基于PLC萬能銑床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、電氣控制技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計課題: 基于PLC的萬能銑床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 姓 名: 學 院: 專 業(yè): 班 級: 學 號: 日 期 2012年12月26日2013年1月6日 指導教師: 馬 德 貴 安徽農(nóng)業(yè)大學工學院機電工程系基于PLC的萬能銑床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計1.前言我國傳統(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、開發(fā)周期短以及故障自診斷等特點 , 特別適合應(yīng)用于銑床的控制和故障診斷系統(tǒng)，可以減少強電元件數(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)

2、和生產(chǎn)效率。故在PLC廣泛應(yīng)用的控制時代，本設(shè)計系統(tǒng)的思想就是采用PLC控制銑床。以達到預定控制系統(tǒng)的簡潔性、經(jīng)濟性，減少了成本，也使得維修變的簡單。由于PLC的模塊化、易擴展性，可根據(jù)控制要求及規(guī)模的變化進行方便的系統(tǒng)重組及功能的擴展。以及PLC的通信功能甚至可進行遠程控制。2.方案論證2.1機床傳統(tǒng)控制方式2.1.1設(shè)計題目X62W型萬能銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。2.1.2機床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式X62W型萬能銑床的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示，由床身1、懸梁2、刀桿支架3、主軸4、工作臺5和升降臺6等組成，刀桿支架3上安裝與主軸相連的刀桿和銑刀，以進行切削加工，順銑時刀具為一個轉(zhuǎn)動方向，逆銑時

3、為另一個轉(zhuǎn)動方向；床身前面有垂直導軌，升降臺6帶動工作臺5可沿垂直導軌上下移動，完成垂直方向的進給，升降臺6上的水平工作臺還可在左右（縱向）方向上移動進給以及在橫向移動進給；回轉(zhuǎn)工作臺可單向轉(zhuǎn)動。進給運動的傳遞示意圖見圖2-2。 圖2-1：銑床的結(jié)構(gòu)簡圖 圖2-2：進給運動的傳遞示意圖2.1.3 控制電路分析X62W型萬能銑床控制電路如圖2-3，電路可劃分為主電路、控制電路和信號照明電路三部分。銑床控制電路所用電器元件說明如表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，開始工作前即已選取定，在加工過程中是不改變的。為簡化控制電路，主軸電動機M1正轉(zhuǎn)接線與反轉(zhuǎn)接線是通過組

4、合開關(guān)SA5手動轉(zhuǎn)換，控制接觸器KM1的主觸點只控制電源的接入與切斷。 進給電動機M2在工作過程中，頻繁變換轉(zhuǎn)動方向，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)動電機M3根據(jù)加工需要提供切削液，電路中采用轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3，在主電路中手動直接接通和斷開定子繞組的電源。 圖 2-4：控制系統(tǒng)電路圖表2-1 電器元件說明表符號名稱及用途符號名稱及用途符號名稱及用途M1主軸電動機SQ6進給變速瞬時點動開關(guān)FR1主軸電動機繼電器M2進給電動機SQ7主軸變速瞬時點動開關(guān)FR2進給電動機熱繼電器M3冷卻泵電動機SA1工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)FR3冷卻泵熱繼電器KM1主電動起動接觸器SA2主軸上刀制動開關(guān)FU1-

5、8熔斷器KM2進給電動機正轉(zhuǎn)接觸器SA3冷卻泵開關(guān)TC變壓器KM3進給電動機反轉(zhuǎn)接觸器SA4照明燈開關(guān)VC整流器KM4快速接觸器SA5主軸換向開關(guān)YB主軸制動電磁制動器SQ1工作臺向右進給行程開關(guān)QS電源隔離開關(guān)YC1電磁離合器（快速傳動鏈）SQ2工作臺向左進給行程開關(guān)SB1、SB2主軸停止按鈕YC2電磁離合器（工作傳動鏈）SQ3工作臺向前、向上進給行程開關(guān)SB3、SB4主軸起動按鈕SQ4工作臺向后向下進給行程開關(guān)SB5、SB6工作臺快速移動按鈕（二） 控制電路分析水平工作臺/圓工作臺選擇控制見表2-2，主軸上刀制動/正常工作控制見表2-3。表2-2 水平工作臺/圓工作臺選擇開關(guān)SA1觸點接通

