(陈海军大学毕业论文)基于PLC的W万能铣床电气控制.doc

攀枝花学院本科课程设计（论文） X62W型万能铣床电气控制系统的PLC改造学生姓名： 陈海军 学生学号： 200910601003 院（系）： 机械工程学院 年级专业： 09级机械设计制造及其自动化四班 指导教师： 张 祺 二一二年十二月摘要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。电气系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用。PLC是可编程控制器的简称，是一种数字运算操作的电子系统，它采用可编程序的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过模拟的或数字的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。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，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。随着科技进步，和PLC技术的成熟，所以对X62W万能铣床进行PLC改造势在必行，是提高机床性能，提升经济效益及产品质量的关键举措。关键词：X62W铣床；电气控制系统；PLC；梯形图Abstract Various types of milling machine is a motor-driven gear in order to achieve the objects and systems of production process automation technical devices. Electrical system is one of the backbone part of the national economy in the various industries are widely used in many sectors.PLC is a programmable controller for short , is a digital computing operation of electrical system .It uses programmable storage devices used in its internal memory implementation of the logical operations, sequential control, timing,counting and arithmetic operations such as instruction, and through analog or digital input and output interfaces to control various types of machinery and equipment or production process.70 to 80 years in our country most of the milling machine, most of the switch volume control systems are based on the relay control, relay inherent defects, to the milling machine safe and economic operation had a negative impact . As technology advances,and PLC technology matures, so the X62W universal milling machine is imperative for the transformation of PLC is to improve machine performance, enhance economic efficiency and product quality, the key step.Key words：X62W universal milling machine;Electrical control system; Programmable Logic Controller;Terraced figure 目录摘要IAbstractII前言1第一章 铣床简介21.1 铣床国内外研究状况和发展趋势21.2 铣床简单介绍31.2.1 铣床的选型及其适用范围31.2.2 X62W万能铣床的特点3第二章 X62W万能铣床的概述42.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求42.2 X62W万能铣床电器元件设备及参数42.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式5第三章 PLC控制与电气控制的区别73.1 PLC的基本特点73.2 PLC控制与电气控制的综合比较7第四章 X62W万能铣床传统继电器的电气控制原理94.1 电气原理图94.2 主电路分析104.3 控制电路分析114.3.1 主轴电机M1的控制114.3.2 进给电动机M2的控制124.3.3 冷却泵电动机及照明电路的控制15第五章 X62W万能铣床基于PLC改造的硬件设计165.1 改造设计中PLC的选型165.1.1输入输出（I/O）点数的估算165.1.2存储器容量的估算165.1.3控制功能的选择165.1.4 安装与布线175.2 X62W万能铣床基于PLC控制电路的改造195.3 现场信号与PLC软继电器对照表（I/O地址分配表）215.4 整个PLC控制系统的抗干扰设计215.4.1安装场所的选择225.4.2电源干扰的抑制225.4.3完善接地系统22第六章 X62W万能铣床基于PLC改造的软件设计236.1 PLC梯形图236.2 PLC程序表26结论29参考30致谢31前言本设计讲述了x62w万能铣床电气控制的工作原理，说明了用PLC改造的具体方法，从而提高整个电气控制系统的性能。