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LW01-018@X62W万能升降台铣床的PLC改造,机械毕业设计 论文

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1 X62W 型万能升降台铣床的 PLC 改造 摘 要 ： X62W 型铣床是一种应用广泛的普通机床，通过对其控制电路进行分析，指出了继电器 -接触器控制存在的不足之处，并在不改变原设计控制要求的基础上实现 PLC 的改造及其监控系统的设计。具体详细地说明了 PLC 改造的过程及实现 PLC 控制的方法与步骤，用 MCGS 组态软件设计实现其远程控制的实施过程 。 关键词： X62W 铣床 继电器 接触器控制 PLC 控制 MCGS 远程控制 The alteration of PLC for X62W milling machine Niu ruili Abstract: X62W milling machine is a kind of machines in using widely. Through analyzing its circuitry, we point out the shortage of relay-contact control, and realize the alteration of PLC, the design of monitor system on the basic of original control demand. The paper illuminates the process of the alteration of PLC, the method and steps of realizing PLC control, and the process of putting its remote control in practice in detail. Keywords: X62W milling machine, Relay-contact control, PLC control, MCGS Remote control 1.引言 在工业生产自动化领域，可编程控制器作为自动控制的三大技术支柱（ PLC、机器人、 CAD/CAM）之一。成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术，使它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、 网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，使它 具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。而 X62W 型万能铣床，可用于平面，斜面和沟槽等的加工，nts 2 安装分度头后，能铣切直齿轮，螺旋面，使用圆工作台可以铣切凸轮和弧形槽，是一种常见的通用机床。但它的控制系统有体积大，可靠性低，排除故障困难，接线复杂，对生产工艺变化适应性差等缺点。因此我们用 PLC 对其控制系统进行改造解决其控制中的问题，提高其自动化水平。 2.PLC 与继电器 接触器控制的比较 2.1 控制系统 继电接触式控制系统由三个基本部分组成：输入部分、逻辑部分、和输出部分，如图 2-1-1 所示。输入部 分是指各种按钮、开关等主令电器。逻辑部分是由各种继电器、接触器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路。输出部分则是包括各种电磁铁线圈、电动机、信号指示灯等执行电器。 图 2-1-1 继电接触式控制系统 PLC 控制也由输入部分、逻辑部分和输出部分组成，如图 2-1-2 所示。输入部分收集并保存被控对象实际运行的信息；逻辑部分处理输入部分所取得的信息，并判断哪些信息需要做出反应；输出部分提供哪些设备需要作实时操作处理。输入部分基本上与继电 器控制系统相同，但为了将不同的电压或电流形成的信号转换成微处理器所能接受的低电平信号，以及将微处理器控制的低电平信号转换成控制对象所需要的电压或电流信号，系统中需加入输入 /输出接口电路。 图 2-1-2 PLC 控制系统 2.2 控制逻辑 nts 3 继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，即控制系统是按被控对象的实际需要的动作要求而设计，由继 电器、接触器等按某种固定接线方式接好的控制线路。