萬能銑床plc改造畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　X62W萬能銑床是一種應(yīng)用廣泛的多用途機(jī)床，它可以進(jìn)行平面、斜面、螺旋面等多種表面的加工，它原是采用繼電接觸器電路來實(shí)現(xiàn)其電氣控制。PLC是專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)?？蓪62W萬能銑床電氣控制線路改造為基于S7-200的可編程控制器控制，可以提高銑床的整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的工作性能及參數(shù)指標(biāo)，減少工人維護(hù)、維

2、修的工作量。本文介紹了用PLC取代X62W萬能銑床的繼電器控制電路，闡述了PLC的設(shè)計(jì)方案；根據(jù)控制要求，確定PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，對I/O地址進(jìn)行了分配，并畫出了I/O接線圖；根據(jù)控制原理，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，畫出了梯形圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：萬能銑床；PLC；電氣控制；梯形圖</p><p><b>　　目 錄</b></p><

3、p><b>　　第1章 前言1</b></p><p>　　第2章 萬能銑床的簡介3</p><p>　　第3章 電力拖動和控制要求5</p><p>　　3.1 銑床的主運(yùn)動5</p><p>　　3.2 銑床的進(jìn)給運(yùn)動5</p><p>　　3.3 其他控制要求6</p

4、><p>　　第4章 電氣控制電路分析7</p><p>　　4.1主電路分析7</p><p>　　4.2 控制電路分析8</p><p>　　4.2.1控制電路電源8</p><p>　　4.2.2主軸電動機(jī)M1控制8</p><p>　　4.2.3．進(jìn)給電動機(jī)M2的控制9</

5、p><p>　　4.2.4 冷卻泵電動機(jī)M3的控制13</p><p>　　4.2.5 輔助電路及保護(hù)環(huán)節(jié)分析13</p><p>　　第5章 西門子S7-20014</p><p>　　5.1 PLC的基本定義14</p><p>　　5.2 西門子S7-200基本介紹14</p><p

6、>　　5.3 S7-200可編程控制器常用指令15</p><p>　　第6章 X62W萬能銑床電氣控制PLC改造分析17</p><p>　　6.2 對電氣原理圖的改造17</p><p>　　6.2.1 對主軸電動機(jī)控制改造17</p><p>　　6.2.2 對進(jìn)給電動機(jī)控制改造18</p><p&g

7、t;　　6.3 PLC的輸入、輸出地址分配18</p><p>　　6.4 PLC接線圖的設(shè)計(jì)19</p><p>　　6.5 梯形圖的設(shè)計(jì)與分析20</p><p><b>　　第7章 總結(jié)24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p&

8、gt;<b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)可以分為幾類。例如可編程控制器、基于PC總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、單片機(jī)的測控裝置、用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調(diào)節(jié)器、集散控制系

9、統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等。為了滿足現(xiàn)在社會制造業(yè)對社會市場緊迫要求的反應(yīng)，既要求生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品；而可編程序控制器PLC正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。PLC是20世紀(jì)60年代末在美國首先出現(xiàn)的，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)。也是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置；使用了可編程序存儲器以儲存指令，用來

10、執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算功能，并通過模擬和數(shù)字輸入輸出組件，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。近幾年來PLC把自動化技術(shù)，既計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，體現(xiàn)了可編程控制器的應(yīng)用場合時(shí)很廣泛的。因此可采用可編程序控制器（PLC）對銑床傳統(tǒng)的繼電器-接觸器電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。</p><p>　　PLC專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其顯著的特點(diǎn)之一就是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC的應(yīng)用不但大大地提高了銑床電氣控制系

11、統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，而且大大地簡化和減少了維修維護(hù)的工作量。PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、質(zhì)量輕、功能強(qiáng)和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在機(jī)械制造、冶金等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。用PLC控制系統(tǒng)替代X62W銑床復(fù)雜線路中的繼電器、接觸器等系統(tǒng)，是今后控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。X62W銑床是一種通用的多用途機(jī)床，它可以進(jìn)行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，它采用繼電接觸器電路實(shí)現(xiàn)電氣控制。若將X62W銑床電氣

12、控制線路改造為可編程控制器控制，可以提高整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的工作性能，減少維護(hù)、維修的工作量，使X62W型銑床在電氣功能上更加完善，使機(jī)床的操作更為方便與安全。專業(yè)技術(shù)的理論和技能有著很大的研究意義。對X62W銑床的電氣控制線路進(jìn)行了分析和研究后，X62W銑床具有主軸轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬等功能外；X62W銑床的電氣控制系統(tǒng)，還存在控制線路上一些復(fù)雜性、故障率高、維護(hù)工作量大、可靠性差、靈活性差等缺點(diǎn)；給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)

13、。采</p><p>　　第2章 萬能銑床的簡介</p><p>　　X62W型萬能銑床是一種應(yīng)用廣泛的多用途機(jī)床，它可以進(jìn)行平面、斜面、螺旋面等多種表面的加工，具有主軸轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬、操作方便和工作臺能循環(huán)加工等特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示[1]。</p><p>　　圖2-1 X62W臥式銑床結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　該銑床

