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基于 三菱 FX2NC 卧式 车床 PLC 控制系统 设计 说明书 开题 报告

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任务书学院 XXX 专业 XXX 班级 XX 学生姓名 XX 指导教师/职称 XX 1毕业设计(论文)题目：基于FX2NC卧式车床PLC控制系统设计2毕业设计(论文)起止时间： 20XX年 10月 2019年6月3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1田淑珍.S7-200 PLC原理及应用 M.北京：机械工业出版社，20092张运刚等.PLC技术与应用 M.北京：人民邮电出版社，20073徐国林.PLC应用技术 M.北京：机械工业出版社，20074廖常初.S7-200PLC基础教程(第二版)M.北京：机械工业出版社，20095胡学林.可编程控制器教程M.北京：北京电子工业出版社，2003设计原始数据： PLC类型：三菱 FX2NC4毕业设计(论文)应完成的主要任务（1）查阅文献，提出设计方案，完成开题报告；（2）课题的来源和意义，系统设计方案的确定及说明；（3）系统硬件结构及功能说明；（4）I/O点数和I/O接线图确定（5）系统软件编程及功能实现；5任务书下达日期 20XX 年 10 月 21 日 指导教师(签字) 基于FX2NC卧式车床PLC控制系统设计开题报告一、题目来源题目来源于生产实际。二、研究（设计）目的和意义随着现在社会的不断进化科学技术的日益增高，随着工业现代化进程越来越长远，机床设备数控化率已经变成评价一个国家制造工业现代化水平高低好坏。我们国家工业起步晚，虽说近几十年发展迅速，但与其它工业国家对比的话相差很大，这事情严重影响并制约了我国机械制造业的发展。而机械造业事业个国家工业的基础和关键，所以，提高我国机床的数控话比率，这是我们国家前制造技术的方向，是我国实现工业现代化的重要因素之一。然而这已经有两条道路可以选择；一是生产或者进口崭新的数控机床；二是对我国现有的传统机床加以改造。但是由于PLC生产规模较小、可靠性高、程序设计方便灵、抗干扰能力强、运行稳定可靠、开发周期短等特点，所以现在的车床控制系统广泛采用可编程控制器来实现。这种车床运行更加简便，并具有很大的灵活性，可以完成更加复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。PLC 的应用广度和深度已经成为衡量一个国家工业先进水平的重要标志之一。阅读的主要参考文献1张运刚等.PLC技术与应用 M.北京：人民邮电出版社，20072徐国林.PLC应用技术 M.北京：机械工业出版社，20073胡学林.可编程控制器教程M.北京：北京电子工业出版社，20034徐国林.PLC应用技术M.北京：机械工业出版社，20075于广庆.可编程控制器原理及系统设计北京：清华大学出版社20046宋德玉.可编程控制器原理及应用系统设计技术北京：冶金工业出版社20037 宋建成.可编程控制器原理及应用北京：科学出版社20048 张进秋.可编程控制器原理及应用实例北京：机械工业出版社2004III9李方圆.PLC电气控制精解M北京:化学工业出版社，2010.610王士兰.PLC技术及运用M北京：机械工业出版社，2000.811陈忠平等.三菱FX2NPLC从入门到精通北京：机械工业出版社2007四、国内外现状和发展趋势由于现在的科学技术发展和进步越来越快，我国PLC的发展也越来越迅速，PLC在我国的应用已有30年的历史，PLC自20世纪70年代后期进入中国以来，应用增长十分迅速。PLC进入中国时最初是从成套设备引进应用，由于PLC价格昂贵现在市面上引进的PLC主要用于冶金、电力、自动化生产线等大的设备和系统。在工业发展还不够成熟的的早期生产中，大多数使用的控制系统还是继电器控制系统体系，可是由于发生故障的几率比较高，可靠性又较差而且由于使用的是触点开关，导致其控制的方式比较死板，还有是因为对电力的消耗功率大等的缺点，已经被其他较为优良的控制系统给逐渐取代了。