基于PLC的X62W萬能銑床改造

1、1、緒論隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，plc技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，其應(yīng)用越來越廣。經(jīng)濟(jì)、技術(shù)飛速發(fā)展同時(shí)也帶動著制造業(yè)的迅速發(fā)展，這就意味著制造工具的革新。傳統(tǒng)的金屬切削加工機(jī)床大多都采用繼電接觸器電路實(shí)現(xiàn)電氣控制,其電氣控制主要以邏輯控制為主，將接觸器、各種繼電器、定時(shí)器、其他電器及其觸頭按一定邏輯關(guān)系連接的繼電接觸器控制系統(tǒng)，但這種設(shè)備體積大、動作速度慢、功能少而固定可靠性差、難于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，但現(xiàn)在只需要簡單plc的一個(gè)指令來代替即可，體現(xiàn)了plc自動控制技術(shù)無與倫比的優(yōu)越性和控制的可靠性。本設(shè)計(jì)主要通過對x62w萬能銑床的電氣控制

2、部分進(jìn)行了以plc為核心的控制改造。通過改造后的x62w萬能銑床，不僅提高了生產(chǎn)效率、降低工人勞動強(qiáng)度同時(shí)還大大降低了相應(yīng)的維護(hù)技術(shù)難度。2、x62w萬能銑床2.1 臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動形式x62w型萬能銑床是臥式銑床，主要由床身、懸梁、刀桿支架、工作臺、溜板和升降臺等組成。如圖2-1所示。x62w圖2-1 x62w型萬能銑床外形圖箱形的床身固定在底座上，在床身內(nèi)裝有主軸傳動機(jī)構(gòu)及主軸變速操縱機(jī)構(gòu)，在床身的頂部有水平導(dǎo)軌，其上裝有一個(gè)或兩個(gè)刀桿支架的懸梁。刀桿支架用來支承安裝銑刀心軸的一端，而心軸另一端則固定在主軸上，在床身的前方有垂直導(dǎo)軌，一端懸持的升降臺可沿垂直導(dǎo)軌作上下移動。在升降臺

3、上面的水平導(dǎo)軌上，裝有可平行于主軸軸線方向移動（橫向移動）的溜板，工作臺可沿溜板上部轉(zhuǎn)動部分的導(dǎo)軌在垂直于主軸軸線的方向移動（縱向移動）。這樣，安裝在工作臺上的工件，可以在三個(gè)方向調(diào)整位置或完成進(jìn)給運(yùn)動。此外，由于溜板可繞垂直軸線轉(zhuǎn)動一個(gè)角度（通常為士450），因而，工作臺除能平行或垂直于主軸軸線方向進(jìn)給外，還能在傾斜方向上進(jìn)給，以加工螺旋槽。臥式銑床有主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動和輔助運(yùn)動等三種運(yùn)動形式。主運(yùn)動是主軸帶動刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；進(jìn)給運(yùn)動是工作臺在三個(gè)相互垂直方向上的直線運(yùn)動（手動或機(jī)動），或圓工作臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；輔助運(yùn)動是工作臺在三個(gè)相互垂直方向上的快速直線運(yùn)動。2.2 銑床拖動特點(diǎn)及控制要求(1

4、) 銑床在銑削加工時(shí)，小進(jìn)刀量用高速銑削，反之用低速銑削，要求主傳動系統(tǒng)能夠調(diào)速，而且在各種銑削速度下保持功率不變，即恒功率調(diào)速。為此，主軸電動機(jī)采用籠型異步電動機(jī)，經(jīng)齒輪變速箱拖動主軸。(2) 銑床一般有順銑和逆銑兩種加工方式，要求主軸能夠正反轉(zhuǎn)，但不需經(jīng)常變換，只需在加工前預(yù)選主軸轉(zhuǎn)動方向。(3) 銑床的主傳動系統(tǒng)在空載下迅速起動，但由于傳動系統(tǒng)裝有慣性輪，慣性大，因此設(shè)有電氣制動環(huán)節(jié)。(4) 為使變速時(shí)變速箱內(nèi)齒輪易于嚙合，減小齒輪端面的沖擊，要求主軸電動機(jī)在主軸變速時(shí)具有變速沖動，進(jìn)給電動機(jī)在進(jìn)給變速時(shí)也具有變速沖動。(5) 多向進(jìn)給運(yùn)動由一臺電動機(jī)拖動，且在任一時(shí)刻只能接通一個(gè)方向的

