X62W銑床的PLC改造設(shè)計

1、目目 錄錄 1 緒論.1 2 x62w 銑床改造設(shè)計思路.1 2.1 銑床改造設(shè)計要求.1 2.2 方案選擇.1 3 x62w 銑床的分析.2 3.1 銑床的結(jié)構(gòu).2 3.2 銑床的運動形式.3 3.3 銑床的電力拖動及控制要求.3 3.3.1 主電動機的控制線路.3 3.3.2 進給運動的控制.4 3.3.3 圓形工作臺的控制.6 3.3.4 x62w 萬能銑床存在的故障.7 4 整體改造設(shè)計思路.8 4.1 主電路部分.8 4.2 控制電路部分改造的具體要求.9 5 硬件電路設(shè)計.9 5.1 電器元件選擇.9 5.2 可編程控制器 plc 的介紹及選型.9 5.2.1 可編程控制器 plc

2、 的介紹.9 5.2.2 可編程控制器的選型.11 5.3 plc 的 i/o 地址分配 .11 5.4 i/o 接線.12 6 軟件設(shè)計.12 6.1 x62w 銑床的基本功能控制 .12 6.2 一例特殊故障的解決.15 6.3 故障自診斷.16 7 結(jié)束語.17 致謝.17 參考文獻.18 附錄 1 總體電路圖.19 附錄 2 總程序.20 1 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械，在機械加工和 機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， 以達到機電緊密配合完成

3、預定的操作，是機械與電氣結(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 雜、故障率高、檢修周期長，給生產(chǎn)與維護帶來諸多不便，嚴重地影響生產(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

4、適應(yīng) 經(jīng)常變動的工藝條件。基于這些問題，本文提出了利用松下可編程控制器對 x62w型臥式萬能銑床的繼電接觸式電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造。 可編程控制器是一種在傳統(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)計機床控制系統(tǒng)，可以減少強電元器件 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

5、使機床具有故障自診斷功能，可以保護機床和方便 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

6、檢 修功能，可以在發(fā)生故障的部位進行報警。 第一個方案雖然可以改進缺陷，但是使銑床的控制線路觸點增多、線路更 加復雜，從而使機器故障率高、檢修周期長，給生產(chǎn)與維護帶來諸多不便，嚴 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 行技術(shù)改造，改造后可以減少強電元氣件數(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

7、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 機構(gòu)和變速機構(gòu)，在床身頂部有水平導軌，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。在機床架前有垂直導軌，升降臺可沿它上下移動。在升降臺上面的水平導 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

8、。這樣安裝在工作臺上的工件就可以 在三個坐標軸上的六個方向上進給了。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，因此工作臺在水平面 上除了能在平行于或垂直于主軸軸線的方向進給外，還能在傾斜方向進給，故 稱萬能銑2。 為了擴大機床的加工能力，可在機床工作臺上安裝圓形工作臺，這樣就可 以進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)揮機床潛力，提高生產(chǎn)效率，要求小進刀量采用高速度銑削，大 進刀量采用低速銑削。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

9、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 機拖動通過齒輪變速。 3.3.1 主電動機的控制線路主電動機的控制線路 （1）主電動機的啟動 主電動機啟動前應(yīng)選擇好主軸的轉(zhuǎn)速，然后將組合開關(guān)q1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 動機的定子繞組，主電動機啟動。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）的閉合為工作臺進給線路提供了電源。 （2）主電動機的制動 為了使主軸能準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

10、獲得。當主 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，將變速手柄復位，在手柄復位的過程中，壓動行程開關(guān) st7，接觸器km1線圈通過1-31-9瞬時通電，主電動機瞬時點動，以達到齒輪的 良好嚙合。當手柄復位后st7恢復到常態(tài)，斷開了主軸瞬時點動線路。在手柄 復位時要迅速、連續(xù)，以免電動機的轉(zhuǎn)速升高，在齒輪沒有嚙合好時可能使齒 輪打牙。當瞬時點動一次沒有實現(xiàn)良好嚙合時，可以重復進行瞬時點動動作。 （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