但是和微机控制系统和PLC控制系统相比较，虽然微机控制系统对于智能控制这方面有着无可比拟的优点，但是微机控制系统对于外部环境的要求比较高，抗干扰的能力又比较差。并且当其要与外部的输入输出信号相连接的时候，又必须附加一套固定的配套设备和一些必须的硬件设施。微机控制系统在设计硬件和输入输出接口电路的时候，程序的设计和调试的工作量大，而且一般维修难度大和技术要求高。具现在几十前年，PLC产品的工作处理速度要求需要增大，增加了许多特殊功能使得PLC不但有逻辑编程功能，此外，可以控制模拟量，通过工业控制来表征，并且通常欢迎在电气控制领域。 特别是，中小容量PLC已成功取代传统的继电器控制系统，并提高了控制系统的可靠性。 目前，各国都在生产多种类型的PLC，国内的发展速度正在迅速变化，以研究更多的新产品。 但是，国内市场上使用的大多数PLC主要是日本和德国产品。五、主要研究（设计）内容、关键问题及解决思路主要内容：从卧式车床的工作及运行状态入手，PLC系统控制为控制方式，设计一个卧式车床运行控制系统的设计。对卧式车床进行了选择研究，C650卧式车床的构造，研究它的工艺过程，着重与PLC在卧式车床的控制，通过C650卧式车床的运行过程，进行研究写出来PLC的I/O接线图，并且对应各个开关。将梯形图写出，分步骤详细讲解工作过程以及工作原理，然后选择三菱FX2N仿真软件在电脑上编写出III梯形图，再利用仿真软件对我所编写的梯形图进行验证并分析。关键问题：我们在教学与学习的是西门子系列PLC， 三菱FX2N系列的PLC，需要重新在图书馆以及网上查阅相关类型PLC，并且平常对三菱系列PLC了解的并不是很全面，梯形图等编写程序和西门子的编写又有所不同。解决方法：在图书馆借阅相应学习书籍资料学习三菱FX2N系列PLC的编程方法，并向老师请教编程软件的使用与输入方法。同时借助于互联网上丰富的学习资源，查找了三菱PLC在实际工业运用中的实际生产的案列。在网络上学习三菱FX2N系列PLC的编程教学视频。利用网络资源，下载相关的仿真软件进行模拟仿真。六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件了解卧式车床是怎么在运行的，需要实现哪些必须的控制功能。熟悉三菱FX2NC系列PLC的编程、调试方法。七、预期成果（达到目标）设计出的控制系统能够模拟运行状态并使之符合实际使用且安全稳定的运行。根据三层杂货电梯的运行状态及控制要求，编写PLC的控制程序，并通过模拟软件进行调试，达到最终使用要求，在此过程中让自己能较为熟练的掌握西门子S7-200系列的一些相关编程与调试。八、工作的主要阶段、进度与时间安排2018年11月 指导老师下发任务书2018年11月12月10号 查阅先关资料及文献，完成开题报告和开题答辩2018年12月11号2019年1月20号 初步完成毕业设计资料，中期检查2019年1月21号2019年5月25号 完成毕业设计主体工作2019年5月26号2019年5月28号 指导教师完成各项检查及相关签字2019年5月29号2019年5月31号 评阅教师完成评阅意见及相关签字2019年6月1号2019年6月3号 毕业设计答辩III九、指导教师审查意见3基于三菱FX2NC卧式车床PLC控制系统设计前 言这几年来，工业化生产越来越趋近于现代自动化。车床作为机械加工工业必不可少的设备，在工业生产中拥有非同一般的地位。然而传统的电气车床由于自动化水平过于低、并且线路复杂故障检修率高等一系列因素影响。已经不适应现在这个高科技的现代化时代的工业生产要求。PLC的出现作为新时代的产物，为工业开辟了一片崭新的天地，打破了工业控制的一尘不变，带来了史无前例的变革。跟随着技术越来越成熟之后，PLC应用也越来越广泛，功能也越来越全面。 卧式车床是一种广泛用于加工的机床。 本文分析了普通卧式车床电气控制线复杂布线和高故障率的缺点。 介绍了三菱FX2N系列PLC的应用，以设计普通车床的电气控制方案。 在保留主回路原有部件的基础上，利用PLC进行改造，系统的可靠性有了明显的提高，工人的劳动程度得到了明显的降低。 灵活性已大大提高。