X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造毕业设计.doc

2016届毕业设计方案课题名称：X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造所在学院 铁道牵引与动力学院 班 级 检修134 姓 名 刘遥平 学 号 201313210402 指导老师 彭志红 完成日期 2015年12月 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书内容提要本设计说明书针对X62W万能铣床的电气控制线路，进行PLC改造，在介绍了传统X62W万能铣床电气控制技术的基础知识上，重点介绍了现代PLC基本原理及在X62W万能铣￥能铣床电气控制、可编程控制器概述、X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造。在X62W万能铣床电气控制部分中主要介绍了X62W万能铣床的结构、运动特点及对电气线路作了详细的分析。在第二章可编程控制器的描述中，对PLC的基础知识及工作原理进行了详细的介绍。最后在第三章X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造中，通过选择三菱FX2N32MR型PLC对X62W万能铣床的改造进行了详细说明。关键字：X62W万能铣床 PLC 三菱FX2N32MR 改造ABSTRACTThe design specifications for the electrical X62W universal milling machine control circuit to carry out PLC transformation, since the introduction of the traditional electrical X62W universal milling on the basics of control technology, focusing on the basic principles of modern PLC and in the X62W universal milling the technical aspects of electrical control applications, and gave a brief description of programmable controllers.All the design specifications of three chapters, mainly including electric control X62W universal milling machines, programmable controllers an overview, X62W universal milling machines PLC electrical control circuit transformation.The X62W universal milling electric control section mainly introduces the structure of X62W universal milling machines, sports features and pairs of electrical lines were analyzed in detail. In the second chapter of the description of the programmable logic controller, PLC based on the knowledge and working principle of a detailed introduction. Finally, in Chapter III X62W universal milling machine PLC electrical control circuit transformation by selecting PLC Mitsubishi FX2N-32MR-type universal milling machine for the transformation of X62W carried out in detail.Keywords: X62W universal milling machine PLC Mitsubishi FX2N-32MR transformation前言自20世纪60年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也在不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需要的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用，电气控制与PLC应用技术在各个领域也得到越来越广泛的应用，掌握电气控制与PLC应用技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有重要的意义。