6、表水平工作臺圓工作臺SA1-1SA1-2SA1-3表2-3主軸上刀制動開關(guān)SA2觸點接通表功能觸點正常工作臺制動狀態(tài)SA2-1SA2-21.主軸電動機M1的控制（1）主軸電動機起動的控制 主軸電動機空載直接起動，起動前，由組合開關(guān)SA5選定電動機的轉(zhuǎn)向，控制電路中選擇開關(guān)SA2選定主軸電動機為正常工作方式，即SA2-1觸點閉合，SA2-2觸點斷開，然后通過壓動起動按鈕SB3或SB4，接通主軸電動機起動控制接觸器KM1的線圈電路，其主觸點閉合，主軸電動機按給定的方向起動旋轉(zhuǎn)。壓動停止按鈕SB1與SB2，主軸電動機停轉(zhuǎn)。SB3與SB4、SB1與SB2分別位于兩個操作板上，從而實現(xiàn)主軸電動機的兩地操

7、作控制。（2）主軸電動機制動及換刀制動 為使主軸能迅速停車，控制電路采用電磁制動器進行主軸的停車制動。按下停車按鈕SB1或SB2，其動斷觸點使接觸器KM1的線圈失電，電動機定子繞組脫離電源，同時其動合觸點閉合接通電磁制動器YB的線圈電路，對主軸進行停車制動。 當進行換刀和上刀操作時，為了防止主軸意外轉(zhuǎn)動造成事故以及為上刀方便，主軸也需處在斷電停車和制動的狀態(tài)。此時工作狀態(tài)選擇開關(guān)SA2由正常工作狀態(tài)位置扳到上刀制動狀態(tài)位置，即SA2-1觸點閉合，接通電磁制動器YB的線圈電路，使主軸處于制動狀態(tài)不能轉(zhuǎn)動，保證上刀換刀工作的順利進行。（3）主軸變速時的瞬時點動 變速時，變速手柄被拉出。然后轉(zhuǎn)動變速

8、手輪選擇轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速選定后將變速手柄復位，因為變速是通過機械變速機構(gòu)實現(xiàn)的，變速手輪選定進入嚙合的齒輪后，齒輪嚙合到位即可輸出選定轉(zhuǎn)速，但是當齒輪沒有進入正常嚙合狀態(tài)時，則需要主軸有瞬時點動的功能，以調(diào)整齒輪的位置，使齒輪進入正常嚙合。實現(xiàn)瞬時點動是由變速手柄與行程開關(guān)SQ7組合構(gòu)成點動控制電路。變速手柄在復位的過程中壓動瞬時點動行程開關(guān)SQ7，SQ7的動和觸點閉合，使接觸器KM1的線圈得電，主軸電動機M1轉(zhuǎn)動，SQ7的動斷觸點切斷KM1線圈電路的自鎖，使電路隨時可被切斷。變速手柄復位后，松開行程開關(guān)SQ7，電動機M1停轉(zhuǎn)。完成一次瞬時點動。手柄復位時要求迅速，連續(xù)，一次不到位立即拉出，以免行程

9、開關(guān)SQ7沒能及時松開，電動機轉(zhuǎn)速上升，在齒輪未嚙合好的情況下打壞齒輪。一次瞬時點動不能實現(xiàn)齒輪良好的嚙合時，應(yīng)立即拉出復位手柄，重新進行復位瞬時點動的操作，直到完全復位，齒輪正常嚙合工作。2進給電動機M2的控制電路 可分為三部分：第一部分為順序控制部分，當主軸電動機起動后，其控制起動接觸器KM1輔助動合觸點閉合，進給電動機控制接觸器KM2與KM3的線圈電路方能通電工作；第二部分為工作臺各進給運動之間的聯(lián)鎖控制部分，可實現(xiàn)水平工作臺各運動之間的聯(lián)鎖，也可實現(xiàn)水平工作臺與圓工作臺工作之間的聯(lián)鎖；第三部分為進給電動機正反轉(zhuǎn)接觸器線圈電路部分。（1）水平工作臺縱向進給運動的控制 水平工作臺縱向進給運