目录前 言11绪论31.1题目来源31.2课题研究改造背景及发展前景31.3车床改造现状和发展趋势42 PLC控制系统概述42.1 PLC的定义和发展史42.2 PLC的组成结构52.3 PLC的工作过程73 C650卧式车床的工作原理分析83.1 C650卧式车床简介83.3 PLC的的选型103.4 PLC控制设计123.4.1 PLC的I/O接线表配置123.4.2 PLC梯形图143.4.3 指令的编程方式143.4.4 梯形图过程分析153.5.2 仿真调试184.总结22致谢24第1页 共24页1绪论1.1题目来源题目来源于模拟实际课题。1.2课题研究改造背景及发展前景查阅网上有关资料记载，现在的社会，随着各种各样的技术发展与延申，工业控制要求越来越注重质量。车床作为加工各种回零器件的机械，它在工业生产中至关重要。上个世纪中叶，数控技术应运而生，并迅速发展，为机械制造业开辟了一片新天地。数控加工具有以下特点：加工灵活性好，加工精度高，生产效率高，操作劳动强度大，劳动条件改善，有利于生产管理现代化，提高经济效益。用于老式车床的控制系统，接线非常复杂，精度低，出现故障不易维修，一旦系统形成，想增加变动功能也十分不易，并且一旦出现故障，检查复杂，维修不便，工作效率低，已逐渐被各种数控机床取代。但是由于数控机床需要编程，对于数量小的特殊零件，单独编程生产得不偿失，所以仍需要传统车床进行生产。随着现在社会的不断进化科学技术的日益增高，随着工业现代化进程越来越长远，机床设备数控化率已经变成评价一个国家制造工业现代化水平高低好坏。我们国家工业起步晚，虽说近几十年发展迅速，但与其它工业国家对比的话相差很大，这事情严重影响并制约了我国机械制造业的发展。而机械造业事业个国家工业的基础和关键，所以，提高我国机床的数控话比率，这是我们国家前制造技术的方向，是我国实现工业现代化的重要因素之一。然而这已经有两条道路可以选择；一是生产或者进口崭新的数控机床；二是对我国现有的传统机床加以改造。我国拥有技术极大的传统老式机床，这对于一个像我们这样处于经济高速发展期的国家，对旧机床进行改造，是一个极其方便并且快速见成效的方法第2页 共24页1.3车床改造现状和发展趋势在国外的几个先进国家，这些先进的工业国家除了大量的制造数控机床，也有许多专门对旧机床改造公司，主要是因为这几年来，各种因素层出不穷，使得机床制造行业受到了严重的打击，而机床改造却迎来了春天，因为需求成本低、见效快等优点是最近为数不多的经济增长行业，生机盎然，正处于发展的鼎盛时期。用数控技术改造机床是目前世界上最流行的方向正在向着独立的行业技术发展，已逐快渐发展成为一个新兴工作行业。我们国家的工业成长起步较晚，车床改造仍处于研究阶段，但是国家的政策鼓励以至于不少高校和科研院所已提出相应课题，取得了不少的研究成果，相信不久的将来车床改造在我国也会成为一个新兴产业快速发展。2 PLC控制系统概述2.1 PLC的定义和发展史最初，可编程逻辑控制器（PLC），称为PLC，它最主要的功能就是顺序控制。虽然它借用了计算机设计理念，但它只能执行逻辑运算。PLC是一种常用的的工业自动控制装置，它是用以计算机技术和继电器的逻辑控制理念与微处理器为核心基础，吸取了计算机的高端技术，自动控制技术和通信技术。它已经大量的运用于机械方面的工作，甚至化工，交通，冶金，电力，食品等领域，已成为现代工业自动化的支柱之一。根据国际电工委员会（IEC）1993年的说法，“可编程控制器标准IEC 61131”第三版中PLC的定义：“可编程控制器是专用于工业的一类。设计用于环境的数字电子系统它使用可编程存储器来存储面向用户的指令，这些指令执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等功能。数字或模拟输入和输出控制各种类型的机器或生产过程。可编程控制器和相关外部设备的设计应符合易于使用的工业控制系统的原则，这些系统集成在一起并可轻松扩展其功能。随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制器的功能不断扩展和完善。其功能远远超出逻辑控制和顺序控制的范围，并具有模拟控制，过程控制和远程通信等强大功能。第3页 共24页2.2 PLC的组成结构一个完整的PLC的其主要的组成结构有CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源这几个部分组成，是缺一不可的。