X62W銑床的PLC改造設(shè)計

1、目目 錄錄1 緒論.12 x62w 銑床改造設(shè)計思路.12.1 銑床改造設(shè)計要求.12.2 方案選擇.13 x62w 銑床的分析.23.1 銑床的結(jié)構(gòu).23.2 銑床的運動形式.33.3 銑床的電力拖動及控制要求.33.3.1 主電動機(jī)的控制線路.33.3.2 進(jìn)給運動的控制.43.3.3 圓形工作臺的控制.63.3.4 x62w 萬能銑床存在的故障.74 整體改造設(shè)計思路.84.1 主電路部分.84.2 控制電路部分改造的具體要求.95 硬件電路設(shè)計.95.1 電器元件選擇.95.2 可編程控制器 plc 的介紹及選型.95.2.1 可編程控制器 plc 的介紹.95.2.2 可編程控制器的

2、選型.115.3 plc 的 i/o 地址分配 .115.4 i/o 接線.126 軟件設(shè)計.126.1 x62w 銑床的基本功能控制 .126.2 一例特殊故障的解決.156.3 故障自診斷.167 結(jié)束語.17致謝.17參考文獻(xiàn).18附錄 1 總體電路圖.19附錄 2 總程序.201 緒論緒論一般常用的萬能銑床有兩種：一是臥式萬能銑，型號為x62w；另一種為立式萬能銑，型號為x53k。萬能銑床是一種高效率的加工機(jī)械，在機(jī)械加工和機(jī)械修理中得到廣泛的應(yīng)用。萬能銑床的操作是通過操作控制手柄與控制按鈕，以達(dá)到機(jī)電緊密配合完成預(yù)定的操作，是機(jī)械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動作的典型控制，是自動化程度較高的組合機(jī)

3、床。但是在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找與排除非常困難，特別是繼電器接觸式的控制系統(tǒng)，由于電氣控制線路觸點多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長，給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，對工業(yè)智能化程度的要求也越來越高，市場經(jīng)濟(jì)要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應(yīng)生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性與靈活性。這就需要使用智能化程度高的控制系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)的工作更加靈活、可靠，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動的工藝條件?；谶@些問題，本文提出了利用松下可編程控制器對x62w型臥式萬能

4、銑床的繼電接觸式電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造?？删幊炭刂破魇且环N在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，與3c（computer,control,communication）技術(shù)相結(jié)合而不斷發(fā)展完善起來的新型工業(yè)控制裝置，具有使用方便、編程簡單、可靠性高、易于維護(hù)等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。目前已從小規(guī)模的單機(jī)順序控制發(fā)展到過程控制、運動控制等諸多領(lǐng)域。通過使用plc設(shè)計機(jī)床控制系統(tǒng)，可以減少強(qiáng)電元器件數(shù)目，提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提高產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。通過應(yīng)用plc技術(shù)，還可以使機(jī)床具有故障自診斷功能，可以保護(hù)機(jī)床和方便維修1。2 x62w銑床改造設(shè)計思路銑床改造設(shè)計思路2.1 銑

5、床改造設(shè)計要求銑床改造設(shè)計要求（1）改造設(shè)計電氣控制原理圖。（2）銑床工作原理分析。（3）plc選型及i/o分配。（4）plc程序的編寫。2.2 方案選擇方案選擇對于如何實現(xiàn)x62銑床的基本功能和它存在的缺陷等問題提出兩種改造方案。第一種就是對原先的控制線路增加一些行程開關(guān)，接觸器等器件讓它實現(xiàn)連鎖。從而來解決原來銑床存在的問題。第二種就是用可編程控制器plc進(jìn)行改造，把原來的繼電接觸式電控系統(tǒng)改造為plc控制。不僅可以消除掉它原來存在的所有缺陷，而且增加了故障檢修功能，可以在發(fā)生故障的部位進(jìn)行報警。第一個方案雖然可以改進(jìn)缺陷，但是使銑床的控制線路觸點增多、線路更加復(fù)雜，從而使機(jī)器故障率高、檢

6、修周期長，給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。第二個方案用plc對x62w型萬能銑床的繼電接觸式電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，改造后可以減少強(qiáng)電元氣件數(shù)目，而且增加了一些故障自診斷功能。提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，安全性。使電氣控制系統(tǒng)的工作更加靈活，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動的工藝條件。因此我們選擇第二種方案。3 x62w銑床的分析銑床的分析3.1 銑床的結(jié)構(gòu)銑床的結(jié)構(gòu)如圖1所示x62w萬能銑床主要由床身、主軸、刀桿、工作臺、回轉(zhuǎn)盤、橫溜板和升降臺等幾部分組成。箱型床身固定在底座上，床身內(nèi)裝有主軸的傳動機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)，在床身頂部有水平導(dǎo)軌，上面帶有12個刀桿支架懸梁，刀桿支架支承銑刀中心軸的

