X62W萬能升降臺銑床的PLC改造

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河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 X62W型萬能升降臺銑床的PLC改造 學(xué)生：牛瑞利 班級：ZSB031 摘 要：X62W型銑床是一種應(yīng)用廣泛的普通機(jī)床，通過對其控制電路進(jìn)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(shè)計(jì)控制要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)PLC的改造及其監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體詳細(xì)地說明了PLC改造的過程及實(shí)現(xiàn)PLC控制的方法與步驟，用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制的實(shí)施過程。 關(guān)鍵詞：X62W銑床 繼電器—接觸器控制 PLC控制 MCGS遠(yuǎn)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(lǐng)域，可編程控制器作為自動控制的三大技術(shù)支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)。由于綜合了計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)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(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)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(luò)時代的到來，擴(kuò)展了 PLC 的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)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(jī)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(fù)雜，對生產(chǎn)工藝變化適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。因此我們用PLC對其控制系統(tǒng)進(jìn)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(diǎn)組成的實(shí)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(jī)、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(shí)際運(yùn)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(yīng)；輸出部分提供哪些設(shè)備需要作實(shí)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(shí)際需要的動作要求而設(shè)計(jì)，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(fù)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(diǎn)數(shù)目有限，每只只有4~8對觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性差。 PLC采用存儲邏輯，除了輸入輸出端要與機(jī)電設(shè)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(jìn)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(diǎn)數(shù)理論上無限制，因此靈活性和擴(kuò)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(diǎn)的機(jī)械動作（閉合與斷開）來實(shí)現(xiàn)的，觸點(diǎn)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(yīng)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(dǎo)體電路來實(shí)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(yán)格的同步，不會出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動，更不會出現(xiàn)電弧現(xiàn)象。 2.4定時控制和計(jì)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(jìn)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(dǎo)體集成電路作定時器，時間基準(zhǔn)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(yù)置值，由軟件和硬件計(jì)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(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，而繼電接觸式控制系統(tǒng)一般不具備計(jì)數(shù)功能。 2.5可靠性和可維護(hù)性 繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了較多的機(jī)械觸點(diǎn)，聯(lián)線多，觸點(diǎn)易受電弧損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。 PLC采用了微電子技術(shù)，大量開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)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(hù)提供了方便。 2.6設(shè)計(jì)與施工 繼電接觸式控制系統(tǒng)完成一項(xiàng)控制工程、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)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(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，現(xiàn)場施工和控制邏輯設(shè)計(jì)（梯形圖及程序設(shè)計(jì)）可以同時設(shè)計(jì)，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(yùn)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(yùn)動形式 X62W型銑床的運(yùn)動可大體分為兩種：主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。 