畢業(yè)設計（論文）基于PLC的X62W萬能銑床電氣控制系統(tǒng)設計

1、本科學生畢業(yè)論文論文題目：基于plc的x62w萬能銑床電氣控制系統(tǒng)設計學 院：機電工程學院年 級：2007級專 業(yè)：電氣工程及其自動化姓 名：學 號：指導教師： 2011 年 5月 21日摘要銑床是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)的對象以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的技術裝置。電氣系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應用。plc是可編程控制器的簡稱，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它采用可編程序的儲存器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過模擬的或數(shù)字的輸入和輸出接口，控制各種類型的機器設備或生產(chǎn)過程。在我國7080年代大多數(shù)銑床中，大多

2、數(shù)的開關量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制，繼電器本身固有的缺陷，給銑床的安全和經(jīng)濟運行帶來了不利影響。隨著科技進步，和plc技術的成熟，所以對x62w萬能銑床進行plc改造勢在必行，是提高機床性能，提升經(jīng)濟效益及產(chǎn)品質量的關鍵舉措。關鍵詞x62w銑床；電氣控制系統(tǒng)；plc；梯形圖abstract various types of milling machine is a motor-driven gear in order to achieve the objects and systems of production process automation technical devices. e

3、lectrical system is one of the backbone part of the national economy in the various industries are widely used in many sectors.plc is a programmable controller for short , is a digital computing operation of electrical system .it uses programmable storage devices used in its internal memory implemen

4、tation of the logical operations, sequential control, timing,counting and arithmetic operations such as instruction, and through analog or digital input and output interfaces to control various types of machinery and equipment or production process.70 to 80 years in our country most of the milling m

5、achine, most of the switch volume control systems are based on the relay control, relay inherent defects, to the milling machine safe and economic operation had a negative impact . as technology advances,and plc technology matures, so the x62w universal milling machine is imperative for the transfor

6、mation of plc is to improve machine performance, enhance economic efficiency and product quality, the key step.key wordsx62w universal milling machine;electrical control system; programmable logic controller;terraced figure iii目錄摘要iabstractii前言1第一章 銑床21.1 銑床國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢21.2 銑床簡單介紹31.2.1 銑床的選型31.2.2

7、x62w萬能銑床的特點3第二章 x62w萬能銑床的硬件設計42.1 x62w萬能銑床電力拖動的特點及控制要求42.2 x62w萬能銑床元件選型42.3 x62w萬能銑床的主要結構及運動形式5第三章 x62w萬能銑床傳統(tǒng)繼電器的電氣控制原理63.1 電氣原理圖63.2 主電路分析73.3 控制電路分析83.3.1 主軸電機m1的控制83.3.2 進給電動機m2的控制93.3.3 冷卻泵電動機及照明電路的控制12第四章 plc的簡介134.1 plc的產(chǎn)生134.2 plc的定義和特點134.2.1 plc的定義134.2.2 plc的特點144.3 可編程控制器的主要性能指標154.4 可編程控

8、制器的分類154.5 plc的編程語言164.7.1 梯形圖語言164.7.2 助記符語言164.7.3 順序功能圖語言16第五章 x62w萬能銑床基于plc改造的具體設計175.1 改造設計中plc的選型175.2 x62w萬能銑床基于plc控制電路的改造195.3 現(xiàn)場信號與plc軟繼電器對照表（i/o地址分配表）215.4 plc梯形圖215.5 plc語句表25結論28參考文獻29致謝30基于plc的x62w銑床電氣系統(tǒng)控制前言本設計講述了x62w萬能銑床電氣控制的工作原理，說明了用plc改造的具體方法，從而提高整個電氣控制系統(tǒng)的性能。銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削

9、平面，溝槽，齒輪，螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應用。最早的銑床的美國人惠特尼于1818年創(chuàng)制的臥式銑床；為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國人布朗于1862年創(chuàng)制了第一臺萬能銑床，這是升降臺銑床的雛形；1884年又出現(xiàn)了龍門銑床；二十世紀20年代出現(xiàn)了半自動銑床，工作臺利用擋塊可完成“進給-快速”或“快速-進給”的自動轉換，1950年以后，銑床在控制系統(tǒng)方面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應用大大的提高了銑床的自動化程度。尤其是70年代以后，微處理機的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)在銑床上得到應用，擴大了銑床的加工范圍，提高了加工精度和效率 王國海,沈蓬.可編程

