X62W萬能銑床的PLC改造

1、專業(yè)綜合設計與實踐報告書專業(yè)綜合設計與實踐任務書學院： 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級： 學生姓名指導老師職稱副教授課題名稱 X62W萬能銑床的PLC改造設計指標及要求達到設計課題的控制要求，上機調(diào)試PLC控制程序，打印PLC程序，計算機軟件繪圖。課題工作內(nèi)容1、查閱資料，獲得X62W萬能銑床的總電氣圖。2、熟悉X62W萬能銑床的工作原理和流程。3、確定改造方案，包括PLC的選擇，元器件的選擇等。4、根據(jù)控制要求進行PLC接線設計，確定PLC輸入輸出分配表，編寫PLC梯形圖。5、將設計好的梯形圖進行軟件邏輯仿真，并撰寫報告。進程安排第1-2天：下達任務，收集資料，確定課題，寫好任務書。第3-4

2、天：上交任務書，確定課題可行性以及改造方案。第5-8天：進行改造設計。第9-10天：進行仿真調(diào)試，撰寫報告，進行答辯并上交報告。主要參考文獻電氣控制與可編程控制器技術化學工業(yè)出版社 史國生PLC基礎及應用 機械工業(yè)出版社 廖常初可編程序控制器應用技術 化學工業(yè)出版社 張萬忠電機與電氣控制機械 工業(yè)出版社 譚維瑜數(shù)控機床電氣控制 高等教育出版社 廖兆榮地點起止日期2014.3.42014.3.15目錄第一章 改造目的及原因3第二章 工作原理4第三章 主電路、控制電路分析43.1電氣原理圖43.2 主電路分析53.3 控制電路分析63.3.1 主軸電機M1的控制63.3.2 進給電動機M2的控制7

3、3.3.3 冷卻泵電動機及照明電路的控制10第四章 X62W萬能銑床電氣控制線路的PLC改造104.1硬件設計104.2 PLC梯形圖設計及語句14第五章 出現(xiàn)問題及改進意見16第六章 小結(jié)16第七章 參考文獻16附錄171、主電路172、PLC外部接線圖183、原圖194、梯形圖20第一章 改造目的及原因X62W萬能銑床是一種通用的多用途機床，它可以進行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，它采用繼電接觸器電路實現(xiàn)電氣控制。銑床是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)的對象以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的技術裝置。電氣系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應用。PLC專為工業(yè)環(huán)境應用而設

4、計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗干擾能力強。PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可控性等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。它應用大規(guī)模集成電路，微型機技術和通訊技術的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點和微型，中型，大型，超大型等各種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領域。將X62W萬能銑床電氣控制線路改造為可編程控制器控制，可以提高整個電氣控制系統(tǒng)的工作性能，減少維護、維修的工作量。隨著電子技術的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應用于機械、電子加工與設備電氣改造中。銑床作為機械加工的通用設備在內(nèi)燃機配件的生產(chǎn)

5、中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護方便，運轉(zhuǎn)費用低的特點，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設備。自動銑床控制系統(tǒng)的設計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設計方案也越來越先進，越來越趨于完美，各種參考文獻也數(shù)不勝數(shù)。在我國7080年代大多數(shù)銑床中,大多數(shù)的開關量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當一部分輔機系統(tǒng)是采用繼電控制。因此,繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經(jīng)濟運行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進行改造已是大勢所趨。第二章 工作原理機械部分由機架、工作臺、臥銑主軸、可拆裝立銑頭、工作臺傳動變速箱、主軸傳動變速箱等組

6、成。電路由控制電路、主軸電機（約7.5KW）、工作臺電機（2.4KW)、冷卻水泵電機（0.12KW）、離合線圈、24V照明線路組成。原理：由三相380V供電，電機帶動變速箱傳動到主軸及工作臺。用裝載主軸上的刀具對裝在工作臺上的工件進行切削。冷卻水泵泵出冷卻液對切削部分進行冷卻。變速箱可選擇合理轉(zhuǎn)速和線速。其基本工作原理是利用連續(xù)移動的細金屬絲（稱為線切割電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。線切割主要用于加工各種形狀復雜和精密細小的工件，例如線切割可以加工沖裁模的凸模、凹模、凹凸模、固定板、卸料板等，成型刀具、樣板、線切割還可以加工各種微細孔槽、窄縫、任意曲線等。線切割有許