程序固定在线路中，联线复杂、体积大、功耗大。要想更改控制功能，必须改联线，工作量大，周期长。另外继电器触点数目有限，每只只有 48 对触点，因此灵活性和扩展性差。 PLC 采用存储逻辑，除了输入输出端要与机电设备联线以外，控制逻辑以程序方式存储在内存中。要对控制逻辑进行修改，只要修其程序，帮其控制逻辑称之为“软接线逻辑”；加之 PLC 中每只软继电器的触点数理论上无限制，因此灵活性和扩展性好。 PLC 采用了中、大规模集成电路，体积小，功耗也很小。 2.3 控制速度 继电接 触式控制系统是依靠触点的机械动作（闭合与断开）来实现的，触点的动作一般在几十毫秒数量级，工作效率低。若使用的继电器、接触器越多，则反应的速度越慢，还容易出现抖动与电弧现象。 PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制动作的，速成度极快，通常一条用户指令的执行时间在微秒数量级。 PLC 内部还有严格的同步，不会出现触点抖动，更不会出现电弧现象。 2.4 定时控制和计数控制 继电接触式控制系统是利用时间继电器的延时动作来进行定时控制的，定时精度不高，且定时时间易受环境温度和湿度的影响，调整困难。 PLC 使用半导体集成 电路作定时器，时间基准脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围一般在 0.01 秒至若干秒钟，若干分钟甚至更长。 PLC 根据用户给定的预置值，由软件和硬件计数器来控制定时时间，定时精度小于 10 毫秒，定时时间不受环境的影响。 PLC 能实现计数功能，而继电接触式控制系统一般不具备计数功能。 2.5 可靠性和可维护性 继电接触式控制系统使用了较多的机械触点，联线多，触点易受电弧损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。 PLC 采用了微电子技术，大量开关动作由无触点的半导体电路来完成，可靠性高。 PLC 还备有自检和监 控功能，能检查出自身的故障，并随时显示；能动态地监视程序执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 2.6 设计与施工 nts 4 继电接触式控制系统完成一项控制工程、设计、施工、调试必须依次进行，周期长，修改困难。工程越大，这一问题就越突出。 PLC 完成一项控制工程，在系统设计完成后，现场施工和控制逻辑设计（梯形图及程序设计）可以同时设计，周期短，调试和修改都方便。 3.X62W 铣床简介及其控制分析 3.1 铣床的主要结构和运动形式 3.1.1 铣床结构 组 X62W 型铣床的结构简单，它由床身，悬梁，刀杆支架，工作台和升降台成 。 3.1.2 运动形式 X62W 型铣床的运动可大体分为两种：主运动和进给运动。 1).主运动 由主轴电动机带动实现主轴的顺铣、逆铣 、换刀制动、停止制动、主轴变速冲动等操作。 2).进给运动 由进给电动机带动实现水平工作台纵向、横向、垂直进给运动，水平工作台快速移动，圆工作台旋转运动，水平工作台的变速冲动等操作。 3.2 电力拖动和控制要求 机床的主轴运动和工作台的进给运动分别由单独的电动机拖动，并有不同的控制要求。 1).主轴电动机 M1（功率 KW），空载时直接起动，为满足顺铣和逆铣工作方式的要求，能够正 转和反转。为提高生产率，采用电磁制动器进行制动，同时从安全和操作方便考虑，换刀时主轴也处于停车制动状态。 2).工作台进给电动机 M2，直接起动，为满足纵向、横向、垂直方向的往返运动，要求电动机能正反转，为提高生产率，要求空行程时可快速成移动。从设备使用安全考虑，各进给运动之间必须联锁，并由手柄操作机械离合器选择进给运动的方向。 3).电动机 M3 拖动冷却泵，在铣削加工时提供切削液。 4).主轴与工作台的变速由机械变速系统完成。变速过程中，当选定啮合的齿轮没能进入啮合时，要求电动机能点动至合适位置，保证齿轮能正 常啮合。 加工零件时，为保证设备安全，要求主轴电动机起动后，工作台电动机方能起动工作。 nts 5 3.3.继电器 接触器控制分析 根据附录的控制电路图， (图 3-3-1，电气元件说明表详见附录：表 3-3-1)分析 X62W 铣床的继电器 -接触器控制。其控制部分可分为主轴控制和工作台进控制两部分。 3.3.1 主轴控制分析 1).起动控制 SB1、 SB2 实现电动机停止的两地操作； SB3、 SB4 实现电动机起动的两 地操作；交流接触器常开触点 KM1 与 SB3、 SB4 构成自锁实现起动的长动控制； 不足之处： KM1 动合触点接触 不良使电动机运转不连续。 