基于PLC的数控铣床系统设计

摘要 ...................................................................................................................................................................... 2 第1章 绪论 ........................................................................................................................................................ 3 1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势 .................................................... 3 1.2 铣床简单介绍 .................................................................... 5 1.3本设计任务和主要内容： ........................................................... 5 第2章 X62W万能铣床硬件设计 .................................................................................................................... 7 2.1 X62W万能铣床电力拖动的特点 ...................................................... 7 2.2 X62W万能铣床元件选型 ............................................................ 7 2.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式 ................................................ 8 2.4 控制要求 ........................................................................ 9 第三章 电气控制原理 ....................................................................................................................................... 11 3.1 电气原理图 ..................................................................... 11 3.2 主电路分析 ..................................................................... 12 3.3控制电路分析 .................................................................... 12 第四章 X62W万能铣床软件设计 .................................................................................................................. 15 4.1 PLC的基本定义 .................................................................. 15 4.2 X62W万能铣床电气控制线路的PLC设计 ............................................. 16 4.3 现场信号与PLC软继电器对照表 ................................................... 18 4.4 PLC梯形图 ...................................................................... 20 第五章 总结 ...................................................................................................................................................... 22 致谢 .................................................................................................................................................................... 22 参考文献 ............................................................................................................................................................ 23

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摘要

本设计讲述了X62W万能铣床电气控制线路的工作原理，说明了用PLC改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。

最早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-决速”或“决速-进给”的自动转换。1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。

第一章主要介绍铣床国内外研究状况和发展趋势和铣床简单介绍，包括铣床的选型和特点。第二章X62W万能铣床硬件设计主要包括X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求和X62W万能铣床元件选型还有X62W万能铣床的主要结构及运动形式，第三章主要分析电路的工作原理。第四章是介绍软件部分及其PLC的基本知识。

关键词：X62W万能铣床；电气控制系统；PLC；梯形图

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第1章 绪论

1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势

自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。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。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。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。 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。

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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。一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。 可编程序控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能有成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间。当这些继电器运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需要安排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器损坏，甚至某个继电器触头接触不良，都回影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查排除故障又是非常困难的，全靠电气技术人员长期积累经验。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量很大，甚至需要重新设定控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，是电气控制系统工作更可靠，更容易维修，更能适应经常变化的生产工艺要求。

可编程控制器(Programmable Controller)简称PC，在办公自动化和工业自动化中广泛使用的个人计算机（Personal Computer）也简称PC，为了避免混摇，现在一般将可编程序控制器简称为PLC(Programmable Logic Controller)。随着可编程控制器在国内的运用和推广，人们找到了万能铣床较理想的控制系统，即PLC控制系统。由于其具有可靠性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于对万能铣床的控制，获得广泛的推广。现在万能铣床已全部采用PLC控制，结束了近二十年使用继电控制的历史。本文主要以该厂对PLC控制系统的研究，推广介绍可编程控器在万能铣床上的应用。

自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。1988年开始将可编程序控制器应用在万能铣床上，至今使用情况一直良好。 国外生产PLC的厂家很多，最著名的有美国A-B公司和GE-FANUC公司，日本的欧姆龙公司和三菱公司，德国AEG公司和西门子公司，法国的TE公司。它们号称PC领域的大雄，代表PC的最高水平。它们在中国都有各自的代理商，很容易买到其产品。国产PLC以小型为主，多数为仿制产品，I/0点均在128点以下。主要厂家有上海工业自动化仪表研究所，苏州电子计算机厂，北京机械工业自动化研究所，无锡华光电子工业公司，中科院自动化研究所，上海香岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算，顺序运算。

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1.2 铣床简单介绍

1.2.1 铣床的选型

图 2.1铣床的选型

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，它采用继电接触器电路实现电气控制。PLC专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。 1.2.2 X62W机床特点

（1）能完成很多普通机床难以加工或者根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，稳定产品的质量。

（3）采用X62W可以比普通机床提高2~3倍生产率，对复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。

（4）此机床具有柔性，只需更换程序，就可以适应不同品种及尺寸规格零件的自动加工。

（5）大大的减轻了工人的劳动强度。

万能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与机械,以达到机电紧密配合完成预定的操作,是机械与电气结构联合动作的典型控制,是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,严重地影响生产。本文所述方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造而成,经实际运行证明该PLC控制系统无论是硬件还是软件,控制稳定可靠, 具有极高的可靠性与灵活性, 更容易维修,更能适应经常变动的工艺条件，取得了较好的经济效益。