1).主運(yùn)動—由主軸電動機(jī)帶動實(shí)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(jìn)給運(yùn)動—由進(jìn)給電動機(jī)帶動實(shí)現(xiàn)水平工作臺縱向、橫向、垂直進(jìn)給運(yùn)動，水平工作臺快速移動，圓工作臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)床的主軸運(yùn)動和工作臺的進(jìn)給運(yùn)動分別由單獨(dú)的電動機(jī)拖動，并有不同的控制要求。 1).主軸電動機(jī)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(jìn)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(jìn)給電動機(jī)M2，直接起動，為滿足縱向、橫向、垂直方向的往返運(yùn)動，要求電動機(jī)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(shè)備使用安全考慮，各進(jìn)給運(yùn)動之間必須聯(lián)鎖，并由手柄操作機(jī)械離合器選擇進(jìn)給運(yùn)動的方向。 3).電動機(jī)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(jī)械變速系統(tǒng)完成。變速過程中，當(dāng)選定嚙合的齒輪沒能進(jìn)入嚙合時，要求電動機(jī)能點(diǎn)動至合適位置，保證齒輪能正常嚙合。 加工零件時，為保證設(shè)備安全，要求主軸電動機(jī)起動后，工作臺電動機(jī)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(jìn)控制兩部分。 3.3.1主軸控制分析 1).起動控制 SB1、SB2實(shí)現(xiàn)電動機(jī)停止的兩地操作；SB3、SB4實(shí)現(xiàn)電動機(jī)起動的兩 地操作；交流接觸器常開觸點(diǎn)KM1與SB3、SB4構(gòu)成自鎖實(shí)現(xiàn)起動的長動控制； 不足之處：KM1動合觸點(diǎn)接觸不良使電動機(jī)運(yùn)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(diǎn)斷開，切斷M1主軸電動機(jī)的電源。12區(qū)的輔助常閉觸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)保證上刀換刀工作的順利進(jìn)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(diǎn)KM1構(gòu)成互鎖實(shí)現(xiàn)電動機(jī)M1正常工作與制動換刀操作的順利進(jìn)行。當(dāng)接觸器的動斷觸點(diǎn)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(diǎn)動控制電路實(shí)現(xiàn)。 a.變速時瞬時點(diǎn)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(fù)位，因?yàn)樽兯偈峭ㄟ^機(jī)械變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，變速手輪選定進(jìn)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(dāng)齒輪沒有進(jìn)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(diǎn)動的功能，以調(diào)整齒輪位置，使齒輪進(jìn)入正常嚙合。 b.實(shí)現(xiàn)瞬時點(diǎn)動的方法 實(shí)現(xiàn)瞬時點(diǎn)動功能是靠變速手柄在復(fù)位的過程中壓動瞬時點(diǎn)動行程開頭SQ7，SQ7的動合觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM1的線圈得電，主軸電動機(jī)M1轉(zhuǎn)動，SQ7的動斷觸點(diǎn)切斷KM1線圈電路的自鎖，使電路隨時可被切斷。變速手柄復(fù)位后，松開行程開關(guān)SQ7，電動機(jī)M1停轉(zhuǎn)，完成一次瞬時點(diǎn)動。 不足之處：交流接觸器動合觸點(diǎn)KM1反應(yīng)不靈敏時，在SQ7動斷觸點(diǎn)斷開時KM1線圈失電，但KM1常開觸點(diǎn)不能斷開使9至17段電路不能斷開，導(dǎo)致M1不能停轉(zhuǎn)，不能實(shí)現(xiàn)瞬時點(diǎn)動功能。 3.3.2工作臺進(jìn)給控制分析 工作臺的進(jìn)給控制由順序控制和工作臺各進(jìn)給運(yùn)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(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)即主軸電動機(jī)起動后，其控制起動接觸器的KM1輔助動合觸點(diǎn)閉合，進(jìn)給電動機(jī)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(jìn)給運(yùn)動之間的聯(lián)鎖控制有水平工作臺各運(yùn)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(diǎn)動與水平工作臺各運(yùn)動之間的聯(lián)鎖。下面通過介紹各運(yùn)動控制操作的實(shí)現(xiàn)過程分析繼電器控制實(shí)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(diǎn)控制快速傳動鏈的電磁離合器YC1，常閉觸點(diǎn) 控制進(jìn)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(jìn)給運(yùn)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(jìn)給過程如圖4-2-1所示。 