毕业设计轴箱凹槽铣床plc改造_文档

湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）1毕业设计（论文）课题名称轴箱体凹槽加工组合铣电气控制系统PLC改造设计学生姓名谌欣球学号201001370142系（院）电气系专业电机电器（测控方向）班级电测101指导老师罗钟完成日期2012年12月湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）2设计任务书一、课题名称轴箱凹槽加工铣床的PLC改造二、指导老师罗钟祁三、设计内容与要求1课题概述轴箱凹槽加工铣床是南车株电力机车有限公司为电力机车轴箱加工的专用机床，是80年代自行设计的。它由一台滑台和四台铣头箱组成，共有九台电动机，一台液压泵电机，两台粗铣电机，两台精铣电机，两台冷却泵电机，一台快进快退电机，一台工进电机。主要有主轴的旋转运动，滑台快进快退及工进运动。由于该设备工作环境差，使用为两班制，任务忙时为三班制。由接触器继电器组成的电气控制电路，线路设计复杂，电器元件多，故障多，维修任务较大，重要的是给生产进度带来影响，针对这种情况，采用PLC控制系统改造原有的电路，可以降低设备的故障率，提高设备的使用效率，因此要求采用西门子S7200型或三菱FX2N系列可编程序控制器（PLC）对轴箱凹槽加工铣床进行电气技术的改造。改造的原则（1）原轴箱凹槽加工铣床的工艺加方法不变；（2）在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法；（3）电气控制系统控制元件（包括按钮、位置开关、热继电器、接触器），作用与原电气电路相同；（4）改造原继电器控制中的硬件接线，改为通过PLC编程实现。2轴箱凹槽加工铣床工作分析（1）轴箱凹槽加工铣床的主要结构、运动形式与电气控制要求（2）主电路分析（3）控制线路分析（4）电磁离合器电路分析3S7200PLC或三菱FX2NPLC改造轴箱凹槽加工铣床（1）S7200PLC或三菱FX2NPLC介绍及PLC选型（2）根据控制要求进行主电路设计（3）根据轴箱工艺要求画出工作循环图（4）根据控制要求进行I/O分配（5）根据控制要求进行设计PLC接线图（7）根据PLC梯形图编写指令表（8）程序调试（9）编写PLC控制轴箱凹槽加工铣床的工作原理（10）资料移交，包括图纸（电气原理图、接线图）及调试记录四、设计参考书工厂电气控制设备赵明许缪主编机械工业出版社S1200PLC编程原理与工程实训北京航空航天大学出版社湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）3电气控制与PLC应用华满香刘小春主编人民邮电出版社PLC控制系统设计与维护刘小春华满香主编高等教育出版社三菱FX系列PLC应用系统设计指南杨青杰主编机械工业出版社五、设计说明书要求1封面2目录3内容摘要200400字左右，中英文4引言5正文（设计方案原理、特点、分析、比较、论证，PLC程序的设计及调试，调试结果的说明及特点，实验结果的说明及特点）6结束语7附录参考文献、图纸、材料清单等六、毕业设计进程安排1第1周，资料准备与借阅，了解并熟悉课题思路。2第2周，设计要求说明及课题内容辅导。3第36周，进行毕业设计，完成课题论文初稿。4第7周，第一次检查，了解设计完成情况。5第8周，修改完善设计，第二次检查，论文打印，并作好毕业答辩准备。6笫9周，毕业答辩七、毕业设计答辩及论文要求1毕业设计答辩要求2答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。3学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始数据或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。4答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。5毕业设计论文要求湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）46文字要求说明书要求打印除图纸外，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字7图纸要求按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。8曲线图表要求所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）5摘要本设计说明书针对轴箱凹槽加工铣床电气控制线路，进行PLC改造，轴箱凹槽加工铣床主要用车刀对平面、斜面、螺旋面及成型表面工件进行车铣加工的车床，广泛运用于工业加工生产中。其电气系统采用的是常规继电控制系统，因而线路复杂、故障率高、维修困难。针对这些情况，我们从经济性、可靠性、先进性、简易性对它进行大修。制定了机床修理计划，对电气系统的全部或大部分元器件进行解体、修理、更换和调整，从而全面消除机床存在的隐患、缺陷，恢复电气系统达到所规定的性能和精度。利用大修时机对设备某部分及实施某些新技术改造措施，以保证达到正常上产的质量标准。轴箱凹槽加工铣床是机械加工的主要设备，适于加工复杂型的工件。在生产过程中，常会发生电器和机械故障。因此在维修工作中，首先必须对电路进行分析，掌握电路的工作原理。下面就电路的工作情况进行分析。