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1、摘 要X25K铣床是一种应用广泛的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面等多种表面的加工，它原是采用继电接触器电路来实现其电气控制，但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重的影响生产。PLC是专为工业应用而设计，其可靠性高，抗干扰能力强。可将X25K铣床电气控制线路改造为基于S7-200的可编程控制器控制，可以提高铣床的整个电气控制系统的工作性能及参数指标，具有较高的可靠性与灵活性，减少工人维护、维修的工作量。本文介绍了用PLC取代X25K铣床的继电器控制电路，阐述
2、了PLC的设计方案；根据控制要求，确定PLC的输入输出点数，对I/O地址进行了分配，并画出了I/O接线图；根据控制原理，进行系统的软件设计，画出了梯形图。关键词：X25K铣床；电气控制；PLC控制；梯形图i啊第一章 绪论可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。他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、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工作控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计5。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能
3、力强、编程简单等特点。PLC的内部继电器可代替所有用于逻辑控制的中间继电器，噪音低、使用设备寿命长、体积小，这是PLC的最大特点之一。因此PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的未来，是无法取代的。根据实际情况，在铣床的电气改造过程中，保留原有的机械操作不变，将原来继电器控制的线路用PLC控制系统取代，本文采用西门子公司的S7-200作为控制器。西门子公司SIMATIC S7-200系列，从形状说，属于小型PLC，可用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。S7-200的可靠性高，可以用梯形图（LAD）、语句表（即指令表STL）和功能块图（FBD)三种语言来编
4、程。本文将采用梯形图来对X25K铣床的控制系统进行编程。梯形图程序指令的基本逻辑元素是触点、线圈、功能框和地址符。触点有动合、动断等类型，用于代表输入控制信息，当一个动合触点闭合时，能流可从此触点流过；线圈代表输出，当线圈有能流流过时，输出便被接通. X25K铣床改造的目的和意义X25K铣床是对工件进行特定加工的一种高效率、自动化的专用加工设备。原有的控制电路为继电器、接触器控制，其触点多、线路复杂，使用多年后，故障率高、维修量大、维护不便、可靠性差、生产率低，并且不适应目前小批量、多品种、复杂零件的加工，为了充分利用机床，就需要对机床进行机电一体化改造。PLC对X25K铣床控制改造的设计梯形
5、图，提高了X25K铣床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；然而PLC对X25K铣床的继电器接触式控制系统进行技术改造，从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性，更好地满足了实际生产的需要，提高了经济效益。第二章 总体设计2.1 X25K铣床简介X62W型万能铣床是一种应用广泛的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面等多种表面的加工，具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便和工作台能循环加工等特点。该铣床主要有床身、悬梁、刀杆支架、主轴、工作台和升降台等结构组成。箱形的床身固定在底座上，床身内装有主轴的传动机构和变速操纵机构。在主床身的顶部有水平导轨，上面装有带有刀杆支架的悬梁。刀杆支架上安装有与
6、主轴相连的刀杆、铣刀，顺铣时刀具为一转动方向，逆铣时为另一方向。床身的前侧面装有垂直导轨，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。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行于主轴方向移动（横向移动，即前后移动）的滑座，滑座上部有可以移动的回转台。工作台装在回转台的导轨上，可作在垂直于轴线方向上的移动（纵向移动，即左右移动）。工作台上有固定工作的燕尾槽。这样，固定在工作台上的工件，通过工作台、回转台、滑座和升降台，可以在上下、前后及左右三个方向上实现进给或调整运动。各运动部件在三个方向上的运动由同一台进给电动机拖动（正反转），进给电动机经机械传动链传动，通过机械离合器在选定的进给方
7、向驱动工作台移动进给，在同一时间内，只允许一个方向上的运动。下图为进给运动的传递示意图：2.2 X25K铣床的控制要求机床的主轴主运动和工作台进给运动分别由单独的电动机拖动，并有不同的控制要求。 主轴电动机M1,空载时直接启动，为满足顺铣和逆铣工作方式的要求，能够正转和反转。为提高生产率，采用电磁制动器进行停车制动，同时从安全和操作方便考虑，换刀时主轴也处于制动状态，主轴电动机可在两处实行启停等控制操作。 工作台进给电动机M2，直接启动，为满足纵向、横向、垂直方向的往返运动，要求电动机能正反转，为提高生产率，要求空行程时可快速移动。从设备使用安全考虑，各进给电动机之间必须连锁，并由手柄操作机械