10、動由操作手柄與行程開關(guān)SQ1、SQ2組合控制?？v向操作手柄有左右兩個工作位和一個中間不工作位。手柄扳到工作位時，帶動機械離合器，接通縱向進給運動的機械傳動鏈，同時壓動行程開關(guān)，行程開關(guān)的動合觸點閉合使接觸器KM2或KM3線圈得電，其主觸點閉合，進給電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)驅(qū)動工作臺向左或向右進給，行程開關(guān)的動斷觸點在運動聯(lián)鎖控制電路部分構(gòu)成聯(lián)鎖控制功能。選擇開關(guān)SA1選擇水平工作臺工作或是圓工作臺工作。SA1-1與SA1-3觸點閉合構(gòu)成水平工作臺運動聯(lián)鎖電路，SA1-2觸點斷開，切斷圓工作臺工作電路。水平工作臺控制電路與圓工作臺控制電路分別見圖2-3（A）和（B）。工作臺縱向進給的控制過程如表2-4所

11、示。電路由KM1輔助動合觸點開始，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，縱向機械離合器脫開，行程開關(guān)SQ1與SQ2不受壓，因此進給電動機不轉(zhuǎn)動。工作臺停止移動。工作臺的兩端安裝有限位撞塊，當工作臺運動達到終點位時，撞塊撞擊手柄，使其回到中間位置，實現(xiàn)工作臺的終點停車。（A） （B）圖2-3：工作臺控制電路圖（A）水平工作臺控制電路 （B）圓工作臺控制電路表2-4工作臺縱向進給過程（2）水平工作臺橫向和升降進給運動控制 水平工作臺橫向和升降進給運動的選擇和聯(lián)鎖是通過十字復式手柄和行程開關(guān)S

12、Q3、SQ4組合控制，操作手柄有上、下、前、后四個工作位置和一個中間不工作位置。扳動手柄到選定運動方向的工作位，即可接通該運動方向的機械傳動鏈，同時壓動行程開關(guān)SQ3或SQ4，行程開關(guān)的動合觸點閉合使控制進給電動機轉(zhuǎn)動的接觸呂KM2或KM3的線圈得電，電動機M2轉(zhuǎn)動，工作臺在相應(yīng)的方向上移動；行程開關(guān)的動斷觸點如縱向行程開關(guān)一樣，在聯(lián)鎖電路中，構(gòu)成運動的聯(lián)鎖控制。工作臺橫向聯(lián)合和與垂直方向進給控制過程如表2-5所示?？刂齐娐酚芍鬏S電動機控制接觸器KM1的輔助動合、觸點開始，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-

13、5：工作臺橫向與垂直方向進給過程 十字復式操作手柄扳在中間位置時，橫向與垂直方向的機械離合器脫開，行程開關(guān)SQ3與SQ4均不受壓，因此進給電動機停轉(zhuǎn)，工作臺停止移動。固定在床身上的擋塊在工作臺移動到極限位置時，撞擊十字手柄，使其回到中間位置，切斷電路，使工作臺在進給終點停車。（3）水平工作臺進給運動的聯(lián)鎖控制 由于操作手柄在工作時，只存在一種運動選擇，因此銑床直線進給運動之間的聯(lián)鎖滿足兩操作手柄之間的聯(lián)鎖即可實現(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關(guān)SQ1、SQ2的動斷觸點串聯(lián)在一條支路上，十字復式手柄控制的行程開關(guān)SQ3、SQ4動斷觸點串聯(lián)在另一條支路上

14、、扳動任一操作手柄，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，若同時扳動兩個操作手柄。則兩條支路均被切斷，使接觸器KM2或KM3斷電，工作臺立即停止移動，從而防止機床運動干涉造成設(shè)備事故。（4）水平工作臺的快速移動 水平工作臺選定進給方向后，可通過電磁離合器接通快速機械傳動鏈，實現(xiàn)工作臺空行程的快速移動?？焖僖苿訛槭謩涌刂?，按下起動按鈕SB5或SB6，接觸器KM4的線圈得電，其動斷觸點斷開，使正常進給電磁離合器YC2線圈失電，斷開工作進給傳動鏈，KM4的動合觸點閉合，使快速電磁離合器YC1線圈得電，接通快速移動傳動鏈，水平工作臺沿給定的進給方向快速移動，松

