毕业设计PLC 技术在传统铣床控制电路的应用Word文件下载.docx

1、也就是说对于中国用户来讲，就算是小作坊生产出来的 PLC 产品，只要其性能能够符合标准与国际化大厂所产的 PLC 产品差异并不大的话，用户也不会摒弃。2011年，注定又是 PLC 市场竞争激烈的一年，要能够在 2011年 PLC 市场上占有一席之地，最关键的砝码就是要有特色，笔者引一技术老总的话说把握住利基市场并占有主导地位也就成功了一大半，如果只是从技术上来市场，就想的太苍白“纸上谈兵”，永远都不会成功。当然，2011年 PLC 的市场走势依旧喜人，通过与国内数十家 PLC 企业联合进行的走势分析来看，PLC 市场的发展趋势将是逐步平稳扩大的趋势。12 PLC 控制系统与电器控制系统的优劣之

2、分 1.电器控制系统的组成 任何一个电器控制系统，都是由输入部分、输出部分和控制部分组成，如图 1 所示。图 1 其中输入部分是由各种输入设备，如按钮、位置开关及传感器等组成；控制部分是按照控制要求设计的，由若干继电器及触点构成的具有一定逻辑功能的控制电路；输出部分是由各种输出设备，如接触器、电磁阀、指示灯等执行元件组成。电器控制系统是根据操作指令及被控对象发出的信号，由控制电路按规定的动作要求决定执行什么动作或动作的顺序，然后驱动输出设备去实现各种操作。由于控制电路是采用硬接线将各种继电器及触点按一定的要求连接而成，所以接线复杂且故障点多，同时不易灵活改变。2.PLC 控制系统的组成 由 P

3、LC 构成的控制系统也是由输入、输出和控制三部分组成 图 2 PLC 控制系统的组成从图中可以看出，PLC 控制系统的输入、输出部分和电器控制系统的输入、输出部分基本相同，但控制部分是采用“可编程”的 PLC，而不是实际的继电器线路。因此，PLC 控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。同时，PLC 控制系统不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。PLC 控制系统与电器控制系统的区别（1）从控制方法上看，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大

4、、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而 PLC 采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且 PLC 所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC 系统的灵活性和可扩展性好。（2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而

5、 PLC 的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。（3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而 PLC 通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。（4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC 采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定

6、时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且 PLC 具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。（5）从可靠性和可维护性上看，由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC 大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC 还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。第二章 X62W 万能铣床控制电路系统 21 X62W 万能铣床介绍 X62W 万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、

7、斜面、螺旋面及成型表面的加工，它采用继电接触器电路实现电气控制。一、X62W 万能铣床实训的基本组成 1、面板 1 面板上安装有机床的所有主令电器及动作指示灯、机床的所有操作都在这块面板上进行，指示灯可以指示机床的相应动作。2、面板 2 面板上装有断路器、熔断器、接触器、热继电器、变压器等元器件，这些元器件直接安装在面板表面，可以很直观的看它们的动作情况。3、电动机 三个 380V三相鼠笼异步电动机，分别用作主轴电动机、进给电动机和冷却泵电动机。4、故障开关箱 设有 32个开关，其中 K1 到 K29用于故障设置；K30到 K31四个开关保留；K32用作指示灯开关，可以用来设置机床动作指示与不

8、指示。三、机床分析 1、机床的主要结构及运动形式（1）主要结构 由床身、主轴、刀杆、横梁、工作台、回转盘、横溜板和升降台等 几部分组成，如右图所示。原理图 2.2 X62W 万能铣床控制电路分析 图 7.7、7.8 为 X62W 型卧式万能铣床电气控制线路图。图中 M1 为主轴电动机，M2 为工作台进给电动机，M3 为冷却泵电动机。图 7.7 X62W 万能铣床主电路图 1、主电路分析 M1 是主轴电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，因为主轴电动机正反转不频繁，所以用 SA5 控制相序转换。进给电动机 M2 的正、反转频繁，因此需要用接触器 KM3 和 KM1 进行倒相。熔断器 FU1、FU