随着自动化技术，计算机技术网络通信技术的迅猛发展，使PLC的功能日渐增多，它不仅能实现单机的控制，而且能实现多机的控制，同时随着PLC技术的不断发展，在自动化技术的领域中PLC起到了不可忽略的作用，由于PLC在继电器的比较中有着许多的功能胜过或者优于继电器，从而使PLC逐步取代继电器，使得其自动化控制有了更进一步的发展，无论从操作，维修，保养还是从线路的简化等方面都更加方便，其优点更加的突出本文就根据PLC的优点对轴箱凹槽加工铣床进行电器线路改造，机床原有的操作方式不变，机床的主电路不变，从而使机床的控制线路简化了，机床故障率降低了。首先提出电路改进的总体构思，设计出来了PLC的梯形图及接线图，重点分析了部分电路的调试过程。通过此次设计掌握了PC,CAD等制图软件的应用和论文的撰写这篇论文是对我大学三年学习生活一次全面总结。关键词轴箱凹槽加工铣床接触器控制系统PLC控制机床电气线路改造PLC程序设计湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）6ABSTRACTAXLEBOXGROOVEMACHININGMILLINGMACHINEMAINLYUSEDTOOLFORPLANE,SLANT,HELICALSURFACEANDSHAPEWORKPIECESURFACETURNINGANDMILLINGMACHININGLATHE,WIDELYUSEDININDUSTRIALPROCESSINGPRODUCTIONITSELECTRICSYSTEMUSESISTHECONVENTIONALRELAYCONTROLSYSTEM,THUSLINECOMPLEX,FAILURERATEISHIGH,THEMAINTENANCEDIFFICULTIESINVIEWOFTHESESITUATIONS,WEFROMECONOMY,RELIABILITY,ADVANCED,SIMPLICITYTOOVERHAULFORMULATEDTHEMACHINEREPAIRPLAN,TOELECTRICALSYSTEMALLORAMAJORITYOFCOMPONENTSFORDISINTEGRATION,REPAIR,REPLACEMENTANDADJUSTMENT,ANDOVERALLTOELIMINATETHEHIDDENTROUBLESOFMACHINETOOL,DEFECT,RESTOREELECTRICALSYSTEMTOTHESPECIFIEDPERFORMANCEANDACCURACYUSEAPARTOFEQUIPMENTOVERHAULTIMEANDIMPLEMENTSOMENEWTECHNICALREFORMMEASURESTOENSURETHENORMALPRODUCTIONQUALITYSTANDARDSAXLEBOXGROOVEMACHININGMILLINGMACHINEISTHEMAINEQUIPMENTOFMECHANICALPROCESSING,SUITABLEFORPROCESSINGFACTORSOFTHEWORKPIECEINTHEPRODUCTIONPROCESS,OFTENHAPPENELECTRICALANDMECHANICALFAILURESOINMAINTENANCEWORK,MUSTFIRSTTOCIRCUITANALYSIS,GRASPSTHEELECTRICCIRCUITPRINCIPLEOFWORKTHECIRCUITWORKTOCARRYONTHEANALYSISWITHAUTOMATIONTECHNOLOGY,THECOMPUTERTECHNOLOGYNETWORKCOMMUNICATIONTECHNOLOGYRAPIDDEVELOPMENT,MAKETHEFUNCTIONOFPLCINCREASEDAYBYDAY,ITNOTONLYCANREALIZETHECONTROLOFSINGLE,ANDCANREALIZEMANYMACHINECONTROL,ANDATTHESAMETIME,ALONGWITHTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFPLCTECHNOLOGY,AUTOMATIONTECHNOLOGYINTHEFIELDOFPLCPLAYEDAROLECANNOTBEIGNORED,BECAUSEPLCINTHERELAYINTHECOMPARISONOFHASMANYFUNCTIONISBETTERTHANORISBETTERTHANTHERELAY,SOTHATTHEPLCISGRADUALLYREPLACINGRELAY,MAKEITSAUTOMATIONCONTROLHAVEFURTHERDEVELOPMENT,NOMATTERFROMOPERATION,MAINTENANCE,MAINTENANCEORFROMLINESIMPLIFICATIONANDMORECONVENIENT,ITSADVANTAGESMOREPROMINENTTHISPAPERACCORDINGTOTHEADVANTAGEOFPLCTOAXLEBOXGROOVEMACHININGMILLINGMACHINEFORELECTRICCIRCUITTRANSFORMATION,MACHINEORIGINALMODEOFOPERATIONISCHANGELESS,MACHINETOOLSMAINCIRCUITCONSTANT,SOTHATTHEMACHINETOOLCONTROLLINESIMPLIFIED,MACHINETOOLFAILURERATEREDUCEDATFIRSTTHEARTICLEPUTSFORWARDTHECIRCUITIMPROVEDOVERALLCONCEPTION,DESIGNOUTPLCLADDERDIAGRAMANDWIRINGDIAGRAM,ANDANALYSESTHEPARTOFTHECIRCUITDEBUGGINGPROCESSKEYWORDSAXLEBOXGROOVEMACHININGMILLINGMACHINECONTACTORCONTROLSYSTEMPLCCONTROLMACHINEELECTRICCIRCUITTRANSFORMATIONPLCPROGRAMDESIGN湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）7目录前言8绪论10第一章11铣床简单介绍1112机床特点11第二章2轴箱体凹槽铣床硬件设计1221轴箱体凹槽铣床元件1222轴箱体凹槽铣床运动形式和拖动特点1323轴箱体凹槽铣床的电力控制要求14第三章3电气控制原理1431电气原理图1432控制电路分析15第四章4轴箱体凹槽铣床软件设计2041PLC的基本定义和PLC的主要特点2042S7200编程使用介绍2643轴箱体凹槽铣床电气控制线路的PLC设计2944输入输出信号及其地址与编号3445输入输出接线图及PLC梯形图与系统调试第五章5总结36致谢37湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）8前言自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。铣铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美。在我国7080年代大多数铣床中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此,继电器本身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用PLC对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。自动铣床的发展及现状从上世纪80年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予较大的关注。经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于80年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。表1以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）9轴箱凹槽加工铣床是由普通机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）10绪论可编程序控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能有成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需要安排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器损坏，甚至某个继电器触头接触不良，都回影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查排除故障又是非常困难的，全靠电气技术人员长期积累经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量很大，甚至需要重新设定控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，是电气控制系统工作更可靠，更容易维修，更能适应经常变化的生产工艺要求。可编程控制器PROGRAMMABLECONTROLLER简称PC，在办公自动化和工业自动化中广泛使用的个人计算机（PERSONALCOMPUTER）也简称PC，为了避免混摇，现在一般将可编程序控制器简称为PLCPROGRAMMABLELOGICCONTROLLER随着可编程控制器在国内的运用和推广，人们找到了万能铣床较理想的控制系统，即PLC控制系统。由于其具有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于对万能铣床的控制，获得广泛的推广。现在万能铣床已全部采用PLC控制，结束了近二十年使用继电控制的历史。本文主要以该厂对PLC控制系统的研究，推广介绍可编程控器在万能铣床上的应用。自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。1988年开始将可编程序控制器应用在万能铣床上，至今使用情况一直良好。国外生产PLC的厂家很多，最著名的有美国AB公司和GEFANUC公司，日本的欧姆龙公司和三菱公司，德国AEG公司和西门子公司，法国的TE公司。它们号称PC领域的大雄，代表PC的最高水平。它们在中国都有各自的代理商，很容易买到其产品。国产PLC以小型为主，多数为仿制产品，I/0点均在128点以下。主要厂家有上海工业自动化仪表研究所，苏州电子计算机厂，北京机械工业自动化研究所，无锡华光电子工业公司中科院自动化研究所究上海香岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算，顺序运算。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）11第一章11铣床简单介绍铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，是一种较为精密的加工设备，它采用继电接触器电路实现电气控制。PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。铣床是由普通机床发展而来的。它集成于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动化控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。万能铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。12机床特点1能完成很多普通机床难以加工或者根本不能加工的复杂型面的加工。2采用轴箱凹槽铣床可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。3采用轴箱凹槽铣床可以比普通机床提高23倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。4此机床具有柔性，只需更换程序，就可以适应不同品种及尺寸规格零件的自动加工。5大大的减轻了工人的劳动强度。轴箱凹槽铣床是一种高效率的加工机械,在机械加工和机械修理中得到广泛的应用，轴箱凹槽铣床的操作是通过手柄同时操作电气与机械,以达到机电紧密配合完成预定的操作,是机械与电气结构联合动作的典型控制,是自动化程度较高的组合机床。但是在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长,给生产与维护带来诸多不便,严重地影响生产。本文所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造而成,经实际运行证明该PLC控制系统无论是硬件还是软件,控制稳定可靠,具有极高的可靠性与灵活性,更容易维修,更能适应经常变动的工艺条件，取得了较好的经济效益。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）12第二章2轴箱体凹槽加工组合铣床硬件设计21轴箱体凹槽加工铣床元件表21铣床的电机参数参照表符号名称型号规格件数作用M1液压电动机Y132M4B375KW，380V，1450R/MIN1主轴传动M2粗铣电动机Y90L415KW,380V,1400R/MIN1进给传动M3粗铣电动机Y90L415KW,380V,1400R/MIN1进给传动M6冷却泵电动机JCB220125KW,380V,2790R/MIN1冷却泵传动M7冷却泵电动机JCB220125KW,380V,2790R/MIN1冷却泵传动M4精铣电动机Y90L415KW,380V,1400R/MIN1进给传动M5精铣电动机Y90L415KW,380V,1400R/MIN1进给传动M8滑台快速电动机Y132M4B375KW，380V，1450R/MIN1主轴传动M9滑台工进电动机Y90L415KW,380V,1400R/MIN1进给传动表22铣床的基本元件一览表符号名称型号规格件数作用KM1接触器CJO2020A,110V1主轴启动KM2接触器CJO1010A,110V1粗铣主轴电动机KM3接触器CJO1010A,110V1精铣主轴电动机KM4接触器CJO1010A,110V1冷却泵KM5接触器CJO1010A,110V1冷却泵KM6接触器CJO1010A,110V1滑台快速电动机KM8接触器CJO1010A,110V1滑台工进电动机KP油压JY12A1启动湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）13SB1、2按钮LA2绿色2M1启动按钮SB3、4按钮LA2黑色2快速进给按钮SB5、6按钮LA2红色2快进快退SB7、8按钮LA2黄色自动SB9、10按钮LA2黑色精铣中间继电器SQ1限位开关LX111K开启式1开端限位SQ2限位开关LX111K开启式1终端限位SQ3限位开关LX2131单轮，自动复位1快进工进停止SQ5限位开关LX311K开启式1快速与进给转换FR1热继电器JRQ4011A、3A1M1过载保护FR2热继电器JR10103A、5A1M8过载保护FU1熔断器RL130A3总电源短路保护FU2熔断器RL110A3进给短路保护FU3、FU6熔断器RL16A2控制电路短路保护FU4、FU5熔断器RL14A2照明电源短路保护VC整流器ZCZX45A，50V1整流作用TC变压器BK50380/36V1照明变压器TC1变压器BK150380/127V1控制电路变压器YC1电磁离合器B1DLIII1主轴制动22轴箱凹槽铣床的主要运动形式和拖动特点轴箱凹槽加工铣床由滑台、粗铣主轴、粗铣主轴箱、精铣主轴、精铣主轴箱、液压轴箱体凹槽加工铣床的结构站等部分组成。滑台由床身及工作台组成，统称滑台。该机床的运动形式有主运动、进给运动及辅助运动。装在主轴箱箱上的主轴带动刀具的旋转运动为主运动；轴箱体在滑台上的直线运动是进给运动；而轴箱体与刀具相对位置的调整运动及滑台的移动为辅助运动。从电气控制上看有如下特点（1）主轴上铣刀的旋转由装在主轴箱的主轴电动机拖动，并设有点动调整运动；（2）为便于检修，滑台设计了快进、快退点动控制；湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）14（3）液压泵对滑台工作台提供润滑油；（4）为保证滑台快进、快退停车的准确性，防止溜车，快速电动机采用尾端带电磁离合器的电机进行制动。（5）滑台的快进、快退及工进由位置开关控制，采用5位行程开关；（6）本机床除液压站油泵电机外均系短时断续工作制，故不设过载保护，由于滑台快速电机受电磁离合器控制，电路设了过载保护；（7）为了防止机床误动作，线路设有零压保护23轴箱凹槽加工铣床电力控制要求轴箱体凹槽加工铣床由9台电动机组成。