7、多無可比擬的有點，比如：線切割具有加工余量少、線切割具有加工精度高、線切割具有生產(chǎn)周期短、線切割具有生產(chǎn)成本低等突出優(yōu)點，線切割已在生產(chǎn)中獲得廣泛應用。第三章 主電路、控制電路分析3.1電氣原理圖該銑床共用3臺異步電動機拖動，它們分別是主軸電動機M1、進給電動機M2和冷卻泵電動機M3。X62W萬能銑床的電氣原理圖主電路圖如圖3-1所示。圖3-1 X62W萬能銑床的電氣原理圖主電路圖3.2 主電路分析主軸電動機M1要求能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)方向變換不頻繁。通過換向開關SA4在加工前預先選擇，與接觸器KM1配合，能進行正反轉(zhuǎn)控制；與接觸器KM2、制動電阻R及速度繼電器KV的配合，實現(xiàn)主軸電動機的正

8、反轉(zhuǎn)反接制動控制，并通過機械裝置進行變速。 進給電動機M2要求能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通過接觸器KM3、KM4與行程開關、接觸器KM5和牽引電磁鐵YA配合，實現(xiàn)三種形式六個方向的常速進給和快速進給控制。 冷卻泵電動機只要求單向旋轉(zhuǎn)。電路中熔斷器FU1既作為銑床總的短路保護，又作為主軸電動機M1的短路保護；FU2作為進給電動機M2、冷卻泵電動機M3及控制變壓器、照明變壓器一次側(cè)的短路保護；熱繼電器FR1、FR2和FR3分別作為M1、M2和M3的過載保護。3.3 控制電路分析3.3.1 主軸電機M1的控制將主軸電動機的控制線路。SB1、SB2、SB3和SB4是分別裝在工作臺的前面和床身側(cè)面的啟動和停止按鈕

9、，可在兩地控制，方便操作。KM1是主軸電動機啟動接觸器，需要啟動主軸電動機時，先將轉(zhuǎn)換開關SA4扳到主軸電動機所需的旋轉(zhuǎn)方向；然后按下啟動按鈕SB1或SB2，接觸器KM1得電且自鎖，電動機M1拖動主軸旋轉(zhuǎn)；速度繼電器KV動作，KV-1或KV-2中的一對常開觸點閉合，為主軸電動機的反接制動作好準備。主軸電動機M1得電通路：T1SQ7常閉觸點SB4SB3SB1或SB2KM2常閉觸點KM1線圈T1。KM2是反接制動和主軸變速沖動接觸器。停車時，按下停止按鈕SB3或SB4，接觸器KM1失電，主軸電動機M1慣性轉(zhuǎn)動；停止按鈕按到底，KM2得電且自鎖，改變了主軸電動機M1的電源相序，串入電阻反接制動；當M

10、1的轉(zhuǎn)速降至約100r/min時，速度繼電器KV-1或KV-2的常開觸點恢復斷開，KM2失電，M1迅速停止轉(zhuǎn)動，反接制動結(jié)束。反接制動接觸器KM2得電通路：T1SQ7常閉觸點SB4或SB3常開觸點（已閉合）KV-1或KV-2常開觸點（已閉合）KM1常閉觸點KM2線圈T1。SQ7是與主軸變速手柄聯(lián)動的瞬時動作行程開關。主軸變速時，先將變速手柄壓下拉到前面，轉(zhuǎn)動變速盤選擇需要的轉(zhuǎn)速，然后將變速手柄推回原位。在將變速手柄拉到前面和推回原位的過程中，與變速手柄相聯(lián)的凸輪都會把行程開關SQ7壓下，SQ7的常開觸點瞬時閉合一下，KM2得電，主軸電動M1反向轉(zhuǎn)動一下，使變速后的齒輪易于嚙合，這就是主軸的變速