7、一端，中心軸另一端固定在主軸上，由主軸可帶銑刀切削。圖1 x62w銑床外觀圖3.2 銑床的運動形式銑床的運動形式懸梁可以水平移動，刀桿支架可以在懸梁上水平移動，以便安裝不同的心軸。在機(jī)床架前有垂直導(dǎo)軌，升降臺可沿它上下移動。在升降臺上面的水平導(dǎo)軌裝有可在平行主軸軸線方向移動(橫向或前后)的溜板，溜板上部有可轉(zhuǎn)動的回軸盤，工作臺就在溜板上部回轉(zhuǎn)盤的導(dǎo)軌上作垂直于主軸軸線方向(縱向或左右)移動。工作臺上有t型槽，可固定工件。這樣安裝在工作臺上的工件就可以在三個坐標(biāo)軸上的六個方向上進(jìn)給了。即前后(橫向),左右(縱向)和上下(垂直)六種運動形式。此外，由于回轉(zhuǎn)盤可繞過中心轉(zhuǎn)過45度角，因此工作臺在水平

8、面上除了能在平行于或垂直于主軸軸線的方向進(jìn)給外，還能在傾斜方向進(jìn)給，故稱萬能銑2。為了擴(kuò)大機(jī)床的加工能力，可在機(jī)床工作臺上安裝圓形工作臺，這樣就可以進(jìn)行圓弧或凸輪的銑削加工。圓工作臺可以加工螺旋槽，弧行槽。3.3 銑床的電力拖動及控制要求銑床的電力拖動及控制要求為充分發(fā)揮機(jī)床潛力，提高生產(chǎn)效率，要求小進(jìn)刀量采用高速度銑削，大進(jìn)刀量采用低速銑削。隨著加工精度，工件材料和銑刀直徑的不同，要求主傳動系統(tǒng)不僅能調(diào)速而且在各種銑削速度下功率恒定，為此，采用鼠籠型感應(yīng)電機(jī)拖動通過齒輪變速。3.3.1 主電動機(jī)的控制線路主電動機(jī)的控制線路（1）主電動機(jī)的啟動主電動機(jī)啟動前應(yīng)選擇好主軸的轉(zhuǎn)速，然后將組合開關(guān)q

9、1搬到接通位置。這時按下啟動按鈕sb1或者sb2，km1得電吸和，km1的主觸點閉合接通了電動機(jī)的定子繞組，主電動機(jī)啟動。如圖2所示km1的輔助動和觸點（7-9）的閉和將線圈自鎖，輔助動和觸點（17-7）的閉合為工作臺進(jìn)給線路提供了電源。（2）主電動機(jī)的制動為了使主軸能準(zhǔn)確停車又減少電能的損耗，主軸制動采用了電磁離合器的制動方式。電磁離合器的直流有整流變壓器tr的二次側(cè)經(jīng)橋式整流獲得。當(dāng)主軸制動停車時，按下sb3或sb4，這時接觸器km1釋放，m1的定子繞組脫離電源，離合器yc1線圈通電，主軸制動停車。（3）主軸變速時的瞬時點動選好轉(zhuǎn)速后，將變速手柄復(fù)位，在手柄復(fù)位的過程中，壓動行程開關(guān)st7

10、，接觸器km1線圈通過1-31-9瞬時通電，主電動機(jī)瞬時點動，以達(dá)到齒輪的良好嚙合。當(dāng)手柄復(fù)位后st7恢復(fù)到常態(tài)，斷開了主軸瞬時點動線路。在手柄復(fù)位時要迅速、連續(xù)，以免電動機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，在齒輪沒有嚙合好時可能使齒輪打牙。當(dāng)瞬時點動一次沒有實現(xiàn)良好嚙合時，可以重復(fù)進(jìn)行瞬時點動動作。（4）主軸換刀制動在主軸上刀或換刀時，主軸意外轉(zhuǎn)動都將造成人身事故。因此在上、換刀時，應(yīng)使主軸處于制動狀態(tài)。控制線路中采用了在停止按鈕動和觸點112-105兩端并聯(lián)一個轉(zhuǎn)換開關(guān)sa2-2觸點，在換刀時使它處于接通狀態(tài)，電磁離合器yc1線圈通電，主軸處于制動狀態(tài)。當(dāng)上、換刀結(jié)束后，將sa2扳到斷開位置，這時sa2-2觸點

11、斷開，1-31的sa2-1觸點閉和，主軸啟動作好準(zhǔn)備。表 1 主軸上刀制動開關(guān)說明接通斷開sa2-11-31+sa2-233-34+3.3.2 進(jìn)給運動的控制進(jìn)給運動的控制銑削加工時，根據(jù)加工工藝的不同，進(jìn)給量的大小也不同，所以要求拖動系統(tǒng)應(yīng)有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。銑床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動功率較小，因其主要負(fù)載是工作臺移動時產(chǎn)生的摩檫力，這個摩擦轉(zhuǎn)矩在工作臺不同移動速度時都是恒定的，這就給拖動系統(tǒng)提出恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速要求。x62w銑床的進(jìn)給拖動也采用鼠籠型電動機(jī)，并經(jīng)齒輪變速有級調(diào)速，可獲得十八種速度。這種調(diào)速方法是恒功率的，沒很好滿足進(jìn)給拖動的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速要求，但基于一般中小型銑床的進(jìn)給功率都較小，故以高速進(jìn)