10、序控制器及其應用m.北京:中國勞動社會保障出版社,2001.。第一章 銑床1.1 銑床國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢自從1969年第一臺可編程控制器在美國問世以來，在工業(yè)控制中得到廣泛的應用。近年來，我國在石油，化工，機械，輕工，發(fā)電，電子，橡膠，塑料加工等行業(yè)工業(yè)設備的電氣控制中，越來越多的采用plc機控制，并取得了顯著的效果，深受各行業(yè)的歡迎。銑床是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)的對象以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的裝置。隨著電子技術的發(fā)展，可編程控制器日益廣泛的應用于機械，電子加工和設備電氣改造中。從上世紀80年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對自動控制技術和自動銑床一直給予較大的關注。經(jīng)過95自動車

11、床和加工中心包括自動銑床的產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)基地的形成，所生產(chǎn)的中檔普及型自動銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強的市場競爭力，但在中高檔自動銑床方面與國外一些先進產(chǎn)品相比仍存在較大差距 廖常初.設備改造中的plc梯形圖設計方法m.北京:電工技術雜志,2001.9。隨著科學技術的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展改進，特別是計算機技術的應用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術的面貌，在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制，在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從策重發(fā)展到信息化處理，在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計算機為中心的網(wǎng)絡化自動控制

12、系統(tǒng)，x62w綜合計算機技術，微電子技術，檢測技術，自動控制技術，智能技術，通信技術，網(wǎng)絡技術等先進的科學技術成果。x62w銑床是有普通機床發(fā)展而來的，它集于機械，液壓，氣動，伺服驅動，精密測量，電氣自動控制，現(xiàn)代控制理論，計算機控制等技術于一體，是一種高效率，高精度能保證加工質量，解決工藝難題，而且又具有一定柔性的的生產(chǎn)設備。萬能銑床的廣泛應用，給機械制造的生產(chǎn)方式，產(chǎn)品機構和產(chǎn)業(yè)機構帶來了深刻的變化，其技術水平高低和擁有量多少，是衡量一個國家和企業(yè)現(xiàn)代化的一個重要標志。一種新型的控制裝置，一項先進的應用技術，總是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際需要而產(chǎn)生的?？删幊炭刂破骱喎Qpc，plc是一種專門為在工業(yè)

13、環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc其有可靠性高，抗干擾能力強，維修檢測方便等優(yōu)點，適合于萬能銑床的控制，獲得廣泛的推廣，現(xiàn)在萬能銑床以全部采用plc控制，結束了近20年使用繼電控制的歷史 焦海生. 可編程序控制器梯形圖的順序控制設計j. 內(nèi)蒙古電大學刊, 2006, (06)。1.2 銑床簡單介紹1.2.1 銑床的選型圖1-1 x62w的含義圖x62w萬能銑床是一種通用的多用途機床，它可以進行平面、斜面、螺旋面及成

14、型表面的加工，是一種較為精密的加工設備，它采用幾點接觸器電路實現(xiàn)電氣控制，plc轉為工業(yè)環(huán)境應用而設計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗干擾能力強，將x62w萬能銑床電氣控制線路改造為可編程控制器控制，可以提高整個電氣控制系統(tǒng)的工作性能，減少維護，維修的工作量 張萬忠.可編程控制器應用技術m.北京:化學工業(yè)出版社,2002。1.2.2 x62w萬能銑床的特點1. 能完成很多普通機床難以加工或更本不能加工的復雜型面的加工。2. 采用x62w銑床可以提高零件的加工精度，提高產(chǎn)品的質量。3. 采用x62w可以比普通機床提高2-3倍的生產(chǎn)率，對復雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。第二章

15、x62w萬能銑床的硬件設計2.1 x62w萬能銑床電力拖動的特點及控制要求1. 機床要求有三臺電動機，分別稱為主軸電動機、進給電動機和冷卻泵電動機。2. 由于加工時有順銑和逆銑兩種，所以要求主軸電動機能正反轉及在變速時能瞬時沖動一下，以利于齒輪的嚙合，并要求還能制動停車和實現(xiàn)兩地控制 陳遠齡.機床電氣自動控制m.重慶:重慶大學出版社,1997。2.2 x62w萬能銑床元件選型表2-1 銑床電機參數(shù)參照表符號名稱型號規(guī)格件數(shù)作用m1主軸電動機y132-m-4-b37.5kw,380v,1450r/min1主軸傳動m2進給電動機y90l-41.5kw,380v,1400r/min1進給傳動m3冷卻

