基于PLC的XW万能铣床控制系统的改造文档格式.docx
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1.7X62W万能铣床原控制线路分析6
2PLC改造7
2.1PLC改造万能铣床的优点及意义7
2.2X62W万能铣床电气控制改PLC控制改造说明••…8
2.3PLC选型8
2.4I/O口分配9
15
参考文献
基于PLC的X62W万能铣床控制系统的改造
1本课题简介
1.1X62W万能铣床的机械结构
X62W型万能铣床的结构主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、刀杆支架、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的溜板。
溜板上部有可移动的回转盘,工作盘就在溜板上部的回转盘上的导轨做垂直于主轴轴线方向的移动。
工作台上有个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时主运动;
铣床工作台的前后、左右、和上下6个方向的运动是进给运动、铣床的其他运动,如工作台的讯转运动则属于辅助运动。
此外由于,由于回转盘可绕中心绕过一个角度(通常是45度),因此工作台在水平面上除了能在平行于或垂直于主轴轴线方向进给,还能在倾斜方向进给,可以加工螺旋槽,故称为万能铣床。
1.2自动铣床的发展及现状
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,而X62W铣床则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。
它也是一种通用的多用途机床,它可以用圆柱铣刀、圆片铣刀、角度铣刀、成型铣刀及端面铣刀等刀具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工,还可以加装万能铣头、分度头和圆工作台等机床附件来扩大加工范围。
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。
从手动控制发展到自动控制,从简单控制发展到智能化控制,从策重发展到信息化处理,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。
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,因此受到各工业国家的重视,并投入大量的人力、物力加以研究和应用。
1.3X62W万能铣床基本概况
1、铣床型号意义:
X62W中X代表铣床,6代表卧式,2号工作台,W代表万能。
2、X62W万能铣床主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回旋盘、横溜板、升降台、底座等部分组成。
3、X62W万能铣床的外形主要结构图如图2-1:
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图2-1X62W万能铣床的外形主要结构图
1.4X62W万能铣床的运动形式
X62W型万能铣床的外形结构如图2-1所示,它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。
1.5X62W万能铣床电气控制主要元器件
1、中间继电器是将一个输入信号变成一个或多个输出信号的继电器,它的输入信号为线圈的通电或断电,它的输出信号是触头的动作,不同动作状态的出头分别将信号传给几个元件或回路。
中间继电器具有的四种功能,信号的分支,信号的放大,信号的转换,信号的反转。
中间继电器的作用:
1、代替小型接触器2、增加接点数量3、增加接点容量4、转换接点类型5、用作开关6、转换电压7、消除电路中的干扰。
2、时间继电器:
1、通电延时型时间继电器:
当吸引线圈通电后,其瞬动触电立即动作,其延时触点经过一段延时再动作,吸引线圈断电后,所有触点立即复位。
2、断电延迟型:
当吸引线圈通电后,所有触点立即动作。
当吸引线圈断电后,其瞬动触点立即复位;
其延时触点经过一定延时再复位。
3、FR压缩机热继电器(FR1、FR2、FR3)是由流入热元件的电流产生的热量使不同膨胀的双金属片发生形变,当形变达到一定距离时,就推动连杆动作。
使控制电路断开,从而使接触器失电,主电路断开,实现电动机的过载保护,继电器作为电动机的过载保护元件,以其体积小,结构简单,成本低等优点,在生产中得到了广泛应用。
4、速度继电器(KS-1、KS-2):
当M1的转速低于120转/分时,速度继电
器KS的一副常开触点恢复断开。
切断电路,M停转。
