X52K型立式铣床电气控制系统的PLC改造设计课程设计.wps

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1、攀枝花学院课程设计(论文)摘 要I摘 要摘 要铣床的 PLC 改造主要是方便工业自动化生产，减轻劳动强度和提高工作效率。过去有不少人对铣床进行改造设计，并取得了不错的成绩，例如采用三菱控制软件控制的 PLC 设计等。X52K 型立式铣床的 PLC 控制设计采用了西门子软件 S7-200，这是一款小型的控制系统。设计过程中充分考虑工厂生产实际情况和铣床的运动要求、加工精度等一些列条件，采用 S7-200 软件进行仿真，满足设计的各项要求。改造后的系统便于柔性生产的需要，在工厂有更强的适应力。如生产任务或工艺发生变化，普通 X52K 机床需改变硬件结构，从而造成时间和资金的浪费。PLC 是一种新型

2、的工业自动化控制装置，其控制功能是通过软件编程来实现的。当生产工艺和任务发生变化时，不必改变 PLC 硬件设备，只需改变 PLC 中的程序，因而该控制系统更具灵活性。且 PLC 控制系统体积小、可靠性高、更易于维护。通过对 X52K 型立式铣床进行改造,并用 S7-200 软件仿真，实现了自动化控制,从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。关键词 PLC,电气控制系统,X52K,S7-200关键词 PLC,电气控制系统,X52K,S7-200攀枝花学院课程设计(论文)摘 要IIABSTRACT The Milling machine PLC transformation mainly is c

3、onvenient industrial automation production,reduce labor intensity and improve work efficiency.In the past,there was a lot of people to milling machine modification design,and has made the good progress,such as the control software of PLC control design,etc.X52K type vertical milling machine PLC cont

4、rol software was designed using Siemens S7-200,its a small control system.The design process of fully considering the actual production condition of the factory and on the movement of the milling machine,machining accuracy and other terms and conditions,the S7-200 software simulation,meet the design

5、 requirements.After the transformation of the system to the needs of the production of the soft,in the factory has stronger adaptability.Such as production task or process changes,ordinary X52K machine need to change the hardware structure,resulting in the waste of time and money.PLC is a new type o

6、f industrial automation control device,the control function is achieved through software programming.When the production process and task change,dont need to change the PLC hardware equipment,just change the PLC program,thus the control system more flexibility.PLC control system and small size,high

7、reliability and easier to maintain.Through the X52K type vertical milling machine modification,and S7-200 software simulation,realized the automation control,which can improve the electrical control system performance.Keywords PLC,electric control system,X52K,S7-200攀枝花学院课程设计(论文)目 录IV目 录摘 要摘 要.IABSTR

8、ACT.II第 1 章 铣床简介.21.1 铣床介绍1.1 铣床介绍.21.2 X52K 型立式铣床简介1.2 X52K 型立式铣床简介.2第 2 章 X52K 型铣床控制系统分析第 2 章 X52K 型铣床控制系统分析.72.1 X52K 电气原理图2.1 X52K 电气原理图.72.2 主轴电动机的控制2.2 主轴电动机的控制.72.2.1 主轴启动.82.2.2 主轴停止.82.2.3 主轴变速时的瞬时点动.82.3 进给运动的电气控制2.3 进给运动的电气控制.82.3.1 工作台纵向进给运动控制.82.3.2 工作台横向、升降进给运动控制.92.3.3 工作台快速移动、进给变速瞬时点

9、动控制.92.3.4 圆形工作台的控制.9第 3 章 PLC 简介第 3 章 PLC 简介.113.1 PLC 的简史3.1 PLC 的简史.113.2 PLC 的基本组成及特点3.2 PLC 的基本组成及特点.12 3.3 PLC 的基本工作原理3.3 PLC 的基本工作原理.13第 4 章 PLC 输入输出地址分配第 4 章 PLC 输入输出地址分配.154.1 改造的目的4.1 改造的目的.154.2 PLC 设计方案的确定4.2 PLC 设计方案的确定.154.3 PLC 的选择4.3 PLC 的选择.164.4 地址分配4.4 地址分配.16第 5 章 PLC 电器元件选择第 5 章