2).换刀制动控制 SA2-1 断开时切断电路使 KM1 线圈失电，它的主触点断开，切断 M1 主轴电动机的电源。 12 区的辅助常闭触点 KM1 闭合。同时在 SA2-1 断开时， SA2-2 接通，主轴电磁制动器 YB 得电使主轴处于制动状态，实现保证上刀换刀工作的顺利进行； 不足之处：通过转换开关 SA2 和交流接触器的动断触点 KM1 构成互锁实现电动机 M1 正常工作与制动换刀操作的顺利进行。当接触器的动断触点闭合不完全时， 103 到 107 段线路不通，电磁制动线圈 YB 不能得电就不能完成换刀制动操作。 3).主轴变速 冲动 主轴变速冲动是由变速手柄与行程开关 SQ7 组合构成点动控制电路实现。 a.变速时瞬时点动的原因 变速时，变速手柄被拉出，然后转动变速手轮选择转速，转速选定后将变速手柄复位，因为变速是通过机械变速机构实现的，变速手轮选定进入啮合的齿轮后，齿轮啮合到位即可输出选定转速。但是当齿轮没有进入正常啮合状态时，就无法输出选定的转速，因而则需要主轴有瞬时点动的功能，以调整齿轮位置，使齿轮进入正常啮合。 b.实现瞬时点动的方法 实现瞬时点动功能是靠变速手柄在复位的过程中压动瞬时点动行程开头SQ7， SQ7 的动合触点闭合， 使接触器 KM1 的线圈得电，主轴电动机 M1 转动， SQ7的动断触点切断 KM1 线圈电路的自锁，使电路随时可被切断。变速手柄复位后，松开行程开关 SQ7，电动机 M1 停转，完成一次瞬时点动。 不足之处：交流接触器动合触点 KM1 反应不灵敏时，在 SQ7 动断触点断开时KM1 线圈失电，但 KM1 常开触点不能断开使 9 至 17 段电路不能断开，导致 M1 不nts 6 能停转，不能实现瞬时点动功能。 3.3.2 工作台进给控制分析 工作台的进给控制由顺序控制和工作台各进给运动之间的联锁控制组成的。 顺序控制：是用交流接触器 KM1 的辅助常开触点来实现。当即 主轴电动机起动后，其控制起动接触器的 KM1 辅助动合触点闭合，进给电动机控制接触器 KM2与 KM3 的线圈电路方能通电工作。 联锁控制：进给运动之间的联锁控制有水平工作台各运动之间的联锁、水平工作台与圆工作台之间的联锁、变速时的瞬时点动与水平工作台各运动之间的联锁。下面通过介绍各运动控制操作的实现过程分析继电器控制实现的方法并指出其控制中的不足之处。 1).快速移动控制 用快速接触器的辅助常开触点控制快速传动链的电磁离合器 YC1，常闭触点 控制进给传动链的电磁离合器 YC2。 不足之处：要用一个接触器间接控制。 2).水平工作台纵向进给运动控制 (1).分析过程 由操作手柄和行程开关 SQ1、 SQ2 组合控制。其操作手柄有左、右两个工作位和一个中间不工作位。其纵向进给过程如图 4-2-1 所示。 图 4-2-1 工作台纵向进给过程 合上纵向进给机械离合器 纵向手柄扳在右位 压下 SQ1（ SQ1-2 断开， SO1-1 闭合） KM2 线圈得电 电动 机 M2 正转，工作台右移 合上纵向进给机械离合器 纵向手柄扳在左位 压下 SQ2（ SQ2-2 断开， SO2-1 闭合） KM3 线圈得电 电动 机 M2 反转，工作台左移 右移：工作电流经 SQ6-2 SQ4-2 SQ3-2 SA1-1 SQ1-1 KM3 KM2 线圈； 左移：工作电流经 SQ6-2 SQ4-2 SQ3-2 SA1-1 SQ2-1 KM2 KM3 线圈。 (2)分析结果 a.纵向左移和右移的联锁是由操作手柄来控制实现。 b.纵向左移与右移的电路中串联了横向与纵向移动的行程开关 SQ3 与 SQ4的动断触点 SQ3-2 与 SQ4-2 构成联锁控制功能。使纵向移动时不能横向和垂直移动。 nts 7 3).水平工作台的横向和升降进给运动控制 (1).分析过程 水平工作台横向和升降进给运动的选择和联锁是通过十字复式手柄和行程开关 SQ3、 SQ4 组合控制。其操作手柄有上、下、前、后四个工作位和一个中间不工作位。其进给过程如图 4-2-2。 