X6132铣床电气PLC改造设计【包含CAD图纸、说明书全套】【YC系列】
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本科毕业设计（论文）说明书X6132铣床电气PLC改造学 院 专业班级 学生姓名 指导教师 提交日期 2014年XX月XX日 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学广州学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日指导教师签名： 日期： 年 月 日I摘 要可编程控制器(PLC )作为控制系统的核心装置，功能强大、性能稳定可靠。在现代工业自动化生产中得到了广泛的应用。取得了理想的控制效果。X6132型万能铣床是目前国内生产的结构比较完善，通用性能强，应用比较广泛的一种典型铣床。主要用于加工平面，斜面，沟槽和成形面以及螺旋面的加工。本机床刚性好，生产效率高，工艺范围广。但它的电气控制部分大多数还是采用传统的继电器控制，继电器、接触器是一些电磁开关。由励磁线圈、铁心磁路、触点等部件组成。通过继电器 接触器等其它控制元件的线路连接，可以实现一定的控制逻辑，从而实现设备的各种操作控制。本论文以X6132铣床为背景，对其电气控制系统进行PLC改造，理论与实践相结合，详细阐述了可编程控制器PLC技术在X6132铣床控制系统中的应用。论在程序设计之前，首先对现有铣床控制系统进行电路分析，了解其基本控制原理。而后对控制方案的论证与设计；本文利用三菱公司生产的FX2N系列PLC对其控制系统进行改造，最后利用其编程软件GX Developer软件进行程序的编写。关键词：可编程控制器，铣床，电气控制AbstractProgrammable logic controller (PLC) as the core device of the control system， powerful， stable and reliable performance. Has been widely used in modern industrial automation production. Has the ideal control effect.X6132 type universal milling machine is the current domestic production of more perfect， strong universal property， a typical machine widely used. Mainly used for processing plane， inclined plane， groove and forming surface and the processing of the spiral surface. This machine has good rigidity， high production efficiency， wide processing range. But the electrical control part of it most still use the traditional relay control， relay， contactor as electromagnetic switch. Composed of the excitation coil， magnetic circuit， contacts and other components. Connected by a relay contactor control circuit and other components， can achieve a certain control logic， so as to realize the various operation control equipment.This paper is based on the X6132 milling machine， PLC transformation of the electrical control system， the combination of theory and practice， elaborated on the programmable controller of PLC technology in the control system of X6132 milling machine. In the program design， the existing milling machine control system of circuit analysis， to understand the basic control principle. Then the demonstration and design of control scheme; the FX2N