10、 PLC 电器元件选择.19第 6 章 PLC 编程第 6 章 PLC 编程.216.1 PLC 梯形图6.1 PLC 梯形图.216.2 PLC 语句表6.2 PLC 语句表.22第 7 章 PLC 程序仿真第 7 章 PLC 程序仿真.24总 结总 结.27参 考 文 献参 考 文 献.28致 谢致 谢.29攀枝花学院课程设计(论文)1 铣床简介2第1章 第1章 铣床简介铣床简介1.1 铣床介绍1.1 铣床介绍在机器的的制造业中用锻造、铸造、压力加工等方法制成的金属毛坯都是很粗糙的，而且形状和尺寸也不太准确。但是在实际应用中，绝大多数的机器零件都是有形状和尺寸要求的，以及高的精度和表面光洁

11、度这就需要我们再次切削加工。在现代机器制造厂的金工车间里，机械加工的种类有很多，有车削包削，钻削以及铣削等。用铣刀在铣床上面加工工件，就叫铣削。在铣床上能够加工出，如铣平面、沟槽、成型表面、螺纹、齿轮以及隔断材料等等、而每一种铣削、往往还可以用不同的铣刀来加工。例如铣平面时可以用圆柱铣刀来加工、但也可以用高速端面铣刀来进行并且后面一种铣削的效率更高。由于铣削加工具有上述很多优点，所以机械制造业中，铣削被越来越广泛地使用，特别是在大量生产和大批生产中，铣削差不多完全取代了刨削。因此，如何进一步掌握铣削技术，提高铣削的生产率和精度对实现社会主义现代化具有非常重要的意义。1.2 X52K 型立式铣床

12、简介1.2 X52K 型立式铣床简介 本机床是一种强力金属切削机床，机床的主轴传动系统由功率为 7.5kw 的电动机驱动，能承受重负荷切屑。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、端面铣刀等刀具，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。X52K 为立式升降台铣床，其主轴轴线垂直于工作台面，外形如图主要由床身、立铣头、主轴、工作台、升降台、底座组成。攀枝花学院课程设计(论文)1 铣床简介3图 1.1 X52K 立式铣床结构图(1)床身固定和支承铣床各部件；(2)立铣头支承主轴，可左右倾斜一定角度；(3)主轴为

13、空心轴，前端为精密锥孔，用于安装铣刀并带动铣刀旋转；(4)工作台承载、装夹工件，可纵向和横向移动，还可水平转动；（5）升降台通过升降丝杠支承工作台，可以使工作台垂直移动；（6）变速机构主轴变速机构在床身内，使主轴有 18 种转速，进给变速机构在升降台内，可提供 18 种进给速度；（7）底座支承床身和升降台，底部可存储切削液。X52K 立式铣床的特点：(1)立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整 45，拓展机床的加工范围；主轴轴承为圆锥滚子轴承，承载能力强，且主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速、可靠。(2)工作台 X/Y/Z 向有手动进给、机动进给和机动快进三种，进给速度能满足不同的加工要求；快

14、速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快捷，缩短非加工时间。(3)X、Y、Z 三方向导轨副经超音频淬火、精密磨削及刮研处理，配合强制润滑，提高精度，延长机床的使用寿命。(4)润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进行强制润滑，减小机床的磨损，保证机床的高效运转；同时，冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液流量的大小，满足不同的加工需求。X52K 立式铣床电器元件表如表 1.2 所示攀枝花学院课程设计(论文)1 铣床简介4 表 1.2 X52K 立式铣床电器元件表符号名称及用途M1主电动机M2进给电动机M3冷却泵电动机KM1主电动机起停接触器KM2、KM3进给电动机正反转用接触器KM4快速移动用接触器