15、開按鈕SB5或SB6，KM4線圈失電，恢復水平工作臺的工作進給。（5）圓工作臺運動控制 圓工作臺工作時。工作臺選擇開關(guān)SA1的SA1-1和SA1-3兩觸點打開，SA1-2觸點閉合，構(gòu)成如圖1-3（B）所示的圓工作臺控制電路，此時水平工作臺的操作手柄均在中間不工作位?？刂齐娐酚芍鬏S電動機控制接觸器KM1的輔助動合觸點開始，工作電流經(jīng)SQ6-2SQ4-2SQ3-2SQ1-2SQ2-2SA1-2KM3到KM2線圈，KM2主觸點閉合，進給電動機M2正轉(zhuǎn)，托運圓工作臺轉(zhuǎn)動，圓工作臺只能單方向旋轉(zhuǎn)。圓工作臺的控制電路串聯(lián)了水平工作臺工作行程開關(guān)SQ1SQ4的動斷觸點，因此水平工作臺任一操作手柄扳到工作位置

16、，都會壓動行程開關(guān)，切斷圓工作臺的控制電路，使其立即停止轉(zhuǎn)動，從而起著水平工作臺進給運動和圓工作臺轉(zhuǎn)動之間的聯(lián)鎖保護控制。（6）水平工作臺變速時的瞬時點動 水平工作臺變速瞬時點動控制原理與主軸變速瞬時點動相同。變速手柄拉出后選擇轉(zhuǎn)速，再將手柄復位，變速手柄在復位的過程中壓動瞬時點動行程開關(guān)SQ6，SQ6的動合觸點閉合接通接觸器KM2的線圈電路，使進給電動機M2轉(zhuǎn)動，動斷觸點切斷KM2線圈電路的自鎖。變速手柄復位后，松開行程開關(guān)SQ6。與主軸瞬時點動操作相同，也要求手柄復位時迅速、連續(xù)，一次不到位，要立即拉出變速手柄，再重復瞬時點動的操作，直到實現(xiàn)齒輪處于良好的嚙合狀態(tài)，進入正常工作。2.2傳統(tǒng)

17、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、開發(fā)周期短以及故障自診斷等特點，特別適合應(yīng)用于機床的控制和故障診斷系統(tǒng)，可以減少強電元件數(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)點隨著近年來，PLC技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展；它的優(yōu)勢越多的在社會各種領(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的抗干擾能力 良好的自診斷功能，平均無故障工作時間可達數(shù)萬小時。當本系統(tǒng)電動機的臺數(shù)較多時

18、，其系統(tǒng)的繼電器觸點較多，易出現(xiàn)觸點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，連接的觸點也大為減小，故障率也大大降低。（2）豐富的I/O接口模塊可直接使其與控制現(xiàn)場的器件或設(shè)備（如按鈕、行程開關(guān)、傳感器、電磁線圈等）連接。如本系統(tǒng)可將電機的控制信號經(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也有可擴展的模塊或擴展單元，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

19、的基本單元,當控制的電機過多點數(shù)不夠時，即可通過擴展模塊或單元來增大控制能力。（4）編程簡單易學。PLC大多采用梯形圖作為主要編程語言。是面向用戶的，其表達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)安裝簡單，維修方便。其使用時，只要將現(xiàn)場的各設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連，即可運行。PLC只有兩三個接觸器大小，直接按于控制柜即可。且具有運行和故障的指示燈及指示裝置，如每個I/O點經(jīng)指示燈，CPU報告的錯誤信息經(jīng)屏幕顯示。綜上，以PLC為控制系統(tǒng)的方案，其系統(tǒng)具有較高的簡潔性、

20、經(jīng)濟性及可靠性。2.4改造方案的確定（1）不改變原控制系統(tǒng)電氣操作方法。（2）不改變原電氣系統(tǒng)控制元件(包括行程開關(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件控制(因過載使用幾率較少) 。（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替代。3. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.1現(xiàn)代PLC控制系統(tǒng)原理3.1.1電氣控制要求 原機床采用的是常規(guī)的接觸器-繼電器控制臺控制電路。機床的主軸主運動和工作臺進給運動分別有單獨的電

21、動機拖動，并有不同的控制要求。（1）機床主軸電動機M1(功率7.5kw），空載是直接起動，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，采用電磁制動器進行停車制動，同時從安全和操作方便考慮，換倒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，直接啟動，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)率，要求空行程時刻快速移動。從設(shè)備使用安全考慮，各進給運動之間必須連鎖，并有手柄操作機械離合器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

