毕业设计----X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造.doc

X62W卧式万能铣床的PLC改造 毕业设计（论文）设计题目：X62W卧式万能铣床电气控制的PLC改造系 别: 机械工程学院专 业: 机械制造与自动化班 级: 08机械（4）班姓 名: 学 号: 指导老师: 完成时间: 摘要铣床可以用来加工平面、斜面、沟槽，装上分度头可以铣切直齿齿轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣切凸轮和弧形槽。所以铣床在金属切削机床中占有很大的比重，使用数量仅次于车床。PLC是以计算机技术为技术核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。它是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算数运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。在电气控制系统中，故障的查找于排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于定期开展线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。而PLC控制系统无论是硬件还是软件，控制稳定可靠，具有极高的可靠性与灵活性，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。为了使铣床控制稳定与可靠，具有极高的可靠性和灵活性，更容易检修，更能适应经常变动的工艺条件，取得较好的经济效益，所以对原来的继电器接触模式模拟控制系统进行PLC改造。关键词：X62W；电气控制；PLC-可编程控制器；梯形图目 录摘要.2第一章 铣床特点及电气控制线路分析.51.1 铣床简介.51.2 X62W万能铣床.51.3 电器元件设备.71.4 电力拖动特点及控制要求.81.5 电气控制线路.8 1.6 电气控制线路分析.10 主电路分析.10 控制电路分析.10 冷却和照明控制.13第二章 可编程控制器的概述.142.1 PLC的发展历史.142.2 PLC的构成.142.3 PLC的基本特点.152.4 PLC的功能.152.5 PLC的应用领域.152.6 PLC的分类.162.7 PLC的国内外状况.182.8 PLC的未来展望.18第三章 X62W万能铣床电气控制线路PLC的硬件改造.193.1 X62W铣床PLC控制系统的分析.193.2 PLC的选型及校验. .193.3 PLC的I/O端口的分配.193.4 系统控制的安装设计.20第四章 X62W万能铣床电气控制线路PLC的软件改造.224.1 梯形图控制分析.22主轴控制电路分析.23进给控制电路分析.234.2 PLC控制指令语句表. .24第五章 X62W万能铣床PLC改造的测试实验.265.1 PLC的模拟实验.265.2 改进后的X62W万能铣床空载实验.265.3 改进后的X62W万能铣床负载实验.26第六章 PLC控制与电气控制的区别.27第七章 致谢.28参考文献.29第一章 铣床特点及电气控制线路分析1.1 铣床简介铣削是一种高效率的加工方式，铣刀的旋转是主运动，工作台的上下、左右、前后运动都是进给运动，其他的运动，如工作台的旋转运动则是辅助运动。铣床的种类很多，按照结构型式和加工性能的不同，可分为立式铣床、卧式铣床、仿形铣床、龙门铣床和专用铣床等。万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以用圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀及端面铣刀等工具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还可以加装万能铣头和圆工作台来扩大加工范围。目前，万能铣床常用的有两种，一种是卧式万能铣床，铣头水平放置，型号为X62W；另一种是立式万能铣床，铣头垂直放置，型号为X52K。这两种铣床结构大体相似，差别在于铣头的放置方向上，而工作台进给方式，主轴变速等都一样，电气控制线路经过系列化以后，也是一样的，只不过容量不同。型号意义图1.11.2 X62W万能铣床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，它采用继电接触器电路实现电气控制。其操作是通过手柄同时操作电气与机械，以达到机电紧密配合完成预定的操作，是机械与电气结构联合动作的典型控制，是自动化程度较高的组合机床。X62W型万能铣床的结构主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、刀杆支架、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可移动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动）。 工作台上有T形槽用来固定工件。这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。铣床主轴带动铣刀的旋转运动时主运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6个方向的运动是进给运动；铣床的其他运动，如工作台的讯转运动则属于辅助运动。此外，由于回转盘可绕中心转过一个角度（通常是45），因此工作台在水平面上除了能在平行于或垂直于主轴轴线方向进给，还能在倾斜方向进给，可以加工螺旋槽，故称万能铣床。X62W万能铣床特点：(1) 能完成很多普通机床难以加工或者根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，稳定产品的质量。(3) 采用X62W可以比普通机床提高2 3倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。