基于PLC的銑床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)模板

1、統(tǒng)設(shè)計(jì)1.前言我國(guó)傳統(tǒng)的銑床控制系統(tǒng)都是采用繼電器、接觸器等硬件邏輯控制電路 , 不但接線復(fù)雜 , 而且經(jīng)常出現(xiàn)故障 , 可靠性比較差。與傳統(tǒng)的繼電器控制相比 ,PLC控制具有可靠性高、柔性好、開(kāi)發(fā)周期短以及故障自診斷等特點(diǎn) , 特別適合應(yīng)用于銑床的控制和故障診斷系統(tǒng)，可以減少?gòu)?qiáng)電元件數(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。故在PLC廣泛應(yīng)用的控制時(shí)代，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的思想就是采用PLC控制銑床。以達(dá)到預(yù)定控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔性、經(jīng)濟(jì)性，減少了成本，也使得維修變的簡(jiǎn)單。由于PLC的模塊化、易擴(kuò)展性，可根據(jù)控制要求及規(guī)模的變化進(jìn)行方便的系統(tǒng)重組及功能的擴(kuò)展。以及PLC的通信功

2、能甚至可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。2.方案論證2.1機(jī)床傳統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)題目X62W型萬(wàn)能銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式X62W型萬(wàn)能銑床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示，由床身1、懸梁2、刀桿支架3、主軸4、工作臺(tái)5和升降臺(tái)6等組成，刀桿支架3上安裝與主軸相連的刀桿和銑刀，以進(jìn)行切削加工，順銑時(shí)刀具為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，逆銑時(shí)為另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向；床身前面有垂直導(dǎo)軌，升降臺(tái)6帶動(dòng)工作臺(tái)5可沿垂直導(dǎo)軌上下移動(dòng)，完成垂直方向的進(jìn)給，升降臺(tái)6上的水平工作臺(tái)還可在左右（縱向）方向上移動(dòng)進(jìn)給以及在橫向移動(dòng)進(jìn)給；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可單向轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳遞示意圖見(jiàn)圖2-2。 圖2-1：銑床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖2-2：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的

3、傳遞示意圖 控制電路分析X62W型萬(wàn)能銑床控制電路如圖2-3，電路可劃分為主電路、控制電路和信號(hào)照明電路三部分。銑床控制電路所用電器元件說(shuō)明如表2-1所示。（一） 主電路分析銑床是逆銑方式加工，還是順銑方式加工，開(kāi)始工作前即已選取定，在加工過(guò)程中是不改變的。為簡(jiǎn)化控制電路，主軸電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)接線與反轉(zhuǎn)接線是通過(guò)組合開(kāi)關(guān)SA5手動(dòng)轉(zhuǎn)換，控制接觸器KM1的主觸點(diǎn)只控制電源的接入與切斷。 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2在工作過(guò)程中，頻繁變換轉(zhuǎn)動(dòng)方向，因而仍采用接觸器方式構(gòu)成正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)接線。 冷卻泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3根據(jù)加工需要提供切削液，電路中采用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA3，在主電路中手動(dòng)直接接通和斷開(kāi)定子繞組的電源。 圖 2-4：

4、控制系統(tǒng)電路圖表2-1 電器元件說(shuō)明表符號(hào)名稱及用途符號(hào)名稱及用途符號(hào)名稱及用途M1主軸電動(dòng)機(jī)SQ6進(jìn)給變速瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)FR1主軸電動(dòng)機(jī)繼電器M2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)SQ7主軸變速瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)FR2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)熱繼電器M3冷卻泵電動(dòng)機(jī)SA1工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)FR3冷卻泵熱繼電器KM1主電動(dòng)起動(dòng)接觸器SA2主軸上刀制動(dòng)開(kāi)關(guān)FU1-8熔斷器KM2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器SA3冷卻泵開(kāi)關(guān)TC變壓器KM3進(jìn)給電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器SA4照明燈開(kāi)關(guān)VC整流器KM4快速接觸器SA5主軸換向開(kāi)關(guān)YB主軸制動(dòng)電磁制動(dòng)器SQ1工作臺(tái)向右進(jìn)給行程開(kāi)關(guān)QS電源隔離開(kāi)關(guān)YC1電磁離合器（快速傳動(dòng)鏈）SQ2工作臺(tái)向左進(jìn)給行程開(kāi)關(guān)SB1、SB2主