22、選定嚙合的齒輪沒能進入正常嚙合時，要求電動機能點動至合適的位置，保證齒輪能正常嚙合。（5）加工零件時，為保證設(shè)備安全，要求主軸電動機起動以后，工作臺電動機方能起動工作。（6） 編寫的PLC控制程序必須上機通過模擬調(diào)試，調(diào)試是可采用模擬調(diào)試開關(guān)板和燈泡進行，調(diào)試是應(yīng)有必要的記錄。3.1.2 設(shè)計基本原理即本系統(tǒng)采用PLC的裁決，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)復雜的繼電器控制硬接線，而用簡單易學的軟件實現(xiàn)其控制功能；即隨著輸入信號的輸入，而經(jīng)程序執(zhí)行判斷，由輸出信號直接控制對象。分為： （1）輸入處理，完成控制信號采集；（2）程序處理，將輸入的信號變?yōu)橹苯又骺氐妮敵鲂盘?；?）輸出處理，即直接將PLC的輸出信號轉(zhuǎn)為，

23、被控對象的觸發(fā)信號。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)計圖3-2即萬能升降臺銑床的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M1之間加了一個接觸器KM2提高了電機啟動可靠性。在進給電動機三相電源經(jīng)電源總開關(guān)及熔斷器短路過載保護。各臺電動機的額定全電壓運行電路分別經(jīng)QS、KM1KM6、FR1FR3各自獨立。如電動機M1，正常運行時：由QS、KM3和熱繼電器FR1到電機組成的回路供電。熱繼電器FR1起溫度過載保護。 圖3-2:主回路電動機兩相運行，是引起電動機損壞的常見原因。電動機安裝了熔斷器保護、熱繼電器保護，

24、都不能很好地對電動機兩相運行起有效保護。首先，根據(jù)電機學原理，其如接至兩相電源，其定子繞組不可能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)力矩為零，電動機只震動而不轉(zhuǎn)動電動機在進入兩相電源起動時，實際上處于短路狀態(tài)，其短路電流為三相啟動時啟動電流的0.866倍，而一般異步電動機啟動電流為額定電流的47倍，故電動機在進入兩相電源起動時，相當于兩相短路時的電流為額定電流的3.4646.062倍，所以上述電流，即比啟動電流小，比電動機額定電流大得多。電動機兩相啟動時，電動機不運轉(zhuǎn)，運行人員會立即發(fā)現(xiàn)，而且熔斷器也會熔斷。對于運轉(zhuǎn)中的電動機，突然斷掉一相電源后，在機械慣性作用下，在某些特定條件下尚可滯速旋轉(zhuǎn)。故本系統(tǒng)各支路接

25、進一自動開關(guān)，起到過載、欠壓、短路等保護。還可選用現(xiàn)在的智能型的斷路器，起到短路保護、過流過熱保護、漏電保護、缺相保護等。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)計為了在設(shè)計中符合“電隔離保護”的技術(shù)要求，在萬能銑床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。控制電源電路如圖4-2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個輸入點，分別連接旋鈕、按鈕、行程開關(guān)等主令元件及檢測元件，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

26、，共用端子COM端加裝熔斷器做短路保護，必要時可并聯(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3.2.2系統(tǒng)硬件設(shè)備選型 1.PLC控制說明及I/O點定義、分配表PLC的控制電路，既是可通過一定的輸入信號送給PLC經(jīng)內(nèi)部程序處理后，由輸出的控制信號直接驅(qū)動或控制電器執(zhí)行件，達到預定目的。這也是與傳統(tǒng)的控制電路區(qū)別最大的地方。即PLC的處理器可實現(xiàn)復雜，繁瑣的控制要求。換句話說就是能使控制電路系統(tǒng)簡潔化。如本控制系統(tǒng)設(shè)計，其PLC的程序可代替復雜的硬接線。表3-1：PLC的輸入及輸出(I/O)地址表地址號 符號名稱

