X62W萬能升降臺銑床的PLC改造

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河南科技學院機電學院 X62W型萬能升降臺銑床的PLC改造 學生：牛瑞利 班級：ZSB031 摘 要：X62W型銑床是一種應用廣泛的普通機床，通過對其控制電路進行分析，指出了繼電器-接觸器控制存在的不足之處，并在不改變原設計控制要求的基礎上實現(xiàn)PLC的改造及其監(jiān)控系統(tǒng)的設計。具體詳細地說明了PLC改造的過程及實現(xiàn)PLC控制的方法與步驟，用MCGS組態(tài)軟件設計實現(xiàn)其遠程控制的實施過程。 關(guān)鍵詞：X62W銑床 繼電器—接觸器控制 PLC控制 MCGS遠程控制 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 在工業(yè)生產(chǎn)自動化領域，可編程控制器作為自動控制的三大技術(shù)支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設備基礎。由于綜合了計算機和自動化技術(shù)，使它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡時代的到來，擴展了 PLC 的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。而X62W型萬能銑床，可用于平面，斜面和溝槽等的加工，安裝分度頭后，能銑切直齒輪，螺旋面，使用圓工作臺可以銑切凸輪和弧形槽，是一種常見的通用機床。但它的控制系統(tǒng)有體積大，可靠性低，排除故障困難，接線復雜，對生產(chǎn)工藝變化適應性差等缺點。因此我們用PLC對其控制系統(tǒng)進行改造解決其控制中的問題，提高其自動化水平。 2.PLC與繼電器—接觸器控制的比較 2.1控制系統(tǒng) 繼電接觸式控制系統(tǒng)由三個基本部分組成：輸入部分、邏輯部分、和輸出部分，如圖2-1-1所示。輸入部分是指各種按鈕、開關(guān)等主令電器。邏輯部分是由各種繼電器、接觸器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路。輸出部分則是包括各種電磁鐵線圈、電動機、信號指示燈等執(zhí)行電器。 圖2-1-1 繼電接觸式控制系統(tǒng) PLC控制也由輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成，如圖2-1-2所示。輸入部分收集并保存被控對象實際運行的信息；邏輯部分處理輸入部分所取得的信息，并判斷哪些信息需要做出反應；輸出部分提供哪些設備需要作實時操作處理。輸入部分基本上與繼電器控制系統(tǒng)相同，但為了將不同的電壓或電流形成的信號轉(zhuǎn)換成微處理器所能接受的低電平信號，以及將微處理器控制的低電平信號轉(zhuǎn)換成控制對象所需要的電壓或電流信號，系統(tǒng)中需加入輸入/輸出接口電路。 圖2-1-2 PLC控制系統(tǒng) 2.2控制邏輯 繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，即控制系統(tǒng)是按被控對象的實際需要的動作要求而設計，由繼電器、接觸器等按某種固定接線方式接好的控制線路。程序固定在線路中，聯(lián)線復雜、體積大、功耗大。要想更改控制功能，必須改聯(lián)線，工作量大，周期長。另外繼電器觸點數(shù)目有限，每只只有4~8對觸點，因此靈活性和擴展性差。 PLC采用存儲邏輯，除了輸入輸出端要與機電設備聯(lián)線以外，控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中。要對控制邏輯進行修改，只要修其程序，幫其控制邏輯稱之為“軟接線邏輯”；加之PLC中每只軟繼電器的觸點數(shù)理論上無限制，因此靈活性和擴展性好。PLC采用了中、大規(guī)模集成電路，體積小，功耗也很小。 2.3控制速度 繼電接觸式控制系統(tǒng)是依靠觸點的機械動作（閉合與斷開）來實現(xiàn)的，觸點的動作一般在幾十毫秒數(shù)量級，工作效率低。若使用的繼電器、接觸器越多，則反應的速度越慢，還容易出現(xiàn)抖動與電弧現(xiàn)象。 PLC是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制動作的，速成度極快，通常一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級。PLC內(nèi)部還有嚴格的同步，不會出現(xiàn)觸點抖動，更不會出現(xiàn)電弧現(xiàn)象。 2.4定時控制和計數(shù)控制 繼電接觸式控制系統(tǒng)是利用時間繼電器的延時動作來進行定時控制的，定時精度不高，且定時時間易受環(huán)境溫度和濕度的影響，調(diào)整困難。 PLC使用半導體集成電路作定時器，時間基準脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時范圍一般在0.01秒至若干秒鐘，若干分鐘甚至更長。PLC根據(jù)用戶給定的預置值，由軟件和硬件計數(shù)器來控制定時時間，定時精度小于10毫秒，定時時間不受環(huán)境的影響。 PLC能實現(xiàn)計數(shù)功能，而繼電接觸式控制系統(tǒng)一般不具備計數(shù)功能。 