龙门铣床的plc改造毕业论文

南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计（论文）学 院（系）： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程极其自动化专业 学 生： 指 导 教 师： 完成日期 2015 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）龙门铣床电气控制系统 PLC 改造PLC Transformation of The Electrical Control System of Longmen Milling Machine 总 计： 24 页表 格： 3 个插 图 ： 5 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）龙门铣床电气控制系统 PLC 改造PLC Transformation of The Electrical Control System of Longmen Milling Machine学 院（系）： 电子与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化专业 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology龙门铣床电气控制系统 PLC 改造I龙门铣床电气控制系统 PLC 改造电气工程及其自动化专业 姓名【摘 要】XN2010 型龙门铣床可以加工多种所需形状的金属零部件，但在电气控制系统方面，传统的铣床存在着很大的弊端。主要是传统的机床控制系统采用继电器、接触器等硬件逻辑控制电路，给生产与维护带来诸多不便，严重影响生产率。PLC 是面向用户专用的工业控制计算机，特别适合于机床控制系统的改造和应用。此论文详细地对 XN2010 型龙门铣床的控制线路进行分析,并系统地介绍了利用 S7-200 PLC 对这种机床进行改造方法和方案。【关键字】龙门铣床；PLC；控制系统;改造PLC Transformation of The Electrical Control System of Longmen Milling MachineElectrical Engineering and Automation Specialty 姓名Abstract：XN2010 type milling machine can process a variety of desired shape metal parts,but in the electrical control system, the traditional milling there are significant drawbacks.PLC is user-oriented dedicated industrial control computer, particularly suited to adapt and apply machine control system. This paper detailed control circuit XN2010 type milling machine is analyzed and systematically describes the use of such tools S7-200 PLC transformation methods and programs. Keyword:Longmen type milling machine;Programmable Logic Controller;The electrical control system;Reform 龙门铣床电气控制系统 PLC 改造II目 录1 引言 .11.1 铣床的用途和分类 .11.2 国内外铣床研究现状和发展趋势 .22 XN2010 型龙门铣床的工作过程和控制要求 .42.1 电气控制线路特点 .42.2 电路工作原理 .52.2.1 主轴的起动与停车 .52.2.2 工作台的进给运动 .52.2.3 主轴箱的进给运动 .62.2.4 工作台和主轴箱的快速移动 .62.2.5 横梁升降运动 .72.2.6 控制线路的联锁与保护 .72.3 进给直流电动机晶闸管调速系统 .83 西门子 S7-200 PLC 简要介绍 .113.1 PLC 的基本定义 .113.2 西门子 S7-200 基本介绍 .123.3 S7-200 PLC 系统的基本组成 .123.3.1 基本单元 .123.3.2 个人计算机或编程器 .143.3.3 STEP 7-Micro/WIN32 编程软件 .143.3.4 通信电缆 .144 XN2010 型龙门铣床的 PLC 改造 .144.1 XN2010 型龙门铣床的 PLC 改造的 I/O 接线图 .154.2 输入/输出分配表 .154.3 XN2010 型龙门铣床的 PLC 改造的 S7-200 PLC 程序和注释 .15结束语 .19参考文献 .20附录 .21致谢 .24龙门铣床电气控制系统 PLC 改造11 引言1.1 铣床的用途和分类铣床系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件(和)铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。