铣床可以用来加工平面、斜面、沟槽，装上分度头可以铣切直齿齿轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。所以铣床在金属切削机床中占有很大的比重，使用数量仅次于车床。铣床的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分的代替人工操作，它能大大的改善工人的劳动条件，显著提高的提高生产劳动效率，加快实现工业的机械化和自动化的步伐。因而，受到各工业国家的重视，并投入大量的人力、物力加以研究和应用。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。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。而X62W万能铣床是使用最广泛的铣床之一，其电气控制线路也比较典型，将X62W万能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。全设计说明书主要内容包括：X62W万能铣床电气控制、可编程控制器概述、X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造。通过对X62W万能铣床电气控制线路的认识和PLC的基本知识及工作原理的了解，最后对X62W万能铣床进行PLC改造说明。以目前市场上使用最多的三菱FX2N机型，结合可编程控制器技术快速发展的实际，对X62W万能铣床进行PLC改造。通过此设计可以我们综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力；使我们受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的；掌握X62W万能铣床的电气控制系统和PLC的工作原理及对X62W万能铣床进行改造的方法。 目录第一章 X62W万能铣床电气控制41.1 X62W万能铣床的主要结构及运动特点41.2 X62万能铣床电气控制线路分析5第二章 X62W万能铣床的PLC电气控制改造122.1 PLC控制系统设计的基本原则与PLC选型122.2 PLC的特点及其优越性132.3 三菱FX2N32MR型PLC对X62W万能铣床的改造13设计心得19参考文献20 第一章 X62W万能铣床电气控制X62W万能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X62W万能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。1.1 X62W万能铣床的主要结构及运动特点图11.1.1 X62W万能铣床的主要结构X62W型万能铣床的外形结构如图1所示，它主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可转动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动）。工作台上有T形槽用来固定工件。这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。1.1.2 X62W铣床运动特点（1）主运动：主轴带动铣刀的旋转运动。铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，所以要求主轴电动机能正转和反转，用组合开关来控制主轴电动机 的正转和反转。铣削加工是一种不连续的切削加工方式，为减小振动，主轴上装有惯性轮，但这样会造成主轴停车困难， 为此主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。铣削加工过程中需要主轴调速，采用改变变速箱的 齿轮传动比来实现，主轴电动机不需要调速。2、进给运动：加工中工作台的上下、左右、前后运动及圆工作台的运动。铣床的工作台要求有前后、左右和上下六个方向上的 进给运动和快速移动，所以要求进给电动机能正反转。 为扩大加工能力，在工作台上可加装圆形工作台，圆形工作台的回转运动由进给电动机经传动机构驱动。为保证机床和刀具的安全，在铣削加工时，任何时刻工件都只能有一个方向的进给运动，因此采用机械操作手柄和行程 开关相配合的方式实现六个运动方向的联锁。为防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许 有进给运动；同时为了减小加工件的表面粗糙度，要求进给停 止后，主轴才能停止或同时停止。进给变速采用机械方式实现，进给电动机不需要调速。3、辅助运动：工作台在各个方向的快速移动及主轴和进给的变速冲动。工作台的快速运动是指工作台在前后、左右和上下 六个方向之一上的快速移动。它是通过快速移动电磁离 合器的吸合，改变机械传动链的传动比实现的。