龍門銑床的plc改造畢業(yè)論文

1、<p>　　南 陽 理 工 學 院</p><p>　　本科生畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　學 院（系）： 電子與電氣工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程極其自動化專業(yè) </p><p>　　學 生：

2、 </p><p>　　指 導 教 師： </p><p>　　完成日期 2015 年 5 月</p><p>　　南陽理工學院本科生畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　龍門銑床電氣控制系統(tǒng)PLC改造</p><p>　　PLC T

3、ransformation of The Electrical Control System of Longmen Milling Machine </p><p>　　總 計： 24 頁</p><p>　　表 格： 3 個</p><p>　　插 圖 ： 5 幅</p><p>　　南 陽 理 工 學 院

4、本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）</p><p>　　龍門銑床電氣控制系統(tǒng)PLC改造</p><p>　　PLC Transformation of The Electrical Control System of Longmen Milling Machine</p><p>　　學 院（系）： 電子與電氣工程學院 <

5、/p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化專業(yè) </p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指 導 教 師（職稱

6、）： </p><p>　　評 閱 教 師： </p><p>　　完 成 日 期： </p><p><b>　　南陽理工學院</b>

7、;</p><p>　　Nanyang Institute of Technology</p><p>　　龍門銑床電氣控制系統(tǒng)PLC改造</p><p>　　電氣工程及其自動化專業(yè) 姓名</p><p>　　【摘 要】XN2010型龍門銑床可以加工多種所需形狀的金屬零部件，但在電氣控制系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)的銑床存在著很大的弊端。主要是傳統(tǒng)的機床控

8、制系統(tǒng)采用繼電器、接觸器等硬件邏輯控制電路，給生產與維護帶來諸多不便，嚴重影響生產率。PLC是面向用戶專用的工業(yè)控制計算機，特別適合于機床控制系統(tǒng)的改造和應用。此論文詳細地對 XN2010型龍門銑床的控制線路進行分析,并系統(tǒng)地介紹了利用S7-200 PLC對這種機床進行改造方法和方案。</p><p>　　【關鍵字】龍門銑床；PLC；控制系統(tǒng);改造</p><p>　　PLC Transf

9、ormation of The Electrical Control System of Longmen Milling Machine</p><p>　　Electrical Engineering and Automation Specialty 姓名</p><p>　　Abstract：XN2010 type milling machine can process

10、a variety of desired shape metal parts,but in the electrical control system, the traditional milling there are significant drawbacks.PLC is user-oriented dedicated industrial control computer, particularly suited to adap

11、t and apply machine control system. This paper detailed control circuit XN2010 type milling machine is analyzed and systematically describes the use of such tools S7-200 PLC transformation methods and programs. </

12、p><p>　　Keyword:Longmen type milling machine;Programmable Logic Controller;The electrical control system;Reform </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b><

13、/p><p>　　1.1 銑床的用途和分類1</p><p>　　1.2 國內外銑床研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2</p><p>　　2 XN2010型龍門銑床的工作過程和控制要求4</p><p>　　2.1 電氣控制線路特點4</p><p>　　2.2 電路工作原理5</p><p>　　2

14、.2.1 主軸的起動與停車5</p><p>　　2.2.2 工作臺的進給運動5</p><p>　　2.2.3 主軸箱的進給運動6</p><p>　　2.2.4 工作臺和主軸箱的快速移動6</p><p>　　2.2.5 橫梁升降運動7</p><p>　　2.2.6 控制線路的聯(lián)鎖與保護7</p

15、><p>　　2.3 進給直流電動機晶閘管調速系統(tǒng)8</p><p>　　3 西門子S7-200 PLC簡要介紹11</p><p>　　3.1 PLC的基本定義11</p><p>　　3.2 西門子S7-200基本介紹12</p><p>　　3.3 S7-200 PLC 系統(tǒng)的基本組成12</p>

16、;<p>　　3.3.1基本單元12</p><p>　　3.3.2個人計算機或編程器14</p><p>　　3.3.3 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件14</p><p>　　3.3.4 通信電纜14</p><p>　　4 XN2010型龍門銑床的PLC改造14</p><p&g

17、t;　　4.1 XN2010型龍門銑床的PLC改造的I/O接線圖15</p><p>　　4.2 輸入/輸出分配表15</p><p>　　4.3 XN2010型龍門銑床的PLC改造的S7-200 PLC程序和注釋15</p><p><b>　　結束語19</b></p><p><b>　　參

18、考文獻20</b></p><p><b>　　附錄21</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 銑床的用途和分類</p><p>　　銑床系指主要

19、用銑刀在工件上加工各種表面的機床。通常銑刀旋轉運動為主運動，工件(和)銑刀的移動為進給運動。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等比較復雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應用。在金屬切削機床中，銑床的數量僅次于車床，它可用來加T平面、斜面、溝槽等。裝上分度頭，還可以銑切直齒輪和螺旋而。加裝圓工作臺，可以銑切凸輪和弧形槽。</p><p>　　銑床的運動方式分為主運動、進給運動和輔助運動

20、。以常用的立銑和臥銑為例，刀具（銑刀）的旋轉運動為主運動：工件（工作臺）的移動或進給箱的移動稱為進給運動；工件向刀具趨近時的工作臺快速移動、加工完畢后工作臺的快速返回移動、主軸箱的快速移動以及工作臺的旋轉運動皆為輔助運動。主軸和工作臺的調速通過機械的主軸變速箱和進給變速箱來實現(xiàn)。</p><p>　　由于銑床的工藝范圍較廣，運動形式也比較多，因而其控制系統(tǒng)比較復雜。主要有如下幾個特點：</p>&l

