傳統(tǒng)銑床的PLC控制系統(tǒng)實(shí)例

1、傳統(tǒng)銑床的PLC控制系統(tǒng)實(shí)例器KM1控制，熱繼電器FR3為M3的過載保護(hù)；熔斷器FU2、FU3為M2和M3的短路保護(hù)。速度繼電器KS對M1進(jìn)行反接制動(dòng)控制。（2）主軸電動(dòng)機(jī)M1的控制主軸電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM2、KM3控制，主軸旋轉(zhuǎn)方向事先可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SA來選擇。按下啟動(dòng)按鈕SB1或SB2，接觸器KM3線圈自鎖，主軸電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)速度運(yùn)行到一定程度時(shí)，速度繼電器KS常開閉全。按下停止按鈕SB3或SB4，常閉觸點(diǎn)SB3-1或SB4-1斷開，接觸器KM3線圈斷電，常開觸點(diǎn)SB3-2或SB4-2閉合，KM2線圈得電，KM2常閉斷開，KM2常開閉合自鎖，KM2主觸點(diǎn)閉合，M1串電阻R進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)

2、M1速度降到一定時(shí)KS常開復(fù)位，KM2線圈失電，各觸點(diǎn)復(fù)位，主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；位置開關(guān)SQ7結(jié)合變速手柄機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)主軸沖動(dòng)控制，從而使變速齒輪齒合。（3）進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2的控制工作臺(tái)縱向（前、后）和升降（上、下）進(jìn)給的控制，先將工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1扳至斷開位置，此時(shí)，SA11和SA13接通。工作臺(tái)的縱向和升降進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)操縱手柄控制的。該操縱手柄有上、下、前、后四個(gè)位置（用按鈕代替操縱手本文將介紹如何利用三菱FX_1S系列PLC自制一款模擬X62W型銑床控制系統(tǒng)的實(shí)例，并淺談 PLC在改造傳統(tǒng)車床控制電路系統(tǒng)中的應(yīng)用。一、銑床控制電路系統(tǒng)1.主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式X62W萬能銑床主要由床身、主軸

3、、刀桿、懸梁、工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)盤、橫流板和升降臺(tái)等部分組成，如圖1所示。X62W萬能銑床共有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)：M1是主軸電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)主軸、銑刀進(jìn)行銑床削加工；M2是進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，通過操縱手柄和機(jī)械離合器的配合拖動(dòng)工作臺(tái)前后、左右、上下六個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速移動(dòng)，并經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)圓工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；M3是冷卻泵電動(dòng)機(jī)，供應(yīng)冷卻液。圖1 萬能銑床結(jié)構(gòu)示意圖柄），并與位置開關(guān)SQ1和SQ2聯(lián)動(dòng)。當(dāng)手按下向下或前位置時(shí)，使位置開關(guān)SQ1常閉觸點(diǎn)SQ12斷開，常開觸點(diǎn)SQ11閉合，接觸器KM4線圈得電，電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)，由于機(jī)械傳動(dòng)的配合帶動(dòng)工作臺(tái)向下或向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)手按下向上或向后位置時(shí)，位置開關(guān)SQ2的常閉觸點(diǎn)S

4、Q22斷開，常開觸點(diǎn)SQ21閉合，接觸器KM5線圈得電，電動(dòng)機(jī)M2反轉(zhuǎn)，由于機(jī)械傳動(dòng)的配合帶動(dòng)工作臺(tái)向上或向后運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)的橫向(左、右)進(jìn)給控制，是將工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開SA1仍扳至SA1-1和SA1-3接通位置，橫向操縱手柄控制工作臺(tái)的左右橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，該2. X62W萬能銑床控制電路分析（1）主控制電路X62W萬能銑床控制電路如圖2所示。其中，SQ1是電源總開關(guān)，熔斷器FU1起總電源短路保護(hù)作用；M1是主軸電動(dòng)機(jī)，通過換相開關(guān)SA與接觸器KM2、KM3進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制、反接制動(dòng)及瞬時(shí)控制，熱繼電器FR1對M1進(jìn)行過載保護(hù)；M2是工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM4、KM5的常開主觸頭實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，熱