16、泵電動機jcb-220.125kw,380v,2790r/min1冷卻泵傳動表2-2 銑床元件型號符號名稱型號規(guī)格件數(shù)作用km1接觸器cj0-2020a,220v1主軸啟動km2接觸器cj0-1010a,220v1反接制動km3接觸器cj0-1010a,220v1m2正傳km4接觸器cj0-1010a,220v1m2反轉km5接觸器cj0-1010a,220v1m2快速進給km6接觸器cj0-1010a,220v1油泵電機啟動kv速度繼電器jy12a1反接制動sb1,2按鈕la2綠色2m1啟動按鈕sb3,4按鈕la2黑色2m1停止按鈕sb5,6按鈕la2紅色2快速進給按鈕sa1轉換開關hz1-

17、10/e16三極1圓工作臺轉換sa2轉換開關hz1-10/e16三極1照明燈開關sa4轉換開關hz1-10/e16三極1m1轉向開關sq1限位開關lx1-11k開啟式1向右進給sq2限位開關lx1-11k開啟式1向左進給sq3限位開關lx2-131單輪，自動復位1向前、向下進給sq4限位開關lx2-131單輪，自動復位1向后、向上進給sa3轉換開關hz1-10/e16三極1冷卻泵開關sq6限位開關lx3-11k開啟式1進給變速沖動sq7限位開關lx3-11k開啟式1主軸變速沖動qs轉換開關hz1-60/e26三極1電源總開關fr1熱繼電器jrq-4011a,3a1m1過載保護fr2熱繼電器jr

18、10-103a,5a1m2過載保護fr3熱繼電器jr10-100.415a1m3過載保護fu1熔斷器rl130a3總電源短路保護fu2熔斷器rl110a3進給短路保護fu3熔斷器rl16a2控制電路短路保護fu4熔斷器rl14a2照明電源短路保護tc1變壓器bk-50380/36v1控制電路變壓器tc2變壓器bk-150380/127v1照明變壓器ya電磁離合器b1dl-iii1快速進給r電阻zb21.45w,15.4a2限制制動電阻2.3 x62w萬能銑床的主要結構及運動形式1. 主要結構由床身、主軸、刀桿、橫梁、工作臺、回轉盤、橫溜板和升降臺等幾部分組成，如圖2-1所示。圖2-1 x62w

19、萬能銑床外形圖2. 運動形式主軸轉動是由主軸電動機通過彈性聯(lián)軸器來驅動傳動機構，當機構中的一個雙聯(lián)滑動齒輪塊嚙合時，主軸即可旋轉。工作臺面的移動是由進給電動機驅動，它通過機械機構使工作臺能進行三種形式六個方向的移動，即：工作臺面能直接在溜板上部可轉動部分的導軌上作縱向（左、右）移動；工作臺面借助橫溜板作橫向（前、后）移動；工作臺面還能借助升降臺作垂直（上、下）移動 呂景泉.可編程控制器及其應用m.北京:機械工業(yè)出版社,2001。第三章 x62w萬能銑床傳統(tǒng)繼電器的電氣控制原理3.1 電氣原理圖該銑床共用3臺異步電動機拖動，它們分別是主軸電動機m1、進給電動機m2和冷卻泵電動機m3。x62w萬能

20、銑床的電氣原理圖主電路圖如圖3-1所示。圖3-1 x62w萬能銑床的電氣原理圖主電路圖x62w萬能銑床的電氣原理圖控制電路圖如圖3-2所示。圖3-2 x62w萬能銑床的電氣原理圖控制電路圖3.2 主電路分析主軸電動機m1要求能夠實現(xiàn)正反轉，但旋轉方向變換不頻繁。通過換向開關sa4在加工前預先選擇，與接觸器km1配合，能進行正反轉控制；與接觸器km2、制動電阻r及速度繼電器kv的配合，實現(xiàn)主軸電動機的正反轉反接制動控制，并通過機械裝置進行變速。 進給電動機m2要求能夠實現(xiàn)正反轉，通過接觸器km3、km4與行程開關、接觸器km5和牽引電磁鐵ya配合，實現(xiàn)三種形式六個方向的常速進給和快速進給控制。