图 4-2-2 工作台横 向、纵向进给过程 合上垂直进给机械离合器 十字复合手柄扳在上方 压下 SQ3（ SQ3-2 断开， SO3-1 闭合） KM2 线圈 得电 电动机 M2 正转，工作台上升 合上垂直进给机械离合器 十字复合手柄扳在下方 压下 SQ4（ SQ4-2 断开， SO4-1 闭合） KM3 线圈 得电 电动机 M2 反转，工作台下降 合上垂直进给机械离合器 十字复合手柄扳 在右（前）方 压下 SQ3（ SQ3-2 断开， SO3-1 闭合） KM2 线圈得电 电动机 M2 正转，工作台前移 合上垂直进给机械离合器 十字复合手柄扳在左（后）方 压下 SQ4（ SQ4-2 断开， SO4-1 闭合） KM3线圈得电 电动机 M2 反转，工作台后移 上升（前移）：工作电流经 SA1-3 SQ2-2 SQ1-2 SA1-1 SQ3-1 KM3 KM2线圈； 下降（后移）：工作电流经 SA1-3 SQ2-2 SQ1-2 SA1-1 SQ4-1 KM2 KM3线圈。 (2)分析结果 a.工作台的上、下、前、后移动联锁是由十字复式手柄实现的。手柄一次只能扳在一个方向上。 b.工作台横向、垂直进给中串联了纵向移动行程开关的动断触点 SQ1-2、SQ2-2 构成了联锁控制功能。 c.接触器 KM2和 KM3的辅助动断触点分别串联在 KM3线圈和 KM2线圈的电路中又构成电气联锁，实现双重保护的作用。 d.水平工作台的六个方向的运动是联锁的，当同时按下两个操作手柄时 20到 31 和 22 到 35 的两条支路断开，工作台停止移动，从而防止了机床运动干涉nts 8 造成设备事故。 4).圆工作台运动控制 工作台选择开关的 SA1 的 SA1-1 和 SA1-3 两触点打开， SA1-2 触点闭合，此时水平工作台的工作手柄均扳在中间不工作位。控制电路由主轴电动机控制接触器 KM1 的辅助动合触点开始，工作电流经 SQ6-2 SQ4-2 SQ3-2 SQ1-2 SQ2-2 SA1-2 KM3 KM2 线圈， KM2 主触点闭合，进给电动机 M2 正转，拖动圆工作台转动，圆工作台只能作单向旋转。 分析结果： a.圆工作台的控制电路中串联了水平工作台的行程开关 SQ1SQ4 的动断触点构成联锁，水平工作台任一操作手柄扳到工作位置都会压下行程开关切断圆工作台的控制电路使其立即停止转动。 b.圆工作台串联了水平工作台变速时的瞬时点动开关，点动时会切断圆工作台运动电路。 5).水平工作台变速时的瞬时点动控制 水平工作台变速时的瞬时点动控制原理与主轴变速瞬时点动原理相同。变速手柄拉出后选择转速，再将手柄复位，变速手柄 在复位的过程中压动瞬时点动开关 SQ6， SQ6 的动合触点闭合接通接触器 KM2 的线圈电路，使进给电动机 M2 转动，动断触点切断 KM2 线圈电路的自锁。 瞬时点动时的工作电流经 SA1-3 SQ2-2 SQ1-2 SQ3-2 SQ4-2 SQ6-1KM3 KM2 线圈。 瞬时点动电路串联了工作台进给运动的行程开关 SQ1SQ4 的动断触点，和圆工作台的动断触点，所以工作台的操作手柄在任一工作位置时都将切断点动电路。 4.改造方案的确定 根据对 X62W 铣床的了解及对其控制电路的分析现确定其改造的方案。 4.1 改造要求 1).因 X62W 铣床的操作方式有利于其灵活加工，所以设计完成后应使 PLC控制能实现原有的操作功能。 2).X62W 铣床的进给运动是要压下机械离合器才能完成，因此我们保留其手柄。在设计时不改变其机械结构，只对其控制电路进行改造。 4.2 改造原则 nts 9 控制逻辑不变更，从分析原有继电接触式控制系统的控制逻辑着手，根据继电接触式的控制逻辑与 PLC 的控制逻辑等效的原则进行改造。 4.3 改造步骤 1).按控制要求进行 I/O 分配，编制“ I/O 分配表”； 2).选择 PLC 机型； 3).画出 PLC 输入、输出端接线图； 4).按 X62W 铣床操作的实现，分块设计 PLC 程序，大体分为主轴控制程序设计和工作台进给控制程序设计两部分，并对程序进行调试修改完善，完成 X62W铣床控制部分的 PLC 改造设计； 5).用 MCGS 软件设计其远程控制界面，并在 PLC 机外部设备上联上计算机实现其远程控制。 5.PLC 控制设计 5.1 I/O 分配 根据 X62W 铣床的控制要求分配 PLC 的输入、输出点。输入信号分配见表5-1-1；输出信号分配见表 5-1-2。 表 5-1-1 输入信号地址分配表 名称 功能 编号 名称 功能 编号 SB1 停止按钮 X0 FR2 进给电机热继电器 X7 SB3 启动按钮 X1 SA1 工作台转换开关 X20 SA2 制动开关 X2 SQ6 进给变速冲动按钮 X21 SQ7 主轴变速冲动按钮 X3 SQ1 工作台左移开关 X22 FR1 主轴电机热继电器 X4 SQ2 工作台右移开关 X23 FR3 冷却泵电机热继电器 X5 SQ3 工作台前移、上升开关 X24 SB5 快速移动按钮 X6 SQ4 工作台后移、下降开关 X25 表 5-1-2 输出信号地址分配表 名 称 功能 编号 名称 功能 编号 KM1 主电动机起动接触器 Y0 YC1 电磁离合器（快速传动链） Y20 KM2 进给电动机正转接触器 Y1 YC2 电磁离合器（工作传动链） Y21 KM3 进给电动机反转接触器 Y2 YB 主轴制动电磁制动器 Y22 5.2 PLC 选型 机型选择的基本原则是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳性能价格比。 