X5040(X53K)立式铣床的PLC改造.doc

目录第一章 绪论1第二章 总体设计22.1设计流程图22.2 X5040铣床简介22.3 FX2N(C)PLC简介32.4 X5040型铣床电气原理图线路分析32.5 PLC的I/O分配72.6 PLC接线图9第三章X5040立式铣床电气系统的软件设计113.1 PLC程序设计113.2程序解释及调试14第四章 小结17参考文献18任务书19摘要X5040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X5040铣床电气控制线路改造为基于FX2N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X5040铣床的继电器控制电路，阐述了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T形图。关键词：X5040铣床；电气控制；PLC控制；梯形图第一章 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。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、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，本文采用三菱公司的FX2N(C)作为控制器。三菱公司的FX2N(C)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。FX2N(C)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)三种语言来编程。本文将采用梯形图来对X5040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.第二章 总体设计了解X5040的工作原理2.1设计流程图 确定需要的I/O点数 确定PLC型号 PLC程序编写及调试 图2.1设计流程图2.2 X5040铣床简介图2.2 X5040铣床的结构图X5040立式铣床（也叫X53K立式铣床）属于铣床中广泛应用的一种机床，是一种强力金属切削机床，该机床刚性强，进给变速范围广，能承受重负荷切屑。（也叫X53K立式铣床）属于铣床中广泛应用的一种机床，是一种强力金属切削机床，该机床刚性强，进给变速范围广，能承受重负荷切屑。X5040立式铣床主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀、端面铣刀等，适于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、 模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。X5040立式升降台铣床 属于通用机床，特别适用于单件、小批生产和工具、修理部门，也可用于成批。X5040立式升降台铣床可用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、角铣刀、成型铣刀和端面铣刀加工各种平面、斜面、沟槽齿轮等。可选配万能铣头、圆工作台、分度头等铣床附件，扩大加范围。1、 X5040立式升降台铣床刚性好，能承载重负荷切削。2、机床主轴电机功率高，变速范围广，充分发挥刀具效能，高速切削。3、机床易磨损铸件采用钒钛耐磨铸铁，重要部位采用优质合金钢，稳定耐用。4、X5040立式升降台铣床有完善的润滑系统。2.3 FX2N(C)PLC简介 三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。特点:系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。2.4 X5040型铣床电气原理图线路分析2.4.1 X5040铣床的主电路图图2.3 X5040铣床的主电路图2.4.2 X5040铣床的控制电路图图2.4 X5040铣床的控制电路图1主轴电动机M1控制 M1的正，反转由转换开关SC5控制，这是由于铣床主轴的旋转方向不需要经常变换。采用手动的转换开关可以控制线路比较简单，运行也更可靠，所以没有采用两只接触器的控制线路。主轴电动机M1的定子绕组经接触器KM2的主触头可以接通直流电源进行能耗制动。能耗制动的直流电源由桥式整流器UR供给。