5、軸停止按鈕YC2電磁離合器（工作傳動(dòng)鏈）SQ3工作臺(tái)向前、向上進(jìn)給行程開(kāi)關(guān)SB3、SB4主軸起動(dòng)按鈕SQ4工作臺(tái)向后向下進(jìn)給行程開(kāi)關(guān)SB5、SB6工作臺(tái)快速移動(dòng)按鈕（二） 控制電路分析水平工作臺(tái)/圓工作臺(tái)選擇控制見(jiàn)表2-2，主軸上刀制動(dòng)/正常工作控制見(jiàn)表2-3。表2-2 水平工作臺(tái)/圓工作臺(tái)選擇開(kāi)關(guān)SA1觸點(diǎn)接通表水平工作臺(tái)圓工作臺(tái)SA1-1×SA1-2×SA1-3×表2-3主軸上刀制動(dòng)開(kāi)關(guān)SA2觸點(diǎn)接通表功能觸點(diǎn)正常工作臺(tái)制動(dòng)狀態(tài)SA2-1×SA2-2×1.主軸電動(dòng)機(jī)M1的控制（1）主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的控制 主軸電動(dòng)機(jī)空載直接起動(dòng)，起動(dòng)前，由組合

6、開(kāi)關(guān)SA5選定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，控制電路中選擇開(kāi)關(guān)SA2選定主軸電動(dòng)機(jī)為正常工作方式，即SA2-1觸點(diǎn)閉合，SA2-2觸點(diǎn)斷開(kāi)，然后通過(guò)壓動(dòng)起動(dòng)按鈕SB3或SB4，接通主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制接觸器KM1的線圈電路，其主觸點(diǎn)閉合，主軸電動(dòng)機(jī)按給定的方向起動(dòng)旋轉(zhuǎn)。壓動(dòng)停止按鈕SB1與SB2，主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。SB3與SB4、SB1與SB2分別位于兩個(gè)操作板上，從而實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)的兩地操作控制。（2）主軸電動(dòng)機(jī)制動(dòng)及換刀制動(dòng) 為使主軸能迅速停車，控制電路采用電磁制動(dòng)器進(jìn)行主軸的停車制動(dòng)。按下停車按鈕SB1或SB2，其動(dòng)斷觸點(diǎn)使接觸器KM1的線圈失電，電動(dòng)機(jī)定子繞組脫離電源，同時(shí)其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合接通電磁制動(dòng)器YB

7、的線圈電路，對(duì)主軸進(jìn)行停車制動(dòng)。 當(dāng)進(jìn)行換刀和上刀操作時(shí)，為了防止主軸意外轉(zhuǎn)動(dòng)造成事故以及為上刀方便，主軸也需處在斷電停車和制動(dòng)的狀態(tài)。此時(shí)工作狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)SA2由正常工作狀態(tài)位置扳到上刀制動(dòng)狀態(tài)位置，即SA2-1觸點(diǎn)閉合，接通電磁制動(dòng)器YB的線圈電路，使主軸處于制動(dòng)狀態(tài)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，保證上刀換刀工作的順利進(jìn)行。（3）主軸變速時(shí)的瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng) 變速時(shí)，變速手柄被拉出。然后轉(zhuǎn)動(dòng)變速手輪選擇轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速選定后將變速手柄復(fù)位，因?yàn)樽兯偈峭ㄟ^(guò)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，變速手輪選定進(jìn)入嚙合的齒輪后，齒輪嚙合到位即可輸出選定轉(zhuǎn)速，但是當(dāng)齒輪沒(méi)有進(jìn)入正常嚙合狀態(tài)時(shí)，則需要主軸有瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)的功能，以調(diào)整齒輪的位置，使齒輪進(jìn)入正

8、常嚙合。實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)是由變速手柄與行程開(kāi)關(guān)SQ7組合構(gòu)成點(diǎn)動(dòng)控制電路。變速手柄在復(fù)位的過(guò)程中壓動(dòng)瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)行程開(kāi)關(guān)SQ7，SQ7的動(dòng)和觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM1的線圈得電，主軸電動(dòng)機(jī)M1轉(zhuǎn)動(dòng)，SQ7的動(dòng)斷觸點(diǎn)切斷KM1線圈電路的自鎖，使電路隨時(shí)可被切斷。變速手柄復(fù)位后，松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)SQ7，電動(dòng)機(jī)M1停轉(zhuǎn)。完成一次瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)。手柄復(fù)位時(shí)要求迅速，連續(xù)，一次不到位立即拉出，以免行程開(kāi)關(guān)SQ7沒(méi)能及時(shí)松開(kāi)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，在齒輪未嚙合好的情況下打壞齒輪。一次瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)齒輪良好的嚙合時(shí)，應(yīng)立即拉出復(fù)位手柄，重新進(jìn)行復(fù)位瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)的操作，直到完全復(fù)位，齒輪正常嚙合工作。2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2的控制電路 可分為三