PLC的外形结构的制成样式是多种多样，有不同的生产厂家都在生产PLC，即使他们生产的PLC种类不同的，外形不一，但是生产出来的PLC的基本组成和一般原理还有结构都是基本上都是一样的，都是以CPU做为程序运算的逻辑核心的结构，如下图2-1所示。编程装置是将用户的程序输送入PLC中的，在PLC开始运行的状态下时，输入单元会接收到外部的元件所传输进来的输入信号，然后PLC根据用户输入的程序进行执行，并且根据程序计算运行后所出现的结果，由输出单元进行输出到外部的驱动设备上。4图2-1 PLC系统结构CPU单元是整个PLC最重要的中心。作为PLC系统的控制中心，其结构通常由运算单元，寄存器和控制电路组成。这些电路印刷在集成电路板上，然后封装在封闭的外壳中。存储单元，输入端和输出端电路通过一些控制总线，地址总线和数据总线连第4页 共24页接在一起电路总是保持通路状态。在运行期间，CPU将始终处于系统的监视程序之下。它由监控程序控制。通过自身扫描输入信号，外部输入信号的状态可以在输入PLC时输入PLC。 PLC启动后，当进入运行状态时，从存储器中逐个读取用户输入命令，并根据指定的任务和逻辑控制执行数据传输，逻辑运算，算术运算等处理。然后将处理结果输出到图像登记区域。简而言之，CPU的功能是读取输入，执行程序和写入输出。构成PLC存储器的组成部分由三部分组成：随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM）和可擦除存储器（EEPROM）。 顾名思义，内存主要用于存储数据。 制造商生产时设置的系统程序，用户使用时编写的程序，以及PLC运行时生成的数据。 只读存储器（ROM）用于存储系统程序。 系统程序是PLC工作系统的固件。 这是在PLC生产过程中编写的，无法更改。在需要使用时写入的控制程序和在使用和操作期间产生的中间操作数据存储在随机存取存储器RAM中，但是其存储的内容在断开后没有存储功能，并且容易丢失。 电源关闭后可以存储程序。 用户编写的程序可以存储在由高能电池支持的可重写存储器（EEPROM）或随机存储器（RAM）中。 关闭电源后可以保存这些程序。 可擦写存储器（EEPROM）是一种相对较新的存储器类型，具有只读存储器（ROM）非易失性和随机存取存储器（RAM）随机存取的优点，通常用于存储重要的长期保存。 I/O单元指的是输入/输出接口电路。 PLC的所有输入和输出功能必须通过各种I/O接口模块传输。可以根据I/O点的数量来划分模块的大小和数量。 I/O模块可以或多或少，但上限受CPU的基本配置限制。输入电路将从外部连接PLC系统。电路元件（如：行程开关，按钮，传感器等，连接到输入端子），电压信号根据PLC操作的要求提供给输入电路，然后通过内部的光耦合电路传输系统。 PLC的内部电路。输入电路具有很强的抗干扰能力，对输入信号的响应时间也非常快。根据输入信号的形式，它可以分为两类：扩展I/O单元和模拟I/O单元。 PLC本身的内部输出电路是输出电路接口在CPU的计算和逻辑处理后驱动输出图像寄存器的结果，用于驱动各种外部负载（如线圈，电磁阀，指示灯，等等。）。 PLC使用I/O扩展接口使I/O扩展单元和PLC的基本单元连接。它是PLC本身的基本I/O输出点或输入点。有需求时，扩展单元可用于扩展输入和输出点的数量，用来达到控制标准。第5页 共24页外设接口就是用来连接外部附加设备的电路例如连接编程器或者是其他的图形编程器，触摸屏，文本屏显示器等等额外的外部设备，PLC有着外界联网通讯功能,常常也要交换信息,因为具备这样的功能才能把各部分组合在一起,实现分散集中控制。目前,PLC产品的外界联网通讯已经成为其最基本的功能之一。很多大厂商的PLC模块直接使用ISO标准化的RJ45接口、串口等,通过相应的通信线缆,可以在一个工业园区范围内交换信息。但是PLC之间的通讯标准是各厂家私有的。现在市面上出厂的新的PLC产品现在都具有外界联网通讯能力,它与电脑一样,可以通过相应的通信电缆在工业园区内交换信息,甚至通过因特网进行全球通信。电源单元用于将220v交流电转换为内部工作电源。 