12、給時所需功率為準(zhǔn)來選擇進(jìn)給電動機(jī)功率，x62w萬能銑床進(jìn)給電動機(jī)功率為1.5kw3。進(jìn)給運動在主軸啟動后方可進(jìn)行，工作臺的左、右、上、下、前、后運動是通過操縱手柄和機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)控制相應(yīng)的行程開關(guān)使進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。行程開關(guān)st1和st2控制工作臺向右和向左運動，st3和st4控制工作臺的向前、向下和向后、向上運動。（1）工作臺的左右運動表 2 工作臺縱向進(jìn)給行程開關(guān)說明向左進(jìn)給停止向右進(jìn)給st1-1 13-25+st1-2 23-29+st2-1 15-25+位置觸點位置觸點st2-2 27-29+工作臺的左右運動由縱向手柄操縱，當(dāng)手柄搬向右側(cè)時，手柄通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)接通了縱向進(jìn)給離合

13、器，同時壓下了行程開關(guān)st1、st2的動和觸點13-25閉和，使進(jìn)給電動機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器km2線圈通過17-19-21-23-25-13得電，進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動工作臺向右運動。當(dāng)縱向進(jìn)給手柄搬向左側(cè)時，行程開關(guān)st2被壓下，行程開關(guān)st1復(fù)位，進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器km2線圈17-19-21-23-25-15得電，進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動工作臺向左運動。sa1為圓形工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)，這時的sa1要處于斷開位置，它的sa1-1，sa1-3接通，sa1-2斷開。（2）工作臺上下運動和前后運動表3 工作臺橫向及升降進(jìn)給行程開關(guān)說明位置觸點向左進(jìn)給停止向右進(jìn)給sa3-1 13-25+sa3-2 21-23+sa

14、4-1 15-25+sa4-2 19-21+工作臺的上下和前后運動由垂直和橫向進(jìn)給手柄操縱。該手柄搬向上或搬向下時，機(jī)械上接通了垂直進(jìn)給離合器，當(dāng)手柄向前或向后時，機(jī)械上接通了橫向進(jìn)給離合器，手柄在中間位置時，橫向和垂直離合器均不接通。開關(guān)通斷如表2所示。在手柄扳到向下或向前位置時，手柄通過機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)使st3被壓下，st3的動和觸點13-25接通，動斷觸點21-23斷開。這時進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器線圈通過17-27-29-23-25-13得電，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動電動機(jī)向下或向前運動。當(dāng)手柄扳到向上或向后位置時st4被壓下，st3復(fù)位，st4的常開觸點15-25接通，進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器線圈通過1

15、7-27-29-23-25-15得電，電動機(jī)反轉(zhuǎn)帶動工作臺向上或向右運動。手柄扳到向下或向前壓動行程開關(guān)st3與扳到向下或向后壓動行程開關(guān)st4均是通過機(jī)械連動手柄實現(xiàn)的。（3）進(jìn)給變速時的瞬時點動進(jìn)給變速必須在操縱手柄零位時進(jìn)行。它和主軸變速一樣，進(jìn)給變速時為使齒輪進(jìn)入良好嚙合狀態(tài)，也要做變速后的瞬時點動。在進(jìn)給變速時首先將變速的蘑菇型手柄拉出，在拉出時行程開關(guān)st6被壓動，st6的常開觸點13-19接通，常閉觸點17-19斷開，這時進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器km2線圈通過17-27-29-23-21-19-13得電，進(jìn)給電動機(jī)瞬時正轉(zhuǎn)。在手柄推回原位時st6復(fù)位進(jìn)給電動機(jī)停止。一次瞬時點動齒輪仍

16、未進(jìn)入嚙合狀態(tài)，可以再重復(fù)進(jìn)行一次，直到進(jìn)入良好的嚙合狀態(tài)為止。（4）進(jìn)給方向的快速移動六個方向的進(jìn)給快速運動是通過相應(yīng)的手柄和快速按鈕配合實現(xiàn)的。分別按fu 4fu 6sa 2 -2sa 2 -1sa 1 -1sa 1-3sa 1-2fu 3st 7-2st 3-2st 4-2st 6-2st 2-2st 1-2sb4 -1sb3 -1sb1sb2sb5sb6st 6-1st 1-1st 3-1st 2-1st 4-1st 7 -1k r 2k r 3k r 12108911121315132325 19212729177313334110 vk m 4sb3 -3sb4-3sb 4-2sb

17、 3-2k m 1k m 2k m 3k m 4k m 1k m 1k m 4k m 3k m 2y c 1y c 2y c 3k m 1圖2 x62w銑床的電氣控制部分電路圖下st1、st2、st3、st4中的任何一個，再按下sb5或者sb6，即可實現(xiàn)進(jìn)給電機(jī)在某一方向上的進(jìn)給快速運動，松開sb5或者sb6則為正常進(jìn)給。如圖2所示此時的通電回路是：分別按下st1、st2、st3、st4時的通電回路與正常進(jìn)給時的通電回路相同。按下sb5或者sb6，km4得電的通電回路是：11-21-22km4線圈。通過以上分析，這里只能實現(xiàn)手動快速進(jìn)給，設(shè)計電路在功能上存在缺陷，不夠完善。（5）進(jìn)給運動方向上