9、部分：第一部分為順序控制部分，當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，其控制起動(dòng)接觸器KM1輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)控制接觸器KM2與KM3的線圈電路方能通電工作；第二部分為工作臺(tái)各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)鎖控制部分，可實(shí)現(xiàn)水平工作臺(tái)各運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)鎖，也可實(shí)現(xiàn)水平工作臺(tái)與圓工作臺(tái)工作之間的聯(lián)鎖；第三部分為進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器線圈電路部分。（1）水平工作臺(tái)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 水平工作臺(tái)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由操作手柄與行程開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2組合控制?？v向操作手柄有左右兩個(gè)工作位和一個(gè)中間不工作位。手柄扳到工作位時(shí)，帶動(dòng)機(jī)械離合器，接通縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)鏈，同時(shí)壓動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合使接觸器KM2或KM3線圈得

10、電，其主觸點(diǎn)閉合，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向左或向右進(jìn)給，行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)斷觸點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)聯(lián)鎖控制電路部分構(gòu)成聯(lián)鎖控制功能。選擇開(kāi)關(guān)SA1選擇水平工作臺(tái)工作或是圓工作臺(tái)工作。SA1-1與SA1-3觸點(diǎn)閉合構(gòu)成水平工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)聯(lián)鎖電路，SA1-2觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷圓工作臺(tái)工作電路。水平工作臺(tái)控制電路與圓工作臺(tái)控制電路分別見(jiàn)圖2-3（A）和（B）。工作臺(tái)縱向進(jìn)給的控制過(guò)程如表2-4所示。電路由KM1輔助動(dòng)合觸點(diǎn)開(kāi)始，工作電流經(jīng)SQ6-2SQ4-2SQ3-2SA1-1SQ1-1KM3到KM2線圈，或者由SA1-1經(jīng)SQ2-1KM2到KM3線圈。手柄扳到中間位時(shí)，縱向機(jī)械離合器脫開(kāi)，行程開(kāi)關(guān)SQ1與SQ2不受

11、壓，因此進(jìn)給電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái)停止移動(dòng)。工作臺(tái)的兩端安裝有限位撞塊，當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)達(dá)到終點(diǎn)位時(shí)，撞塊撞擊手柄，使其回到中間位置，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的終點(diǎn)停車。（A） （B）圖2-3：工作臺(tái)控制電路圖（A）水平工作臺(tái)控制電路 （B）圓工作臺(tái)控制電路表2-4工作臺(tái)縱向進(jìn)給過(guò)程（2）水平工作臺(tái)橫向和升降進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制 水平工作臺(tái)橫向和升降進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的選擇和聯(lián)鎖是通過(guò)十字復(fù)式手柄和行程開(kāi)關(guān)SQ3、SQ4組合控制，操作手柄有上、下、前、后四個(gè)工作位置和一個(gè)中間不工作位置。扳動(dòng)手柄到選定運(yùn)動(dòng)方向的工作位，即可接通該運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)械傳動(dòng)鏈，同時(shí)壓動(dòng)行程開(kāi)關(guān)SQ3或SQ4，行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合使控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的接觸呂

12、KM2或KM3的線圈得電，電動(dòng)機(jī)M2轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)在相應(yīng)的方向上移動(dòng)；行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)斷觸點(diǎn)如縱向行程開(kāi)關(guān)一樣，在聯(lián)鎖電路中，構(gòu)成運(yùn)動(dòng)的聯(lián)鎖控制。工作臺(tái)橫向聯(lián)合和與垂直方向進(jìn)給控制過(guò)程如表2-5所示。控制電路由主軸電動(dòng)機(jī)控制接觸器KM1的輔助動(dòng)合、觸點(diǎn)開(kāi)始，工作電流經(jīng)SA1-3SQ2-2SQ1-2SA1-1SQ3-1KM3到KM2線圈，或者由SA1-1KM2到KM3線圈。表2-5：工作臺(tái)橫向與垂直方向進(jìn)給過(guò)程 十字復(fù)式操作手柄扳在中間位置時(shí)，橫向與垂直方向的機(jī)械離合器脫開(kāi)，行程開(kāi)關(guān)SQ3與SQ4均不受壓，因此進(jìn)給電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺(tái)停止移動(dòng)。固定在床身上的擋塊在工作臺(tái)移動(dòng)到極限位置時(shí)，撞擊十字手柄，使