2.5可靠性和可維護性 繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了較多的機械觸點，聯(lián)線多，觸點易受電弧損壞，并有機械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護性差。 PLC采用了微電子技術(shù)，大量開關(guān)動作由無觸點的半導體電路來完成，可靠性高。PLC還備有自檢和監(jiān)控功能，能檢查出自身的故障，并隨時顯示；能動態(tài)地監(jiān)視程序執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供了方便。 2.6設計與施工 繼電接觸式控制系統(tǒng)完成一項控制工程、設計、施工、調(diào)試必須依次進行，周期長，修改困難。工程越大，這一問題就越突出。 PLC完成一項控制工程，在系統(tǒng)設計完成后，現(xiàn)場施工和控制邏輯設計（梯形圖及程序設計）可以同時設計，周期短，調(diào)試和修改都方便。 3.X62W銑床簡介及其控制分析 3.1銑床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式 3.1.1 銑床結(jié)構(gòu) 組X62W型銑床的結(jié)構(gòu)簡單，它由床身，懸梁，刀桿支架，工作臺和升降臺成。 3.1.2運動形式 X62W型銑床的運動可大體分為兩種：主運動和進給運動。 1).主運動—由主軸電動機帶動實現(xiàn)主軸的順銑、逆銑 、換刀制動、停止制動、主軸變速沖動等操作。 2).進給運動—由進給電動機帶動實現(xiàn)水平工作臺縱向、橫向、垂直進給運動，水平工作臺快速移動，圓工作臺旋轉(zhuǎn)運動，水平工作臺的變速沖動等操作。 3.2電力拖動和控制要求 機床的主軸運動和工作臺的進給運動分別由單獨的電動機拖動，并有不同的控制要求。 1).主軸電動機M1（功率KW），空載時直接起動，為滿足順銑和逆銑工作方式的要求，能夠正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。為提高生產(chǎn)率，采用電磁制動器進行制動，同時從安全和操作方便考慮，換刀時主軸也處于停車制動狀態(tài)。 2).工作臺進給電動機M2，直接起動，為滿足縱向、橫向、垂直方向的往返運動，要求電動機能正反轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)率，要求空行程時可快速成移動。從設備使用安全考慮，各進給運動之間必須聯(lián)鎖，并由手柄操作機械離合器選擇進給運動的方向。 3).電動機M3拖動冷卻泵，在銑削加工時提供切削液。 4).主軸與工作臺的變速由機械變速系統(tǒng)完成。變速過程中，當選定嚙合的齒輪沒能進入嚙合時，要求電動機能點動至合適位置，保證齒輪能正常嚙合。 加工零件時，為保證設備安全，要求主軸電動機起動后，工作臺電動機方能起動工作。 3.3.繼電器—接觸器控制分析 根據(jù)附錄Ⅰ的控制電路圖，(圖3-3-1，電氣元件說明表詳見附錄Ⅱ：表3-3-1)分析X62W銑床的繼電器-接觸器控制。其控制部分可分為主軸控制和工作臺進控制兩部分。 3.3.1主軸控制分析 1).起動控制 SB1、SB2實現(xiàn)電動機停止的兩地操作；SB3、SB4實現(xiàn)電動機起動的兩 地操作；交流接觸器常開觸點KM1與SB3、SB4構(gòu)成自鎖實現(xiàn)起動的長動控制； 不足之處：KM1動合觸點接觸不良使電動機運轉(zhuǎn)不連續(xù)。 2).換刀制動控制 SA2-1斷開時切斷電路使KM1線圈失電，它的主觸點斷開，切斷M1主軸電動機的電源。12區(qū)的輔助常閉觸點KM1閉合。同時在SA2-1斷開時，SA2-2接通，主軸電磁制動器YB得電使主軸處于制動狀態(tài)，實現(xiàn)保證上刀換刀工作的順利進行； 不足之處：通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2和交流接觸器的動斷觸點KM1構(gòu)成互鎖實現(xiàn)電動機M1正常工作與制動換刀操作的順利進行。當接觸器的動斷觸點閉合不完全時，103到107段線路不通，電磁制動線圈YB不能得電就不能完成換刀制動操作。 3).主軸變速沖動 主軸變速沖動是由變速手柄與行程開關(guān)SQ7組合構(gòu)成點動控制電路實現(xiàn)。 a.變速時瞬時點動的原因 變速時，變速手柄被拉出，然后轉(zhuǎn)動變速手輪選擇轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速選定后將變速手柄復位，因為變速是通過機械變速機構(gòu)實現(xiàn)的，變速手輪選定進入嚙合的齒輪后，齒輪嚙合到位即可輸出選定轉(zhuǎn)速。但是當齒輪沒有進入正常嚙合狀態(tài)時，就無法輸出選定的轉(zhuǎn)速，因而則需要主軸有瞬時點動的功能，以調(diào)整齒輪位置，使齒輪進入正常嚙合。 b.實現(xiàn)瞬時點動的方法 實現(xiàn)瞬時點動功能是靠變速手柄在復位的過程中壓動瞬時點動行程開頭SQ7，SQ7的動合觸點閉合，使接觸器KM1的線圈得電，主軸電動機M1轉(zhuǎn)動，SQ7的動斷觸點切斷KM1線圈電路的自鎖，使電路隨時可被切斷。變速手柄復位后，松開行程開關(guān)SQ7，電動機M1停轉(zhuǎn)，完成一次瞬時點動。 不足之處：交流接觸器動合觸點KM1反應不靈敏時，在SQ7動斷觸點斷開時KM1線圈失電，但KM1常開觸點不能斷開使9至17段電路不能斷開，導致M1不能停轉(zhuǎn)，不能實現(xiàn)瞬時點動功能。 