X5040型立式铣床有两套操作按钮和操作手柄，分别安装在机床的正面和左侧面，以实现两地控制，其中SB1和SB2是主轴电动机M1的停止按钮，SB3和SB4为启动按钮。主轴电动机M1的旋转方向在启动前由转速开关SC5选定。按下启动按钮SB3或SB4，接触器KM1线圈得电，KM1常开触头闭合自锁，KM1主触头闭合，电动机M1启动。同时KM1的一个动合触头闭合，接通工作台控制电路的电源。按下停止按钮SB1或SB2，它们的常闭触头断开接触器KM1的线圈电路，常开触头接通接触器KM2的线圈电路，KM1常闭触头复位后，KM2得电吸合，将全波整流电源送到电动机M1的定子绕组，进行能耗制动。松开SB1或SB2，接触器KM2断电释放，主轴电动机M1制动结束。行程开关SQ7与主轴的调速机构联动，在切换主轴转速时，能使主轴电动机M1短时冲动。主轴调速应在主轴电动机M1停车时进行，先将一个调速手柄扳开，将调速盘转到需要的转速，然后将手柄扳回到原来位置，压合行程开关SQ7，SQ7的常开触头SQ7-1短时闭合，接触器KM1短时吸合，随后又释放，主轴电动机M1就短时冲动，使齿轮易于啮合。同时SQ7-2常闭触点断开，使接触器KM1的自锁回路断开。行程开关SQ7复原时，SQ7-1断开，KM1线圈断电释放，SQ7-2恢复闭合，主轴电动机M1停转。2. 冷却泵电动机M2控制M2用转换开关SC3控制。合上SC3，当接触器KM1吸合时，冷却泵电动机M2与主轴电动机M1同时启动。3 . 工作台进给电动机M3控制不使用圆形工作台时，转换开关SC1应扳到断开位置，触头SC1-1,SC1-3闭合，SC1-2断开。在加工过程中，工作台进给电动机M3的正，反转有KM3和KM4两个接触器控制。接触器KM3主触头闭合时电动机M3正转，工作台可向左，向前或向下进给；KM4吸合时电动机M3反转，工作台可向左，向后或向上运动。工作台还可快速移动，由快速接触器KM5和快速移动电磁铁YC控制。工作台的快速移动和进给运动由同一台电动机M3拖动。X5040型立式铣床工作台的进给运动用手柄操作。进给电动机M3可以在两种情况下工作，一般情况是主轴电动机启动运行后，接触器KM1的常开触头接通工作台进给电动机的控制电路的电源，另一种情况是主轴电动机没有启动，需要工作台快速移动，按下SB5或SB6，KM5线圈得电，KM5常开触点接通工作台快速移动的控制线路电源。工作台纵向进给操作手柄有三个位置，即向左，向右和停止。纵向进给操作手柄转到向左或向右位置时，推动一个离合器接通纵向进给丝杠。同时手柄通过联动机构操作行程开关SQ1和SQ2，手柄扳倒向右位置，行程开关SQ1的常开触点SQ1-1闭合，常闭触点SQ1-2断开。SQ1-1闭合，手柄扳回到向左位置，行程开关SQ1复位，SQ2被压合，SQ2-2断开，SQ2-1闭合，接触器KM4线圈得电吸合，电动机M3反转，工作台向左进给，手柄扳倒零位，SQ1和SQ2都复位，接触器KM3和KM4的线圈电路都断开，进给电动机M3停止。工作台横向和垂直进给操作手柄有五个位置，向前，向后，向下，向上和零位。手柄接通横向和垂直进给丝杠通过联动机构又能控制行程开关SQ3和SQ4。手柄在向前和向下位置时，SQ3的常开触头SQ3-1闭合，常开触头SQ3-2断开，手柄在向后和向上位置时，SQ4的常开触头SQ4-1闭合，常闭触头SQ4-2断开，手柄在零位，SQ3和SQ4的常开触头断开，常闭触头闭合，操作手柄的各个位置互相联锁，不可能同时接通不同方向的进给运动。行程开关的常闭触头SQ1-2和SQ2-2串联，SQ3-2与SQ4-2串联，两条串联支路再并联连接，这样的连接可防止两个手柄都板离零位的不正确的操作方法。如果两个手柄都不在零位，则两条并联支路都不通，接触器KM4和KM5的线圈都不能获电动作，工作台进给电动机不会启动。工作台也采用调速盘和调速手柄调速，在调速时，工作台的两个手柄都不应当在零位，主轴电动机M1应该启动，工作台变速步骤与主轴的变速步骤相同。当手柄扳回原位时，行程开关SQ6短时动作，常开触点SQ6-1闭合，常闭触点SQ6-2断开，接触器KM3短时间吸合又释放。工作台进给电动机M3短时冲动，使齿轮易于啮合。工作台进给运动用手柄操作，这是它的优点，但是手柄和电气设备的联动机构复杂，易发生故障。在主轴电动机未开动时，工作台可以在各个方向做快速移动，快速移动的方向也由操作手柄的位置决定，板好工作台操作手柄的位置，按下按钮SB5或SB6,接触器KM5线圈获电吸合KM5的主轴点闭合，接通电磁铁YC，使工作台快速移动的传动机械接通，KM5的动合触头闭合，接通工作台控制线路的电源，使接触器KM3或KM4线圈能获电吸合工作台就在选定的方向快速移动。