21、冷卻泵電動機只要求單向旋轉。電路中熔斷器fu1既作為銑床總的短路保護，又作為主軸電動機m1的短路保護；fu2作為進給電動機m2、冷卻泵電動機m3及控制變壓器、照明變壓器一次側的短路保護；熱繼電器fr1、fr2和fr3分別作為m1、m2和m3的過載保護 楊長能,張光毅.可編程控制器基礎及其應用m.重慶:重慶大學出版社,1992。3.3 控制電路分析3.3.1 主軸電機m1的控制將圖3-2的主軸電動機的控制線路另畫于圖3-3中。圖中sb1、sb2、sb3和sb4是分別裝在工作臺的前面和床身側面的啟動和停止按鈕，可在兩地控制，方便操作。圖3-3 主軸電機控制線路km1是主軸電動機啟動接觸器，需要啟動

22、主軸電動機時，先將轉換開關sa4扳到主軸電動機所需的旋轉方向；然后按下啟動按鈕sb1或sb2，接觸器km1得電且自鎖，電動機m1拖動主軸旋轉；速度繼電器kv動作，kv-1或kv-2中的一對常開觸點閉合，為主軸電動機的反接制動作好準備。主軸電動機m1得電通路：t1sq7常閉觸點sb4sb3sb1或sb2km2常閉觸點km1線圈t1。km2是反接制動和主軸變速沖動接觸器。停車時，按下停止按鈕sb3或sb4，接觸器km1失電，主軸電動機m1慣性轉動；停止按鈕按到底，km2得電且自鎖，改變了主軸電動機m1的電源相序，串入電阻反接制動；當m1的轉速降至約100r/min時，速度繼電器kv-1或kv-2的

23、常開觸點恢復斷開，km2失電，m1迅速停止轉動，反接制動結束。反接制動接觸器km2得電通路：t1sq7常閉觸點sb4或sb3常開觸點（已閉合）kv-1或kv-2常開觸點（已閉合）km1常閉觸點km2線圈t1。sq7是與主軸變速手柄聯(lián)動的瞬時動作行程開關。主軸變速時，先將變速手柄壓下拉到前面，轉動變速盤選擇需要的轉速，然后將變速手柄推回原位。在將變速手柄拉到前面和推回原位的過程中，與變速手柄相聯(lián)的凸輪都會把行程開關sq7壓下，sq7的常開觸點瞬時閉合一下，km2得電，主軸電動m1反向轉動一下，使變速后的齒輪易于嚙合，這就是主軸的變速沖動。主軸變速可在主軸不轉時進行，也可在主軸轉動時進行。如果是在

24、主軸轉動時進行變速，無需先按停止按鈕再變速，可直接進行變速操作。行程開關sq7在變速手柄拉出時，在凸輪的作用下常閉觸點先斷開，切斷接觸器km1的線圈電路，主軸電動機m1斷電；sq7的常開觸點后閉合，km2得電，對主軸電動機m1進行反接制動，m1的轉速迅速下降；將變速手柄推回時，sq7再次動作一下，實現(xiàn)主軸的變速沖動。變速完成后，主軸停止轉動，需再次啟動電動機，主軸將在新的轉速下旋轉 譚維瑜.電機與電氣控制m.北京:機械工業(yè)出版社,2003. 12。3.3.2 進給電動機m2的控制進給運動的所有操作都是在主軸電動機m1啟動、接觸器km1常開觸點閉合后進行的；所有的進給運動都是由進給電動機m2拖動

25、的。轉換開關sa1是工作臺的選擇開關，當置于“斷開”位置時，sa1-1、sa1-3閉合，sa1-2斷開，可以進行工作臺的進給操作；當置于“閉合”位置時，sa1-1、sa1-3斷開，sa1-2閉合，此時不能進行工作臺的操作，只能對圓工作臺的進給運動進行控制。 工作臺的進給運動分為左右的縱向運動、前后的橫向運動和上下的垂直運動。當轉換開關sa1置于“斷開”位置時，將圖3-2中工作臺進給運動的控制線路另畫于圖3-4中。接觸器km3、km4使進給電動機實現(xiàn)正反轉控制，用來改變工作臺進給運動的方向。進給運動的操作是由兩個機械操作手柄與對應的行程開關和機械傳動機構相互配合實現(xiàn)的。sq1、sq2是與縱向進給

26、機械操作手柄相聯(lián)動的行程開關，sq3、sq4是與橫向進給及垂直進給機械操作手柄相聯(lián)動的行程開關。六個方向的進給運動相互聯(lián)鎖，同一時刻只允許有一個方向的運動，當兩個操作手柄處在中間位置時，sq1sq4各行程開關都處在未受壓的原始狀態(tài) 王春江. 用plc改造x62w萬能銑床j.南鋼科技, 2003, (02) 。圖3-4 工作臺進給運動控制線路1. 工作臺縱向（左、右）進給運動的控制工作臺的縱向進給由縱向操作手柄控制，該手柄有三個位置：向左、向右和中間。當將操作手柄扳向右（或向左）時，一方面通過機械機構將工作臺與縱向移動的傳動裝置相聯(lián)接，另一方面壓下向右（或向左）進給行程開關sq1（或sq2），s