3.3.2工作臺進給控制分析 工作臺的進給控制由順序控制和工作臺各進給運動之間的聯(lián)鎖控制組成的。 順序控制：是用交流接觸器KM1的輔助常開觸點來實現(xiàn)。當即主軸電動機起動后，其控制起動接觸器的KM1輔助動合觸點閉合，進給電動機控制接觸器KM2與KM3的線圈電路方能通電工作。 聯(lián)鎖控制：進給運動之間的聯(lián)鎖控制有水平工作臺各運動之間的聯(lián)鎖、水平工作臺與圓工作臺之間的聯(lián)鎖、變速時的瞬時點動與水平工作臺各運動之間的聯(lián)鎖。下面通過介紹各運動控制操作的實現(xiàn)過程分析繼電器控制實現(xiàn)的方法并指出其控制中的不足之處。 1).快速移動控制 用快速接觸器的輔助常開觸點控制快速傳動鏈的電磁離合器YC1，常閉觸點 控制進給傳動鏈的電磁離合器YC2。 不足之處：要用一個接觸器間接控制。 2).水平工作臺縱向進給運動控制 (1).分析過程 由操作手柄和行程開關(guān)SQ1、SQ2組合控制。其操作手柄有左、右兩個工作位和一個中間不工作位。其縱向進給過程如圖4-2-1所示。 圖4-2-1 工作臺縱向進給過程 合上縱向進給機械離合器 縱向手柄扳在右位 壓下SQ1（SQ1-2斷開，SO1-1閉合）—KM2線圈得電—電動 機M2正轉(zhuǎn)，工作臺右移 合上縱向進給機械離合器 縱向手柄扳在左位 壓下SQ2（SQ2-2斷開，SO2-1閉合）—KM3線圈得電—電動 機M2反轉(zhuǎn)，工作臺左移 右移：工作電流經(jīng)SQ6-2—SQ4-2—SQ3-2—SA1-1—SQ1-1—KM3—KM2線圈； 左移：工作電流經(jīng)SQ6-2—SQ4-2—SQ3-2—SA1-1—SQ2-1—KM2—KM3線圈。 (2)分析結(jié)果 a.縱向左移和右移的聯(lián)鎖是由操作手柄來控制實現(xiàn)。 b.縱向左移與右移的電路中串聯(lián)了橫向與縱向移動的行程開關(guān)SQ3與SQ4的動斷觸點SQ3-2與SQ4-2構(gòu)成聯(lián)鎖控制功能。使縱向移動時不能橫向和垂直移動。 3).水平工作臺的橫向和升降進給運動控制 (1).分析過程 水平工作臺橫向和升降進給運動的選擇和聯(lián)鎖是通過十字復式手柄和行程開關(guān)SQ3、SQ4組合控制。其操作手柄有上、下、前、后四個工作位和一個中間不工作位。其進給過程如圖4-2-2。 圖4-2-2 工作臺橫向、縱向進給過程 合上垂直進給機械離合器 十字復合手柄扳在上方 壓下SQ3（SQ3-2斷開，SO3-1閉合）—KM2線圈 得電—電動機M2正轉(zhuǎn)，工作臺上升 合上垂直進給機械離合器 十字復合手柄扳在下方 壓下SQ4（SQ4-2斷開，SO4-1閉合）—KM3線圈 得電—電動機M2反轉(zhuǎn)，工作臺下降 合上垂直進給機械離合器 十字復合手柄扳在右（前）方 壓下SQ3（SQ3-2斷開，SO3-1閉合）— KM2線圈得電—電動機M2正轉(zhuǎn)，工作臺前移 合上垂直進給機械離合器 十字復合手柄扳在左（后）方 壓下SQ4（SQ4-2斷開，SO4-1閉合）—KM3線圈得電—電動機M2反轉(zhuǎn)，工作臺后移 上升（前移）：工作電流經(jīng)SA1-3—SQ2-2—SQ1-2—SA1-1—SQ3-1—KM3—KM2線圈； 下降（后移）：工作電流經(jīng)SA1-3—SQ2-2—SQ1-2—SA1-1—SQ4-1—KM2—KM3線圈。 (2)分析結(jié)果 a.工作臺的上、下、前、后移動聯(lián)鎖是由十字復式手柄實現(xiàn)的。手柄一次只能扳在一個方向上。 b.工作臺橫向、垂直進給中串聯(lián)了縱向移動行程開關(guān)的動斷觸點SQ1-2、SQ2-2構(gòu)成了聯(lián)鎖控制功能。 c.接觸器KM2和KM3的輔助動斷觸點分別串聯(lián)在KM3線圈和KM2線圈的電路中又構(gòu)成電氣聯(lián)鎖，實現(xiàn)雙重保護的作用。 d.水平工作臺的六個方向的運動是聯(lián)鎖的，當同時按下兩個操作手柄時20到31和22到35的兩條支路斷開，工作臺停止移動，從而防止了機床運動干涉造成設備事故。 4).圓工作臺運動控制 工作臺選擇開關(guān)的SA1的SA1-1和SA1-3兩觸點打開，SA1-2觸點閉合，此時水平工作臺的工作手柄均扳在中間不工作位?？刂齐娐酚芍鬏S電動機控制接觸器KM1的輔助動合觸點開始，工作電流經(jīng)SQ6-2—SQ4-2—SQ3-2—SQ1-2—SQ2-2—SA1-2—KM3—KM2線圈，KM2主觸點閉合，進給電動機M2正轉(zhuǎn)，拖動圓工作臺轉(zhuǎn)動，圓工作臺只能作單向旋轉(zhuǎn)。 分析結(jié)果： a.圓工作臺的控制電路中串聯(lián)了水平工作臺的行程開關(guān)SQ1~SQ4的動斷觸點構(gòu)成聯(lián)鎖，水平工作臺任一操作手柄扳到工作位置都會壓下行程開關(guān)切斷圓工作臺的控制電路使其立即停止轉(zhuǎn)動。 b.圓工作臺串聯(lián)了水平工作臺變速時的瞬時點動開關(guān)，點動時會切斷圓工作臺運動電路。 5).水平工作臺變速時的瞬時點動控制 水平工作臺變速時的瞬時點動控制原理與主軸變速瞬時點動原理相同。變速手柄拉出后選擇轉(zhuǎn)速，再將手柄復位，變速手柄在復位的過程中壓動瞬時點動開關(guān)SQ6，SQ6的動合觸點閉合接通接觸器KM2的線圈電路，使進給電動機M2轉(zhuǎn)動，動斷觸點切斷KM2線圈電路的自鎖。 