X62W型铣床的PLC的电气控制改造设计论文.docx
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X62W型铣床的PLC的电气控制改造设计论文
毕业设计论文
㈠设计题目X62W型铣床的PLC的电气控制改造设计
㈡设计的目的
1掌握X62W型铣床的电气控制功能。
2掌握用PLC改造电器设备的方法选择。
3掌握电气控制元件的选择与计算方法。
㈢设计要求
结合有关教材选择合适的用PLC的改造电气控制
1）完成X62W型铣床的电气控制的线路的设计、调试任务、能够完成电气控制操作。
2）完成X62W型铣床PLC电气控制改造设计任务
注意：
1）原有的动作顺序及功能不变。
2）各种连锁关系不变。
3）增加有工作状态指示
3）能够进行现场组态监控工作
㈣完成的任务
①完成电气器件的选择，电气控制的线路的设计，位置分布图及安装接线图的设计及绘制。
②毕业设计说明书（10000以上）
1）设计题目
2）控制原理说明设计
3）主要器件选择依据与计算
4）主要参考资料
㈤参考文献
工厂电气控制技术机械工业出版社主编方承远
工厂电气控制设备机械工业出版社主编许廖
机床电气控制技术机械工业出版社主编王炳实
可编程序控制器的应用技术机械出版社主编
廖常
可编程序控制器的原理及程序设计廖常初
摘要....................（）
一绪论
1.1设计的目的和意义...........................（）
二X62W万能铣床的结构及电气控制线路设计..........（）
2．1X62万能铣床的外行结构图...............（）
2．2X62万能铣床的电力拖动特点及控制要求..............（）
2．3X62W万能铣床的设计原理.........（）
2．4X62W万能铣床电气控制线路的设计.........（）
2.41X62万能铣床的主回路设计................（）
2.42X62万能铣床的控制电路设计............（）
2.43信号指示灯、照明电路与控制电路电源..........（）
2．5绘制电气原理图...............（）
2．6X62万能铣床电路分析..............（）
2.61机床的结构及工作要求............（）
2.62电气控制线路分析..........（）
三X62W万能电气器件的选择位置分布图及安装接线图..（）
3．1电源引入开关的选择............（）
3．2热继电器的选择.......................（）
3．3熔断器的选择.......................（）
3．4接触器的选择.......................（）
3．5控制变压器TC的选择.......................（）
3．6制定电气元件明细表.......................（）
四X62W万能铣床电气的PLC电气改造设计.....（）
4．1X62W万能铣床的控制要求及电气控制线路分析..................................（）
4．2改造方法................................（）
4．3PLC方案的选择............................（）
4．4X62W万能铣床的PLC控制方案………（）
4.5PLC程序设计.................（）
4．6万能铣床各个输入/输出点的PLCI/O地址分配..............................（）
五故障现象和故障分析........................（）
六结论及体会................................（）
1.1设计的目的和意义
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。
当前用于工业控制的计算机可以分为几类。
例如可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、单片机的测控装置、用于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。
为了满足现在社会制造业对社会市场紧迫需求的反应，既要求生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品；而可编程序控制器PLC正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
PLC（ProgrammableLogicController）是20世纪60年代末在美国首先出现的,其硬件结构基本上与微型计算机相同。
是一种专用于工业控制的计算机。
也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装置；使用了可编程序存储器以储存指令,用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算功能,并通过模拟和数字输入输出组件,控制各种机械或生产过程。
近几年来PLC把自动化技术，既计算机技术和通信技术融为一体，体现了可编程序控制器的应用场合是很广泛的。
因此采用可编程序控制器（PLC）对铣床传统的继电器-接触器电气控制系统进行改造,不但给出了铣床PLC电气控制系统的设计梯形图、I/O表的输入输出接线图。
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。