工作台快速移动用点动控制，松开按钮SB5或SB6，工作台快速移动停止。如果主轴已开动，工作台已按某个进给方向移动，按下快递移动按钮SB5或SB6，接触器KM5线圈得电，电磁铁YC吸合，工作台就在原来进给方向做快速移动。松开按钮SB5或SB6，工作台快速移动又变为原来的进给运动。2.5 PLC的I/O分配根据X5040立式铣床的控制要求及原理图可以知道：输入 输出主轴停止：SB1 主电机启动：KM1主轴停止：SB2 主轴制动：KM2主轴启动：SB3 进给电机正传：KM3主轴启动：SB4 进给电机反转：KM4工作台快速移动：SB5 进给电机的快速运动：KM5工作台快速进给：SB6 快速移动电磁离合器：YC照明灯开关：SC2 照明灯：EL工作台向右进给：SQ1 工作台向左进给 ：SQ2 工作台向前，向下进给：SQ3 工作台向后，向上进给：SQ4 进给变速冲动：SQ6 主轴变速冲动：SQ7 从以上输入、输出可看出要选的PLC的输入端必须大于13个而输出端必须大于7个。但是机床控制线路的电压等级比较多。所以在选PLC时必须注意PLC的输出。所以选用三菱FX2N-32MRPLC。图2.4FX2N-32MR的三菱PLC的外形图PLC的输入分配表输入分配表名称符号输入主轴停止按钮SB1X0主轴停止按钮SB2X1主轴启动按钮SB3X2主轴启动按钮SB4X3工作台快速移动SB5X4工作台快速移动SB6X5照明灯开关SC2X6工作台向右进给行程开关SQ1X7工作台向左进给行程开关SQ2X10工作台向前、向下进给行程开关SQ3X11工作台向后、向上进给行程开关SQ4X12进给变速冲动开关SQX13主轴变速冲动开关SQX14PLC输出分配表输出分配表名称符号输出主轴电机启动KM1 Y1主轴制动KM2Y2进给电机正转KM3Y3进给电机反转KM4Y4进给电机的快速运动 KM5Y5快速移动电磁离合器YCY6照明灯ELY72.6 PLC接线图图2.5 PLC接线图第三章X5040立式铣床电气系统的软件设计3.1 PLC程序设计3.2程序解释及调试1. 主轴电机启动 当M0或者M1为ON时，Y001得电，即主轴电机启动。2.主轴电机制动当X000或者X001为ON时，Y002得电，即主轴制动，且若在制动过程中再次启动主轴则制动停止。3.进给电机正转当M10或者M12或者M13为ON时，Y003得电，即进给电机正转。4. 进给电机反转当M10或者M13为ON时，Y004得电，即进给电机反转。5. 进给电机的快速运动当X001和X004同时为ON，或者Y001和X005同时为ON时，Y005得电，即进给电机快速运动。7.照明灯当X006为ON时照明灯亮。第四章 小结 通过这次专业综合设计与实践，我觉得我的能力得到了提升。大家分工明确，培养了我的团队合作能力。对专业知识的运用巩固了之前的专业知识的学习，也为毕业设计打下了好的基础。这次实践让我觉得自身的学习能还不够，接纳新知识的能力不强，还需要在以后的生活中多多加强。感谢这次综合实践的老师对我们的帮助和指导，在此献上我最崇高的敬意。参考文献1.张万忠主编 可编程控制器入门与应用实例 北京：中国电力出版社，2005.12.陈瑞阳主编 几点一体化控制技术 北京：高等教育出版社，2004.83.史国生主编 电气控制与可编程控制器技术 北京：化学工业出版社，2010.54.陈伯时主编 电力拖动自动控制系统-运动控制系统 第三版 北京：机械工业出版社，2003.75.宋昌才主编 常用机床电气控制电路 北京：化学工业出版社，2010.5 专业综合设计与实践任务书二级学院： 电子信息与电气工程学院 班 级： 10电二 姓 名： 王岭 学 号： 10020424 所属组号9指导教师韩霞职称讲师课题名称X5040铣床的PLC改造课题工作内 容了解X5040的工作原理及其电气结构；根据要求确定输入与输出点数，进行I/O分配，编制“I/O分配表”；选出PLC的机型，画出输入、输出的接线图；根据逻辑等效的原则画出对应的PLC梯形图并进行修改完善；对程序进行调试；撰写报告指标要 求能够实现主轴的正转/反转和停止。能够实现进给轴的正、负限位控制。够实现急停和报警功能进程安 排第一天：下达任务，搜集资料第二天：确定课题，查找与课题相关资料第三天：明确设计方案，撰写任务书第四天-第五天：完成硬件设计、原理图和接线图的绘制第六天-第七天：完成软件设计，编写程序并加以修改和完善第八天-第九天：程序调试和撰写完整报告第十天：进行答辩设计地点秋白楼A522 起止日期2014.2.24-2014.3.7专业文档供参考，如有帮助请下载。