14、主要有床身、懸梁、刀桿支架、主軸、工作臺和升降臺等結(jié)構(gòu)組成。箱形的床身固定在底座上，床身內(nèi)裝有主軸的傳動機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)。在主床身的頂部有水平導(dǎo)軌，上面裝有帶有刀桿支架的懸梁。刀桿支架上安裝有與主軸相連的刀桿、銑刀，順銑時(shí)刀具為一轉(zhuǎn)動方向，逆銑時(shí)為另一方向。床身的前側(cè)面裝有垂直導(dǎo)軌，升降臺帶動工作臺可沿垂直導(dǎo)軌上下移動，完成垂直方向的進(jìn)給。在升降臺上面的水平導(dǎo)軌上，裝有可在平行于主軸方向移動（橫向移動，即前后移動）的滑座，滑座上部有可

15、以移動的回轉(zhuǎn)臺。工作臺裝在回轉(zhuǎn)臺的導(dǎo)軌上，可作在垂直于軸線方向上的移動（縱向移動，即左右移動）。工作臺上有固定工作的燕尾槽。這樣，固定在工作臺上的工件，通過工作臺、回轉(zhuǎn)臺、滑座和升降臺，可以在上下、前后及左右三個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)進(jìn)給或調(diào)整運(yùn)動。各運(yùn)動部件在三個(gè)方向上的運(yùn)動由同一臺進(jìn)給電動機(jī)拖動（正反轉(zhuǎn)），進(jìn)給電動機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動鏈傳動，通過機(jī)械離合器在選定的進(jìn)給方向驅(qū)動工作臺移動進(jìn)給，在同一時(shí)間內(nèi)，只允許一個(gè)方向上的運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動的傳遞示意圖見圖

16、2-2[4]。</p><p>　　圖2-2 X62W臥式銑床進(jìn)給運(yùn)動的傳遞示意圖</p><p>　　此外，滑座可繞垂直軸線左右旋轉(zhuǎn)45°，因此工作臺還能在傾斜方向進(jìn)給，以加工螺旋槽。工作臺上還可以安裝圓工作臺，使用圓工作臺可銑削圓弧、凸輪，這時(shí)，其他三個(gè)方向的移動必須停止。</p><p>　　第3章 電力拖動和控制要求</p><

17、;p>　　一般中小型銑床都采用三項(xiàng)籠型異步電動機(jī)，銑床的主軸主運(yùn)動和工作臺進(jìn)給運(yùn)動之間是沒有速度比要求的，所以主軸與工作臺各用單獨(dú)的籠型異步電動機(jī)進(jìn)行拖動，并有不同的控制要求。這樣，銑床的電力拖動系統(tǒng)一般由三臺電動機(jī)所組成：主軸電動機(jī)M1、進(jìn)給電動機(jī)M2和冷卻泵電動機(jī)M3。</p><p>　　3.1 銑床的主運(yùn)動</p><p>　　為主軸帶動刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。主軸電動機(jī)M1的控制要

18、求如下：</p><p>　　1．在空載時(shí)直接起到。</p><p>　　2．由于銑削為兩種，分別使用順銑刀和逆銑刀，所以要求主軸電動機(jī)能夠正、反轉(zhuǎn)，但只要求預(yù)先選定主軸電動機(jī)的轉(zhuǎn)向，在加工過程中則不需要主軸反轉(zhuǎn)。</p><p>　　3．由于銑削是多刃不連續(xù)的切削，負(fù)載不穩(wěn)定，所以主軸上裝有飛輪，以提高主軸旋轉(zhuǎn)的均勻性，消除銑削加工時(shí)產(chǎn)生的振動，這樣主軸傳動系統(tǒng)慣

19、性較大，因此，為減少負(fù)載波動對銑刀轉(zhuǎn)速的影響以保證加工質(zhì)量，要求主軸電動機(jī)在停機(jī)時(shí)有電氣制動。同時(shí)以安全和操縱方便考慮，換刀時(shí)主軸也處于制動狀態(tài)。</p><p>　　4．為操作方便，主軸電動機(jī)的起動和停止可在兩處控制。</p><p>　　3.2 銑床的進(jìn)給運(yùn)動</p><p>　　為工件相對于銑刀的移動，即工作臺的進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動有水平工作臺左右（縱向）、前后

20、（橫向）以及上下（垂直）方向的運(yùn)動及圓工作臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。銑床的主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動沒有比例協(xié)調(diào)要求，因此，工作臺進(jìn)給由另一臺電動機(jī)M2驅(qū)動，M2的控制要求如下：</p><p>　　1．工作臺的縱向、橫向、垂直三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動由一臺進(jìn)給電動機(jī)M2拖動，直接起動。三個(gè)方向的選擇有操作手柄改變機(jī)械傳動鏈來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)方向有正、反向運(yùn)動，要求M2能正、反轉(zhuǎn)。從設(shè)備使用安全考慮，同一時(shí)間只允許工作臺向一個(gè)方向移動，故三個(gè)方向

21、的運(yùn)動之間應(yīng)有聯(lián)鎖保護(hù)。</p><p>　　2．為縮短調(diào)整運(yùn)動的時(shí)間、提高生產(chǎn)效率，工作臺應(yīng)有快速移動控制。</p><p>　　3．為操作方便，工作臺快速移動可以在兩處控制。</p><p>　　4．使用圓工作臺時(shí)，要求圓工作臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與工作臺的三個(gè)方向的運(yùn)動之間應(yīng)有聯(lián)鎖控制，即圓工作臺旋轉(zhuǎn)時(shí)，工作臺不能向其他方向移動。此要求通過機(jī)械和電氣聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)。</