13、其回到中間位置，切斷電路，使工作臺(tái)在進(jìn)給終點(diǎn)停車。（3）水平工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的聯(lián)鎖控制 由于操作手柄在工作時(shí)，只存在一種運(yùn)動(dòng)選擇，因此銑床直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)鎖滿足兩操作手柄之間的聯(lián)鎖即可實(shí)現(xiàn)。聯(lián)鎖控制電路如前章聯(lián)鎖電路所述，由兩條電路并聯(lián)組成，縱向手柄控制的行程開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2的動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)在一條支路上，十字復(fù)式手柄控制的行程開(kāi)關(guān)SQ3、SQ4動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)在另一條支路上、扳動(dòng)任一操作手柄，只能切斷其中一條支路，另一條支路仍能正常通電，使接觸器KM2或KM3的線不失電，若同時(shí)扳動(dòng)兩個(gè)操作手柄。則兩條支路均被切斷，使接觸器KM2或KM3斷電，工作臺(tái)立即停止移動(dòng)，從而防止機(jī)床運(yùn)動(dòng)干涉造成設(shè)備事故。

14、（4）水平工作臺(tái)的快速移動(dòng) 水平工作臺(tái)選定進(jìn)給方向后，可通過(guò)電磁離合器接通快速機(jī)械傳動(dòng)鏈，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)空行程的快速移動(dòng)?？焖僖苿?dòng)為手動(dòng)控制，按下起動(dòng)按鈕SB5或SB6，接觸器KM4的線圈得電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，使正常進(jìn)給電磁離合器YC2線圈失電，斷開(kāi)工作進(jìn)給傳動(dòng)鏈，KM4的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使快速電磁離合器YC1線圈得電，接通快速移動(dòng)傳動(dòng)鏈，水平工作臺(tái)沿給定的進(jìn)給方向快速移動(dòng)，松開(kāi)按鈕SB5或SB6，KM4線圈失電，恢復(fù)水平工作臺(tái)的工作進(jìn)給。（5）圓工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制 圓工作臺(tái)工作時(shí)。工作臺(tái)選擇開(kāi)關(guān)SA1的SA1-1和SA1-3兩觸點(diǎn)打開(kāi)，SA1-2觸點(diǎn)閉合，構(gòu)成如圖1-3（B）所示的圓工作臺(tái)控制電路，此

15、時(shí)水平工作臺(tái)的操作手柄均在中間不工作位。控制電路由主軸電動(dòng)機(jī)控制接觸器KM1的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)開(kāi)始，工作電流經(jīng)SQ6-2SQ4-2SQ3-2SQ1-2SQ2-2SA1-2KM3到KM2線圈，KM2主觸點(diǎn)閉合，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)，托運(yùn)圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，圓工作臺(tái)只能單方向旋轉(zhuǎn)。圓工作臺(tái)的控制電路串聯(lián)了水平工作臺(tái)工作行程開(kāi)關(guān)SQ1SQ4的動(dòng)斷觸點(diǎn)，因此水平工作臺(tái)任一操作手柄扳到工作位置，都會(huì)壓動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，切斷圓工作臺(tái)的控制電路，使其立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而起著水平工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)之間的聯(lián)鎖保護(hù)控制。（6）水平工作臺(tái)變速時(shí)的瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng) 水平工作臺(tái)變速瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)控制原理與主軸變速瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)相同。變速手柄拉出后選

16、擇轉(zhuǎn)速，再將手柄復(fù)位，變速手柄在復(fù)位的過(guò)程中壓動(dòng)瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)行程開(kāi)關(guān)SQ6，SQ6的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合接通接觸器KM2的線圈電路，使進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)斷觸點(diǎn)切斷KM2線圈電路的自鎖。變速手柄復(fù)位后，松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)SQ6。與主軸瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)操作相同，也要求手柄復(fù)位時(shí)迅速、連續(xù)，一次不到位，要立即拉出變速手柄，再重復(fù)瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)的操作，直到實(shí)現(xiàn)齒輪處于良好的嚙合狀態(tài)，進(jìn)入正常工作。2.2傳統(tǒng)控制方式與PLC的比較 銑床原控制系統(tǒng)都是采用繼電器、接觸器等硬件邏輯控制電路，不但接線復(fù)雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)故障，可靠性比較差。與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，PLC控制具有可靠性高、柔性好、開(kāi)發(fā)周期短以及故障自診斷等特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用

