plc在万能铣床中的应用设计

摘要可编程序控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。现在PLC已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。X62W万能铣床是一种通用的多用途铣床，它可以对各种零件进行平面、斜面、沟槽、齿轮和成型表面的加工，还可以加装上万能铣头和圆工作台来铣切凸轮和弧行槽，如果装上分度头之后，还能加工直齿轮和螺旋面。本设计选择西门子S7200PLC来对X62W万能铣床实施控制，完成了控制系统的硬件配置、资源分配、I/O接线以及控制系统程序设计与仿真等任务，达到了X62W万能铣床的控制要求。关键词X62W万能铣床，电气控制，S7200PLCABSTRACTPROGRAMMABLECONTROLLERPLCISBASEDONMICROPROCESSOR,INTEGRATEDCOMPUTER,COMMUNICATION,NETWORKING,ANDAUTOMATICCONTROLTECHNOLOGYANDTHEDEVELOPMENTOFANEWGENERATIONOFINDUSTRIALCONTROLDEVICENOWPLCHASBEENWIDELYUSEDTONATIONALECONOMYOFEACHINDUSTRIALPRODUCTIONFIELD,IMPROVEMENTOFTRADITIONALINDUSTRIALEQUIPMENTLEVELANDTECHNICALABILITYOFTHEIMPORTANTEQUIPMENTANDASTRONGPILLARX62WUNIVERSALMILLINGMACHINEISAGENERICMULTIPURPOSEMACHINE,ITCANBEALLKINDSOFSPAREPARTSFORPLANE,SLANT,TRENCH,GEARANDFORMEDONTHESURFACEOFTHEPROCESSING,CANALSOADDTHOUSANDSOFMILLINGHEADANDROUNDTABLEFORMILLINGCAMANDARCLINESLOT,IFFITTEDWITHDIVIDINGHEAD,STILLCANPROCESSINGSPURGEARANDHELICALSURFACETHISDESIGNCHOICEOFSIEMENSS7200PLCFORTHEX62WUNIVERSALMILLINGMACHINECONTROLIMPLEMENTATION,COMPLETEDTHEHARDWARECONFIGURATIONOFTHECONTROLSYSTEM,RESOURCEALLOCATIONANDI/OCONNECTIONANDPROGRAMDESIGNANDSIMULATIONTASKSSUCHASCONTROLSYSTEM,ACHIEVEDTHEX62WUNIVERSALMILLINGMACHINECONTROLREQUIREMENTSKEYWORDSX62WUNIVERSALMILLINGMACHINE,ELECTRICCONTROL,S7200PLC目录摘要IABSTRACTII1绪论111铣床的简单介绍112铣床国内外研究状况和发展趋势113课题研究的目的和意义22X62W万能铣床的结构及运动形式321铣床的分类3211按布局形式和适用范围铣床的分类3212按结构铣床的分类322X62W万能铣床的结构423X62W万能铣床的运动形式53X62W万能铣床的控制要求及电气控制原理631X62W万能铣床的控制要求632电气原理图633X62W万能铣床元件介绍834电气控制线路分析94X62W万能铣床控制系统的PLC选型1441PLC的特点1442PLC的选型1543I/O点的分配1644X62W万能铣床基于PLC控制电路的改造175X62W型万能铣床控制系统程序设计及仿真2051PLC梯形图程序设计2052程序仿真23521仿真软件的介绍23522电气控制系统程序仿真24结论32参考文献33附录AX62W万能铣床的语句表34致谢381绪论11铣床的简单介绍铣床是机床中用途较广的一种，铣床能加工分齿零件、沟槽、平面和各种各样的曲面。铣床还能加工回转体内孔、表面等1。铣床最早是由美国人E惠特尼于1818年创制的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人JR布朗于1862年创制了第一台万能铣床，是为升降台铣床的雏形。1884年前后出现了龙门铣床。20世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给快速”或“快速进给”的自动转换。1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。随着机械化进程不断加剧，数控编程开始广泛应用与于机床类操作，极大的释放了劳动力。