圖4-2-1 工作臺縱向進(jìn)給過程 合上縱向進(jìn)給機(jī)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(jī)M2正轉(zhuǎn)，工作臺右移 合上縱向進(jìn)給機(jī)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(jī)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(shí)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(diǎn)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(jìn)給運(yùn)動控制 (1).分析過程 水平工作臺橫向和升降進(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。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(jìn)給過程如圖4-2-2。 圖4-2-2 工作臺橫向、縱向進(jìn)給過程 合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器 十字復(fù)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(jī)M2正轉(zhuǎn)，工作臺上升 合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器 十字復(fù)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(jī)M2反轉(zhuǎn)，工作臺下降 合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器 十字復(fù)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(jī)M2正轉(zhuǎn)，工作臺前移 合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器 十字復(fù)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(jī)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(fù)式手柄實(shí)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(jìn)給中串聯(lián)了縱向移動行程開關(guān)的動斷觸點(diǎn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)的作用。 d.水平工作臺的六個方向的運(yùn)動是聯(lián)鎖的，當(dāng)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(jī)床運(yùn)動干涉造成設(shè)備事故。 4).圓工作臺運(yùn)動控制 工作臺選擇開關(guān)的SA1的SA1-1和SA1-3兩觸點(diǎn)打開，SA1-2觸點(diǎn)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(jī)控制接觸器KM1的輔助動合觸點(diǎn)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(diǎn)閉合，進(jìn)給電動機(jī)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(diǎn)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(diǎn)動開關(guān)，點(diǎn)動時會切斷圓工作臺運(yùn)動電路。 5).水平工作臺變速時的瞬時點(diǎn)動控制 水平工作臺變速時的瞬時點(diǎn)動控制原理與主軸變速瞬時點(diǎn)動原理相同。變速手柄拉出后選擇轉(zhuǎn)速，再將手柄復(fù)位，變速手柄在復(fù)位的過程中壓動瞬時點(diǎn)動開關(guān)SQ6，SQ6的動合觸點(diǎn)閉合接通接觸器KM2的線圈電路，使進(jìn)給電動機(jī)M2轉(zhuǎn)動，動斷觸點(diǎn)切斷KM2線圈電路的自鎖。 瞬時點(diǎn)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(diǎn)動電路串聯(lián)了工作臺進(jìn)給運(yùn)動的行程開關(guān)SQ1~SQ4的動斷觸點(diǎn)，和圓工作臺的動斷觸點(diǎn)，所以工作臺的操作手柄在任一工作位置時都將切斷點(diǎn)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(shè)計(jì)完成后應(yīng)使PLC控制能實(shí)現(xiàn)原有的操作功能。 2).X62W銑床的進(jìn)給運(yùn)動是要壓下機(jī)械離合器才能完成，因此我們保留其手柄。在設(shè)計(jì)時不改變其機(jī)械結(jié)構(gòu)，只對其控制電路進(jìn)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(jìn)行改造。 4.3改造步驟 1).按控制要求進(jìn)行I/O分配，編制“I/O分配表”； 2).選擇PLC機(jī)型； 3).畫出PLC輸入、輸出端接線圖； 4).按X62W銑床操作的實(shí)現(xiàn)，分塊設(shè)計(jì)PLC程序，大體分為主軸控制程序設(shè)計(jì)和工作臺進(jìn)給控制程序設(shè)計(jì)兩部分，并對程序進(jìn)行調(diào)試修改完善，完成X62W銑床控制部分的PLC改造設(shè)計(jì)； 5).用MCGS軟件設(shè)計(jì)其遠(yuǎn)程控制界面，并在PLC機(jī)外部設(shè)備上聯(lián)上計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制。 5.PLC控制設(shè)計(jì) 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(diǎn)。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(jìn)給電機(jī)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(jìn)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(jī)熱繼電器 X4 SQ2 工作臺右移開關(guān) X23 FR3 冷卻泵電機(jī)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(jī)起動接觸器 Y0 YC1 電磁離合器（快速傳動鏈） Y20 KM2 進(jìn)給電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 Y1 YC2 電磁離合器（工作傳動鏈） Y21 KM3 進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 Y2 YB 主軸制動電磁制動器 Y22 5.2 PLC選型 機(jī)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(hù)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(yīng)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(shè)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(yùn)動控制等工作，PLC則應(yīng)有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能。 