和外面的端口连接的电源通过PLC内部的专用开关稳压器电源将AC和DC电源转换为PLC内部电路所需的工作电源，并为外部输入端口的组件提供24V DC电源，并驱动负荷超载。 电源需要由用户自己提供。2.3 PLC的工作过程PLC的运行工作方式式就是采用的是周期循环扫描，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列被称为扫描。CPU对用户程序的执行的过程是通过CPU的循环扫描，并且周期性的集中采样、联合输出的方式进行实现的。一个扫描周期分为：（1） 读输入阶段。每次的扫描周期开始时，先读取输入端点的当前值，然后写到输入端映像寄存器区域中，在之后用户的程序执行过程时，CPU对输入映像寄存器进行访问，现在读取输入端口处于断开状态，输入端信号变化不会受到寄存器状态的影响，通通只有在输入端信号在有足够的脉冲宽度才可能受到影响。（2） 执行程序的阶段。 当PLC执行程序时，PLC按照向其输入的梯形图的顺序从左到右和从上到下扫描线。 在扫描期间，CPU将把用户输入的程序的第一条指令的结果放到最后一条指令的末尾，程序运行后产生的结果将被输入到输入图像寄存器区域。 在此阶段，在扫描周期进行中的各个部分都可以对中断事件进行响应。（3） 执行CPU自诊断测试的阶段。在这个阶段，CPU会检查硬件、用户程序储存器、所有的I/O接口的模块状态信息。第6页 共24页（4） 写输出阶段。在每个扫描周期的结尾，CPU会把存在输出映像寄存器中的数据输出给数字量的输出端点，更新输出的状态，然后PLC将会进行下一个周期循环，重新执行输入采样的阶段。如果在程序中先按下了中断指令，然后电路中断事件出现时，程序立即中断，而且程序断开状态可以在程序的每一个扫描点运行；如果是程序中使用立即I/O指令，可以直接保存读取I/O点。在按下立即I/O指令读取输入点值的时候，相应输入映像寄存器的数值是不会变化的，而在用立即I/O指令写输出点的值的时候，相应输出映像寄存器的值就会被修改。83 C650卧式车床的工作原理分析3.1 C650卧式车床简介 卧式车床目前大规模的应用于加工车床，加工类型包括各种旋转表面，螺纹和端面。 它主要由主轴箱，进料箱，滑动箱，刀架和尾架组成。 普通车床的电气控制部分一般由传统的继电器/接触器控制。 该系统具有线路简单，成本低的优点。 但是，它的缺点尤为明显。 硬件布线是固定的，难以实现各种逻辑控制，并且电路的复杂性和灵活性非常差。 还要说的是，因为机械触点的工作频率低并且容易损坏，电控制可靠性能低。 它采用三相三相笼式异步电动机驱动; 主轴电机，冷却泵电机和溜板箱快速电机。 图 3-1 C650卧式车床第7页 共24页主轴箱：它的任务是将所有类型的变速机构从主电机传递旋转运动，让主轴得到所需前进和后退转向的不同转速，而主轴箱分开部分动力传递运动 到饲料盒。 主轴箱的主轴是车床的关键部件。 轴承在轴承上的平滑度直接影响工件的加工质量。 一旦主轴的旋转精度降低，机床的使用价值就会变低以至于换新。进给箱：进给箱配备有用于进给运动的变速机构，并且调节变速机构以获得所需的进给量或节距，并且运动通过灯杆或导螺杆传递到刀架以进行切削。溜板箱：是用于车床进给操作的控制箱配备有机构，该机构改变灯杆的旋转运动并且将螺杆改变为线性运动，垂直进给运动，水平进给运动和刀架的高速进给运动。 刀架通过灯条传动实现。 进给螺杆驱动刀架进行纵向线性运动以旋转螺杆。刀架：装夹刀具的夹具。尾架：装夹锥柄工具加工、辅助加工工件的装置。如：钻头、顶尖等床身：卧式车床车床的主要部分。主轴电动机，是可以被允许在没有物体的情况下直接启动的。主轴电动机需要按动实现正反转，或者通过挂轮箱传给溜板箱来拖动刀架的横向移动。为了方便进行车削加工前的设定，主轴需要拖动工件来调整点动，因此主轴电机可以实现单向旋转的低速点控制。主轴电动机停车时，由于加工工件转动惯量较大，故需要采用反转制动。主轴电动机除具有短路保护和过载保护外，在其主回路中还应设有电流监视环节。 冷却泵电动机直接启动，单向旋转，连续工作，具有短路保护与过载保护。3.2 C650卧式车床工艺过程为了加工零件，车床共有切削运动(主运动和进给运动)和辅助运动两种运动。进给运动和主运动是形成加工表面形状所必需的运动，被称为机床的表面形成运动。