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面，沟槽，齿轮，螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。最早的铣床的美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换，1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大的提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度和效率 王国海,沈蓬.可编程序控制器及其应用M.北京:中国劳动社会保障出版社,2001.。第一章 铣床简介1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势自从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，塑料加工等行业工业设备的电气控制中，越来越多的采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。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装置。随着电子技术的发展，可编程控制器日益广泛的应用于机械，电子加工和设备电气改造中。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95自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化的生产基地的形成，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 廖常初.设备改造中的PLC梯形图设计方法M.北京:电工技术杂志,2001.9。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，X62W综合计算机技术，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。X62W铣床是有普通机床发展而来的，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的生产设备。万能铣床的广泛应用，给机械制造的生产方式，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的一个重要标志。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。可编程控制器简称PC，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC其有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于万能铣床的控制，获得广泛的推广，现在万能铣床以全部采用PLC控制，结束了近20年使用继电控制的历史 焦海生. 可编程序控制器梯形图的顺序控制设计J. 内蒙古电大学刊, 2006, (06)。1.2 铣床简单介绍1.2.1 铣床的选型及其适用范围图1-1 X62W的含义图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，它采用几点接触器电路实现电气控制，PLC转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 张万忠.可编程控制器应用技术M.北京:化学工业出版社,2002。1.2.2 X62W万能铣床的特点1. 能完成很多普通机床难以加工或更本不能加工的复杂型面的加工。2. 采用X62W铣床可以提高零件的加工精度，提高产品的质量。3. 采用X62W可以比普通机床提高2-3倍的生产率，对复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。第二章 X62W万能铣床的概述2.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求1. 机床要求有三台电动机，分别称为主轴电动机、进给电动机和冷却泵电动机。2. 由于加工时有顺铣和逆铣两种，所以要求主轴电动机能正反转及在变速时能瞬时冲动一下，以利于齿轮的啮合，并要求还能制动停车和实现两地控制 陈远龄.机床电气自动控制M.重庆:重庆大学出版社,1997。