数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。对员工要求也会越来越高，当然带来的效率也会越来越高。12铣床国内外研究状况和发展趋势自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。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。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。在我国7080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。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。一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。13课题研究的目的和意义PLC是专门为工业环境应用而设计，可靠性高，抗干扰能力强是其显著的特点之一，如果将X62W万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，这样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。可编程控制器以弱电控制强电，省去大量的控制继电器，运行成本低，对铣床进行PLC改造可以提高铣床的工作效率、质量，节约资源，促进我国生产技术水平的提高。现在国内外关于PLC在铣床上的应用正在快速的发展，PLC以后会在铣床上更好更全面的应用。2X62W万能铣床的结构及运动形式21铣床的分类铣床可以按布局形式和适用范围分类，它还可以按结构分类。211按布局形式和适用范围铣床的分类按布局形式和适用范围铣床可分为（1）升降台铣床有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零件，应用最广。（2）龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件。（3）单柱铣床和单臂铣床前者的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均用于加工大型零件。（4）工作台不升降铣床有矩形工作台式和圆工作台式两种，是介于升降台铣床和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。（5）其他铣床如方钢锭铣床、仪表铣床、凸轮铣床、轧辊轴颈铣床、工具铣床、键槽铣床、曲轴铣床和工具铣床等3。212按结构铣床的分类按结构铣床可分为（1）台式铣床小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。（2）悬臂式铣床铣头装在悬臂上的铣床，床身水平布置，悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动，铣头沿悬臂导轨移动。（3）滑枕式铣床主轴装在滑枕上的铣床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动，滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。（4）龙门式铣床床身水平布置，其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁和立柱上，可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动，工作台可沿床身导轨纵向移动，用于大件加工。（5）平面铣床用于铣削平面和成型面的铣床，床身水平布置，通常工作台沿床身导轨纵向移动，主轴可轴向移动。它结构简单，生产效率高。（6）仿形铣床对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工件。（7）升降台铣床具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床，通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。（8）摇臂铣床摇臂装在床身顶部，铣头装在摇臂一端，摇臂可在水平面内回转和移动，铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。（9）床身式铣床工作台不能升降，可沿床身导轨作纵向移动，铣头或立柱可作垂直移动的铣床。（10）专用铣床例如工具铣床用于铣削工具模具的铣床，加工精度高，加工形状复杂。22X62W万能铣床的结构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4。X62W型万能铣床的外形结构如图21所示，它主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。