基于PLC的铣床电气控制系统设计

摘要摘要 PLC 是一种通用的自动控制装置其主要是以计算机技术为技术核心 它具 有很强的抗干扰能力 高可靠性 直观而简单的编程 适应性强 完善的功能 接口功能强等一系列优点 因此在各行各业中得到了广泛的应用 铣床的传动 装置主要是以各种电动机为动力其重要的是实现生产过程自动化的技术装置 在电气系统中是主干部分 也在国民经济中占到主导的低位得到广泛的应用 在我国早起的大多数铣床都是采用传统的继电器控制 而其接触器触点受机械 运动的影响 触点的寿命会受到很大的影响 故障率也很高 可靠性远不及 PLC 控制 为此 提出了用 PLC 来对我们铣床进行电气控制 铣床我们主要是 对我们工业应用中广泛的 X62W 万能的铣床进行控制 系统的介绍利用 PLC 对这 种铣床进行控制的方法和方案 其中主要进行功能的分析 原理图的设计 梯 形图的设计与编写进行调试 提高铣床的性能 提升经济效益及产品质量 关键词 关键词 X62W 铣床 电气控制 PLC 梯形图 目录目录 第一章 绪论 1 1 1 课题研究的目的和意义 1 1 2 自动铣床的发展及现状 1 1 3 铣床简单介绍 2 1 3 1 铣床的选型 2 1 3 2 X62W 万能铣床的特点 3 第二章 可编程序控制器 PLC 简介 4 2 1 PLC 工作原理 4 2 2 PLC 的编程语言 梯形图 4 2 3 可编程序控制器 PLC 的优点 5 2 4 PLC 选型标准 5 第三章 X62W 万能铣床的硬件设计 7 3 1 X62W 万能铣床电力拖动的特点及控制要求 7 3 2 X62W 万能铣床元件选型 7 3 3 X62W 万能铣床的主要结构及运动形式 8 第四章 X62W 万能铣床传统继电器的电气控制原理 9 4 1 电气原理图 9 4 2 主电路分析 10 4 3 控制电路分析 11 4 3 1 主轴电机 M1 的控制 11 4 3 2 进给电动机 M2 的控制 12 4 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 的具体设计 16 5 1 设计中 PLC 的选型 16 5 2 X62W 万能铣床基于 PLC 控制电路的改造 17 5 3 现场信号与 PLC 软继电器对照表 I O 地址分配表 18 5 4 PLC 梯形图 19 5 5 PLC 语句表 23 第五章 结论与展望 26 5 1 结论 26 5 2 展望 26 致 谢 28 0 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 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 随着电子技术的发展 可编程序控制器日益广泛的应用于机械 电子加工 与设备电气改造中 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 自动铣床具有工作平稳可靠 操作维护方便 运转费用低的特点 已成 为现代生产中的主要设备 自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题 现 在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现 铣床控制的设计方案也越来越先 进 越来越趋于完美 各种参考文献也数不胜数 在我国 70 80 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 也有相当一部分辅机系 统是采用继电控制 因此 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 用 PLC 对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋 1 21 2 自动铣床的发展及现状自动铣床的发展及现状 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 铣床床一直给予较大的关注 经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产 业化生产基地的形成 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 这是由于欧美日等先进工业国家于 80 年代先后完成了自动 机床产业进程 其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着 数控机床技术发展 如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业 和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献 德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研 发的车铣中心对高效复合加工的推进等等 相比之下 我国大部分数近代机床 产品在技术处于跟踪阶段 表 1 以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术 指标 由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差 1 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 铣床综合了计算机技术 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 铣床是由普通机床发展而来 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生产 设备 万能铣床的广泛应用 给机械制造业的生产方式 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 代化水平的重要标志 1 31 3 铣床简单介绍铣床简单介绍 1 3 1 铣床的选型 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 2 1 3 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 3 第二章第二章 可编程序控制器可编程序控制器 PLC PLC 简介简介 可编程序控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 所谓可编 程序控制器 