5、繼電器FR2對M2進(jìn)行過載保護(hù)；冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3只要求正轉(zhuǎn)，由接觸2010 VOL.01就業(yè)技能JOBSEEKERS操縱手柄有左、右之分（用按鈕代替操縱手柄）。扳動(dòng)手柄時(shí)，位置開關(guān)SQ3或SQ4均未被壓合的同時(shí)，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)M2的傳動(dòng)鏈與工作臺(tái)下面的左右進(jìn)給絲杠搭合。當(dāng)手柄扳至向左位置時(shí)，位置開關(guān)SQ4的常閉觸點(diǎn)SQ4-2斷開，常開觸點(diǎn)SQ4-1閉合，接觸器KM5線圈得電，M2正轉(zhuǎn)，由于機(jī)械傳動(dòng)的配合帶動(dòng)工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)；當(dāng)手柄扳至向左位置時(shí),位置開關(guān)SQ3的常閉觸點(diǎn)SQ31斷開，常開觸點(diǎn)SQ32閉合，接觸器KM4線圈得電，電動(dòng)機(jī)M2反轉(zhuǎn)，由于機(jī)械傳動(dòng)的配合帶動(dòng)工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)。圓工作臺(tái)的

6、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制。為了擴(kuò)大銑床的加工范圍，可在銑床工作臺(tái)上安裝附件圓形工作臺(tái)，進(jìn)行圓弧或凸輪的銑削加工。加工前應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1應(yīng)扳到接通位置，此時(shí)觸點(diǎn)SA1-2接通，觸點(diǎn)SA1-1和SA1-3斷開,使接觸器KM4線圈得電,電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)，通過一根專用軸帶動(dòng)圓形工作臺(tái)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；停止時(shí)仍將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1扳至斷開位置，以保證工作臺(tái)能夠進(jìn)行六個(gè)方向中任意一個(gè)方FU1L1L2L3SQ1KM3KM2KM4KM1SQ6-1SQ4-2SQ2-2SQ1-2SB4KM2RSB3SA-3SQ7-1SQ7-2SQ6-2SA1-3FU 2FU2FUFU3U 3向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（4）冷卻泵電機(jī)控制冷卻泵控制電路見圖2，合上

7、SA3,KM1線圈得電,KM1主觸點(diǎn)閉合,M3運(yùn)轉(zhuǎn),輸送冷卻液,當(dāng)斷開SA3,線圈KM1失電,各觸點(diǎn)復(fù)位,M3停轉(zhuǎn)。二、PLC設(shè)計(jì)1.任務(wù)分析通過以上對X62W萬能銑床控制電路的分析，三個(gè)電動(dòng)機(jī)主要是由KMlKM6六個(gè)交流接觸器控制，所以PLC主要是控制好這六個(gè)交流接觸器的工作，將所有控制開關(guān)作為輸入元件與PLC輸入點(diǎn)(X)相連；交流接觸器KMlKM6作為輸出元件和PLC的輸出點(diǎn)(Y)相連，連線較為復(fù)雜的控制回路由PLC編程代替。為使梯形圖程序具有正確的邏輯關(guān)系，首先必須仔細(xì)分析圖2所示X62W萬能銑床控制電路各部分的作用以及各個(gè)器件功能，理清其邏輯關(guān)系。SB5SB6SQ3-2反轉(zhuǎn)停正轉(zhuǎn)KSK

8、M6KM3FR2FR1KM1KM2KM3FR3SB1SB2KM3KM2SAA1-1SQ1-1SQ3-1SQ2-1SQ4-1KM6KM4KM4YBM13M23M33FR3FR2KM5KM5FRR1圖2 X62W萬能銑床電路SA1-2552. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)X62W萬能銑床所占用的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，選用三菱FX1s-20MR-D型可編程控制器可以滿足設(shè)計(jì)需求。根據(jù)X62W萬能銑床控制電路分析，PLC控制系統(tǒng)的輸入/輸出地址分配表如表1所示， PLC控制系統(tǒng)的輸入/輸出接線如圖3所示。表10613232833425154565860代替PLC輸出端口Y控制的6個(gè)繼電器，用多個(gè)開關(guān)代替PLC輸入