11、 時，應(yīng)使主軸處于制動狀態(tài)?？刂凭€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)。當上、換刀結(jié)束后，將sa2扳到斷開位置，這 時sa2-2觸點斷開，1-31的sa2-1觸點閉和，主軸啟動作好準備。 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 進給運動的控制進給運動的控制 銑削加工時，根據(jù)加工工藝的不同，進給量的大小也不同，所以要求拖動 系統(tǒng)應(yīng)有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。銑床進給系統(tǒng)的傳動功率較小，因其主要負載是 工作臺移動時產(chǎn)生的摩檫力，這個摩

12、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銑床的進給拖動也采用鼠籠 型電動機，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給 功率都較小，故以高速進給時所需功率為準來選擇進給電動機功率，x62w萬 能銑床進給電動機功率為1.5kw3。 進給運動在主軸啟動后方可進行，工作臺的左、右、上、下、前、后運動 是通過操縱手柄和機械聯(lián)動機構(gòu)控制相應(yīng)的行程開關(guān)使進給電動機正轉(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、

13、向上運動。 （1）工作臺的左右運動 表 2 工作臺縱向進給行程開關(guān)說明 向左進給停止向右進給 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，當手柄搬向右側(cè)時，手柄通過聯(lián)動機 構(gòu)接通了縱向進給離合器，同時壓下了行程開關(guān)st1、st2的動和觸點13-25閉 和，使進給電動機的正轉(zhuǎn)接觸器km2線圈通過17-19-21-23-25-13得電，進給電 動機正轉(zhuǎn)，帶動工作臺向右運動。當縱向進給手柄搬向左側(cè)時，行程開關(guān)st2 被壓下，行程開關(guān)st1復位，進給電機反轉(zhuǎn)接觸器km2線圈17-

14、19-21-23-25-15得 電，進給電動機反轉(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給行程開關(guān)說明 位置 觸點 向左進給停止向右進給 sa3-1 13-25+ sa3-2 21-23 + sa4-1 15-25 + sa4-2 19-21+ 工作臺的上下和前后運動由垂直和橫向進給手柄操縱。該手柄搬向上或搬 向下時，機械上接通了垂直進給離合器，當手柄向前或向后時，機械上接通了 橫向進給離合器，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

15、如表2所示。 在手柄扳到向下或向前位置時，手柄通過機械聯(lián)動機構(gòu)使st3被壓下，st3 的動和觸點13-25接通，動斷觸點21-23斷開。這時進給電動機正轉(zhuǎn)接觸器線圈 通過17-27-29-23-25-13得電，電動機正轉(zhuǎn)，帶動電動機向下或向前運動。 當手柄扳到向上或向后位置時st4被壓下，st3復位，st4的常開觸點15-25 接通，進給電動機反轉(zhuǎn)接觸器線圈通過17-27-29-23-25-15得電，電動機反轉(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均是通過機械連動手柄實現(xiàn)的。 （3）進給變速時的瞬時點動 進給變速必須在操縱手柄零位時

16、進行。它和主軸變速一樣，進給變速時為 使齒輪進入良好嚙合狀態(tài)，也要做變速后的瞬時點動。在進給變速時首先將變 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，這時進給電動機正轉(zhuǎn)接觸器km2線圈通過17-27-29- 23-21-19-13得電，進給電動機瞬時正轉(zhuǎn)。在手柄推回原位時st6復位進給電動 機停止。一次瞬時點動齒輪仍未進入嚙合狀態(tài)，可以再重復進行一次，直到進 入良好的嚙合狀態(tài)為止。 （4）進給方向的快速移動 六個方向的進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 4 fu 6 sa 2 -2 sa 2 -1

17、sa 1 -1 sa 1-3 sa 1-2 fu 3 st 7-2 st 3-2st 4-2st 6-2 st 2-2st 1-2 sb4 -1sb3 -1 sb1 sb2 sb5 sb6 st 6-1 st 1-1 st 3-1 st 2-1 st 4-1 st 7 -1 k r 2 k r 3k r 1 2 10 8 9 1112 13 15 13 2325 19 21 27 29 17 7 31 33 34 110 v k m 4 sb3 -3 sb4-3 sb 4-2 sb 3-2 k m 1 k m 2 k m 3 k m 4 k m 1 k m 1 k m 4 k m 3 k m

