基于PLC的铣床电气控制系统设计

摘要PLC是一种通用的自动控制装置其主要是以计算机技术为技术核心，它具有很强的抗干扰能力，高可靠性，直观而简单的编程，适应性强，完善的功能，接口功能强等一系列优点。

因此在各行各业中得到了广泛的应用。

铣床的传动装置主要是以各种电动机为动力其重要的是实现生产过程自动化的技术装置。

在电气系统中是主干部分，也在国民经济中占到主导的低位得到广泛的应用。

在我国早起的大多数铣床都是采用传统的继电器控制，而其接触器触点受机械运动的影响，触点的寿命会受到很大的影响，故障率也很高，可靠性远不及PLC控制。

为此，提出了用PLC来对我们铣床进行电气控制，铣床我们主要是对我们工业应用中广泛的X62W万能的铣床进行控制，系统的介绍利用PLC对这种铣床进行控制的方法和方案。

其中主要进行功能的分析，原理图的设计，梯形图的设计与编写进行调试，提高铣床的性能，提升经济效益及产品质量。

关键词：X62W铣床；电气控制；PLC；梯形图目录第一章绪论 01.1课题研究的目的和意义 01.2自动铣床的发展及现状 01.3 铣床简单介绍 (1)1.3.1 铣床的选型 (1)1.3.2 X62W万能铣床的特点 (2)第二章可编程序控制器(PLC)简介 (2)2.1 PLC工作原理 (2)2.2 PLC的编程语言--梯形图 (2)2.3 可编程序控制器PLC的优点 (3)2.4 PLC选型标准 (3)第三章 X62W万能铣床的硬件设计 (4)3.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求 (4)3.2 X62W万能铣床元件选型 (4)3.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式 (5)第四章 X62W万能铣床传统继电器的电气控制原理 (6)4.1 电气原理图 (6)4.2 主电路分析 (8)4.3 控制电路分析 (9)4.3.1 主轴电机M1的控制 (9)4.3.2 进给电动机M2的控制 (10)4.3.3 冷却泵电动机及照明电路的控制 (13)第五章 X62W万能铣床基于PLC的具体设计 (13)5.1 设计中PLC的选型 (13)5.2 X62W万能铣床基于PLC控制电路的改造 (14)5.3 现场信号与PLC软继电器对照表（I/O地址分配表） (16)5.4 PLC梯形图 (17)5.5 PLC语句表 (20)第五章结论与展望 (22)5.1 结论 (22)5.2 展望 (23)致谢 (23)第一章绪论1.1课题研究的目的和意义铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置。

电气系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用。

随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。

铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。

自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。

自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。

在我国70～80年代大多数铣床中，大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制，也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。

因此，继电器本身固有的缺陷，给铣床的安全和经济运行带来了不利影响，用PLC对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。

1.2自动铣床的发展及现状从上世纪80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予较大的关注。

经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。

但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。

这是由于欧美日等先进工业国家于80 年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。

相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。

表1以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。

随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。

在控制方法上，从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。

X62W铣床综合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。

X62W铣床是由普通机床发展而来。

它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。

万能铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。

1.3 铣床简单介绍1.3.1 铣床的选型图1-1 X62W的含义图X62W万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，是一种较为精密的加工设备，它采用几点接触器电路实现电气控制，PLC转为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强，将X62W万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护，维修的工作量。

1.3.2 X62W万能铣床的特点1. 能完成很多普通机床难以加工或更本不能加工的复杂型面的加工。

2. 采用X62W铣床可以提高零件的加工精度，提高产品的质量。

3. 采用X62W可以比普通机床提高2-3倍的生产率，对复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。

第二章可编程序控制器(PLC)简介可编程序控制器(Programmable Logic Controller))简称PLC。

所谓可编程序控制器，就是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用一种可编程序的存储器，在其内部存储并执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术操作的指令，通过数字量或模拟量的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