22、p><p>　　3.3 其他控制要求</p><p>　　1．為適應(yīng)加工需要，主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度應(yīng)有較寬的調(diào)速范圍。X62W臥式銑床采用機(jī)械變速的方法，通過改變變速箱傳動比來實(shí)現(xiàn)。為保證變速時(shí)齒輪易于咬合減少齒輪端面的沖擊，要求變速時(shí)電動機(jī)有低速沖動（短時(shí)轉(zhuǎn)動）控制。</p><p>　　2．根據(jù)工藝要求，主軸旋轉(zhuǎn)與工作臺進(jìn)給應(yīng)有先后順序，即進(jìn)給運(yùn)動要在銑刀旋轉(zhuǎn)（即主軸

23、電動機(jī)起動）之后才能進(jìn)行，加工結(jié)束時(shí)必須在銑刀停轉(zhuǎn)前停止。</p><p>　　3．電動機(jī)M3拖動冷卻泵，只要求單向旋轉(zhuǎn)，在銑削加工時(shí)提供削液。</p><p>　　第4章 電氣控制電路分析</p><p>　　X62W臥式萬能銑床電氣原理如圖4-1所示[2]。它由主電路、控制電路、輔助電路及保護(hù)電路組成。</p><p>　　圖4-1 X

24、62W臥式萬能銑床電氣原理圖</p><p><b>　　4.1主電路分析</b></p><p>　　由如圖2-3所示的原理圖可知，主電路中共有三臺電動機(jī)，其中M1為主軸拖動電動機(jī)，M2為工作臺進(jìn)給電動機(jī)，M3為冷卻泵電動機(jī)，均為直接起動。</p><p>　　銑床是逆銑方式加工，還是順銑方式加工，在開始工作以前通過組合開關(guān)SA5手動選定，在

25、加工過程中不改變。接觸器KM3的主觸點(diǎn)只控制電源的接入與切斷。接觸器KM2的主觸點(diǎn)串聯(lián)兩相電阻及與速度繼電器KV配合實(shí)現(xiàn)M1的停車反接制動。</p><p>　　工作臺進(jìn)給電動機(jī)M2由接觸器KM4、KM5的主觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)加工中的正、反向進(jìn)給控制，并由接觸器KM6的主觸點(diǎn)控制快速電磁鐵，決定工作臺移動速度。KM6接通時(shí)為快速移動，斷開時(shí)為慢速自動進(jìn)給。</p><p>　　冷卻泵拖動電動機(jī)M3由

26、接觸器KM1控制，單向運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　4.2 控制電路分析</p><p>　　4.2.1控制電路電源</p><p>　　控制電路電壓為127V，由控制變壓器TC供給。</p><p>　　4.2.2主軸電動機(jī)M1控制 </p><p>　　1.主軸電動機(jī)起動控制 </p><p>

27、;　　主軸電動機(jī)空載時(shí)直接起動。</p><p>　　起動前，根據(jù)所用的銑刀，由組合開關(guān)SA5選定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。在非變速狀態(tài)，同主軸變速手柄關(guān)聯(lián)的主軸變速沖動限位開關(guān)SQ7不受壓，即SQ71斷開，SQ72觸點(diǎn)閉合，選定主軸電動機(jī)為正常工作方式。按動起動按鈕SB1或SB2，主軸電動機(jī)起動控制接觸器KM3的線圈電路接通并自鎖，其3對主觸點(diǎn)閉合，主軸電動機(jī)按給定方向起動旋轉(zhuǎn)。壓動停止按鈕SB3或SB4，主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn)。

28、SB1-SB4分別位于兩個(gè)操作板上，一處在工作臺的前面，另一次在床身側(cè)面，從而實(shí)現(xiàn)主軸電動機(jī)的兩地操作控制。</p><p>　　2.主軸電動機(jī)制動控制</p><p>　　為使主軸能迅速停住，采用速度繼電器KV實(shí)現(xiàn)反接制動。</p><p>　　制動時(shí)，按動停止按鈕SB3或SB4，使接觸器KM3的線圈斷電。這時(shí)由于慣性作用電動機(jī)仍在高速轉(zhuǎn)動，因此速度繼電器KV中的

29、轉(zhuǎn)子仍高速轉(zhuǎn)動，其動合觸點(diǎn)KV1（正向觸點(diǎn)）和KV2(反向觸點(diǎn))總有一個(gè)閉合，因此KM3失電后，制動接觸器KM2立即得電并自鎖，使電動機(jī)M1串入電阻R實(shí)現(xiàn)反接制動。當(dāng)電動機(jī)速度趨近于零時(shí)，速度繼電器KV的動合觸點(diǎn)KV1復(fù)位，接觸器KM2斷電，反接制動結(jié)束，M1停車。</p><p>　　要注意：停止按鈕要按到底，否則只能將動斷觸點(diǎn)斷開而不能將動合觸點(diǎn)閉合，將造成反接制動環(huán)節(jié)沒有接入，而注重電動機(jī)處于自由停車狀態(tài)。