瞬時點動時的工作電流經(jīng)SA1-3—SQ2-2—SQ1-2—SQ3-2—SQ4-2—SQ6-1—KM3—KM2線圈。 瞬時點動電路串聯(lián)了工作臺進給運動的行程開關(guān)SQ1~SQ4的動斷觸點，和圓工作臺的動斷觸點，所以工作臺的操作手柄在任一工作位置時都將切斷點動電路。 4.改造方案的確定 根據(jù)對X62W銑床的了解及對其控制電路的分析現(xiàn)確定其改造的方案。 4.1改造要求 1).因X62W銑床的操作方式有利于其靈活加工，所以設計完成后應使PLC控制能實現(xiàn)原有的操作功能。 2).X62W銑床的進給運動是要壓下機械離合器才能完成，因此我們保留其手柄。在設計時不改變其機械結(jié)構(gòu)，只對其控制電路進行改造。 4.2改造原則 控制邏輯不變更，從分析原有繼電接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯著手，根據(jù)繼電接觸式的控制邏輯與PLC的控制邏輯等效的原則進行改造。 4.3改造步驟 1).按控制要求進行I/O分配，編制“I/O分配表”； 2).選擇PLC機型； 3).畫出PLC輸入、輸出端接線圖； 4).按X62W銑床操作的實現(xiàn)，分塊設計PLC程序，大體分為主軸控制程序設計和工作臺進給控制程序設計兩部分，并對程序進行調(diào)試修改完善，完成X62W銑床控制部分的PLC改造設計； 5).用MCGS軟件設計其遠程控制界面，并在PLC機外部設備上聯(lián)上計算機實現(xiàn)其遠程控制。 5.PLC控制設計 5.1 I/O分配 根據(jù)X62W銑床的控制要求分配PLC的輸入、輸出點。輸入信號分配見表5-1-1；輸出信號分配見表5-1-2。 表5-1-1 輸入信號地址分配表 名稱 功能 編號 名稱 功能 編號 SB1 停止按鈕 X0 FR2 進給電機熱繼電器 X7 SB3 啟動按鈕 X1 SA1 工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān) X20 SA2 制動開關(guān) X2 SQ6 進給變速沖動按鈕 X21 SQ7 主軸變速沖動按鈕 X3 SQ1 工作臺左移開關(guān) X22 FR1 主軸電機熱繼電器 X4 SQ2 工作臺右移開關(guān) X23 FR3 冷卻泵電機熱繼電器 X5 SQ3 工作臺前移、上升開關(guān) X24 SB5 快速移動按鈕 X6 SQ4 工作臺后移、下降開關(guān) X25 表5-1-2 輸出信號地址分配表 名稱 功能 編號 名稱 功能 編號 KM1 主電動機起動接觸器 Y0 YC1 電磁離合器（快速傳動鏈） Y20 KM2 進給電動機正轉(zhuǎn)接觸器 Y1 YC2 電磁離合器（工作傳動鏈） Y21 KM3 進給電動機反轉(zhuǎn)接觸器 Y2 YB 主軸制動電磁制動器 Y22 5.2 PLC選型 機型選擇的基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠、維護使用方便以及最佳性能價格比。 5.2.1選型時注意的問題 選擇PLC的型號時，性能上主要應考慮以下的問題： 1).控制系統(tǒng)對PLC指令系統(tǒng)的要求。 對于小型的僅需開關(guān)量控制的單臺設備，一般的小型PLC便可以滿足要求。如果系統(tǒng)要求PLC完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)控制、運動控制等工作，PLC則應有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能。 2).估計對存儲容量的要求 在初步估算時，對于開關(guān)量控制系統(tǒng)，將I/O點數(shù)乘以8，就是所需的存儲器的字數(shù)。一般的PLC都能滿足這一要求。 3).PLC的物理結(jié)構(gòu)的選擇 按照物理結(jié)構(gòu)，PLC分為整體式和模塊式，整體式的PLC每一I/O點的平均價格比模塊式PLC的價格要低。但模塊式PLC的功能擴大展方便靈活，維修方便。因此對比較復雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式。小型PLC常采用整體式用于工業(yè)生產(chǎn)中的單機控制；大、中型PLC一般采用模塊式，可根據(jù)生產(chǎn)實際的不同要求配置不同的模塊。 4).對PLC功能的特殊要求 對于PID閉環(huán)控制、快速響應、高速計數(shù)和運動控制等特殊要求，可以選用有相應特殊I/O模塊的PLC。 5).對PLC通信聯(lián)網(wǎng)功能的要求 如果要求將PLC納入工廠的自動控制網(wǎng)絡，PLC應有通信聯(lián)網(wǎng)的功能。備有串行通信接口的PLC可以連接打印機、CRT、及其他PLC和上位計算機。 5.2.2 選型分析 X62W銑床的控制分析情況如下： 1).PLC只需控制X62W銑床這一單臺設備屬于單機控制； 2).X62W銑床是由開關(guān)量控制的，其控制電路的輸入信號均為開關(guān)量，所以選型時，主要根據(jù)I / O 點數(shù)來選型 。其輸入信號不少于14個，輸出信號不少于6個； 3).其總的I / O點數(shù)為20個，估算其存儲容量大概為20*8=160字節(jié)； 4).由前面所分析的X62W銑床的控制要求可知，它的控制邏輯是順序控制，因此一般的PLC都能滿足，不需要考慮PLC功能的特殊要求； 5).要實現(xiàn)遠程控制，其輸入模塊工作電壓選擇直流24V； 6).