随着PLC的发展，它不仅能完成编辑、运算、控制，而且能实现模拟量、数字量的算术运算。

2.1 PLC工作原理PLC的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，是在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，.然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。

除此之外，为提高工作的可靠性和及时的接收外来的控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信。

2.2 PLC的编程语言--梯形图梯形图在形式上类似于继电器控制电路图，它简单，直观，易读，好懂，是PLC中普遍采用的一种编程方式。

梯形图中沿用了继电器线路的一些图形符号，这些图形符号被称为编程元件，每一个编程元件对应有一个编号。

不同厂家的PLC，其编程元件的多少及编号方法不尽相同，但是基本的元件及功能很相近。

梯形图有如下特点。

（1）梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。

每一个继电器为一个逻辑行，称为梯形。

每一个逻辑行起始于左母线，然后是触点的各种联接，最后是线圈，整个图形呈梯形。

（2）梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上是变量存储器中的位触发器，因此称为软继电器，相应的某位触发器为真态，表示该继电器通电，其常开触点闭合，常闭触点打开。

梯形图中的继电器的线圈的定义是广义的，除了输出继电器、内部继电器以外，还包括定时器、计数器等。

(3)梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器的触点是可以被无限制的引用，既可是常开触点也可以是常闭触点。

(4)梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧的母线不接任何电源，因而图中各个支路也没有真实的电流通过，但是为了方便，常用有电流来形象的描述解算中满足输出线圈的动作条件。

所以仅仅是概念上的电流，而且认为它只能从左向右流动，层次的改变只能是先上后下。

2.3 可编程序控制器PLC的优点（1）能适应工业现场的恶劣环境，不要求空调，能抗电磁干扰与电压冲击。

（2）简单，易于使用，不必要求微机软硬件方面的知识，编程不需要高级语言。

（3）可靠性高，平均故障间隔时间(MTBF)超过20000小时。

（4）编程或修改程序容易，程序可以保存和固化。

（5）体积小，价格低。

（6）可直接将数据送入处理器中，可直接连接到现场。

（7）可在基本系统上扩展，系统容易配置，与负载最远距离可达10000英尺，内存可以扩展。

（8）有很强的通讯功能，可与多种支持设备连接。

（9）系统化，有标准外围接口模块。

（10）系统在一种现场不需要时，仍可改在另一种现场上使用等一系列优点。

2.4 PLC选型标准世界上有很多厂商生产PLC,如德国的西门子、日本的三菱、松下，美国GE 公司等完成系统的设计主要是选型和程序设计。

但是由于PLC应用在不同场合，有不同的工艺流程，对控制功能有不同的要求，由于各程序难易程度不一样，因此有一定的选择标准：（1）PLC机型选择主要考虑I/O点数。

根据控制系统所需要的输入设备（如按钮、限位开关、转换开关等）、输出设备（如接触器、电磁阀、信号指示灯等）以及A/D、D/A转换的个数。

确定I/O的点数。

一般要留有一定裕量（约占10%），满足生产发展和工艺的改进。

（2）随着PLC功能日益完善，很多小型机也具有中、大型机的功能。

对于PLC的功能选择，一般只要满足I/O点数，大多数机型也能满足。

目前大多数PLC 机型都具有I/O扩展模块、A/D、D/A转换模块，以及高级指令、中断能力与外设通信能力。

（3）PLC一般根据I/O点数的不同，内存容量会有相应的差别。

在选择内存容量时同样应留有一定余量，一般时实际程序的25%。

不应单纯追求大容量，以够用为原则。

（4）在PLC机型选取上要考虑控制系统与PLC结构功能的合理性。

如果是单机系统控制，I/O点数不多，不涉及PLC之间的通信，但又要求功能更强，要求有处理模拟信号的能力，可选择整体式机，如松下FP0、FP1、FP-M系列，以及OMRON C200H系列等。

如果仅有开关量控制，可选择OMRON C系列P型机、西门子S7-200,三菱F1、FX系列等。