此外，机器上还有其他运动，例如切入运动和分度运动。水平车床的插入运动通常垂直于进给运动的方向，并由工人手动操作。为了减轻劳动强度并节省工人的闲置行程，除了形成运动，切割运动和分度运动，它们直接影响表面和质量的运动，还有辅助运动,为成形运动创造条件的运动称为辅助运动。6 C650型卧式车床的切削过程均是由主轴运动和刀具进给完成操作的，车窗的主轴、冷却泵机、刀架等都是靠三相异步电动机带动运行。车床共有三种运行的方式；第8页 共24页车削加工的运动是主轴通过卡盘带动共建的运行。进给运动由滑动和次级运动驱动，以横向或纵向移动刀架，这是滑动箱的快速运动，尾架的运动以及工件的夹紧和松开。 主轴的旋转运动由主电机通过传动机构实现。 当机器旋转时，车床主轴需要在很大范围内移动。 通常，切削速度根据加工零件的材料特性，零件的尺寸精度要求，车削材料，冷却条件和加工方法来选择，采用机械变速方法。车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱的输出轴，经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得，其运动方式有手动与机动两种。其工作过程过程，C650卧式车床在进行车削加工的时候，由于零件的材质、形状等工艺要求不相同，所以你所选用的刀具也不会相同，这样刀具运行下切削速度不会相同，所以这就需要调整主轴的转速。方法就是改变主轴箱旁的手柄达到改变转速的要求。C650车床的前进和后退停止由速度继电器控制的电源控制反转。.电机拖动冷却泵。旋转时工具和工件的温度会变得很高，需要冷却泵电机用来冷却工具和工件。冷却泵电机沿一个方向旋转，采用直接启停模式，与主电机具有必要的联锁保护。快速移动电机。 为了减轻工人的劳动强度并节省辅助工作时间，工具架和滑动箱被驱动以快速移动。 可根据使用需求需要需要更改的时候手动停止电动机或者启动电动机。主电机的正负控制电路。主电机的正向旋转由前进启动按钮控制。按下按钮接触器KM首先通电，其主触头闭合短路限流电阻，接触器KM的辅助动触头闭合，中间继电器通电，其触点闭合，接触器电气吸引。主触点打开三相电源，电机在额定电压下开始前进。两个辅助辅助触头分别设置在另一对接触器线圈的电路中，并起到电机正负旋转的电气互锁功能。 5.车削时，工件有不同的材料要求，性能，形状，尺寸和工艺要求，工具类型不同。因此，要求切削速度不同，这要求主轴具有大的速度调节范围。极大部分的车床由机械方法控制。可以改变主轴箱外的手柄位置来改变主轴的速度。主轴电机的反向制动控制，当速度接近零时，来自速度继电器触点的信号用于切断电机功率。133.3 PLC的的选型具现在几十前年，PLC产品的工作处理速度要求需要增大，增加了许多特殊功能使得PLC不但有逻辑编程功能，此外，可以控制模拟量，通过工业控制来表征，并且通常欢迎在电气控制领域。 特别是，中小容量PLC已成功取代传统的继电器控制系统，并提高了控制系统的可靠性。 目前，各国都在生产多种类型的PLC，国内的发第9页 共24页展速度正在迅速变化，以研究更多的新产品。 但是，国内市场上使用的大多数PLC主要是日本和德国产品。由Mitsubishi Corporation开发的FX系列是该公司推出的新型小型PLC。 它还具有简单易用的集成PLC和模块化PLC的优点，功能具有多样性、实用性、配置灵活等优点。 其机型有许多类型，适用于复杂的控制要求，高性能，快速处理速度和大容量。 PLC控制系统的原理是连接PLC和输入输出设备，以达到相应的控制目的和要求。 因此，在开始PLC转换设计之前。 最开始，我们首先要做的必须分析电气设备的工作原理，先根据生产过程的控制要求确定PLC系统的控制方案，然后开始整个系统的设计。 PLC是控制系统的关键，因此您需要选择合适的型号和I / O模块。将扩展单元或扩展模块连接到基本单元，以提供16到256个点的灵活I / O组合。 提供16型号到128点的主机，可以使用至少8个扩展模块进行扩展。 可根据电源和输出形式自由选择。 程序容量：内置800步RAM可以使用高达16K的步进存储盒。 丰富的器件应用指令包括多个可用的简单指令，高速指令，可变输入滤波器常数，中断输入处理和直接输出。 