5、SB1、SB3与SB2、SB4是分别装在机床两边得停止(制动)和启动按钮,实现两地控制,方便操作,KM1是主轴电动机启动接触器,KM2是反接制动和主轴变速冲动接触器,SQ7是与主轴变速手柄联动的瞬间动作行程开关。
1.6X62W万能铣床电力拖动的控制要求
(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。
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。
(2)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。
(3)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。
(4)为了能及时实现控制,机床设置了两套操纵系统,再机床正面及侧面都安装了相同的按钮、手轮和手柄,操作方面,以实现两地控制。
(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。
1.7X62W万能铣床的主电路图及控制电路图
1.7X62W万能铣床原控制线路分析
1、主轴电动机需启动时,要先将SA5扳到主轴电动机素需要的旋转方向,然后再按启动按钮SB3或SB4来启动电动机M1。
2、M1启动后,KS闭合,为主轴电动机的停转制动做好准备,停车时,按
停住按钮SB1或SB2切断KM1电路,接通KM2电路,改变M1的电源相序进行串电阻反接制动。
使ks常闭触电断开,切断KM2电路,M1停转,制动结束。
主轴电动机反转时的通路:
1—2—3—7—8—9—10—KM1线圈—0;
主轴停止与反接制动时的通路:
1—2—3—4—5——KM2线圈—0
3、主轴电动机变速时的顺动(冲动)控制,是利用变速手柄与冲动行程开
关SQ7通过机械上联动机构进行控制的。
但要注意,不论是开车还是停车时,都应以较快的速度把手柄推回原始位置,以免通电时间过长,引起M1转速过高而打坏齿轮。
4、工作台纵向(左右)运动的控制。
当手柄扳到向右或向左运动方向时,
手柄的联动机构压下行程SQ1或SQ2,时接触器KM3或KM4动作,控制M2的正反转。
向左:
压下SQ1,使SQ1-2断,SQ1-1通,而其他控制进给运动的行程开关都处于原始位置,使KM3吸合,M2正转,其控制电路的通路为:
11—
15—16—17—18—19—20—KM3线圈—0;
向右:
压动行程开关SQ2,使SQ2-2断,SQ2-1通,使KM4吸合,M2反转,其通路为:
11—15—16—17—18—24—25—KM4线圈—0。
5、工作台垂直(上下)和横向(前后)运动的控制:
工作台的垂直和横向运动,由垂直和横向进给手柄操纵。
工作台前(或者向下)运动的的控制:
下压
SQ4,使SQ4-2断,SQ4-1通,使KM4吸合,M2反转,其通路为:
11—21—22—17—18—24—25—KM4线圈—0;
工作台向后(或者向上)运动的控制:
同时下压SQ3,使SQ3-2断,SQ3-1通,使KM3吸合,M2正转,其通路为:
11—21—22—17—18—19—20—KM4线圈—0。
6、进给电动机变速时的瞬动(冲动)控制:
连杆机构二次瞬时压下行程开
关SQ6,使KM3瞬时吸合,M2作正向瞬动。
其通路为:
11—21—22—17—16—15—19—20—KM3线圈—0。
7、工作台快进进给也是有进给电动机M2来驱动,在纵向,横向和垂直三种运动形式六个方向上都可以实现快速进给控制。
主轴电动机启动后,将进给操纵手柄扳倒所需位置,按下快速进给按钮SB5(或SB6),使接触器KM5通电吸台,接通牵引电磁铁YA,电磁铁通过杠杆使摩擦离合器合上,减少中间传动设置,使工作台按运动方向作快速进给运动。
当松快快速进给按钮时,电磁铁YA断电,摩擦离合器断开,快速进给运动停止,工作台仍按原常速进给时的速度继续运动。
8、圆工作台运动的控制:
准备:
SA3-1断,SA3-3断,SA3-2通。
然后按下主轴启动按钮SB3或SB4,则接触器KM1与KM3相继吸合。
主轴电机M1与进给电机M2相继启动并运转,而进给电动机仅以正转方向带动原工作台定向回转运动。
11—15—16—17—22—21—19—20—KM3线圈—0,由上可知,原工作台与工作台进给有互锁,即当圆工作台工作时,不允许工作台在纵向、横向、垂直方向上有任何运动。
2PLC改造
2.1PLC改造万能铣床的优点及意义
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,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。
利用PLC实现了对X62W万能铣床的控制,通过合理的选用设备、元器件和软件设计,提高了X62W万能铣床运行的可靠性。
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。