27、用途X0 SB1 主軸電機啟動按鈕X1 SB2 主軸電機啟動按鈕X2 SB3 主軸電機停止按鈕X3 SB4 主軸電機停止按鈕X4 SB5 工作臺快速進給按鈕X5 SB6 工作臺快速進給按鈕X6 SQ1 工作臺右移行程開關(guān)X7 SQ2 工作臺左移行程開關(guān)X10 SQ3 工作臺前、下移行程開關(guān)X11 SQ4 工作臺后、上移行程開關(guān) X12 SQ6 進給變速沖動行程開關(guān) X13 SQ7 主軸變速沖動行程開關(guān)X14 SA1 圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)X15 SA3 冷卻泵電機起、停轉(zhuǎn)換開關(guān)X16 KS- 1 主軸電機速度繼電器X17 KS- 2 主軸電機速度繼電器 表3-1（a）： 輸入分配表地址號 符號名稱

28、用 途Y0 KM1 冷卻泵電機交流接觸器 Y1 KM2 主軸電機反接制動交流接觸器Y2 KM3 主軸電機運行交流接觸器 Y3 KM4 工作臺進給電機正轉(zhuǎn)交流接觸器 Y4 KM5 工作臺進給電機反轉(zhuǎn)交流接觸器 Y5 KM6 工作臺快速進給電磁鐵交流接觸器表3-1(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萬能銑床輸入輸出點數(shù)統(tǒng)計因為在改造中不改變原控制系統(tǒng) ,所以 PLC輸入輸出點數(shù)可根據(jù)原繼電器控制電路來計算 。1.輸入點數(shù)(1) 原主軸電機啟動按鈕 2 個，主軸電機停止按鈕 2 個，主軸電機反接制動速度繼電器2個，主軸變速沖動行程開關(guān) 1 個，共7點;(2

29、) 工作臺右移行程開關(guān)1個，左移行程開關(guān) 1 個，前、下移行程開關(guān)1個，后、上移行程開關(guān) 1 個，工作臺快速進給按鈕 2個，工作臺變速沖動行程開關(guān)1個，共7點; (3) 圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)1個;(4) 冷卻泵電機起、停轉(zhuǎn)換開關(guān)1個;輸入點數(shù)共16點。2.輸出點數(shù)根據(jù)原控制電路主軸電機、工作臺進給電機、快速進給電磁鐵及冷卻泵電機用交流接觸器統(tǒng)計輸出點數(shù)為:(1) 主軸電機運行交流接觸器 1個 主軸電機反接制動交流接觸器 1個, 共2 點(2) 工作臺進給電機正、反轉(zhuǎn)交流接觸器各 1 個 ,快速進給電磁鐵交流接觸器1個 ,共3點;(3) 冷卻泵電機交流接觸器1個;輸出點數(shù)共為6點。（二） PLC選擇

30、X62W銑床改造后共需點數(shù)為 22 點，考慮 10 %余量及以后加報警電路和故障顯示電路，考慮發(fā)展及工藝控制問題，故選用三菱 FX2N 48MR PLC，繼電器輸出，I/O總點數(shù)為 48 點，輸入點數(shù)為24點，輸出點數(shù)為24點。FX2N是FX系列中功能最淺、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0.08us每條指令，用戶存貯器容量可擴展到16K步，各點狀態(tài)均有知識等現(xiàn)實，便于用戶不帶負載調(diào)試程序。單片既具有片內(nèi)存ROM256B、RAM8KB，定時/計數(shù)器3個，并行I/O接口4個，5個終端元。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

31、可以減少電網(wǎng)波動或噪聲對PLC的干擾。3.3 系統(tǒng)軟件部分3.3.1 設(shè)計PLC流程圖 PLC流程圖見圖3-6所示。 圖3-6：設(shè)計流程圖 3.3.2 設(shè)計系統(tǒng)PLC梯形圖及編程 由控制要求及上列I/O定義表設(shè)計的梯形圖如圖3-4所示。設(shè)計中設(shè)置了M0的自鎖，以及M0、M1的互鎖。還設(shè)置了順序控制與制動裝置。這些保護與前面的硬件接線的保護，即是我們所說的實現(xiàn)軟件、硬件雙重保護。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)可靠性和容錯能力。 圖 3-7：控制系統(tǒng)梯形圖及控制程序 26（2）本系統(tǒng)選用三菱FX2N系列PLC語言，如下： 0 LDI X131 MC N1 M11 M10 2

32、 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 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