2.2 X62W万能铣床电器元件设备及参数表2-1 铣床电机参数参照表符号名称型号规格件数作用M1主轴电动机Y132-M-4-B37.5KW,380V,1450r/min1主轴传动M2进给电动机Y90L-41.5kw,380v,1400r/min1进给传动M3冷却泵电动机JCB-220.125kw,380v,2790r/min1冷却泵传动表2-2 铣床元件型号符号名称型号规格件数作用KM1接触器CJ0-2020A,220V1主轴启动KM2接触器CJ0-1010A,220V1反接制动KM3接触器CJ0-1010A,220V1M2正传KM4接触器CJ0-1010A,220V1M2反转KM5接触器CJ0-1010A,220V1M2快速进给KM6接触器CJ0-1010A,220V1油泵电机启动KV速度继电器JY12A1反接制动SB1,2按钮LA2绿色2M1启动按钮SB3,4按钮LA2黑色2M1停止按钮SB5,6按钮LA2红色2快速进给按钮SA1转换开关HZ1-10/E16三极1圆工作台转换SA2转换开关HZ1-10/E16三极1照明灯开关SA4转换开关HZ1-10/E16三极1M1转向开关SQ1限位开关LX1-11K开启式1向右进给SQ2限位开关LX1-11K开启式1向左进给SQ3限位开关LX2-131单轮，自动复位1向前、向下进给SQ4限位开关LX2-131单轮，自动复位1向后、向上进给SA3转换开关HZ1-10/E16三极1冷却泵开关SQ6限位开关LX3-11K开启式1进给变速冲动SQ7限位开关LX3-11K开启式1主轴变速冲动QS转换开关HZ1-60/E26三极1电源总开关FR1热继电器JRQ-4011A,3A1M1过载保护FR2热继电器JR10-103A,5A1M2过载保护FR3热继电器JR10-100.415A1M3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熔断器RL16A2控制电路短路保护FU4熔断器RL14A2照明电源短路保护TC1变压器BK-50380/36V1控制电路变压器TC2变压器BK-150380/127V1照明变压器YA电磁离合器B1DL-III1快速进给R电阻ZB21.45W,15.4A2限制制动电阻2.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式1. 主要结构由床身、主轴、刀杆、横梁、工作台、回转盘、横溜板和升降台等几部分组成，如图2-1所示。图2-1 X62W万能铣床外形图2. 运动形式主轴转动是由主轴电动机通过弹性联轴器来驱动传动机构，当机构中的一个双联滑动齿轮块啮合时，主轴即可旋转。工作台面的移动是由进给电动机驱动，它通过机械机构使工作台能进行三种形式六个方向的移动，即：工作台面能直接在溜板上部可转动部分的导轨上作纵向（左、右）移动；工作台面借助横溜板作横向（前、后）移动；工作台面还能借助升降台作垂直（上、下）移动 吕景泉.可编程控制器及其应用M.北京:机械工业出版社,2001。第三章 PLC控制与电气控制的区别3.1 PLC的基本特点1） 高可靠性，抗干扰强2） 功能强大，性价比高3） 编程简易，现场可修改4） 配套齐全，使用方便5） 寿命长，体积小，能耗低6） 系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维护方便3.2 PLC控制与电气控制的综合比较1） 从控制方法上看，电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成偶，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术 ，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上式存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。2） 从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所以所以继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。3） 从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。4） 从定时和计数控制上看，电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能。5） 从可靠性和可维护性上看，由于电气控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，而PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。第四章 X62W万能铣床传统继电器的电气控制原理4.1 电气原理图该铣床共用3台异步电动机拖动，它们分别是主轴电动机M1、进给电动机M2和冷却泵电动机M3。X62W万能铣床的电气原理图主电路图如图4-1所示。图4-1 X62W万能铣床的电气原理图主电路图X62W万能铣床的电气原理图控制电路图如图4-2所示。图4-2 X62W万能铣床的电气原理图控制电路图4.2 主电路分析主轴电动机M1要求能够实现正反转，但旋转方向变换不频繁。通过换向开关SA4在加工前预先选择，与接触器KM1配合，能进行正反转控制；与接触器KM2、制动电阻R及速度继电器KV的配合，实现主轴电动机的正反转反接制动控制，并通过机械装置进行变速。 进给电动机M2要求能够实现正反转，通过接触器KM3、KM4与行程开关、接触器KM5和牵引电磁铁YA配合，实现三种形式六个方向的常速进给和快速进给控制。 冷却泵电动机只要求单向旋转。