nts 10 5.2.1 选型时注意的问题 选择 PLC 的型号时，性能上主要应考虑以下的问题： 1).控制系统对 PLC 指令系统的要求。 对于小型的仅需开关量 控制的单台设备，一般的小型 PLC 便可以满足要求。如果系统要求 PLC 完成模拟量与数字量的转换、 PID 闭环控制、运动控制等工作，PLC 则应有算术运算、数据传送等功能。 2).估计对存储容量的要求 在初步估算时，对于开关量控制系统，将 I/O 点数乘以 8，就是所需的存储器的字数。一般的 PLC 都能满足这一要求。 3).PLC 的物理结构的选择 按照物理结构， PLC 分为整体式和模块式，整体式的 PLC 每一 I/O 点的平均价格比模块式 PLC 的价格要低。但模块式 PLC 的功能扩大展方便灵活，维修方便。因此对比较复杂的、要求较高的系统 一般选用模块式。小型 PLC 常采用整体式用于工业生产中的单机控制；大、中型 PLC 一般采用模块式，可根据生产实际的不同要求配置不同的模块。 4).对 PLC 功能的特殊要求 对于 PID 闭环控制、快速响应、高速计数和运动控制等特殊要求，可以选用有相应特殊 I/O 模块的 PLC。 5).对 PLC 通信联网功能的要求 如果要求将 PLC 纳入工厂的自动控制网络， PLC 应有通信联网的功能。备有串行通信接口的 PLC 可以连接打印机、 CRT、及其他 PLC 和上位计算机。 5.2.2 选型分析 X62W 铣床的控制分析情况如下： 1).PLC 只需控制 X62W 铣床这一单台设备属于单机控制； 2).X62W 铣床是由开关量控制的，其控制电路的输入信号均为开关量，所以选型时， 主要根据 I / O 点数来选型 。其输入信号不少于 14 个，输出信号不少于 6 个； 3).其总的 I / O 点数为 20 个，估算其存储容量大概为 20*8=160 字节； 4).由前面所分析的 X62W 铣床的控制要求可知，它的控制逻辑是顺序控制，因此一般的 PLC 都能满足，不需要考虑 PLC 功能的特殊要求； 5).要实现远程控制，其输入模块工作电压选择直流 24V； 6).由 X62W 铣床控制输出为 直流和低频交流负载电路，选择 PLC 的输出模块为继电器输出，并且继电器输出价格便宜、使用电压范围广、承受瞬时过电压和nts 11 过电流的能力强、有隔离作用。 综上分析，选择物理机构为整体式， I/O 点数在 64 点以内，程序存储容在1000字节以内的超小型 PLC。同时在综合考虑此类 PLC产品的控制环境的适应性、通用性、及性能价格比等因素。我们选择通用性较强、结构简单、价格比较低的日本松下电工生产的 FP0 系列的 PLC。 5.2.3 选择型号 控制单元选取 FP0-C16 系列，其 I/O 点数分别为 8、 8，连接方法选择连接器型，故部件号选 择为 FP0-C16RM； 扩展单元选取 FP0-E16 系列，其 I/O 点数分别为 8、 8，连接方法选择连接器型，故部件号选择为 FP0-E16RM。 5.3 PLC 输入、输出接线 PLC 的输入、输出接线如下图 6-3-1 所示。 图 6-3-1 PLC I/O 接线图 5.4 PLC 程序设计 5.4.1 编程软件选择 日本松下电工公司开发的 PLC 软件有三种，一种是 DOS 环境下使用的 NPST- nts 12 GR；另两种是 Windows 环境下使用的软件： FPWIN-GR 和 FPSOFT。这 三种软件的功能和操作步骤大同小异。均支持所有松下公司生产的 PLC 产品。 根据我校实验室设备情况，我们选用 Windows 环境下运行的 FPWIN GR 的编程软件来编程设计。 该软件能实现以下功能：对 PLC 程序和注释的输入及编辑；程序检查；运行状态和数据的监控及测试；系统寄存器和 PLC 各种系统参数的设置；程序清单和监控结果等文档的打印；数据传输及文件管理。 5.4.2 主轴控制设计 主轴程序设计又可分为主轴起停、换刀制动、变速冲动程序设计。 1).起停设计 图 5-4-1 2).