series PLC produced by Mitsubishi Co， a transformation of its control system， prepare the final program using the programming software GX Developer software.Keywords： programmable controller， milling machine， electric control1目 录摘 要1Abstract21 绪论51.1 课题目的及意义51.2 机床控制系统的研究现状51.2 可编程控制器国内外的发展161.2.1 国外可编程控制器的发展61.2.2 国内可编程控制器的发展71.3 PLC技术的发展及趋势81.4 本文的设计任务92 X6132结构原理和硬件设计102.1 X6132铣床结构组成及控制系统要求102.1.1 X6132铣床的结构组成102.1.2 X6132铣床控制系统的要求112.2 X6132铣床系统硬件设计122.3 本章小结143 X6132铣床传统继电器控制系统设计153.1 主电路设计153.2.1 主电路分析153.2 控制电路设计163.2.1 主轴电机M1的控制173.2.2 进给电动机M2的控制183.2.3 冷却泵电动机及照明电路的控制213.3 本章小结214 X6132铣床PLC控制系统的硬件设计224.1 控制方案比较与选择224.1.1 继电器控制224.1.2 单片机控制9224.1.3 PLC控制3234.1.4 PLC与其它控制装置的比较 3244.2PLC控制系统结构组成254.3 PLC和I/O扩展模块的选型254.4 PLC I/0的分配264.5 系统电气控制接线图设计274.6 本章小结295 系统软件设计305.1 三菱GX Developer 编程软件简介305.2 X6132铣床PLC程序设计315.3 X6132铣床指令表355.3 本章小结416 总结与展望426.1 总结426.2 展望42致 谢43参考文献44441 绪论 1.1 课题目的及意义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。铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，已成为现代生产中的主要设备。铣床主要是用于加工零件的平面、斜面、沟槽、成型面的加工机床。可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、传动箱、铣夹头、平口钳等附件。其用途广泛，在机械行业的机床设备中占有相当大的比重。在传统控制方式中，铣床的电气控制系统普遍采用接触器和继电器控制形式，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，致使控制系统存在许多缺点，如控制系统的体积增大，耗电多，控制精度达不到要求，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产等。近年来随着计算机控制技术的发展，并且各企业重视节源效益，铣床生产自动化控制水平也相应提高和不断深入。传统继电器控制技术逐渐被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。而PLC本身优异的性能使基于PLC控制的控制系统变的经济、高效、稳定且维护方便。这种控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。因此设计基于PLC控制技术的铣床控制系统有其巨大的经济价值、环保意义及实践意义。而通过本次毕业设计的我们可以更加深入的了解铣床的工作原理，了解解决X6132铣床控制系统所使用的方法；最主要的是学习了PLC在实际项目中的编程方法。1.2 机床控制系统的研究现状传统机床电气控制是继电器接触式控制系统，由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，实现对机床的启动、停车、有极调速等控制。继电器接触式控制系统的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强、价格低，因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触式控制仍然是机床和其他机械设备最基本的电气控制形式之一。 在实际生产中，由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因而传统的继电器接触式控制系统常不能满足这种要求，因此曾出现了继电器接触控制和电子技术相结合的控制装置，叫做顺序控制器。它能根据生产需要改变控制程序，而又远比电子计算机结构简单，价格低廉，它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制的。