5、傳動。由操作手柄實(shí)現(xiàn)機(jī)電聯(lián)合控制，通過改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)進(jìn)給給的改變。(6) 為避免損壞刀具或工件，要求主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動有順序控制，即主軸電動機(jī)起動后方可起動進(jìn)給電動機(jī)。2.3 x62w萬能銑床的電氣控制2.3.1 x62w萬能銑床動作原理x62w萬能銑床電氣控制線路如圖2-2所示。圖中m1為主軸電動機(jī)，m2為工作臺進(jìn)給電動機(jī)，m3為冷卻泵電動機(jī)。圖2-2 x62w萬能銑床電氣控制線路圖sq1與sq2為工作臺縱向（左右）進(jìn)給位置開關(guān)，sq3與sq4為工作臺橫向（前后）和豎向（上下）進(jìn)給位置開關(guān)，其工作狀態(tài)如表2-1和表2-2所示。sa1為圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)，其工作狀態(tài)如表2-3所示。sa3為冷卻

6、泵控制開關(guān)，sa4為照明燈開關(guān)，sa5為主軸轉(zhuǎn)換開關(guān)。sq6與sq7為由各自變速手輪控制的工作臺進(jìn)給變速和主軸變速沖動開關(guān)。表2-1 工作臺縱向行程開關(guān)工作狀態(tài)縱向操作手柄觸點(diǎn)向左中間（停）向右sq1-1-+-+-sq2-1+-sq2-2-+注： sq1-1表示的sq1第一個(gè)觸點(diǎn)，sq1-2表示的sq1第二個(gè)觸點(diǎn)。 表中“+”表示觸點(diǎn)閉合，“-”表示觸點(diǎn)斷開。表2-2 工作臺橫向、豎向行程開關(guān)工作狀態(tài) 橫向、豎向操作手柄觸點(diǎn)向前、向下中間（停）向后、向上sq3-1+-sq3-2-+sq4-1-+sq4-2+-表2-3 圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)工作狀態(tài) 位置觸點(diǎn)接通圓工作臺斷開圓工作臺sa1-1-+sa

7、1-2+-sa1-3-+2.3.2 主軸電動機(jī)的控制主軸電動機(jī)m1由接觸器km1控制，其旋轉(zhuǎn)方向由組合開關(guān)sa5預(yù)先選擇，其起動和停止采用兩地控制，一處裝在升降臺上，另一處設(shè)在床身上。由于傳動系統(tǒng)裝有慣性輪，自由停車時(shí)間長，為此主軸設(shè)有反接制動。同時(shí)，為使主軸變速時(shí)變速箱內(nèi)齒輪易于嚙合，減小齒輪端面的沖擊，主軸電動機(jī)變速時(shí)設(shè)有變速沖動。（1） 起動起動前先通過組合開關(guān)sa5預(yù)選主軸方向，然后按下sb1（或sb2），接觸器km1通電并自鎖，主軸電動機(jī)m1正向起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到一定值時(shí)，速度繼電器kv動作，觸點(diǎn)kv（6-7）閉合，為電動機(jī)反接制動作準(zhǔn)備。（2） 停車按下停止按鈕sb3（或sb4），k

8、m1失電（互鎖），同時(shí)km2得電自鎖（m1串電阻r反接制動）。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，速度繼電器復(fù)位，觸點(diǎn)kv（6-7）斷開，km2斷電，電動機(jī)反接制動結(jié)束。在操作停止按鈕時(shí)一定按到底，否則只將動斷觸點(diǎn)斷開而未將動合觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)只是自由停車。（3） 變速沖動主軸變速采用圓孔盤式結(jié)構(gòu)，集中操縱。它既可在停車時(shí)變速，也可在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)變速。變速操作為：先將主軸變速手柄拉出，使齒輪組脫離嚙合，用變速數(shù)字孔盤調(diào)到新的轉(zhuǎn)速后，將手柄以較快的速度推回原處，使改變了傳動比的齒輪重新嚙合。在變速手柄拉出推向左邊及把手柄推回原位時(shí)，凸輪將壓彈簧桿，進(jìn)而推動沖動開關(guān)sq7并使其動作。觸點(diǎn)sq7（3-7）每閉合一下，km

9、2瞬間通電一次，電動機(jī)m1拖動主軸變速箱中的齒輪轉(zhuǎn)動一下，使變速齒輪順利地滑入嚙合位置，完成變速過程。在推回變速手柄時(shí)，動作要迅速，以免壓合sq7時(shí)間過長，主軸電動機(jī)轉(zhuǎn)速升得過高，不利于齒輪嚙合甚至打壞齒輪。但在變速手柄推回接近原位時(shí)，應(yīng)減慢推動速度，以利齒輪嚙合。若主軸在運(yùn)行中變速，也不需按停止按鈕。為壓合sq7時(shí)始終是觸點(diǎn)sq7（3-5）先斷開，使km1先斷電。觸點(diǎn)sq7（3-7）后閉合，再使km2通電，對m1先進(jìn)行反接制動，電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，以后再進(jìn)行變速操作。變速完成后尚需再次起動電動機(jī)，主軸才在新的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。2.3.3 進(jìn)給運(yùn)動的控制 x62w萬能銑床工作臺的左右、前后和上下各種