主轴变速冲动设计 a.设计要求 变速冲动实际上是使主轴变速时有瞬时点动的功能。设计时在起停设计的基础上加上点动功能。 图 5-4-2 b.调试分析 经演示后发现图 5-4-2 所编程序是错误的。它不能实现瞬时点动的功能。在X3 从 1 转变为 0 的过程中 Y0 不能从 1 变为 0。主要是 X3 常开触点闭合， Y0 线圈得电，它的辅助常开触点闭合。 X3 的常闭触点不能切断 X1 的自锁，使 X3 常开触点断开时，其常闭触点闭合，电流经 Y0 辅助触点 X0 X3 X4 X5 X2Y0 线圈构成一条闭合的线路，使电动机 M1 不能停转造成打坏齿轮 。 这一程序的设计思路与继电器控制的逻辑相同，显示继电器控制的不足之处： SQ7 动合触点断开的过程中， SQ7 动断触点已闭合，但交流接触器的线圈 KM1的辅助触点未断开，使线圈 KM1 不能失电，电动机 M1 仍转动。 c.修改完善程序 经离线编辑，修改调试后能完成主轴变速冲动的程序如图 5-4-3 所示。 nts 13 图 5-4-3 中间加继电器 R1 间接控制解决了上述问题。 3).主轴电动机制动与换刀制动程序设计 停止制动时，复式停止按钮的常开触头 X1 闭合，使电磁制动器 Y22 得电实现了停止制动。 换刀制动时，制动开关 X2 接通，断开电动机 M1，使电磁制动器线圈 Y22 得电，主轴处于制动状态不能转动，保证上刀换刀的顺利进行。 图 5-4-4 4).主轴控制的设计程序 把主轴分段设计的程序连接起来运行调试，演示后能完成主轴各项操作功能的程序如下图 5-4-5 所示 图 5-4-5 5.4.3 工作台进给控制设计 工作台进给程序设计又可分为快速移动设计，水平工作台纵向、横向、垂直进给设计，水平工作台变速时的瞬时点动设计，圆工作台运动设计。 1).水平工作台的纵向、横向、垂直进给运动设计 水平工作台左、右、前 、后、上、下六个方向上的进给运动是相互联锁的。铣床不能同时在几个方向上实现进给，只能在一个方向上实现进给。 nts 14 图 5-4-6 2).水平工作台变速时的瞬时点动设计 SQ6 实现变速冲动时要求：工作台进给时不能变速， SQ6 与 SQ1、 SQ2 圆工作台联锁。 其 PLC 控制程序设计如下： 图 5-4-7 3).圆工作台的运动控制程序设计 a.设计要求 圆工作台只能做单方向旋转。因圆工作台的控制电路串联了水平工作台的行程开关 SQ1SQ4 的动断触点。要求按下水平工作台的任何一行程开关，圆工作台都会停止转动。 b.设 计分析 1).SA1 闭合时 KM2 线圈得电，即 X20 为 1 时， Y1 为 1； 2).按下 SQ1SQ4 的任何一行程开关，圆工作台都停止旋转，即在 X20 为 1时， X22、 X23、 X24、 X25 中任何一个值为 1， Y1 就为 0； 3).水平工作台与 SQ6 互锁，即 X21 为 1 时， Y1 为 0。 c.调试完成程序 图 5-4-8 nts 15 在原有程序的基础添加互锁即可满足控制要求。 4).快速移动控制程序设计 用 PLC 一软继电器 R3 代替继电接触式控制中的快速接触器 KM4 来实现工作台快速移动。 图 5-4-9 用 PLC 编程控制使铣床的输出元 件省去了一个快速接触器。 5).工作台进给程序 经修改调试完善后能完成工作台进给运动操作的控制程序如下图 5-4-10 所示 图 5-4-10 5.4.5 X62W 铣床的控制程序 由 X62W 铣床的控制电路分析可知其主轴控制和进给控制是通过交流接触器KM1 的辅助常开触点 KM1 顺序控制的。因此在工作台进给控制程序中加开关 Y0把主轴控制和工作台进给控制连接起来。 经修改完善，调试成功的 X62W 铣床控制部分的 PLC 程序设计梯形图如图 5-4-11 所示，其助记符如图 5-4-12 所示。 nts 16 图 5-4-11 其助记符如下 ： 图 5-4-12 nts 17 6.远程控制设计 6.1 设计步骤 用 MCGS 组态软件实现其上位机的远程控制，其设计步骤如下： 1).在 MCGS 组态环境中新建工程 X62W 铣床远程控制，在工作平台的用户窗口中建立 X62W 窗口。双击 X62W 窗口进入动画组态，绘出 X62W 铣床的结构图 2).从工具箱中的插入元件中选取指示灯表示主轴转动、圆工作台旋转和主轴制动等操作；选择控制电路的按钮，在主轴控制板上插入起动、停止、制动按钮；在进给控制板插入工作台转换开关、工作台左移、右移开关，升降台 上升、下降开关及工作台与升降停止运动的中位开关。并插入滑动输入器表示工作台与升降台位移和位置。 