9、2 作短路保护。每台电动机均由热继电器作过载保护。2、控制电路分析 图 7.8 X62W 万能铣床电气控制原理图（1）主轴电动机 M1 的控制 主轴电动机由接触器 KM1 控制，M1 旋转方向由组合开关 SA5 预先选择。M1 的起动、停止采用两地控制的方式，控制按钮一组安装在工作台上，一组安装在床身上，可在此两处进行操作。、M1 的起动和停转 图 7.9 是主轴电动机电气控制线路图，先将换相开关 SA5 扳到所需要的位置（正转或反转）。图 7.9 主轴电动机控制线原理图 起动控制：按下 SB1（或 SB2），接触器 KM1 线圈得电，KM1 主触头闭合，M1 起动运行，KM1 辅助触头闭合，

10、进给控制电路接通。停转控制：按下 SB3（或 SB4），KM1 线圈断电。此时速度继电器 KV 正转动合触头闭合，KM2 通电，电动机 M1 串入电阻 R 实现反接制动。当 n 0 时，速度继电器 KV 动合触头复位，KM2 线圈断电，M1 停转，进给控制电路电源切断，反接制动结束。、主轴的变速冲动 主轴变速可在主轴不动时进行；也可在主轴旋转时进行，无需先按停止按钮，利用变速手柄与限位开关 SQ7 组成的联动机构进行控制。变速时，先把变速手柄下压，使它从第一道槽内拔出，再转动变速盘，选择所需要速度，然后慢慢拉向第二道槽，通过手柄压下开关 SQ7，其动断触头先断开，KM1 线圈断电，M1 失电；

11、同时其动合触头闭合，KM2 通电，M1 反向冲动。然后将变速手柄迅速推回原位，使限位开关 SQ7 复位，接触器 KM2 断电，电动机 M1 停转，变速冲动过程结束。变速完成后，需再次起动电动机 M1，主轴将在新的转速下旋转。（2）进给电动机 M 的控制 工作台进给方向有左、右的纵向运动，前后的横向运动和上、下的垂直运动，是依靠进给电动机 M2 的正反转来实现的，正反转接触器 KM3、KM4 是由两个机械操作手柄控制的。其中一个是纵向机械操作手柄，另一个是垂直与横向机械操作手柄。这两个手柄各有两套，分别设在铣床的工作台正面与侧面，实现两地操作。图 7.10 为进给拖动电气控制线路图。图中 SQ1

12、、SQ2 为纵向行程开关，SQ3、SQ4 为垂直和横向行程开关。SA1 为圆工作台选择开关，设有“接通”与“断开”两个位置。当不需要圆工作台运动时，将 SA1 置于“断开”位置，此时，触点 SA1-1、SA1-3 闭合，SA1-2 断开。然后起动主轴电动机，KM1 通电并自锁，为进给电动机起动做准备。下面对各种进给运动的电气控制电路进行简要分析。图 7.10 进给拖动电气控制线路图 、工作台纵向左右运动 工作台左右运动由工作台纵向操作手柄控制，有三个位置：左、中、右。当操作手柄扳向右位置时，通过其联动机构将纵向进给机械离合器挂上，同时压下向右进给的行程开关 SQ1-1 接触器 KM3 通电进给

13、电动机 M2 正转工作台向右进给。向左进给时将手柄扳向左压下 SQ2-1 KM4 通电吸合 M2 反转工作台向左进给。当需停止时，将手柄扳回中间位置，纵向进给结束，工作台停止运动。、工作台垂直上下运动和横向前后运动的控制 向上进给时将手柄向上挂上垂直运动的离合器压下 SQ4，SQ4-1 闭合 KM4 通电吸合 M2 反转工作台向上进给。向下进给时将手柄扳向下压下 SQ3，SQ3-1 闭合，SQ3-2 断开 KM3 通电吸合 M2 正转工作台向下进给。向前进给时将手柄扳向前挂上横向运动的离合器压下 SQ3，SQ3-1 闭合，SQ3-2 断开 KM3 通电 M2 正转工作台向前进给。向后进给时将手