18、2 y c 1 y c 2 y c 3 k 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)進給電 機在某一方向上的進給快速運動，松開sb5或者sb6則為正常進給。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)手動快速進給，設(shè)計電路在功能上存在缺陷， 不夠完善。 （5）進給運動方向上的極限位置保護 工作臺在進給方向上的運動必須具有可靠的極限位置保護，否

19、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采用的是機械和 電氣相配合的方式。由擋塊確定各進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)進給方向上的行程開關(guān)復位，切斷了進給電 動機的控制線路，進給運動停止。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 為了擴大機床的加工能力，可在機床工作臺上安裝附件圓形工作臺，這樣 就可以進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的23-25觸點斷開，sa1-3的17-27觸點斷

20、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，主軸電動機啟動。接著進給電動機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，它所對應(yīng)的動斷觸點就

21、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給手柄，km2線圈將斷電，m2電 動機自動停止。 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，甚至會造成事故。 （1）該銑床只能進行手動快速進給，沒有自動快速進給。例如向左快速進 給時，必須同時按下左進給開關(guān)和快速進給開關(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）當按下st6實現(xiàn)進給電機瞬時變速沖動時，不能實現(xiàn)完整的電氣聯(lián)鎖 保護功能。也就是說，當按下st6時，只能

22、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，則有可能對機床的機械部件造成損壞，直接影響機床的加工效率與效 能。 （3）在操縱手柄復位的情況下，如果控制進給電機的任何一個接觸器(例 如km3)由于故障原因主觸頭不能分斷，則雖然工作臺不作進給，但是進給電機 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，

23、使sq5常開觸頭呈常 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，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 2 fu 2 m 3m 1 fu 5 kr 3kr 1kr 2 tdtc tr q 1 km 1 km 3 km 2 sa 4 u vw 圖 3 主電路和照明電路 （2）原主軸和進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

24、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）主電動機空載時要能直接起動，為提高生產(chǎn)率，采用電磁制動器進行 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 動機可在兩處實行起停等控制操作。 （2）工作臺進給電動機m2要能直接起動；為滿足縱向、橫向、垂直方向 的往返運動，要求電動機能正反轉(zhuǎn)；為提高生產(chǎn)效率，要求空行程時可快速移 動

25、；從設(shè)備使用安全考慮，各進給運動之間必須聯(lián)鎖，并可由手柄操作機械離 合器來選擇進給運動的方向。 （3）電動機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械變速系統(tǒng)完成。變速過程中，當選定嚙合 的齒輪沒能進入正常嚙合時，電動機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)在主軸電動機起動后，工作臺電動 機方能起動工作。 （5）對以前容易出現(xiàn)的故障進行設(shè)計 針對銑床出現(xiàn)的第三種故障，用plc進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 下對進給部分和冗余保護部分程序做了詳細地分析

26、。 （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 所存儲的理想狀態(tài)進行比較，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

27、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)格用途數(shù)量 m1電動機j02-51-4 75kw 1450r/min驅(qū)動主軸1 m2電動機j02-22-4 1.5kw 1450r/min驅(qū)動進給1 m3電動機j02-22-0 0.125kw 2790kw驅(qū)動冷卻泵1 fu1熔斷器rl1-60 60a電源總保險1 fu2熔斷器rl1-15 5a整流電源保險1 fu3熔斷器rl1-15 5a直流電路保險1 fu4熔斷器rl1-15 5a控制回路保險1 fu5熔斷器rl1-15 1a照明保險1 fr1熱繼電器jr0

28、-20/3 10am1 過載保護1 fr2熱繼電器jr0-20/3 0.5am3 過載保護1 fr3熱繼電器jr0-20/3 1.5am2 過載保護1 tc1變壓器bk-150 380/110v控制回路電源1 tc2變壓器bk-50 380/24v照明電源1 tc3變壓器bk-100 380/36v整流電源保險1 km1接觸器cj0-20 20a 110v主軸啟動1 km2接觸器cj0-10 10a 110vm2 正轉(zhuǎn)1 km3接觸器cj0-10 10a 110vm2 反轉(zhuǎn)1 km4接觸器cj0-10 10a 110v快速進給1 km5接觸器cj0-10 10a 110v冷卻泵接觸器1 sb1