在金属切削机床中，铣床的数量仅次于车床，它可用来加 T 平面、斜面、沟槽等。装上分度头，还可以铣切直齿轮和螺旋而。加装圆工作台，可以铣切凸轮和弧形槽。铣床的运动方式分为主运动、进给运动和辅助运动。以常用的立铣和卧铣为例，刀具（铣刀）的旋转运动为主运动：工件（工作台）的移动或进给箱的移动称为进给运动；工件向刀具趋近时的工作台快速移动、加工完毕后工作台的快速返回移动、主轴箱的快速移动以及工作台的旋转运动皆为辅助运动。主轴和工作台的调速通过机械的主轴变速箱和进给变速箱来实现。由于铣床的工艺范围较广，运动形式也比较多，因而其控制系统比较复杂。主要有如下几个特点：（1）铣床种类多，各种铣床的结构和使用范围虽不同，但多数铣床的主轴运动和进给运动分别由单独的电动机拖动。对于中小型铣床，一般采用三相异步电动机拖动。（2）铣削加工时有顺铣和逆铣两种形式，分别使用顺铣刀和逆铣刀，因此，要求主电动机能正转或反转。一旦铣刀选定，铣削方向也就确定了，故工作过程中不需要变换主电动机旋转方向。（3）铣削是多刃不连续切削，因而负载不稳定，拖动不平稳，为此，常在铣床主轴上安装飞轮，由此，又使得主轴停车时惯性大，停车时间长，所以主轴都采用制动停车方式。（4）铣床的进给运动有六种：即工作台的左右（纵向）运动、前后（横向）运动和上下（垂直）运动。为保证安全，同一时间内只允许一个方向的运动。为此，同一台进给电动机拖动，用方向选择手柄选择运动方式，用进给电动机的正、反转实现左或右，前或后、上或下六个方向的运动。进给电动机停车时，也可加上电气制动，以提高停车的准确度。（5）有的铣床可加装圆工作台，以扩大加工能力。使用圆工作台时，原工作台的左、右、前、后、上、下六个方向的进给运动全部停止。（6）为避免工件与铣刀非铣削加工接触时损坏机床或工件，要求起动时，应先开动主轴电动机，然后才可开动进给电动机；停车时，最好先停进给电动机，后停主轴龙门铣床电气控制系统 PLC 改造2电动机，或者两台电动机同时停止。另外，其种类也非常之多。1. 按其结构分：(1) 台式铣床：小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。(2) 悬臂式铣床：铣头装在悬臂上的铣床，床身水平布置，悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动，铣头沿悬臂导轨移动。(3) 滑枕式铣床：主轴装在滑枕上的铣床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动，滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。(4) 龙门式铣床：床身水平布置，其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁和立柱上，可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动，工作台可沿床身导轨纵向移动。用于大件加工。(5) 平面铣床：用于铣削平面和成型面的铣床，床身水平布置，通常工作台沿床身导轨纵向移动，主轴可轴向移动。它结构简单，生产效率高。(6) 仿形铣床：对工件进行仿形加工的铣床，一般用于加工复杂形状工件。(7) 升降台铣床：具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床，通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。(8) 摇臂铣床：摇臂装在床身顶部，铣头装在摇臂一端，摇臂可在水平面内回转和移动，铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。(9) 床身式铣床：工作台不能升降，可沿床身导轨作纵向移动，铣头或立柱可作垂直移动的铣床。(10)专用铣床：例如工具铣床：用于铣削工具模具的铣床，加工精度高，加工形状复杂。2. 按布局形式和适用的范围来看，主要的有升降台式铣床、龙门式铣床、单柱式铣床和单臂式铣床、仪表式铣床、工具铣床等等。仪表铣床，它是一种比较小的铣床，它主要用来加工一些仪器以及一些仪表和其它的小型零件；而工具铣床呢，它主要要用于模具制造、工具制造，配备有立铣头、万能角度工作台以及插头等很多种附件，除此之外，还可以进行钻削、镗削以及插削等的加工。其它铣床还有凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床以及方钢锭铣床等等，它们都是为了加工相应的工件而专门制造的铣床。3. 按控制的方式分，铣床又可以分为仿形铣床、程序控制铣床以及数控铣床等等。1.2 国内外铣床研究现状和发展趋势目前，不仅在传统制造领域，PLC 控制技术在其他领域也得到广泛应用。龙门铣床电气控制系统 PLC 改造3在国内，引进 PLC 控制技术，设计研发了水净化工艺的控制系统，PLC 在这个系统的水净化过程中可以控制加药加氯动作，从而达到了水处理的自动化的目标，工作人员的工作强度大幅减少，取得了很好的效果；在太阳能开发这方面，研发了基于PLC 的太阳能热水器的这样一个控制系统，在这个系统里面，PLC 通过控制液位的高度、电源的开关、采集温度以及风压等数据，从而实现了自动控制的功用；在裂纹检测领域，设计了的基于 PLC 裂纹检测台，很好的发挥 PLC 控制系统的稳定性、智能化的优点，在汽车轮裁等转轴零件的检测找取得了良好的效果；在煤炭生产这方面，利用 PLC 的控制优点、研发了基于 PLC 的焦化备煤的一个控制系统，从而实现了金马焦化厂的备煤过程，大大满足了生产所需，增加了企业生产的效率；在埴墩处理这方面，设计了基于 PLC 的各种垃圾焚烧炉控制系统，从而发挥了 PLC 控制系统的稳定、便于操作、易控制的优点，确保了垃圾焚烧炉安全运行、炉温平稳、尾气污染控制合格。