但它的装置体积大，功能也受到一定限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展及应用，上述控制技术也发生了根本性的变化，在上世纪70年代出现了将计算机的存储技术引入顺序控制器，产生了新型工业控制器可编程序控制器(PLC)，它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前在世界各国已作为一种标准化通用装置普遍应用于工业控制。 为解决占机械总加工量80左右的单件和小批量生产的自动化难题，50年代出现了数控机床。它综合应用了电子、计算机、检测、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就，它是典型的机电一体化产品。数控机床经过40年来的发展，品种日益增多，性能不断完善，其中以轮廓控制的数控机床和带有自动换刀装置和工作台能自动转位的数控加工中心发展更为迅速。数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其中伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。1.2 可编程控制器国内外的发展11.2.1 国外可编程控制器的发展 PLC问世于 20 世纪 60 年代，当时的PLC功能都很简单，只有逻辑、定时、计数等功能；硬件方面用于PLC的集成电路还没有投入大规模工业化生产， CPU 以分立元件组成；存储器为磁心存储器，存储容量有限；用户指令一般只有二三十条，还没有成型的编程语言；机型单一，没有形成系列。一台PLC最多只能替代200300个继电器组成的控制系统，在体积方面，与现在的PLC相比，可以说是庞然大物1。 世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的世界第一台可编程序控制器PDP-14。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1。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便1。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。11.2.2 国内可编程控制器的发展在我国的可编程序控制器的发展与国际上的发展是有所不同，国际上的可编程序控制器的发展是从研制再到开发，从开发再到生产最后到应用，而我国的可编程序控制器的发展则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段： (1) 可编程序控制器的初级认识阶段 (2) 可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段(3) 可编程序控制器的广泛发展阶段 随着我国改革开放的不断深入，国外厂商纷纷看好中国的市场，在中国建立他们的办事处，甚至将他们的亚太总部设在中国。国内企业纷纷引进国外技术，从而促进了一批技术引进企业、合资企业的建立，带动了我国可编程序控制器行业的技术发展。可喜的是从90年代初期开始，由于可编程序控制器应用的不断深入，国内又掀起了自主研制开发可编程序控制器的高潮，虽然多为小型可编程序控制器，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性已有明显的提高，代表产品如南京嘉华的JH200，I/O为12到120点，有高速计数器和模拟量功能；杭州新箭公司的D20P，其I/O为12/8点，D100的I/O可从40点扩展到120点；兰州全志的RD100、RD200，前者I/O为9/4点，2点模入，后者I/O为2040点，扩展的功能有编码盘测速，热电偶测温和模拟量I/O，能联网32台RD200以及与PC机进行实时通信。同时，中大规模的可编程序控制器在国内也开始出现，交通部上海船舶运输研究所的STI2000，I/O为256点，多台联网时I/O可达4096点；北京和利时公司研制生产的Hollias-PLC 可编程序控制器，其中典型的产品为数字量I/O达1024点，模拟量I/O达256点，内置TCP/IP通信接口，很容易接入管理网，配有PROFIBUS-DP现场总线的主站，从站和远程I/O，并与合作伙伴一起推出了 InterControl G3小型可编程序控制器系统。在国外产品强手如林的情况下，这些产品已具有和国外同类产品进行竞争的能力，充分说明国产可编程序控制器发展已进入了一个新的阶段。1.3 PLC技术的发展及趋势世界范围内PLC应用领域很广，并逐年扩大，它的技术不断升级，结构也在改进和作相应的调整，通过这些变化，现在的控制产品功能越来越强，性价比也慢慢得到人们肯定。（1）、产品规模呈现出朝着两极发展的趋势。一方面小型和超小型PLC得到了重要发展，追求速度更快、性价比更高的产品。另一方面，另一方面，朝着高速，大容量，大型PLC的方向迈进。