(4) 大大的减轻了工人的劳动强度。X62万能铣床外形结构图1、2纵向工作台进给手动手轮和操纵手柄。 3、15主轴停止按钮。 4、17主轴启动按钮。 5、14工作台快速移动按钮。 6工作台横向进给手动手轮。 7工作台升降进给手动摇把。 8自动进给变速手柄。 9工作台升降、横向进给手柄。 10油泵开关。 11电源开关。 12主轴瞬时冲动手柄。 13照明开关。 16主轴调速转盘。1.3 电器元件设备X62W万能铣床电器元件明细表代号元件名称型号规格件数用途M1M2M3QS1QS2SA1SA2SA3FU1FU2FU3FU4FU5FR1FR2FR3T2TCT1VCKM1KM2KM3KM4SB1、SB2SB3、SB4SB5、SB6YC1YC2YC3SQ1代号电动机电动机电动机开关开关开关开关开关熔断器熔断器熔断器熔断器熔断器热继电器热继电器热继电器变压器变压器变压器整流器接触器接触器接触器接触器按钮按钮按钮电磁离合器电磁离合器电磁离合器位置开关元件名称JO2-51-4JO2-22-4JCB-22HZ1-60/3JHZ1-10/3JHZ1-10/3JHZ1-10/3JHZ3-133RL1-60RL1-15RL1-15RL1-15RL1-15JR0-60/3JR0-20/3JR0-20/3BK-100BK-150BK-504X2ZCCJ0-20CJ0-10CJ0-10CJ0-10LA2LA2LA2定做定做定做LX3-11K型号7.5kw 1450r/min1.5kw 1410r/min0.125kw 2790r/min60A 500V10A 500V10A 500V10A 500V60A 500V60A5A5A5A1A16A0.5A1.5A380/36V380/100V380/24V20A 110V10A 110V10A 110V规格1111111131111111111111112221111件数驱动主轴驱动进给驱动冷却泵总开关冷却泵开关换刀开关圆工作台开关M1换相开关电源总保险整流电源保险直流电路保险控制回路保险照明保险M1过载保护M3过载保护M2过载保护整流电源控制回路电源照明电源整流器主轴驱动快速进给M2正转M2反转M1启动快速进给点动停止、制动主轴制动正常进给快速进给主轴冲动开关用途SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6位置开关位置开关位置开关位置开关位置开关LX3-11KLX2-131LX2-131LX2-131LX2-13111111进给冲动开关M2正、反转及联锁、1.4 电力拖动特点及控制要求1、主轴电动机需要正反转，但方向的改变并不频繁。根据加工工艺的要求，有的工件需要顺铣（电动机正转），有的工件需要逆铣（电动机反转）。大多情况下是一批或多批工件只用一种方向铣削，并不需要经常改变电动机的转向。因此，可用电源相序转换开关实现主轴电动机的正反转，节省一个反向转动接触器。2、铣刀的铣削是一种不连续的切削，容易使机械传动系统发生振动，为了避免这种现象，在主轴传动系统中装有惯性轮但在高速切削后，停车很费时间，故采用电磁离合器制动。3、工作台既可以做六个方向上的进给，又可以在六个方向上快速移动。4、为了防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动。为了减小加工工件表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。本机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式，但由于主轴运动的惯性很大，实际上就保证了进给运动先停止，主轴运动后停止的要求。5、主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好啮合状态，两种运动都要求变速后作瞬时点动。1.5 电气控制线路X62W万能铣床的电气控制线路。分为主电路，控制电路和照明电路三部分。X62W万能铣床电气控制电路图1.6 电气控制线路分析 主电路分析主电路中共有三台电动机，M1是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；M2是工作台进给电动机，拖动升降台及工作台进给；M3是冷却泵电动机，供应冷却液。每台电动机均有热继电器作过载保护。 控制电路分析1、 主轴电动机的控制控制线路中的启动按钮SB1和SB2是异地控制按钮，分别装在机床两处，方便操作。SB5和SB6是停止按钮。KM1是主轴电动机M1的启动接触器，YC1则是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主轴变速冲动的行程开关。主轴电动机是经过弹性联轴器和变速机构的齿轮传动链来实现传动的，可使主轴获得十八级不同的转速。（1）主轴电动机的启动 启动前先合上电源开关QS1，再把主轴转换开关SA3扳到所需要的旋转方向，然后按启动按钮SB1(或SB2)，接触器KM1获电动作，其主触头闭合，主轴电动机M1启动。SA3的功能见表1.1所示：正转时SA3-2，SA3-3两开关触点分别接通，反转时SA3-1，SA3-4分别接通，停止时都不接通。表1.1 主轴转换开关位置表位置触头正转停止反转SA3-1SA3-2SA3-3SA3-4（2）主轴电动机的停车制动 当铣削完毕，需要主轴电动机M1停车时，按停止按钮SB5(或SB6)，接触器KM1线圈断电释放，电动机M1停电，同时由于SB5-2或SB6-2接通电磁离合器YC1，对主轴电机进行制动。当主轴停车后方可松开停止按钮。（3）主轴换铣刀控制 主轴更换铣刀时，为避免主轴转动，造成更换困难，应将主轴制动。方法是将转换开关SA1扳到换刀位置，常开触头SA1-1闭合，电磁离合器YC1获电，将电动机轴抱住；同时常闭触头SA1-2断开，切断控制电路，机床无法运行，保证了人身安全。（4）主轴变速时的冲动控制 主轴变速时的冲动控制，是利用变速手柄与冲动行程开关SQ1通过机械上的联动机构进行控制的。