3).在工作台的实时数据库中添加数据对象并对其属性进行设置。为下面的动画连接做准备。 4).对组态中的元件设置动画组态属性和实时数据库中的数据对象连接使动画动起来 5).在工作台的运行策略中新建主轴运动策略、进给运动策略，在策略组态中的脚本程序中编程实现主轴运动和进给运动。 6.2 远程控制界面 图 6-2-1 X62W 铣床的远程控制界面图 nts 18 6.3 控制动作 6.3.1 显示表示 1).轴指示灯表示工作台运动的控制电路接入电源情况和主轴运转情况。指示灯闪烁表示：主轴转动，工作台运动控制电路通电；指示灯停止闪烁表示：工作台运动控制电路处在断电状况下，工作台停止运动，主轴停止转动。 2).工作台指示灯表示圆工作台运转情况。指示灯闪烁表示：圆工作台旋转；指示灯没有闪烁表示：圆工作台处于静止状态。 3).动指示灯表示主轴制动情况。指示灯闪烁表示：主轴停转，工作台、升降台、圆工作台都停止运动。 4).工作台行程表示工作台移动的位移。 6.3.2 动作表示 见表 6-3-1 X62W 铣床远程控制动作表 表 6-3-1 X62W 铣床远程控制动作表 6.4 远程控制接线 用一根电缆把计算机连在 FP0 的 RS232C 接口上，实现 X62W 铣床控制的上位机与下位机的连接，其远程控制实现示意图如下。 PLC 与 X62W 铣床的连接见图 6-3-1PLC I/O 接线图。 图 6-4-1 X62W 铣床远程控制实现示意图 按钮动作 动作显示 按起动按钮 主轴指示灯闪烁 按左移开关 工作台左移 按右移开关 工作台右移 按上升开关 工作台上升 按下降开关 工作台下降 按中位开关 工作台运动停止 按圆工作台转换开关 圆工作台指示灯闪烁，工作台、升降台停止运动 按制动开关 制动指示灯闪烁，主轴指示灯不闪烁、工作台停止运动 按停止按钮 制动指示灯闪烁一下停止，后 X62W 铣床 一切动作停止 nts 19 7.结束语 在 X62W 铣床中，用 PLC 取代常规的继电接触式控制方式，不仅简化了接线程序，动作可靠、安全，而且使整机的可靠性大大提高，故障率减少了，排除故障的时间缩减了，大大减少了维修工作量，作业率也提高了。 nts 20 附录 图 3-1 X62W 型万能升降台铣床控制电路图 nts 21 附录 表 3-3-1 电气元件说明表 符号 名称及用途 符号 名称及用途 符号 名称及用途 M1 主轴电动机 SQ6 进给电机点动行程开关 FR1 主轴电机热继电器 M2 进给电动机 SQ7 主轴电机点动行程开关 FR2 进给电机热机电器 M3 冷却泵电机 SA1 工作台转换开关 FR3 冷却泵热机电器 KM1 主电机接触器 SA2 主轴上刀制动开关 FU18 熔断器 KM2 正转接触器 SA3 冷却泵开关 TC 变压器 KM3 反转接触器 SA4 照明灯开关 VC 整流器 KM4 快速接触器 SA5 主轴换向开关 YB 主轴电磁制动器 SQ1 工作台向右进给 QS 电源隔离开关 YC1 电磁离合器 SQ2 工作台向左进给 SB1,SB2 主轴停止按钮 YC2 电磁离合器 SQ3 向前，向上进给 SB3,SB4 主轴起动按钮 YC1 接通快速传动链 SQ4 向后，向下进给 SB5,SB6 工作台快速移动按钮 YC2 接 通工作传动链 nts 22 参考文献 1张万忠 .可编程序控制器入门与应用实例 .北京：中国电力出版社， 2005， 1 2陈瑞阳 .机电一体化控制技术 北京：高等教育出版社， 2004， 8 3郁汉琪，郭健 .可编程序控制器原理及应用 北京：中国电力出版社， 2004， 7 4张桂香 .电气控制与 PLC 应用 北京：中国电力出版社， 2003， 7 5路林吉，王坚 .可编程控制器原理及应用 北京：清华大学出版社 2002， 9 6张筱琪 .机电设备控制基础 北京：中国人民大学出版 2000， 11 7许晓峰 .电机及拖动 北京：高等教育出版社 2000， 8 8 MITSUBSHI ELECRIC CORPORATLON D 松下电工可编程控制器手册 nts 23 致谢 在即将毕业之际，首先我要真诚地感谢所有给予我帮助过的老师们。有了你们孜孜不倦的教导，我才能在大学里学到有用的知识，增长处事的能力。其次要感谢所有帮助过我的同学们，有了你们的鼓励，我才能在求学的道路上走地更有信心。这次毕业设计要特别感谢杨青杰老师，杨老师不仅在设计过程中认真细心地辅导我们，对我们提出的问题，都不厌其烦地详 细解释，而且还教我们许多走上社会要必备的处事方法，使我受益颇多。 