30、</p><p>　　3.主軸變速時(shí)的沖動控制</p><p>　　主軸變速時(shí)，首先將主軸變速手柄微微壓下，使它從第一道槽內(nèi)拔出，然后拉向第二道槽，當(dāng)落入第二道槽內(nèi)后，再旋轉(zhuǎn)主軸變速盤，選好速度，將手柄以較快速度推回原位。若推不上時(shí)，再一次拉回來、推回去，直至手柄推回原位，變速操縱才完成。在上述的變速操作中，就在將手柄拉到第二道槽或從第二道槽推回原位的瞬間，通過變速手柄連接的凸輪，將壓下彈

31、簧桿一處，而彈簧桿將碰撞變速沖動開關(guān)SQ7，使其動作一次，即SQ72分?jǐn)?，SQ71閉合。</p><p>　　主軸變速可在主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行，也可在主軸不動時(shí)進(jìn)行。若原來主軸旋轉(zhuǎn)著，當(dāng)將變速手柄拉到第二道槽時(shí)，沖動開關(guān)SQ7短時(shí)動作，電動機(jī)M1失電，KM2得電，主電動機(jī)M1被反接制動而速度迅速下降。當(dāng)選好速度，將手柄推回原位時(shí)，沖動開關(guān)又動作一次，主電動機(jī)M1低速反轉(zhuǎn)，有利于變速后的齒輪咬合。若原來處于停車狀態(tài)，在主

32、軸變速操作中，SQ7第一次動作時(shí)，M1反轉(zhuǎn)一下，SQ7第二次動作時(shí)，M1又反轉(zhuǎn)一下，故也可停車變速。當(dāng)然，若要求主軸在新的速度下運(yùn)行，則需重新起動主軸電動機(jī)。</p><p>　　4.2.3．進(jìn)給電動機(jī)M2的控制</p><p>　　進(jìn)給電動機(jī)M2的控制電路分為三部分：第一部分為順序控制部分，工作臺移動控制接觸器KM4或KM5的線圈電路方能得電，工作臺才能進(jìn)給的聯(lián)鎖要求。第二部分為工作臺各

33、進(jìn)給運(yùn)動之間的聯(lián)鎖，也可以實(shí)現(xiàn)水平工作臺與圓工作臺之間的聯(lián)鎖。第三部分為工作臺在各進(jìn)給方向上的運(yùn)動控制。</p><p>　　進(jìn)給電動機(jī)M2由KM4、KM5控制，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。</p><p>　　工作臺移動方向由各自的操作手柄來選擇。X62W臥式銑床有兩個(gè)操作手柄，一個(gè)為左右(縱向)操作手柄，有右、中、左三個(gè)位置，當(dāng)扳向右面時(shí)，通過其聯(lián)動機(jī)構(gòu)將縱向進(jìn)給離合器掛上，同時(shí)將向右進(jìn)給的按鈕式限位

34、開關(guān)SQ1壓下，則SQ1動合觸點(diǎn)SQ1-1閉合，而動斷觸點(diǎn)SQ1-2斷開； 當(dāng)扳向左時(shí)，SQ2受壓。另一個(gè)為前后(橫向)和上下（升降）十字操作手柄，該手柄有五個(gè)位置，即上、下、前、后和中間零位。當(dāng)扳動十字操作手柄時(shí)，通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)，將控制運(yùn)動方向的機(jī)械離合器合上，同時(shí)壓下相應(yīng)的限位開關(guān)，若向下或向前扳動，則SQ3受壓；若向上或向后扳動，則SQ4受壓。</p><p>　　SA1為圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)，它是一種二位式選擇

35、開關(guān)，當(dāng)使用圓工作臺時(shí)，SA12閉合，當(dāng)不使用圓工作臺而使用普通工作臺時(shí)，SA11和SA13均閉合。各進(jìn)給方向開關(guān)位置及其動作狀態(tài)如表4-1所列。SQ6為進(jìn)給變速沖動開關(guān)。</p><p>　　表4-1各開關(guān)位置及其動作說明</p><p>　　1.水平工作臺縱向（左右）進(jìn)給運(yùn)動控制</p><p>　　此時(shí)除了圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1置于“斷開”位置外，十字手柄必須

36、置于中間零位。水平工作臺縱向進(jìn)給由操作手柄與行程開關(guān)SQ1和SQ2組合控制。若要工作臺向右進(jìn)給，則將縱向手柄扳向右，帶動機(jī)械離合器，接通縱向進(jìn)給運(yùn)動的機(jī)械傳動鏈，同時(shí)壓動行程開關(guān)SQ1，KM4線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，進(jìn)給電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，驅(qū)動工作臺向右進(jìn)給。KM4得電的電流通路為：電路由KM3輔助動合觸點(diǎn)開始，工作電流經(jīng)SQ6-2→SQ4-2→SQ3-2→SA11→SQ1-1→KM4線圈→KM5動斷觸點(diǎn)（右移）。工作臺左移時(shí)電路的工作原理