29、 sb2按鈕la2m1 啟動2 sb3 sb4按鈕la2停止制動2 sb5 sb6按鈕la2快速進給2 是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準計算機的形式 出現(xiàn)，在i/o接口電路上作了改進以適應(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， 能重復使用等。其中plc特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。 （2

30、）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得功能大大增強。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、遠程i/o模塊、各種特殊功能模塊。并擴 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)用范圍得以擴大。 （3）近期的plc（80年代中、后期至今）進入80年代中、

31、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)控制要求較復雜，

32、用常規(guī)的繼電 接觸器控制實現(xiàn)比較復雜。采用plc改造，對系統(tǒng)工藝有可能改進以及對系統(tǒng) 的控制要求進行了擴充。 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，增 加了一些大型機的功能和指令，如pid和pwm指令，對于控制器體積要求較高 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，因此需采用端口擴展。擴展系列采 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

33、點。 主控單元和擴展單元的規(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/8o fp0-c16p 擴展單 元的產(chǎn) 品規(guī)格 fp0-e8molex 連接器 型 24vdc24vdc繼電器8 點 4i/4o fp0-e8rs 擴展單 元的產(chǎn) 品規(guī)格 fp0-e16mil 連 接器型 24vdc24vdc繼電器16 點 8i/8o fp0-e16rs 5.3 plc的的i/o地址分配地址分配 根據(jù)升降臺

34、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主軸電動機過載報警 x2sb5、 sb6 工作臺快速按扭y2hl2進給電動機過載報警 x3st1工作臺向右

35、進給行程開關(guān)y3hl3冷卻泵異常報警 x4st2工作臺向左進給行程開關(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主電動機啟動接觸器 x20st6進給變速瞬時點動開關(guān)y21km2正向進給電動機接觸器 x21st7主軸變速瞬時點動開關(guān)y22km3反向進給電動機接觸器 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手動自動快速進給開關(guān)y41yc1主軸制動電磁離合器

36、x41sa4冷卻泵開關(guān)y42yc2進給電磁離合器 x42km2 常開觸點y43yc3快速電磁離合器 x43km3 常開觸點y44ya冗余保護繼電器 x44fr1主電機熱繼電器 x45fr2進給電機熱繼電器 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）主電動機的控制程序 如圖邏輯行0和邏輯行4是主電動機的起動和點動。把主軸起動按鈕x0和主 軸電動機起動接觸器并接，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

37、 x0閉和就可以起動主電動機。 sb1 sb2 sb3 sb4 sb5 sb6 st 1 st 2 st 3 st 4 st 5 st 6 st 7 sa 1 sa 2 sa 3 sa 4 km 2 km 3 fr1 fr2 fr3 x0 y20 x2 x1 x3 x4 x5 x6 x7 x20 x21 x22 x23 x40 x41 x42 x43 x44 x45 x46 co m2 y43 y22 y42 y23 y41 y40 y21 y0 y1 y2 y3 y4 y5 p l c y6 km 1 km 4 yc1 yc3 km 2 yc2 ya km 3 220v co m1 km 5

38、 y44 220v ya hl 1 hl 2 hl 3 hl 4 hl 5 hl 6 24v 24v co m3 co m 圖4 i/o接線圖 圖5 主電機啟動、點動程序 邏輯行88是主電動機的制動，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。就可以達到制動的目的。 （2）進給電動機的控制程序 如圖7所示程序為進給電機正轉(zhuǎn)程序，在主電機啟動后手柄扳向右側(cè)時， x3常開觸點閉和，從而y1接通，進給電機正轉(zhuǎn)。從而使工作臺向右進給。 圖6 主電機制動 手柄扳到下方或著前方的時，y21均接通，進給電機正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)向前或者 向下的正常進給。 圖7 進給電機正