18、的極限位置保護(hù)工作臺在進(jìn)給方向上的運動必須具有可靠的極限位置保護(hù)，否則將造成設(shè)備或人身事故。x62w臥式萬能升降臺銑床的的極限位置保護(hù)采用的是機(jī)械和電氣相配合的方式。由擋塊確定各進(jìn)給方向上的極限位置時，擋塊將操縱手柄自動回到零位。電氣上就使在相應(yīng)進(jìn)給方向上的行程開關(guān)復(fù)位，切斷了進(jìn)給電動機(jī)的控制線路，進(jìn)給運動停止。保證了工作臺在規(guī)定的范圍內(nèi)運動。3.3.3 圓形工作臺的控制圓形工作臺的控制為了擴(kuò)大機(jī)床的加工能力，可在機(jī)床工作臺上安裝附件圓形工作臺，這樣就可以進(jìn)給圓弧或凸輪的銑銷加工。圓形工作臺可以手動也可以自動，當(dāng)需要用電氣方法自動控制時，應(yīng)該首先將圓工作臺開關(guān)sa1扳到接通位置，這時sa1-1

19、的23-25觸點斷開，sa1-3的17-27觸點斷開，sa1-2的23-27觸點接通。這時按下啟表 4 圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)說明圓形工作臺位置觸點接通斷開sa1-123-25+sa1-213-27+sa1-317-27+動按鈕sb1或sb2，主軸電動機(jī)啟動。接著進(jìn)給電動機(jī)m2的正轉(zhuǎn)接觸器m2線圈經(jīng)17-19-21-23-29-27-13得電，m2電動機(jī)起動，帶動圓形工作臺做旋轉(zhuǎn)運動。圓形工作臺的運動有可靠的互鎖，否則會造成刀具或機(jī)床的損壞。為避免這種事故發(fā)生，從電氣上保證了只有縱向、橫向及垂直手柄放在零位時才可以進(jìn)行圓形工作臺的旋轉(zhuǎn)運動。如果某一手柄不在零位，行程開關(guān)st1到st4就有一個被壓下，

20、它所對應(yīng)的動斷觸點就要斷開，破壞了km2線圈的通過回路。所以在圓工作臺工作時，如果扳動了任何一個進(jìn)給手柄，km2線圈將斷電，m2電動機(jī)自動停止。3.3.4 x62w萬能銑床存在的故障萬能銑床存在的故障通過對以上萬能銑床的控制電路的詳細(xì)分析，我們發(fā)現(xiàn)它還存在許多缺陷。這樣給銑床的運行帶來了很多的不方便，甚至?xí)斐墒鹿?。?）該銑床只能進(jìn)行手動快速進(jìn)給，沒有自動快速進(jìn)給。例如向左快速進(jìn)給時，必須同時按下左進(jìn)給開關(guān)和快速進(jìn)給開關(guān)。設(shè)計電路在功能上存在缺陷，設(shè)計不夠完善。這樣操作起來是很麻煩的。（2）當(dāng)按下st6實現(xiàn)進(jìn)給電機(jī)瞬時變速沖動時，不能實現(xiàn)完整的電氣聯(lián)鎖保護(hù)功能。也就是說，當(dāng)按下st6時，只能

21、實現(xiàn)與st1、st2之間的電氣聯(lián)鎖，而不能實現(xiàn)與st3、st4之間的電氣聯(lián)鎖。若st3,st4有誤操作即按下其中的任何一個，則有可能對機(jī)床的機(jī)械部件造成損壞，直接影響機(jī)床的加工效率與效能。（3）在操縱手柄復(fù)位的情況下，如果控制進(jìn)給電機(jī)的任何一個接觸器(例如km3)由于故障原因主觸頭不能分?jǐn)?，則雖然工作臺不作進(jìn)給，但是進(jìn)給電機(jī)仍在以原方向運轉(zhuǎn)。這時操作者想讓工作臺向某方向運動(例如向右行)，雖然操作手柄撥在右向，齒輪系和x軸絲杠嚙合，由于電機(jī)仍以原來的方向帶動絲杠運轉(zhuǎn)，工作臺不是右行而是向左運動，這時是非常危險的。操作工人反映在生產(chǎn)實踐中遇到多次這種情況，一次由于位置開關(guān)撞碎，使sq5常開觸頭呈

22、常閉狀態(tài)，造成km3觸頭不釋放，操作者欲后退工作臺，工作臺反而前進(jìn)，結(jié)果是撞碎了前端法蘭盤，造成了設(shè)備事故4。4 整體改造設(shè)計思路整體改造設(shè)計思路針對以上的銑床的功能分析，以及存在的故障，提出如下改造設(shè)計思路。4.1 主電路部分主電路部分（1）主電路部分和照明設(shè)施接線不做變動，如圖3所示。m 2fu 2m 3m 1fu 5kr 3kr 1kr 2tdtctrq 1km 1km 3km 2sa 4u vw圖 3 主電路和照明電路（2）原主軸和進(jìn)給變速箱操作方法和結(jié)構(gòu)不變。由于該銑床原有的調(diào)速裝置是由一個手柄撥轉(zhuǎn)18個位置控制4個電磁離合器來實現(xiàn)調(diào)速的，這種調(diào)速方法以及調(diào)速時的操作方法不做改變。在