21、t;p>　?。?）銑床種類多，各種銑床的結構和使用范圍雖不同，但多數銑床的主軸運動和進給運動分別由單獨的電動機拖動。對于中小型銑床，一般采用三相異步電動機拖動。</p><p>　?。?）銑削加工時有順銑和逆銑兩種形式，分別使用順銑刀和逆銑刀，因此，要求主電動機能正轉或反轉。一旦銑刀選定，銑削方向也就確定了，故工作過程中不需要變換主電動機旋轉方向。</p><p>　?。?）銑削是多

22、刃不連續(xù)切削，因而負載不穩(wěn)定，拖動不平穩(wěn)，為此，常在銑床主軸上安裝飛輪，由此，又使得主軸停車時慣性大，停車時間長，所以主軸都采用制動停車方式。</p><p>　?。?）銑床的進給運動有六種：即工作臺的左右（縱向）運動、前后（橫向）運動和上下（垂直）運動。為保證安全，同一時間內只允許一個方向的運動。為此，同一臺進給電動機拖動，用方向選擇手柄選擇運動方式，用進給電動機的正、反轉實現(xiàn)左或右，前或后、上或下六個方向的運

23、動。進給電動機停車時，也可加上電氣制動，以提高停車的準確度。</p><p>　?。?）有的銑床可加裝圓工作臺，以擴大加工能力。使用圓工作臺時，原工作臺的左、右、前、后、上、下六個方向的進給運動全部停止。</p><p>　　（6）為避免工件與銑刀非銑削加工接觸時損壞機床或工件，要求起動時，應先開動主軸電動機，然后才可開動進給電動機；停車時，最好先停進給電動機，后停主軸電動機，或者兩臺電動

24、機同時停止。</p><p>　　另外，其種類也非常之多。</p><p><b>　　1. 按其結構分：</b></p><p>　　(1) 臺式銑床：小型的用于銑削儀器、儀表等小型零件的銑床。</p><p>　　(2) 懸臂式銑床：銑頭裝在懸臂上的銑床，床身水平布置，懸臂通常可沿床身一側立柱導軌作垂直移動，銑頭沿懸

25、臂導軌移動。</p><p>　　(3) 滑枕式銑床：主軸裝在滑枕上的銑床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍導軌作橫向移動，滑鞍可沿立柱導軌作垂直移動。</p><p>　　(4) 龍門式銑床：床身水平布置，其兩側的立柱和連接梁構成門架的銑床。銑頭裝在橫梁和立柱上，可沿其導軌移動。通常橫梁可沿立柱導軌垂向移動，工作臺可沿床身導軌縱向移動。用于大件加工。</p><p>　

26、　(5) 平面銑床：用于銑削平面和成型面的銑床，床身水平布置，通常工作臺沿床身導軌縱向移動，主軸可軸向移動。它結構簡單，生產效率高。</p><p>　　(6) 仿形銑床：對工件進行仿形加工的銑床，一般用于加工復雜形狀工件。</p><p>　　(7) 升降臺銑床：具有可沿床身導軌垂直移動的升降臺的銑床，通常安裝在升降臺上的工作臺和滑鞍可分別作縱向、橫向移動。</p><

27、;p>　　(8) 搖臂銑床：搖臂裝在床身頂部，銑頭裝在搖臂一端，搖臂可在水平面內回轉和移動，銑頭能在搖臂的端面上回轉一定角度的銑床。</p><p>　　(9) 床身式銑床：工作臺不能升降，可沿床身導軌作縱向移動，銑頭或立柱可作垂直移動的銑床。</p><p>　　(10)專用銑床：例如工具銑床：用于銑削工具模具的銑床，加工精度高，加工形狀復雜。</p><p&g

28、t;　　2. 按布局形式和適用的范圍來看，主要的有升降臺式銑床、龍門式銑床、單柱式銑床和單臂式銑床、儀表式銑床、工具銑床等等。</p><p>　　儀表銑床，它是一種比較小的銑床，它主要用來加工一些儀器以及一些儀表和其它的小型零件；而工具銑床呢，它主要要用于模具制造、工具制造，配備有立銑頭、萬能角度工作臺以及插頭等很多種附件，除此之外，還可以進行鉆削、鏜削以及插削等的加工。其它銑床還有凸輪銑床、曲軸銑床、軋輥軸頸

29、銑床以及方鋼錠銑床等等，它們都是為了加工相應的工件而專門制造的銑床。</p><p>　　3. 按控制的方式分，銑床又可以分為仿形銑床、程序控制銑床以及數控銑床等等。</p><p>　　1.2 國內外銑床研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，不僅在傳統(tǒng)制造領域，PLC控制技術在其他領域也得到廣泛應用。</p><p>　　在國內，引

30、進PLC控制技術，設計研發(fā)了水凈化工藝的控制系統(tǒng)，PLC在這個系統(tǒng)的水凈化過程中可以控制加藥加氯動作，從而達到了水處理的自動化的目標，工作人員的工作強度大幅減少，取得了很好的效果；在太陽能開發(fā)這方面，研發(fā)了基于PLC的太陽能熱水器的這樣一個控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)里面，PLC通過控制液位的高度、電源的開關、采集溫度以及風壓等數據，從而實現(xiàn)了自動控制的功用；在裂紋檢測領域，設計了的基于PLC裂紋檢測臺，很好的發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、智能化

31、的優(yōu)點，在汽車輪裁等轉軸零件的檢測找取得了良好的效果；在煤炭生產這方面，利用PLC的控制優(yōu)點、研發(fā)了基于PLC的焦化備煤的一個控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了金馬焦化廠的備煤過程，大大滿足了生產所需，增加了企業(yè)生產的效率；在埴墩處理這方面，設計了基于PLC的各種垃圾焚燒爐控制系統(tǒng)，從而發(fā)揮了PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、便于操作、易控制的優(yōu)點，確保了垃圾焚燒爐安全運行、爐溫平穩(wěn)、尾氣污染控制合格。</p><p>　　在國外設計的工