由X62W銑床控制輸出為直流和低頻交流負載電路，選擇PLC的輸出模塊為繼電器輸出，并且繼電器輸出價格便宜、使用電壓范圍廣、承受瞬時過電壓和過電流的能力強、有隔離作用。 綜上分析，選擇物理機構(gòu)為整體式，I/O點數(shù)在64點以內(nèi)，程序存儲容在1000字節(jié)以內(nèi)的超小型PLC。同時在綜合考慮此類PLC產(chǎn)品的控制環(huán)境的適應性、通用性、及性能價格比等因素。我們選擇通用性較強、結(jié)構(gòu)簡單、價格比較低的日本松下電工生產(chǎn)的FP0系列的PLC。 5.2.3選擇型號 控制單元選取FP0-C16系列，其I/O點數(shù)分別為8、8，連接方法選擇連接器型，故部件號選擇為FP0-C16RM； 擴展單元選取FP0-E16系列，其I/O點數(shù)分別為8、8，連接方法選擇連接器型，故部件號選擇為FP0-E16RM。 5.3 PLC輸入、輸出接線 PLC的輸入、輸出接線如下圖6-3-1所示。 圖6-3-1 PLC I/O接線圖 5.4 PLC程序設計 5.4.1編程軟件選擇 日本松下電工公司開發(fā)的PLC軟件有三種，一種是DOS環(huán)境下使用的NPST- GR；另兩種是Windows環(huán)境下使用的軟件：FPWIN-GR和FPSOFT。這三種軟件的功能和操作步驟大同小異。均支持所有松下公司生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品。 根據(jù)我校實驗室設備情況，我們選用Windows環(huán)境下運行的FPWIN—GR的編程軟件來編程設計。 該軟件能實現(xiàn)以下功能：對PLC程序和注釋的輸入及編輯；程序檢查；運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的監(jiān)控及測試；系統(tǒng)寄存器和PLC各種系統(tǒng)參數(shù)的設置；程序清單和監(jiān)控結(jié)果等文檔的打?。粩?shù)據(jù)傳輸及文件管理。 5.4.2主軸控制設計 主軸程序設計又可分為主軸起停、換刀制動、變速沖動程序設計。 1).起停設計 圖5-4-1 2).主軸變速沖動設計 a.設計要求 變速沖動實際上是使主軸變速時有瞬時點動的功能。設計時在起停設計的基礎上加上點動功能。 圖5-4-2 b.調(diào)試分析 經(jīng)演示后發(fā)現(xiàn)圖5-4-2所編程序是錯誤的。它不能實現(xiàn)瞬時點動的功能。在X3從1轉(zhuǎn)變?yōu)?的過程中Y0不能從1變?yōu)?。主要是X3常開觸點閉合，Y0線圈得電，它的輔助常開觸點閉合。X3的常閉觸點不能切斷X1的自鎖，使X3常開觸點斷開時，其常閉觸點閉合，電流經(jīng)Y0輔助觸點—X0—X3—X4—X5—X2—Y0線圈構(gòu)成一條閉合的線路，使電動機M1不能停轉(zhuǎn)造成打壞齒輪。 這一程序的設計思路與繼電器控制的邏輯相同，顯示繼電器控制的不足之處：SQ7動合觸點斷開的過程中，SQ7動斷觸點已閉合，但交流接觸器的線圈KM1的輔助觸點未斷開，使線圈KM1不能失電，電動機M1仍轉(zhuǎn)動。 c.修改完善程序 經(jīng)離線編輯，修改調(diào)試后能完成主軸變速沖動的程序如圖5-4-3所示。 圖5-4-3 中間加繼電器R1間接控制解決了上述問題。 3).主軸電動機制動與換刀制動程序設計 停止制動時，復式停止按鈕的常開觸頭X1閉合，使電磁制動器Y22得電實現(xiàn)了停止制動。 換刀制動時，制動開關(guān)X2接通，斷開電動機M1，使電磁制動器線圈Y22得電，主軸處于制動狀態(tài)不能轉(zhuǎn)動，保證上刀換刀的順利進行。 圖5-4-4 4).主軸控制的設計程序 把主軸分段設計的程序連接起來運行調(diào)試，演示后能完成主軸各項操作功能的程序如下圖5-4-5所示 圖5-4-5 5.4.3工作臺進給控制設計 工作臺進給程序設計又可分為快速移動設計，水平工作臺縱向、橫向、垂直進給設計，水平工作臺變速時的瞬時點動設計，圓工作臺運動設計。 1).水平工作臺的縱向、橫向、垂直進給運動設計 水平工作臺左、右、前、后、上、下六個方向上的進給運動是相互聯(lián)鎖的。銑床不能同時在幾個方向上實現(xiàn)進給，只能在一個方向上實現(xiàn)進給。 圖5-4-6 2).水平工作臺變速時的瞬時點動設計 SQ6實現(xiàn)變速沖動時要求：工作臺進給時不能變速，SQ6與SQ1、SQ2 圓工作臺聯(lián)鎖。 其PLC控制程序設計如下： 圖5-4-7 3).圓工作臺的運動控制程序設計 a.設計要求 圓工作臺只能做單方向旋轉(zhuǎn)。因圓工作臺的控制電路串聯(lián)了水平工作臺的行程開關(guān)SQ1~SQ4的動斷觸點。要求按下水平工作臺的任何一行程開關(guān)，圓工作臺都會停止轉(zhuǎn)動。 b.設計分析 1).SA1閉合時KM2線圈得電，即X20為1時，Y1為1； 2).按下SQ1~SQ4的任何一行程開關(guān)，圓工作臺都停止旋轉(zhuǎn)，即在X20為1時，X22、X23、X24、X25中任何一個值為1，Y1就為0； 3).水平工作臺與SQ6互鎖，即X21為1時，Y1為0。 c.調(diào)試完成程序 圖5-4-8 在原有程序的基礎添加互鎖即可滿足控制要求。 4).快速移動控制程序設計 用PLC一軟繼電器R3代替繼電接觸式控制中的快速接觸器KM4來實現(xiàn)工作臺快速移動。 圖5-4-9 用PLC編程控制使銑床的輸出元件省去了一個快速接觸器。 5).