37、與向右時(shí)相似。工作臺縱向進(jìn)給的控制過程如圖4-2所列。</p><p>　　縱向手柄扳在右位 合上縱向進(jìn)給機(jī)械離合器</p><p>　　壓下SQ1（SQ1-2斷開，SQ1-1閉合）→KM4線圈得電→電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，工作臺右移</p><p>　　縱向手柄扳在左位 合上縱向進(jìn)給機(jī)械離合器</p><p>　　壓下SQ2（SQ2-2斷開，SQ2

38、-1閉合）→KM5線圈得電，電動機(jī)M2反轉(zhuǎn)，工作臺左移</p><p>　　圖4-2 工作臺縱向進(jìn)給過程</p><p>　　由此電流通路中不難看到，如果操作者同時(shí)將十字手柄扳向工作位置，則SQ4-2和SQ3-2中必有一個(gè)斷開，KM4線圈不可能得電。這樣，就利用這種電氣聯(lián)鎖方式來實(shí)現(xiàn)工作臺左右移動同前后及上下移動之間的互鎖。</p><p>　　縱向操作手柄扳到中間

39、位置時(shí)，縱向機(jī)械離合器脫開，行程開關(guān)SQ1與SQ2不受壓，因此進(jìn)給電動機(jī)不轉(zhuǎn)動，工作臺停止移動。工作臺兩端安裝有限位撞塊，當(dāng)工作臺運(yùn)行到達(dá)終點(diǎn)位置時(shí)，撞塊撞擊縱向操作手柄，使其回到中間位置，電動機(jī)M2終點(diǎn)停車，便實(shí)現(xiàn)了工作臺縱向運(yùn)動的極限終點(diǎn)停車。</p><p>　　2.水平工作臺橫向（前后）和升降（上下）進(jìn)給運(yùn)動控制</p><p>　　水平工作臺橫向和升降進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，縱向手柄應(yīng)放在中

40、間位置，圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)放在“斷開”位置。工作臺進(jìn)給運(yùn)動的選擇和聯(lián)鎖是通過十字復(fù)式手柄和行程開關(guān)SQ3、SQ4組合控制。若要工作臺向上進(jìn)給，則將十字手柄打向上，便接通該運(yùn)動方向的機(jī)械傳動鏈，使得SQ4受壓，KM5得電，M2反轉(zhuǎn)，工作臺向上進(jìn)給。KM5得電的電流通路為：工作電流經(jīng)SA13→SQ2-2→SQ1-2→SA11→SQ3-1→KM4線圈→KM5的動斷觸點(diǎn)（向上）。</p><p>　　上述電流通路中的動斷觸

41、點(diǎn)SQ2-2和SQ1-2用于工作臺前后及上下移動同左右移動間的互鎖。另外，也設(shè)置了上下限位保護(hù)用終端撞塊。工作臺的向下移動控制原理與向上移動控制類似。</p><p>　　若要工作臺向前進(jìn)給，只需將十字手柄扳向前，就使得SQ3受壓，KM4得電，M2正轉(zhuǎn)，工作臺向前進(jìn)給，只需將十字手柄向后扳動來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　工作臺橫向與垂直方向進(jìn)給控制過程如圖4-3所示?？刂齐娐酚山佑|器KM3

42、的輔助動合觸點(diǎn)開始，或者由SA11經(jīng)SQ4-1→KM5線圈到KM4的動斷觸點(diǎn)（向下或向后）。</p><p>　　十字復(fù)合手柄扳在下方 合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器</p><p>　　壓下SQ3（SQ3-2斷開，SQ3-1閉合）→KM4線圈得電→電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，工作臺下移</p><p>　　十字復(fù)合手柄扳在上方 合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器</p><p

43、>　　壓下SQ4（SQ4-2斷開，SQ4-1閉合）→KM5線圈得電→電動機(jī)M2反轉(zhuǎn)，工作臺上移</p><p>　　十字復(fù)合手柄扳在右方（前） 合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器</p><p>　　壓下SQ3（SQ3-2斷開，SQ3-1閉合）→KM4線圈得電→電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，工作臺前移</p><p>　　十字復(fù)合手柄扳在左方（后） 合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器</p&

44、gt;<p>　　壓下SQ4（SQ4-2斷開，SQ4-1閉合）→KM4線圈得電→電動機(jī)M2反轉(zhuǎn)，工作臺后移</p><p>　　圖4-3 工作臺橫向與垂直方向進(jìn)給過程</p><p>　　十字復(fù)式手柄扳到中間位置時(shí)，橫向與垂直方向的機(jī)械離合器脫開，行程開關(guān)SQ3與SQ4均不受壓，因此進(jìn)給電動機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺停止移動。固定在床身上的擋塊在工作臺移動到極限位置時(shí)，撞擊十字手柄，使其

45、回到中間位置，切斷電路，使工作臺在進(jìn)給終點(diǎn)停車。</p><p>　　3.水平工作臺各運(yùn)動方向的聯(lián)鎖控制</p><p>　　在同一時(shí)間內(nèi)，工作臺只允許向一個(gè)方向移動，個(gè)運(yùn)動方向之間的聯(lián)鎖是利用機(jī)械和電氣兩種方法來實(shí)現(xiàn)的。由于操作手柄在“工作”位置時(shí)，只存在一種運(yùn)動選擇，因此銑床直線進(jìn)給運(yùn)動之間的聯(lián)鎖只要滿足兩個(gè)操作手柄之間的聯(lián)鎖即可實(shí)現(xiàn)。聯(lián)鎖控制電路由兩條電路并聯(lián)組成：縱向手柄控制的行程

