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1、宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书11 1 概概述述随着机械化程度越来越高 PLC 应用技术发展很快。PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、 定时、 计数和算术等操作指令， 并通过数字、模拟式的输入和输出控制各种机械或生产过程。PLC 的主要优点有：通用性好、可靠性好、环境适用性好、抗干扰性能强、功能强、结构简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低。由于 PLC 具有上述一系列有点，因此在工业控制方面 PLC已广泛应用于化工、轻工、机械、电子、建筑、交通、
2、运输等各行业。用 PLC控制系统代替体积大、 投资大、 功耗大的继电器接触器系统是今后发展的趋势。按照 PLC 的控制类型不同，PLC 应用于以下几个方面：（1）逻辑控制。这是 PLC 最基本的控制，可用以取代继电气控制和二极管矩阵式顺序控制，如铣床、电梯起重机等的电气控制。（2）模拟量控制。PLC 具有 D/A、A/D 转换及算术运算等功能，可实现模拟量控制， 有的 PLC 还具有 PID 运算的功能， 可以用于闭环的位置控制、 速度控制、和过程控制。（3）数字控制，PLC 能和机械加工中的数字控制及计算数控组成一体，实现数值控制。（4）机器人控制，对于机器人，很多工厂也选用 PLC 来控制
3、，自动的处理它的各种机械动作。（5）多级控制系统。高工能的 PC 既有较强的通讯联网功能，PC 与 PC，PC与远程 I/O、PC 与上位计算机之间可以通讯，从而可以形成多级控制系统，通常采用多台 PC 分散控制，由上位计算机集中管理，这样的系统又称为分布式控制系统。机床的电气控制是 PLC 应用的重要领域之一，PLC 是实现机电一体化的重要手段，它既能改造传统的机械产品使之成为机电一体化新一代产品，又试用于生产控制。根据以往 PLC 应用于老企业旧设备的技术改造上取得可喜的经济效益。将以 X62W 万能升降台铣床为列，对其应用于 PLC 完成电气控制系统的自动宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院
4、 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书2化改造。目的在对原有的机床实现功能扩展，改进其基于 PLC 的设计理念，使其渗透到其他机床的电控系统的自动化改造，不断推出 PLC 控制的新产品，推动我国自动化发展。X62W 万能升降台铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。万能铣床的操作是通过手柄同时操作电气和机械，以达到机电紧密配合，完成预定的操作，是机械和电气联合动作的典型控制，是一种自动化程度较高的组合机床。 但是在电气控制系统中， 故障的查找和排除是非常困难的，特别在继电器接触式控制系统中，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与
5、维护带来诸多不便，严重的影响生产。由于存在以上问提和为了提高企业设备利用率没提高产品的质量和自动化程度， 应用 PLC 技术对其进行改造。由于 PLC 是把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的，因此 PLC 具有多种控制功能及优点。根据实际改造过程中具体情况主要应用于PLC 以下三个方面的优点：（1）控制系统中的构成简单、灵活。在由 PLC 构成的控制系统中，只需要在PLC 的端子上接入相应的输入和输出信号线即可，当控制要求改变，需变更控制系统的功能时，可以通过编程器在线或离线修改程序来实现。（2）抗干扰能力强，可靠性能高。传统的继电器控制使用了大量的机械触头， 线路复杂， 触头在开闭时
6、易受电弧的损害， 寿命短。 而 PLC 采用微电子技术，其无故障时间一般都在 2 万小时以上，大量的开关动作由触电的电子电路完成，大部分继电器和繁杂的线路被软件程序所取代。 同时 PLC 在制造工艺上加强了抗干扰从而避免了输入、输出部分窜入的感染信号而引起的误动作。PLC 还采取了屏蔽、滤波等措施，有效的防止了空间电磁干扰，对高频干扰信号起到良好的抑制作用。因此，PLC 可靠性大大提高。（3） PLC 的编程方法简单，使用方便。PLC 采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程与使用汇编语言编程相对比容易掌握。例如目前大多数 PLC均采用的梯形图语言编程方法，既继承了传统的控制线路的清晰直观
7、感，又考虑到大多数电气技术人员的读图习惯及应用计算机水平，很容易被电气人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。这种面向控制过程，面向问题的编程方法，与目前计算机控制常用的汇编语言相比，虽然 PLC 内部增加了解宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书3释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说是微不足道。 而且还可采用 PLC 的顺序功能图，语句表的编程方法。这些编程方法都具有易于修改、直观、灵活方便等特点。而 PLC 的输入输出接口已做好，可以直接与控制现场的用户设备直接连接。输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口
8、具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等连接，使用很方便。此外，PLC 还具有自动诊断、监测功能、体积小维护方便、耗能低、机构紧凑、紧固耐用等优点。因此，PLC 是实现机电一体化的理想控制设备。当然，PLC 也非十全十美，其缺点是：（1）工作速度较计算机速度慢，输出对输入的响应有滞后现象。（2）使用中，高档的 PLC，要求使用者具有相当的计算机知识。（3） 价格比继电器控制要高，比一般的单机版系统。对 X62W 万能升降台铣床电气控制系统的改造可以从以下几个方面入手：（1）根据对主电路和控制电路的分析简述铣床的工作原理及电气控制要求包括器件选型。（2）用 PLC 改造该铣床电控系