9、端口X控制的按鈕、位置開關(guān)、速度開關(guān)、冷卻泵開關(guān)等。通過扳動(dòng)各個(gè)開關(guān)，觀察各發(fā)光二極管的發(fā)光情況，驗(yàn)證程序設(shè)計(jì)與銑床控制電路的邏輯關(guān)系是否正確。2. 器件選用及電路安裝圖3本設(shè)計(jì)雖然只是制作模擬的X62W型銑床控制系統(tǒng)，但為了更接近工程實(shí)際，達(dá)到更逼真的模擬效果，其主電路采用的是380V三相交流電，所以在元器件選用方面應(yīng)盡量使用實(shí)際車床需要的元器件。由于PLC控制電路是低壓24V，所以可以采用低壓撥動(dòng)開關(guān)和停止/啟動(dòng)按鈕控制。電路中的所有位置開關(guān)SQ以及速度繼電器KS都是采用撥動(dòng)開關(guān)模擬替代。電路采用的元器件如表2所示。3. PLC程序設(shè)計(jì)在X62W萬能銑床繼電器控制系統(tǒng)中（見圖2），中包含了

10、許多的互鎖環(huán)節(jié)，在理清各個(gè)控制環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系后，根據(jù)原繼電器電路邏輯關(guān)系的基本設(shè)計(jì)原則，利用SWOPCFXGP/WINC軟件可設(shè)計(jì)出PLC控制梯形圖，如圖4所示。三 安裝調(diào)試1. 仿真調(diào)試為了驗(yàn)證PLC程序設(shè)計(jì)的正確性，以及確保系統(tǒng)成功安裝和調(diào)試，先進(jìn)行模擬仿真。本制作是利用了天煌公司的“可編程邏輯控制器實(shí)驗(yàn)箱”進(jìn)行模擬仿真，將程序?qū)懭隤LC，利用6個(gè)發(fā)光二極管2010 VOL.01（下轉(zhuǎn)48頁）4.低通濾波器電路設(shè)計(jì)在圖2的兩級AD603之間加入的電壓跟隨器替換成二階低通濾波電路，可以達(dá)到緩沖和濾波的雙重功能，我們加入兩路獨(dú)立的濾波電路，截止頻率分別為10MHz和5MHz，用單片機(jī)配合三極管

11、控制繼電器進(jìn)行切換，電壓，因此經(jīng)兩級放大電路放大以后的直流偏移會(huì)更加嚴(yán)重。設(shè)計(jì)之初我們沒有注意到這個(gè)問題，在高增益放大時(shí)出現(xiàn)了較明顯的失真， 由于AD603 本身沒有設(shè)置調(diào)零控制端，所以只能在AD603之前再加一級直流偏移調(diào)零電路。5.直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)供電需求包括數(shù)字部分和模擬部分，數(shù)字部分是單片機(jī)，液晶顯示屏及鍵盤模塊，需要較大的驅(qū)動(dòng)能力，而對電源紋波無苛刻要求，適合采用高效率的開關(guān)電源模塊。模擬部分的設(shè)計(jì)如前所示，需要提供穩(wěn)定的電壓，適合采用LDO穩(wěn)壓。4.測試結(jié)果通過測試，本系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過了擴(kuò)展要求。（示波器使用Tektronix TDS2022，信號源使用Agilent 33250A）四、調(diào)試過程與測試結(jié)果1.AD603雙片級聯(lián)的穩(wěn)定性問題兩片AD603的最大增益可以達(dá)到60dB，但是實(shí)際制版時(shí)的工藝和走線存在不足，若兩片AD603直接級聯(lián)，當(dāng)增益達(dá)到50dB時(shí)會(huì)出現(xiàn)自激，在加入屏蔽和改善電源濾波后效果仍不理想，在兩級之間加入一級AD818的電壓跟隨器作隔離，可以消除自激問題。2.控制電壓的修正問題TLV5618的數(shù)據(jù)手冊中的輸出電壓誤差為0.29%，理論上可以忽略，但是AD603的輸出增益誤差為1dB，在實(shí)際中呈現(xiàn)的輸出電壓與控制字為非線性關(guān)系，需要做軟件修正。我們采用每隔1dB修正一次的方法，在短時(shí)間開發(fā)內(nèi)可以達(dá)到要求。若要進(jìn)一步消除