27、q1-1（或sq2-1）常開觸點閉合，接觸器km3（或km4）得電，進給電動機m2通電轉動（或反向轉動），拖動工作臺向右（或向左）移動。當將縱向操作手柄扳回到中間位置時，一方面工作臺脫離縱向移動的傳動裝置，另一方面行程開關sq1（或sq2）復位，接觸器km2（或km3）失電，進給電動機m2斷電，工作臺停止轉動。由于進給速度低，m2未采取制動措施。為避免工作臺左、右移動越過極限進給位置發(fā)生事故，在工作臺的左、右兩端各有一塊擋鐵，當工作臺移動到極限位置時，擋鐵撞向縱向操作手柄，使手柄回到中間位置，實現(xiàn)自動停車。左、右移動的極限位置，可以通過改變左、右兩端的擋鐵位置進行調(diào)整。2. 工作臺橫向（前、后

28、）及垂直（上、下）進給運動的控制工作臺橫向及垂直進給由十字手柄控制，該手柄也有兩個，分別裝在工作臺左側的前、后方。十字手柄有：前、后、左、右和中間五個位置。與縱向進給操作一樣，在扳動十字手柄壓下行程開關sq3、sq4的同時，將工作臺與橫向運動或垂直運動的機械傳動裝置相聯(lián)接。sq3控制工作臺向下或向前運動，sq4控制工作臺向上或向后運動。當將十字手柄扳向下或向前時，壓下行程開關sq3，sq3-1常開觸點閉合，接觸器km3得電，進給電動機m2通電轉動，拖動工作臺向下或向前移動。若將十字手柄扳回到中間位置，工作臺與傳動機構脫離，同時行程開關sq3復位，接觸器km3失電，進給電動機m2斷電，工作臺停止

29、進給運動。當將十字手柄扳向上或向后時，壓下行程開關sq4，sq4-1常開觸點閉合，接觸器km4得電，進給電動機m2通電反轉，拖動工作臺向上或向后運動。3. 工作臺的快速移動為提高工作效率，在銑刀未作銑切加工時，工作臺可以快速移動，操作過程如下：工作臺在進給移動時，按下快速移動按鈕sb5或sb6（兩地控制），接觸器km5得電，快速移動電磁鐵ya通電動作，工作臺按原進給方向快速移動，當工作臺移動到預期位置，松開探險鈕sb5或sb6，km5失電，ya斷電，快速進給結束，工作臺按原速度、原方向繼續(xù)移動。4. 進給電動機的變速沖動為使齒輪易于嚙合，與主軸變速一樣，進給變速也設有變速沖動裝置。sq6是進給

30、變速沖動行程開關，在操作進給變速盤變速時，其連桿機構會瞬時壓下行程開關sq6，使sq6-2常閉觸點斷開、sq6-1常開觸點閉合，接觸器km3短時得電，進給電動機m2瞬時轉動一下，實現(xiàn)對進給變速的沖動。從進給控制電路可以看出，進給變速沖動是在行程開關sq1sq4不受壓、其常閉觸點閉合時完成的。所以進給變速時，需將操作手柄都置在中間位置，進給電動機m2不轉的情況下，才能實現(xiàn)進給的變速沖動，這一點與主軸的變速沖動不同。5. 圓工作臺的控制圖3-5 圓工作臺進給控制電路圓工作臺的控制電路如圖3-5所示，此時工作臺的進給操作手柄都應處在中間位置，sq1sq4的常閉觸點處于閉合的原始位置，按下主軸啟動按鈕

31、sb1或sb2，接觸器km1、km3先后得電，主軸轉動的同時，進給電動機m2通過傳動機構拖動圓工作臺單向轉動。若要使圓工作臺停止運動，只要按下主軸停止按鈕sb3或sb4，主軸與圓工作臺便同時停止工作。6. 進給控制的聯(lián)鎖在銑床加工中，為安全起見，在多種運動間設置了相互的聯(lián)鎖。它們包括：主軸運動與進給運動間先主軸后進給的順序聯(lián)鎖；工作臺六個運動方向間不能同時進行的聯(lián)鎖；進給變速沖動應在進給運動停止時進行的聯(lián)鎖；圓工作臺與工作臺的進給不能同時進行的聯(lián)鎖 崔琪,李曉波. 基于plc的銑床控制系統(tǒng)改造設計j. 機械制造與自動化, 2010, (03) 。3.3.3 冷卻泵電動機及照明電路的控制為防止銑