PLC的应用不但大大地提高了铣床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力,而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。
ＰＬＣ以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点,在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。
用ＰＬＣ控制系统替代X62W铣床复杂线路中的继电器、接触器等系统,是今后控制系统发展的趋势。
X62W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，它采用继电接触器电路实现电气控制。
若将X62W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,使X62W型铣床在电气功能上更加完善,使机床的操作更为方便与安全。
专业技术的理论和技能有着很大的研究意义。
对X62W型铣床的电气控制线路进行了分析与研究后,X62W铣床具有主轴转速高、调速范围宽等功能外；X62W铣床的电气控制系统,还存在控制线路上一些复杂性、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点;给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。
采用可编程序控制器（PLC）对X62W铣床传统的电气控制系统进行改造,在实际生产线上有着明显的效率，这也使整个生产系统带来推动的力量。
PLC对X62W铣床控制改造的设计梯形图,提高了X62W铣床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力；然而PLC对X62W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。
2.1X62W型万能铣床的外形结构如图
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则属于辅助运动。
2.2电力拖动的特点及控制要求
X62W万能铣床的电力拖动及控制要求如下：
（1）铣床得主运动和进给运动之间没速度比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机拖动。
（2）要求主轴能够正、反转，以适应顺铣逆铣的工艺要求。
（3）为了提高主轴旋转的均匀性并消除铣削加工时的振动，主轴上装有飞轮，其转动惯量较大，因此要求主轴电动机有停车制动控制。
（4）为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。
X62W铣床采用机械变速的方法，为保证变速时齿轮易于齿合，减小齿轮端的冲击，要求变速时有电动机瞬时冲动。
（为了使主轴变速箱内齿轮易于齿合，要求主轴电动机在主轴变速时具有变速冲动）
（5）进给运动和主轴运动应有电气联锁。
为了防止主轴未转动时，工作台将工件送进可能损坏刀具或工件，进给运动要在铣刀转动之后才能进行。
为了降低加工工件的表面粗糙度，加工时必须在铣刀停转前才能停止进给运动。
（6）在六个方向上运动要有联锁；在任何时刻，工作台在上、下、左、右、前、后六个方向上，只能有一个方向的进给运动。
（7）为了适应工作台在六个方向上运动的要求，进给电动机应能正、反转。
快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。
（8）圆工作台运动只需一个转向，且要与工作台进给运动有联锁，不能同时进行。
（9）为了实现工件和刀具的冷却，需要一台切削液泵电动机。
冷却泵电动机M3只要求单方向转动。
（10）为防止主轴未转动工作台运动而将工件送进，造成刀具或工件损坏，故要求设置主轴开动后方可起动进给电动机的顺序连锁。
要有必要的保护、连锁、及照明电路。
（11）为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。
2.3X62W万能铣床的设计原理
1明确设计要求，确定电气传动总体方案
1）铣刀主轴电动机M1带动旋转，铣削加工要求顺铣和逆铣两种形式，因此要求主轴电动机能正反转；但大多数情况下一批或多批工件只用一个方向铣削，铣削量比较大因此电动机的功率要求比较大。
2）冷却泵由电动机M3来拖动冷却，有时学对工件、刀具进行冷却润滑，常采用主令开关控制单方向运转。
3）工作台有进给电动机M3带动旋转，只有M1启动后进给电动机M2才能启动。
进给电动机使工作台在六个方向上运动。
4）任何一台电动机过载发热，整个控制回路断电，所有电动机全部停转。
总体传动方案设计已确定各电动机型号及额定参数，如下：
电动机型号：
．
主电动机M1,JO2-42-45.5KW、1450r／min、T2型
快速移动电动机M2,JO2-22-41.5KW、1410r／min、T2型
冷却泵电动机M3,JCB-22125W2790r／min
2.41主回路设计
根据电气传动的总体方案可知，主轴电动机M1需要正反转有接触器K1和主令开关SA1来控制；进给电动机M2了为实现带动工作台六个方向的运动需正反转；冷却电动机M3只有在启动M1后才能启动，并且可以单独控制。
在电路中为防止出现故障损坏电机各个电机分别加上短路保护和过载保护，主电路如图所示：
机床的三相电源由引入开关Q引入，主电动机、进给电动机、冷却泵电动机，分别设有短路、过载保护，各个元器件代号如图所示。
2.42控制电路设计
1主轴电动机M1,进给电动机M2分别设有两地控制，并且设有正反转控制，为了实现很好的稳合，主轴电动机设有冲动。
2控制回路设计
1首先考虑主轴电动机M1.