9、统的硬件设计部分，包括 PLC 选型，具体I/O 地址分配，PLC 控制系统的外部接线图。（3）用 PLC 改造该铣床电控系统的软件设计部分。主要实现对原有功能的扩展。既满足不同生产状态下，不同生产要求系控制。（4）结束部分。通过用具运行调试程序得出设计结论。宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书42 2X62wX62w 王能升降台铣床的工作原理、电气控制要求王能升降台铣床的工作原理、电气控制要求2.12.1 工作原理工作原理X62w 万能升降台铣床的外部结构如图 1 所示，它主要有 1 床身、2 主轴、3 刀竿、4 悬梁、5 支架、6 工作台、7
10、 回转盘、8 横溜板、9 升降台、10 底座等几个部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下运动。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。溜板上面有可转动的回转盘， 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。铣床的主轴旋转运动称为主运动，他有顺铣和逆铣两种方式，所以要求主轴有两个旋转方向。为了加工前对刀和提高生产效率，要求主轴停止迅速，所以电气线路要有制动措施。铣床的进给运动有六种：即工作台前后（横向）运动，左右（纵
11、向）运动和上下（垂直）运动。六个方向上都能快速移动。图 12.22.2 电电气线路概述气线路概述宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书5该铣床由三台异步电动机拖动， M1 为主电动机 （功率为 7.5KW、 1450r/min），通过组合开关 SA5 改变电源相序实现主轴正、反两个旋转方向。为了准确停车，主轴电动机采用电磁离合器制动。M2 为进给电动机，他通过操纵手柄和机械离合器相配合实现前、后、左、右、上、下，六个方向上的进给运动和进给方向的快速移动。进给的快速移动是通过牵引电磁铁和机械挂档来完成。为了扩大其加工能力在工作台上可加圆形工作台， 圆
12、形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。M3 为冷却泵电动机，三台电动机都有可靠的短路保护和过载保护。根据加工工艺要求，该电动机具有如下电气连锁措施：(1) 为了防止刀具和机床的损坏， 要求只有主轴旋转后才允有进给运动和进给方向的快速移动(2) 为了降低表面加工粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止，该机床在电气上采用了主轴和进给同时停止的方式。 但是由于主运动的惯性很大，实际上保证了进给运动先停止、主轴运动后停止的要求。(3) 六个方向的进给运动同时只有一种运动产生， 该机床采用了机械操纵手柄和行程开关相配合的办法实现六个方向进给运动的互锁。(4) 主轴运动和进给运动采用变速
13、孔盘来进行速度选择， 为了保证变速齿轮进入良好啮合状态，两种运动都要求变速后做瞬时点动(5) 当主电动机或冷却泵电动机过载时，进给运动必须停止，以免损坏刀具和机床.2.32.3 主电路分析主电路分析X62W 万能升降台铣床共有三台笼型三相异步电动机，均为直接启动。M1 为主电动机，功率为 7.5KW，M2 为进给电动机，功率为 1.5KW 拖动工作台移动，M3为冷却泵，功率为 0.75KW；三相交流电源隔离开官 Q 引入，主电动机的保护是熔断器 FU1，其过载保护是热继电器 KR1。KM1 为主电动机 M1 启动接触器。进给电动机 M2 的短路保护是熔断器 FU2，其过载保护是 KR2。KM2
14、、KM3 是电动机 M2正、反转接触器。M3 的过载保护是 KR3，KR5 是电动机 M3 的启动接触器。主电路如图 2 所示。宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书6图 22.3.12.3.1 主电动机的控制线路主电动机的控制线路控制电路的电源由控制变压器输出 110V 供电。控制线路如图 3 所示。(1)主电动机的启动主电动机启动前应首先选择好主轴的转速没然后将组合开关 Q1 搬到接通位置，主轴换向的转换开关 SA5 搬到所需的转向。这时按下宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书7启动按钮 SB1
15、或按下启动按钮 SB2，接触器 KM1 得电吸合，KM1 的主触点闭合接通电动机的定子绕组，主电动机启动。KM1 的辅助动合触点的线圈闭合将自锁，辅助动合触电闭合工坐台的进给线路提供了电源。图 3（2）主电动机的制动 为了主轴能准确的停车又能减少电能的损耗，主轴制动采用了电磁离合器的制动方式。电磁离合器的直流由整流变压器 TR 的二次侧经桥式整流获得。当主轴制动停车时，按下 SB3 或 SB4，这时接触器 KM1 释放，M1 定位绕组脱离电源，离合器 YC1 线圈通电，主轴制动停车。宁夏大学新华学院宁夏大学新华学院 20122012 届毕业设计说明书届毕业设计说明书8（3）主轴变速是瞬时点动变
16、速时，首先将变速手柄拉出，然后转动蘑菇型变速手轮，当选好合适的转速后，将变速手柄复位，在手柄复位过程中，压动行程开关 ST7，接触 KM1 线圈瞬时接通，主电动机做瞬时点动，以达到齿轮的良好啮合。当电动机的转速升的很高，在齿轮没有啮合好时可能是齿轮打牙。当瞬时点动一次没有实现良好啮合是齿轮打牙，可以重复进行瞬时点动动作。（4）主轴换刀 在主轴上刀或换刀时，主轴的意外转动都将造成人身事故。因此在上刀或换刀时，应使主轴处于制动状态，控制线路中采用了停止按钮动合触点两端并联一个转换开关 SA2-2 触点，在换刀时使它处于接通状态。当上刀或换刀结束后，将 SA2 搬到断开位置，这时 SA2-2 触点断开，SA2-1 触点闭合，为主轴启动做准备。2.3.22.3.2 进给电动机的控制进给电动机的控制进给运动在主轴启动方可进行工作台的左、右、上、下、前、后、运动是通过操作手柄和机械联动机构控制相应的行程开关是进给电动机正传或反转来实现的。行程开关 ST1 和 ST2 控制工作台的向右向左运动，ST3 和 ST4 控制工作台的向前、向下、和向后、向上运动。（1）工作台的左右（纵向）运动工作台的左
