铣床的PLC控制全解

1、第一章 前言我国传统的铣床控制系统都是采用继电器、 接触器等硬件逻辑控 制电路 , 不但接线复杂 , 而且经常出现故障 , 可靠性比较差。与传 统的继电器控制相比 ,PLC 控制具有可靠性高、柔性好、开发周期短 以及故障自诊断等特点 , 特别适合应用于铣床的控制和故障诊断系 统，可以减少强电元件数目，提高电气控制系统的稳定性和可靠性， 从而提高产品的品质和生产效率。故在 PLC 广泛应用的控制时代， 本设计系统的思想就是采用 PLC 控制铣床。以达到预定控制系统的简洁性、经济性，减少了成本，也 使得维修变的简单。第二章 方案论证2.1 机床的主要结构和运动形式如图一所示，铣床由床身、悬梁、刀杆

2、支架、主轴、工作台和升 降台等组成， 刀杆支架上安装与主轴相连的刀杆和铣刀， 以进行切削 加工，顺铣时刀具为一个转动方向，逆铣时为另一个转动方向；床身 前面有垂直导轨， 升降台带动工作台可沿垂直导轨上下移动， 完成垂 直方向的进给，升降台上的水平工作台还可在左右（纵向）方向上移 动进给以及在横向移动进给； 回转工作台可单向转动。 进给运动的传 递示意图如图二所示图一图横向移动传动椿垂直移动传动琏纵向移动传动链2.2铣床的结构分析铣床主要由工作机构、传动机构、和自动控制系统三部分组成工作机构的主要部件有底座、床身、主轴、悬梁、纵向工作台、 回转盘、床鞍和升降台组成。传动机构主要由主轴传动系统和进

3、给传动系统构成。主轴传动是由一台10KW的主电动机驱动，主轴旋转方向的改 变由主电动机正、反转来实现。进给传动是由一台3KW的进给电动机驱动，它主要用于工作台 纵向、横向和垂直三个方向的进给运动和快速传动。自动控制系统主要以 PLC 为核心，配合智能仪表，实現对自动 铣床的自动控制以及运行状态的检测功能和显示功能。第三章 系统的总体设计3.1 可编程序控制器设计简介使用可编程序控制器构成控制系统的设计步骤如图所示， 与常用 的继电器控制逻辑设计比较， 组件的选择代替了原来的部件选择， 程 序设计代替了原来的硬件逻辑设计。 在本设计中的铣床控制系统的 设计中应考虑的因素有：（1）系统组成方案与网

4、络通信方式；（ 2）系统总的 I/O 点数。以此选择 PLC 框架个数和 I/O 模块数量；（3）控制系统的工艺流程，复杂程度。根据控制的复杂程度选定存 储器容量；（4）输入/输出设备规格。包括控制信号类型、大小，负载设备的性 质。以此确定输入 /输出模块类型；（5）CPU 选择。由存储器容量、输入 /输出点数和模块类型、运算功 能和运算速度等因素选择合适的 PLC 机型；（ 6）根据输入信号和输出控制设备类型，选择合适的 I/O 模块； （7）按照模块化、结构化设计方法设计系统程序； 在保证系统性能和可靠性的前提下，组成性能价格比高的控制系统。 其系统总体思路如图三所示：图三3.2铣床生产流

5、程及控制系统构成普通铣床由铣刀盘、液压泵、润滑泵、冷却泵、电磁阀和电控系统组成。自动操作过程是由按钮和限位信号控制电机和电磁阀来完成。铣床工作流程见图四，PLC控制系统框图见图五图四PSI/O主运动缺电机电机电机操惟台电站被图五3.3铣床电动机组的设计图六为铣床电动机组启动电路图， 该铣床有三台电动机，主轴电 动机M1用来带动主轴旋转。进给电动机M2用来驱动工作台进行纵向， 横向和垂直三个方向的进给运动与快速移动。冷却电动机M3驱动冷却液泵，铣削时把冷却液送到工件、刀具上进行冷却。LLL2L3FU1&-FU2-&-&aQS KM3VXAKMEMlKM5KM4cYAFR27己图六快速进洽:FR3

6、3.4系统供电为了避免各种干扰通过电源线进人 PLC系统的动力部分、控制 部分、PLC和I /O电源分别配线.用带屏蔽层的隔离变压器给 PLC 供电，隔离变压器与PLC之间采用双绞线连接，隔离变压器一次侧接 380V,避免地电流的干扰.为了保证人身和设备的安全，设置独立于 PLC的紧急停车控制装置，在紧急停止时，PLC的输出电路可在PLC外部切断，如图七所示：io損块启动 * 停止1 tKK图七3.5 PLC输入输出接线端子外接线图PLC输入端子外电路共接24个输入点，分别连接旋钮、按钮、 行程开关等主令元件及检测元件，电源由PLC内部提供。输出端子外 电路按执行电器的电源类别分别组成不同的端