1）为了操作方便电机M1设有两地控制。
2）主轴电动机带动铣刀转动，所以M1要有正反转控制3）为了工作效率有时主轴电动机必须快速停下来，所以设有电磁离合器制动。
4）主轴变速时的冲动控制：
在变速时为了使齿轮快速的齿合，使M1顺势反向转动一下以利于良好的齿合。
2进给电动机：
1）工作台由进给电动机M2控制，利用转换开关控制工作台六个方向的运动2）六个方向的运动是连锁的，各个方向的进给不能同时接通，相互限制。
3）工作台设有快速进给控制和常速进给控制，分别通过电磁离合器实现。
4）进给电动机的冲动控制也有电磁离合器来实现5）进给电动机M2的制动。
3冷却泵电机
在主轴电动机M1启动后单独通过转换开关来控制冷却泵电机。
4控制电路电压
考虑安全可靠及满足照明指示灯的要求，采用变压器供电，控制线路127V照明电路整流电路用36V
5信号指示灯与照明电路
可设电源指示灯HL2（绿色）在电源开关Q接通后，立即发光显示表示铣床电气线路已处于供电状态。
设HL2（红色）表示主轴电动机是否运行，这两个指示灯可有接触器KM1的动合和动断两对辅助触点进行切换通电显示。
6控制电路中的电压不需要太高因此需用变压器，线圈的回路需用127V的变压器，电磁离合器的回路用36V的变压器及整流桥，照明灯也用36V的变压器。
以上各个元器件符号如下图所示：
2.5绘制电气原理图
电气原理图
2.6X62W万能铣床电路分析
2.61机床的结构及工作要求
X62W万能铣床主电路分析具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便、工作台能自动的循环加工等特点，主要有底座、床身、悬梁、刀杆支架、工作台、溜板和升降台等部件组成。
铣刀装在与主轴连在一起的刀杆支架上，再床身的前面有垂直导轨，升降台沿其上下移动;在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行于主轴轴线方向上移动（横向移动）的溜极，在溜极上部转动部分的导轨上可作垂直于主轴轴线方向的移动（纵向移动），这样，工作台上的工件就可以在六个方向（上、下、前、后、左、右）进给.
为快速调整工件与刀具之间的位置，可以改变传动比，使工作台在六个方向上做快速的移动。
此外，由于转动部分相对于溜极可绕垂直轴线左右转一个角度，通常45度，因此可以加工螺旋槽，工作台上还可以安装圆工作台以扩大铣削能力。
由上述可知，X62W万能铣床的运动方式有：
主运动：
铣刀的旋转
进给运动：
工作台在六个方向上的运动
辅助运动:
工作台在六个方向上的快速运动
2.62电气控制线路分析
1主电路分析
主电路中共有三台电动机，M1主电动机、M2进给电动机、M3冷却泵电动机。
对M1的要求是通过转换开关SA1预先选择电动机的转向，由接触器KM1控制电源通断。
对M2的要求是能进行正反转控制及快速控制和限位控制，并通过机械机构使工作台能进行上下、左右、前后方向的改变。
对M3只要求能进行正转控制，由手动转换开关QS2控制电源通断。
2控制电路分析
1）控制回路采用127V，直流电磁离合器电路照明电路采用36V，分别由三台变压器提供。
2）主轴控制回路a主轴电动机的启动：
合上电源总开关QS1将转向控制开关SA1手柄板至需要的位置，然后按下启动按钮SB1或SB2（两地控制），接触器KM1得电吸合并自锁，同时KM1常开触头闭合，主轴电机M1启动，b主轴电机的制动：
按下停止按钮SB5或SB6接触器KM1断电的同时，动断触点KM1闭合，电磁离合器得电，对主轴电动机M1进行制动，当主轴停车后可松开按钮。
停车时，应注意按下停止按钮要按到底，否则没有制动，并且要保持一定时间。