10、進(jìn)給運(yùn)動，均是依靠進(jìn)給電動機(jī)m2的正反轉(zhuǎn)來拖動。m2的正反轉(zhuǎn)是由接觸器km3和km4控制。工作臺之所以能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動而又不相互干涉，是因?yàn)檫M(jìn)給操作手柄在通過各位置開關(guān)接通km3和km4的同時(shí)，也接通了相應(yīng)方向的機(jī)械離合器的結(jié)果。根據(jù)銑削加工的需要，只有當(dāng)銑刀轉(zhuǎn)動起來后才能進(jìn)給。所以，只有km1通電，km1（11-12）閉合后，進(jìn)給電動機(jī)m2才能啟動。（1）工作臺左右進(jìn)給工作臺左右進(jìn)給由工作臺縱向操作手柄控制，手柄有三個(gè)位置：左、中、右。當(dāng)操作手柄扳在向右位置時(shí)，通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)，機(jī)械上接通縱向離合器，同時(shí)電氣上壓下行程開關(guān)sq1，接觸器km3通電，進(jìn)給電動機(jī)m2正轉(zhuǎn)，拖動工作臺向右運(yùn)動。

11、當(dāng)需要停止時(shí)，將手柄扳回中間位置，于是縱向進(jìn)給離合器脫開，同時(shí)sq1不再受壓，觸點(diǎn)sq1-1（18-19）斷開，km3斷電，電動機(jī)m2停轉(zhuǎn)，工作臺停止運(yùn)動。工作臺左右行程長短，由安裝在工作臺前方操作手柄兩側(cè)的擋鐵來決定。當(dāng)工作臺左右運(yùn)動到預(yù)定位置時(shí)，擋鐵撞動縱向操作手柄，使它返回中間位置，工作臺停止，實(shí)現(xiàn)終端保護(hù)。（2）工作臺豎向與橫向進(jìn)給工作臺上下進(jìn)給和前后進(jìn)給由工作臺豎向與橫向操縱手柄控制，該手柄共有五個(gè)位置：上、下、前、后和中間位置。在扳動操縱手柄的同時(shí)，將有關(guān)機(jī)械離合器掛上，同時(shí)壓合行程開關(guān)sq3或sq4?，F(xiàn)以工作臺向上運(yùn)動為例分析電路工作情況。將操作手柄扳到向上位置，垂直運(yùn)動的離合器

12、掛上，同時(shí)壓下sq4開關(guān)，觸點(diǎn)sq4-2（15-16）斷開，sq4-1（18-23）閉合，反轉(zhuǎn)接觸器km4通電，m2反轉(zhuǎn)，拖動升降臺連同工作臺一起向上運(yùn)動。當(dāng)需要停止時(shí)，將操作手柄扳回中間位置，此時(shí)離合器脫開，同時(shí)sq4不再受壓而復(fù)位，觸點(diǎn)sq4-1（18-23）斷開，km4斷電，電動機(jī)m2停止旋轉(zhuǎn)，工作臺停止運(yùn)動。在銑床床身導(dǎo)軌旁設(shè)置了上、下兩塊擋鐵，當(dāng)升降臺上下運(yùn)動到一定位置時(shí)，擋鐵撞動操作手柄，使其回到中間位置，從而實(shí)現(xiàn)工作臺豎向運(yùn)動的終端保護(hù)。操作手柄如扳在向前位置，則橫向運(yùn)動機(jī)械離合器掛上，同時(shí)壓下sq3，觸點(diǎn)sq3-1（18-19）閉合，sq3-2（16-17）斷開，km3通電，m

13、2電動機(jī)正轉(zhuǎn)，拖動工作臺在升降臺上向前運(yùn)動。工作臺橫向運(yùn)動的終端保護(hù)由安裝在工作臺左側(cè)底部的擋鐵撞動操作手柄返回中間位置來實(shí)現(xiàn)。2.3.4 工作臺的快速移動控制工作臺在三個(gè)方向的快速移動也是由進(jìn)給電動機(jī)m2拖動的。當(dāng)工作臺已經(jīng)進(jìn)行工作時(shí)，如再按下快速移動按鈕sb5或sb6，km5通電，接通快速移動電磁鐵yb，銜鐵吸上，經(jīng)杠桿將進(jìn)給傳動鏈中的摩擦離合器合上，減少中間傳動裝置，工作臺按原運(yùn)動方向?qū)崿F(xiàn)快速移動。當(dāng)sb5或sb6松開時(shí)，km5、yb相繼斷電，銜鐵釋放，摩擦離合器脫開，快速移動結(jié)束，工作臺仍按原進(jìn)給速度且按原方向繼續(xù)運(yùn)動，所以快速移動是點(diǎn)動控制。工作臺也可在主軸電動機(jī)不轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行快速移