就是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系 统 它采用一种可编程序的存储器 在其内部存储并执行逻辑运算 顺序控制 定时 记数和算术操作的指令 通过数字量或模拟量的输入输出来控制各种类 型的机械设备或生产过程 随着 PLC 的发展 它不仅能完成编辑 运算 控制 而且能实现模拟量 数字量的算术运算 2 12 1 PLCPLC 工作原理工作原理 PLC 的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程 是在系统软件的 控制下顺次扫描各输入点的状态 按用户程序解算控制逻辑 然后顺序向各个 输出点发出相应的控制信号 除此之外 为提高工作的可靠性和及时的接收外 来的控制命令 每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器 计算机的 通信 2 22 2 PLCPLC 的编程语言的编程语言 梯形图梯形图 梯形图在形式上类似于继电器控制电路图 它简单 直观 易读 好懂 是 PLC 中普遍采用的一种编程方式 梯形图中沿用了继电器线路的一些图形符 号 这些图形符号被称为编程元件 每一个编程元件对应有一个编号 不同厂 家的 PLC 其编程元件的多少及编号方法不尽相同 但是基本的元件及功能很 相近 梯形图有如下特点 1 梯形图按自上而下 从左到右的顺序排列 每一个继电器为一个逻辑 行 称为梯形 每一个逻辑行起始于左母线 然后是触点的各种联接 最后是 线圈 整个图形呈梯形 2 梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器 它实质上是 变量存储器中的位触发器 因此称为软继电器 相应的某位触发器为真态 表 示该继电器通电 其常开触点闭合 常闭触点打开 梯形图中的继电器的线圈的定义是广义的 除了输出继电器 内部继电器 以外 还包括定时器 计数器等 4 3 梯形图中 一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现一次 而继电器 的触点是可以被无限制的引用 既可是常开触点也可以是常闭触点 4 梯形图是 PLC 形象化的编程方式 其左右两侧的母线不接任何电源 因 而图中各个支路也没有真实的电流通过 但是为了方便 常用有电流来形象的 描述解算中满足输出线圈的动作条件 所以仅仅是概念上的电流 而且认为它 只能从左向右流动 层次的改变只能是先上后下 2 32 3 可编程序控制器可编程序控制器 PLCPLC 的优点的优点 1 能适应工业现场的恶劣环境 不要求空调 能抗电磁干扰与电压冲击 2 简单 易于使用 不必要求微机软硬件方面的知识 编程不需要高级 语言 3 可靠性高 平均故障间隔时间 MTBF 超过 20000 小时 4 编程或修改程序容易 程序可以保存和固化 5 体积小 价格低 6 可直接将数据送入处理器中 可直接连接到现场 7 可在基本系统上扩展 系统容易配置 与负载最远距离可达 10000 英 尺 内存可以扩展 8 有很强的通讯功能 可与多种支持设备连接 9 系统化 有标准外围接口模块 10 系统在一种现场不需要时 仍可改在另一种现场上使用等一系列优 点 2 42 4 PLCPLC 选型标准选型标准 世界上有很多厂商生产 PLC 如德国的西门子 日本的三菱 松下 美国 GE 公司等完成系统的设计主要是选型和程序设计 但是由于 PLC 应用在不同场 合 有不同的工艺流程 对控制功能 有不同的要求 由于各程序难易程度不一 样 因此有一定的选择标准 1 PLC 机型选择主要考虑 I O 点数 根据控制系统所需要的输入设备 如按钮 限位开关 转换开关等 输出设备 如接触器 电磁阀 信号指示 灯等 以及 A D D A 转换的个数 确定 I O 的点数 一般要留有一定裕量 约 5 占 10 满足生产发展和工艺的改进 2 随着 PLC 功能日益完善 很多小型机也具有中 大型机的功能 对于 PLC 的功能选择 一般只要满足 I O 点数 大多数机型也能满足 目前大多数 PLC 机型都具有 I O 扩展模块 A D D A 转换模块 以及高级指令 中断能力 与外设通信能力 3 PLC 一般根据 I O 点数的不同 内存容量会有相应的差别 在选择内 存容量时同样应留有一定余量 一般时实际程序的 25 不应单纯追求大容量 以够用为原则 4 在 PLC 机型选取上要考虑控制系统与 PLC 结构功能的合理性 如果是 单机系统控制 I O 点数不多 不涉及 PLC 之间的通信 但又要求功能更强 要求有处理模拟信号的能力 可选择整体式机 如松下 FP0 FP1 FP M 系列 以及 OMRON C200H 系列等 如果仅有开关量控制 可选择 OMRON C 系列 P 型机 西门子 S7 200 三菱 F1 FX 系列等 5 一个企业尽量选择同一类型的 PLC 同一机型 PLC 模块可互为利用 便于采购管理 同一机型 PLC 的功能 编程方法相同 有利于技术人员水平的提高 同一机型 PLC 其外围设备通用 资源共享 易于联网通信 与上位计算 机配合可形成多级分布式的控制系统 6 第三章第三章 X62WX62W 万能铣床的硬件设计万能铣床的硬件设计 3 13 1 X62WX62W 万能铣床电力拖动的特点及控制要求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 3 23 2 X62WX62W 万能铣床元件选型万能铣床元件选型 表 3 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JCB 220 125kw 380v 2790r min1冷却泵传 7 机动 表 3 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 3 33 3 X62WX62W 万能铣床的主要结构及运动形式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 3 1 所示 8 图 3 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 第四章第四章 X62WX62W 万能铣床传统继电器的电气控制原理万能铣床传统继电器的电气控制原理 4 14 1 电气原理图电气原理图 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 9 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 10 图 3 2 X62W 万能铣床的电气原理图控制电路图 4 