换刀时由于主轴回路断电，电磁离合器YC1线圈一直处于通电状态对M1制动，所以可以直接换刀。
C主轴变速控制：
主轴制动开关SA2打到制动时，切断控制电路电源，使所有电动机停止转动。
行程开关SQ5为进给电动机冲动而设，SQ6为主轴电机冲动而设。
冲动类似于电动机的点动，便于齿合器挂挡，目的是使齿轮易于齿合，防止打坏齿轮。
3）工作台进给控制电路
转换开关SA3为圆工作台状态选择开关，工作台进给时SA3（29-31）SA3（23-41）闭合、SA3（41-33）断开。
只有当主轴启动后，接触器KM1线圈得电动作，辅助触头自锁，工作台控制电路才能得电工作，实现了主轴旋转与工作台的顺序连锁控制。
a控制工作台纵向进给的手柄有向左、向右和停止3个档位。
处于停止状态时。
SQ1和SQ2的动断触头闭合，当园工作台转换开关SA3处于断开位置时，电源经线号为5、17、23、41、29到达31号导线为接触器KM3和KM4电路提供电源。
a、工作台纵向（左右）进给运动的控制：
将纵向操作手柄打向左侧，压下行程开关SQ2,使SQ2的动合触头闭合，动断触头断开。
这时电源通过SQ3、SQ4、SQ5、的动断触头接通，接触器KM4得电闭合，进给电动机M2返程，工作台向左进给。
如果手柄打向左侧，则压下行程开关SQ1，使SQ1动合触点闭合。
动断触点断开，接触器KM3得电吸合，进给电动机正向旋转，带动工作台向左进给。
b、工作台垂直（上下）和横向（前后）运动的控制：
控制工作台纵向及升降进给手柄有向前、向后、向下、向上、和停止5个位置，与离合器向联系。
前后方向进给和上下方向进给转换通过手柄带动离合器来实现。
处于停止位置时，SQ4和SQ3的动断触头闭合，电源经线号5、17、23、25、27、29、到达31号导线，为接触器KM3和KM4提供电源。
手柄打向“向前”或“向下”时，压下行程开关SQ3，使SQ3的动合触头闭合，动断触头断开，电源由纵向进给开关SQ1和SQ2的动断触头提供。
同时，KM3得电吸合，电动机M2正向旋转，驱动工作台向前或向下进给。
手柄打向“向后”或“向上”时，压下行程开关SQ4，使SQ4的动合触头闭合，动断触头断开，电源由纵向进给行程开关SQ1和SQ2的动断触头提供，同时，接触器KM4得电吸合，电动机M2反向旋转，驱动工作台向后或向上进给。
表1、表2、表3分别为纵向进给手柄行程开关、横向进给手柄行程开关，圆工作台转换开关导通表，
向左
停止
向右
向左
停止
向右
SQ1
31~33
－
－
×
SQ2
31~37
×
－
－
SQ7
41~43
×
×
－
SQ2
29~43
－
×
×
表一纵向进给手柄行程开关导通表
向前或向左
停止
向后或向上
SQ3
31~33
×
－
－
SQ3
25~27
－
×
×
SQ4
31~37
－
－
×
SQ4
7~29
×
×
－
表2横向升降进给手柄行程开关导通表
断开
接通
SA3
29~31
×
－
SA3
41~33
－
×
SA3
23~41
×
－
表3圆工作台转换开关SA3导通表
三X62W万能铣床电气器件的选择、位置分布图、及安装接线图
3.1电源引入开关的选择
组合开关又称转换开关，主要是作为的电源引入开关所以也称电源隔离开关，并不用它来直接起停电动机，因此可按电动机的额定电流来选。
组合开关主要根据电源种类、电源等级、所需触点数及电动机的容量进行选用，组合开关多用在不频繁的接通和断开电路、换接电源和负载及控制5KW以下的小容量电动机正反转的星型、三角形启动等。
常用的组合开关为HZ-10系列，额定电流为10、25、60、和100A四种，适用于交流380V以下，直流220V以下的电气设备中。
综上所述该组合开关应由三台电动机的额定电流来选：