32、廠信息系統(tǒng)中，已經將PLC應用于信息采集、預處型并傳送實時數據給電腦，縮小了成本，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，獲得了很好的效果；在生物研究方面，為了深入了解微生物在不同濃度的氧氣環(huán)境中生長和繁殖的情況，在使用的帶氧功能的生物反應器里面，PLC被他們用來自動控制氧氣的濃度比例，取得了很大的成功；在機器人用于顏色辨別的研究方面也用了PLC技術。</p><p>　　由于計算機科學技術發(fā)展和工業(yè)自動化越來越高的要求，可編程控制

33、技術得到飛速發(fā)展，其技術和產晶口趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個方向發(fā)展：一是向超小型專用化和低價格方面發(fā)展；二是向高速多功能和分布式自動例絡方向發(fā)展。</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，PLC迅速滲透到工業(yè)控制的各領域，包括從單機到工廠自動化，從機器人、柔性制造系統(tǒng)到工業(yè)局部網絡等等。PLC不管現(xiàn)在還是在未來的工業(yè)自動化領域中都將發(fā)揮不可替代的作用，而且它也必將向更多領域進軍，為再一次科技革命的到來

34、奠定堅實的舉礎。</p><p>　　從上世紀80年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對自動控制技術和自動銑床一直給予較大的關注。經過九五式自動車床和加工中心包括自動銑床的產業(yè)化生產基地的形成，其生產的普及型自動銑床的功能和穩(wěn)定性方面已經具備了較強的市場競爭優(yōu)勢。但是，在中高檔自動銑床方面，與國外一些先進產品相比仍然存在很大的差距。這是由于歐洲、美國、日本等先進工業(yè)國家，已經在80年代先后完成了自動化機床產業(yè)進程，其

35、中有一些出名的機床公司一直致力于創(chuàng)新和新產品的研發(fā)。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，生產工藝方面的不斷改進，以及計算機技術的應用和新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術的形態(tài)，在控制方法方面，從手動控制到自動控制；在控制功能方面，由簡單控制到智能化控制；另外，在操作上，從策重發(fā)展到信息化的處理；在控制原理方面，由單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計算機為中心的網絡化自動控制系統(tǒng)。

36、XN2010型龍門銑床綜合了計算機技術、微電子技術、檢測技術、自動控制技術、智能技術、通信技術、網絡技術等先進的科學技術成果。</p><p>　　2 XN2010型龍門銑床的工作過程和控制要求</p><p>　　龍門銑床的外形結構與龍門刨相比，也有一個龍門式的框架，所不同的是龍門銑床的橫粱和立柱上安裝的不是刨刀刀架，而是銑刀主軸箱。</p><p>　　XN20

37、10型龍門銑的主運動為二個水平主軸箱以及一個垂直主軸箱上刀具的旋轉運動，它的每一個銑頭分別由一臺13kW的異步電動機來拖動，它們采用的均是機械有級方式來變速。進給運動則包括有工作臺的前后移動、左右兩個方向主軸箱沿立柱的上下運動以及垂直主軸箱沿著橫梁左右移動。這些運動是共同用一臺4kW的直流電動來拖動，它用選擇開關來控制電磁閥的集中傳動。采用晶閘管整流供電，通過調節(jié)直流電動機的電樞電壓，使各方向進給運動獲得無級調速。工作臺進給速度為20-

38、1000mm/min(電動機轉速為20-1000r/min)，主軸箱進給速度為10-500mm/min（電動機轉速為20-1000r/min）。輔助運動包括工作臺和主軸箱的快速移動、橫粱降運動。前者仍借用進給直流電動機驅動，但電動機轉速升到2000r/min。后者則單獨由一臺5.5kW的交流異步電動機驅動，采用點動控制。XN2010型龍門銑床的電氣原理圖見附錄電氣原理圖（a）、（b）、（c）。</p><p>　

39、　2.1 電氣控制線路特點</p><p>　　(1) 機床主運動由三臺交流異步電動機拖動：M1為右水平主軸電動機，由接觸器KM1、KM2控制其正反轉；M2為垂直主軸電動機，由接觸器KM3、KM4控制其正、反轉；M3為左水平主軸電動機，由接觸器KM5、KM6控制其正、反轉，從而控制主軸箱上刀具的旋轉方向，滿足加工需要。</p><p>　　(2) 進給運動由直流電動機M驅動。M由單相半控橋

40、式整流電路供電，通過改變晶閘管的導通角來改變電樞電壓，實現(xiàn)無級調速。M的正、反轉則通過接觸器KM11、KM12改變電樞電壓極性來實現(xiàn)。</p><p>　　(3) 工作臺和主軸箱的快速移動也是由進給直流電動機M驅動的?？煲茣r，繼電器KA5得電，提高給定電壓。同時，繼電器KA10得電，電動機M的勵磁減少一半，轉速升到2000r/min。</p><p>　　(4) 橫粱升降由交流異步電動機M

41、4拖動，由接觸器KM9、KM10控制其正、反轉，實現(xiàn)橫粱的上下移動。</p><p>　　(5) 液壓泵電動機M5和回油泵電動機M6并聯(lián)連接，受接觸器KM7控制，單向旋轉。</p><p>　　(6) 各電動機的過載保護和短路保護均通過所接自動開關（QF1~QF6）承擔。因回油泵電動機M6與液壓泵電動機M5功率懸殊，另接熱繼電器FR1作過載保護。</p><p>　

42、?。?）為避免損壞刀具和工件，要求停止時先停進給，后停主軸。本機床在控制電路</p><p>　　(3-35)之間串接了QF1~QF3的三個常開觸頭，當三臺主軸電動機任何一臺因短路或過載</p><p>　　而使自動開關掉閘時，自動切斷主軸電機以及進給和其他控制電路的電源。由于在主軸電動機的起動控制電路中接人了時間繼電器KT1的延時斷開常開觸點，保證了先停進給，后停主軸這一停車要求。<