随着复杂系统的开发，控制微处理器和计算机技术改进，所要求的信息处理速度越来越快，同时也需要较大的存储容量。（2）、向通信网络化发展PLC中该领域发展的一个趋势是网络控制系统。多台PLC之间、与上位计算机的联网通信的应用变得很普遍。PLC生产商现在都在研究自家特有的通信模块和通信软件，目得是加强PLC的联网的能力。当然相关厂家之间也在商定某些互通的通信标准，这对网络系统的构建变得更大成为了可能。（3）、向模块化、智能化发展适应各种工业自动控制系统产生的种种需求，最近几年，PLC生产企业先后开发了很多新的器件和模块，例如智能I/O模块、温度控制模块和用于检测本体外部故障的专用模块等，它们的开发和应用不但增强了基本功能，同时还增强了系统的可靠性。（4）、编程所需工具和语言多样化与标准化生产商制造的硬件和编程工具更换频繁，丰富多彩，同时改善功能，这使得它的基本部件，如I/O模块、编程语言和编程工具、通信协议等的技术更为规范化和标准化。1.4 本文的设计任务（1）阐述铣床的PLC控制系统设计目前研究的意义，同时简单介绍可编程控制器国内外的发展，确定其在X6132铣床控制系统中的可行性。（2）现有X6132铣床控制电路的研究。了解铣床的工作过程。确认其控制方案。（3）PLC程序的设计，包括控制方案的选取与设计、I/0接口信号的确定、模块的选择，控制程序的设计。2 X6132结构原理和硬件设计2.1 X6132铣床结构组成及控制系统要求2.1.1 X6132铣床的结构组成X6132万能卧式铣床主要构造由床身，悬梁及刀杆支架，工作台，溜板和升降台等几部分组成，其外形图如图2-1所示图2-1 X6132铣床结构图箱形的床身13固定在底座1上，在床身内装有主轴传动机构及主轴变速操纵机构.在床身的顶部有水平导轨，其上装有带着一个或两个刀杆支架的悬梁.刀杆支架用来支承安装铣刀心轴的一端，而心轴的另一端则固定在主轴上.在床身的前方有垂直导轨，一端悬持的升降台可沿之作上下移动.在升降台上面的水平导轨上，装有可平行于主轴轴线方向移动(横向移动)的溜板5.工作台7可沿溜板上部转动部分6的导轨在垂直与主轴轴线的方向移动(纵向移动).这样，安装在工作台上的工件可以在三个方向调整位置或完成进给运动.此外，由于转动部分对溜板5可绕垂直轴线转动一个角度(通常为450)，这样，工作台于水平面上除能平行或垂直于主轴轴线方向进给外，还能在倾斜方向进给，从而完成铣螺旋槽的加工。其传动框图如图2-2所示图2-2 X6132铣床传动框图2.1.2 X6132铣床控制系统的要求（1） XA6132万能卧式铣床，主轴传动系统在床身内部，进给系统在升降台内，而且主运动与进给运动之间没有速度比例协调的要求。故采用单独传动，即主轴和工作台分别由主轴电动机，进给电动机拖动。而工作台进给与快速移动由进给电动机拖动；经电磁离合器传动来获得。（2）主轴电动机处于空载下起动，为能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能称实现正、反轨但旋转方向不需经常改变。仅在加工前预选转动方向而在加工过程中不交换。（3）铣削加工是多刀多刃不连续切削，负载波动。为减轻负载波加动的影响，往往在主轴传动系统中加入飞轮，使转动惯量加大，但为实现主轴快速停车，主轴电动机应设有停车制动。同时，主轴在上刀时，也应使主轴制动，为此本铣床采用电磁离合器控制主轴停车制动和主轴上刀制动。（4）工作台的垂直，横向和纵向三个方向的运动由一台进给电动机拖动，而三个方向的选择是由操纵手柄改变传动链来实现的。每个方向又有正反向的运动，这就要求进给电动机能正、反转。而且，同一时间只允许工作台只有一个方向的移动，故应有联锁保护。（5）使用圆工作台时，工作台不得移动，即圆工作台的旋转运动与工作台上下，左右，前后六个方向的运动之间有联锁控制。（6）为适应铣削加工需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。XA6132万能铣床采用机械变速，改变变速箱的传动比来实现，为保证变速时齿轮易于啮合，减少齿轮端面的冲击，要求变速时电动机有冲动控制。（7）根据工艺要求。主轴旋转和工作台进给应有先后顺序控制，即进给运动要在铣刀旋转之后进行，加工结束后必须在铣刀停转前停止进给运动。（8）为供给铣削加工时冷却液，应有冷却泵电动机拖动冷却泵，供给冷却液。（9）为适应铣削加工时操作者的正面与侧面操作要求，机床应对主轴电动机的走动与停止及工作台的快速移动控制，具有两地操作的性能。（10）工作台上下、左右、前后六个方向的运动应具有限位保护。 (11）应有局部照明电路2.2 X6132铣床系统硬件设计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。各个电机的性能参数如下表2-1所示：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冷却泵传动所需电气元件类型及规格如下表2-2所示表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 本章小结本章主要对X6132铣床结构进行分析，并且根据其技术参数完成基本电气元件的选型。