开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5-2.5倍。
M15.5KW1450r/minM21.5KW1410r/min
M3125W2790r/min
IM1=W1÷U=5.5×1000÷380≈14A
IM2=W2÷U=1.5×1000÷380≈4A
IM2=W3÷U=125÷380≈0.32A
I总=IM1+IM2+IM3=14+4+0.32=18.32A
所以开关额定电流I=（1.5~2.5）I总≤45.8
所以选取HZ10-60/3J
3.2热继电器的选择
热继电器用于电动机的过载保护。
热继电器中产生热效应的发热元件，应串接于电动机的电路中，这样，热继电器便能直接反应电动机的过载电流。
热继电器的选择主要是根据电动机的额定电流确定其型号与规格，热继电器元件的额定电流Irt应接近于或略大于电动机的额定电流Ied即
IRT=（0.95~1.05）Ied
主轴电机M1：
Ied=W÷U=5.5×1000÷380≈14.5A
IRT=（0.95～1.05）Ied≈15A
进给电机M2：
Ied=W÷U=1.53×1000÷380=4A
所以，IRT=（0.95～1.05）Ied≈4.2A
冷却泵电动机M3：
Ied=W÷U=125÷380≈0.3A
所以，IRT=（0.95～1.05）Ied≈0.32A
如下列情况，选择的热继电器元件的整定电源要比电动机的额定电流高一些，以此来进行保护。
1）电动机负载惯性转矩非常大，启动时间长。
2）电动机所带动的设备，不允许任何停电。
3）电动机拖动的为冲击性负载，如冲床、剪床等设备。
常用的热继电器有JR1、JR2、JR0、JR16等系列。
JR16-B系列
双金属片式热继电器，它的电流整定范围广，并有温度补偿装置，使用与长期工作或间歇工作的交流电动机的过载保护，而且具有断相运转保护装置，JR16-B是由JR0改进而来的。
该系列产品用来代替JR0的三极和带断相保护的热继电器。
热继电器主要参数有：
热继电器额定电流、相数、热元件的额定电流、额定电压及调节范围等。
热继电器的额定电流是指热继电器中，可以安装的热元件的最大整定电流。
热元件的额定电流是指热元件的最大整定电流值。
热继电器的额定电流是指能够长期通热元件而不至引起热继电器动作的最大电流值。
3.3熔断器的选择
1、选择熔断器主要是选择熔断器的种类、额定电压、熔断器的额定电流等级和熔体的额定电流、
2、选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。
3、X62铣床线路中的电流较大。
考虑到短路时的分断能力，而且短路电流较大。
所以应采用具有较高分断能力的RL1系列熔断器各个熔断器的选择如下：
FU1是对M1、M2、M3三台电动机进行保护的大熔断器。
I1=P1÷U=5.5×1000÷380≈14.5
I2=P2÷U=1.5×1000÷380≈3.9A
I3=P3÷U=125÷380≈0.3A
IR≥I1+I2+I3÷2.5=14.5×7+3.9+0.3A
FU2可选用RL1—-15型熔断器，配用等级为15A的熔体
IR≥7×3.9+0.3÷2.5=11A
所以FU2可选用RL1—15型熔断器，配用等级为15A的熔体。
FU3、FU4、FU5是照明电路，控制电路。
整流电路中的熔断器，在这几个电路中设有冲击电流的负载，应使熔断体的额定电流等于或稍大于线路工作电流即Ir≧I
所以FU3选RL1－15熔体为４Ａ
FU4选RL1－15熔体为２Ａ
FU5选RL1－15熔体为４Ａ
对于多台电动机，由一个熔断器保护，熔体可按下列条件选
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