电路中熔断器FU1既作为铣床总的短路保护，又作为主轴电动机M1的短路保护；FU2作为进给电动机M2、冷却泵电动机M3及控制变压器、照明变压器一次侧的短路保护；热继电器FR1、FR2和FR3分别作为M1、M2和M3的过载保护 杨长能,张光毅.可编程控制器基础及其应用M.重庆:重庆大学出版社,1992。4.3 控制电路分析4.3.1 主轴电机M1的控制将图4-2的主轴电动机的控制线路另画于图4-3中。图中SB1、SB2、SB3和SB4是分别装在工作台的前面和床身侧面的启动和停止按钮，可在两地控制，方便操作。图4-3 主轴电机控制线路KM1是主轴电动机启动接触器，需要启动主轴电动机时，先将转换开关SA4扳到主轴电动机所需的旋转方向；然后按下启动按钮SB1或SB2，接触器KM1得电且自锁，电动机M1拖动主轴旋转；速度继电器KV动作，KV-1或KV-2中的一对常开触点闭合，为主轴电动机的反接制动作好准备。主轴电动机M1得电通路：T1SQ7常闭触点SB4SB3SB1或SB2KM2常闭触点KM1线圈T1。KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器。停车时，按下停止按钮SB3或SB4，接触器KM1失电，主轴电动机M1惯性转动；停止按钮按到底，KM2得电且自锁，改变了主轴电动机M1的电源相序，串入电阻反接制动；当M1的转速降至约100r/min时，速度继电器KV-1或KV-2的常开触点恢复断开，KM2失电，M1迅速停止转动，反接制动结束。反接制动接触器KM2得电通路：T1SQ7常闭触点SB4或SB3常开触点（已闭合）KV-1或KV-2常开触点（已闭合）KM1常闭触点KM2线圈T1。SQ7是与主轴变速手柄联动的瞬时动作行程开关。主轴变速时，先将变速手柄压下拉到前面，转动变速盘选择需要的转速，然后将变速手柄推回原位。在将变速手柄拉到前面和推回原位的过程中，与变速手柄相联的凸轮都会把行程开关SQ7压下，SQ7的常开触点瞬时闭合一下，KM2得电，主轴电动M1反向转动一下，使变速后的齿轮易于啮合，这就是主轴的变速冲动。主轴变速可在主轴不转时进行，也可在主轴转动时进行。如果是在主轴转动时进行变速，无需先按停止按钮再变速，可直接进行变速操作。行程开关SQ7在变速手柄拉出时，在凸轮的作用下常闭触点先断开，切断接触器KM1的线圈电路，主轴电动机M1断电；SQ7的常开触点后闭合，KM2得电，对主轴电动机M1进行反接制动，M1的转速迅速下降；将变速手柄推回时，SQ7再次动作一下，实现主轴的变速冲动。变速完成后，主轴停止转动，需再次启动电动机，主轴将在新的转速下旋转 谭维瑜.电机与电气控制M.北京:机械工业出版社,2003. 12。4.3.2 进给电动机M2的控制进给运动的所有操作都是在主轴电动机M1启动、接触器KM1常开触点闭合后进行的；所有的进给运动都是由进给电动机M2拖动的。转换开关SA1是工作台的选择开关，当置于“断开”位置时，SA1-1、SA1-3闭合，SA1-2断开，可以进行工作台的进给操作；当置于“闭合”位置时，SA1-1、SA1-3断开，SA1-2闭合，此时不能进行工作台的操作，只能对圆工作台的进给运动进行控制。 工作台的进给运动分为左右的纵向运动、前后的横向运动和上下的垂直运动。当转换开关SA1置于“断开”位置时，将图4-2中工作台进给运动的控制线路另画于图4-4中。接触器KM3、KM4使进给电动机实现正反转控制，用来改变工作台进给运动的方向。进给运动的操作是由两个机械操作手柄与对应的行程开关和机械传动机构相互配合实现的。SQ1、SQ2是与纵向进给机械操作手柄相联动的行程开关，SQ3、SQ4是与横向进给及垂直进给机械操作手柄相联动的行程开关。六个方向的进给运动相互联锁，同一时刻只允许有一个方向的运动，当两个操作手柄处在中间位置时，SQ1SQ4各行程开关都处在未受压的原始状态 王春江. 用PLC改造X62W万能铣床J.南钢科技, 2003, (02) 。图4-4 工作台进给运动控制线路1. 工作台纵向（左、右）进给运动的控制工作台的纵向进给由纵向操作手柄控制，该手柄有三个位置：向左、向右和中间。当将操作手柄扳向右（或向左）时，一方面通过机械机构将工作台与纵向移动的传动装置相联接，另一方面压下向右（或向左）进给行程开关SQ1（或SQ2），SQ1-1（或SQ2-1）常开触点闭合，接触器KM3（或KM4）得电，进给电动机M2通电转动（或反向转动），拖动工作台向右（或向左）移动。当将纵向操作手柄扳回到中间位置时，一方面工作台脱离纵向移动的传动装置，另一方面行程开关SQ1（或SQ2）复位，接触器KM2（或KM3）失电，进给电动机M2断电，工作台停止转动。由于进给速度低，M2未采取制动措施。为避免工作台左、右移动越过极限进给位置发生事故，在工作台的左、右两端各有一块挡铁，当工作台移动到极限位置时，挡铁撞向纵向操作手柄，使手柄回到中间位置，实现自动停车。左、右移动的极限位置，可以通过改变左、右两端的挡铁位置进行调整。2. 工作台横向（前、后）及垂直（上、下）进给运动的控制工作台横向及垂直进给由十字手柄控制，该手柄也有两个，分别装在工作台左侧的前、后方。十字手柄有：前、后、左、右和中间五个位置。与纵向进给操作一样，在扳动十字手柄压下行程开关SQ3、SQ4的同时，将工作台与横向运动或垂直运动的机械传动装置相联接。SQ3控制工作台向下或向前运动，SQ4控制工作台向上或向后运动。当将十字手柄扳向下或向前时，压下行程开关SQ3，SQ3-1常开触点闭合，接触器KM3得电，进给电动机M2通电转动，拖动工作台向下或向前移动。若将十字手柄扳回到中间位置，工作台与传动机构脱离，同时行程开关SQ3复位，接触器KM3失电，进给电动机M2断电，工作台停止进给运动。