43、;/p><p>　?。?）只有在液壓泵起動后，才能有進給操作。由兩部分電路實現(xiàn)：一是通過液壓泵起動接觸器KM7的常開觸頭(41 - 45)控制接觸器KM8。再由KM8控制進給電動機晶閘管整流回路的變流輸入；二是在控制電路（37 - 49）間接入高、低液壓繼電器KA11、KA12的常開觸點，只有在液壓正常的情況下，后面的進給以及其他控制電路才能工作。</p><p>　　（9）機床采用懸掛按鈕站

44、控制，操作按鈕SB1~SB9，主令開關SA4-SA6、SA8、SA9，電源指示燈HL1及調速器RP2都安裝在懸掛按鈕站，便于操作和控制。主軸轉換開關SA1、SA2、SA3安裝在電氣柜側面。</p><p>　　2.2 電路工作原理</p><p>　　2.2.1 主軸的起動與停車</p><p>　　首先應將電源開關QS、自動開關QF1~QF3臺上。根據各主軸的銑削

45、要求，扳動主軸轉換開關SA1- SA3，選擇好旋轉方向，各主軸轉換開關的工作狀態(tài)見表1。然后，按下主軸起動按鈕SB2，時間繼電器KT1得電并自鎖，KT1的延時斷開常開觸點(3-5)閉臺，接通三主軸的起動接觸器，各主軸電動機按預定轉向起動。以右水平主軸電動機 </p><p>　　表1 主軸轉換開關SA1、SA2、SA3工作狀態(tài)表</p><p>　　注：1.“+”表示開關觸點接通； &

46、lt;/p><p>　　2.“-”表示開關觸點斷開。</p><p>　　為例，如果需要逆銑，則將轉換開關SA1處于反轉位，SA1-1斷開，SA1-3接通，這時，接觸器KM2得電并自鎖，右水平主軸電動機M1反向起動旋轉。 </p><p>　　2.2.2 工作臺的進給運動</p><p>　　工作臺的進給運動為工作臺的前后運動，受“工作臺與主軸箱

47、進給選擇”開關SA6的控制。當工作臺進給時，SA6 -1接通，電磁鐵YA1得電。SA6 -2斷開，使左右水平、垂直主軸箱的進給不能發(fā)生。以工作臺的正向進給運動為例，按下正向進給按鈕SB7，正向進給繼電器KA6得電，其常開觸點(49 - 117)閉合，中間繼電器KA4得電吸合，接通調速電路中的給定電壓。同時，KA6的常開觸點(49 - 121)閉臺，接觸器KM11得電吸臺，進給電動機M正轉，帶動工作臺正向進給。反向進給時，按下反向進給按鈕

48、SB6，反向進給繼電器KA7得電，繼電器KA4和接觸器KM12得電吸合，進給電動機M反轉，帶動工作臺反向進給。</p><p>　　需要停止進給時，按下進給停止按鈕SB5，繼電器KA6（或KA7）斷電，繼電器KA4和接觸器KM11(或KM12)相繼斷電釋放，進給電動機M斷電停轉。與此同時，接觸器KM13得電，在M的電樞繞組上并聯(lián)電阻RM，進行能耗制動。</p><p>　　正、反向迸給是“

49、自動”還是“點動”，由轉換開關關SA5控制。SA5斷開時，工作臺只能點動進給，松開按鈕SB7(或SB6)，進給電動機即能耗制動停車。</p><p>　　2.2.3 主軸箱的進給運動</p><p>　　主軸箱的進始包括左右水平、垂直主軸箱的進給。當“工作臺與主軸箱進給選擇”開關SA6扳到主軸箱位置時，SA6 -1斷開，SA6 -2接通，此時工作臺不能進給。三個主軸箱是同時進給，還是一個或

50、兩個進給則由轉換開關SA8、SA9進行控制。例如，當轉換開關SA8、SA9都扳到右邊時，電磁鐵YA2、YA4得電，這時，接下正向進給按鈕SB7或反向進紿按鈕SB6，進給電動機M正轉或反轉，帶動右、左兩個水平主軸箱沿立柱向下或向上作進給運動。若將SA8、SA9都扳到左邊，電磁鐵YA3得電，這時，按下SB7或SB6，進給電動機M就會正轉或反轉，帶動垂直主軸箱沿向右或向左作迸給運動。</p><p>　　主軸箱的進給運

51、動和工作臺一樣，也有“自動”和“點動”兩種方式，由轉換開關SA5控制。</p><p>　　2.2.4 工作臺和主軸箱的快速移動</p><p>　　工作臺和主軸箱的快速移動，也是在液壓泵起動的前提下進行的。以正向快速移動為例：按下正向快移按鈕SB8，正向快速繼電器KA8得電并自鎖，接通正向進給繼電器KA6和進給電動機快速移動繼電器KA5以及中間繼電器KA4和進給電動機正轉接觸器KM11。

52、KA5吸合后，產生三個作用:一是KA5的常閉觸頭(342 - 343)斷開，常開觸頭（341 - 343）閉合，使給定電壓為最大值，放大器輸入信號亦為最大值，因而觸發(fā)脈沖大大前移，可控整流器輸出電壓達到最大值，電動機轉速迅速上升；二是KA5常開觸頭(305 - 309)閉合，接通電壓繼電器KA10回路。由于可控整流輸出電壓已達最大值，電壓繼電器KA10動作，其常閉觸頭(206 -208)斷開，使直流電動機勵磁繞組減少一半，轉速上升到20