46、開關(guān)SQ1、SQ2動斷觸點(diǎn)串聯(lián)在一條支路上，十字復(fù)式手柄控制的行程開關(guān)SQ3、SQ4動斷觸點(diǎn)串聯(lián)在另一條支路上。扳動任何一個(gè)操作手柄，只能切斷其中一條支路，另一條支路仍能正常得電，是接觸器KM4或KM5的線圈不失電；若同時(shí)扳動兩個(gè)操作手柄，則兩條支路均被切斷，接觸器KM4或KM5斷電，工作臺立即停止移動，從而防止由于機(jī)床運(yùn)動干涉造成設(shè)備事故。</p><p>　　4.水平工作臺的快速移動</p>&

47、lt;p>　　每個(gè)方向的移動都有兩種速度，上面介紹的六個(gè)方向的進(jìn)給都是慢速自動進(jìn)給運(yùn)動。要快速移動時(shí)，可在慢速移動中按下SB5或SB6，則KM6得電吸合，快速電磁鐵YA得電，工作臺便按原方向繼續(xù)慢速進(jìn)給。</p><p>　　工作臺也可在主軸不轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行快速移動，這時(shí)可將電動機(jī)M1的換向開關(guān)SA5扳在停止位置，然后扳動所選方向的進(jìn)給手柄，按下主軸起動按鈕和快速按鈕，KM4或KM5及KM6得電，工作臺便可沿選定

48、方向快速移動。</p><p>　　5.水平工作臺進(jìn)給變速沖動控制</p><p>　　與主軸變速類似，為了使變速時(shí)齒輪易于咬合，控制電路中也設(shè)置了瞬時(shí)沖動控制。變速應(yīng)在工作臺停止移動時(shí)進(jìn)行，操作過程是：先起動主電動機(jī)M1，拉出蘑菇形變速手輪，同時(shí)轉(zhuǎn)動至所需要的進(jìn)給速度，再把手輪用力往外一拉，并立即推回原位。在手輪拉到極限位置時(shí)，其連桿機(jī)構(gòu)推動沖動開關(guān)SQ6，使得SQ6-2斷開，SQ6-1

49、閉合，由于手輪被很快推回原位，故SQ6短時(shí)動作，KM4短時(shí)得電，M2短時(shí)沖動。KM4得電的電流通路為：工作電流經(jīng)SA13→SQ4-2→SQ3-2→SQ1-2→SQ2-2→SA12→KM4線圈→KM5動斷觸點(diǎn)。電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，由于圓工作臺的機(jī)械傳動鏈已接上，故也跟著作單向運(yùn)轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度也可通過蘑菇形變速手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　由于圓工作臺的控制電路中串聯(lián)了SQ1-SQ4的動斷觸點(diǎn)，所以在扳動工作臺任一

50、方向的進(jìn)給操作手柄時(shí)，都將使圓工作臺停止轉(zhuǎn)動，這就起到圓工作臺轉(zhuǎn)動與工作臺三個(gè)方向運(yùn)動的聯(lián)鎖保護(hù)作用。</p><p>　　另外，當(dāng)圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SAQ置于“斷開”位置，而縱向及十字操作手柄置于中間“零位”時(shí)，也可用手動機(jī)械方式使它旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　4.2.4 冷卻泵電動機(jī)M3的控制</p><p>　　由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3和控制接觸器KM1來控制冷卻泵電

51、動機(jī)M3的起動和停止。</p><p>　　4.2.5 輔助電路及保護(hù)環(huán)節(jié)分析</p><p>　　機(jī)床的局部照明由控制變壓器TC供給36V安全電壓，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4控制照明燈EL.</p><p>　　M1、M2、M3為連續(xù)工作制，由FR1、FR2、FR3熱繼電器的動斷觸點(diǎn)串接在控制電路中實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。當(dāng)主軸電動機(jī)M1過載時(shí)，F(xiàn)R1動作后便切除整個(gè)控制電路的電源；

52、冷卻泵電動機(jī)M3過載時(shí)，F(xiàn)R3動作后便切除M2、M3控制電源；進(jìn)給電動機(jī)M2過載時(shí)，F(xiàn)R2動作后便切除自身控制電源。</p><p>　　由FU1、FU2實(shí)現(xiàn)主電路的短路保護(hù)，F(xiàn)U3實(shí)現(xiàn)控制電路的短路保護(hù)，F(xiàn)U4作為照明電路的短路保護(hù)。</p><p>　　第5章 西門子S7-200</p><p>　　5.1 PLC的基本定義</p><p&g

53、t;　　可編程控制器是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Proguammable Logic Controller）,簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC.國際電工委

54、員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。他采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工作控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)[5]。</p><p>　　PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面

55、廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC的內(nèi)部繼電器可代替所有用于邏輯控制的中間繼電器，噪音低、使用設(shè)備壽命長、體積小，這是PLC的最大特點(diǎn)之一。因此PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的未來，是無法取代的。</p><p>　　5.2 西門子S7-200基本介紹</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況，在銑床的電氣改造過程中，保留原有的機(jī)械操作不變，將原來繼電器控制