当将十字手柄扳向上或向后时，压下行程开关SQ4，SQ4-1常开触点闭合，接触器KM4得电，进给电动机M2通电反转，拖动工作台向上或向后运动。3. 工作台的快速移动为提高工作效率，在铣刀未作铣切加工时，工作台可以快速移动，操作过程如下：工作台在进给移动时，按下快速移动按钮SB5或SB6（两地控制），接触器KM5得电，快速移动电磁铁YA通电动作，工作台按原进给方向快速移动，当工作台移动到预期位置，松开探险钮SB5或SB6，KM5失电，YA断电，快速进给结束，工作台按原速度、原方向继续移动。4. 进给电动机的变速冲动为使齿轮易于啮合，与主轴变速一样，进给变速也设有变速冲动装置。SQ6是进给变速冲动行程开关，在操作进给变速盘变速时，其连杆机构会瞬时压下行程开关SQ6，使SQ6-2常闭触点断开、SQ6-1常开触点闭合，接触器KM3短时得电，进给电动机M2瞬时转动一下，实现对进给变速的冲动。从进给控制电路可以看出，进给变速冲动是在行程开关SQ1SQ4不受压、其常闭触点闭合时完成的。所以进给变速时，需将操作手柄都置在中间位置，进给电动机M2不转的情况下，才能实现进给的变速冲动，这一点与主轴的变速冲动不同。5. 圆工作台的控制图4-5 圆工作台进给控制电路圆工作台的控制电路如图4-5所示，此时工作台的进给操作手柄都应处在中间位置，SQ1SQ4的常闭触点处于闭合的原始位置，按下主轴启动按钮SB1或SB2，接触器KM1、KM3先后得电，主轴转动的同时，进给电动机M2通过传动机构拖动圆工作台单向转动。若要使圆工作台停止运动，只要按下主轴停止按钮SB3或SB4，主轴与圆工作台便同时停止工作。6. 进给控制的联锁在铣床加工中，为安全起见，在多种运动间设置了相互的联锁。它们包括：主轴运动与进给运动间先主轴后进给的顺序联锁；工作台六个运动方向间不能同时进行的联锁；进给变速冲动应在进给运动停止时进行的联锁；圆工作台与工作台的进给不能同时进行的联锁 崔琪,李晓波. 基于PLC的铣床控制系统改造设计J. 机械制造与自动化, 2010, (03) 。4.3.3 冷却泵电动机及照明电路的控制为防止铣切加工时过热，在铣床工作时，可以启动冷却泵电动机M3，提供冷却液。由于冷却泵电动机M3容量小，直接用转换开关SA3控制。工作台的照明电源是由照明变压器T2将380V交流电压降至36V安全电压提供的，照明电路由转换开关SA2控制。第五章 X62W万能铣床基于PLC改造的硬件设计5.1 改造设计中PLC的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 5.1.1输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展 ，余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 5.1.2存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 5.1.3控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。本设计中选用三菱FX-2N-40MR（输入14点，输出13点，共12点；内存容量估算25 X (1015）=400字)5.1.4 安装与布线1 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。2 PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。3 PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。4 PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。5 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。综上，鉴于西门子S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。并且具有紧凑的的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得S7-200 PLC可以近乎完美地满足小规模的控制要求，所以本次设计选用S7-200系列PLC。由于本设计实现的是整个控制电路用PLC控制，且圆形工作台转换开关SA1和换刀开关SA2和SA3不能直接接到PLC的输入端口来实现信号的输入，因而需引入接触器KM7、KM8、KM9。利用接触器的辅助触点和常开、常闭按钮（SB7SB12）来实现对工作台与圆形工作台之间的转换、照明灯通断以及油泵电动机的启动与停止的控制。因此可将图4-2稍作修改后如图5-1所示。根据修改后的图，确定输入信号与输出信号。输入信号：SB1SB12，SQ1SQ4，SQ6SQ7，KV1KV2。（精简成17个信号）输出信号：KM1KM9。（9个信号）S7-200 PLC的CPU模块按I/O点数多少不同而有五种不同结构配置的品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226。由于本设计中对铣床电气控制部分的改造需要17个输入信号、9个输出信号，所以选择S7-200 CPU226这款集成24输入和16输出的PLC 周斌. PLC在X62W卧式万能铣床电气控制系统改造中的应用J. 机电工程技术, 2009, (01)。