7、子组，共用端子COM端加装熔断器做短路保护，必要时可并联放电二极管以利 PLC输出继电 器触电的灭弧。PLC输入/输出接线端子外接线电路如图八所示0KM1主轴电tn启动按纽 主轴电机启动I妥纽 主轴电机停止授纽 主轴电机停止扌轴 工作台賊进给搜纽 工作台雄逬给我纽 工作台右移行程开餐工作台左移行程开关工作台前、下移行程开黄 工作台后上挣行程开关 遊给变谨i中胡行程开栄主轴变速冲动行程开关园工作台转换弃关泠却泵电机起、停转換开关 主轴电机谨腔怅电器 王轴电机速度电器JZrSB4 ”巩 .JbB 於陌二sqT-SQSQ3=SQ斗SQ5”$360 123 XX滅XIX 1X0 12主轴电机反接制动接

8、融誥主 铀扛机运行接触器冷却泵电机接触 器SQ7JSA3 .JS-1 -JKS-aY3Y4Y5cnM决速蛙*理跆長接融器图八第四章软件设计4.1铣床电力拖动和控制任务要对电机Ml M2 M3的控制。手动控制铣床照明灯的线路可用 外接电路解决，不必通过 PLC控制，采用FX2N型PLC来控制系统。 FX2N系列基本单元如表3所示。对电动机M1的具体控制要求是：M1的启动控制；全电压正反转 控制；停车时要求反接制动，并串入限流电阻，有过载和短路保 护。 对电动机M2的具体控制要求是：M2的启动控制：快速进给控 制和过载、短路保护。对电动机M3的具体控制要求是：M3有单向运转控制；有过载和短路保护。

9、4.2 PLC输入/输出地址分配PLC的控制电路，既是可通过一定的输入信号送给 PLC经内部程 序处理后，由输出的控制信号直接驱动或控制电器执行件，达到预定目的。这也是与传统的控制电路区别最大的地方。即PLC的处理器可实现复杂，繁琐的控制要求。换句话说就是能使控制电路系统简洁化。 如本控制系统设计，其PLC的程序可代替复杂的硬接线。表一 PLC的输入及输出(I/O)地址表地址号符号名称用逢X0SB1主轴电机启动按钮XISB2主轴电机启动扭钮X2.SB3主轴电机停止捱钮X3SB4主轴电机停止按钮X4SF5工作台快速进给按钮X5工作台快速进给按钮X6SQ1工作台右移幵程幵关X7SQ2工作台左移行程

10、幵关XIQSQ3工作台前、下移行程开关 工作合后r上移行程幵关xnSQ4XI 2SQ6遡给变速冲功疔程开关XI 33Q7主轴变速冲功疔程幵关X14SA1圜工作合转换幵关XI 5SA3冷却泵电机起、停转换开关XI 6KS- 1主轴电机速度継电器XI 7KS- Z主轴电机速度继电器表二输入分配表地址号符号名称用途Y0KM1冷却泵电机交流接触器Y1KM2主轴电机反接制动交流接触器Y2KM3主轴电机运行交流接触器Y3KM4工作台进给电机正转交流接趟器Y4K1yI5_L作台进给电机反转交流接触器Y5KM6工作台快速进给电鐵铁交流接触器4.3 PLC的选用(一) X62W万能铣床输入输出点数统计因为在改造

11、中不改变原控制系统，所以 PLC输入输出点数可根据原继电器控制电路来计算 。1. 输入点数(1) 原主轴电机启动按钮 2 个，主轴电机停止按钮 2 个，主 轴电机反接制动速度继电器 2 个，主轴变速冲动行程开关 1 个， 共7点;(2) 工作台右移行程开关 1 个，左移行程开关 1 个，前、下移行 程开关 1 个，后、上移行程开关 1 个，工作台快速进给按钮 2 个，工作台变速冲动行程开关 1 个，共 7 点;(3) 圆工作台转换开关 1 个;(4) 冷却泵电机起、停转换开关 1个; 输入点数共 16 点。2. 输出点数根据原控制电路主轴电机、 工作台进给电机、 快速进给电磁铁及冷却 泵电机用