便捷的指令数字开关数据读取，16位数据读取，矩阵输入端读取，输出端显示输出等。数据处理，数据搜索，数据对齐等。卧式车床电气控制系统进行改造, 它的I/O点数在128以下。这种简单控制系统其逻辑操作等功能非常简单, 主要功能是实现条件和顺序控制。为了满足以上的动作和功能要求, 本次改造选择了三菱FX2N系列PLC，它内置式24V直流电源、快速断开端子块、时钟功能和小时表功能、持续扫描功能、输入滤波器调节功能、注解记录功能、在线程序编辑、RUN/STOP、开关密码保护等。如图3-2所示。第10页 共24页 图3-2 FX2N系列外形3.4 PLC控制设计3.4.1 PLC的I/O接线表配置 在将继电器控制电路改成为PLC控制时，原系统的各个按钮、热继电器、速度继电器及接触器全都还要使用，并需要分别与PLC的I/O接口连接。PLC的I/O配置如表3-3所示。机床原配的热继电器采用PLC机外与接触器线圈连接方式，这样的安排可是过载保护更加可靠。快速移动电动机的控制十分简单，也不通过PLC将KM5与行程开关SQ串接后直接接入电源。另外安排定时器T0代替原来电路中的时间继电器KT。第11页 共24页表3-1 I/O表序 号输入设备功能PLC输入继电器SB1停止按钮X0.0SB2点动按钮X0.1SB3正转启动按钮XO.2SB4反转启动按钮X0.3SB5冷却泵停止X0.4SB6冷却泵启动X0.5KS1速度继电器正转触点X0.6KS2速度继电器反转触点X0.7序号输出设备功能PLC输出继电器KM1主轴正转接触器Y0.0KM2主轴反转接触器Y0.1KM3切断电阻接阻器Y0.2KM4冷却泵接触器Y0.3KM5快速电动机接触器Y0.4第12页 共24页3.4.2 PLC梯形图 PLC最初的设计方法是使用继电器电路图设计梯度图，也就是说，根据某些典型的电路，梯度图是一种控制系统，根据受控制对象的具体需要不断加以修改和改进。需要重新调整和修改梯度图，增加中间要素和辅助接触，以便取得成功的结果。但是继电接触器电路中无论主轴电动机正转还是反转，切除限流电阻接触器KM3都是刚开始的指令，在梯形图中，使用第一个支路为切除电阻控制支路。在正转及反转接触器控制支路中，集合了自保持、制动两种控制逻辑关系。正传控制中还加有手动控制。3.4.3 指令的编程方式FX系列可编程控制器也有STL重新输入的RET指令，这两种指令可以很容易地为梯度的顺序控制程序做准备，如果您使用FX编程程序为您的个人计算机编程，您可以使用通过符合IEC1131-3.3标准的序列函数图（SFC）的程序设计语言，该软件可以从顺序函数图中产生，或者将梯度图或说明表转换成顺序函数图。这是一个简单而简单的程序，可编程的FX2-48MR系列控制器的状态是S0-S9，作为最初的运行长度，S10-S19，可用于监测操作情况，自动显示操作状态，容易找到故障发生地点。作为返回点，S20-S499作为一般状态，S500-S899作为电气维修功能，S900-999作为报警功能，在用于方案控制时，应与梯度指令一起使用。L.STL接触器驱动的电路组件有三个功能：装卸电机、指令转换条件和指定的转换目标.STL接触器是与左侧母线的永久性接触。当这一阶段之后转换的条件得到满足时，转换即完成了对下一阶段的指令的准备状态，并将下一阶段转换为一项活动。同时，将在下一阶段进行转换。系统在原创活动状态，关闭与原创活动的STL连接。7STL指令具有以下特点：STL连接点的连接点将按照LD或LDI的指示在STL连接点右侧调整，直至出现下一个STL或Ret.Ret指令D返回到左侧总线。STL驱动的线路通常是相连的。指令RET，否则会出现“程序错误”，PLC将无法工作。STL的接触器可以直接或通过其他接触器驱动Y，M，S，T等部件的线圈。第13页 共24页由于CPU只运行与活动通道长度相应的电路组件，STL指示的应用允许双线圈输出，即不同的STL接触器可以为同一程序元件分别启动线圈。在状态转换过程中，相邻的两个条件将保持在同时的扫描周期中，以避免两个无法同时连接的外部负荷的组合（例如通过控制传感器的两个正反接触器），将硬件锁置于控制之外。程序员。同一定时器的线圈可以在没有同步的情况下使用，但如果在相邻的两个阶段使用，定时器线圈就不能脱离，当活动状态发生变化时，目前的数值就不能替换。