14、動，這時(shí)應(yīng)將主軸換向開關(guān)sa5扳在“停止”位置，然后按下sb1或sb2，使km1通電并自鎖，操縱工作臺手柄，使進(jìn)給電動機(jī)m2起動旋轉(zhuǎn)，再按下快速移動按鈕sb5或sb6，工作臺便可在主軸不轉(zhuǎn)的情況下快速移動。2.3.5 進(jìn)給變速“沖動”控制在進(jìn)給變速時(shí)，為使齒輪易于嚙合，電路中設(shè)有變速“沖動”控制環(huán)節(jié)。進(jìn)給變速“沖動”是由進(jìn)給變速手柄配合進(jìn)給變速“沖動”開關(guān)sq6實(shí)現(xiàn)的。操作過程是：將蘑菇形進(jìn)給變速手柄向外拉出，轉(zhuǎn)動蘑菇手柄，速度轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動，將所需進(jìn)給速度對準(zhǔn)箭頭，然后再把變速手柄繼續(xù)向外拉至極限位置，隨即推回原位。就在將蘑菇手柄拉到極限位置的瞬間，其連動杠桿壓合行程開關(guān)sq6，使觸點(diǎn)sq6-

15、2（12-15）先斷開，而觸點(diǎn)sq6-1（15-19）后閉合， km3通電，m2正轉(zhuǎn)起動。由于在操作時(shí)只使sq6瞬時(shí)壓合，所以電動機(jī)只瞬動一下，拖動進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)瞬動，利于變速齒輪嚙合。2.3.6 圓工作臺運(yùn)動控制為加工螺旋槽、弧形槽等，x62w型萬能銑床附有圓形工作臺及其傳動機(jī)構(gòu)。使用時(shí)，將附件安裝在工作臺和縱向進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)上，由進(jìn)給電動機(jī)拖動旋轉(zhuǎn)。圓工作臺工作時(shí)，首先將開關(guān)sa1扳到“接通”位置，這時(shí)觸點(diǎn)sa1-2（19-22）閉合，觸點(diǎn)sa1-1（17-18）與sa1-3（12-22）斷開，接著，將工作臺兩個(gè)進(jìn)給操縱手柄置于中間位置。按下起動按鈕sb1或sb2，主軸電動機(jī)m1啟動，同時(shí)km

16、3因km1通電自鎖而通電，于是m2起動，并經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)使圓工作臺旋轉(zhuǎn)。由此可知，圓工作臺只能作單方向旋轉(zhuǎn)，不能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。另外，圓工作臺控制電路是經(jīng)行程開關(guān)sq1sq4的四對動斷觸點(diǎn)形成閉合回路的，所以操作任何一個(gè)長工作臺進(jìn)給手柄，都將切斷圓工作臺控制電路，這就實(shí)現(xiàn)了圓形工作臺和長方形工作臺的閉鎖關(guān)系。圓工作臺要停止工作，只需按下停止按鈕sb3或sb4，此時(shí)km1、km3相繼斷 電，圓工作臺停止旋轉(zhuǎn)。2.3.7 冷卻泵電動機(jī)的控制與照明電路冷卻泵電動機(jī)m3通常在銑削加工時(shí)由轉(zhuǎn)換開關(guān)sa3操作，當(dāng)扳至“接通”位置時(shí)，觸點(diǎn)sa3（3-4）閉合，接觸器km6通電，m3起動旋轉(zhuǎn)，拖動冷卻泵，送出冷卻液，

17、供銑削加工冷卻用。機(jī)床局部照明由照明變壓器t2輸出36v安全電壓，由開關(guān)sa4控制照明燈el。2.3.8 控制電路的聯(lián)鎖與保護(hù)1、進(jìn)給運(yùn)動與主運(yùn)動的順序聯(lián)鎖進(jìn)給電氣控制線路接在主電動機(jī)接觸器km1觸點(diǎn)（11-12）之后。保證了主軸電動機(jī)起動后（若不需m1旋轉(zhuǎn)，則可將sa5開關(guān)扳至中間位置）進(jìn)給電動機(jī)方可起動。而主軸停止時(shí)，則進(jìn)給立即停下。2、工作臺六個(gè)運(yùn)動方向間的聯(lián)鎖銑床工作時(shí)，只允許一個(gè)方向運(yùn)動，為此工作臺上下左右前后六個(gè)運(yùn)動方向間都應(yīng)有聯(lián)鎖。工作臺有縱向操作手柄與橫向、垂直操作手柄，這就具有了左與右方向間的聯(lián)鎖和上下前后四個(gè)方向間的聯(lián)鎖。但關(guān)鍵的是如何實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)操作手柄間的聯(lián)鎖。為此，可采