53、00r/min左右；三是KA5常閉觸頭(371- 373)斷開，使測速發(fā)電機TG勵磁繞組串入電阻R17，保證直流電動機轉速為2000r/min時，測速發(fā)電機輸出電壓仍為100V左右(正常進給時的額定轉速為1000r/min)。這樣，快移時一方面提高整流輸出電壓，一方面減弱直流電動機磁場，使直流電動機轉速迅速上升到20</p><p>　　反向快速移動的工作過程與正向相似，但此時參與控制的電器元件是反向快移按鈕SB

54、9、反向快速繼電器KA9、反向進給繼電器KA7、中間繼電器KA4，進給電動機快移繼電器KA5以及進給電動機反轉接觸器KM12。</p><p>　　工作臺和主軸箱的快移不能同時進行。由“工作臺與主軸箱進給選擇”開關SA6控制。</p><p>　　工作臺和主軸箱不能從正常進給直接轉換為快速進給。當工作臺或主軸箱正常進給時，中間繼電器KA4得電，其常閉觸點（24 -4）斷開，此時，不論按正向

55、快速按鈕SB8還是按反向快速按鈕SB9均不起作用。只有在KA4斷電的情況下，按SB8或SB9才有效。</p><p>　　工作臺和主軸箱的正向快速和反向快速運動也有“自動”和“點動”之分，由轉換開關SA5控制。當SA5斷開時，KA8或KA9不能自鎖，處于“點動”工作狀態(tài)。</p><p>　　2.2.5 橫梁升降運動</p><p>　　橫粱的升降運動，也是在液壓泵

56、起動的前提下進行的。以橫粱上升為例：接上升按鈕SB3，橫粱升降中間繼電器KA1得電，常開觸點（U2 - 143）閉合，電磁鐵YA5通電動作，橫梁開始放松。當橫粱完全松開時，行程開關SQ11~SQ14受壓閉合，橫粱放松中間繼電器KA2得電，其常開觸點（55 - 57）閉合，接觸器KM9得電，橫粱升降電動機M4起動正轉，帶動橫粱上升。當橫梁上升到預定位置時，松開上升按鈕SB3，KA1、YA5、KM9均斷電釋放，電動機M4停轉，橫粱自動夾緊。

57、當橫粱夾緊以后，行程開關SQ11~SQ14復位，繼電器KA2斷電，為下一次升降移動作好準備。</p><p>　　橫粱下降工作過程與上升相似，但參與控制的電器元件是下降按鈕SB4，橫粱升降中間繼電器KA1、電磁鐵YA5、橫粱放松中間繼電器KA2、接觸器KM10。</p><p>　　在橫梁升降控制電路中串接了正向進給繼電器KA6的常閉觸點(49 -51)、反向進給繼電器KA7的常閉觸點（5

58、1 - 53），當一作臺或主軸箱正常進給或快速進給時，KA6或KA7的常閉觸點斷開，切斷了橫梁升降控制電路，保證橫粱升降移動與工作臺或主軸箱的進給不會同時發(fā)生。</p><p>　　2.2.6 控制線路的聯(lián)鎖與保護</p><p>　　龍門銑床的運動形式比較多，控制線路復雜，為保證安全可靠地工作，在電氣上采取了一些聯(lián)鎖和保護措施。</p><p>　?。?）液壓泵起

59、動與進給及橫粱升降操作的聯(lián)鎖。電路通過接觸器KM8控制進給調速系統(tǒng)電源，通過高、低液壓繼電器KA11、KA12控制進給和橫粱升降控制電路的電源，保證必須先有潤滑才能有進給。</p><p>　?。?）工作臺與主軸箱進給的聯(lián)鎖。由“工作臺與主軸箱進給選擇”開關SA6實現(xiàn)，當開關接到“工作臺進給”時，SA6 -l接通，SA6-2斷開；撥到“主軸箱進紿”時SA6 -1斷開，SA6 -2接通，保證工作臺與主軸箱的進給不會

60、同時發(fā)生。</p><p>　　（3）工作臺或主軸箱進給與橫粱升降的聯(lián)鎖。本機床要求工作臺或主軸箱的進給運動不能和橫粱升降運動同時發(fā)生。為此，在橫粱升降控制電路中接入正向進給繼電器KA6和反向進給繼電器KA7的常用觸點，在工作臺或主軸箱進給控制電路中接入橫粱放松中間繼電器KA2的常閉觸點，只要一方工作，另一方的運動就不能進行。</p><p>　　（4）橫粱充分放松后才能移動，移動后自動夾

61、緊。橫粱的夾緊與放松采用電氣—液壓—機械結構相結合，電氣為控制系統(tǒng)，液壓為夾緊動力，機械為執(zhí)行機構。當橫粱運動完成，橫粱夾緊后，橫梁放松中間繼電器KA2釋放，才能接通進給運動控制電路。</p><p>　?。?）在主軸電動機控制電路上接入時間繼電器KT1的延時斷開觸點，保證了主軸停止時，先停進給，后停主軸。</p><p>　?。?）在各進給方向的機械極限位置設置行程開關保護，行程開關作用

62、見表2。</p><p>　?。?）為了防止進給直流電動機M失去勵磁后造成“飛車”，在勵磁線圈回路串入電 </p><p>　　表2 行程開關作用表</p><p>　　流繼電器FA1。當勵磁電流達到一定數值時，F(xiàn)A1吸合，串接在工作臺或主軸箱進給控制電路上的常開觸點(49 - 71)閉合，電動機M的控制回路才能接通。</p><p>　?。?/p>

63、8）在直流電功機M電樞回路中串接電流繼電器FA2。當電樞電流達到1.2倍額定電流時，F(xiàn)A2動作，接通時間繼電器KT2，其延時斷開觸點(73 - 75)切斷工作臺或主軸箱進給控制電路，使電動機M得到過載保護。</p><p>　　2.3 進給直流電動機晶閘管調速系統(tǒng)</p><p>　　XN2010型龍門銑床的進給拖動最統(tǒng)采用集中傳動，因而一臺進給電動機可分別驅動幾個部件的進給。系統(tǒng)調速范圍