32、切加工時過熱，在銑床工作時，可以啟動冷卻泵電動機m3，提供冷卻液。由于冷卻泵電動機m3容量小，直接用轉換開關sa3控制。工作臺的照明電源是由照明變壓器t2將380v交流電壓降至36v安全電壓提供的，照明電路由轉換開關sa2控制。第四章 plc的簡介4.1 plc的產(chǎn)生1968年美國通用汽車公司（gm）招標要求:軟連接代替硬接線;維護方便;可靠性高于繼電器控制柜;體積小于繼電器控制柜;成本低于繼電器控制柜;有數(shù)據(jù)通訊功能;輸入115v;可在惡劣環(huán)境下工作;擴展時，原系統(tǒng)變更要少;用戶程序存儲容量可擴展到4k。核心思想：用程序代替硬接線，輸入/輸出電平可與外部裝置直接相聯(lián)，結構易于擴展，這是plc

33、的雛形。1969年美國dec公司研制出世界上第一臺plc（pdp-14），并在gm公司汽車生產(chǎn)線上應用成功。4.2 plc的定義和特點4.2.1 plc的定義plc問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標準化，美國電氣制造商協(xié)會nema（national electrical manufactory association） 經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為pc（programmable controller），并給pc作了如下定義“pc是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的

34、輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行pc之功能著，亦被視為pc，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器?！币院髧H電工委員會（iec）又先后頒布了plc標準的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計 徐宏. 用plc對x6

35、2w萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)改造j. 科技創(chuàng)新導報, 2010, (01)?！?.2.2 plc的特點1. 高可靠性1）所有的i/o接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與plc內(nèi)部電路之間電氣上隔離。2）各輸入端均采用r-c濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms。3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。4）采用性能優(yōu)良的開關電源。5）對采用的器件進行嚴格的篩選。6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，cpu立即采用有效措施，以防止故障擴大。7）大型plc還可以采用由雙cpu構成冗余系統(tǒng)或有三cpu構成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高 李旭芳. x62w萬能銑床的plc控

36、制j. 民營科技, 2009, (07)。2. 豐富的i/o接口模塊plc針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應的i/o模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3. 采用模塊化結構為了適應各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型plc以外絕大多數(shù)plc均采用模塊化結構plc的各個部件包括cpu電源i/o等均采用模塊化設計由機架及電纜將各模塊連接起來系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4. 編程簡單易學plc的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式對使用者來說不需要具備計算機的專門知識因此很容易

37、被一般工程技術人員所理解和掌握。5. 安裝簡單維修方便plc不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與plc相應的i/o端相連接即可投入運行各種模塊上均有運行和故障指示裝置便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復運行。4.3 可編程控制器的主要性能指標可編程控制器的性能指標有很多，主要有以下幾項指標。1. 輸入/輸出點數(shù)(i/o) i/o點數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標志著可以接多少個開關按鈕和可以控制多少個負載。2. 存儲容量 存儲容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序

38、的存儲容量。3. 掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需的時間來衡量，單位為ms/千步，也有以執(zhí)行一步指令所需來計算，單位us/步。4. 功能擴展能力 可編程控制器除了主模板塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應各種特殊功能應用的需要。如a/d模塊、d/a模塊、位置控制模塊等。5. 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺可編程控制器指令的總和，它是衡量可編程控制器功能強弱的主要指標 吳國強. plc在x62w萬能銑床改造中的應用j. 廣西輕工業(yè), 2007, (02)。4.4 可編程控制器的分類通常plc產(chǎn)品可按結構形式、控制規(guī)模等進行分類。1. 按結構形式分類 按結構形式不同，可分為整體式和模塊式兩