1.3本设计任务和主要内容：

X62W型卧式万能铣床的电气控制系统,存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点,分析整个系统可以进行怎样的改造，改造后的控制系统又是怎样

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运行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。 基本要求

X62W万能铣床电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变，在控制电路中，变压器TC的输出及整流器VC的输出部分去掉。利用三菱PLC和对X62W型卧式万能铣床的继电接触式电控系统进行技术改造的方案。

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第2章 X62W万能铣床硬件设计

2.1 X62W万能铣床电力拖动的特点

（1）铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反转，因正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改变电源相序实现。

（2）由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯性轮，故主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。

（3）铣床的工作台要求有前后、左右、上下6个方向的 进给运动和快速移动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机械离合器相配合来实现。进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完成。圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。

（4）根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施：

为了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速运动。

为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。 该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动6个方向的连锁。 主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都要求变速后顺时点动。

当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和铣床。 （5）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。

2.2 X62W万能铣床元件选型

表2-1铣床的电机参数参照表

符号 名称 型号 规格 件数 作用 M1 主轴电动机 Y132M—4—B3 7．5KW，380V，1450r/min 1 主轴传动 M2 进给电动机 Y90L—4 1．5KW,380V,1400r/min 1 进给传动 M3 冷却泵电动机 JCB—22 0．125KW,380V,2790r/min 1 冷却泵传动 表2-2铣床的基本元件一览表

符号 KM1 KM2 名称 接触器 接触器 型号 CJO—20 CJO—10 7

规格 20A,110V 10A,110V 件数 1 1 作用 主轴启动 快速进给

KM3 KM4 KS SB1、2 SB3、4 SB5、6 SA1 SA2 SA3 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 QS1 QS2 FR1 FR2 FR3 FU1 FU2 FU3、FU6 FU4、FU5 VC TC TC1 YC1 YC2 YC3 R 接触器 接触器 速度继电器 按钮 按钮 按钮 转换开关 转换开关 转换开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 转换开关 转换开关 热继电器 热继电器 热继电器 熔断器 熔断器 熔断器 熔断器 整流器 变压器 变压器 电磁离合器 电磁离合器 电磁离合器 电阻 CJO—10 CJO—10 JY1 LA2 LA2 LA2 HZ1—10/E16 HZ1—10/E16 HZ1—10/E16 LX1—11K LX1—11K LX2—131 LX2—131 LX3—11K LX3—11K LX3—11K HZ1—60/E26 HZ1—60/E26 JRQ—40 JR10—10 JR10—10 RL1 RL1 RL1 RL1 ZCZX4 BK—50 BK—150 B1DL—III B1DL—II B1DL—II ZB2 10A,110V 10A,110V 2A 绿色 黑色 红色 三极 三极 三极 开启式 开启式 单轮，自动复位 单轮，自动复位 开启式 开启式 开启式 三极 三极 11A、3A 3A、5A 0.415A 30A 10A 6A 4A 5A，50V 380/36V 380/127V —— —— —— 1 .45W、15.4A 1 1 1 2 2 2 1 １ １ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 2 M2正转 M2反转 反接制动 M1启动按钮 快速进给按钮 M1停止按钮 换刀开关 圆工作台转换 M1换向开关 向右进给 向左进给 向前、向下进给 向后、向上进给 快速与进给转换 主轴变速冲动 进给变速冲动 电源总开关 冷却泵开关 M1过载保护 M3过载保护 M2过载保护 总电源短路保护 进给短路保护 控制电路短路保护 照明电源短路保护 整流作用 照明变压器 控制电路变压器 主轴制动 正常进给 快速进给 限制制动电阻 2.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式

X62W型万能铣床的外形结构如图2-1所示，它主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。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。溜板上部有可转动的回转盘，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

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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。

铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6个方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作台的旋转运动、在各个方向的快速移动则属于辅助运动。