2).估計(jì)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(diǎn)數(shù)乘以8，就是所需的存儲器的字?jǐn)?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(diǎn)的平均價格比模塊式PLC的價格要低。但模塊式PLC的功能擴(kuò)大展方便靈活，維修方便。因此對比較復(fù)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(jī)控制；大、中型PLC一般采用模塊式，可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)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(yīng)、高速計(jì)數(shù)和運(yùn)動控制等特殊要求，可以選用有相應(yīng)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(luò)，PLC應(yīng)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(jī)、CRT、及其他PLC和上位計(jì)算機(jī)。 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(shè)備屬于單機(jī)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(fù)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(qiáng)、有隔離作用。 綜上分析，選擇物理機(jī)構(gòu)為整體式，I/O點(diǎn)數(shù)在64點(diǎn)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(yīng)性、通用性、及性能價格比等因素。我們選擇通用性較強(qiáng)、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(diǎn)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(kuò)展單元選取FP0-E16系列，其I/O點(diǎn)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(shè)計(jì) 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(shí)驗(yàn)室設(shè)備情況，我們選用Windows環(huán)境下運(yùn)行的FPWIN—GR的編程軟件來編程設(shè)計(jì)。 該軟件能實(shí)現(xiàn)以下功能：對PLC程序和注釋的輸入及編輯；程序檢查；運(yùn)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(shè)置；程序清單和監(jiān)控結(jié)果等文檔的打印；數(shù)據(jù)傳輸及文件管理。 5.4.2主軸控制設(shè)計(jì) 主軸程序設(shè)計(jì)又可分為主軸起停、換刀制動、變速沖動程序設(shè)計(jì)。 1).起停設(shè)計(jì) 圖5-4-1 2).主軸變速沖動設(shè)計(jì) a.設(shè)計(jì)要求 變速沖動實(shí)際上是使主軸變速時有瞬時點(diǎn)動的功能。設(shè)計(jì)時在起停設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加上點(diǎn)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(shí)現(xiàn)瞬時點(diǎn)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(diǎn)閉合，Y0線圈得電，它的輔助常開觸點(diǎn)閉合。X3的常閉觸點(diǎn)不能切斷X1的自鎖，使X3常開觸點(diǎn)斷開時，其常閉觸點(diǎn)閉合，電流經(jīng)Y0輔助觸點(diǎn)—X0—X3—X4—X5—X2—Y0線圈構(gòu)成一條閉合的線路，使電動機(jī)M1不能停轉(zhuǎn)造成打壞齒輪。 這一程序的設(shè)計(jì)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(diǎn)斷開的過程中，SQ7動斷觸點(diǎn)已閉合，但交流接觸器的線圈KM1的輔助觸點(diǎn)未斷開，使線圈KM1不能失電，電動機(jī)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(jī)制動與換刀制動程序設(shè)計(jì) 停止制動時，復(fù)式停止按鈕的常開觸頭X1閉合，使電磁制動器Y22得電實(shí)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(jī)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(jìn)行。 圖5-4-4 4).主軸控制的設(shè)計(jì)程序 把主軸分段設(shè)計(jì)的程序連接起來運(yùn)行調(diào)試，演示后能完成主軸各項(xiàng)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(jìn)給控制設(shè)計(jì) 工作臺進(jìn)給程序設(shè)計(jì)又可分為快速移動設(shè)計(jì)，水平工作臺縱向、橫向、垂直進(jìn)給設(shè)計(jì)，水平工作臺變速時的瞬時點(diǎn)動設(shè)計(jì)，圓工作臺運(yùn)動設(shè)計(jì)。 1).水平工作臺的縱向、橫向、垂直進(jìn)給運(yùn)動設(shè)計(jì) 水平工作臺左、右、前、后、上、下六個方向上的進(jìn)給運(yùn)動是相互聯(lián)鎖的。銑床不能同時在幾個方向上實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，只能在一個方向上實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。 圖5-4-6 2).