工作臺進給程序 經(jīng)修改調(diào)試完善后能完成工作臺進給運動操作的控制程序如下圖5-4-10所示 圖5-4-10 5.4.5 X62W銑床的控制程序 由X62W銑床的控制電路分析可知其主軸控制和進給控制是通過交流接觸器KM1的輔助常開觸點KM1順序控制的。因此在工作臺進給控制程序中加開關(guān)Y0把主軸控制和工作臺進給控制連接起來。 經(jīng)修改完善，調(diào)試成功的X62W銑床控制部分的PLC程序設計梯形圖如圖 5-4-11所示，其助記符如圖5-4-12所示。 圖5-4-11 其助記符如下： 圖5-4-12 6.遠程控制設計 6.1設計步驟 用MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)其上位機的遠程控制，其設計步驟如下： 1).在MCGS組態(tài)環(huán)境中新建工程X62W銑床遠程控制，在工作平臺的用戶窗口中建立X62W窗口。雙擊X62W窗口進入動畫組態(tài)，繪出X62W銑床的結(jié)構(gòu)圖 2).從工具箱中的插入元件中選取指示燈表示主軸轉(zhuǎn)動、圓工作臺旋轉(zhuǎn)和主軸制動等操作；選擇控制電路的按鈕，在主軸控制板上插入起動、停止、制動按鈕；在進給控制板插入工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)、工作臺左移、右移開關(guān)，升降臺上升、下降開關(guān)及工作臺與升降停止運動的中位開關(guān)。并插入滑動輸入器表示工作臺與升降臺位移和位置。 3).在工作臺的實時數(shù)據(jù)庫中添加數(shù)據(jù)對象并對其屬性進行設置。為下面的動畫連接做準備。 4).對組態(tài)中的元件設置動畫組態(tài)屬性和實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象連接使動畫動起來 5).在工作臺的運行策略中新建主軸運動策略、進給運動策略，在策略組態(tài)中的腳本程序中編程實現(xiàn)主軸運動和進給運動。 6.2遠程控制界面 圖6-2-1 X62W銑床的遠程控制界面圖 6.3控制動作 6.3.1顯示表示 1).軸指示燈表示工作臺運動的控制電路接入電源情況和主軸運轉(zhuǎn)情況。指示燈閃爍表示：主軸轉(zhuǎn)動，工作臺運動控制電路通電；指示燈停止閃爍表示：工作臺運動控制電路處在斷電狀況下，工作臺停止運動，主軸停止轉(zhuǎn)動。 2).工作臺指示燈表示圓工作臺運轉(zhuǎn)情況。指示燈閃爍表示：圓工作臺旋轉(zhuǎn)；指示燈沒有閃爍表示：圓工作臺處于靜止狀態(tài)。 3).動指示燈表示主軸制動情況。指示燈閃爍表示：主軸停轉(zhuǎn)，工作臺、升降臺、圓工作臺都停止運動。 4).工作臺行程表示工作臺移動的位移。 6.3.2動作表示 見表6-3-1 X62W銑床遠程控制動作表 表6-3-1 X62W銑床遠程控制動作表 按鈕動作 動作顯示 按起動按鈕 主軸指示燈閃爍 按左移開關(guān) 工作臺左移 按右移開關(guān) 工作臺右移 按上升開關(guān) 工作臺上升 按下降開關(guān) 工作臺下降 按中位開關(guān) 工作臺運動停止 按圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān) 圓工作臺指示燈閃爍，工作臺、升降臺停止運動 按制動開關(guān) 制動指示燈閃爍，主軸指示燈不閃爍、工作臺停止運動 按停止按鈕 制動指示燈閃爍一下停止，后X62W銑床一切動作停止 6.4遠程控制接線 用一根電纜把計算機連在FP0的RS232C接口上，實現(xiàn)X62W銑床控制的上位機與下位機的連接，其遠程控制實現(xiàn)示意圖如下。 PLC與X62W銑床的連接見圖6-3-1PLC I/O接線圖。 圖6-4-1 X62W銑床遠程控制實現(xiàn)示意圖 7.結(jié)束語 在X62W銑床中，用PLC取代常規(guī)的繼電接觸式控制方式，不僅簡化了接線程序，動作可靠、安全，而且使整機的可靠性大大提高，故障率減少了，排除故障的時間縮減了，大大減少了維修工作量，作業(yè)率也提高了。 附錄Ⅰ 圖3-1 X62W型萬能升降臺銑床控制電路圖 附錄Ⅱ 表3-3-1 電氣元件說明表 符號 名稱及用途 符號 名稱及用途 符號 名稱及用途 M1 主軸電動機 SQ6 進給電機點動行程開關(guān) FR1 主軸電機熱繼電器 M2 進給電動機 SQ7 主軸電機點動行程開關(guān) FR2 進給電機熱機電器 M3 冷卻泵電機 SA1 工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān) FR3 冷卻泵熱機電器 KM1 主電機接觸器 SA2 主軸上刀制動開關(guān) FU1~8 熔斷器 KM2 正轉(zhuǎn)接觸器 SA3 冷卻泵開關(guān) TC 變壓器 KM3 反轉(zhuǎn)接觸器 SA4 照明燈開關(guān) VC 整流器 KM4 快速接觸器 SA5 主軸換向開關(guān) YB 主軸電磁制動器 SQ1 工作臺向右進給 QS 電源隔離開關(guān) YC1 電磁離合器 SQ2 工作臺向左進給 SB1,SB2 主軸停止按鈕 YC2 電磁離合器 SQ3 向前，向上進給 SB3,SB4 主軸起動按鈕 YC1 接通快速傳動鏈 SQ4 向后，向下進給 SB5,SB6 工作臺快速移動按鈕 YC2 接通工作傳動鏈 參考文獻 [1]張萬忠.可編程序控制器入門與應用實例.北京：中國電力出版社，2005，1 [2]陳瑞陽.