1—床身（立柱） 2—主轴 3—刀杆 4—悬梁 5—支架 6—工作台

7—回转盘8—横溜板 9—升降台 10—底座

图2.2铣床外部结构图

2.4 控制要求

（1）主轴电动机M1有三种控制：正反转起动，反接制动和变速冲动。 （2）工作台进给电动机M2有三种控制：进给、快速移动和变速冲动。 （3）M3拖动冷却泵提供冷却液，只需单向运行。

（4）为了能及时实现控制，机床设置了两套操纵系统，再机床正面及侧 装了相同的按钮、手轮和手柄，操作方面，以实现两地控制。

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都安

（5）为了保证安全，防止事故，机床有顺序的动作，采用了联锁。

（6）三台电动机都设有过载保护，控制线路设有短路保护，工作台的六个方向，都设有终端保护。

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第三章 电气控制原理

3.1 电气原理图

图3.1 X62W卧式铣床电气原理图

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该铣床共用3台异步电动机拖动，它们分别是主轴电动机M1、进给电动机M2和冷却泵电动机M3。X62W万能铣床的电路如图3-1所示，该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。

3.2 主电路分析

主轴电动机M1拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关SA3来实现正反转；进给电动机M2通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，其正反转由接触器KM3、KM4来实现；冷却泵电动机M3供应切削液，且当M1启动后，用手动开关QS2控制；3台电动机共用熔断器FU1作短路保护，3台电动机分别用热继电器FR1、FR2、FR3作过载保护。

3.3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。 （1）主轴电动机M1的控制

主轴电动机M1采用两地控制方式，SB1和SB2是两组启动按钮，SB5和SB6是两组停止按钮。KM1是主轴电动机M1的启动接触器，YC1是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主轴变速时瞬时点动的位置开关。

1）主轴电动机M1启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合上电源开关QS1，再把主轴换向开关SA3扳到所需要的转向。按下启动按钮SB1（或SB2），接触器KM1线圈得电，KM1主触头和自锁触头闭合，主轴电动机M1启动运转，KM1常开辅助触头（9-10）闭合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮SB5（或SB6），SB5-1（或SB6-1）常闭触头分断，接触器KM1线圈失电，KM1触头复位，电动机M1断电惯性运转，SB5-2（或SB6-2）常开触头闭合，接通电磁离合器YC1，主轴电动机M1制动停转。 2）主轴换铣刀时将转换开关SA1扳向换刀位置，这时常开触头SA1-1闭合，电磁离合器YC1线圈得电，主轴处于制动状态以便换刀；同时常闭触头SA1-2断开，切断了控制电路，保证了人身安全。

3）主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关SQ1，通过M1点动，使齿轮系统产生一次抖动，以便于齿轮顺利啮合，且变速前应先停车。

（2）进给电动机M2的控制

工作台的进给运动在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在3个坐标的6个方向运动，进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关使进给电动机M2正转或反转来实现的，并且6个方向的运动是联锁的，不能同时接通。

1）当需要圆形工作台旋转时，将开关SA2扳到接通位置，这时触头SA2-1和SA2-3

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断开，触头SA2-2闭合，电流经10—13—14—15—20—19—17—18路径，使接触器KM3得电，电动机M2启动，通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动。转换开关SA2扳到断开位置，这时触头SA2-1和SA2-3闭合，触头SA2-2断开，以保证工作台在6个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动和6个方向的进给运动也是联锁的。

2）工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关SQ5和SQ6联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见表1。当手柄扳向中间位置时，位置开关SQ5和SQ6均未被压合，进给控制电路处于断开状态；当手柄扳向左或右位置时，手柄压下位置开关SQ5或SQ6，使常闭触头SQ5-2或SQ6-2分断，常开触头SQ5-1或SQ6-1闭合，接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2正转或反转。由于在SQ5或SQ6被压合的同时，通过机械机构已将电动机M2的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电动机M2的正转或反转就拖动工作台向左或向右运动。

表3.1工作台左右进给手柄位置及其控制关系 手柄位置 左 中 右 位置开关动作 SQ5 — SQ6 接触器动作 KＭ３ — KＭ４ 电动机M2转向 传动链搭合丝杠 正转 停止 反转 左右进给丝杠 — 左右进给丝杠 工作台运动方向 向左 停止 向右 工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位置开关SQ3和SQ4联动，有上、下、前、后、中5个位置，其控制关系见表2。当手柄扳至中间位置时，位置开关SQ3和SQ4均未被压合，工作台无任何进给运动；当手柄扳至下或前位置时，手柄压下位置开关SQ3使常闭触头SQ3-2分断，常开触头SQ3-1闭合，接触器KM3得电动作，电动机M2正转，带动着工作台向下或向前运动；当手柄扳向上或后时，手柄压下位置开关SQ4，使常闭触头SQ4-2分断，常开触头SQ4-1闭合，接触器KM4得电动作，电动机M2反转，带动着工作台向上或向后运动。