整个机床的主体部分是固定在底座上的箱型床身，主轴的变速操纵机构和传动机构被放在床身内。可沿水平轨道调整位置的悬梁位于床身的顶部，通过悬梁在水平轨道的运动来改变铣刀的位置5。1床身（立柱）2主轴3刀杆4悬梁5支架6工作台7回转盘8横溜板9升降台10底座图21铣床外部结构图23X62W万能铣床的运动形式X62W型万能铣床的三种运动形式如下（1）主运动铣床的主运动是指主轴带动铣刀的旋转运动。（2）进给运动铣床的进给运动是指加工中工作台或进给箱带动工件的直线移动以及圆形工作台上的旋转运动。（3）辅助运动铣床的辅助运动是指工作台带动工件在上、下、左、右、前和后六个方向上的快速移动6。3X62W万能铣床的控制要求及电气控制原理31X62W万能铣床的控制要求X62W型万能铣床的控制要求如下（1）铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反转，因正反操作并不频繁，所以由床身的下方电器箱上的组合开光来实现电源相序。（2）因为主轴传动系统中装有防止震荡的惯性轮，所以主轴电动机使用电磁离合器来停车7。（3）按照工艺加工的要求，X62W型万能铣床应采取必要的电气联锁措施，为了避免铣床和刀具的损伤，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速运动。为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动6个方向的连锁。进给运动和主轴运动采取变速盘执行速度选择，为确保变速齿轮能够很好的的啮合，要求进给运动和主轴运动都必须在变速后顺时点动。在冷却泵或主轴电动机超载时，进给运动马上停止，以防止铣床和刀具的损伤。（4）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。32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如图31所示，该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。图31X62W万能铣床的电气原理图33X62W万能铣床元件介绍X62W万能铣床元件的详细介绍如表31和表32所示。表31铣床的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Y132M4B375KW，380V，1450R/MIN1主轴传动M2进给电动机Y90L415KW,380V,1400R/MIN1进给传动M3冷却泵电动机JCB220125KW,380V,2790R/MIN1冷却泵传动表32铣床的电机参数参照表符号名称型号规格件数作用KM1接触器CJO2020A,110V1主轴启动KM2接触器CJO1010A,110V1快速进给KM3接触器CJO1010A,110V1M2正转KM4接触器CJO1010A,110V1M2反转KS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2快速进给按钮SB5、6按钮LA2红色2M1停止按钮SA1转换开关HZ110/E16三极1换刀开关SA2转换开关HZ110/E16三极圆工作台转换SA3转换开关HZ110/E16三极M1换向开关SQ1限位开关LX111K开启式1向右进给SQ2限位开关LX111K开启式1向左进给SQ3限位开关LX2131单轮，自动复位1向前、向下进给SQ4限位开关LX2131单轮，自动复位1向后、向上进给SQ5限位开关LX311K开启式1快速与进给转换SQ6限位开关LX311K开启式1主轴变速冲动SQ7限位开关LX311K开启式1进给变速冲动QS1转换开关HZ160/E26三极1电源总开关QS2转换开关HZ160/E26三极1冷却泵开关FR1热继电器JRQ4011A、3A1M1过载保护FR2热继电器JR10103A、5A1M3过载保护FR3热继电器JR10100415A1M2过载保护FU1熔断器RL130A3总电源短路保护续表32铣床的电机参数参照表FU2熔断器RL110A3进给短路保护FU3、FU6熔断器RL16A2控制电路短路保护FU4、FU5熔断器RL14A2照明电源短路保护VC整流器ZCZX45A，50V1整流作用TC变压器BK50380/36V1照明变压器TC1变压器BK150380/127V1控制电路变压器YC1电磁离合器B1DLIII1主轴制动YC2电磁离合器B1DLII1正常进给YC3电磁离合器B1DLII1快速进给R电阻ZB2145W、154A2限制制动电阻34电气控制线路分析X62W型万能铣床的电气控制线路如图31。电气原理图是由主电路、控制电路和照明电路三部分组成。（1）主电路有三台电动机。M1是主轴电动机；M2是进给电动机；M3是冷却泵电动机。