64、D= 50:l；最大負載轉動下的轉速誤差不大于15%;過渡過程要求高速起動時間在1s左右；過渡過程要求為非周期無超調特性。</p><p>　　圖1 進給系統(tǒng)方框圖</p><p>　　(1) 進給系統(tǒng)方框圖</p><p>　　系統(tǒng)方框國如圖1所示。給定信號（即調速信號）與速度負反饋信號、電壓和電流反饋信號進行比較后，送到PI放大器放大，再輸往移相觸發(fā)器，產生觸發(fā)

65、脈沖，對晶閘管進行控制。晶閘管整流輸出的可調直流電壓，使直流電動機運轉。</p><p>　　(2) 晶閘管調速系統(tǒng)的主回路</p><p>　　主回路電路如圖2所示。由于電動機反向工作不頻繁，容量又較小，因此采用單相半控橋式整流電路，主回路采用掛觸器反向?？紤]龍門銑床進給制動次數不多，故采用能耗制動。主回路未接濾波電抗器，雖然使主回路電流斷續(xù)，對電動機換向不利，系統(tǒng)機械特性變軟，但電動機

66、輸出軸至負載傳動比大，對系統(tǒng)工作影響不顯著。</p><p>　　電路中，二極管VD1、VD2，晶閘管VS1、VS2組成單相半控橋式整流電路。R301、C301、R304、C304、R305、C305、R307、C307、R308、C308是阻容吸收元件，用于吸收電網或其他因素可能產生的浪誦峰值電壓，對晶閘管等整流元件進行保護。FU4是</p><p>　　快速熔斷器，主要是作晶閘管的短路

67、保護用。VD3是續(xù)流二極管，RP1是電壓負反饋信號取樣分壓電阻，用來調節(jié)電壓負反饋信號的強度。RF1是電流反饋信號取樣電阻。FA2是過電流繼電器，當直流電動機M過載時，F(xiàn)A2動作，切斷主回路交流電源，起到過載保護作用。KA10是電壓繼電器，RF3為其分壓電阻，以用作電動機M的弱磁調速指</p><p>　　令。KA5是快移控制繼電器，當工作臺或主軸箱需快速運行時，KA5常開觸點閉合，KA10得電吸臺，將電動機M的

68、勵碰線圈斷開一半，從而使電機轉速從l000r/min上升至2000r/min。RM是能耗制動電阻，KM13是電動機的制動接觸器。KM11、KM12分別為電動機M的正反轉接觸器。</p><p>　　圖2 晶閘管調建系統(tǒng)主回路</p><p>　　(3) 移相脈沖觸發(fā)器</p><p>　　XN2010型龍門銑床采用鋸齒波疊加直流控制電壓Uy，的垂直控制晶閘管觸發(fā)電路

69、。整個電路由鋸齒波形成、脈沖形成和移相控制等三部分組成。特點是調整靈活，控制電壓與導通角線性度好，抗干擾能力強，脈沖波前沿陡度好。</p><p>　　(4) 給定、反饋與放大環(huán)節(jié)</p><p>　　從前面的分析知道，觸發(fā)電路的移相是通過改變控制電壓UY的大小實現(xiàn)的，這個</p><p>　　電壓由前置放大器輸出。給定、反饋及前置放大器的電路如圖3所示。 <

70、/p><p>　　前置放大器采用單管放大電路，信號電壓從VT1基極輸入，放大后由集電極輸出到觸發(fā)電路去移相。R25是偏流調節(jié)電阻，R26與VD5、VD6用來提高信號幅值的最小值（約2V），C20是微分負反饋電容，C20、C21都是用來吸收高頻信號和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該放大器的作用是增加系統(tǒng)放大倍散，提高調速系統(tǒng)的精度。</p><p>　　圖3 給定、反饋與前置放大器電路</p>

71、<p>　　放大器的給定信號由調速器RP2調節(jié)，經接觸器KM11、KM12觸點組成的橋路，與測速發(fā)電機獲得的速度負反饋信號進行比較，送往放大器輸入端；取自主回路的電壓負反饋信號，由315線經C18微分后并經R23迸至放大器輸入端；取自主回路的電流反饋信號，從303線分為兩路：一路經C19微分再經R24；一路經電感L和穩(wěn)壓管VZ1組成的電流截止環(huán)節(jié)進往輸入端，以保護主回路元件和電動機。電壓微分和電流微分負反饋可加大系統(tǒng)阻尼，提

72、高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。</p><p>　　本放大器具有比例積分作用(PI)。如在低速時發(fā)生低頻振蕩，可在R22上并聯(lián)電容，完成PID調節(jié)器作用，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能。</p><p><b>　　(5) 電源</b></p><p>　　本機床進給調速系統(tǒng)整流電源較多，各部分作用如下：VCl—電動機M勵磁電源；VC2—測速發(fā)電機勵磁電源；V

73、C3—給定信號電源；VC4—前置放大器電源；VC5—鋸齒波形成電源;VC6—觸發(fā)器電源。</p><p>　　3 西門子S7-200 PLC簡要介紹</p><p>　　3.1 PLC的基本定義</p><p>　　PLC采用可編程序的存儲器，用來在之內執(zhí)行相應的邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入輸出，控制各種類型的機械或

74、生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工作控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　　PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC的內部繼電器可代替所有用于邏輯控制的中間繼電器，噪音低、使用設備壽命長、體積小，這是PLC的最大特點之一。因此PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的未來，是無法取代的。</p>