将变速手柄拉开，啮合好的齿轮脱离，可以用变速盘调整所需要的转速（实质是改变齿轮的传动比），然后将变速手柄推回原位，使变了传动比的齿轮组重新啮合。由于齿与齿之间的位置不能刚好对上，因而造成啮合困难。若在啮合时齿轮系统冲动一下，啮合将十分方便。当手柄推进时，手柄上装的凸轮将弹簧杆推动一下又返回，而弹簧杆又推动一下位置开关SQ1，SQ1的常闭触头SQ1-2先断开，而后常开触头SQ1-1闭合，使接触器KM1通电吸合，电动机M1启动，但紧接着凸轮放开弹簧杆，SQ1复位，常开触头SQ1-1先断开，常闭触头SQ1-2后闭合，电动机M1断电。此时并未采取制动措施，故电动机M1产生一个冲动齿轮系统的力，足以使齿轮系统抖动，保证了齿轮的顺利啮合。2、 工作台进给电动机的控制 转换开关SA2是控制圆工作台的，在不需要圆工作台运动时，转换开关SA2扳到“断开”位置，此时SA2-1闭合，SA2-2断开，SA2-3闭合；当需要圆工作台运动时，将转换开关SA2扳到“接通”位置，则SA2-1断开，SA2-2闭合，SA2-3断开。SA2的功能如表1.2所示:位置触头接通断开SA2-1SA2-2SA2-3+表1.2 圆工作台开关位置（1）工作台纵向进给 工作台的左右(纵向)运动是由“工作台纵向操作手柄”来控制。手柄有三个位置：向左、向右、零位（停止），其控制关系见表1.3。当手柄扳到向左或向右位置时，手柄有两个功能，一是压下位置开关SQ5或SQ6，二是通过机械机构将电动机的传动链拨向工作台下面的丝杠上，使电动机的动力唯一的地传到该丝杠上，工作台在丝杠的带动下作左右进给。在工作台两端各设置一块挡铁，当工作台纵向移动到极限位置时，挡铁撞动纵向操作手柄，使它回到中间位置，工作台停止运动，从而实现纵向运动的终端保护。 表1.3 工作台纵向进给开关位置位置触头左停右SQ5-1SQ5-2SQ6-1SQ6-2+ 1）工作台向右运动 主轴电动机M1 启动后，将操纵手柄向右扳，其联动机构压到位置开关SQ5，常开触头SQ5-1闭合，常闭触头SQ5-2断开，接触器KM3通电吸合;电动机M2正转启动，带动工作台向右进给。 2）工作台向左进给 控制过程与向右相似，只是将操作手柄拨向左，这时位置开关SQ6被压着，SQ6-1被压着闭合，SQ6-2断开，接触器KM4通电吸合，电动机反转，工作台向左进给。（2）工作台升降和横向（前后）进给 操纵工作台上下和前后运动时用同一手柄完成的。该手柄有五个位置，即上、下、前、后和中间位置。当手柄扳向向上或向下时，机械上接通了垂直进给离合器；当手柄扳向前或后时，机械上接通了横向进给离合器；手柄在中间位置时，横向和垂直进给离合器均不接通。在手柄扳到向下或向前位置时，手柄通过机械联动机构使位置开关SQ3被压动，接触器KM3通电吸合，电动机正转；在手柄扳到向上或向后时，位置开关SQ4被压动，接触器KM4通电吸合，电动机反转。对应操纵手柄的五个位置，可列出与之对应的运动状态，见表1.4 表1.4 工作台横向与垂直操纵手柄功能手柄位置工作台运动方向离合器接通的丝杠行程开关动作接触器动作电动机运转向上向下向前向后中间向上进给或快速向上向下进给或快速向下向前进给或快速向前向后进给或快速向后升降或横向停止垂直丝杠垂直丝杠横向丝杠横向丝杠横向丝杠SQ4SQ3SQ3SQ4KM4KM3KM3KM4M2反转M2正转M2正转M2反转此五个位置是联锁的，各个方向的进给不能同时接通，所以不可能同时传动紊乱的现象。 1）工作台向上（下）运动 在主轴电机启动后，将操纵手柄扳到中间位置，把横向和升降操作手柄扳到向上（下）位置，其联动机构一方面接通垂直传动丝杠的离合器；令一方面它使位置开关SQ4（SQ3）动作，KM4(KM3)获电，电动机M2反（正）转，工作台向上（下）运动。将手柄扳回中间位置，工作台停止运动。 2) 工作台向前（后）运动 手柄扳到向前（后）位置，机械装置将横向传动丝杠的离合器接通；同时压动位置开关SQ3(SQ4)，KM3（KM4）获电，电动机M2正（反）转，工作台向前（后）运动。3)联锁问题 单独对垂直和横向操作手柄而言，上下前后四个方向只能选择其一，绝不会出现两个方向的可能性。但在操作这个手柄时，又将控制纵向的手柄拨动了，这时有两个方向进给，将造成机床重大事故，所以必须联锁保护。从图1.1可以看出，若纵向手柄扳到任一方向，SQ5-2或SQ6-2两个位置开关中的一个被压开，接触器KM3或KM4立刻失电，电动机M2停转，从而得到保护。 同理，当纵向操作手柄扳到某一方向而选择了向左或向右进给时，SQ5或SQ6被压着，它们的常闭触头SQ5-2或SQ6-2是断开的，接触器KM3或KM4都由SQ3-2和SQ4-2接通。若发生误操作，使操作和横向操作手柄扳离了自己位置，而选择上、下、前、后某一方向的进给就一定使SQ3-2或SQ4-2断开，使KM3或KM4断电释放，电动机M2停转运转，避免了机床事故。（3）进给变速冲动 和主轴变速一样，进给变速时，为使齿轮进入良好的啮合状态，也要做变速后的瞬时点动。在进给变速时，只需将变速盘（在升降台前面）往外拉，使进给齿轮松开，待转动变速盘以后，将变速盘向里推。在推进时，挡块压动位置开关SQ2，首先使常闭触头SQ2-2断开，然后常开触头SQ2-1闭合，接触器KM3通电吸合，电动机M2启动。但它并未运转起来，位置开关SQ2已复位，首先断开SQ2-1，而后闭合SQ2-2。接触器KM3失电，电动机失电停转。这样以来，使电动机接通一下电源，齿轮系统产生一次抖动，使齿轮啮合顺利进行。（4）工作台的快速移动 为了提高劳动生产率，减少生产辅助时间，X62W万能铣床在加工过程中，不做铣削加工时，要求工作台快速移动，当进入铣削区时，要求工作台以原进给速度移动。安装好工件后，按下按钮SB3或SB4（两地控制），接触器KM2通电吸合，它的一个常开触头接通进给控制电路，另一个常开触头接通电磁离合器YC3，常闭触头切断电磁离合器YC2。离合器YC2吸合将使齿轮系统和变速进给系统相联，而离合器YC3则是快速进给变换用的，它的吸合，使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机可直接拖动丝杠套，让工作台快速进给。