17、于機(jī)床的控制和故障診斷系統(tǒng)，可以減少?gòu)?qiáng)電元件數(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。2.3現(xiàn)代PLC控制即本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)隨著近年來(lái)，PLC技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展；它的優(yōu)勢(shì)越多的在社會(huì)各種領(lǐng)域得以應(yīng)用。本系統(tǒng)具體的應(yīng)用表現(xiàn)于：（1）PLC具有很高的可靠性和很強(qiáng)的抗干擾能力 良好的自診斷功能，平均無(wú)故障工作時(shí)間可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)。當(dāng)本系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù)較多時(shí)，其系統(tǒng)的繼電器觸點(diǎn)較多，易出現(xiàn)觸點(diǎn)接觸不良造成的故障等。用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器的控制中的中間和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，從而使接線大大減少，連接的觸點(diǎn)也大為減小，故障率也大大降低。（2）豐富的I/O接口模塊

18、可直接使其與控制現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備（如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、傳感器、電磁線圈等）連接。如本系統(tǒng)可將電機(jī)的控制信號(hào)經(jīng)按鈕直接輸入PLC，因其具A/D轉(zhuǎn)換功能。（3）靈活性好。大部分PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)，就是整體式的PLC也有可擴(kuò)展的模塊或擴(kuò)展單元，即可根據(jù)控制的規(guī)模選擇。模塊式的PLC更能靈活的選擇，諸如CPU、電源、I/O等。即其可根據(jù)需要自行選配。本系統(tǒng)中選用的I/O為80點(diǎn)的基本單元,當(dāng)控制的電機(jī)過(guò)多點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，即可通過(guò)擴(kuò)展模塊或單元來(lái)增大控制能力。（4）編程簡(jiǎn)單易學(xué)。PLC大多采用梯形圖作為主要編程語(yǔ)言。是面向用戶的，其表達(dá)方式類似于繼電器控制系統(tǒng)圖，與傳統(tǒng)的電氣圖聯(lián)系較大，很形象直觀?？梢哉f(shuō)

19、懂電器圖即可編寫梯形圖；而且已有可直接讀出梯形的PLC編程器，甚至可免PLC編程。（5）系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，維修方便。其使用時(shí)，只要將現(xiàn)場(chǎng)的各設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連，即可運(yùn)行。PLC只有兩三個(gè)接觸器大小，直接按于控制柜即可。且具有運(yùn)行和故障的指示燈及指示裝置，如每個(gè)I/O點(diǎn)經(jīng)指示燈，CPU報(bào)告的錯(cuò)誤信息經(jīng)屏幕顯示。綜上，以PLC為控制系統(tǒng)的方案，其系統(tǒng)具有較高的簡(jiǎn)潔性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性。2.4改造方案的確定（1）不改變?cè)刂葡到y(tǒng)電氣操作方法。（2）不改變?cè)姎庀到y(tǒng)控制元件(包括行程開(kāi)關(guān)、按鈕、交流接觸器、中間繼電器 ,以上元件的數(shù)量、作用均與原電氣線路相同) 。（3）原控制線路中熱繼電器仍用硬

20、件控制(因過(guò)載使用幾率較少) 。（4）指示燈接線仍和原控制線路相同。（5）原主軸和進(jìn)給變速箱操作方法和結(jié)構(gòu)不變。（6）原銑床的工藝加工方法不變。（7）只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來(lái)替代。3. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1現(xiàn)代PLC控制系統(tǒng)原理電氣控制要求 原機(jī)床采用的是常規(guī)的接觸器-繼電器控制臺(tái)控制電路。機(jī)床的主軸主運(yùn)動(dòng)和工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分別有單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，并有不同的控制要求。（1）機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)M1(功率7.5kw），空載是直接起動(dòng)，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(dòng)器進(jìn)行停車制動(dòng)，同時(shí)從安全和操作方便考慮，換倒時(shí)主軸也處于制動(dòng)狀態(tài)，主軸