機電一體化控制技術(shù) 北京：高等教育出版社，2004，8 [3]郁漢琪，郭健.可編程序控制器原理及應用 北京：中國電力出版社，2004，7 [4]張桂香.電氣控制與PLC應用 北京：中國電力出版社，2003，7 [5]路林吉，王堅.可編程控制器原理及應用 北京：清華大學出版社2002，9 [6]張筱琪.機電設備控制基礎 北京：中國人民大學出版 2000，11 [7]許曉峰.電機及拖動 北京：高等教育出版社 2000，8 [8] MITSUBSHI ELECRIC CORPORATLON D松下電工可編程控制器手冊 致謝 在即將畢業(yè)之際，首先我要真誠地感謝所有給予我?guī)椭^的老師們。有了你們孜孜不倦的教導，我才能在大學里學到有用的知識，增長處事的能力。其次要感謝所有幫助過我的同學們，有了你們的鼓勵，我才能在求學的道路上走地更有信心。這次畢業(yè)設計要特別感謝楊青杰老師，楊老師不僅在設計過程中認真細心地輔導我們，對我們提出的問題，都不厭其煩地詳細解釋，而且還教我們許多走上社會要必備的處事方法，使我受益頗多。 24 英文翻譯 院 系 機電學院 班 級 機制ZSB031 姓 名 牛瑞利 河南科技學院 2005屆本科畢業(yè)論文 X62W萬能升降臺銑床的PLC改造 論文作者姓名： 牛 瑞 利 所 在 院 系： 機電學院機電系 所 學 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 導師姓名職稱： 楊青杰 工程師 論文完成時間： 2005年5月27日 河南科技學院本科畢業(yè)生論文（設計）成績表 姓名 牛瑞利 院系 機電學院 專業(yè) 機械制造及其自動化 論文 題目 X62W萬能升降臺銑床的PLC改造 指定 指定 任選 指 導 教 師 評 語 及 評 分 占 30％ 指導教師評語： 指導教師評分___________ 指導教師簽字：_________ 年 月 日 論文成績（占40％） 答 辯 小 組 評 語 及 評 分 占 30％ 答辯小組評語： 答辯小組評分____________ 答辯小組組長簽字____________ 年 月 日 總分_______等級________主管院長（系主任）___________簽字________（蓋公章） 年 月 日 河南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）管理工作評估表 學院（系） 年級 序號 評 估 內(nèi) 容 分值 得分 1 論文組織工作管理落實到位 10 2 導師配備符合要求 10 3 導師指導認真 25 4 論文答辯工作落實到位 25 5 論文評分客觀公證 20 6 論文撰寫格式及裝訂符合要求 5 7 論文存檔符合規(guī)定 5 合 計 分 100 評 估 等 級 意見 與 建議 評估人___________ 年 月 日 注： I 評估內(nèi)容說明： 1.論文組織管理工作落實到位：①院、系成立畢業(yè)論文（設計）工作領導組，具體負責本院、系的畢業(yè)論文（設計）工作，成員由主管教學（科研）的系主任及有關(guān)教研室主任和教學秘書組成；②各院、系同時成立畢業(yè)論文（設計）工作指導組，指導組由有關(guān)教研室主任任組長并由2-4名指導教師參加。 2.導師配備符合要求：指導教師應具有指導畢業(yè)論文（設計）能力，并獲得中級以上技術(shù)職稱或具有碩士、博士學位。 3.導師指導認真：能認真指導學生選題，擬訂畢業(yè)論文（設計）計劃，及指導學生完成畢業(yè)論文撰寫的全過程。 4.論文答辯工作落實到位：成立院、系畢業(yè)論文答辯委員會，并根據(jù)專業(yè)成立相應的論文答辯小組，負責組織學生按答辯程序進行答辯。 5.論文評分客觀公正：論文成績由三種分數(shù)組成；即指導教師評分（占30％），論文評分（占40％），答辯小組評分（占30％）。優(yōu)秀率一般不超過20％。 6.論文撰寫格式及裝訂符合要求：①撰寫格式：題目；摘要；關(guān)鍵詞；正文；參考文獻；②裝訂格式：封面（畢業(yè)論文/設計題目：論文作者姓名；作者所在院、系，作者所學專業(yè)；導師姓名職稱；論文完成時間）目錄；摘要；正文；參考文獻；封底。 7.論文按時存檔：學生離校一周前交作者所在院、系存檔。 II.評估等級說明：評估等級按優(yōu)、良、中、差劃分，優(yōu)90_100分；良76_89分；中60_75分;差60分以下。 畢業(yè)設計（論文）任務書 附表一 題目名稱 X62W萬能升降臺銑床的PLC改造 學生姓名 牛瑞利 所學專業(yè) 機械制造及其自動化 班級 ZSB031 指導教師姓名 楊青杰 所學專業(yè) 電氣工程 職稱 工程師 一、 設計（論文）主要內(nèi)容 1.X62W銑床控制部分的繼電器-接觸器控制分析； 2.X62W銑床控制部分的PLC控制設計，包括PLC硬件設計和軟件設計； 3.X62W銑床的遠程控制設計。 二、 畢業(yè)設計的主要技術(shù)指標(文科不填) 1.X62W銑床控制電路分析； 2.PLC的I/O分配； 3.PLC的選型； 4.PLC的控制程序設計； 5.PLC輸入、輸出接線圖； 6.遠程控制設計 三、 畢業(yè)設計（論文）的基本要求 1、 畢業(yè)設計（論文）一份 2、 不少與3000漢字的與本專業(yè)有關(guān)的翻譯資料一份 3、實驗要求：實驗中所用到的數(shù)據(jù)嚴格按照國家規(guī)定或要求繪制。 4、圖表要求：所有曲線、圖形表、線路圖、流程圖、程序框圖、示意圖等不準 徒手畫，必須按國家規(guī)定標準或工程要求繪制。 