39、類。整體式的plc是將電源、cpu、存儲器、輸入/輸出單元等各個功能部件集成在一個機殼內(nèi)，從而具有結構經(jīng)湊、體積小、價格低等優(yōu)點，許多小型plc多采用這種機構。模塊式的plc將各個功能部件做成獨立模塊，如電源模塊、cpu模塊、i/o模塊等，然后進行組合。2. 按控制規(guī)模分類 按控制規(guī)模大小，可分為小型、中型和大型plc三種類型。1）小型plc。小型plc的i/o點數(shù)在256點以下，存儲容量在2k步以內(nèi)，其中輸入輸出點數(shù)小于64點的plc又稱為超小型或微型plc，具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等基本功能。2）中型plc。中型plc的開關量i/o點數(shù)通常在2562048點之間，用戶程

40、序存儲器的容量為28kb，除具有小型機的功能外，還具有較強的模擬量i/o、數(shù)字計算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)，如比例、積分、微分（pid）調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉換、中斷控制、遠程i/o及通信聯(lián)網(wǎng)功能。3）大型plc。大型plc也稱為高檔plc，i/o點數(shù)在2048點以上，用戶程序存儲容量在8k以上，其中i/o點數(shù)大于8192點的又稱為超大型plc，除具有中型機的功能外，還具有較強的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及強大的通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制、智能控制和遠程控制等功能。4.5 plc的編程語言plc的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用的較

41、多，流程圖語言也在許多場合被采用。4.7.1 梯形圖語言1. 梯形圖從上至下編寫，每一行從左至右順序編寫。plc程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。2. 圖左、右邊垂直線稱為起始母線、終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止母線可以省略。3. 梯形圖中的觸點有兩種，即動合觸點和動斷觸點。4. 梯形圖的最右端必須連接輸出元素。5. 梯形圖中的觸點可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。4.7.2 助記符語言助記符語言是plc命令的語言表達式。用梯形圖編程雖然直觀、簡便，但要求plc配置較大的顯示器放可輸入圖形符號，這在有些小型機上常難以滿足，所以助記符語言也是一種較常用的一種編程

42、方式。不同型號的plc，其助記符語言也不同，但其基本原理是相近的。編程時，一般先跟據(jù)要求編制梯形圖語言，然后再根據(jù)梯形圖轉換成助記符語言。4.7.3 順序功能圖語言順序功能圖sfc是一種描述順序控制系統(tǒng)功能的圖解表示法，主要由“步”、“轉移”及“有限線段”等元素組成，它將一個完整的控制工程分為若干個階段(狀態(tài))，各階段具有不同的動作，階段間有一定的轉換條件，條件滿足就實現(xiàn)狀態(tài)轉移，上一狀態(tài)動作結束，下一動作開始。第五章 x62w萬能銑床基于plc改造的具體設計5.1 改造設計中plc的選型plc的選型：由于西門子s7-200系列的強大功能使得其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能

43、。并且具有緊湊的的設計、良好的擴展性、低廉的價格、豐富的功能模塊以及強大的指令系統(tǒng)，使得s7-200 plc可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求，所以本次設計選用s7-200系列plc。由于本設計實現(xiàn)的是整個控制電路用plc控制，且圓形工作臺轉換開關sa1和換刀開關sa2和sa3不能直接接到plc的輸入端口來實現(xiàn)信號的輸入，因而需引入接觸器km7、km8、km9。利用接觸器的輔助觸點和常開、常閉按鈕（sb7sb12）來實現(xiàn)對工作臺與圓形工作臺之間的轉換、照明燈通斷以及油泵電動機的啟動與停止的控制。因此可將圖3-2稍作修改后如圖5-1所示。根據(jù)修改后的圖，確定輸入信號與輸出信號。輸入信號：sb1s

44、b12，sq1sq4，sq6sq7，kv1kv2。（精簡成17個信號）輸出信號：km1km9。（9個信號）s7-200 plc的cpu模塊按i/o點數(shù)多少不同而有五種不同結構配置的品種，即cpu221、cpu222、cpu224、cpu224xp和cpu226。由于本設計中對銑床電氣控制部分的改造需要17個輸入信號、9個輸出信號，所以選擇s7-200 cpu226這款集成24輸入和16輸出的plc 周斌. plc在x62w臥式萬能銑床電氣控制系統(tǒng)改造中的應用j. 機電工程技術, 2009, (01)。圖5-1 修改后x62w萬能銑床的電氣原理圖控制電路圖5.2 x62w萬能銑床基于plc控制電