18、用兩個(gè)操作手柄間的機(jī)械聯(lián)鎖，但將使機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，在此采用了較為簡便的電氣聯(lián)鎖。在圖3-9電路中，接點(diǎn)15-17以及2217的兩條支路，一條由sq3、sq4動斷觸點(diǎn)串聯(lián)組成，另一條由sq2、sq1動斷觸點(diǎn)串聯(lián)，分別串接在進(jìn)給接觸器km3與km4線圈電路中，構(gòu)成進(jìn)給的聯(lián)鎖控制。當(dāng)扳動縱向進(jìn)給操作手柄時(shí)，sq1或sq2開關(guān)壓下，使支路2217斷開，但km3或km4仍可經(jīng)另一支路供電，若再扳動橫向與垂直進(jìn)給操作手柄，又將壓下sq3或sq4開關(guān)，使另一支路又?jǐn)嚅_，進(jìn)給電動機(jī)無法通電，工作臺不能自動進(jìn)給。這就保證了不允許同時(shí)操縱兩個(gè)進(jìn)給手柄，從而實(shí)現(xiàn)了工作臺六個(gè)運(yùn)動方向間的聯(lián)鎖。3、長工作臺與圓工作臺間的聯(lián)

19、鎖由開關(guān)sa1來實(shí)現(xiàn)，控制電路要求sq1sq4行程開關(guān)均處于閉合狀態(tài)，圓工作臺才可開動，進(jìn)而保證了這一聯(lián)鎖。4、工作臺的限位保護(hù)在工作臺的六個(gè)運(yùn)動方向上各設(shè)有一塊擋鐵，工作臺移動到極限位置時(shí)。擋鐵撞動進(jìn)給手柄，使進(jìn)給手柄回到中間位置，所有的行程開關(guān)復(fù)位，從而實(shí)現(xiàn)行程保護(hù)。5、過載保護(hù)當(dāng)主軸電機(jī)和冷卻泵電機(jī)過載時(shí)，熱繼電器的常閉觸頭fr1和fr3斷開，控制電路斷電，所有的動作都被停止。當(dāng)進(jìn)給電機(jī)過載時(shí)，熱繼電器fr3的常閉觸頭斷開，工作臺無進(jìn)給運(yùn)動和快速移動。3、plc的優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制存在的問題3.1 plc的優(yōu)點(diǎn)1、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。繼電器控制系統(tǒng)雖然有較好的抗干擾能力，但是使用了大量

20、的機(jī)械觸頭，使設(shè)設(shè)備接線復(fù)雜，由于電器元件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時(shí)受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而plc采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子儲存件來完成，大部分繼電器和繁雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高?？煽啃?對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。2、plc有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。3、plc是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。

21、4、在plc的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造;對干擾的屏蔽、隔離和濾波等;對電源的斷電保護(hù);對存儲器內(nèi)容的保護(hù)等。5、plc的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波;軟件自診斷;簡化編程語言等。6、plc的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面:（1）操作方便對plc的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)plc采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的plc，編程器采用了crt屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號或接點(diǎn)號進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?/p>

22、，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或crt上顯示。（2）編程方便 plc有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語言時(shí)，十分有助于編程人員的編程。（3）維修方便 plc具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。7、plc的靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（1）編程的靈活性 plc采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。（2）擴(kuò)展的靈活性 plc的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)

23、重要特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。（3）操作的靈活性 操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。3.2 繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在問題3.2.1 繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1） 所有控制功能及信號處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。（2） 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。（3） 大部分電器均為通用控制電器，更換方便，價(jià)格較便宜。（4） 多年來我國一直生產(chǎn)這類銑床、車床，技術(shù)成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。3.2.2 繼電器控制系統(tǒng)存在的問題（

24、1） 系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，在觸頭斷開與閉合時(shí)容易產(chǎn)生電弧燒壞觸頭，而且機(jī)械式的觸頭易老化，造成接觸不良，因而故障率較高。（2） 普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。（3） 電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難提高（4） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動作噪音大。（5） 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高;而且檢查故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了機(jī)床運(yùn)行的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停銑，給企業(yè)生產(chǎn)帶來不便并造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，還可能出現(xiàn)人身事故。4、plc控制系統(tǒng)設(shè)