1）主轴电动机M1通过换相开关SA5与接触器KM1配合，能进行正反转控制，而与接触器KM2制动电阻器R及速度继电器的配合,能实现串电阻瞬时冲动和正反转反接制动控制,并能通过机械进行变速。2）进给电动机M2能进行正反转控制，通过接触器KM3、KM4与行程开关及KM5、牵引电磁铁YA配合，能实现进给变速时的瞬时冲动、六个方向的常速进给和快速进给控制。3）冷却泵电动机M3只能正转8。4）熔断器FU1作机床总短路保护，也兼作M1的短路保护；FU2作为M2、M3及控制变压器TC、照明灯EL的短路保护；热继电器FR1、FR2、FR3分别作为M1、M2、M3的过载保护。（2）控制电路1）主轴电动机的控制（电路见图32）SB1、SB3与SB2、SB4是分别装在机床两边的停止（制动）和启动按钮，实现两地控制，方便操作。KM1是主轴电动机启动接触器，KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器。SQ7是与主轴变速手柄联动的瞬时动作行程开关。主轴电动机需启动时，要先将SA5扳到主轴电动机所需要的旋转方向，然后再按启动按钮SB3或SB4来启动电动机M1。M1启动后，速度继电器KS的一副常开触点闭合，为主轴电动机的停转制动作好准备。停车时，按停止按钮SB1或SB2切断KM1电路，接通KM2电路，改变M1的电源相序进行串电阻反接制动。当M1的转速低于120转/分时，速度继电器KS的一副常开触点恢复断开，切断KM2电路，M1停转，制动结束。图32主轴电动机控制电气原理图据以上分析可写出主轴电机转动（即按SB3或SB4）时控制线路的通路12378910KM1线圈O；主轴停止与反接制动（即按SB1或SB2）时的通路123456KM2线圈O。主轴电动机变速时的瞬动（冲动）控制，是利用变速手柄与冲动行程开关SQ7通过机械上联动机构进行控制的。变速时，先下压变速手柄，然后拉到前面，当快要落到第二道槽时，转动变速盘，选择需要的转速。此时凸轮压下弹簧杆，使冲动行程SQ7的常闭触点先断开，切断KM1线圈的电路，电动机M1断电；同时SQ7的常开触点后接通，KM2线圈得电动作，M1被反接制动。当手柄拉到第二道槽时，SQ7不受凸轮控制而复位，M1停转。接着把手柄从第二道槽推回原始位置时，凸轮又瞬时压动行程开关SQ7，使M1反向瞬时冲动一下，以利于变速后的齿轮啮合。但要注意，不论是开车还是停车时，都应以较快的速度把手柄推回原始位置，以免通电时间过长，引起M1转速过高而打坏齿轮。2）工作台进给电动机的控制，工作台的纵向、横向和垂直运动都由进给电动机M2驱动，接触器KM3和KM4使M2实现正反转，用以改变进给运动方向。它的控制电路采用了与纵向运动机械操作手柄联动的行程开关SQ1、SQ2和横向及垂直运动机械操作手柄联动的行程开关SQ3、SQ4、组成复合联锁控制。即在选择三种运动形式的六个方向移动时，只能进行其中一个方向的移动，以确保操作安全，当这两个机械操作手柄都在中间位置时，各行程开关都处于未压的原始状态。由原理图可知M2电机在主轴电机M1起动后才能进行工作。在机床接通电源后，将控制圆工作台的组合开关SA32（2119）扳到断开状态，使触点SA31（1718）和SA33（1121）闭合，然后按下SB3或SB4，这时接触器KM1吸合，使KM1（812）闭合，就可进行工作台的进给控制。工作台纵向（左右）运动的控制，工作台的纵向运动是由进给电动机M2驱动，由纵向操纵手柄来控制。此手柄是复式的，一个安装在工作台底座的顶面中央部位，另一个安装在工作台底座的左下方。手柄有三个向左、向右、零位。当手柄扳到向右或向左运动方向时，手柄的联动机构压下行程SQ2或SQ1，使接触器KM4或KM3动作，控制进给电动机M2的转向。工作台左右运动的行程，可通过调整安装在工作台两端的撞铁位置来实现。当工作台纵向运动到极限位置时，撞铁撞动纵向操纵手柄，使它回到零位，M2停转，工作台停止运动，从而实现了纵向终端保护。工作台向左运动在M1启动后，将纵向操作手柄扳至向右位置，一方面机械接通纵向离合器，同时在电气上压下SQ2，使SQ22断，SQ21通，而其他控制进给运动的行程开关都处于原始位置，此时使KM4吸合，M2反转，工作台向右进给运动。其控制电路的通路为11151617182425KM4线圈O，工作台向右运动当纵向操纵手柄扳至向左位置时，机械上仍然接通纵向进给离合器，但却压动了行程开关SQ1，使SQ12断，SQ11通，使KM3吸合，M2正转，工作台向右进给运动，其通路为11151617181920KM3线圈O。工作台垂直（上下）和横向（前后）运动的控制工作台的垂直和横向运动，由垂直和横向进给手柄操纵。此手柄也是复式的，有两个完全相同的手柄分别装在工作台左侧的前、后方。手柄的联动机械一方面压下行程开关SQ3或SQ4，同时能接通垂直或横向进给离合器。操纵手柄有五个位置（上、下、前、后、中间），五个位置是联锁的，工作台的上下和前后的终端保护是利用装在床身导轨旁与工作台座上的撞铁，将操纵十字手柄撞到中间位置，使M2断电停转。