23、銑床開始工作之前，選好所需要的速度。為了讓工人能更快適應(yīng)改編后的機(jī)器使用操作，所以原銑床的操作手柄的操作方法不做改變5。（3）原銑床的工藝加工方法不變。4.2 控制電路部分改造的具體要求控制電路部分改造的具體要求（1）主電動機(jī)空載時要能直接起動，為提高生產(chǎn)率，采用電磁制動器進(jìn)行停車制動：同時從安全和操作方便考慮，換刀時主軸也處于制動狀態(tài)，主軸電動機(jī)可在兩處實行起停等控制操作。（2）工作臺進(jìn)給電動機(jī)m2要能直接起動；為滿足縱向、橫向、垂直方向的往返運動，要求電動機(jī)能正反轉(zhuǎn)；為提高生產(chǎn)效率，要求空行程時可快速移動；從設(shè)備使用安全考慮，各進(jìn)給運動之間必須聯(lián)鎖，并可由手柄操作機(jī)械離合器來選擇進(jìn)給運動的

24、方向。（3）電動機(jī)m3拖動冷卻泵，在銑削加工時能為其提供切削液。（4）主軸與工作臺的變速由機(jī)械變速系統(tǒng)完成。變速過程中，當(dāng)選定嚙合的齒輪沒能進(jìn)入正常嚙合時，電動機(jī)要能點動至合適的位置，以保證齒輪能正常嚙合。加工零件時，為保證設(shè)備安全，應(yīng)在主軸電動機(jī)起動后，工作臺電動機(jī)方能起動工作。（5）對以前容易出現(xiàn)的故障進(jìn)行設(shè)計針對銑床出現(xiàn)的第三種故障，用plc進(jìn)行改造時采用冗余思想用程序功能配合兩個輸人點和一個輸出點就可以有效地避免該類故障引起的設(shè)備事故。以下對進(jìn)給部分和冗余保護(hù)部分程序做了詳細(xì)地分析。（6）增加了故障診斷設(shè)計利用plc的邏輯或運算功能，來把連續(xù)獲得被控過程的各種狀態(tài)不斷的與所存儲的理想狀

25、態(tài)進(jìn)行比較，一旦發(fā)現(xiàn)差異則檢查差異是否在所允許的范圍內(nèi)。如果超過范圍，即按設(shè)定的程序進(jìn)行報警。在被控設(shè)備工作正常的情況下，控制系統(tǒng)的各個輸入輸出信號和內(nèi)部繼電器的信號之間都會存在確定的邏輯關(guān)系。5 硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計5.1 電器元件選擇電器元件選擇銑床的三臺電機(jī)的功率，以及其它元件的規(guī)格如表5所示。5.2 可編程控制器可編程控制器plc的介紹及選型的介紹及選型5.2.1 可編程控制器可編程控制器plc的介紹的介紹（1）早期的plc（60年代末70年代中期）早期的plc一般稱為可編程邏輯控制器。這時的plc多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只表5 電器元件規(guī)格符號名稱型號規(guī)格

26、用途數(shù)量m1電動機(jī)j02-51-4 75kw 1450r/min驅(qū)動主軸1m2電動機(jī)j02-22-4 1.5kw 1450r/min驅(qū)動進(jìn)給1m3電動機(jī)j02-22-0 0.125kw 2790kw驅(qū)動冷卻泵1fu1熔斷器rl1-60 60a電源總保險1fu2熔斷器rl1-15 5a整流電源保險1fu3熔斷器rl1-15 5a直流電路保險1fu4熔斷器rl1-15 5a控制回路保險1fu5熔斷器rl1-15 1a照明保險1fr1熱繼電器jr0-20/3 10am1 過載保護(hù)1fr2熱繼電器jr0-20/3 0.5am3 過載保護(hù)1fr3熱繼電器jr0-20/3 1.5am2 過載保護(hù)1tc1變

27、壓器bk-150 380/110v控制回路電源1tc2變壓器bk-50 380/24v照明電源1tc3變壓器bk-100 380/36v整流電源保險1km1接觸器cj0-20 20a 110v主軸啟動1km2接觸器cj0-10 10a 110vm2 正轉(zhuǎn)1km3接觸器cj0-10 10a 110vm2 反轉(zhuǎn)1km4接觸器cj0-10 10a 110v快速進(jìn)給1km5接觸器cj0-10 10a 110v冷卻泵接觸器1sb1 sb2按鈕la2m1 啟動2sb3 sb4按鈕la2停止制動2sb5 sb6按鈕la2快速進(jìn)給2是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準(zhǔn)計算機(jī)的形式出現(xiàn)，在i

28、/o接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的plc的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等。其中plc特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。（2）中期的plc（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微處理器的出現(xiàn)使plc發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為plc的中央處理單元(cpu)。這樣，使plc得功

29、能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程i/o模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使plc得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。（3）近期的plc（80年代中、后期至今）進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的plc所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高plc的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得