本课题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,从而使PLC控制系统无论在是硬件还是软件中,都能具有稳定可靠的控制、极高的可靠性与灵活性、维修容易性,从而更能适应经常变动的工艺条件。
2.2X62W万能铣床电气控制改PLC控制改造说明
①SA5用旋转开关替换,为了将主轴电机的正反转控制与进给时主轴电机的转动控制区分开,主轴电机正反转改为接触器KM7(正转)、KM8(反转)控制。
②HL7代替电磁阀YA。
在快速进给运动中,YA是牵引电磁铁,用PLC控制时,直接用HL7代替电磁阀YA,简化控制线路。
③速度继电器的正转和反转的常开触点并接到一起为KS(“1、4”短接I2.0,“2、5”短接接DC24V电源GND端)®
FR2、FR3的常闭触点“95、96”串联到一起,改造接线图勇FR23代替。
⑤去掉照明灯EL,增加圆工作台指示灯HL1,非圆工作台指示灯HL2,主轴正转指示灯HL3,主轴反转指示灯HL4,冷却泵工作指示灯HL5,进给电机工作指示灯HL6,使电路控制线路过程更加明确。
⑥把SQ7替换为SQ3,把SQ6替换为SQ4,SA3替换为SA1(I2.2接SA1的“1”,I2.3接SA1的“3,I2.4接SA1的“5”,SA1的“2、4、6”接DC24V电源的GND端),SA1替换为SA4是为使PLC改造电路具有稳定可靠的控制性、灵活性与准确性,避免错误控制。
⑦把SQ1替换为SQ8左,把SQ2替换为SA8右,SQ3替换为SQ8上,把SQ4替换为SA8下。
⑧主轴电动机使用双速电机。
2.3PLC选型
PLC可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出
控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
它具有高可靠性,I/O接口模块丰富,安装简单维修方便等特点。
由于S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
并且具有稳定的运行、紧凑的的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统,使得S7-200PLC可以很好地满
足小规模的控制要求,所以本次设计选用S7-200系列PLC(CPU226)
2.4I/O口分配
2.4.1X62W万能铣床的PLC控制电路共有20个输入口,即I0.0-
10.7,11.0-11.5,12.0-2.5。
输出口有14个,即Q0.0-Q0.7,Q1.0-Q1.1,Q2.0-Q2.3
2.4.2具体分配列表:
序号
功能
输入
输出
1
主轴电机热保护FR1
I0.0
M1控制接触器KM1
Q0.0
2
进给和冷却泵热保护FR23
I0.1
M1反接制动接触器KM2
Q0,1
3
主轴停止按钮SB1(甲地)
I0.2
M2正转接触器KM3
Q0.2
4
主轴停止按钮SB2(乙地)
I0.3
M2正转接触器KM4
Q0.3
5
主轴启动按钮SB3(甲地)
I0.4
快速移动接触器KM5
Q0.4
6
主轴启动按钮SB4(乙地)
I0.5
M3控制接触器KM6
Q0.5
7
电磁阀YA吸合SB5(甲地)
I0.6
M1反转接触器KM8
Q0.6
8
电磁阀YA吸合SB6(乙地)
I0.7
M1正转接触器KM7
Q0.7
9
工作台左移SA8
I1.0
圆工作台HL1
Q1.0
10
工作台右移SA8
I1.1
非圆工作台HL2
Q1.1
11
工作台向后、向上移动SA8
I1.2
主轴正转HL3
Q2.0
12
工作台向前、向下移动SA8
I1.3
主轴反转HL4
Q2.1
13
进给冲动SQ4
I1.4
冷却泵工作HL5
Q2.2
14
主轴冲动SQ3
I1.5
进给电机工作HL6
Q2.3
速度继电器正转常开触点KS
I2.0
16
冷却泵启停SA4
I2.1
17
圆工作台、非圆工作台控制SA1
I2.2
18
I2.3
19
I2.4
20
主轴电机转向控制SA5
I2.5
参考文献
1《工厂电气与可编程序控制器应用技术》中国水力水电出版社,2006
2《设备改造中的PLC梯形图设计方法》廖常初,电工技术杂志2001.93《工厂电器控制技术》清华大学出版社
4《PLC编程及应用》机械工业出版社
5《机电类专业毕业设计指南》机械工业出版社
6《可编程控制器技术应用(西门子S7系列)》电子工业出版社
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- 基于 PLC XW 万能 铣床 控制系统 改造
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