56、的線路用PLC控制系統(tǒng)取代，本文采用西門子公司的S7-200作為控制器。西門子公司SIMATIC S7-200系列，從形狀說，屬于小型PLC，可用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X兩代產(chǎn)品，是典型的整體式PLC，輸入/輸出模塊、CPU模塊、電源模塊均裝在一個(gè)機(jī)殼里。當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展時(shí)，則選用需要的擴(kuò)展模塊與基本單元連接。最大可以擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O或35路模擬

57、量I/O,最多有30多KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。其輸入回路為直流雙向光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和晶體管兩種類型，需提供24V直流給外部元件，14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。</p><p>　　S7-200系列PLC的指令豐富，功能強(qiáng)，易于掌握，操作方便，內(nèi)置有高速計(jì)數(shù)器，高速輸出、PID控制器、RS-485通信編程接口、PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自

58、由端口模式通信功能。數(shù)據(jù)存儲區(qū)按存儲器數(shù)據(jù)的長短可分為字節(jié)存儲器、字存儲器和雙字存儲器三類。字節(jié)存儲器有7個(gè)，它們分別是輸入映像寄存器I、輸出映像寄存器Q、變量存儲器V、內(nèi)部位存儲器M、特殊存儲器SM、順序控制狀態(tài)寄存器S和局部變量存儲器L；字存儲器有4個(gè)，它們是定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C、模擬量輸入寄存器AI和模擬量輸出寄存器AQ；雙字存儲器有兩個(gè)，它們時(shí)累加器AC和高速計(jì)數(shù)器HC。</p><p>　　S7-200的

59、可靠性高，可以用梯形圖（LAD）、語句表（即指令表STL）和功能塊圖（FBD)三種語言來編程。本文將采用梯形圖來對萬能銑床的控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。梯形圖程序指令的基本邏輯元素是觸點(diǎn)、線圈、功能框和地址符。觸點(diǎn)有動合、動斷等類型，用于代表輸入控制信息，當(dāng)一個(gè)動合觸點(diǎn)閉合時(shí)，能流可從此觸點(diǎn)流過；線圈代表輸出，當(dāng)線圈有能流流過時(shí)，輸出便被接通；功能框代表一種復(fù)雜的操作，它可以使程序大大地簡化；地址符用于說明觸點(diǎn)、線圈、功能框的操作對象。</

60、p><p>　　5.3 S7-200可編程控制器常用指令</p><p>　　S7-200指令強(qiáng)大，按功能劃分，可分為邏輯指順序控制指令、過程控制指令、數(shù)據(jù)處理指令和特殊功能指令等。下面將簡單介紹幾種常用的位邏輯指令[3]。</p><p><b>　　常閉常開觸點(diǎn) </b></p><p>　　常開觸點(diǎn)梯形圖如圖5-1

61、所示。常開觸點(diǎn)斷開時(shí)，對應(yīng)的存儲器地址位（bit）當(dāng)0；當(dāng)常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，對應(yīng)的存儲器地址位（bit）為1。</p><p>　　常閉觸點(diǎn)梯形圖如圖5-2所示。常閉觸點(diǎn)斷開時(shí)，對應(yīng)的存儲器地址位（bit）當(dāng)1；當(dāng)常閉觸點(diǎn)閉合時(shí)，對應(yīng)的存儲器地址位（bit）為0。</p><p><b>　　輸出指令 </b></p><p>　　輸出指令梯形圖

62、如圖5-3所示。當(dāng)執(zhí)行輸出指令時(shí)，新值被寫入存儲器的指定地址位（bit），在每次掃描周期的最后，CPU才以批處理的方式將輸出映像寄存器中的內(nèi)容傳送到輸出點(diǎn)，接通輸出。</p><p>　　3．定時(shí)器指令（接通延時(shí)定時(shí)器TON）</p><p>　　接通延時(shí)定時(shí)器梯形圖如圖5-4.IN為定時(shí)器使能輸入端；PT為定時(shí)器的預(yù)設(shè)值端；梯形圖方框的**為定時(shí)器的分辨率。每個(gè)定時(shí)器均有一個(gè)16位（bi

63、t）當(dāng)前值寄存器及一個(gè)（bit）的狀態(tài)位。當(dāng)使能輸入端接通時(shí)，接通延時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值大于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，該定時(shí)器的狀態(tài)位被置1（即觸點(diǎn)動作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開），當(dāng)定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，一直計(jì)到最大值32767，并保持狀態(tài)位，直到使能輸入端斷開，清除接通延時(shí)定時(shí)器的當(dāng)前值定時(shí)器才復(fù)位。</p><p>　　第6章 X62W萬能銑床電氣控制PLC改造分析</p><p>　

64、　X62W萬能銑床是對工件進(jìn)行特定加工的一種高效率、自動化的專用加工設(shè)備。原有的控制電路為繼電器、接觸器控制，其觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜，使用多年后，故障率高、維修量大、維護(hù)不便、可靠性差、生產(chǎn)率低，并且不適應(yīng)目前小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工，為了充分利用機(jī)床，就需要對機(jī)床進(jìn)行機(jī)電一體化改造。</p><p>　　6.2 對電氣原理圖的改造</p><p>　　由于萬能銑床電氣控制線路中有許多需