14、柄扳向后压下 SQ4，SQ4-2 断开，SQ4-1 闭合 KM4 通电吸合 M2 反转工作台向后进给。、工作台的快速移动 工作台三个方向的快速移动也是由进给电动机拖动的，当工作台已经进行工作时，如再按下快速按钮 SB5 或 SB6 使 KM5 通电，接通快速移动电磁铁 YA，衔铁吸上，经杠杆将进给传动链中的摩擦离合器合上，使工作台按原运动方向实现快速移动。SB5 或 SB6 松开时，KM5、YA 相继断电，衔铁释放，摩擦离合器脱开，快速移动结束，工作台按原进给速度运动 、进给变速时的“冲动”控制 在进给变速时，为使齿轮易于啮合，电路中也设有变速“冲动”控制环节。进给变速冲动是由进给变速手柄配合

15、进给变速冲动开关 SQ6 实现的。压合 SQ6 触点，SQ6-2 先断开，SQ6-1 后闭合电流经 SA1-3、SQ2-2、SQ1-2 SQ3-2、SQ4-2 SQ6-1 KM3 通电 M2 正转完成变速“冲动”。圆工作台进给控制 圆工作台的回转不需要调速，也不要求反转，因此仅由 KM3 控制即可。操作时，首先将 SA1 扳到“接通”位置，这时触点 SA1-2 闭合，SA1-3 断开，按下主轴起动按钮 SB1 或 SB2，主轴电动机 M1 起动后 KM3 即通电吸合，于是 M2 拖动圆工作台做单向旋转运动。第二章 可编程控制 PLC 设计 3.1任务分析 图 3 PLC 控制系统设计与调试的一

16、般步骤（一）分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对 PLC 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。（二）确定输入输出设备 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与 PLC 有关的输入/输出设备，以确定 PLC 的 I/O 点数。（三）选择 PLC PLC 选择包括对 PLC 的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。（四）分配 I/O点并设计 PLC 外围硬件线路 1.分配 I/O点 PL

17、C 的 I/O 点与输入输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第步中进行。2.设计 PLC 外围硬件线路 画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入 PLC 的控制电路等。由 PLC 的 I/O 连接图和 PLC 外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。（五）程序设计 1.程序设计 根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计 PLC 程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：1）初始化程序。在 PLC 上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备

18、，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。2.程序模拟调试 程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台 PLC 或

19、一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到 PLC 系统的输入端，其时效性较强。2）软件模拟法是在 PLC 中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。（六）硬件实施 硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：1）设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。2）设计系统各部分之间的电气互连图。3）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此 PLC 控制系统的设计周期可大大缩短。（七）联机调试 联机调试是将通过模

20、拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从 PLC 只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到 EPROM 中，以防程序丢失。（八）整理和编写技术文件 技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC 程序以及使用说明书等 32 PLC 控制系统设计 1.主要结构及运动形式 X62W 万能铣床主要由床身、主轴、刀杆、悬梁 工作台、回转盘、横流板和升降台等部分组成，如图 1 所示。X62W

21、 万能铣床共有三台电动机：M1 是主轴电动机，带动主轴、铣刀进行铣床削加工；M2是进给电动机，通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下六个方向的进给运动和快速移动，并经传动机构驱动圆工作台的回转运动；M3 是冷却泵电动机，供应冷却液。图 1万能铣床结构示意图 2.X62W 万能铣床控制电路分析（1）主控制电路 X62W 万能铣床控制电路如图所示。其中，SQ1 是电源总开关，熔断器 FU1 起总电源短路保护作用；M1 是主轴电动机，通过换相开关 SA 与接触器 KM2、KM3 进行正反转控制、反接制动及瞬时控制，热继电器 FR1 对 M1 进行过载保护；M2 是工作台进给电动机，