8、离合器选择进给运动的方向。 电动机M3拖动冷却泵，在铣削加工时提供切削液。 主轴与工作台的变速由机械变速系统完成。变速过程中，当选定啮合的齿轮没能进入正常啮合时，要求电动机能点动至合适的位置，保证齿轮能正常啮合。加工零件时，为保证设备安全，要求主轴电动机启动以后，工作台电动机方能启动工作。2.3 X25K型铣床电气控制线路分析2.3.1主电路分析主电路中共有三台电动机，其中M1为主轴拖动电动机，M2为工作台进给电动机，M3为冷却泵电动机，均为直接起动。铣床是逆铣方式加工，还是顺铣方式加工，在开始工作以前通过组合开关SA5手动选定，在加工过程中不改变。接触器KM3的主触点只控制电源的接入与切断。
9、工作台进给电动机M2由接触器KM2、KM3的主触点实现加工中的正、反向进给控制，并由接触器KM4的主触点控制快速电磁离合器，决定工作台移动速度。KM4接通时为快速移动，断开时为慢速自动进给。冷却泵拖动电动机M3由接触器KM1控制，单向运转。 2.3.2控制电路分析 控制电路的电源由控制变压器TC输出110V电压供电。 主轴电动机M1控制.1.主轴电动机起动控制 主轴电动机空载时直接起动。起动前，根据所用的铣刀，由组合开关SA5选定电动机的转向。在非变速状态，同主轴变速手柄关联的主轴变速冲动限位开关SQ7不受压，选定主轴电动机为正常工作方式。按动起动按钮SB1或SB2，主轴电动机起动控制接触器K
10、M3的线圈电路接通并自锁，其3对主触点闭合，主轴电动机按给定方向起动旋转。压动停止按钮SB3或SB4，主轴电动机停转。SB1-SB4分别位于两个操作板上，一处在工作台的前面，另一次在床身侧面，从而实现主轴电动机的两地操作控制。2.主轴电动机制动控制制动时，按动停止按钮SB1或SB2，使接触器KM1的线圈断电。同时制动电磁离合器的线圈得电，加速制动使M1停车。要注意：停止按钮要按到底，否则只能将动断触点断开而不能将动合触点闭合。3.主轴变速时的冲动控制主轴变速时，首先将主轴变速手柄微微压下，使它从第一道槽内拔出，然后拉向第二道槽，当落入第二道槽内后，再旋转主轴变速盘，选好速度，将手柄以较快速度推
11、回原位。若推不上时，再一次拉回来、推回去，直至手柄推回原位，变速操纵才完成。在上述的变速操作中，就在将手柄拉到第二道槽或从第二道槽推回原位的瞬间，通过变速手柄连接的凸轮，将压下弹簧杆一处，而弹簧杆将碰撞变速冲动开关SQ7，使其动作一次，即SQ72分断，SQ71闭合。主轴变速可在主轴旋转时进行，也可在主轴不动时进行。若原来主轴旋转着，当将变速手柄拉到第二道槽时，冲动开关SQ7短时动作，电动机M1失电，KM2得电，主电动机M1被反接制动而速度迅速下降。当选好速度，将手柄推回原位时，冲动开关又动作一次，主电动机M1低速反转，有利于变速后的齿轮咬合。若原来处于停车状态，在主轴变速操作中，SQ7第一次动
12、作时，M1反转一下，SQ7第二次动作时，M1又反转一下，故也可停车变速。当然，若要求主轴在新的速度下运行，则需重新起动主轴电动机。进给电动机M2的控制进给电动机M2的控制电路分为三部分：第一部分为顺序控制部分，工作台移动控制接触器KM2或KM3的线圈电路方能得电，工作台才能进给的联锁要求。第二部分为工作台各进给运动之间的联锁，也可以实现水平工作台与圆工作台之间的联锁。第三部分为工作台在各进给方向上的运动控制。进给电动机M2由KM2、KM3控制，实现正反转。工作台移动方向由各自的操作手柄来选择。X25K铣床有两个操作手柄，一个为左右(纵向)操作手柄，有右、中、左三个位置，当扳向右面时，通过其联动
13、机构将纵向进给离合器挂上，同时将向右进给的按钮式限位开关SQ1压下，则SQ1动合触点SQ1-1闭合，而动断触点SQ1-2断开； 当扳向左时，SQ2受压。另一个为前后(横向)和上下（升降）十字操作手柄，该手柄有五个位置，即上、下、前、后和中间零位。当扳动十字操作手柄时，通过联动机构，将控制运动方向的机械离合器合上，同时压下相应的限位开关，若向下或向前扳动，则SQ3受压；若向上或向后扳动，则SQ4受压。SA1为圆工作台转换开关，它是一种二位式选择开关，当使用圆工作台时，SA12闭合，当不使用圆工作台而使用普通工作台时，SA11和SA13均闭合。各进给方向开关位置及其动作状态如表4-1所列。SQ6为
14、进给变速冲动开关。表4-1各开关位置及其动作说明位置工作台纵向进给行程开关工作状态触点向左进给停止向右进给SQ1-1-+SQ1-2+-SQ2-1+-SQ2-2-+（续表4-1）（续表4-1）位置工作台横向及升降进给行程开关状态触点向下或向前进给停止向上或向后进给SQ3-1+-SQ3-2-+SQ4-1-+SQ4-2+-位置圆形工作台转换开关状态触点圆形工作台工作圆形工作台不工作SA11-+SA12+-SA13-+1.水平工作台纵向（左右）进给运动控制此时除了圆工作台转换开关SA1置于“断开”位置外，十字手柄必须置于中间零位。水平工作台纵向进给由操作手柄与行程开关SQ1和SQ2组合控制。若要工作台
15、向右进给，则将纵向手柄扳向右，带动机械离合器，接通纵向进给运动的机械传动链，同时压动行程开关SQ1，KM2线圈得电，其主触点闭合，进给电动机M2正转，驱动工作台向右进给。KM4得电的电流通路为：电路由KM3辅助动合触点开始，工作电流经SQ6-2SQ4-2SQ3-2SA1-1SQ1-1KM2线圈KM3动断触点（右移）。工作台左移时电路的工作原理与向右时相似。工作台纵向进给的控制过程如图4-2所列。纵向手柄扳在右位 合上纵向进给机械离合器 压下SQ1（SQ1-2断开，SQ1-1闭合）KM2线圈得电电动机M2正转，工作台右移纵向手柄扳在左位 合上纵向进给机械离合器 压下SQ2（SQ2-2断开，SQ2-1闭合）KM3线圈得电，电动机M2反转，工作台左移图4-2 工作台纵向进给过程由此电流通路中不难