工作台向后（或者向上）运动的控制将十字操纵手柄扳至向后（或者向上）位置时，机械上接通横向进给（或者垂直进给）离合器，同时压下SQ3，使SQ32断，SQ31通，使KM3吸合，M2正转，工作台向后（或者向上）运动。其通路为11212217181920KM3线圈O；工作台向后（或者向上）运动的控制将十字操纵手柄扳至向前（或者向下）位置时，机械上接通横向进给（或者垂直进给）离合器，同时压下SQ4，使SQ42断，SQ41通，使KM4吸合，M2反转，工作台向前（或者向下）运动。其通路为11212217182425KM4线圈O。进给电动机变速时的瞬动（冲动）控制变速时，为使齿轮易于啮合，进给变速与主轴变速一样，设有变速冲动环节。当需要进行进给变速时，应将转速盘的蘑菇形手轮向外拉出并转动转速盘，把所需进给量的标尺数字对准箭头，然后再把蘑菇形手轮用力向外拉到极限位置并随即推向原位，就在一次操纵手轮的同时，其连杆机构二次瞬时压下行程开关SQ6，使KM3瞬时吸合，M2作正向瞬动。其通路为1121221716151920KM3线圈O，由于进给变速瞬时冲动的通电回路要经过SQ1SQ4四个行程开关的常闭触点，因此只有当进给运动的操作手柄都在中间（停止）位置时，才能实现进给变速冲动控制，以保证操作时的安全。同时，与主轴变速时冲动控制一样，电动机的通电时间不能太长，以防止转速过高，在变速时打坏齿轮。工作台的快速进给控制为提高劳动生产率，要求铣床在不作铣切加工时，工作台能快速移动。工作台快速进给也是由进给电动机M2来驱动，在纵向、横向和垂直三种运动形式六个方向上都可以实现快速进给控制。主轴电动机启动后，将进给操纵手柄扳到所需位置，工作台按照选定的速度和方向作常速进给移动时，再按下快速进给按钮SB5（或SB6），使接触器KM5通电吸合，接通牵引电磁铁YA，电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上，减少中间传动装置，使工作台按运动方向作快速进给运动。当松开快速进给按钮时，电磁铁YA断电，摩擦离合器断开，快速进给运动停止，工作台仍按原常速进给时的速度继续运动。3）圆工作台运动的控制铣床如需铣切螺旋槽、弧形槽等曲线时，可在工作台上安装圆形工作台及其传动机械，圆形工作台的回转运动也是由进给电动机M2传动机构驱动的。圆工作台工作时，应先将进给操作手柄都扳到中间（停止）位置，然后将圆工作台组合开关SA3扳到圆工作台接通位置。此时SA31断，SA33断，SA32通。准备就绪后，按下主轴启动按钮SB3或SB4,则接触器KM1与KM3相继吸合。主轴电机M1与进给电机M2相继启动并运转，而进给电动机仅以正转方向带动圆工作台作定向回转运动。其通路为1115161722211920KM3线圈O，由上可知，圆工作台与工作台进给有互锁，即当圆工作台工作时，不允许工作台在纵向、横向、垂直方向上有任何运动。若误操作而扳动进给运动操纵手柄（即压下SQ1SQ4、SQ6中任一个），M2即停转。4X62W万能铣床控制系统的PLC选型41PLC的特点可编程逻辑控制器是一种从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的，在此基础上不断的吸收微型计算机控制技术，使得它的功能不断增强，逐渐适合复杂的电气控制系统。PLC之所以有较强的发展和运用，是因为它更加适应工业现场和市场要求。它具有可靠性高、抗干扰能力强、编程方便、价格低、寿命长等特点。它与单片机相比，它的输入/输出端更接近现场设备，不需要添加太多的中间部件，这样可以大大的节省用户的开发时间和成本。现在应用于工业领域的PLC种类繁多，规模大小和功能强弱千差万别，但是它们都具有以下一些共同的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强在硬件方面，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，另外还采取了屏蔽、铝箔、隔离等抗干扰措施；在软件方面，PLC采用了故障检测、自动恢复等措施，所以PLC能在一个具有很强的电磁干扰、过电压、极端温度、欠电压、电噪声、振动和温度很大的工业环境中可靠稳定的工作，通常其平均无故障时间可达几十万小时。（2）编程简单、使用方便。PLC没有采用计算机控制中所使用的汇编语言来编程，而是采用的“梯形图”语言来进行编程的。这种梯形图语言与继电器控制电路图想类似，形式简单，容易掌握，不需要专业的计算机知识。广大电气工程人员都可以在较短的时间内学会使用梯形图编制控制程序。同时，PLC还提供了功能图表、语句表等编程语言，梯形图、功能图表、语句表之间还可以相互转换，使用起来非常灵活。（3）通用性好。PLC是通过程序来实现控制的，所以相同的硬件配置可以控制不同的被控对象，同一台PLC可用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求。目前，PLC品种齐全的各种硬件装置，可以方便灵活地组成能满足各种要求的控制系统，通用性好。