30、plc軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化6。隨著可編程控制器的功能逐漸增多?，F(xiàn)在把它對銑床的電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計，就是希望借鑒國外先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場，以提高銑床的工作能力，以及安全性。5.2.2 可編程控制器的選型可編程控制器的選型該銑床系統(tǒng)的i/o以開關(guān)量為主，而且開關(guān)量i/o點數(shù)較多；控制系統(tǒng)使用環(huán)境較差，對控制系統(tǒng)可靠性要求較高；系統(tǒng)控制要求較復(fù)雜，用常規(guī)的繼電接觸器控制實現(xiàn)比較復(fù)雜。采用plc改造，對系統(tǒng)工藝有可能改進(jìn)以及對系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行了擴(kuò)充。fpo系列plc是松下電工推出的一種超小型的產(chǎn)品，體積小，功能強(qiáng)，增加了一些大型機(jī)的功能和指令，如pid和pwm指令，對于控制器體

31、積要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)是一種很好的選擇。其編程口為rs-232c，可以直接和編程器或者計算機(jī)連接，使用非常方便。本設(shè)計有19個輸入，16個輸出，因此選用松下fp0可編程控制器。主控單元選用fp0-c16，它有8個輸入點和8個輸出點，因此需采用端口擴(kuò)展。擴(kuò)展系列采用fp0-e8和fp0-e16，它們分別有4個輸入點和4個輸出點，8個輸入點和8個輸出點。主控單元和擴(kuò)展單元的規(guī)格如表6所示。表6 fp0的規(guī)格規(guī)格系列連接方法工作電壓輸入類型輸出類型程序容量i/o點型號主控單元的產(chǎn)品規(guī)格fp0-c16端子型24vdc24vdcnpn 晶體管（0.1a）2.7k步16 點8i/8ofp0-c16p擴(kuò)展單元

32、的產(chǎn)品規(guī)格fp0-e8molex連接器型24vdc24vdc繼電器8 點4i/4ofp0-e8rs擴(kuò)展單元的產(chǎn)品規(guī)格fp0-e16mil 連接器型24vdc24vdc繼電器16 點8i/8ofp0-e16rs5.3 plc的的i/o地址分配地址分配根據(jù)升降臺銑床電氣控制要求，其輸入輸出均為開關(guān)量。需要plc檢測的輸人信號包括6個按鈕、7個行程開關(guān)、4個選擇開關(guān)、3個熱繼電器輸入信號，2個觸點輸入信號，共計19個。而plc的輸出控制信號包括3個電磁離合器、5個繼電器、7個指示燈，等共16個。該plc的io通道分配根據(jù)其控制對象的特點和控制要求，將io的輸入輸出口與相應(yīng)的電氣設(shè)備連接。io分配如表

33、7所示。表 7 i/o 分配i輸入o輸出x0sb1、sb2主軸啟動按扭y0ya 閉和報警x1sb3、sb4主軸停止按扭y1hl1主軸電動機(jī)過載報警x2sb5、sb6工作臺快速按扭y2hl2進(jìn)給電動機(jī)過載報警x3st1工作臺向右進(jìn)給行程開關(guān)y3hl3冷卻泵異常報警x4st2工作臺向左進(jìn)給行程開關(guān)y4hl4工作臺左右行程開關(guān)報警x5st3工作臺向前向下進(jìn)給行程開關(guān)y5hl5工作臺前后沙上下行程開關(guān)報警x6st4工作臺向后、向上進(jìn)給行程開關(guān)y6hl6接觸器故障報警x7st5行程開關(guān)y20km1主電動機(jī)啟動接觸器x20st6進(jìn)給變速瞬時點動開關(guān)y21km2正向進(jìn)給電動機(jī)接觸器x21st7主軸變速瞬時點

34、動開關(guān)y22km3反向進(jìn)給電動機(jī)接觸器x22sa1圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)y23km4快速接觸器x23sa2主軸上刀制動y40km5冷卻泵接觸器x40sa3手動自動快速進(jìn)給開關(guān)y41yc1主軸制動電磁離合器x41sa4冷卻泵開關(guān)y42yc2進(jìn)給電磁離合器x42km2 常開觸點y43yc3快速電磁離合器x43km3 常開觸點y44ya冗余保護(hù)繼電器x44fr1主電機(jī)熱繼電器x45fr2進(jìn)給電機(jī)熱繼電器x46fr3冷卻泵熱繼電器5.4 i/o接線接線i/o接線圖如圖4所示。6 軟件設(shè)計軟件設(shè)計6.1 x62w銑床的基本功能控制銑床的基本功能控制（1）主電動機(jī)的控制程序如圖邏輯行0和邏輯行4是主電動機(jī)的起動

35、和點動。把主軸起動按鈕x0和主軸電動機(jī)起動接觸器并接，這樣只要x0閉合就可以自鎖。同時還串接了主軸停止按鈕x1、主軸變速瞬時電動開關(guān)x21的常閉觸點，實現(xiàn)了電氣連鎖。所以當(dāng)x0閉和就可以起動主電動機(jī)。sb1sb2sb3sb4sb5sb6st 1st 2st 3st 4st 5st 6st 7sa 1sa 2sa 3sa 4km 2km 3fr1fr2fr3x0y20x2x1x3x4x5x6x7x20x21x22x23x40x41x42x43x44x45x46co m2y43y22y42y23y41y40y21y0y1y2y3y4y5plcy6km 1km 4yc1yc3km 2yc2yakm