11、沖動。主軸變速可在主軸不轉(zhuǎn)時進行，也可在主軸轉(zhuǎn)動時進行。如果是在主軸轉(zhuǎn)動時進行變速，無需先按停止按鈕再變速，可直接進行變速操作。行程開關SQ7在變速手柄拉出時，在凸輪的作用下常閉觸點先斷開，切斷接觸器KM1的線圈電路，主軸電動機M1斷電；SQ7的常開觸點后閉合，KM2得電，對主軸電動機M1進行反接制動，M1的轉(zhuǎn)速迅速下降；將變速手柄推回時，SQ7再次動作一下，實現(xiàn)主軸的變速沖動。變速完成后，主軸停止轉(zhuǎn)動，需再次啟動電動機，主軸將在新的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。3.3.2 進給電動機M2的控制進給運動的所有操作都是在主軸電動機M1啟動、接觸器KM1常開觸點閉合后進行的；所有的進給運動都是由進給電動機M2拖動的

12、。轉(zhuǎn)換開關SA1是工作臺的選擇開關，當置于“斷開”位置時，SA1-1、SA1-3閉合，SA1-2斷開，可以進行工作臺的進給操作；當置于“閉合”位置時，SA1-1、SA1-3斷開，SA1-2閉合，此時不能進行工作臺的操作，只能對圓工作臺的進給運動進行控制。 工作臺的進給運動分為左右的縱向運動、前后的橫向運動和上下的垂直運動。當轉(zhuǎn)換開關SA1置于“斷開”位置時，工作臺進給運動的控制線路。接觸器KM3、KM4使進給電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，用來改變工作臺進給運動的方向。進給運動的操作是由兩個機械操作手柄與對應的行程開關和機械傳動機構(gòu)相互配合實現(xiàn)的。SQ1、SQ2是與縱向進給機械操作手柄相聯(lián)動的行程開關，

13、SQ3、SQ4是與橫向進給及垂直進給機械操作手柄相聯(lián)動的行程開關。六個方向的進給運動相互聯(lián)鎖，同一時刻只允許有一個方向的運動，當兩個操作手柄處在中間位置時，SQ1SQ4各行程開關都處在未受壓的原始狀態(tài)。（1）工作臺縱向（左、右）進給運動的控制工作臺的縱向進給由縱向操作手柄控制，該手柄有三個位置：向左、向右和中間。當將操作手柄扳向右（或向左）時，一方面通過機械機構(gòu)將工作臺與縱向移動的傳動裝置相聯(lián)接，另一方面壓下向右（或向左）進給行程開關SQ1（或SQ2），SQ1-1（或SQ2-1）常開觸點閉合，接觸器KM3（或KM4）得電，進給電動機M2通電轉(zhuǎn)動（或反向轉(zhuǎn)動），拖動工作臺向右（或向左）移動。當將

14、縱向操作手柄扳回到中間位置時，一方面工作臺脫離縱向移動的傳動裝置，另一方面行程開關SQ1（或SQ2）復位，接觸器KM2（或KM3）失電，進給電動機M2斷電，工作臺停止轉(zhuǎn)動。由于進給速度低，M2未采取制動措施。為避免工作臺左、右移動越過極限進給位置發(fā)生事故，在工作臺的左、右兩端各有一塊擋鐵，當工作臺移動到極限位置時，擋鐵撞向縱向操作手柄，使手柄回到中間位置，實現(xiàn)自動停車。左、右移動的極限位置，可以通過改變左、右兩端的擋鐵位置進行調(diào)整。（2）工作臺橫向（前、后）及垂直（上、下）進給運動的控制工作臺橫向及垂直進給由十字手柄控制，該手柄也有兩個，分別裝在工作臺左側(cè)的前、后方。十字手柄有：前、后、左、右