M1为液压电动机，用以实现对机床导轨进行润滑；M6为快速电动机，用以实现滑台的快速移动；M3为粗铣电动机、M4、M5精铣电动机，用以实现机床的主运动，对轴箱体加工；M7为进给电动机，用以实现滑台的进给运动；M8、M9为冷却泵电机，对机床提供冷却液。电路由总电源开关QS控制，电路设有短路、过载、失压欠压保护；控制电路设有油压保护。越程保护。用熔断器作短路保护；用接触器作失压欠压保护；液压电动机为长时工作制，用热继电器作过载保护。滑台快速电机，为了保证停车迅速，用电磁离合器制动，由于电磁离合器故障，使电机不能工作，严重时造成电机过载烧毁，虽是短时断续工作，但也设了用热继电器作过载保护。粗、精铣电机加工时间短，故不设过载保护。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）15第三章3电气控制原理31控制原理分析（1）液压电机的控制按下液压电机的起动按钮SB2，接触器KM1线圈得电并自锁，液压电机M1起动，油压继电器SP（811）触点受油压作用闭合。按钮SB1为液压电机的停止按钮。（2）工作进给的控制1）准备阶段的控制按下零压保护按钮SB4，继电器KA0线圈得电并自锁，合上进给准备开关SA，继电器KA2线圈得电，KA2常开触点（1351）闭合，接触器KM4、KM5线圈得电，为冷却泵电机M8、M9起动作准备。KA2常开触点（1731）（2527）闭合，为工进、快进接触器KM8、KM6线圈得电作准备。KA2常闭触点（1113）断开，油压触点对机床起保护，KA2常闭触点（1721）断开，对滑台快进转工进位置开关SQ2起作用。2）滑台工作循环的控制滑台向前快进1按下自动按钮SB7，继电器KA1线圈得电并自锁，KA1常开触点（2325）闭合，快进接触器KM6线圈得电，KM6主触点闭合，KM6辅助常开触点（305307）闭合，电磁离合器VC线圈得电，松开制动，滑台快速电机M6正转，滑台向前快进。同时KA1常开触点（1345）闭合，粗铣接触器KM2线圈得电，KM2主触点闭合，粗铣电动机M2、M3，冷却泵电机M8起动。滑台向前工进1当档块压到位置开关SQ2时，常闭触点（1721）断开，接触器KM6线圈断电，常开触点（305307）断开，制动电磁离合器线圈VC断电，滑台快速电机M6停车制动，SQ2常开触点（3133）闭合，工进接触器KM8线圈得电，KM8主触点闭合，滑台工进电机M7起动，滑台向前进给，铣刀对轴箱体粗铣。滑台向前快进2当档块离开位置开关SQ2时，SQ2复位，KM8线圈断电，电机M7停止，同时KM6线圈又得电，电磁离合器VC线圈得电，松开制动，电机M6又起动，滑台由工进又转为快进。滑台向前工进2当档块又压到位置开关SQ2时，接触器KM6线圈断电，制动电磁离合器线圈VC断电，滑台快速电机M6停车制动，工进接触器KM8线圈得电，KM8主触点闭合，滑台工进电机M7起动，滑台又向前进给，铣刀对轴箱体粗铣。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）16滑台向前快进3当档块离开位置开关SQ2时，SQ2复位，KM8线圈断电，电机M7停止，同时KM6线圈又得电，电磁离合器VC线圈得电，松开制动，滑台快速电机M6又正转，由工进又转为快进，滑台快进到中位时，位置开关SQ5被压。继电器KA3线圈得电并自锁，KA3常开触点（1349）闭合，接触器KM3线圈得电，精铣电机M4、M5起动，冷却泵电机M9起动。同时KM3常闭触点（4547）断开，粗铣电机M2、M3停止，冷却泵电机M8停止。滑台向前工进3当档块又压到位置开关SQ2时，接触器KM6线圈断电，制动电磁离合器线圈VC断电，滑台快速电机M6停车制动，工进接触器KM8线圈得电，KM8主触点闭合，滑台工进电机M7起动，滑台又向前进给，铣刀对轴箱体精铣。滑台向前快进4当档块离开位置开关SQ2时，SQ2复位，KM8线圈断电，电机M7停止，同时KM6线圈又得电，电磁离合器VC线圈得电，松开制动，滑台快速电机M6又正转，滑台由工进又转为快进。滑台向前工进4当档块又压到位置开关SQ2时，接触器KM6线圈断电，制动电磁离合器线圈VC断电，滑台快进电机M6停车制动，工进接触器KM8线圈得电，KM8主触点闭合，滑台工进电机M7起动，滑台又向前进给，铣刀对轴箱体精铣。当档块压到位置开关SQ3时，接触器KM8断电，电机M7停止，继电器KA1、KA3线圈断电，KA3常开触点（1349）断开，精铣电机M4、M5停转，同时冷却泵电机M9停止，轴箱体加工完毕。滑台向后快退按下快退按钮SB6接触器KM7线圈得电并自锁，KM7主触点闭合，滑台快速电机M6反转，滑台向后快退，当档块压到位置开关SQ1时，常闭触点（1315）断开，接触器KM7线圈断电，常开触点（305307）断开，制动电磁离合器线圈VC断电，滑台快速电机M7停车制动，滑台快退到原位。（3）工作调整的控制1）（3）工作调整的控制工作调整为点动控制，断开进给准备开关SA，继电器KA2线圈断电。1）滑台快进按下按钮SB5，KM6线圈得电，KM6常开辅助触点（305307）闭合，制动电磁离合器线圈VC得电，松开制动，KM6主触点闭合，快速电机M6正转，滑台快进。2）滑台快退按下按钮SB6，KM7线圈得电，KM7常开辅助触点（305307）闭合，制动电磁离合器线圈VC得电，松开制动，KM7主触点闭合，快速电机M6反转，滑台快退3）粗铣主轴点动按下按钮SB9，KM2线圈得电，KM2主触点闭合，主轴电机M2、M3在按钮控制下正转点动，主轴点动转动。