15、FR1-FR3热继电器FU1-FU6熔断器SA1-1、SA1-2、SA1-3圆工作台转换开关SA2-1、SA2-2主轴换刀制动开关SA3、SA4转换开关SA5主电机换向用转换开关SB1、SB2停止按钮SB3、SB4主电机启动按钮SB5、SB6工作台快速移动按钮YB1电磁制动器YC1、YC2进给及快速电磁离合器SQ1、SQ2工作台纵向进给行程开关SQ3、SQ4工作台横向及升降寄给行程开关SQ6进给变速点动开关SQ7主轴变速点动开关HL指示灯EL照明灯TC控制变压器QF自动开关XB连接片VC整流桥攀枝花学院课程设计(论文)1 铣床简介5X52K 立式铣床开关使用说明如下表 2.2表 2.2 X52

16、K 立式铣床开关说明 主轴换向开关说明 工作台横向及升降进给行程开关说明 工 作 台 纵 向 进 给 行 程 开 关 说 明 圆工作台转换开关说明 主轴换刀制动开关说明 触头位 置接通断开SA2-11-31-+SA2-2103-105+-触 头 位置左转停止右转SA5-1W13-U14+-SA5-2W13-W14-+SA5-3U13-U14-+SA5-4U13-W14+-触头 位置向前向下停止向后向上SQ3-113-25+-SQ3-221-23-+SQ4-115-25-+SQ4-219-21+-触头位置向左停止向右SQ1-113-25-+SQ1-223-29+-SQ2-115-25+-SQ2-

17、227-29-+触头 位置圆工作台接通断开SA1-123-25-+SA1-213-27+-SA1-317-27-+攀枝花学院课程设计(论文)1 铣床简介6X52K 工艺要求 1、顺序动作：只有主轴旋转后才能进给和快速移动。（防止刀具和机床损坏）2进给停止后才能主轴停止或同时停止，保证表面粗糙度的要求。3、各方向运动互锁：六个方向同时只能有一个方向运动产生，由手柄和机械离合器选择进给方向。4主轴和进给运动变速时采用瞬时点动，保证啮合良好。5、安全保护（主电机或冷却电机过载时进给必须停止，防止刀具和机床损坏）攀枝花学院课程设计(论文)1 铣床简介7第2章 X52K 型铣床控制系统分析第2章 X52

18、K 型铣床控制系统分析2.1 X52K 电气原理图2.1 X52K 电气原理图X52K 型立式铣床的电气原理图如图 2.1 所示图 2.1 电气原理图2.2 主轴电动机的控制2.2 主轴电动机的控制主电路中共有三台电动机。M1 是主电动机，拖动主轴带动铣刀进行铣削加工；SA5 刀开关实现主电动机正反转的开关。M2 是进给电动机，拖动工作台进行前后、左右、上下 6 个方向的进给运动和快速移动，六个方向的进给运动同时只有一种攀枝花学院课程设计(论文)2 X52K 型铣床控制系统分析8运动产生。用机械操纵手柄和行程相配合的办法来实现六个方向进给运动的互锁，起正反转有接触器 KM2、KM3 实现；M3

19、 是冷却泵电动机，供应冷却液，与主轴电动机 M1 之间实现顺序控制，即 M1 启动后，M2 才能启动。熔断器 FU1 作为进给电动机 M2 的短路保护，3 台电动机的过载保护由热继电器 FR1、FR2、FR3 实现。2.2.1 主轴启动主轴启动前，先选择好需要的主轴转速，主轴变速完成后，1 7 SQ；主轴换刀制动开关旋置在 SA2-1 闭合的位置，换向开关 SA5 转到需要的方向位置，电源自动开关 QF 接上电源，由电路可看出，按下 SB3 或则 SB4 按钮，KM1 线圈得电自锁，M1 电动机启动运转。2.2.2 主轴停止停止按钮 SB1、SB2 为复位式按钮。按下 SB1，线圈 KM1 断