图5-1 修改后X62W万能铣床的电气原理图控制电路图5.2 X62W万能铣床基于PLC控制电路的改造X62W万能铣床电气控制线路中的主电路保持不变，如图5-2所示。图5-2 X62W万能铣床的主电路图在控制电路中，变压器TC的输出及整流器VC的输出部分去掉，用可编程控制器改造后的PLC硬接线如图5-3所示。为了实现整个控制电路用PLC控制，圆形工作台转换开关SA1和换刀开关SA2和SA3分别用SB7SB12表示常开和常闭按钮接入PLC的输入端子。同时为了保证各种联锁功能，将SQ1SQ4和SQ6SQ7,SB1SB12和KV1KV2按图4-2分别接入PLC的输入端，输出器件电压等级是接触器使用的220V电压。X62W所有的电器元件均可采用改造前的型号 蔡美茹. X62W型万能铣床电气控制线路的改进J. 浙江工商职业技术学院学报, 2006, (02)。图5-3 S7-200PLC硬件接线图5.3 现场信号与PLC软继电器对照表（I/O地址分配表）表5-1 I/O地址分配表I/O地址分配表分类信号名称现场信号PLC线圈编号输入信号主轴启动开关常开SB1,SB2I0.0主轴反接制动常闭SB3,SB4I0.1主轴反接制动常开SB3,SB4I0.2快速进给常开SB5,SB6I0.3圆工作台启动SB7I0.4圆工作台停止SB8I0.5照明灯亮SB9I0.6照明灯灭SB10I0.7油泵电机启动SB11I1.0油泵电机停止SB12I1.1向左进给SQ1I1.2向右进给SQ2I1.3向前、上进给SQ3I1.4向后、下进给SQ4I1.5进给变速冲动SQ6I1.6主轴变速冲动SQ7I1.7速度继电器辅助常开触点KV-1，KV-2I2.0输出信号主轴启动接触器KM1Q0.0主轴反接制动接触器KM2Q0.1M2正转接触器KM3Q0.2M2反转接触器KM4Q0.3快速进给接触器KM5Q0.4油泵电机启动接触器KM6Q0.5辅助接触器KM7Q0.6辅助接触器KM8Q0.7辅助接触器KM9Q1.05.4 整个PLC控制系统的抗干扰设计 虽然S7-200系列PLC在设备的硬件设计方面采取了各种措施来提高其可靠性和抗干扰能力，防止外界的噪声干扰。但过于恶劣的环境下，如强电路或强电设备所形成的恶劣电磁环境，可能破坏PLC的内部信息，导致控制系统混乱，严重时可能破坏PLC的内部元件。所以控制系统的抗干扰设计十分重要。 影响PLC控制系统的干扰源大都产生在电流或电压剧烈变化的部位。PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有：来自空间的辐射干扰、来自系统外引线的干扰、来自PLC系统内部干扰、变频器干扰等。其中变频器干扰处理比较麻烦，因为变频器启动及运行过程的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。处理办法有加隔离变压器、使用滤波器和加输出电抗器。为了减少干扰对系统的干扰，提高系统的可靠性，必须从控制系统的设计阶段开始便采取以下措施：抑制干扰源的产生：切断或衰减干扰源和控制系统之间的路径;提高设备的抗干扰能力。具体措施如下。5.4.1安装场所的选择尽量减少干扰源对PLC控制系统的影响，安装环境的温度和湿度适宜，温度约在0-55摄氏度，注意通风散热，相对湿度控制在10%-90%，保持设备良好的绝缘性能。另外，PLC控制柜的安装要远离强震动源，以免造成接线或插件的松动。5.4.2电源干扰的抑制 主要采取的手段有：使用隔离变压器、使用滤波器和分离供电系统。使用隔离变压器时注意将屏蔽层接地以及二次侧连接要使用双绞线，使用滤波器时，根据电网干扰的频率范围选择滤波器的频率范围比较困难，所以常将隔离变压器和滤波器一起使用，如下图所示：5.4.3完善接地系统良好的接地是控制系统可靠运行的重要条件。良好的接地可以抑制混入电源和输入输出端的干扰，防止有漏电电流产生的感应电压等。最好的接地方式是将控制器和其他设备分别接地，避免它们之间串联接地。第六章 X62W万能铣床基于PLC改造的软件设计6.1 PLC梯形图根据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，如图所示。该程序共有13个网络，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。该程序及PLC的硬接线不仅保证了原电路的工作逻辑关系，而且具有各种联锁措施，电气改造的投资较少、工作量较小 杜建青. 用可编程序控制器改造X62W万能铣床J. 制造技术与机床, 1992, (05)。在网络1中，因SQ7和SB3、SB4都采用常闭触头分别接至输入端子I1.7、I0.1，则I1.7、I0.1的常开触点闭合，按下启动按钮SB1或SB2时，I0.0常开触点闭合，Q0.0、线圈得电并自锁，在网络4中Q0.0常开触点闭合，中间继电器M0.2线圈得电，其常开触点闭合，为网络4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。Q0.0的输出信号使主轴电动机M1启动运转。在网络2中，当按停止按钮SB3或SB4时，I0.1常开触点复位，Q0.0线圈失电，主轴惯性运转，同时I0.2常开触点闭合，M0.0线圈得电接通Q0.1，主轴反接制动停转。在网络3中，SQ7被压合，I1.7常开触点闭合，网络1中I1.7常闭触点断开，从而Q0.0失电，继而网络3中的Q0.0常闭触点复位，M0.1得电接通Q0.1，主轴制动停转，实现主轴变速冲动 Richard C. Dor.f Modern Control SystemsM. NJ.Pearson Education.2001.。在网络4、网