33、 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

34、 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 ANI M580 ANI Y381 OUT Y482 LD X483 OR X584 LD Y385 OR Y486 ANB87 OUT Y588 MCR N189 LD M190 OR X1391 ANI Y292 LD X1593 OUT Y0 94 END 3.3.3 PLC梯形圖的說明（1）用輔助繼電器以簡化控制電路。（2）應(yīng)根據(jù) X62W的控制原理進行總體程序設(shè)計 ,在

35、控制電路中應(yīng)注意自鎖和互鎖控制。（3）SQ7(常閉)為軟繼電器的工作條件 ,只有這一條件滿足時 ,機床控制才有效 ,所以在程序設(shè)計時用了一主控指令。（4）應(yīng)注意主軸運動與進給運動的順序聯(lián)鎖控制 ,故在程序中又用了一主控指令 ,以保證在主軸電機 M1 起動后才可起動進給電機M2。（5）應(yīng)注意長工作臺六個進給方向的聯(lián)鎖控制 ,銑床工作時 ,只允許一個進給方向運動 ,故除了操作手柄自身的機械聯(lián)鎖外 ,在程序設(shè)計時還需用軟繼電器加電氣聯(lián)鎖控制;圓工作臺與長工作臺之間也需用軟繼電器加聯(lián)鎖控制。 （6）應(yīng)給 PLC工作電源加外部啟動、停止按鈕。（7）應(yīng)注意動作的互鎖控制，例如主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是兩個不可能同時

36、發(fā)生的動作，此時一般需要采用互鎖控制?？梢圆捎肕0和 M1的常閉觸點為互鎖信號，分別串入 M0 和M1的控制回路中，這樣當M0和M1當中任何一個啟動的先決條件就是另一個回路必須關(guān)斷。而任何一個回路啟動之后又都能同時把另一個回路的控制回路關(guān)斷，而保證兩者不可能同時動作。（8） 還要注意順序聯(lián)鎖控制，在銑床的運動控制中，有些是有嚴格的順序要求的，不能發(fā)生顛倒次序的現(xiàn)象。這時可以采用聯(lián)鎖控制的方法 ,即選擇前一個動作的常開觸點。串聯(lián)在下一個動作的啟動回路中。同時將后一個動作的常閉觸點串聯(lián)在上一個動作的關(guān)斷回路中。這樣就可以使各個動作嚴格地按照設(shè)計好的順序執(zhí)行。大大提高了產(chǎn)品的可靠性和品質(zhì)。 3.3.

37、4 軟件程序調(diào)試PLC控制系統(tǒng)軟件程序完成后，必須講程序?qū)懭隤LC進行調(diào)試；若選擇的機型與實驗機型一致，可直接利用實驗室的模擬調(diào)試開關(guān)板進行調(diào)試。調(diào)試時先不接執(zhí)行電器，注意關(guān)PLC輸入、輸出狀態(tài)指示燈，以確定程序是否符合控制要求。若設(shè)計用的機型與實驗室及行不通，也必須想辦法進行調(diào)試，只是要根據(jù)實驗室能用的機型改寫新的輸入輸出點核心的指令，設(shè)計時最好能避免這種情況發(fā)生。調(diào)試可在軟件程序設(shè)計好后立即進行，也可待硬件系統(tǒng)設(shè)計好后一起進行。調(diào)試過程中一定要注意各個基本環(huán)節(jié)之間的控制邏輯是否慢度控制和連鎖要求，輸出有無失步現(xiàn)象。由于模擬調(diào)試開關(guān)板一般又不能扶危的牛自開關(guān)組成，調(diào)試時要注意模擬能復位的按鈕

38、的動作，必須是鈕子開關(guān)接通后立即斷開。4.銑床的PLC電氣控制系統(tǒng)電器元件的選擇由于各類電器在萬能升降臺銑床PLC電器控制系統(tǒng)中所處的位置和所起的作用不同，因此選用電器的方法也就各異。1.電源總開關(guān)的選擇 電源總開關(guān)應(yīng)根據(jù)萬能升降臺銑床PLC電氣控制系統(tǒng)的要求和特點進行選擇。目前一般有自動空氣斷路器；刀開關(guān)和熔斷器的組合；組合開關(guān)三種。選用方法有兩種思路：一是認為有必要用自動空氣斷路器和下端電路中的熔斷器、熱繼電器進行電路的上沖保護，傾向于電源開關(guān)選用自動空氣斷路器。另一種認為沒有必要再加自動空氣斷路器著測高湖，選用組合開關(guān)更為合理。萬能升降臺銑床選用自動空氣斷路器QF作為電源開關(guān)，選擇時考慮