当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一个开关，接通电动机M2正转或反转电路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠）中的一根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工作台沿选定的进给方向运动，而不会沿其他方向运动。 表3—2工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系 手柄位置 上 下 中 前 后 位置开关动作 SQ4 SQ3 — SQ3 SQ4 接触器动作 电动机M2转向 KM4 KM3 — KM3 KM4 反转 正转 停止 正转 反转 13

传动链搭合丝杠 上下进给丝杠 上下进给丝杠 — 前后进给丝杠 前后进给丝杠 工作台运动方向 向上 向下 停止 向前 向后

左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制，如当把左右进给手柄扳向左时，若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向，则位置开关SQ5和SQ3均被压下，触头SQ5-2和SQ3-2均分断，断开了接触器KM3和KM4的通路，电动机M2只能停转，保证了操作安全。

3）6个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮配合实现的。安装好工件后，扳动进给操作手柄选定进给方向，按下快速移动按钮SB3或SB4（两地控制），接触器KM2得电，KM2常闭触头分断，电磁离合器YC2失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离；KM2两对常开触头闭合，一对使电磁离合器YC3得电，将电动机M2与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工作台的快速移动采用的是点动控制，故松开SB3或SB4，快速移动停止。

4）进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关SQ2使M1产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。

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第四章 X62W万能铣床软件设计

4.1 PLC的基本定义

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

PLC的主要特点： 1、高可靠性

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms. （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （4）采用性能优良的开关电源。 （5）对采用的器件进行严格的筛选。

（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2、丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

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4、编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5、安装简单，维修方便

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

4.2 X62W万能铣床电气控制线路的PLC设计

X62W万能铣床电气控制线路中的电源电路、主电路及照明电路保持不变，在控制电路中，变压器TC的输出及整流器VC的输出部分去掉。用可编程控制器改造后的PLC硬接线如图4-2所示，为了保证各种联锁功能，将SQ1～SQ6,SB1～SB6按图示分别接入PLC的输入端，换刀开关SA1和圆形工作台转换开关SA2分别用其一对常开和常闭触头接入PLC的输入端子。输出器件分两个电压等级，一个是接触器使用的110V电压，另一个是电磁离合器使用的36V直流电，这样也将PLC的输出口分为两组连接点。根据输入输出口的数量，可选择三菱FX2N—32MR型PLC。X62W型万能铣床电器位置图如图4-1所示，所有的电器元件均可采用改造前的型号。

根据X62W万能铣床的控制要求，设计该电气控制系统的PLC控制梯形图，如图4-3所示。该程序共有8条支路，反映了原继电器电路中的各种逻辑内容。在第1支路中，因SQ1和SB5、SB6都采用常闭触头分别接至输入端子X13、X2，则X13、X2的常开触点闭合，按下启动按钮SB1或SB2时，X0常开触点闭合，Y0、M0线圈得电并自锁，第3支路中Y0常开触点闭合，辅助继电器M1线圈得电，其常开触点闭合，为第4支路以下程序执行做好准备，保证了只有主轴旋转后才有进给运动。Y0的输出信号使主轴电动机M1启动运转。当按停止按钮SB5或SB6时，X2常开触点复位，Y0线圈失电，主轴惯性运转，同时X3常开触点闭合，Y4线圈得电接通电磁离合器YC1，主轴制动停转。第2支路表达了KM2及YC3的工作逻辑，当按下快速移动按钮SB3或SB4时，X1常开触点闭合，则Y1及Y5线圈得电，KM2常闭触头断开，电磁离合器YC2失电，YC3得电，工作台沿选定方向快速移动；松开SB3或SB4则YC2得电，YC3失电，快速移动停止。第4、5、6、8支路表达了工作台六个方向的进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。当圆形工作台转换开关SA2动作，4、5支路中X5的常开触点分断，第6支路中X5常闭触头复位，M4及Y2线圈得电，使KM3得电，电动机M2启动，圆形工作台旋转；当SA2复位时，M4、Y2线圈失电，圆形工作台停止旋转。左右进给时，SQ5或SQ6被压合，X6常开触点复位，第5、6支路被分断，而X10或X11常开触点闭合，M2（其常开触点使Y2线圈得电）或Y3线圈得电，电动机M2正转或反转，拖动工作台向左或向右运动。同样，工作台上下、前后进给时，SQ3或SQ4被压合，X7常开触点复位，第5、6支路被分