在组成控制系统以后，即使生产工艺流程改变或生产设备更新，也不必更新PLC硬件，只需要转换，改编程序就可以满足新的控制要求。因此，在工厂自动化中广泛采用PLC。（4）功能强大，可扩展。PLC的功能非常强，不仅具有逻辑运算、算术运算、计数、计时步进控制等功能，还可以实现模拟量的输入/输出、通信网络、自检、功率驱动、人机对话、生产过程控制等功能，即可单独构成控制系统，又可以和其他计算机系统、控制设备一起主持分布式控制系统，来实现控制一台生产机械、一条生产线、或控制一个生产过程。（5）接线简单。PLC的接线相当简单，只需要把输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC输入输出端口相连，接收输出信号的执行元件（如交流接触器、电磁阀）与PLC输出端子相连就可以了。（6）其他方面。PLC具有体积小、重量轻、功耗低的特点。42PLC的选型PLC的选型由于西门子S7200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。并且具有强大的指令系统、低廉的价格、紧凑的的设计和丰富的功能模块，S7200PLC能很好的满足各种小规模地控制要求，所以本次设计选用S7200系列PLC。图41修改后X62W万能铣床的电气原理图控制电路图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。因此可将控制电路图稍作修改后如图41所示。通过这样的改造能很好的实现整个控制电路用PLC控制。根据修改后的图，确定输入信号与输出信号。输入信号SB1SB12，SQ1SQ4，SQ6SQ7，KV1KV2。（精简成17个信号）输出信号KM1KM9。（9个信号）S7200PLC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S7200CPU226这款集成24输入和16输出的PLC。43I/O点的分配I/O地址分配表如下表41所示。表41I/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,SB2I00主轴反接制动常闭SB3,SB4I01主轴反接制动常开SB3,SB4I02快速进给常开SB5,SB6I03圆工作台启动SB7I04圆工作台停止SB8I05照明灯亮SB9I06照明灯灭SB10I07油泵电机启动SB11I10油泵电机停止SB12I11向左进给SQ1I12向右进给SQ2I13向前、上进给SQ3I14向后、下进给SQ4I15输入信号进给变速冲动SQ6I16主轴变速冲动SQ7I17续表41I/O地址分配表44X62W万能铣床基于PLC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42所示。速度继电器辅助常开触点KV1，KV2I20主轴启动接触器KM1Q00主轴反接制动接触器KM2Q01M2正转接触器KM3Q02M2反转接触器KM4Q03快速进给接触器KM5Q04油泵电机启动接触器KM6Q05辅助接触器KM7Q06辅助接触器KM8Q07输出信号辅助接触器KM9Q10图42X62W万能铣床的主电路图在控制电路中，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43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SB7SB12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SQ1SQ4和SQ6SQ7,SB1SB12和KV1KV2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43S7200PLC硬件接线图5X62W型万能铣床控制系统程序设计及仿真51PLC梯形图程序设计根据X62W万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的PLC梯形图，如下图。程序有13个网络，体现了原继电器电路中的逻辑关系。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。图51网络1网络1的梯形图如图51，在网络1中，因SQ7和SB3、SB4都使用常闭触头接到输入端子I17、I01，则I17、I01的常开触点闭合，按下启动按钮SB1或SB2时，I00常开触点闭合，Q00、线圈得电并自锁，在网络4中Q00常开触点闭合，中间继电器M02线圈得电，其常开触点闭合，准备好执行网络4下面的程序，确保了在主轴旋转后才进行进给运动。Q00的输出信号使主轴电动机M1启动运转。图52网络2网络,2的梯形图如图52，在网络2中，当按停止按钮SB3或SB4时，I01常开触点复位，Q00线圈失电，主轴惯性运转，同时I02常开触点闭合，M00线圈得电接通Q01，主轴反接制动停转。