21、電動(dòng)機(jī)可在兩處實(shí)行起停等控制操作。（2）工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2，直接啟動(dòng)，為滿足縱向、橫向、垂直方向的往返運(yùn)動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)率，要求空行程時(shí)刻快速移動(dòng)。從設(shè)備使用安全考慮，各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間必須連鎖，并有手柄操作機(jī)械離合器選擇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。（3）電動(dòng)機(jī)M3拖動(dòng)冷卻泵，在銑削加工時(shí)提供切削液。（4）主軸與工作臺(tái)的變速由機(jī)械變速系統(tǒng)完成。變速過(guò)程中，當(dāng)選定嚙合的齒輪沒(méi)能進(jìn)入正常嚙合時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)能點(diǎn)動(dòng)至合適的位置，保證齒輪能正常嚙合。（5）加工零件時(shí)，為保證設(shè)備安全，要求主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后，工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)方能起動(dòng)工作。（6） 編寫的PLC控制程序必須上機(jī)通過(guò)模擬調(diào)試，調(diào)試是可采用模擬調(diào)

22、試開(kāi)關(guān)板和燈泡進(jìn)行，調(diào)試是應(yīng)有必要的記錄。 設(shè)計(jì)基本原理即本系統(tǒng)采用PLC的裁決，來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)復(fù)雜的繼電器控制硬接線，而用簡(jiǎn)單易學(xué)的軟件實(shí)現(xiàn)其控制功能；即隨著輸入信號(hào)的輸入，而經(jīng)程序執(zhí)行判斷，由輸出信號(hào)直接控制對(duì)象。分為： （1）輸入處理，完成控制信號(hào)采集；（2）程序處理，將輸入的信號(hào)變?yōu)橹苯又骺氐妮敵鲂盘?hào)；（3）輸出處理，即直接將PLC的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為，被控對(duì)象的觸發(fā)信號(hào)。如圖3-1： 圖 3-1：PLC基本原理圖3.2 系統(tǒng)硬件組成3.2.1系統(tǒng)硬件接線圖1.系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)圖3-2即萬(wàn)能升降臺(tái)銑床的PLC控制系統(tǒng)的主電路圖。與傳統(tǒng)主電路相比，在FU1與電機(jī)M1之間加了一個(gè)接觸器KM2提高了電

23、機(jī)啟動(dòng)可靠性。在進(jìn)給電動(dòng)機(jī)三相電源經(jīng)電源總開(kāi)關(guān)及熔斷器短路過(guò)載保護(hù)。各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定全電壓運(yùn)行電路分別經(jīng)QS、KM1KM6、FR1FR3各自獨(dú)立。如電動(dòng)機(jī)M1，正常運(yùn)行時(shí)：由QS、KM3和熱繼電器FR1到電機(jī)組成的回路供電。熱繼電器FR1起溫度過(guò)載保護(hù)。 圖3-2:主回路電動(dòng)機(jī)兩相運(yùn)行，是引起電動(dòng)機(jī)損壞的常見(jiàn)原因。電動(dòng)機(jī)安裝了熔斷器保護(hù)、熱繼電器保護(hù)，都不能很好地對(duì)電動(dòng)機(jī)兩相運(yùn)行起有效保護(hù)。首先，根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，其如接至兩相電源，其定子繞組不可能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)力矩為零，電動(dòng)機(jī)只震動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在進(jìn)入兩相電源起動(dòng)時(shí)，實(shí)際上處于短路狀態(tài)，其短路電流為三相啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的0.866倍，而一般異

24、步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為額定電流的47倍，故電動(dòng)機(jī)在進(jìn)入兩相電源起動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于兩相短路時(shí)的電流為額定電流的3.4646.062倍，所以上述電流，即比啟動(dòng)電流小，比電動(dòng)機(jī)額定電流大得多。電動(dòng)機(jī)兩相啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行人員會(huì)立即發(fā)現(xiàn)，而且熔斷器也會(huì)熔斷。對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)中的電動(dòng)機(jī)，突然斷掉一相電源后，在機(jī)械慣性作用下，在某些特定條件下尚可滯速旋轉(zhuǎn)。故本系統(tǒng)各支路接進(jìn)一自動(dòng)開(kāi)關(guān)，起到過(guò)載、欠壓、短路等保護(hù)。還可選用現(xiàn)在的智能型的斷路器，起到短路保護(hù)、過(guò)流過(guò)熱保護(hù)、漏電保護(hù)、缺相保護(hù)等。而且還可顯示電路中各種參數(shù)（如電流，電壓，功率及功率因數(shù)等）。 2. 控制電源的設(shè)計(jì)為了在設(shè)計(jì)中符合“電隔離保護(hù)”的技術(shù)要求