25、計(jì)4.1 plc的介紹在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，德國西門子（siemens）公司生產(chǎn)的simatic s7200系列plc是被廣泛應(yīng)用之一。它具有高性能價(jià)格比的微型可編程序控制器。由于它具有結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行速度高、價(jià)格低廉以及多功能多用途等特點(diǎn),因此在工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)s7200 系列plc系統(tǒng)由基本單元（主機(jī)）、i/o擴(kuò)展單元、功能單元和外部設(shè)備等組成，其基本單元（主機(jī)）的結(jié)構(gòu)為整體式結(jié)構(gòu)。s7-200系列有cpu21x和cpu22x兩代產(chǎn)品，其中cpu22x包括cpu221, cpu222, cpu224和cpu226四種基本型號。s7200系列plc數(shù)據(jù)存儲區(qū)及元件功能1、輸入/

26、輸出映像寄存器 包括輸入映像寄存器和輸出映像寄存器兩種。（1）輸入映像寄存器i（又稱輸入繼電器）。輸入繼電器線圈只能由外部信號驅(qū)動，不能用程序指令驅(qū)動，常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)供用戶編程使用。外部信號傳感器（如按鈕、行程開關(guān)、現(xiàn)場設(shè)備、熱電藕等）用來檢測外部信號的變化。它們與plc或輸入模塊的輸入端相連。（2）輸出映像寄存器q（又稱輸出繼電器）。輸出繼電器是用來將plc的輸出信號傳遞給負(fù)載，只能用程序指令驅(qū)動。i/o映像寄存器可以按位、字節(jié)、字或雙字等的方式編址。如：i0.1、q0.1（位尋址）、ib1、qb5（字節(jié)尋址）。2、位存儲器（m） 內(nèi)部存儲器標(biāo)志位（m0.0m31.7）可以按位使用，作為

27、控制繼電器（又稱中間繼電器），用來存儲中間操作數(shù)或其他控制信息。也可以按字節(jié)、字或雙字來存儲存儲區(qū)的數(shù)據(jù)。3、定時(shí)器（t） 定時(shí)器是 plc中最常用的元器件之一，定時(shí)器相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器，用于延時(shí)控制。s7200系列plc為有三種類型的定時(shí)器，通電延時(shí)型（ton），）有記憶性的通電延時(shí)型又叫保持型（tonr），斷電延時(shí)型（tof），都為增量型定時(shí)器。4.2 x62w萬能銑床的電器控制要求xa62w型萬能升降臺銑床的控制要求如下：主軸電動機(jī)m1（功率7.5kw），空載時(shí)直接啟動，為滿足順銑和逆銑工作方式的要求能夠正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)率，采用電磁制動器進(jìn)行停車制動，同時(shí)從安全和操作方

28、便考慮，換刀時(shí)主軸也處于制動狀態(tài)，主軸電動機(jī)可在兩處實(shí)行起停等控制操作。工作臺進(jìn)給電動機(jī)m2，直接啟動，為滿足縱向、橫向、垂直方向的往返運(yùn)動，要求電動機(jī)能正反轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)率，要求空行程時(shí)可快速移動。從設(shè)備使用安全考慮，各進(jìn)給運(yùn)動之間必須聯(lián)鎖，并由手柄操作機(jī)械離合器選擇進(jìn)給運(yùn)動的方向。電動機(jī)m3拖動冷卻泵，在銑削加工時(shí)提供切削液。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(shí)，要求電動機(jī)能點(diǎn)動至合適的位置，保證齒輪能正常嚙合。加工零件時(shí)，為保證設(shè)備安全，要求主軸電動機(jī)啟動以后，工作臺電動機(jī)方能啟動工作。4.3 plc的選擇根據(jù)本電器控制的需要，plc控制系

29、統(tǒng)的輸入信號有22個(gè)，其中6個(gè)按鈕開關(guān)，6個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，6個(gè)行程開關(guān)，3個(gè)熱繼電器和1個(gè)速度繼電器。plc控制系統(tǒng)的輸出信號有9個(gè)，其中1個(gè)用主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動接觸器km1、1個(gè)用于主軸電機(jī)的反接制動km2，2個(gè)用于進(jìn)給電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器km3、km4，1個(gè)用于工作臺快速移動接觸器km5，1個(gè)用于冷卻泵電機(jī)接觸器km6，1個(gè)用于工作臺快速移動的電磁鐵ya，除此之外,還有1個(gè)機(jī)床照明燈和2個(gè)報(bào)警指示燈。根據(jù)表4-1所示的cpu22x(cpu226)主要技術(shù)指標(biāo)表，可知cpu226有24個(gè)輸入口及16個(gè)輸出口，可以滿足控制要求。表4-1 cpu22x(cpu226)主要技術(shù)指標(biāo)表型號cpu224程序/字40

30、96用戶數(shù)據(jù)/字2560用戶儲存器類型eeprom本機(jī)i/o24入/16出數(shù)字量i/o映像區(qū)大小/bit256模擬量i/o映像區(qū)大小/bit32入/32出i/o映像寄存器/bit128i和128q順序控制繼電器/ bit2564.4 i/o地址分配表根據(jù)前面的電氣原理圖和plc的i/o口，可以得到i/o口分配表，如表4-2所示：表4-2 plc的i/o口分配輸入部分輸入地址元件功能輸入地址元件功能i0.0sb1主電機(jī)停止、制動按鈕i1.3sa3冷卻泵關(guān)按鈕i0.1sb2主電機(jī)停止、制動按鈕i1.4sq1工作臺向右進(jìn)給行程開關(guān)i0.2sb3主電機(jī)啟動按鈕i1.5sq2工作臺向左進(jìn)給行程開關(guān)i0.