在国外设计的工厂信息系统中，已经将 PLC 应用于信息采集、预处型并传送实时数据给电脑，缩小了成本，确保了系统的稳定性，获得了很好的效果；在生物研究方面，为了深入了解微生物在不同浓度的氧气环境中生长和繁殖的情况，在使用的带氧功能的生物反应器里面，PLC 被他们用来自动控制氧气的浓度比例，取得了很大的成功；在机器人用于颜色辨别的研究方面也用了 PLC 技术。由于计算机科学技术发展和工业自动化越来越高的要求，可编程控制技术得到飞速发展，其技术和产晶口趋完善。今后，PLC 将主要朝着以下两个方向发展：一是向超小型专用化和低价格方面发展；二是向高速多功能和分布式自动例络方向发展。随着科学技术的发展，PLC 迅速渗透到工业控制的各领域，包括从单机到工厂自动化，从机器人、柔性制造系统到工业局部网络等等。PLC 不管现在还是在未来的工业自动化领域中都将发挥不可替代的作用，而且它也必将向更多领域进军，为再一次科技革命的到来奠定坚实的举础。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一直给予较大的关注。经过九五式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，其生产的普及型自动铣床的功能和稳定性方面已经具备了较强的市场竞争优势。但是，在中高档自动铣床方面，与国外一些先进产品相比仍然存在很大的差距。这是由于欧洲、美国、日本等先进工业国家，已经在 80 年代先后完成了自动化机床产业进程，其中有一些出名的机床公司一直致力于创新和新产品的研发。随着科技的发展，生产工艺方面的不断改进，以及计算机技术的应用和新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的形态，在控制方法方面，从手动控制到自动控制；在控制功能方面，由简单控制到智能化控制；另外，在操作上，从策重发展到信息化的处理；在控制原理方面，由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。XN2010 型龙门铣床综合了计龙门铣床电气控制系统 PLC 改造4算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。2 XN2010 型龙门铣床的工作过程和控制要求龙门铣床的外形结构与龙门刨相比，也有一个龙门式的框架，所不同的是龙门铣床的横粱和立柱上安装的不是刨刀刀架，而是铣刀主轴箱。XN2010 型龙门铣的主运动为二个水平主轴箱以及一个垂直主轴箱上刀具的旋转运动，它的每一个铣头分别由一台 13kW 的异步电动机来拖动，它们采用的均是机械有级方式来变速。进给运动则包括有工作台的前后移动、左右两个方向主轴箱沿立柱的上下运动以及垂直主轴箱沿着横梁左右移动。这些运动是共同用一台 4kW 的直流电动来拖动，它用选择开关来控制电磁阀的集中传动。采用晶闸管整流供电，通过调节直流电动机的电枢电压，使各方向进给运动获得无级调速。工作台进给速度为 20-1000mm/min(电动机转速为 20-1000r/min)，主轴箱进给速度为 10-500mm/min（电动机转速为 20-1000r/min） 。辅助运动包括工作台和主轴箱的快速移动、横粱降运动。前者仍借用进给直流电动机驱动，但电动机转速升到 2000r/min。后者则单独由一台 5.5kW的交流异步电动机驱动，采用点动控制。XN2010 型龙门铣床的电气原理图见附录电气原理图（a） 、 （b） 、 （c ） 。2.1 电气控制线路特点(1) 机床主运动由三台交流异步电动机拖动：M1 为右水平主轴电动机，由接触器KM1、KM2 控制其正反转；M2 为垂直主轴电动机，由接触器 KM3、KM4 控制其正、反转；M3 为左水平主轴电动机，由接触器 KM5、 KM6 控制其正、反转，从而控制主轴箱上刀具的旋转方向，满足加工需要。(2) 进给运动由直流电动机 M 驱动。M 由单相半控桥式整流电路供电，通过改变晶闸管的导通角来改变电枢电压，实现无级调速。M 的正、反转则通过接触器KM11、 KM12 改变电枢电压极性来实现。(3) 工作台和主轴箱的快速移动也是由进给直流电动机 M 驱动的。快移时，继电器 KA5 得电，提高给定电压。同时，继电器 KA10 得电，电动机 M 的励磁减少一半，转速升到 2000r/min。(4) 横粱升降由交流异步电动机 M4 拖动，由接触器 KM9、KM10 控制其正、反转，实现横粱的上下移动。(5) 液压泵电动机 M5 和回油泵电动机 M6 并联连接，受接触器 KM7 控制，单向旋转。(6) 各电动机的过载保护和短路保护均通过所接自动开关（QF1QF6）承担。因回龙门铣床电气控制系统 PLC 改造5油泵电动机 M6 与液压泵电动机 M5 功率悬殊，另接热继电器 FR1 作过载保护。（7）为避免损坏刀具和工件，要求停止时先停进给，后停主轴。本机床在控制电路(3-35)之间串接了 QF