25、，在萬(wàn)能銑床PLC控制系統(tǒng)中設(shè)置了控制變壓器TC.TC的一次側(cè)為交流127；二次側(cè)為交流電36V?？刂齐娫措娐啡鐖D4-2所示。 圖 3-3: 控制電源電路3. PLC輸入輸出接線端子外接線圖PLC輸入端子外電路共接24個(gè)輸入點(diǎn)，分別連接旋鈕、按鈕、行程開(kāi)關(guān)等主令元件及檢測(cè)元件，電源由PLC內(nèi)部提供。輸出端子外電路按執(zhí)行電器的電源類別分別組成不同的端子組，共用端子COM端加裝熔斷器做短路保護(hù)，必要時(shí)可并聯(lián)放電二極管以利PLC輸出繼電器觸電的滅弧。PLC輸入/輸出接線端子外接線電路如圖3-4所示。圖3-4：輸入輸出端子外接線圖系統(tǒng)硬件設(shè)備選型 1.PLC控制說(shuō)明及I/O點(diǎn)定義、分配表PLC的控制電

26、路，既是可通過(guò)一定的輸入信號(hào)送給PLC經(jīng)內(nèi)部程序處理后，由輸出的控制信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)或控制電器執(zhí)行件，達(dá)到預(yù)定目的。這也是與傳統(tǒng)的控制電路區(qū)別最大的地方。即PLC的處理器可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，繁瑣的控制要求。換句話說(shuō)就是能使控制電路系統(tǒng)簡(jiǎn)潔化。如本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其PLC的程序可代替復(fù)雜的硬接線。表3-1：PLC的輸入及輸出(I/O)地址表地址號(hào) 符號(hào)名稱 用途X0 SB1 主軸電機(jī)啟動(dòng)按鈕X1 SB2 主軸電機(jī)啟動(dòng)按鈕X2 SB3 主軸電機(jī)停止按鈕X3 SB4 主軸電機(jī)停止按鈕X4 SB5 工作臺(tái)快速進(jìn)給按鈕X5 SB6 工作臺(tái)快速進(jìn)給按鈕X6 SQ1 工作臺(tái)右移行程開(kāi)關(guān)X7 SQ2 工作臺(tái)左移行程開(kāi)關(guān)X1

27、0 SQ3 工作臺(tái)前、下移行程開(kāi)關(guān)X11 SQ4 工作臺(tái)后、上移行程開(kāi)關(guān) X12 SQ6 進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)行程開(kāi)關(guān) X13 SQ7 主軸變速?zèng)_動(dòng)行程開(kāi)關(guān)X14 SA1 圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X15 SA3 冷卻泵電機(jī)起、停轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X16 KS- 1 主軸電機(jī)速度繼電器X17 KS- 2 主軸電機(jī)速度繼電器 表3-1（a）： 輸入分配表地址號(hào) 符號(hào)名稱 用 途Y0 KM1 冷卻泵電機(jī)交流接觸器 Y1 KM2 主軸電機(jī)反接制動(dòng)交流接觸器Y2 KM3 主軸電機(jī)運(yùn)行交流接觸器 Y3 KM4 工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)正轉(zhuǎn)交流接觸器 Y4 KM5 工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)交流接觸器 Y5 KM6 工作臺(tái)快速進(jìn)給電磁鐵交流接觸器表3

28、-1(b)：輸出分配表其I/O分配表如上表3-1所示：2.PLC的選用（一）X62W萬(wàn)能銑床輸入輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)因?yàn)樵诟脑熘胁桓淖冊(cè)刂葡到y(tǒng) ,所以 PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)可根據(jù)原繼電器控制電路來(lái)計(jì)算 。1.輸入點(diǎn)數(shù)(1) 原主軸電機(jī)啟動(dòng)按鈕 2 個(gè)，主軸電機(jī)停止按鈕 2 個(gè)，主軸電機(jī)反接制動(dòng)速度繼電器2個(gè)，主軸變速?zèng)_動(dòng)行程開(kāi)關(guān) 1 個(gè)，共7點(diǎn);(2) 工作臺(tái)右移行程開(kāi)關(guān)1個(gè)，左移行程開(kāi)關(guān) 1 個(gè)，前、下移行程開(kāi)關(guān)1個(gè)，后、上移行程開(kāi)關(guān) 1 個(gè)，工作臺(tái)快速進(jìn)給按鈕 2個(gè)，工作臺(tái)變速?zèng)_動(dòng)行程開(kāi)關(guān)1個(gè)，共7點(diǎn); (3) 圓工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1個(gè);(4) 冷卻泵電機(jī)起、停轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1個(gè);輸入點(diǎn)數(shù)共16點(diǎn)。2.輸出