31、3sb4主電機(jī)啟動按鈕i1.6sq3工作臺向前、下進(jìn)給行程開關(guān)i0.4sb5工作臺快速移動按鈕i1.7sq4工作臺向后、上進(jìn)給行程開關(guān)i0.5sb6工作臺快速移動按鈕i2.0sq6進(jìn)給變速沖動行程開關(guān)i0.6sa1工作臺轉(zhuǎn)換開按鈕i2.1sq7主軸沖動行程開關(guān)i0.7sa1工作臺轉(zhuǎn)換關(guān)按鈕i2.2fr1熱繼電器i1.0sa4機(jī)床照明開按鈕i2.3fr2熱繼電器i1.1sa4機(jī)床照明關(guān)按鈕i2.4fr3熱繼電器i1.2sa3冷卻泵開按鈕i2.5sb7主軸報(bào)警解除開關(guān)輸出部分輸出地址元件功能輸出地址元件功能q0.0km1主電動機(jī)啟動接觸器q0.6yb電磁鐵(工作臺快速移動)q0.1km2主軸反接制

32、動接觸器q0.7el機(jī)床照明q0.2km3進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器q1.0kv速度繼電器輸出部分輸入地址元件功能輸入地址元件功能q0.3km4進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器q1.1hl1主軸電機(jī)過載報(bào)警q0.4km5工作臺快速移動接觸器q1.2hl2進(jìn)給電機(jī)過載報(bào)警q0.5km6冷卻泵啟動接觸器4.5主軸電機(jī)的控制4.5.1主軸電機(jī)的控制 圖4-1 x62w萬能銑床主軸電機(jī)電氣控制圖x62w萬能銑床主軸電機(jī)電氣控制圖如圖4-1所示，由于主軸電機(jī)只有7.5kw，因此可以采用全壓直接啟動，在加工零件時(shí)候不需要頻繁的正反轉(zhuǎn)，不列入plc控制范圍，所以主軸的電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是由轉(zhuǎn)換開關(guān)sa5控制。根據(jù)主軸的控制要求及控

33、制原理可以繪制出主軸電機(jī)控制流程圖，如圖4-2所示：按下主軸啟動按鈕sb1或sb2主軸電機(jī)啟動是否按下主軸停止按鈕sb3或sb4?主軸電機(jī)停止是否對主軸電機(jī)進(jìn)行制動圖4-2主軸電機(jī)控制流程圖主軸電機(jī)plc控制系統(tǒng)的輸入信號右5個(gè)，2個(gè)啟動開關(guān)，2個(gè)停止開關(guān)和1個(gè)熱繼電器，輸出信號有個(gè)1個(gè)是電機(jī)轉(zhuǎn)動的接觸器km1，1個(gè)電機(jī)制動接觸器km2和1個(gè)速度繼電器，根據(jù)輸入輸出信號可以繪制出主軸電機(jī)的i/o接口圖，如圖4-3所示：圖4-3 主軸控制i/o接口圖合上開關(guān)q,將sa5扳到主軸正傳或反轉(zhuǎn)的位置，按下啟動按鈕sb1或sb2，km1得電自鎖主軸電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的時(shí)候速度繼電器的常開觸頭閉

34、合，需要停車時(shí)，按下sb3或sb4，km2得電自鎖開始對電機(jī)進(jìn)行反接制動，但是sb3或sb4按下的時(shí)間不要過長，否則電機(jī)會反轉(zhuǎn)達(dá)不到反接制動的效果。根據(jù)控制流程圖和i/o接口圖可以繪制出主軸電機(jī)控制梯形圖，如圖4-4所示：圖4-4 主軸電機(jī)控制梯形圖4.5.2 進(jìn)給電機(jī)的控制工作臺要求能夠左右、上下、前后6個(gè)方向運(yùn)動，因此要求進(jìn)給電機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)，其中正轉(zhuǎn)由行程開關(guān)sq1或sq3控制，反轉(zhuǎn)由sq2或sq4控制。 根據(jù)進(jìn)給運(yùn)動的控制要求可以繪制出進(jìn)給電機(jī)控制流程，如圖4-6所示：圖4-5 進(jìn)給電機(jī)電氣控制圖進(jìn)給電機(jī)plc控制系統(tǒng)的輸入信號右7個(gè)，4個(gè)行程開關(guān)，2個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，1個(gè)熱繼電器，輸出信號由

