快速进给
在慢速移动过程中按下SB5或SB6——KM6线圈得电——快速电磁铁YA通电——工作台按原移动方向快速移动。
快速移动为短时点动，松开SB5或SB6，快速移动停止，工作台仍按原方向继续进给。
5）工作台各运动方向的连锁
在同一时间内，工作台只允许向一个方向运动，这种联锁是利用机械和电气的方法来实现的。
工作台向左、向右控制，是同一手柄操作的，手柄本身起到左右运动的联锁作用。
同理，工作台的前后和上下进给四个方向的联锁是有同一个十字手柄本身实现。
而工作台的左右进给两个方向与上、下、前、后进给四个方向之间的联锁由电气方法实现，由左右进给操作手柄控制的SQ1-2——SQ2-2和上、下、前、后进给操作手柄控制的SQ4-2——SQ3-2的两个并联之路控制接触器KM3、KM4线圈，在两个手柄都处于工作位置时，KM3、KM4都不工作。
三、元器件清单
四、安装与调试
1）根据控制要求确定X62W输入输出点数及地址如表一所示：
表一、输入输出点数及地址
输入点（I）
输出点（O）
主轴启动1
SB1
X1
主轴制动
KM2
Y1
主轴启动2
SB2
X2
主轴运动
KM3
Y2
主轴停止1
SB3
X3
左进给（前下右）
KM4
Y3
主轴停止2
SB4
X4
后进给（后上左）
KM5
Y4
快速进给1
SB5
X5
快速进给
KM6
Y5
快速进给2
SB6
X6
右行程开关
SQ1
X7
左行程开关
SQ2
X8
前下行程开关
SQ3
X9
后上行程开关
SQ4
X10
进给变速冲动行程开关
SQ6
X11
主轴变速冲动行程开关
SQ7
X12
圆工作台转换开关
SA
X13
速度继电器
KS
X14
主轴热继电器
FR1
X15
进给热继电器
FR2
X16
冷却泵热继电器
FR3
X17
2）X62W型卧式普通铣床PLC电气控制I/O接口图如下图
3）X62W型卧式普通铣床PLC梯形图
4）X62W型卧式普通铣床PLC指令表如下：
LDX0
ORM0
ANDX2
ANIX13
ANIX4
OUTY0
ANDX13
OUTM0
LDX1
ANDX2
OUTY1
OUTY5
LDY1
ORY0
ANDX2
OUTM1
LDX12
ANDX7
ANIX5
ANDM1
OUTM4
LDX3
ORX4
OUTY4
ORX6
ANDX5
ANDM1
MPS
ANDX10
OUTM2
MPP
ANDX11
OUTY3
LDIX12
ANDX6
ANDX7
ANDX5
ANDM1
OUTM3
LDX12
ANDX6
ANDX7
LDM2
ORM3
ORM4
OUTY2
END
五、结论与心得
常用的万能铣床有两种:
一是卧式万能铣,型号为X62W;另一种为立式万能铣,型号为X53K。
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。
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,本文提出了用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,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
X62W万能铣床是一种高效率的加工机械，万能铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型控制。
但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，这给生产与维护带来诸多不便。
随着工业自动化的发展，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。
基于这些问题，本文提出了利用三菱PLC和对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。
系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。
在这个过程中我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识与体会，并在学习和实践过程中增长了知识。
在这次课程设计过程中对开发设计有了新的认识，控制系统的开发设计是一项复杂、严谨的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与调试的过程来进行。
系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程。
在设计中，认识到学的电气控制与可编程序控制器应用技术对机械控制的重要性，使其更加灵活的控制。
六、参考文献
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中国劳动社会保障出版社，2001.
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