36、3220vco m1km 5y44220vyahl 1hl 2hl 3hl 4hl 5hl 624v24vco m3co m圖4 i/o接線圖圖5 主電機(jī)啟動、點動程序邏輯行88是主電動機(jī)的制動，如圖6所示。只要主軸停止按鈕x1和主軸上刀制動開關(guān)x20閉合，就接通了主軸制動電磁離合器。就可以達(dá)到制動的目的。（2）進(jìn)給電動機(jī)的控制程序如圖7所示程序為進(jìn)給電機(jī)正轉(zhuǎn)程序，在主電機(jī)啟動后手柄扳向右側(cè)時，x3常開觸點閉和，從而y1接通，進(jìn)給電機(jī)正轉(zhuǎn)。從而使工作臺向右進(jìn)給。圖6 主電機(jī)制動手柄扳到下方或著前方的時，y21均接通，進(jìn)給電機(jī)正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)向前或者向下的正常進(jìn)給。圖7 進(jìn)給電機(jī)正轉(zhuǎn)程序如圖8所示，把

37、手柄扳向左面，x4閉和，當(dāng)r1滿足條件閉和時，y22接通，進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而推動工作臺向右上運動。圖8 進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)程序工作臺向前與向下進(jìn)給運動，將垂直與橫向進(jìn)給手柄扳到“向前”或“向下”位置，x6閉和，當(dāng)r2常開觸點滿足條件閉和時，進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)從而使工作臺向前或想下運動。左右上下前后六個方向進(jìn)給實現(xiàn)了很好的互鎖功能。（3）自動和手動快速進(jìn)給圖9 自動快速進(jìn)給程序邏輯行71是自動快速進(jìn)給程序。x3是左進(jìn)快速按鈕，x4是右進(jìn)給快速按鈕，x5是向前和向下快速進(jìn)給按鈕，x6向后和向上快速進(jìn)給按鈕。r5為快速進(jìn)給中間繼電器。當(dāng)sa3閉和時，銑床處于自動快速進(jìn)給狀態(tài)，同時x40閉合該銑床處于自動快速進(jìn)給

38、狀態(tài)，這時按前面四個按鈕，就可以實現(xiàn)六個方向的快速進(jìn)給。在前后上下快速進(jìn)給時，左右進(jìn)給就會斷開；左右快速進(jìn)給時，前后上下就會斷開，形成互鎖。手動進(jìn)給和原來銑床的操作方法一樣，那就是當(dāng)sa3斷開時銑床處于手動快速進(jìn)給狀態(tài)，例如左快速進(jìn)給，首先把操作手柄扳向左面，x3常開觸點閉和，同時按下快速進(jìn)給按扭sb5或者sb6，x2閉和，這時r4中間繼電器接通，實現(xiàn)左快速進(jìn)給。其他方向同左進(jìn)給。圖10 手動進(jìn)給程序手動快速進(jìn)給和自動快速進(jìn)給為同一開關(guān)，sa3閉和為自動快速進(jìn)給，斷開為手動快速進(jìn)給，所以進(jìn)給時只能選擇其中一種。（4）冷卻泵電機(jī)的控制程序冷卻泵電動機(jī)的控制采用選擇開關(guān)，故電路不需自鎖，用基本的點

39、動控制電路即可。梯形圖如圖11所示。圖11 冷卻電機(jī)控制程序6.2 一例特殊故障的解決一例特殊故障的解決通用銑床x62w工作臺的進(jìn)給運動，是在三個坐標(biāo)軸上作六個方向的運動。左右進(jìn)給由床前操作手柄撞擊st1或st2，使接觸器km2或km3線圈得電，主觸頭閉合使進(jìn)給電機(jī)作不同方向運轉(zhuǎn)，同時操縱離合器，使齒輪系帶動左右滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)橫向(x軸方向)運動；上下和前后的進(jìn)給控制則由下方的十字操作手柄撞壓位置開關(guān)st3或st4，使接觸器km2或km3通電，同時操縱離合器使齒輪系與y軸或z軸的滾珠絲杠相嚙合以實現(xiàn)縱向(y軸)或垂向(z軸)的進(jìn)給。這種控制方式利用兩個操作手柄使齒輪系分別與三條絲杠相嚙合，

40、同時配合以四個位置開關(guān)成功實現(xiàn)了六個進(jìn)給方向的互鎖。上述控制方式帶來這樣一個問題：在操縱手柄復(fù)位的情況下，如果控制進(jìn)給電機(jī)的任何一個接觸器(例如km2)由于故障原因主觸頭不能分?jǐn)?，則雖然工作臺不作進(jìn)給，但是進(jìn)給電機(jī)仍在以原方向運轉(zhuǎn)。這時操作者想讓工作臺向某方向運動(例如向右行)，雖然操作手柄撥在右向，齒輪系和x軸絲杠嚙合，由于電機(jī)仍以原來的方向帶動絲杠運轉(zhuǎn)，工作臺不是右行而是向左運動，這時是非常危險的。在生產(chǎn)實踐中遇到多次這種情況，一次由于位置開關(guān)撞碎，使st3常開觸頭呈常閉狀態(tài)，造成km2觸頭不釋放，操作耆欲后退工作臺，工作臺反而前進(jìn)，結(jié)果是撞碎了前端法蘭盤，造成了設(shè)備事故。針對以上所述，用