29、點(diǎn)數(shù)根據(jù)原控制電路主軸電機(jī)、工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)、快速進(jìn)給電磁鐵及冷卻泵電機(jī)用交流接觸器統(tǒng)計(jì)輸出點(diǎn)數(shù)為:(1) 主軸電機(jī)運(yùn)行交流接觸器 1個(gè) 主軸電機(jī)反接制動(dòng)交流接觸器 1個(gè), 共2 點(diǎn)(2) 工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)正、反轉(zhuǎn)交流接觸器各 1 個(gè) ,快速進(jìn)給電磁鐵交流接觸器1個(gè) ,共3點(diǎn);(3) 冷卻泵電機(jī)交流接觸器1個(gè);輸出點(diǎn)數(shù)共為6點(diǎn)。（二） PLC選擇X62W銑床改造后共需點(diǎn)數(shù)為 22 點(diǎn)，考慮 10 %余量及以后加報(bào)警電路和故障顯示電路，考慮發(fā)展及工藝控制問(wèn)題，故選用三菱 FX2N 48MR PLC，繼電器輸出，I/O總點(diǎn)數(shù)為 48 點(diǎn)，輸入點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)。FX2N是FX系列中功能最淺

30、、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行是高達(dá)0.08us每條指令，用戶存貯器容量可擴(kuò)展到16K步，各點(diǎn)狀態(tài)均有知識(shí)等現(xiàn)實(shí)，便于用戶不帶負(fù)載調(diào)試程序。單片既具有片內(nèi)存ROM256B、RAM8KB，定時(shí)/計(jì)數(shù)器3個(gè)，并行I/O接口4個(gè)，5個(gè)終端元。用戶程序容量32KB。PLC的供電電源為220YV，有38V-220V的隔離變壓器提供，這樣可以減少電網(wǎng)波動(dòng)或噪聲對(duì)PLC的干擾。3.3 系統(tǒng)軟件部分3.3.1 設(shè)計(jì)PLC流程圖 PLC流程圖見(jiàn)圖3-6所示。 圖3-6：設(shè)計(jì)流程圖 設(shè)計(jì)系統(tǒng)PLC梯形圖及編程 由控制要求及上列I/O定義表設(shè)計(jì)的梯形圖如圖3-4所示。設(shè)計(jì)中設(shè)置了M0的自鎖，以及M0

31、、M1的互鎖。還設(shè)置了順序控制與制動(dòng)裝置。這些保護(hù)與前面的硬件接線的保護(hù)，即是我們所說(shuō)的實(shí)現(xiàn)軟件、硬件雙重保護(hù)。這與傳統(tǒng)的完全繼電器及硬件電路控制，大大提高了控制系統(tǒng)可靠性和容錯(cuò)能力。 圖 3-7：控制系統(tǒng)梯形圖及控制程序 （2）本系統(tǒng)選用三菱FX2N系列PLC語(yǔ)言，如下： 0 LDI X131 MC N1 M11 M10 2 OR X0 3 OR X14 OR N05 ANI X2 6 ANI X3 7 ANI N1 8 OUT M09 LD X2 10 LD X311 LD M1 12 ORB 13 AND X1614 OR X1715 ANI X016 LD X117 LD M0 18

32、OUT M1 19 LD M0 20 ANI Y121 OUT Y222 LD M023 MC N1 SP M1124 LDI X1225 ANI X1426 ANI X627 ANI X728 ANI X1029 ANI X1130 OUT M231 LDI X1232 ANI X1433 ANI X634 ANI X735 ANI X1036 ANI X1137 OUT M338 LDI X1239 ANI X1440 ANI X641 ANI X742 ANI X1043 ANI X1144 OUT M445 LDI X1246 ANI X1447 ANI X648 ANI X749 ANI X1050 ANI X1151 OUT M552 LDI X1253 ANI X1454 ANI X655 ANI X756 ANI X1057 ANI X1158 OUT M659 LDI X1260 ANI X1461 ANI X662 ANI X763 ANI X1064 ANI X1165 OUT M766 LD M267 OR M368 OR M469 OR M570 ANI M671 ANI M772 ANI Y473 OUT Y374 LD M675 OR M776 ANI M277 ANI M378 ANI M479 A