75、<p>　　3.2 西門子S7-200基本介紹</p><p>　　根據實際情況，在銑床的電氣改造過程中，保留原有的機械操作不變，將原來繼電器控制的線路用PLC控制系統(tǒng)取代，本文采用西門子公司的S7-200作為控制器。西門子公司SIMATIC S7-200系列，從形狀說，屬于小型PLC，可用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X兩

76、代產品，是典型的整體式PLC，輸入/輸出模塊、CPU模塊、電源模塊均裝在一個機殼里。當系統(tǒng)需要擴展時，則選用需要的擴展模塊與基本單元連接。最大可以擴展到248點數字量I/O或35路模擬量I/O,最多有30多KB程序和數據存儲空間。其輸入回路為直流雙向光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和晶體管兩種類型，需提供24V直流給外部元件，14點輸入，10點輸出。</p><p>　　S7-200在可靠性上，可以說是非常高的，一

77、般用梯形圖（LAD）、語句表（即指令表STL）和功能塊圖（FBD)三種比較專業(yè)的語言來編寫程序。本文將采用梯形圖來對萬能銑床的控制系統(tǒng)進行編程。梯形圖程序指令的基本邏輯元素是觸點、線圈、功能框和地址符。觸點有動合、動斷等類型，用于代表輸入控制信息，當一個動合觸點閉合時，能流可從此觸點流過；線圈代表輸出，當線圈有能流流過時，輸出便被接通；功能框代表一種復雜的操作，它可以使程序大大地簡化；地址符用于說明觸點、線圈、功能框的操作對象。<

78、/p><p>　　S7-200指令強大，按功能劃分，可分為邏輯指順序控制指令、過程控制指令、數據處理指令和特殊功能指令等。</p><p>　　3.3 S7-200 PLC 系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　S7-200 PLC 硬件系統(tǒng)的組成采用整體式和積木式，即主機中包括一定數量的I/O端口，同時還可以擴展各種功能模塊。</p><p>　

79、　S7-200 PLC 由基本單元、擴展單元、個人計算機或編程器、編程軟件及通信電纜等組成。</p><p><b>　　3.3.1基本單元</b></p><p>　　基本單元也成為主機。由中央處理單元、電源及數字量輸入、輸出單元組成，這些都被緊湊地安裝在一個獨立的裝置中。基本單元可以構成一個獨立的控制系統(tǒng)。</p><p>　　在CPU模塊

80、的頂部端子蓋內有電源及輸出端子；在底部端子蓋內有輸入端子及傳感器電源。在中部右側前蓋內有CPU工作方式開關、模擬調節(jié)電位器和擴展I/O連接接口；在模塊的左側分別有狀態(tài)LED指示燈、存儲卡及通信口。</p><p><b>　?。?）中央處理單元</b></p><p>　　PLC實質上就是一臺專用的工業(yè)控制計算機，通常一個主機模塊都安裝有一個或多個CPU。若是多個CP

81、U，那其中必定有一個主CPU，其余的為輔助CPU，它們協(xié)同工作，大大提高了整個系統(tǒng)的運算速度和功能，縮短了程序的執(zhí)行時間。</p><p>　　S7-200 PLC 是一個系列，其中包括多種型號的CPU，以適應不同需求的控制場合。</p><p>　　近幾年西門子公司推出的S7-200 CPU22X系列產品有：CPU221模塊、CPU222模塊、CPU224模塊、CPU226模塊。S7-2

82、00 CPU22X系列產品指令豐富、速度快、具有較強的通信能力。如CPU226模塊的I/O總數為40點，其中輸入點為24點，輸出點16點，可帶7個擴展模塊；用戶程序存儲器容量為8KB；內置高速計數器，具有PID控制器的功能；有2個高速脈沖輸出端和2個RS-485通信口；具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由口協(xié)議的通信能力；運行速度快、功能強，適用于要求較高的中小型控制系統(tǒng)。</p><p><b>

83、　　(2) 存儲器</b></p><p>　　PLC的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作狀態(tài)數據。它的種類的形式多：從存儲器種類劃分，有ROM、EPROM、RAM；從安裝形式劃分，有直接插入的集成塊、存儲器板、IC卡等；從用途上來劃分，有系統(tǒng)程序存儲器、數據存儲器和用戶存儲器。</p><p>　　值得一提的是，RAM單元可進行數據和程序的讀出和寫入。一旦掉電，在RA

84、M中所保存的內容就會丟失。為了保存其內容，PLC采用鋰電池或者電容進行保護。在環(huán)境為25攝氏度時，裝上新的電池存儲的內容可以保存5年之久。若用電容保護，PLC主機關斷后，存儲的內容可保持20天。</p><p>　　若用EPROM單元，需用EPROM寫入器把程序寫入EPROM芯片中，然后裝入EPROM單元。</p><p>　　若用EEPROM單元，與RAM單元一樣，可以隨時進行程序或數據

85、的寫入和讀出，不同的是EEPROM不需要電池或電容進行保護。</p><p><b>　　(3) 通信口</b></p><p>　　近幾年出產的PLC產品一般都帶有通信口。在S7-200主機模塊上，都至少有一個或者多個通信口?？膳c手持式編程器、計算機或其他的外圍設備相連，以實現(xiàn)編程、調試、運行、監(jiān)視、打印和數據傳送等功能。</p><p>　

86、　若有兩個通信口，其中一個可用于與編程器相連，另一個用于與上位機相連。S7-200提供的是RS-485通信口，要與計算機相連需經過專業(yè)的PC/PPI電纜。</p><p>　　RS-485串行通信接口的功能包括串行／并行數據的轉換、通信格式的識別、數據傳輸的出錯檢驗、信號電平的轉換等。通信接口是PLC主機實現(xiàn)人機對話、機機對話的通道。通過通信接口，PLC可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機等外部設備相連，也可以和