5、文字通順，語言流暢，書寫工整，無錯別字，不得請他人代寫。 四、 畢業(yè)設計（論文）進度安排 2005年4月14日：發(fā)放任務書 2005年4月14日—2005年4月24日：查閱資料、調(diào)研、提交開題報告 2005年4月25日—2005年5月15日：課題研究（PLC控制設計、遠程控制設計） 2005年5月16日—2005年5月26日：根據(jù)改造成果撰寫畢業(yè)論文及外文翻譯 2005年5月27日： 提交畢業(yè)論文 2005年6月6日—2005年6月10日： 畢業(yè)答辯 畢業(yè)設計（論文）開題報告 附表二 題目名稱 X62W萬能升降臺銑床的PLC改造 學生姓名 牛瑞利 專業(yè) 機械制造及其自動化 班級 ZSB031 一、選題的目的意義 我希望通過這次畢業(yè)設計能達如下目的： 1. 能掌握繼電器控制與PLC控制之間的聯(lián)系與不同之處及優(yōu)缺點對比，并能完成這兩種控制間的轉(zhuǎn)換； 2. 掌握構(gòu)建PLC控制系統(tǒng)的方法和步驟； 3. 熟練掌握PLC接線、編程和調(diào)試程序的能力； 4. 一定的維護、優(yōu)化PLC程序的能力； 5. 學會用MCGS組態(tài)軟件設計遠程控制。 二、國內(nèi)外研究綜述 PLC作為工控機的一員,在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計,當今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家,生產(chǎn)300多個品種。預計到2000年,銷售額約為86億美元,占工控機市場份額的50%,PLC將在工控機市場中占有主要地位,并保持繼續(xù)上升的勢頭。 PLC在60年代末引入我國時,只用作離散量的控制,其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等,最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的PLC具有PID調(diào)節(jié)功能,它的應用已從開關(guān)量控制擴大到模擬量控制領域,廣泛地應用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但PLC也面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn),各廠家正采取措施不斷改進產(chǎn)品,主要表現(xiàn)為以下幾個方面: 1.微型、小型PLC功能明顯增強； 2.集成化發(fā)展趨勢增強； 3.向開放性轉(zhuǎn)變。 三、畢業(yè)設計（論文）所用的方法 讀懂X62W萬能銑床的繼電器控制電路。當控制邏輯不變更時，則從分析原繼電接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯著手，根據(jù)繼電接觸式的控制邏輯與PLC的控制邏輯等效的原則進行改造，其步驟如下： 1.根據(jù)控制要求確定輸入與輸出點數(shù)，進行I/O分配，編制“I/O分配表” ； 2.選出機型；畫出輸入、輸出接線圖； 3.根據(jù)邏輯等效的原則畫出對應的PLC梯形圖，進行修改完善； 4.將程序輸入FPWIN-GR編程軟件中，與所選機型的PLC聯(lián)機空載調(diào)試； 5.經(jīng)調(diào)試正確的程序保存，作為技術(shù)文件存檔； 6.運用MCGS組態(tài)軟件做出X62W銑床控制的監(jiān)控組態(tài)畫面。 五、 主要參考文獻與資料獲得情況 1.張萬忠主編 可編程序控制器入門與應用實例 北京：中國電力出版社，2005，1 2.陳瑞陽主編 機電一體化控制技術(shù) 北京：高等教育出版社，2004，8 3.郁漢琪，郭健主編 可編程序控制器原理及應用 北京：中國電力出版社，2004，7 4.張桂香主編 電氣控制與PLC應用 北京：中國電力出版社，2003，7 5.路林吉，王堅主編 可編程控制器原理及應用 北京：清華大學出版社2002，9 6.張筱琪主編 機電設備控制基礎 北京：中國人民大學出版 2000，11 7.許曉峰主編 電機及拖動 北京：高等教育出版社 2000，8 8.MITSUBSHI ELECRIC CORPORATLON D松下電工可編程控制器手冊 六、 指導教師審批意見 指導教師簽名： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 附表三 題目名稱 X62W萬能升降臺銑床的PLC改造 設計人姓名 牛瑞利 所學專業(yè) 機械設計制造及自動化 班級 ZSB031 一、 階段性成果 在2005年4月24日時，資料已準備充分，有了研究課題的方向和思路； 在2005年5月5日時，PLC控制設計（包括PLC硬件設計和軟件設計）已完成； 在2005年5月15日時，用MCGS組態(tài)軟件構(gòu)建X62W銑床的遠程控制的組態(tài)界面已完成； 二、存在問題 1． X62W銑床水平工作臺變速時的瞬時點動控制的PLC改造中其聯(lián)鎖情況的分析不明了； 2． MCGS組態(tài)軟件構(gòu)建控制界面時其制動按鈕動作不起作用。 三、擬采取的研究方法和可行性分析 1． 細化分水平工作臺變速時的瞬時點動控制的每一條聯(lián)鎖鏈。 2． 在組態(tài)界面上重新設置制動按鈕與工作臺和主軸的動畫連接屬性。 四、指導教師對學生勞動紀律、設計（論文）進展等方面的評語 指導教師簽名： 年 月 日