为保证变速后齿轮能良好啮合，主轴和进给变速 后，都要求电动机做瞬时点动，即变速冲动。1.2 X62万能铣床电气控制线路分析X63W型万能铣床的电气控制线路有多种，下图所示的电路是经过改进的电路，为X62W型万能铣床和X53K型立式2种万能铣床所通用。1.2.1.主电路三相电源由开关QS1引入，FU1作全电路的短路保护。主轴电动机M1的运行由接触器KM1控制，由换相开关SA3预选其转向。冷却泵电动机M3由QS2控制其单向旋转，但必须在M1启动运行之后才能运行。进给电动机M2由KM3、KM4实现正反转控制。3台电动机分别由热继电器FR1、FR2、FU3提供过载保护。1.2.2.控制电路由控制变压器TC1提供110V工作电压，FU6提供变压器二次侧的短路保护。该电路的主轴制动、工作台常速进给和快速进给分别由控制电磁离合器YC1、YC2、YC3实现，电磁离合器需要的直流工作电压由整流变压器TC2降压后经桥式整流器VC提供,FU2、FU3分别提供交直流侧的短路保护。图2（1）主轴电动机M1的控制。M1由交流接触器KM1控制，为操作方便，在机房的不同位置各安装了一套启动和停止按钮；SB2和SB6装在床身上，SB1和SB5装在升降台上。对M1的控制包括有主轴的启动、停止制动、换刀制动和变速冲动。启动：在启动前先按照顺铣或逆铣的工艺要求，用组合开关SA3预先确定M1的转向。按下SB1或SBKM1线圈通电M1启动运行，同时KM1动合辅助触点（713）闭合为KM3、KM4线圈支路接通做好准备。SA3的功能如下表所示。主轴转换开关位置表触点位置正转停止反转SA3-1-+SA3-2+-SA3-3+-SA3-4-+停车与制动：按下SB5或SB6SB5或SB6动合触点断开（35或13）KM1线圈断电，M1停车SB5或SB6动合触点闭合（105107）制动电磁离合器YC1线圈通电M1制动。制动电磁离合器YC1装在主轴传动系统与M1转轴相连的 第1根传动轴上，当YC1通电吸合时，将摩擦片压紧，对M1进行制动。停转时，应按住SB5或SB6直至主轴停转才能松开，一般主轴的制动时间不超过0.5s。主轴的变速冲动：主轴的变速冲动是通过改变齿轮的传动比实现的。在需要变速是，将变速手柄拉出，转动变速盘至所需的转速，然后将变速手柄复位。在手柄复位的过程中，在瞬间压动了行程开关SQ1，手柄复位后，SQ1也随之复位。在SQ1动作的瞬间，SQ1的动合触点（57） 先断开其他支路，然后动合触点（19）闭合，点动控制KM1，使M1产生瞬间的冲动，利用齿轮的啮合；如果点动一次齿轮还不能啮合，可重复进行上述动作。主轴换刀控制：在上刀或换刀时，主轴应处于制动状态，以避免发生事故。只要将换刀制动开关SA1拔至“接通”位置，其动断触点SA1-2（46）断开控制电路，保证在换刀时机床没有任何动作；其动合触点SA1-1（105107）接通YC1，使主轴处于制动状态。换刀结束后，要记住将SA1扳回“断开”位置。（2）进给运动控制工作台的进给运动分常速（工作）进给和快速进给，常速进给必须在M1启动运行后才能进行，而快速进给属于辅助运动，可以在M1不启动的情况下进行。工作台在6个方向上的进给运动是由机械操作手柄带动相关的行程开关SQ3SQ6,通过控制接触器KM3、KM4来控制进给电动机M2正反转实现。行程开关SQ5和SQ6分别控制工作台的向右和向左运动，SQ3和SQ4则分别控制工作台的向前、向下和向后、向上运动。进给拖动系统使用的两个电磁离合器YC2和YC3都安装在进给传动链中的第4根传动轴上。当YC2吸合而YC3断开时，为常速进给；当YC3吸合而YC2断开时，为快速进给。工作台的纵向进给运动：工作台的纵向（左右）进给运动是由“工作台纵向操纵手柄”来控制的。手柄有3个位置：向左、向右、零位（停止）。其控制关系如下表所示。工作台纵向进给开关位置触点位置左停右SQ5-1-+SQ5-2+-SQ6-1+-SQ6-2-+断开，动合触点SQ5-1（2123）后闭合KM3线圈通过（13151719212325）路径通电M2正转工作台向右运动。若将操作手柄扳向左边，则SQ6动作KM4线圈通电M2反转工作台向左运动。SA2为圆工作台控制开关，此时应处于“断开”位置，3组触点状态为SA2-1、SA2-3接通，SA2-2断开。工作台的垂直与向进给运动：工作台垂直与横向进给运动由一个十字形手柄有上、下、前、后和中间5个位置，其对应的运动状态如下表所示。将手柄扳至向下或向上位置时将纵向进给操作手柄扳向右边行程开关SQ5动作其动断触点SQ5-2(2729)先，分别压动行程开关SQ3或SQ4，控制M2正转或反转，并通过机械传动机构使工作台分别向下和向上运动；而当手柄扳至向前或向后位置时，虽然同样是压动行程开关SQ3和SQ4，但此时机械传动机构使工作台分别向前和向后运动。当手柄在中间位置时，SQ3和SQ4均不动作。下面就是以向上运动的操作为例分析电路的工作情况，其余的可自行分析。