4）精铣主轴点动按下按钮SB10，KM3线圈得电，KM3主触点闭合，主轴电机M4、M5在按钮控制下正转点动，主轴点动转动。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）1732电气原理图湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）18湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）19湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）20湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）21第四章4轴箱体凹槽加工组合铣床软件设计41PLC的基本定义和主要特点可编程控制器PROGRAMMABLECONTROLLER是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）22辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机PERSONALCOMPUTER的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。PLC的主要特点一、高可靠性（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为1020MS（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。二、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自合。4、编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）23三、PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ANALOG）和数字量（DIGITAL）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。四、PLC的国内外状况世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）24算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。五、PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。六、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）25A、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在1015范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去B中央处理单元CPU中央处理单元CPU是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。C、存储器可编程控制器配有两种存储器，存放系统软件的存储器称为系统程序存储器（EPROM，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器RAM。D、输入输出接口电路1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。输入设备是各种开关、按钮、传感器等，信号可能是交流电压（110V或220V，直流电压（1224V等。2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。下面以继电器输出为例湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）26E、功能模块如计数、定位等功能模块F、通信模块如以太网、RS485、PROFIBUSDP通讯模块等七、PLC的工作原理一扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。6输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。7用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序梯形图。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯湖南铁道职业技术学院毕业设计（论文）27形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。三输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。八、PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入采样”、“程式执行”、“输出刷新”说明如下步骤一“输入采样”PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置XN。步骤二“程式执行”将阶梯图程式逐行取入CPU中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端YN。步骤三“输出刷新”将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一