15、和中間五個位置。與縱向進給操作一樣，在扳動十字手柄壓下行程開關SQ3、SQ4的同時，將工作臺與橫向運動或垂直運動的機械傳動裝置相聯(lián)接。SQ3控制工作臺向下或向前運動，SQ4控制工作臺向上或向后運動。當將十字手柄扳向下或向前時，壓下行程開關SQ3，SQ3-1常開觸點閉合，接觸器KM3得電，進給電動機M2通電轉(zhuǎn)動，拖動工作臺向下或向前移動。若將十字手柄扳回到中間位置，工作臺與傳動機構(gòu)脫離，同時行程開關SQ3復位，接觸器KM3失電，進給電動機M2斷電，工作臺停止進給運動。當將十字手柄扳向上或向后時，壓下行程開關SQ4，SQ4-1常開觸點閉合，接觸器KM4得電，進給電動機M2通電反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向上或

16、向后運動。（3）工作臺的快速移動為提高工作效率，在銑刀未作銑切加工時，工作臺可以快速移動，操作過程如下：工作臺在進給移動時，按下快速移動按鈕SB5或SB6（兩地控制），接觸器KM5得電，快速移動電磁鐵YA通電動作，工作臺按原進給方向快速移動，當工作臺移動到預期位置，松開探險鈕SB5或SB6，KM5失電，YA斷電，快速進給結(jié)束，工作臺按原速度、原方向繼續(xù)移動。（4）進給電動機的變速沖動為使齒輪易于嚙合，與主軸變速一樣，進給變速也設有變速沖動裝置。SQ6是進給變速沖動行程開關，在操作進給變速盤變速時，其連桿機構(gòu)會瞬時壓下行程開關SQ6，使SQ6-2常閉觸點斷開、SQ6-1常開觸點閉合，接觸器KM3

17、短時得電，進給電動機M2瞬時轉(zhuǎn)動一下，實現(xiàn)對進給變速的沖動。從進給控制電路可以看出，進給變速沖動是在行程開關SQ1SQ4不受壓、其常閉觸點閉合時完成的。所以進給變速時，需將操作手柄都置在中間位置，進給電動機M2不轉(zhuǎn)的情況下，才能實現(xiàn)進給的變速沖動，這一點與主軸的變速沖動不同。（5）圓工作臺的控制圓工作臺的控制電路，工作臺的進給操作手柄都應處在中間位置，SQ1SQ4的常閉觸點處于閉合的原始位置，按下主軸啟動按鈕SB1或SB2，接觸器KM1、KM3先后得電，主軸轉(zhuǎn)動的同時，進給電動機M2通過傳動機構(gòu)拖動圓工作臺單向轉(zhuǎn)動。若要使圓工作臺停止運動，只要按下主軸停止按鈕SB3或SB4，主軸與圓工作臺便同

18、時停止工作。（6）進給控制的聯(lián)鎖在銑床加工中，為安全起見，在多種運動間設置了相互的聯(lián)鎖。它們包括：主軸運動與進給運動間先主軸后進給的順序聯(lián)鎖；工作臺六個運動方向間不能同時進行的聯(lián)鎖；進給變速沖動應在進給運動停止時進行的聯(lián)鎖；圓工作臺與工作臺的進給不能同時進行的聯(lián)鎖。3.3.3 冷卻泵電動機及照明電路的控制為防止銑切加工時過熱，在銑床工作時，可以啟動冷卻泵電動機M3，提供冷卻液。由于冷卻泵電動機M3容量小，直接用轉(zhuǎn)換開關SA3控制。工作臺的照明電源是由照明變壓器T2將380V交流電壓降至36V安全電壓提供的，照明電路由轉(zhuǎn)換開關SA2控制。第四章 X62W萬能銑床電氣控制線路的PLC改造4.1硬件

19、設計1、 改造方法進行電氣控制線路改造時，X62W萬能銑床電氣控制線路中的電源電路、主電路保持不變；在控制電路中，變壓器TC1的輸出、整流器VC的輸出及變壓器TC3的輸出部分去掉，用可編程控制器實現(xiàn)；為了保證各種聯(lián)鎖功能，將位置開關SQ1SQ6、按鈕SB1SB6、照明開關S、冷卻泵啟動開關SA3、換刀開關SA4和圓形工作臺轉(zhuǎn)換開關SA5分別接入PLC的輸入端；輸出器件分三個電壓等級，一個是接觸器、繼電器使用的110V交流電壓，另一個是電磁離合器使用的24V直流電，還有一個是照明使用的36V交流電壓，這樣也將PLC的輸出口分為三組連接點。2、元器件選擇符號名稱型號規(guī)格用途數(shù)量M1電動機J02-5