工作台横向与垂直操纵手柄功能手柄位置工作台运动方向离合器接通的丝杆行程开关动作接触器动作电动机运转向上向上进给或快速向上垂直丝杆SQ4KM4M2反转向下向下进给或快速向下垂直丝杆SQ3KM3M2正转向前向前进给或快速向前横向丝杆SQ3KM3M2正转向后向后进给或快速向后横向丝杆SQ4KM4M2反转中间升降或横向停止横向丝杆-停止将十字形手柄扳至“向上”位置，SQ4的动作断触点SQ4-1先断开，动合触点SQ4-1后闭合KM4线圈经（13272919213133）路径通电M2反转工作台向上运动。进给变速冲动：与主轴变速时一样，进给变速时也需要使M2瞬间点动一下，使齿轮易于啮合。进给变速冲动由行程开关SQ2控制，在操纵进给变速手柄和变速盘时，瞬间压动了行程开关SQ2，在SQ2通电的瞬间，其动断触点SQ2-1(1315)先断开而动合触点SQ2-2（1523）后闭合，使KM3线圈经（1327291917152325）路径通电，M2正向点动。由KM3的通电路径可见：只有在进给操作手柄均处于零位（即SQ3SQ6均不动作）时，才能进行进给变速冲动。工作台快速进给的操作：要使工作台在6个方向快速进给，在按常速进给的操作方法操作进给控制手柄的同时，还要按下快速进给按钮开关SB3或SB4（两地控制），使KM2线圈通电，其动断触点（105109）切断YC2线圈支路，动合触点（105111）接通YC3线圈支路，使机械传动机构改变传动比，实现快速进给，由于与KM1的动合触点（713）并联了KM2的一个动合触点，所以在M1不启动的情况下也可以进行快速进给。（3）圆工作台的控制。在需要加工弧形槽、弧形面和螺旋槽时，可以在工作台上加工装圆工作台。圆工作台的回转运动也是由进给电动机M2拖动的。在使用圆工作台时，将控制开关SA2扳至“接通”的位置，此时SA22接通而SA21、SA23断开。在主轴电动机M1启动的同时，KM3线圈（1315171929272325）的路径通电，使M2正转，带动圆工作台旋转运动（圆工作台只需要单向旋转）。由KM3线圈的通电路径可见，只要扳动工作台进给操作的任何一个手柄，SQ3SQ6其中一个行程开关的动断触点断开，都会切断KM3线圈支路，使圆工作台停止运动，这就实现了工作台进给和圆工作台运动的联锁关系。圆工作台转换开关SA1情况说明如下表所示。触点位置圆工作台接通断开SA2-1-+SA2-2+-SA2-3-+1.2.3.照明电路照明灯EL由照明变压器T1提供24V的工作电压，SA4为灯开关，FU5提供短路保护。第二章 X62W万能铣床的PLC电气控制改造2.1 PLC控制系统设计的基本原则与PLC选型3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工业要求，以提高生产效率和产品质量。因此，确定选用PLC控制系统后，在设计PLC控制系统时应遵循以下基本原则。(1)最大限度地满足被控对象的控制要求。(2)在满足控制要求的前提下，力求使用权控制系统简单、经济、使用及维修方便。(3)保证控制系统的安全、可靠。(4)考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。2.1.2 PLC的选型PLC是一种通用工业控制装置，功能的设置总是面向大多数用户的。众多PLC产品给用户提供了广阔的选择空间，也给用户规定了一些使用环境和要求。PLC的选型与继电器系统的元件选择不同，继电器控制系统元件的选用要在设计结束之后才能确定各元件的型号、规则和数量及屏柜大小等，而PLC选用则要在设计开始即可根据工艺和控制要求预先选择。PLC的选择一般考虑以下几个方面。（1）功能满足要求PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要，兼顾维修、备件的通用性。对于小型单机仅需开关量控制的设备，小型PLC都能实现，而到了现在，大中小型PLC已普遍和PLC、上位计算机进行通信和联网，具有数据处理、模拟量控制等功能，还要特别注意的是特殊功能的需要，这就需要选择能满足控制系统要求的具有所需功能的主机和相应的功能模块。（2）I/O点数准确地统计出被控对象所需I/O点数是PLC选型的基础，把各输入设备和被控设备详细列出，然后在实际统计出的I/O点数基础上加15%-20%的备用量以便今后调整和扩充。多数小型PLC为整体式，除了按点数分成许多档次外，还要扩展单元。模拟式的PLC采用主机模块与IO模块、功能组合模块组合使用的方法，用户可以根据需要，选择和灵活组合使用主机与IO模块。此外，IO点数确定好后，还要注意IO信号的性质、参数等，如输入信号电压的类型、等级，输出信号的负载性质是交流的，还是直流的等。 2.2 PLC的特点及其优越性 2.2.1 PLC控制的优越性1.与继电器控制系统的比较传统的继电器控制只能进行开关量的控制，而PLC即可进行开关量控制，又可进行模拟量控制，还能与计算机联机成网络，实现分级控制。在PLC的编程语言中，梯形图是使用最广泛的语言。梯形图与继电器控制原理图十分相似，沿用了继电器电路的元件符号，仅个别地方有些不同。PLC与继电器控制系统相比主要有以下几点区别；（1）组成的器件不同。继电器控制线路是由许多硬件继电器组成的，而PLC则是由许多“软继电器”组成。