nts X62W 万 能升降台 铣床的 PLC 改造 论文作者姓名： 所 在 院 系： 机电学院机电系 所 学 专 业： 机械设计制造及其自动化 导师姓名职称： 论文完成时间： nts 本科毕业生论文（设计）成绩表 姓名 院系 机电学院 专业 机械制造及其自动化 论文 题目 X62W 万能升降台铣床的 PLC 改造 指定 指定 任选 指 导 教 师 评 语 及 评 分 占 30 指导教师评语： 指导教师评分 _ 指导教师签字： _ 年 月 日 论文成绩（占 40） 答 辩 小 组 评 语 及 评 分 占 30 答辩小组评语： 答辩小组评分 _ 答辩小组组长签字 _ 年 月 日 总分 _等级 _主管院长（系主任） _签字 _（盖公章） 年 月 日 nts河南科技学院本科毕业论文（设计）管理工作评估表 学院（系） 年级 评估人 _ 年 月 日 注： I 评估内容说明： 1.论文组织管理工作落实到位：院、系成立毕业论文（设计）工作领导组，具体负责本院、系的毕业论文（设计）工作，成员由主管教学（科研）的系主任及有关教研室主任和教学秘书组成；各院、系同时成立毕业论文（设计）工作指导组，指导组由有关教研室主任任组长并由 2-4 名指导教师参加。 2.导师配备符合要求：指导教师应具有指导毕业论文（设计）能力，并获得中级以上技术职称或具有硕士、博士学位。 3.导师指导认真：能认真指导学生选题，拟订毕业论文（设计）计划，及指导学生完成毕业论文撰写的全过程。 4.论文答辩工作落实到位：成立院、系毕业论文答辩委员会，并根据专业成立相应的论文答辩小组，负责组织学生按答辩程序进行答辩。 5.论文评分客观公正：论文成绩由三种分数组成；即指导教师评分（占 30），论文评分（占40），答辩小组评分（占 30）。优秀率一般不超过 20。 6.论文撰写格式及装订符合要求：撰写格式：题目；摘要；关键词；正文；参考文献；装订格式：封面（毕业论文 /设计题目：论文作者姓名；作者所在院、系，作者所学专业；导师姓名职称；论文完成时间）目录；摘要；正文；参考文献；封底。 7.论文按时存档 ：学生离校一周前交作者所在院、系存档。 II.评估等级说明：评估等级按优、良、中、差划分，优 90_100 分；良 76_89 分；中 60_75分 ;差 60 分以下。 序号 评 估 内 容 分值 得分 1 论文组织工作管理落实到位 10 2 导师配备符合要求 10 3 导师指导认真 25 4 论文答辩工作落实到位 25 5 论文评分客观公证 20 6 论文撰写格式及装订符合要求 5 7 论文存档符合规定 5 合 计 分 100 评 估 等 级 意见 与 建议 nts毕业设计（论文）任务书 附表一 题目名称 X62W 万能升降台铣床的 PLC 改造 学生姓名 所学专业 机械制造及其自动化 班级 指导教师姓名 所学专业 电气工程 职称 工程师 一、 设计（论文）主要内容 1.X62W 铣床控制部分的继电器 -接触器控制分析； 2.X62W 铣床控制部分的 PLC 控制设计，包括 PLC 硬件设计和软件设计； 3.X62W 铣床的远程控制设计。 二、 毕业设计的主要技术指标 (文科不填 ) 1.X62W 铣床控制电路分析； 2.PLC 的 I/O 分配； 3.PLC 的选型； 4.PLC 的控制程序设计； 5.PLC 输入、输出接线图； 6.远程控制设计 nts 三、 毕业设计（论文）的基本要求 1、 毕业设计（论文）一份 2、 不少与 3000 汉字的与本专业有关的翻译资料一份 3、实验要求：实验中所用到的数据严格按照国家规定或要求绘制。 4、 图表要求：所有曲线、图形表、线路图、流程图、程序框图、示意图等不准 徒手画，必须按国家规定标准或工程要求 绘制。 5、 文字通顺，语言流畅，书写工整，无错别字，不得请他人代写。 四、 毕业设计（论文）进度安排 2005 年 4 月 14 日：发放任务书 2005 年 4 月 14 日 2005 年 4 月 24 日：查阅资料、调研、提交开题报告 2005 年 4 月 25 日 2005 年 5 月 15 日：课题研究（ PLC 控制设计、远程控制设计） 2005 年 5 月 16 日 2005 年 5 月 26 日：根据改造成果撰写毕业论文及外文翻译 2005 年 5 月 27 日： 提交毕业论文 2005 年 6 月 6 日 2005 年 6 月 10 日： 毕业答辩 nts毕业设计（论文）开题报告 附表二 题目名称 X62W 万能升降台铣床的 PLC 改造 学生姓名 专业 机械制造及其自动化 班级 一、 选题的目的意义 我希望通过这次毕业设计能达如下目的： 1. 能掌握继电器