39、轉(zhuǎn)程序 如圖8所示，把手柄扳向左面，x4閉和，當r1滿足條件閉和時，y22接通， 進給電機反轉(zhuǎn)，從而推動工作臺向右上運動。 圖8 進給電機反轉(zhuǎn)程序 工作臺向前與向下進給運動，將垂直與橫向進給手柄扳到“向前”或“向 下”位置，x6閉和，當r2常開觸點滿足條件閉和時，進給電機反轉(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給實現(xiàn)了很好的互鎖功能。 （3）自動和手動快速進給 圖9 自動快速進給程序 邏輯行71是自動快速進給程序。x3是左進快速按鈕，x4是右進給快速按鈕， x5是向前和向下快速進給按鈕，x6向后和向上快速進給按鈕。r5為快速進給中 間繼電器。當sa3閉和時，銑床處于自動快速進

40、給狀態(tài)，同時x40閉合該銑床處 于自動快速進給狀態(tài)，這時按前面四個按鈕，就可以實現(xiàn)六個方向的快速進給。 在前后上下快速進給時，左右進給就會斷開；左右快速進給時，前后上下就會 斷開，形成互鎖。 手動進給和原來銑床的操作方法一樣，那就是當sa3斷開時銑床處于手動 快速進給狀態(tài)，例如左快速進給，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) 左快速進給。其他方向同左進給。 圖10 手動進給程序 手動快速進給和自動快速進給為同一開關(guān)，sa3閉和為自動快速進給，斷 開為手動快速進給，所以進給時只能選擇其中一種。 （4）冷卻泵電機的

41、控制程序 冷卻泵電動機的控制采用選擇開關(guān)，故電路不需自鎖，用基本的點動控制 電路即可。梯形圖如圖11所示。 圖11 冷卻電機控制程序 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工作臺的進給運動，是在三個坐標軸上作六個方向的運動。 左右進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 頭閉合使進給電機作不同方向運轉(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(

42、y軸)或垂向(z軸)的進給。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，同時配合以四 個位置開關(guān)成功實現(xiàn)了六個進給方向的互鎖。 上述控制方式帶來這樣一個問題：在操縱手柄復位的情況下，如果控制進 給電機的任何一個接觸器(例如km2)由于故障原因主觸頭不能分斷，則雖然工 作臺不作進給，但是進給電機仍在以原方向運轉(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

43、觸頭不釋放，操作耆欲后退工作臺，工作臺反 而前進，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plc對銑床進行改造時引人冗余保護的思想，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。 以下對進給部分和冗余保護部分這兩部分程序做詳細地分析。 在進行plc的改造時，只是把用作進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；正常進給時， 不論向何方向操作進給手柄，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，機床作

44、正常進給。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)。所以冗余保護繼電器ka在正常進給 條件下是不會工作的。 圖12 冗于保護程序 在以上所分析的故障條件下，例如當km2發(fā)生熔焊(或其他使km2不能分斷 的原因)時，x42為閉合狀態(tài)，此時如果操作者欲向另一方向進給，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 進給輸出繼電器y21和y22，首先使進給接觸器線圈斷電，同時

45、接通的冗余保護 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的常閉觸點斷開進給電機的主電路電源，同時ka繼電器的常開觸點接通一 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，切斷機床總電源。這樣就可以避免上述事故的發(fā)生。當km3發(fā)生熔焊(或 其他使km3不能分斷的原因)時，則操作st1或st3時，y44也會閉合，從而起到 象以上所述的保護功能。 另外，在程序中有必要同時斷開主軸控制用輸出

46、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 機和進給電動機都停止運轉(zhuǎn)，增強了人身和設(shè)備的安全性。 6.3 故障自診斷故障自診斷 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

47、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、接觸器等故障報警功能。 圖13 故障自診斷程序 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，進行報警，同斷開主電 機，切斷電源，對銑床進行保護。 邏輯行110，112，114分別為主電機過載報警，進給電機過載報警，冷卻電 機過載報警。當三臺電機中任何一臺過載時，相應(yīng)的指示燈都會亮，同時主電 機接觸器也會斷開。 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，一些觸點 就會斷開，以保護不出事故。 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主機后，連接好輸入輸出分配和主電 路，按照以上的步驟進行調(diào)試，調(diào)試過程全部通過，完