传统的继电器控制系统本来有很强的抗干扰能力，但其用了大量的机械触点，因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响，系统可靠性大大降低。PLC采用无机械触点的逻辑运算微电子技术，复杂的控制由PLC内部运算器完成，故寿命长、可靠性高。（2）触点的数量不同。继电器的触点数目少，一般只有48对；而“软继电器”可供编程的触点数有无限对。（3）控制方法不同。继电器控制系统是通过元件之间的硬件来实现的，控制功能就固定在线路中。PLC控制功能是通过软件编程来实现的，只要改变程序，功能即可改变，控制非常灵活。（4）工作方式不同。在继电器控制系线路中，当电源接通时，线路中继电器都处于受制约状态。在PLC中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，每个“软继电器”受制约接通的时间是短暂的。2.3 三菱FX2N32MR型PLC对X62W万能铣床的改造2.3.1 改造方法进行电气控制线路改造时，X62W万能铣床电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变，在控制电路中，变压器TC的输出及整流器VC的输出部分去掉，用可编程控制器实现，为了保证各种联锁功能，将SQ1SQ6,SB1SB6分别接入PLC的输入端，换刀开关SA1和圆形工作台转换开关SA2分别用其一对常开和常闭触头接入PLC的输入端子。输出器件分三个电压等级，一个是接触器使用的110V交流电压，另一个是电磁离合器使用的24V直流电，还有一个是照明使用的24V交流电压，这样也将PLC的输出口分为三组连接点。3.2.2 PLC硬件设计经过对X62W万能铣床的控制系统进行详细的分析可知，该系统需要输入点数为16点，输出点数为7点，根据输入输出口的数量，可选择三菱FX2N32MR型PLC。所有的电器元件均可采用改造前的型号。万能铣床各个输入/输出点的PLC I/O地址分配如下表所示序号输入器件输入地址序号输出器件输出地址1SB1、SB2主轴启动X01EL照明Y02SB3、SB4快速进给X12KM1主轴启动Y13SB5-1、SB6-1停车X23KM2冷却泵Y24SB5-2、SB6-2制动X34KM3正转Y35SA1换刀开关X45KM4反转Y46SA2圆工作台开关X56YC1主轴制动Y57SA4 照明开关X67YC3快速进给Y68SQ1 主轴冲动X79SQ2 进给冲动X1010SQ3-1、SQ5-1X1111SQ3-2、SQ4-2X1212SQ4-1、SQ6-1X1313SQ5-2、SQ6-2左右进给X1414FR1 热保护触点X1515FR2 热保护触点X1616FR3 热保护触点X17万能铣床的I/O接线下图所示2.3.2.PLC程序设计根据X62W万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的PLC控制梯形图,（如下图所示）；该程序共有10条支路，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。在第1支路中，因SQ1和SB5、SB6都采用常闭触头分别接至输入端子X7、X2，则X7、X2的常开触点闭合，按下启动按钮SB1或SB2时，X0常开触点闭合，Y1、M0线圈得电并自锁，第4支路中Y1常开触点闭合，辅助继电器M1线圈得电，其常开触点闭合，为第5支路以下程序执行做好准备，保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y1的输出信号使主轴电动机M1启动运转。当按停止按钮SB5或SB6时，X2常开触点复位，Y1线圈失电，主轴惯性运转，同时X3常开触点闭合，Y5线圈得电接通电磁离合器YC1，主轴制动停转。第2支路表达了冷却泵电动机M3必须在主轴电动机M1启动运行之后才能运动的工作逻辑。第5、6、7、8支路表达了工作台六个方向的进给、进给冲动及园工作台的工作逻辑关系。向左进给时，SQ5被压合，常闭触点SQ5-2先断开，常开触点SQ5-1后闭合，X11闭合，Y3线圈得电，电动机M2正转，工作台向左运行。向右进给时，SQ6被压合，常闭触点SQ6-2先断开，常开触点SQ6-1后闭合，X13闭合，Y4线圈得电，电动机M2反转，工作台向右运行。当需要向前或向下进给时，压动SQ3，常闭触点SQ3-2先断开，常开触点SQ3-1后闭合，X11闭合，Y3线圈得电，电动机M2正转，并通过机械机构使工作台分别向前或向下运行。当需要向后或向上进给时，压动SQ4，常闭触点SQ4-2先断开，常开触点SQ4-1后闭合，X13闭合，Y4线圈得电，电动机M2反转，并通过机械机构使工作台分别向后或向上运行。当圆形工作台转换开关SA2动作，第5、6支路的X5常开触点分断，第7支路中X5闭合，辅助继电器M2得电，使Y3线圈得电，电动机M2正转，圆形工作台旋转。当SA2复位时，辅助继电器M2失电，使Y3线圈失电，圆形工作台停止旋转。第9支路中反映了在电动机M2正转或反转时，只需按下SB3或SB4,X1常开触点闭合，电磁离合器YC2失电，YC3得电，工作台沿选定方向快速移动；松开SB3或SB4，则电磁离合器YC2得电