水平工作臺變速時的瞬時點(diǎn)動設(shè)計(jì) SQ6實(shí)現(xiàn)變速沖動時要求：工作臺進(jìn)給時不能變速，SQ6與SQ1、SQ2 圓工作臺聯(lián)鎖。 其PLC控制程序設(shè)計(jì)如下： 圖5-4-7 3).圓工作臺的運(yùn)動控制程序設(shè)計(jì) a.設(shè)計(jì)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(diǎn)。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(shè)計(jì)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(chǔ)添加互鎖即可滿足控制要求。 4).快速移動控制程序設(shè)計(jì) 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(shí)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(jìn)給程序 經(jīng)修改調(diào)試完善后能完成工作臺進(jìn)給運(yùn)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(jìn)給控制是通過交流接觸器KM1的輔助常開觸點(diǎn)KM1順序控制的。因此在工作臺進(jìn)給控制程序中加開關(guān)Y0把主軸控制和工作臺進(jìn)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(shè)計(jì)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(yuǎn)程控制設(shè)計(jì) 6.1設(shè)計(jì)步驟 用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)其上位機(jī)的遠(yuǎn)程控制，其設(shè)計(jì)步驟如下： 1).在MCGS組態(tài)環(huán)境中新建工程X62W銑床遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(shí)時數(shù)據(jù)庫中添加數(shù)據(jù)對象并對其屬性進(jìn)行設(shè)置。為下面的動畫連接做準(zhǔn)備。 4).對組態(tài)中的元件設(shè)置動畫組態(tài)屬性和實(shí)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(yùn)行策略中新建主軸運(yùn)動策略、進(jìn)給運(yùn)動策略，在策略組態(tài)中的腳本程序中編程實(shí)現(xiàn)主軸運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。 6.2遠(yuǎn)程控制界面 圖6-2-1 X62W銑床的遠(yuǎn)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(yùn)動的控制電路接入電源情況和主軸運(yùn)轉(zhuǎn)情況。指示燈閃爍表示：主軸轉(zhuǎn)動，工作臺運(yùn)動控制電路通電；指示燈停止閃爍表示：工作臺運(yùn)動控制電路處在斷電狀況下，工作臺停止運(yùn)動，主軸停止轉(zhuǎn)動。 2).工作臺指示燈表示圓工作臺運(yùn)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?fàn)顟B(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(yùn)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(yuǎn)程控制動作表 表6-3-1 X62W銑床遠(yuǎn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yuǎn)程控制接線 用一根電纜把計(jì)算機(jī)連在FP0的RS232C接口上，實(shí)現(xiàn)X62W銑床控制的上位機(jī)與下位機(jī)的連接，其遠(yuǎn)程控制實(shí)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(yuǎn)程控制實(shí)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(jī)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(jī) SQ6 進(jìn)給電機(jī)點(diǎn)動行程開關(guān) FR1 主軸電機(jī)熱繼電器 M2 進(jìn)給電動機(jī) SQ7 主軸電機(jī)點(diǎn)動行程開關(guān) FR2 進(jìn)給電機(jī)熱機(jī)電器 M3 冷卻泵電機(jī) SA1 工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān) FR3 冷卻泵熱機(jī)電器 KM1 主電機(jī)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(jìn)給 QS 電源隔離開關(guān) YC1 電磁離合器 SQ2 工作臺向左進(jìn)給 SB1,SB2 主軸停止按鈕 YC2 電磁離合器 SQ3 向前，向上進(jìn)給 SB3,SB4 主軸起動按鈕 YC1 接通快速傳動鏈 SQ4 向后，向下進(jìn)給 SB5,SB6 工作臺快速移動按鈕 YC2 接通工作傳動鏈 參考文獻(xiàn) [1]張萬忠.可編程序控制器入門與應(yīng)用實(shí)例.北京：中國電力出版社，2005，1 [2]陳瑞陽.機(jī)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(yīng)用 北京：中國電力出版社，2004，7 [4]張桂香.電氣控制與PLC應(yīng)用 北京：中國電力出版社，2003，7 [5]路林吉，王堅(jiān).可編程控制器原理及應(yīng)用 北京：清華大學(xué)出版社2002，9 [6]張?bào)沌?機(jī)電設(shè)備控制基礎(chǔ) 北京：中國人民大學(xué)出版 2000，11 [7]許曉峰.電機(jī)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(dǎo)，我才能在大學(xué)里學(xué)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(xué)們，有了你們的鼓勵，我才能在求學(xué)的道路上走地更有信心。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)要特別感謝楊青杰老師，楊老師不僅在設(shè)計(jì)過程中認(rèn)真細(xì)心地輔導(dǎo)我們，對我們提出的問題，都不厭其煩地詳細(xì)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