65、手動控制。為使萬能銑床能夠更好的自動化控制，這里我對一些控制進(jìn)行了改造?？刂凭€路中的電源電路、主電路及照明電路保持不變，在控制電路中，變壓器TC的輸出及整流器VC的輸出部分去掉。用可編程控制器改造后的PLC接線如圖6-1所示。</p><p>　　6.2.1 對主軸電動機(jī)控制改造</p><p>　　為了保證各種聯(lián)鎖功能，將SQ1～SQ6，SB1～SB6按圖示分別接入PLC的輸入端。<

66、;/p><p>　　1.主軸正反轉(zhuǎn)控制改造</p><p>　　由于主軸電動機(jī)的正銑和反銑是需手動轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5來選擇，現(xiàn)將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5進(jìn)行改造，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5去掉，在繼電器KM3觸點(diǎn)處并聯(lián)另一繼電器觸點(diǎn)KM7，使其實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的控制，當(dāng)繼電器KM3觸點(diǎn)閉合時(shí)為正轉(zhuǎn)，繼電器KM7觸點(diǎn)閉合時(shí)為反轉(zhuǎn)。如圖5-1。</p><p><b>　　2.冷卻泵控制改

67、造</b></p><p>　　原控制電路中，需轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3使其接通,才能使繼電器KM1上電，操作不方便?，F(xiàn)將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3換成雙金屬片式溫度繼電器KH（當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，使雙金屬片接觸，常開觸點(diǎn)閉合，從而使KM1繼電器上電觸點(diǎn)閉合，冷卻泵運(yùn)轉(zhuǎn)），使其安裝在電動機(jī)表面以便測量溫度，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，常開觸點(diǎn)閉合，使KM1上電，KM1常開觸點(diǎn)閉合，使M3冷卻泵接通電源轉(zhuǎn)動。</p&g

68、t;<p>　　6.2.2 對進(jìn)給電動機(jī)控制改造</p><p>　　圓工作臺的手動手柄使控制起來十分不方便，并且操作笨重，經(jīng)過改造后將圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1和SA3與SA2分別用一對常開和常閉觸頭接入端子，SA1和SA3為常閉觸頭，SA2為常開觸頭，當(dāng)觸點(diǎn)不動作時(shí)為普通工作臺在運(yùn)作，當(dāng)觸點(diǎn)動作后（常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開）為圓工作臺運(yùn)作。</p><p>　　圖6-1 主

69、軸電動機(jī)控制原理改造圖</p><p>　　6.3 PLC的輸入、輸出地址分配</p><p>　　PLC的輸入、輸出地址分配表5-1、5-2所示。如表可知，在原有基礎(chǔ)上添加了主軸反轉(zhuǎn)自動按鈕SB7和SB8,控制冷卻泵的溫度繼電器常開觸點(diǎn)KH。</p><p>　　表6-1 輸入端口分配</p><p>　　表6-2 輸出端口分配</p

70、><p>　　6.4 PLC接線圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)PLC的輸入輸出點(diǎn)的分配表可畫出PLC的輸入輸出接線圖，如圖6-2所示：</p><p>　　圖6-2 輸入輸出接線圖</p><p>　　6.5 梯形圖的設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　根據(jù)X62W型萬能銑床的控制原理，并經(jīng)過改造后，可畫出萬能銑床PLC控

71、制梯形圖。如圖6-3所示。</p><p>　　圖6-3 PLC梯形圖</p><p><b>　　第7章 總結(jié)</b></p><p>　　以上程序通過編程軟件輸人到S7-200控制器后，在接好I／O電路后，它完全實(shí)現(xiàn)了X62W萬能銑床的控制要求。與原控制系統(tǒng)相比，采用PLC對X62W萬能銑床進(jìn)行改造后，開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子線路來完成，用軟

72、件程序代替了原繼電器一接觸器繁雜連線，提高了設(shè)備的自動化水平，極大地改善了設(shè)備的電氣性能；系統(tǒng)具有操作簡單，可靠性高，工藝參數(shù)修改方便等特點(diǎn)，有了故障診斷程序，減輕了維修人員的工作量。在生產(chǎn)規(guī)模較大的場合，可以將多臺由PLC控制的機(jī)床與上位計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，形成DCS系統(tǒng)，在現(xiàn)代工業(yè)控制中具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　

73、　[1]朱獻(xiàn)清.電氣技術(shù)識圖. 李藝. 第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.1</p><p>　　[2]張萬忠.電器與PLC控制技術(shù).劉明芹. 第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008.5</p><p>　　[3]溫照方.SIMATIC S7-200可編程序控制器教程.第2版.東營：中國石油大學(xué)出版社,2009.4</p><p>　　[4]王平、董磊，等.電

74、氣控制及可編程控制技術(shù).何新霞.第1版.東營：中國石油大學(xué)出版社,2003.2</p><p>　　[5]張志鳳. X62W型萬能銑床控制電路的技術(shù)改造.工藝與裝備.212003.2007</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在老師的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。在畢業(yè)期間，從選題、研究技術(shù)思路、主要研究內(nèi)容到最