STL触点驱动电路组件不能使用MC和MCR指令，尽管STL触点驱动电路不禁止使用CJ指令，但由于其操作的复杂性，不建议使用，STL指令不能用于中断的规模和亚类。复杂的控制系统不仅对I/O是电子的，而且工作流程图一般都很复杂，复杂的序列功能图由一个系列、一个选定的系列和一个平行的系列组成。通过使用方案编制模式选择平行系列和系列来提高认识。选择序列和平行序列编程的关键是对其分支机构和合并的处理，与单一序列相比，当选择序列和平行序列的分支机构和组合时，可能会有一个以上的过渡期。3.4.4 梯形图过程分析 图3-3 梯形图当按下正传启动按钮（X2)时，切断电阻接阻器（Y2）通电运行。当按下反转启动按钮（X3）时，切断电阻接阻器依旧运行。将输出端的切断电阻接阻器放在输入端，此时电路保持通路，输出端运行。计时器（T0)运行计时五秒。然后按下停止按钮（X0）时，此时电路断开，切断电阻接阻器不在运行。第14页 共24页 图3-4 梯形图 按下了正传启动按钮，此时切断电阻接阻器处于运行状态，主轴反转接触器处于闭合状态，主轴正转接触器通电运行。然后切断电阻接阻器和主轴正转接触器在输入端处于运行状态，所以电路此时保持通路。按下速度继电器反转触点，主轴正转接触器通电运行。输出端做输入端电路保持通路。按下点动按钮，主轴正转接触器运行。 图3-5 梯形图按下正传启动按钮和反转启动按钮时，此时电路通电，但主轴正转接触器通电状态改变，开关断开，主轴反转接触器不能运行。将切断电阻接阻器和主轴反转接触器作为输入端，由于切断电阻接阻器和主轴反转接触器处于运行状态所以电路保持通路。将切断电阻接阻器作为输入端，按下速度继电器正转触点（X6）电路开关断开，输出端口主轴反转接触器无法运行。图3-6 梯形图按下冷却泵停止（X4）,电路通电冷却泵接触器（Y3）得电运行。将冷却泵接触器放在输入端，电路保持通路。当按下冷却泵启动（X5）时电路断开，输出端冷却泵接触器无法得电，无法运行。图3-7 梯形图按下点动按钮时，电路通电。输出端快速电动机接触器（Y4）通电开始运行。第 24 页 共 34 页3.5 PLC系统程序设计与调试3.5.1 仿真系统的介绍和操作 本次操作使用的软件程序是仿真软件FX2NC PLC仿真软件（Gppw）进行运行仿真软件，我所使用的是汉化版。这款仿真软件可以模拟大量的FX2NC指令，还可以支持经常使用的的位接触指令，定时器指令，逻辑运算指令，比较指令和大多数数学运算指令。但是仍有一些指令尚无法支持。FX2NC仿真软件的仿真步骤：（1） 先用程序编写出梯形图，然后在左上角的菜单栏李悬着文件选项，然后选择到处，保存为awl的文件；（2） 运行FX2NC(Gppw)仿真软件；（3） 配置CPU，选择所用的CPU型号；（4） 载入成功后，点击“RUN”，从停止切换到运行模式，即完成仿真软件的准备步骤，接下来就可以进行导入程序的仿真了。仿真软件的图如3-8所示 图 3-8 仿真程序界面第 18 页 共 34 页3.5.2 仿真调试进行上述准备过程，载入程序后，一切仿真前准备工作完成。按下正转点按钮SB2，就是相当于输入继电器X0.1得电，继而得出了X0.1开关闭合，输出Y0.0得电，进而KM1得电吸合电动机M1正转启动。松开正转点动按钮SB2后，输入继电器X0.1失电了，导致Y0.0断开。Y0.0失电导致KM1失电释放然后电动机M1正转就停止了。如图3-9所示图 3-9 运行状态图主轴电动机正传控制，按下正转启动按钮SB3，输入继电器X0.2得电，代表X0.2闭合然后Y0.2得电。T0得电后，开始5s倒计时。然后Y0.2闭合，X0.2闭合Y0.2闭合的时候保持着约束条件Y0.2断开，KM3得电吸合短接R，KM1得电吸合。然后Y0.2闭合，自锁Y0.0自锁电动机M1短接电阻R正转启动，电动机启动5s倒计时，T0闭合，Y0.5得电,，KM6得电吸合KM6断开，电流表PA使用见图3-10、3-12还有3-13所示。第 19 页 共 34 页图 3-10运行状态图图 3-11运行状态图第 22 页 共 34 页 图 3-12 运行状态图主轴电动机M1正转停车制动扫描周期顺序，主轴正转运行时，速度继电的正转触点KS1闭合，然后速度继电器X0.6得电继而X0.6闭合