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断，M2或Y3线圈得电，电动机M2正转或反转，拖动工作台按选定的方向（上、下、前、后中某一方向）作进给运动。该程序及PLC的硬接线不仅保证了原电路的工作逻辑关系，而且具有各种联锁措施，电气改造的投资少、工作量较小。

图4.1 X62W型万能铣床电器位置图

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图4.2 PLC外部接线图

4.3 现场信号与PLC软继电器对照表

分类 输入信号 信号名称 M1启动按钮 快速进给点动 停止制动按钮 18

现场信号 SB1、SB2 SB3、SB4 常闭 SB5、SB6 常开 SB5、SB6 PLC线圈编号 X0 X1 X2 X3

信号名称 换刀开关 圆工作台开关 左右进给 上下前后进给 进给冲动 主轴冲动 主轴启动接触器 M2正转接触器 M2反转接触器 正常进给电磁阀 主轴制动电磁阀 快速进给电磁阀 输入信号 输出信号 现场信号 SA1 SA2 SQ5、SQ6 SQ3、SQ4 常开SQ3、SQ5 常开SQ4、SQ6 SQ2 SQ1 KM1、KM2 KM3 KM4 YC2 YC1 YC3 PLC线圈编号 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 Y0、Y1 Y2 Y3 COM Y4 Y5 19

梯形图

指令表 图4-3 PLC梯形图

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4.4 PLCPLC

序号 指令名称 LD OR AND ANI ANI OUT AND OUT LD AND OUT OUT LD OR AND OUT LD AND 指令名称 ANI AND OUT LD OR OUT 数据 X0 M0 X2 X13 X4 Y0 X13 M0 X1 X2 Y1 Y5 Y1 Y0 X2 M1 X12 X7 数据 X5 M1 M4 X3 X4 Y4 序号 0018 0019 0020 0021 0022 0023 0024 0025 0026 0027 0028 0029 0030 0031 0032 0033 0034 0035 序号 0042 0043 0044 0045 0046 0047 指令名称 OR AND AND MPS AND OUT MPP AND OUT LDI AND AND AND AND OUT LD AND AND 指令名称 LD OR OR OUT 数据 X6 X5 M1 X10 M2 X11 Y3 X12 X6 X7 X5 M1 M3 X12 X6 X7 数据 M2 M3 M4 Y2

0000 0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007 0008 0009 0010 0011 0012 0013 0014 0015 0016 0017 序号 0036 0037 0038 0039 0040 0041 21

第五章 总结

常用的万能铣床有两种:一是卧式万能铣,型号为X62W;另一种为立式万能铣,型号为X53K。万能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。 X62W型卧式万能铣床的电气控制系统,存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点,本文提出了用PLC对X62W型万能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

X62W万能铣床是一种高效率的加工机械，万能铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型控制。但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，这给生产与维护带来诸多不便。随着工业自动化的发展，生产设备和自动生产线的控制系统必需具有极高的可靠性与灵活性，这就需要使用智能化程度高的控制系统来取代传统的控制系统。基于这些问题，本文提出了利用三菱PLC和对X62W型卧式万能铣床的继电接触式电控系统进行技术改造的方案。

系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。在这个过程中我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识与体会，并在学习和实践过程中增长了知识。丰富了经验。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与调试的过程来进行。系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程。在设计过程中，要边学习边实践，遇到新的问题就不断探索和努力，即可使问题得到解决。

在设计中体会到理论必须和实践相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多的差异，出现了很多意想不到的问题。许多问题在书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到控制要求的系统。

致谢

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参考文献

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[7] 吕景泉.可编程序控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2001. [8] 吕景泉.可编程序控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2001.

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