3 X6132铣床传统继电器控制系统设计3.1 主电路设计该铣床共用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。X6132万能铣床的电气原理图主电路图如图3-1所示。图3-1 X6132万能铣床的电气原理图主电路图3.2.1 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。3.2 控制电路设计X6132万能铣床的电气原理图控制电路图如图3-2所示。图3-2 X6132万能铣床的电气原理图控制电路图3.2.1 主轴电机M1的控制将图3-2的主轴电动机的控制线路另画于图3-3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3-3 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。3.2.2 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3-2中工作台进给运动的控制线路另画于图3-4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。图3-4 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3-5 圆工作台进给控制电路圆工作台的控制电路如图3-5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。3.2.3 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。3.3 本章小结本章主要对X6132铣床传统继电器控制电路进行设计分析，通过本章设计，了解铣床控制系统的基本原理，为下章PLC改造左基础。4 X6132铣床PLC控制系统的硬件设计4.1 控制方案比较与选择 通常控制系统中采用得比较多的方法有以下三种：继电器、单片机、PLC。而它们各有特点，并且自各适用范围也不一样。4.1.1 继电器控制继电气狭义上的说就是我们通常指的开关，它在满足条件的情形下实现开启和关闭。采用继电器的控制系统具有几大优点，如设计电路较为直观明了、结构比较简单而且价格偏低。在实际工业中，只依靠它的触点通断来实现控制在实际应用中难免存在某些方面缺点与不足:如在触点转换时影响响应的速度，进而使得控制精度降低;开与闭的切换频率在时，容易使触点产生电火花甚至产生电弧，这样耗电量增加，并且使用寿命降低;继电器是不具有通用性的，在设计复杂逻辑关系时，要求难以实现；该系统必须手工接线和安装6。当需要改动时，哪怕很简单，调整这些过程会花费大量时间去完成。4.1.2 单片机控制9一单片机控制系统的概述及其特点单片机的别名叫微控制器，它均含有一个中央外理器（CPU），RAM，ROM，I/O接口电路，定时器/计数器等，系统时钟和系统总线，构成一个完整的微型计算机系统并能实现计算控制。单片机系统的使用是成本减低，但效率并没有减低。 二单片机控制系统的设计方法9 单片机的硬件是由处理器、存储器、输入/输出接口和外部物理设备的有效结合，软件则是对应监控程序的总合。设计系统时必须考虑硬软件要相适应，不能光开发其中一方面，这样才可以开发出性能好的控制系统。它的开发分为几个步骤，过程不能独立进行，要求交叉配合。下面分别简要予以讨论。91.总体设计9开始进行设计之初，必须综合考虑系统的功能要求和其使用条件来确认出合理的各项指标，做到与标准相符合。接下来依照市面上不同产品情况和对应主机的性能和所需开发设计工具等条件来选择合理的具体设计型号。再次还要选择能使系统精度、可靠性满足要求为前提下的传感器、模拟输入/输出接口、存储器、打印机以及显示器等设备。 2.硬件设计9 根据系统提出的总体要求来确定硬件部分的设计，该部分总体思路上设计出系统的电路原理图，做一些不可缺少的部件测试和结构的加工。总线的负载能力大小、它的扩展的片选方式是不可忽略的。3.软件设计9监控程序的设计虽然是最基础的，但是其工作量依然不少。与我们通常熟悉的在计算机上的软件设计不一样的是它的软件设计部分是在没有操作系统的情况下完成的，在不同应用系统中软件设计通常要注意以下三个问题。（1）合理的软件结构（2）程序结构设计（3）程序设计顺序 上一步结束以后，运用对应汇编软件进行的汇编，得到所需要的机器码。4.1.3 PLC控制3一PLC控制系统概述及其特点3PLC控制的特点是通用性强，使用便捷，应用面大，具有强大的抗干扰能力和程序易学易编等优点。只要计划的输入和输出信号，然后根据控制要求，PLC指令调度的PLC控制程序。它不仅可以轻松实现唯一的时序逻辑，运动控制，定时控制，计数控制，数字计算，数据处理等常用功能，还能建立数字和模拟接触I/0接口，控制各位机械，使自动控制过程达到生产目的。 （1）顺序控制。通常顺序控制过程中，由控制信号发出的指令，让各个驱动器在生产过程中，根据动作自动运行。因为这样的程序的设计具有灵活性，它的响应速度也很快，高度可靠，生和和使用成本低廉，同时管理修理方便，可以说它完全可以取代单一控制。 （2）闭环过程控制。当前功能的全部是采用PLC，因为软件能实现模拟量模块的选取，所以它更为可靠，较为复杂的系统也能容易地达到要求，它所使用的方法也非常成熟和科学。 （3）控制运动位置。PLC与数控系统相互集成后，可以精确控制CNC的位置和运动状态，当信息输入装置接受处理和计算后，发出一系列的脉冲，来控制步进电机工作，这样数控设备就能实现多轴步进电机控制的目的。（4）监控和管理。通信接口，可以显示终端。显示器较为智能，它可以通过人机界面更好的实现互动与信息的传递。操作所需要的功能都能够在显示器上显示并简单触摸就能完成。（5）独有的网络性。它能够和多台电脑之间现建立信息互联。成为具有分布式特性的控制系统，形成一个企业自动化网络。它能实现远程监控，让企业技术工人依靠专有线路去实现远程监控系统的控制3。4.1.4 PLC与其它控制装置的比较 3 1. 强大的抗干扰能力，可靠性好企业生产需求对PLC的性能提升要求日益迫切，其使用了以下措施：（1）滤波器与光电耦合隔离的加入，使得了不同类别的干扰信号不能进入。（2）器件里面含有电磁屏蔽。（3）为了不让电源线产生不良干扰，它使用质量非常好的开关电源。（4）自诊断能对内部检测。（5）如果电源断电或运行被迫中断，为了防止重要信息丢失，它能够用电池供电使数据及时备份。（6）冗余技术提高了PLC的使用可靠性。一般PLC可以几万小时不会出现故障，可见它的可靠性很高。无数实践表明，如果PLC系统在生产使用时出现了故障，多数原因是控制核心之外的开关、执行元件等造成的，并非PLC核心的问题。2. 通用能力强，使用简便如今PLC设备批量化生产，产品均已实现了标准化，用户可以选取各种输入/输出模块和配套部件，能便捷搭建成所需的控制系统，使用者只需简单的程序设计。3. 简便与易理解的编程过程PLC是企业控制的重要核心，它所面向的对相是企业中的专业人才。技术人员一般不用使用计算机编程语言，而且PLC编程和继电器梯形图语言有着很强的相通性，使得容易上手，所编出来的程序简单和容易理解。4. 科学成熟的结构模块化，系统组合方便灵活可编程控制器它的每个组成部分是采用模块化设计的，通过机架和电缆把各模块连接起来。系统的功能和尺寸可以根据自己的实际需要相结合的，让用户可以在一个合理的成本条件下满足性能要求。5设计所花时间短它急速缩短了整个设计所用时间，推进了设计的步伐。6安装、调试便捷PLC通常是不用配制专用的房间，它可以直接运行在各种企业生产条件中。实际使用过程中，把PLC的I/0端口与实际设备对应连接，系统就能够启用，同时接线的任务量反而比以前采用的系统少许多。在实验室里面就可以设计与调试大部分程序，输入信号可以用模拟开关替换，通过观看二极管的显示情况就可以知道PLC的输出状态。如果突然出现故障可以参照PLC上发光二极管以及编程器反映出来的信息，立马找到出现故障的设备。假如是自身发生了问题，这种情况下可以更换模块的方法去解决故障。它的这些优点不仅使维护效率大为提升，而且又使对生产的不良影响减少到非常小的水平，同时又保障了生产。34.2PLC控制系统结构组成本设计的X6132铣床控制系统硬件主要由PLC、电磁离合器、继电器、接触器、三相异步电机，运行指示灯，报警指示灯等组成。4.3 PLC和I/O扩展模块的选型 选择能满足本铣床控制要求的适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要作用。PLC的选择包括机型，容量，I/O模块的选择等几个方面。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。输入信号：SB1SB12，SQ1SQ4，SQ6SQ7，KV1KV2。（精简成17个信号）输出信号：KM1KM9。（9个信号）本铣床输入分配：17个点，输出分配：9个点。本系统选取的是三菱公司生产的小型整体式可编程控制器FX2N-32MR-001系列，输入端子选择16点， 输出端子选择16点，输出满足控制要求，输入不满足。因此需要增加扩展模块达到控制要求，本次设计扩展模块选用FX2N-8EX，输入为8点继电器式。三菱FX2N-32MR-001的CPU单元规格是：输入16点，输出16点，输入、输出为继电器型形式，电源AC220V。4.4 PLC I/0的分配分配输入/输出点信号，并输出控制输出点是一对一的。分配后，根据系统的配置和分配给每个输入和输出信号通道的联系电话，这是号码。FX2N PLC输入/输出通道数使用可自由配置，固定信道模式。输入和输出继电器有选择的自由，并输入相应的输入继电器输出点对应的输出继电器。 由上述控制要求可得到。X6132铣床控制系统输入输出接口如表4-1所示。 