87、其他PLC或上位計算機連接。</p><p><b>　　(4) 電池</b></p><p>　　在主機模塊中通常配有鋰電池，用于在掉電時保存用戶程序和數據。</p><p>　　(5) LED指示燈</p><p>　　在主機模塊上安裝有LED指示燈，用于指示PLC電源、運行、編程、測試、斷開、出錯、電池電量不足、警

88、告等工作狀態(tài)。</p><p><b>　　(6) I/O端子</b></p><p>　　有的PLC在主機模塊上配有少量的I/O端子。PLC的I/O功能主要靠置各種I/O模塊來實現(xiàn)。</p><p>　　輸入端子、輸出端子是PLC與外部輸入信號、外部負載聯(lián)系的窗口。輸入/輸出擴展接口是PLC主機為了擴展輸入/輸出點數和類型的部件。輸入/輸出擴

89、展接口有并行接口、串行接口和雙口存儲器接口等多種形式。</p><p>　　根據控制的需要，PLC主機可以通過揄入/輸出擴展接口擴展系統(tǒng)。在PLC主機的右側插上一塊或幾塊擴展模塊，并用擴展電纜將它們連接起來。而擴展模塊包括數字量輸入/輸出擴展模塊、模擬量輸入/輸出擴展模塊或智能輸入/輸出擴展模塊等。</p><p>　　3.3.2個人計算機或編程器</p><p>

90、　　個人計算機(PC)或編程器裝上STEP 7-Micro/WIN32編程軟件后，即可供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視等。</p><p>　　要求個人計算機(PC)配置：CPU為80586或更高的處理器，16MB內存（最低要求為CPU80486, 8MB內存）；VGA顯示器(分辨率1024×768像素）；硬盤空間至少50MB；Microsoft Windows所支持的鼠標。使用PC/PPI電纜可

91、將計算機與PLC相連接。</p><p>　　3.3.3 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件</p><p>　　STEP 7_Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件，支持32位Windows95/98/2000/NT4.0使用環(huán)境，其基本功能是創(chuàng)建、編輯、調試用戶程序、系統(tǒng)組態(tài)等。</p><p>　　3.3.4 通信電纜</

92、p><p>　　通信電纜是PLC用來與個人計算機(PC)實現(xiàn)通信的“紐帶”。可以用PC/PPI電纜；使用通信處理器(CP)時，可用多點接口(MPI)電纜；使用MPI卡時，可用MPI卡專用通信電纜。</p><p>　　4 XN2010型龍門銑床的PLC改造</p><p>　　4.1 XN2010型龍門銑床的PLC改造的I/O接線圖</p><p&

93、gt;<b>　　該圖如圖4</b></p><p>　　4.2 輸入/輸出分配表</p><p><b>　　該表如表3</b></p><p>　　4.3 XN2010型龍門銑床的PLC改造的S7-200 PLC程序和注釋</p><p>　　程序及注釋圖如圖5。</p>&l

94、t;p>　　表3 輸入輸出分配表</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　XN2010型龍門銑床它是一種高效率的加工機床,在機械加工以及機械修理領域得到很廣泛的一個應用，它的操作是用手柄同時操作電氣以及機械，用來達到機電配合以完成預定的目標,是機械與電氣結構配合動作的一個很典型控制,是自動化程度相當高的機床。然而，在電氣控制系統(tǒng)中, 查找

95、和排除故障是相當困難的。因為電氣控制線路觸點太多、線路特別復雜、故障率很高、檢修周期比較長,給生產和維護帶來很多不便,嚴重影響了正常生產。本文所述方案是對原來的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進行PLC改造而成,經實際運行證明該PLC控制系統(tǒng)無論是硬件還是軟件,控制穩(wěn)定可靠, 具有極高的可靠性與靈活性, 更容易維修,更能適應經常變動的工藝條件。 </p><p>　　經過兩個多月的設計和開發(fā),成功得通過了模擬調試和聯(lián)機調

96、試XN2010型龍門銑床模型基本設計完畢,其功能基本達到要求,而且只要修改控制程序,就可以讓XN2010型龍門銑床做出不同的動作,控制的柔性很好。系統(tǒng)的分析與設計過程也是對學習的總結過程,更是進一步學習和探索的過程。在這個過程中我對利用可編程控制器進行控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)有了深刻的認識,對機械的工作原理有了進一步的掌握,對控制系統(tǒng)的分析與設計有了切身的認識與體會,并在學習和實踐過程中增長了知識,豐富了經驗。系統(tǒng)的分析與設計可以說是一種很

97、辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程。在設計過程中，要邊學習邊實踐。當碰到比較棘手問題時，我們通過不斷探討、查閱相關資料，即可使問題得到解決。在設計中體會到理論必須和實踐相結合，雖然收集了大量的資料，但在實際應用中卻有很多的差異出現(xiàn)了很多意想不到的問題。許多問題在書本上是這樣，而在實際運用中卻很不一樣，在經過多次分析修改后，才設計出達到控制要求的系統(tǒng)。</p><p><b>　　參考文獻</b

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105、</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過近半年的努力，我的畢業(yè)設計終于完成了。即利用PLC實現(xiàn)了對XN2010型龍門銑床的控制，通過合理的選用設備、元器件和軟件設計，提高了XN2010型龍門銑床運行的可靠性。通過本次設計，我的知識領域得到進一步擴展，專業(yè)

106、技能得到進一步提高。這次畢業(yè)設計是對自己大學幾年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人。本文是在某某老師的悉心指導下完成的，是我邁向社會，走出校門的最后一門“作業(yè)”。從實習前最初的確定課題，到收集資料，再到本文的最后完成，都離不開某某老師的耐心指導。在此，非常感謝某某老師的精心指導和親切關懷。某某老師師嚴謹的治學態(tài)度、嚴于律己寬