41、plc對銑床進(jìn)行改造時引人冗余保護(hù)的思想，利用程序功能配合兩個輸人點和一個輸出點就可以有效地避免該類故障引起的設(shè)備事故。以下對進(jìn)給部分和冗余保護(hù)部分這兩部分程序做詳細(xì)地分析。在進(jìn)行plc的改造時，只是把用作進(jìn)給控制的兩個接觸器的常開觸點作為輸人信號接人plc的輸人點。設(shè)分配的輸人點為km2、km3常開輸人信號到x42、x43；正常進(jìn)給時，不論向何方向操作進(jìn)給手柄，r1都能接通(如附錄2邏輯行12以下程序所示)，使得y21(或y22)接通，km2(或km3)接觸器工作，機(jī)床作正常進(jìn)給。其輔助常開接點也接通，在st1或st3使km2接通的情況下，是x3或x5和x42同時接通，y44不能得電；同理在

42、st2或st4使km3接通的情況下，是x4或x6和x43同時接通，y44也不能得電(如圖邏輯行100所示)。所以冗余保護(hù)繼電器ka在正常進(jìn)給條件下是不會工作的。圖12 冗于保護(hù)程序在以上所分析的故障條件下，例如當(dāng)km2發(fā)生熔焊(或其他使km2不能分?jǐn)嗟脑?時，x42為閉合狀態(tài)，此時如果操作者欲向另一方向進(jìn)給，操作st2或st4，則x4或x6就會閉合，y44就會閉合，其常閉觸點就會及時在程序上斷開進(jìn)給輸出繼電器y21和y22，首先使進(jìn)給接觸器線圈斷電，同時接通的冗余保護(hù)繼電器ka會對主電路或電源電路作必要的切換。對于早年生產(chǎn)的舊式銑床利用ka的常閉觸點斷開進(jìn)給電機(jī)的主電路電源，同時ka繼電器的

43、常開觸點接通一個報警指示燈(或蜂鳴器)以提示操作者；對于近幾年生產(chǎn)的新產(chǎn)品，因其電源采用帶欠壓脫扣器的自動空氣斷路器，用ka的常閉觸點串在門控開關(guān)sq1和欠壓脫扣器線圈支路，當(dāng)ka的線圈接通，其常閉觸點斷開，自動空氣斷路器自動跳閘，切斷機(jī)床總電源。這樣就可以避免上述事故的發(fā)生。當(dāng)km3發(fā)生熔焊(或其他使km3不能分?jǐn)嗟脑?時，則操作st1或st3時，y44也會閉合，從而起到象以上所述的保護(hù)功能。另外，在程序中有必要同時斷開主軸控制用輸出繼電器，使主軸接觸器線圈斷電，主軸停轉(zhuǎn)。特別是對早年生產(chǎn)的舊式銑床，這樣處理可以使主軸電動機(jī)和進(jìn)給電動機(jī)都停止運轉(zhuǎn)，增強(qiáng)了人身和設(shè)備的安全性。6.3 故障自診

44、斷故障自診斷plc故障診斷技術(shù)的基本原理是利用plc的邏輯或運算功能，來把連續(xù)獲得的被控過程的各種狀態(tài)不斷地與所存儲的理想(或正確)狀態(tài)進(jìn)行比較，如果二者的比較結(jié)果是一致的，則表明設(shè)備處于正常狀態(tài)；一旦發(fā)現(xiàn)差異則檢查差異是否在所允許的范圍內(nèi)。如果差異超過范圍即按設(shè)定的程序進(jìn)行報警。在被控設(shè)備工作正常的情況下，控制系統(tǒng)的各個輸入、輸出信號和內(nèi)部繼電器的信號之間都會存在確定的邏輯關(guān)系。本控制器使用plc的邏輯功能并通過編程來實現(xiàn)報警。硬件中的左右行程開關(guān)，如果同時閉合，就會形成邏輯錯誤輸出報警以表示左右行程開關(guān)中有需要維修的部件。最終通過邏輯運算實現(xiàn)行程開關(guān)、電機(jī)、接觸器等故障報警功能。圖13 故

45、障自診斷程序圖13為故障自診斷程序，邏輯行108為冗余保護(hù)報警，一旦km2或者km3不能斷開，同時接通，ya就會閉和，y0指示燈接通，進(jìn)行報警，同斷開主電機(jī)，切斷電源，對銑床進(jìn)行保護(hù)。邏輯行110，112，114分別為主電機(jī)過載報警，進(jìn)給電機(jī)過載報警，冷卻電機(jī)過載報警。當(dāng)三臺電機(jī)中任何一臺過載時，相應(yīng)的指示燈都會亮，同時主電機(jī)接觸器也會斷開。邏輯行116為左右行程開關(guān)開關(guān)報警，當(dāng)左右操作手柄出現(xiàn)故障時，也就是x3，x4就會同時閉和，指示燈亮，同時在上面的程序中有連鎖保護(hù)，一些觸點就會斷開，以保護(hù)不出事故。邏輯行119為上下前后行程開關(guān)報警程序。邏輯行122為接觸器故障報警。7 結(jié)束語結(jié)束語將以上設(shè)計好的plc程序輸入到fpo主機(jī)后，連接好輸入