12、交流接触器统计输出点数为 :(1) 主轴电机运行交流接触器 1 个 主轴电机反接制动交流接触 器 1个, 共 2 点(2) 工作台进给电机正、反转交流接触器各 1 个 , 快速进给电 磁铁交流接触器 1 个 , 共 3 点;(3) 冷却泵电机交流接触器 1 个; 输出点数共为 6点。(二) PLC选择 X62W铣床改造后共需点数为22点，考虑 10 %余量及以后加报警电路和故障显示电路，考虑发展及工艺控制问题，故选用三菱FX2N 48MR PLC继电器输出，I/O总Y1 -PF mcIni muY2点数为 48 点，输入点数为24点，输出点数为24点。FX2N是 FX 系列中功能最浅、速度最高

13、的微型可编程控制器。它的基本指令执行 是高达0.08us每条指令，用户存贮器容量可扩展到 16K步，各点状 态均有知识等现实，便于用户不带负载调试程序。单片既具有片内存 ROM256BRAM8KJB定时/计数器3个，并行I/O接口 4个，5个终端 元。用户程序容量 32KB PLC的供电电源为220丫乂 有38V-220V的 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。4.4设计系统PLC梯形图及编程由控制要求及上列I/O定义表设计的梯形图。设计中设置了 M0 的自锁，以及M0 M1的互锁。还设置了顺序控制与制动装置。这些 保护与前面的硬件接线的保护，即是我们所说的实现软件、硬件

14、双重 保护。这与传统的完全继电器及硬件电路控制， 大大提高了控制系统 可靠性和容错能力。i-Mu .ItP1212PPP y1x xyly-lYIe7X.V-X72 3 4 5 67 M M M M MM ANIY381OUTY482LDX483ORX584LDY34.5 PLC 梯形图的说明(1) 用辅助继电器以简化控制电路。(2) 应根据 X62W的控制原理进行总体程序设计，在控制电路中 应注意自锁和互锁控制。(3) SQ7常闭)为软继电器的工作条件，只有这一条件满足时，机床控制才有效 , 所以在程序设计时用了一主控指令。(4) 应注意主轴运动与进给运动的顺序联锁控制 , 故在程序中又用

15、了一主控指令 , 以保证在主轴电机 M1 起动后才可起动进给电机 M2。( 5)应注意长工作台六个进给方向的联锁控制, 铣床工作时 , 只允许一个进给方向运动 , 故除了操作手柄自身的机械联锁外 , 在 程序设计时还需用软继电器加电气联锁控制 ; 圆工作台与长工作台之 间也需用软继电器加联锁控制。(6)应给 PLC工作电源加外部启动、停止按钮。( 7)应注意动作的互锁控制，例如主轴正转和反转是两个不可能同时发生的动作，此时一般需要采用互锁控制。可以采用M0和 M1的常闭触点为互锁信号，分别串入M0和M1的控制回路中，这样当M0和 M1当中任何一个启动的先决条件就是另一个回路必须关断。而 任何一

16、个回路启动之后又都能同时把另一个回路的控制回路关断， 而 保证两者不可能同时动作。8) 还要注意顺序联锁控制，在铣床的运动控制中，有些是有严 格的顺序要求的， 不能发生颠倒次序的现象。 这时可以采用联锁控制 的方法 , 即选择前一个动作的常开触点。串联在下一个动作的启动 回路中。同时将后一个动作的常闭触点串联在上一个动作的关断回路 中。这样就可以使各个动作严格地按照设计好的顺序执行。 大大提高 了产品的可靠性和品质。4.6 软件程序调试PLC控制系统软件程序完成后，必须讲程序写入 PLC进行调试； 若选择的机型与实验机型一致， 可直接利用实验室的模拟调试开关板 进行调试。调试时先不接执行电器，

17、注意关 PLC输入、输出状态指示 灯，以确定程序是否符合控制要求。若设计用的机型与实验室及行不通， 也必须想办法进行调试， 只 是要根据实验室能用的机型改写新的输入输出点核心的指令， 设计时 最好能避免这种情况发生。 调试可在软件程序设计好后立即进行， 也 可待硬件系统设计好后一起进行。调试过程中一定要注意各个基本环节之间的控制逻辑是否慢度 控制和连锁要求， 输出有无失步现象。 由于模拟调试开关板一般又不 能扶危的牛自开关组成， 调试时要注意模拟能复位的按钮的动作， 必 须是钮子开关接通后立即断开。参考文献0 欧阳三泰、欧阳希、周琴. 论可编程序控制器技术机床电器J 2005 11 廖常初 . 可编程序控制器应用技术 M 重庆：重庆大学出版社 ,19962 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用M重庆：重庆大学出版 社,20013 廖常初.PLC梯形图程序的设计方法与技巧J电工技术，19984 邓则名、邝穗芳等电器与可编程序控制器应