进给的方向，仍由进给操作手柄来决定。当快速移动到预订网站时，松开按钮SB3或SB4，接触器KM2断电释放，YC3断开，YC2吸合，工作台的快速移动停止，仍按原来方向做进给运动。3、 圆工作台的控制为了扩大机床的加工能力，可在机床上安装附件圆形工作台，这样可以进行圆弧或凸轮的铣削加工。在拖动时，所有进给系统均停止工作（手柄放置在零位上），只让圆工作台绕轴心回转。当工件在圆工作台安装好后，用快速移动方法，将铣刀和工件之间位置调整好，把圆工作台控制开关拨到“接通”位置。这个开关就是SA2，此时SA2-1和SA2-3断开，SA2-2闭合。当主电动机启动后，圆工作台即开始工作，其控制电路是：电源SQ2-2SQ3-2SQ4-2SQ6-2SQ5-2SA2-2KM4（常闭）KM3线圈电源。接触器KM3通电吸合，电动机M2正转。该电机带动一根专用轴，使圆工作台绕轴心回转，铣刀铣出圆弧。在圆工作台开动时，其余进给一律不准运动，若有误操作，拨动了两个进给手柄中的任一个，则必然会使位置开关SQ3SQ6中的某一个被压动，则其常闭触头将断开，使电动机停转，从而避免了机床事故。圆工作台在运转过程中不要求调速，也不要求反转。按下主轴停按钮SB5或SB6，主轴停转，圆工作台也停转。 冷却和照明控制冷却泵只有在主电动机启动后才能启动，所以主电路中将M3接在主接触器KM1触头后面，另外又可以用开关QS2控制。机床照明由变压器T1供给24V安全电压。第二章 可编程控制器的概述2.1 PLC的发展历史起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。发展：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。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。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。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。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、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。2.2 PLC的构成1. CPU是PLC的核心部分。与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。2. 存储器3. I/O（输入/输出部件）（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）4. 编程器等外部设备5. 电源：内部开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。2.3 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2.4 PLC的功能1、逻辑控制2、定时控制3、计数控制4、步进(顺序)控制5、PID控制6、数据控制：PLC具有数据处理能力。7、通信和联网8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。2.5 PLC的应用领域在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。（1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 （2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 （3）运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 （4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 （6）通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC的应用领域仍在扩展，在日本，PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关联的机器、与环境关联的机器，而且均有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。2.6 PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。 1.按I/O点数分类 PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类：（1） 微型PLC：I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。（2） 小型PLC：I/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。它可以连接开关量和模拟量I/O模块以及其他各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能。如西门子公司的S7-200PLC，三菱公司的 F1、F2和FX0系列 PLC都属于小型机。（3）中型PLC：I/O点数在5122048点之间的为中型PLC。它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。如西门子公司的 S7-300PLC、三菱公司的AIS系列PLC都属于中型机（4）大型PLC：I/O 点数为2048点以上的为大型PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型PLC还可以采用三个CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。