20、1-4 75kw 1450r/min驅(qū)動主軸1M2電動機J02-22-4 1.5kw 1450r/min驅(qū)動進給1M3電動機J02-22-0 0.125kw 2790kw驅(qū)動冷卻泵1Qs1開關HZ1-60/3J 60A 500V電源總開關1Qs2開關HZ1-10/3J 10A 500V冷卻泵開關1SA1開關HZ1-10/3J 10A 500V換刀制動1SA2開關HZ1-10/3J 10A 500V圓工作臺開關1SA3開關HZ3-10/3J 60A 500V照明開關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

21、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1FR2熱繼電器JR0-20/3 0.5AM3過載保護1FR3熱繼電器JR0-20/3 1.5AM2過載保護1TC1變壓器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 110V快速進給1KM3接觸器CJ0-10 10A 110VM2正轉(zhuǎn)1KM4接觸器CJ0-10 10A 110

22、VM2反轉(zhuǎn)1SB1 SB2按鈕LA2M1啟動2SB3 SB4按鈕LA2快速進給2SB5 SB6按鈕LA2停止制動2YC1電磁離合器定做主軸制動1YC2電磁離合器定做正常進給1YC3電磁離合器定做快速進給1SQ1行程開關LX1-11K主軸沖動開關1SQ2行程開關LX3-11K主軸沖動開關1SQ3 SQ4SQ5 SQ6行程開關LX2-13LM2正反轉(zhuǎn)及連鎖43、 PLC硬件設計經(jīng)過對X62W萬能銑床的控制系統(tǒng)進行詳細的分析可知，該系統(tǒng)需要輸入點數(shù)為16點，輸出點數(shù)為9點，根據(jù)輸入輸出口的數(shù)量，可選擇三菱FX1N40MR型PLC。所有的電器元件均可采用改造前的型號，電器元件的安裝位置也不變。重點提示

23、：輸出端由于采用三個不同電壓等級負載，所以特別注意輸出公共端的分配，否則易引起短路。表1 萬能銑床PLC I/O地址分配表序號輸入器件輸入地址序號輸出器件輸出地址1SB1、SB2主軸停止及制動X01KM1主軸電動機M1啟動Y42SB5、SB6主軸啟動X12KM2冷卻泵電機M2啟動Y53SB3、SB4快速進給X23KM3進給電動機M3正轉(zhuǎn)Y64SA4主軸換刀X34KM4進給電動機M3 反轉(zhuǎn)Y75SA3 冷卻泵電機啟動X45YC1進給常速Y106SA5 圓工作臺工作開關X56YC2快速進給Y117SA1照明開關X67EL照明Y08SQ1右進給行程開關X78YC3主軸制動、換刀Y129SQ2左進給行

24、程開關X109KA快速進給控制Y310SQ3向前、向下行程開關X1111SQ4向后、向上行程開關X1212SQ6主軸沖動行程開關X1313SQ5進給沖動行程開關X1414FR1主軸過載保護X1515FR2冷卻泵過載保護X1616FR3進給過載保護X17X62W萬能銑床的工作流程圖如圖4-1所示：復位到預備狀態(tài)啟動加工主軸旋轉(zhuǎn)X、Y移動到第一加工工位冷卻開Z軸下行到加工區(qū)銑頭按工進速度加工Z軸加工完了后快速提升加工完了？冷卻關，主軸停，加工完了聲光指示X、Y移動到下一加工工位圖4-1 X62W萬能銑床的流程圖萬能銑床的I/O接線如圖所示：圖4-2 X62W萬能銑床PLC控制I/O接線圖4.2 PLC梯形圖設計及語句根據(jù)X62W萬能銑床的控制要求，設計該電氣控制系統(tǒng)的PLC控制梯形圖，如圖4-3所示。圖4-3 萬能銑床控制系統(tǒng)的完整程序第五章 出現(xiàn)問題及改進意見由于時間和知識掌握的不夠全面等各種原因，所以，調(diào)試過程不是非