24 2 主电路分析主电路分析 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 11 4 34 3 控制电路分析控制电路分析 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 T1 SQ7 常闭触点 SB4 SB3 SB1 或 SB2 KM2 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 T1 SQ7 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 12 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 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 3 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 SQ1 SQ4 各行程开关都处在未受压的原始状态 13 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 14 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 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 SQ1 SQ4 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 15 中间位置 SQ1 SQ4 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 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 16 第五章第五章 X62WX62W 万能铣床基于万能铣床基于 PLCPLC 的具体设计的具体设计 5 15 1 设计中设计中 PLCPLC 的选型的选型 PLC 的选型 由于西门子 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 SB7 SB12 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 3 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 SB1 SB12 SQ1 SQ4 SQ6 SQ7 KV1 KV2 精简成 17 个信号 输出信号 KM1 KM9 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 17 图 5 1 修改后 X62W 万能铣床的电气原理图控制电路图 5 25 2 X62WX62W 万能铣床基于万能铣床基于 PLCPLC 控制电路的改造控制电路的改造 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 18 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 SB7 SB12 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 SQ1 SQ4 和 SQ6 SQ7 SB1 SB12 和 KV1 KV2 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 图 5 3 S7 200PLC 硬件接线图 5 35 3 现场信号与现场信号与 PLCPLC 软继电器对照表 软继电器对照表 I OI O 地址分配表 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 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 输入信号 照明灯灭SB10I0 7 19 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 主轴启动接触器KM1Q0 0 主轴反接制动接触器KM2Q0 1 M2 正转接触器KM3Q0 2 M2 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 输出信号 辅助接触器KM9Q1 0 5 45 4 PLCPLC 梯形图梯形图 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 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 20 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 21 在网络 4 网络 5 网络 6 网络 7 网络 8 和网络 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 I0 4 常开触点闭合 Q0 6 得电并自 锁 网络 4 网络 5 网络 6 网络 7 中线路被分断 网络 8 中的常闭触点复位 M0 4 得电接通 Q0 2 电动机 M2 启动 圆形工作台旋转 当按下停止按钮 SB8 Q0 6 失电 圆形工作台停止旋转 左右进给时 SQ1 和 SQ2 被压合 网络 4 网络 5 中 I1 2 和 I1 3 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 Q0 3 得电且 M0 2 得电接通 Q0 3 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 网络 4 网络 5 中 I1 3 和 I1 4 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 Q0 3 得电且 M0 2 得电接通 Q0 3 电动机 M2 正转或反转 拖动工作台 按选定的方向 上 下 前 后中某一方向 作进给运动 22 网络 10 和网络 11 分别表示照明控制和冷却泵控制 由于在同一个程序编程中一个线圈编号只能给一个线圈 不能两个以上的 线圈共用一个编号 所以当编程中遇到两处以上用到同一线圈 可以用中间继 电器来解决 23 5 55 5 PLCPLC 语句表语句表 24 25 26 第五章第五章 结论与展望结论与展望 5 15 1 结论结论 为了提高 X62W 万能铣床在加工和