如西门子公司的S7-400系列 PLC、三菱公司的A3M、A3N系列PLC都属于大型机。 2.按结构分类 PLC按其结构可分为整体式、模块式及叠装式 3 种。 1)整体式 PLC 将CPU、I/O单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式 PLC。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。 基本单元内有CPU、 I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器相连的接口。扩展单元内只有I/O接口和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。它还配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。整体式 PLC一般都是小型机。 2)模块式PLC模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU模块中)以及各种功能模块。模块式PLC由母板(或框架)以及各种模块组成。把这些模块按控制系统需要选取后，安插到母板上，就构成了一个完整的PLC系统。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。例如，西门子公司的 S7-300系列、S7-400 系列PLC都采用模块式结构形式。 3)叠装式PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC将CPU模块、电源模块、通信模块和一定数量的I/O单元集成到一个机壳内，如果集成的I/O模块不够使用，可以进行模块扩展。其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间要靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。叠装式PLC集整体式PLC与模块式PLC优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。西门子公司的S7-200系列 PLC 就是叠装式的结构形式。 3.按功能分类 根据 PLC 所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档 3类。 1)低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量 I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 2)中档 PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID (比例、积分、微分控制)控制等功能，以适用于复杂控制系统。3)高档 PLC 除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。 一般低档机多为小型PLC，采用整体式结构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC采用模块式结构。2.7 PLC的国内外状况20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。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。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。2.8 PLC的未来展望1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。3：不断加强通讯功能。4：新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化。有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。7：追求软硬件的标准化。第三章 X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造的硬件设计3.1 X62W铣床PLC控制系统的分析 根据实际情况，在铣床的电气改造过程中，保留原有的机械操作不变，将原来继电器控制的线路用PLC控制系统取代。按照PLC控制系统设计的一般步骤，X62W铣床PLC控制系统属于典型的单机控制系统，输入/输出信号均为开关控制量，一般的继电器输出型PLC就可以满足控制上的要求，又由于X62W铣床不属于大型机床，输入信号传输距离不大，控制电路比较集中，不必采用单独的控制柜来安装电器元件。为了提高整个系统的可靠性、安全性，考虑到系统的成本，系统的组织电动机正、反转及冷却泵电动机部分控制将不采用PLC控制。3.2 PLC的选型及校验X62W铣床电路中输入/输出及控制信号共有27个。其中输入信号17个、输出信号10个，实际使用时，系统的输入都为开关控制量，加上10%15%的余量就可以了，并无其他特殊控制模块的需要。故选用日本三菱公司的FX2N-48MR-001型PLC。AC电源，24V直流输入，继电器输出。输入点数24，输出点数24。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。它的基本指令执行时每条指令高达0.08 s，用户存储器容量可扩展到16K步，I/O点最大可扩展到256点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）。有多种RS-232/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制和联网通信功能。可满足机床10点输出，17点输入的要求。PLC的供电电源为隔离变压器提供，这样可以减少电网波动或噪声对PLC的干扰。3.3 PLC的I/O端口的分配表3.1 输入信号地址分配