图53网络3网络3的梯形图如图53，在网络3中，SQ7被压合，I17常开触点闭合，网络1中I17常闭触点断开，从而Q00失电，继而网络3中的Q00常闭触点复位，M01得电接通Q01，主轴制动停转，实现主轴变速冲动。图54网络4图55网络5图56网络6图57网络7图58网络8图59网络9网络4、网络5、网络6、网络7、网络8、网络9的梯形图如图54、图55、图56、图57、图58、图59所示。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内容。在圆形工作台启动按钮SB7按下，I04常开触点闭合，Q06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，M04得电接通Q02，电动机M2启动，圆形工作台旋转。当按下停止按钮SB8，Q06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，I12和I13常开触点闭合，常闭触点断开，其他触点均处于复位状态时，M02和Q03得电且M02得电接通Q03，电动机M2正转或反转，拖动工作台向左或向右运动9。同样，工作台前后、上下进给时，SQ4或SQ3被压合，网络4、网络5中，I13和I14常开触点闭合，常闭触点断开，其他触点均处于复位状态时，M02和Q03得电且M02得电接通Q03，电动机M2反转或正转，工作台按选定的方向作进给运动10。图510网络10图511网络11图512网络12图513网络13网络10、网络11、网络12、网络13的梯形图如图510、图511、图512、图513所示。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。52程序仿真521仿真软件的介绍该仿真软件可以仿真大量的S7200指令，支持常用的位触点指令、定时器指令、计数器指令、比较指令、逻辑运算指令和大部分的数学运算指令等。仿真程序提供了数字信号输入开关、两个模拟电位器和LED输出显示，仿真程序同时还支持对TD200文本显示器的仿真，在实验条件尚不具备的情况下，完全可以作为学习S7200的一个辅助工具。仿真软件的界面和所有基于WINDOWS的软件一样，仿真软件最上方是菜单，仿真软件的所有功能都有对应的菜单命令；在工件栏中列出了部分常用的命令（如PLC程序加载，启动程序，停止程序、AWL、KOP、DB1和状态观察窗口等）。常用菜单命令介绍如下PROGRAM|LOADPROGRAM加载仿真程序。（仿真程序梯形图必须为AWL文件，数据块必须为DBL或TXT文件）PROGRAM|PASTEPROGRAM（OB1）粘贴梯形图程序。PROGRAM|PASTEPROGRAM（DB1）粘贴数据块。VIEW|PROGRAMAWL查看仿真程序。（语句表形式）VIEW|PROGRAMKOP查看仿真程序。（梯形图形式）VIEW|DATA（DB1）查看数据块。VIEW|STATETABLE启用状态观察窗口。VIEW|TD200启用TD200仿真。CONFIGURATION|CPUTYPE设置CPU类型。输入位状态显示对应的输入端子为1时，相应的LED变为绿色。输出位状态显示对应的输出端子为1时，相应的LED变为绿色。CPU类型选择点击该区域可以选择仿真所用的CPU类型。模块扩展区在空白区域点击，可以加载数字和模拟I/O模块。信号输入开关用于提供仿真需要的外部数字量输入信号。模拟电位器用于提供0255连续变化的数字信号。TD200仿真界面仿真TD200文本显示器（该版本TD200只具有文本显示功能，不支持数据编辑功能）。522电气控制系统程序仿真网络1（主轴电动机M1启动运转）程序仿真如图514所示。图514主轴电动机M1启动运转程序仿真图网络5（进给右、后、下）程序仿真如图515和图516所示。图515进给右、后、下程序仿真图1图516进给右、后、下程序仿真图2网络6（工作台快速进给程序仿真如图517所示。图517工作台快速进给程序仿真图网络8（圆形工作台控制程序仿真如图518所示。图518圆形工作台控制程序仿真图网络10（照明灯控制）程序仿真如图519所示。图519照明灯控制程序仿真图网络11（冷却泵控制）程序仿真如图520所示。图520冷却泵控制程序仿真图网络12（中间继电器）程序仿真如图521和图522所示。图521中间继电器程序仿真图1图522中间继电器程序仿真图2网络13程序仿真如图523、图524、图525、图526所示。图523网络13程序仿真图1图524网络13程序仿真图2图525网络13程序仿真图3图526网络13程序仿真图4结论这次毕业设计中自己在理论知识学习的基础上，对X62W卧式铣床的结构及运动形式进行了分析，通过细致的分析铣床的电气原理图，制定出了初步的元件替换方案，对原继电器进行PLC软继电器代换，画出其梯形图与外部接线图，并列出指令表。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，