35、2個(gè)，1個(gè)進(jìn)給電機(jī)正傳接觸器，1個(gè)進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器。根據(jù)輸入輸出信號可以繪制出進(jìn)給電機(jī)的i/o接口圖，如圖4-6所示：圖4-6 進(jìn)給電機(jī)i/o接口圖接通主電路是否壓下行程開關(guān)sq1或sq3?進(jìn)給電機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)是否壓下行程開關(guān)sq2或sq4?是否按下停止按鈕sb3或sb4?進(jìn)給電機(jī)停止轉(zhuǎn)動否是是是否否圖4-7 進(jìn)給電機(jī)控制流程圖接通主電路，轉(zhuǎn)換開關(guān)sa1-1、sa1-3接通sa1-2斷開，將縱向操縱手柄扳在向右的位置，通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)，機(jī)械上接通縱向離合器同時(shí)壓下行程開關(guān)sq1，接觸器km3得電自鎖，進(jìn)給電機(jī)m2正轉(zhuǎn)，需要停止時(shí)將操縱手柄扳在中間位置，反轉(zhuǎn)剛好與正轉(zhuǎn)相反。根據(jù)控制流程圖和i/

36、o接口圖可以繪制出進(jìn)給電機(jī)控制梯形圖。如圖4-8所示：圖4-8 進(jìn)給電機(jī)控制梯形圖4.5.3冷卻泵電機(jī)控制冷卻液加工工件的過程中能夠隨時(shí)提供，因此冷卻泵電機(jī)只需正轉(zhuǎn)就可以了。其電氣控制原理圖如圖4-9所示，根據(jù)控制要求及控原理圖可以繪制出控制流程圖，如圖4-10所示：圖4-9 冷卻泵電氣控制圖打開冷卻泵開關(guān)sa3冷卻泵電機(jī)啟動是否關(guān)閉冷卻泵開關(guān)sa3？冷卻泵電機(jī)停止是否圖4-10 冷卻泵控制流程圖圖4-11 冷卻泵電機(jī)i/o接口圖冷卻泵電機(jī)plc控制系統(tǒng)輸入信號有3個(gè)，1個(gè)冷卻泵開按鈕，1個(gè)冷卻泵關(guān)按鈕和1個(gè)熱繼電器按鈕，輸出信號為冷卻泵啟動接觸器，根據(jù)輸入輸出信號可以繪制出冷卻泵電機(jī)的i/o

37、接口圖，如圖4-11所示：根據(jù)控制要求及i/o接口圖可以繪制出冷卻泵控制梯形圖，如圖4-12所示：圖4-12 冷卻泵電機(jī)控制梯形圖4.6 過載報(bào)警指示燈的設(shè)計(jì)本論文設(shè)計(jì)了主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)過載報(bào)警指示功能，原來的電氣原理圖中主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)都有熱繼電器對他們進(jìn)行過載保護(hù)，但是我們并不知道它什么時(shí)候過載，所以本論文就設(shè)計(jì)了過載報(bào)警指示燈，當(dāng)主軸電機(jī)過載時(shí)，主軸電機(jī)報(bào)警指示燈就一直閃爍，進(jìn)給電機(jī)過載時(shí)其報(bào)警指示燈亮，直到報(bào)警解除。具體的報(bào)警程序梯形圖設(shè)計(jì)如圖4-13所示：圖4-13 主軸電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)報(bào)警梯形圖4.7 plc的控制軟件介紹根據(jù)x62w萬能銑床的總體控制要求，設(shè)計(jì)該電氣控制系統(tǒng)的梯形圖，如圖4-14。該程序共有13條支路，反映了原繼電器電路中的各種邏輯內(nèi)容。在編制程序的過程中，該程序及plc的硬件接線不僅保證了原電路的工作邏輯關(guān)系還充分考慮了系統(tǒng)的安全性，運(yùn)用了有互鎖功能的設(shè)計(jì)，如主軸電機(jī)梯形圖中分別串聯(lián)上了q0.0和q0.1的常閉觸點(diǎn)，用來完成對km1，km2的保護(hù)控制，從而提高了整個(gè)機(jī)床控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，電氣改造的投資少、工作量較小。在程序設(shè)計(jì)中，將不同控制方式的程序分別編寫，根據(jù)工作方式選擇開關(guān)決定執(zhí)行那行程序，這樣使的程序結(jié)構(gòu)清晰，編程方便，具體運(yùn)行過程見圖4-14。圖4-14 x62w