39、電動機M1M3的額定電流、起動點六和同時啟動的臺屬。兼顧控制變壓器TC和PLC外電路中接觸器和電磁閥線圈的額定電流、起動電流和同時工作情況。根據(jù)組合機床的具體加工工藝情況及綜合PLC控制系統(tǒng)部分的電壓等級和電流情況，選擇T0系列塑料外殼式斷路器為萬能銑床電氣控制系統(tǒng)的電源總開關(guān)。該系列斷路器可在50HZ，額定電流值600A的使用條件下做控制設(shè)備的過載和短路保護。具體選擇型號為：T0-125型 3極 380V 額定電流125V2.控制變壓器的選擇控制變壓器除了在電氣控制中為控制電路提供不同的電壓等級外，還可對控制電路進行電氣隔離，使PLC外電路及電器元件，如接觸器和電磁閥線圈，電器照明燈和狀態(tài)指

40、示燈等同電網(wǎng)隔離，提高系統(tǒng)的安全性。常用的機床控制變壓器有BK-50;100;150;200;250;300;400;500;700;1000;1500等型號。一次側(cè)交流電壓等級是220V;380V;220V380V(可向廠商提供要求），二次側(cè)提供了可組合的110V;36V;24V;12V;6.3V等交流電壓。控制變壓器的容量可以根據(jù)由它供電的最大工作負載所需要的功率留有一定余量選取。選擇控制變壓器TC為：BK-500型 500VA 380V/127V; 36V3.交流接觸器的選擇 主軸電動機M1額定電流15.4 A，選擇KM1的型號為CJX1-22（3TB43），額定電流22A，吸引線圈電壓

41、127V,消耗功率7.5KW。進給電動機M2的額定電流2.7A，有換向的要求?？紤]3倍的起動電流，選擇KM2的型號為CJX1-9(3TB40），額定電流9A，吸引線圈電壓127V，消耗功率1.5KW。液壓泵電動機M3的額定電流為8.8A，考慮2.5倍的啟動點六。選擇KM3的幸好未CJXI-12(3TB41),額定電流12A，吸引線圈電壓127V,加裝輔助觸電組，吸引線圈電壓127V,加裝輔助觸點組，吸引線圈消耗功率0.125KW。4.照明燈和指示燈的選擇（1）照明燈的選擇 JC2型， 交流36V,40W.（2）指示燈的選擇 ZSD型， 交流6.3V,0.25W.5.按鈕的選擇LA19型，380

42、V，內(nèi)設(shè)交流6.3V 0.5A指示燈。6.熔斷器的選擇（1）FU1的選擇：主軸電動機的額定電流為15.4A，輕載起動，選擇FU1為：RL1-60型，熔體取40A。（2）FU2的選擇：進給電動機的額定電流為2.7A，考慮到起動電流，選擇FU2為：RL1-15型，熔體取10A。（3）FU3的選擇：冷卻泵電動機M3的額定電流是8.8A，輕載起動，連續(xù)運轉(zhuǎn)，考慮到電動機起動電流的倍數(shù)及熔斷器外形的統(tǒng)一，選擇FU3為：RL1-60型，熔體取25A。（4）FU4的選擇：FU3是電源熔斷器，選型號為：BHC型，熔體取2A。（5）FU5的選擇：FU5是照明燈的熔斷器，選RT18-32型，熔體取2A。（6）FU6、FU7是信號燈組熔斷器，選BHC型，熔體取4A。（7）FU8是主軸控制電路熔斷器，選RT18-32型，熔體取2A。7.熱繼電器的選擇熱繼電器應(yīng)選取和3TB系列接觸器配套的熱繼電器，安裝在相應(yīng)的接觸器上，安裝后不增加安裝底板空間，使接觸器可以并排安裝，縮小控制柜的體積。（1）FR1的選擇：M1的額定電流15.4A，故選取和3TB43型交流接觸器配套的熱繼電器為3UA5200-2B，整定電流12.520