表4-1 I/O接口分配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,SB2X0主轴反接制动常闭SB3,SB4X1主轴反接制动常开SB3,SB4X2快速进给常开SB5,SB6X3圆工作台启动SB7X4圆工作台停止SB8X5照明灯亮SB9X6照明灯灭SB10X7油泵电机启动SB11X10油泵电机停止SB12X11向左进给SQ1X12向右进给SQ2X13向前、上进给SQ3X14向后、下进给SQ4X15进给变速冲动SQ6X16主轴变速冲动SQ7X17速度继电器辅助常开触点KV-1，KV-2X20输出信号主轴启动接触器KM1Y0主轴反接制动接触器KM2Y1M2正转接触器KM3Y2M2反转接触器KM4Y3快速进给接触器KM5Y4油泵电机启动接触器KM6Y5辅助接触器KM7Y6辅助接触器KM8Y7辅助接触器KM9Y104.5 系统电气控制接线图设计系统供电电源采用三相线制供电。供电电源等级为AC380V5，50Hz，系统PLC接线图，继电器接线图和主电路图如图4-1到4-3所示。图4-1 PLC接线图如图4-1所示，PLC的供电为220V交流电，输入端开关量信号一端接PLC的COM端，输出段COM接开关电源0V段，辅助继电器一端接开关电源24V+段，一端接PLC输出端。图4-2 主电路如图4-2所示，电机为三相异步电机，通过QM1、QM2、QM3热保护断路器保护。QF1为开关电源和PLC供电。图4-3 继电器输出电路如图4-3所示，继电器输出电路的作用是，保护PLC由于电气元件损坏而烧毁PLC，一般PLC的输出端都是接小型继电器，在小型继电器的触点接到外部输出设备上。本电路为小型继电器触点输出到外部设备的电路。4.6 本章小结 本章是本文的重点，主要介绍了X6132铣床控制系统的硬件设计部分，包括PLC点的分、PLC的选型、接线等。思路清晰，目的明确。5 系统软件设计5.1 三菱GX Developer 编程软件简介进入软件初始化界面以后，在【文件】下拉菜单当中，单击“新建”，这样就创建了新文件。然后在【设备名称】中输入具体名称，如“X6132铣床控制控制电路设计”，选取自己所需实际PLC，下一步再单击设定按钮选取CPU，确定后，就能进入编程界面，如图4-1所示界面。图4-1 编程界面编写好梯形图后，紧接着便能编译、链接和调试等操作。编译过程中没有出现问题，在线运行便可以进行。当出发现问题而需要调整，不仅能在梯形图模式下调整，还能在助记符方式下完成修正。编译结束后，如果没有出现语法上的问题，可以把程序上传到PLC中，在线运行。根据X6132万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的PLC控制程序，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。5.2 X6132铣床PLC程序设计图5-2 主轴启动程序在图5-2中，因SQ7和SB3、SB4都采用常闭触头分别接至输入端子X17、X1，则X17、X1的常开触点闭合，按下启动按钮SB1或SB2时，X0常开触点闭合，Y0、线圈得电并自锁，在图5-5中Y0常开触点闭合，中间继电器M2线圈得电，其常开触点闭合，为图5-5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。Y0的输出信号使主轴电动机M1启动运转。图5-3 主轴反接制动在图5-3中，当按停止按钮SB3或SB4时，X1常开触点复位，Y0线圈失电，主轴惯性运转，同时X2常开触点闭合，M0线圈得电接通Y1，主轴反接制动停转。图5-4 主轴变速冲动在图5-4中，SQ7被压合，X17常开触点闭合，网络1中X17常闭触点断开，从而Y0失电，继而图5-4中的Y0常闭触点复位，M1得电接通Y1，主轴制动停转，实现主轴变速冲动。图5-5 进给左、前、上图5-6 进给右、后、下图5-7 工作台快速进给图5-8 进给变速冲动图5-9 圆工作台控制在图5-5、图5-6、图5-7、图5-8、图5-9中，表达了工作台六个方向的进给、工作台的快速进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换启动按钮SB7按下，X4常开触点闭合，Y6得电并自锁，图5-5、图5-6、图5-7、图5-8中线路被分断，图5-9中的常闭触点复位，M0.4得电接通Y2，电动机M2启动，圆形工作台旋转。当按下停止按钮SB8，Y6失电，圆形工作台停止旋转。左右进给时，SQ1和SQ2被压合，图5-5、图5-6中，X12和X13常开触点闭合，常闭触点断开，其他触点均处于复位状态时，M0.2和Y3得电且M0.2得电接通Y3，电动机M2正转或反转，拖动工作台向左或向右运动。同样，工作台上下、前后进给时，SQ3或SQ4被压合，图5-5、图5-6中，X13和X14常开触点闭合，常闭触点断开，其他触点均处于复位状态时，M0.2和Y3得电且M0.2得电接通
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