45、路的改造x62w萬能銑床電氣控制線路中的主電路保持不變，如圖5-2所示。圖5-2 x62w萬能銑床的主電路圖在控制電路中，變壓器tc的輸出及整流器vc的輸出部分去掉，用可編程控制器改造后的plc硬接線如圖5-3所示。為了實現(xiàn)整個控制電路用plc控制，圓形工作臺轉換開關sa1和換刀開關sa2和sa3分別用sb7sb12表示常開和常閉按鈕接入plc的輸入端子。同時為了保證各種聯(lián)鎖功能，將sq1sq4和sq6sq7,sb1sb12和kv1kv2按圖4-2分別接入plc的輸入端，輸出器件電壓等級是接觸器使用的220v電壓。x62w所有的電器元件均可采用改造前的型號 蔡美茹. x62w型萬能銑床電氣控制

46、線路的改進j. 浙江工商職業(yè)技術學院學報, 2006, (02)。圖5-3 s7-200plc硬件接線圖5.3 現(xiàn)場信號與plc軟繼電器對照表（i/o地址分配表）表5-1 i/o地址分配表i/o地址分配表分類信號名稱現(xiàn)場信號plc線圈編號輸入信號主軸啟動開關常開sb1,sb2i0.0主軸反接制動常閉sb3,sb4i0.1主軸反接制動常開sb3,sb4i0.2快速進給常開sb5,sb6i0.3圓工作臺啟動sb7i0.4圓工作臺停止sb8i0.5照明燈亮sb9i0.6照明燈滅sb10i0.7油泵電機啟動sb11i1.0油泵電機停止sb12i1.1向左進給sq1i1.2向右進給sq2i1.3向前、上

47、進給sq3i1.4向后、下進給sq4i1.5進給變速沖動sq6i1.6主軸變速沖動sq7i1.7速度繼電器輔助常開觸點kv-1，kv-2i2.0輸出信號主軸啟動接觸器km1q0.0主軸反接制動接觸器km2q0.1m2正轉接觸器km3q0.2m2反轉接觸器km4q0.3快速進給接觸器km5q0.4油泵電機啟動接觸器km6q0.5輔助接觸器km7q0.6輔助接觸器km8q0.7輔助接觸器km9q1.05.4 plc梯形圖根據(jù)x62w萬能銑床的控制要求，設計該電氣控制系統(tǒng)的plc控制梯形圖，如圖所示。該程序共有13個網(wǎng)絡，反映了原繼電器電路中的各種邏輯內(nèi)容。該程序及plc的硬接線不僅保證了原電路的工

48、作邏輯關系，而且具有各種聯(lián)鎖措施，電氣改造的投資較少、工作量較小 杜建青. 用可編程序控制器改造x62w萬能銑床j. 制造技術與機床, 1992, (05)。在網(wǎng)絡1中，因sq7和sb3、sb4都采用常閉觸頭分別接至輸入端子i1.7、i0.1，則i1.7、i0.1的常開觸點閉合，按下啟動按鈕sb1或sb2時，i0.0常開觸點閉合，q0.0、線圈得電并自鎖，在網(wǎng)絡4中q0.0常開觸點閉合，中間繼電器m0.2線圈得電，其常開觸點閉合，為網(wǎng)絡4以下程序執(zhí)行做好準備，保證了只有主軸旋轉后才有進給運動。q0.0的輸出信號使主軸電動機m1啟動運轉。在網(wǎng)絡2中，當按停止按鈕sb3或sb4時，i0.1常開觸點

49、復位，q0.0線圈失電，主軸慣性運轉，同時i0.2常開觸點閉合，m0.0線圈得電接通q0.1，主軸反接制動停轉。在網(wǎng)絡3中，sq7被壓合，i1.7常開觸點閉合，網(wǎng)絡1中i1.7常閉觸點斷開，從而q0.0失電，繼而網(wǎng)絡3中的q0.0常閉觸點復位，m0.1得電接通q0.1，主軸制動停轉，實現(xiàn)主軸變速沖動 richard c. dor.f modern control systemsm. nj.pearson education.2001.。在網(wǎng)絡4、網(wǎng)絡5、網(wǎng)絡6、網(wǎng)絡7、網(wǎng)絡8和網(wǎng)絡9中，表達了工作臺六個方向的進給、工作臺的快速進給、進給沖動及圓工作臺的工作邏輯關系。當圓形工作臺轉換啟動按鈕sb7按下，i0.4常開觸點閉合，q0.6得電并自鎖，網(wǎng)絡4、網(wǎng)絡5、網(wǎng)絡6、網(wǎng)絡7中線路被分斷，網(wǎng)絡8中的常閉觸點復位，m0.4得電接通q0.2，電動機m2啟動，圓形工作臺旋轉。當按下停止按鈕sb8，q0