22、由接触器 KM4、KM5 的常开主触头实现正反转控制，热继电器 FR2 对 M2 进行过载保护；冷却泵电动机 M3 只要求正转，由接器 KM1 控制，热继电器 FR3 为 M3 的过载保护；熔断器 FU2、FU3 为 M2 和 M3 的短路保护。速度继电器 KS 对 M1 进行反接制动控制。（2）主轴电动机 M1 的控制 主轴电动机 M1 由接触器 KM2、KM3 控制，主轴旋转方向事先可通过转换开关 SA 来选择。按下启动按钮 SB1 或 SB2，接触器 KM3 线圈自锁，主轴电动机运转。当速度运行到一定程度时，速度继电器 KS 常开闭全。按下停止按钮 SB3 或 SB4，常闭触点 SB3-

23、1 或 SB4-1 断开，接触器 KM3 线圈断电，常开触点 SB3-2 或 SB4-2 闭合，KM2 线圈得电，KM2 常闭断开，KM2 常开闭合自锁，KM2主触点闭合，M1 串电阻 R 进入动状态，当 M1速度降到一定时 KS 常开复位，KM2 线圈失电，各触点复位，主轴电动机停转；位置开关 SQ7 结合变速手柄机械动作实现主轴冲动控制，从而使变速齿轮齿合（3）进给电动机 M2 的控制 工作台纵向（前、后）和升降（上、下）进给的控制，先将工作台转换开关 SA1 扳至断开位置，此时，SA11 和 SA13 接通。工作台的纵向和升降进给运动是由一个操纵手柄控制的。该操纵手柄有上、下、前、后四个

24、位置（用按钮代替操纵手柄），并与位置开关 SQ1 和 SQ2 联动。当手按下向下或前位置时，使位置开关 SQ1 常闭触点 SQ12断开，常开触点 SQ11 闭合，接触器 KM4 线圈得电，电动机 M2 正转，由于机械传动的配合带动工作台向下或向前运动。当手按下向上或向后位置时，位置开关 SQ2 的常闭触点 SQ22 断开，常开触点 SQ21 闭合，接触器 KM5 线圈得电，电动机 M2 反转，由于机械传动的配合带动工作台向上或向后运动。工作台的横向（左、右）进给控制，是将工作 台转换开 SA1 仍扳至 SA1-1 和 SA1-3 接通位置，横向操纵手柄控制工作台的左右横向进给运动，该操纵手柄有

25、左、右之分（用按钮代替操纵手柄）。扳动手柄时，位置开关 SQ3 或 SQ4 均未被压合的同时，通过机械结构将电动机 M2 的传动链与工作台 下面的左右进给丝杠搭合。当手柄扳至向左位置时，位置开关 SQ4 的常闭触点 SQ4-2 断开，常开触点 SQ4-1 闭合，接触器 KM5 线圈得电，M2 正转由于机械传动的配合带动工作台向左运动；当手柄扳至向左位置时,位置开关 SQ3 的常闭触点 SQ31 断开，常开触点 SQ32 闭合，接触器 KM4 线圈得电，电动机 M2 反转，由于机械传动的配合带动工作台向右运动。圆工作台的回转运动控制。为了扩大铣床的加工范围，可在铣床工作台上安装附件圆形工作台，进

26、行圆弧或凸轮的铣削加工。加工前应将转换开关 SA1 应扳到接通位置，此时触点 SA1-2 接通，触点 SA1-1 和 SA1-3 断开,使接触器 KM4 线圈得电,电动机 M2 运转，通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动；停止时仍将转换开关 SA1 扳至断开位置，以保证工作台能够进行六个方向中任意一个方向的进给运动。（4）冷却泵电机控制 冷却泵控制电路，合上 SA3,KM1 线圈 得电,KM1 主触点闭合,M3 运转,输送冷却液,当断 开 SA3,线圈 KM1 失电,各触点复位,M3 停转。3.3 PLC 程序设计 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

27、16 点，输出点数为 7 点，根据输入输出口的数量，可选择三菱 FX2N32MR 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 PLC I/O 地址分配入下表 1所示：如图万能铣床 PLC I/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 KM3 M2正转 Y3 5 SA1 换刀开关 X4 5 KM4 M2反转 Y4

28、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接线如图所示：图 万能铣床的 I/O接线图根据 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 4 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 图 电气控制系统的 PLC 控制梯形图位，Y1线圈失电，主轴惯性运转，同时 X3常开触点