20、电，M1 电动机电源被切断；SB1=“1”，使制动离合器线圈 YB 得电，M1 电机被制动，主轴停止旋转。2.2.3 主轴变速时的瞬时点动X52K 立式铣床的主轴变速，采用孔盘机构集中操纵，当变速锁紧手柄使孔盘退出变速操纵杆时，锁紧杆上所连的凸轮压合行程开关 SQ7，使7SQ断开，KM1 接触器不能自锁，SQ7 闭合，KM1 接触器瞬时接通，电动机 M1 瞬时电动，因此有利于滑移齿轮的啮合。当变速手柄完全推向原位时，SQ7=“0”，切断瞬时电动线路。2.3 进给运动的电气控制2.3 进给运动的电气控制2.3.1 工作台纵向进给运动控制1）工作台向右运动 将工作台纵向手柄扳向右，则纵向进给离合器

21、接上进给传动链，并压合行程开关 SQ1，其两个触头 SQ1-1=“1”，21SQ”0”,KM2 线圈的控制逻辑：1 31111232462KMSQSASQSQSQKM KM2 得电动作，进给电动机正向转动，工作台向右运动。2）工作台向左运动 将工作台纵向手柄扳向左，则纵向进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关 SQ2，其两个触头 SQ2-1=“1”，22SQ”0”,KM3 线圈的控制逻辑：1 21211232463KMSQSASQSQSQKM KM3 得电动作，进给电动机反向转动，工作台向左运动。攀枝花学院课程设计(论文)2 X52K 型铣床控制系统分析92.3.2 工作台横向、升降进给运动

22、控制1）工作台向右运动 将十字手柄扳向“前”位置，横向进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关 SQ3，其两个触头 SQ3-1=”1”,23SQ”0”,KM2 线圈控制逻辑：1 313112122312KMSQSASQSQSAKM KM2 得电动作，进给电动机正向转动，工作台向前运动。2）工作台向右运动 将十字手柄扳向“后”位置，横向进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关 SQ4，其两个触头 SQ4-1=”1”,24SQ”0”,KM3 线圈控制逻辑：1 214112122313KMSQSASQSQSAKM KM3 得电动作，进给电动机反向转动，工作台向后运动。3）工作台向上运动 将十字手柄扳

23、向“上”位置，垂直进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关 SQ4，其两个触头 SQ4-1=”1”,24SQ”0”,KM3 得电动作，M2 电机反转，工作台向上运动。4）工作台向下运动 将十字手柄扳向“下”位置，垂直进给离合器接上进给传动链，并压合行程开关 SQ3，其两个触头 SQ3-1=”1”,23SQ”0”,KM2 得电动作，M2 电机正转，工作台向下运动。2.3.3 工作台快速移动、进给变速瞬时点动控制工作台六个方向的快速移动，是用两个操纵手柄和快速移动按钮 SB5 的配合操作来实现的。为了在进给变速时滑移齿轮易于啮合，本机床进给变速设有点动控制线路，当变速手柄拉出时，压合行程开关 SQ

24、6，其两个触头 SQ6=”1”,6SQ”0”，电动控制线路：1 362423212231KMSQSQSQSQSQSA使 KM2 得电动作，M2 电动机正向瞬时点动。当变速手柄推向原位时，SQ6=”0”,6SQ”1”,KM2 断电，M2 停止运动。2.3.4 圆形工作台的控制为扩大机床的加工能力，可安装附件圆形工作台，圆形工作台可手动，也可机动。当需要机动时，将纵向和十字手柄扳到”中“为，然后将圆形工作台转换开关扳到”接通“位置，由图 2.1 可以看出，这时 SA1 的三个触头状态为：031,1 21,011SASASA，在主轴电机 M1 启动后，控制线路：攀枝花学院课程设计(论文)2 X52K

25、 型铣床控制系统分析10 1 321222123246KMSASQSQSQSQSQ使 KM2 得电动作，带动圆形工作台转动。由于上式中含有连锁，保证了只有一个方向的运动。攀枝花学院课程设计(论文)3 PLC 简介11第3章 第3章 PLC 简介PLC 简介3.1 PLC 的简史 3.1 PLC 的简史 起源：1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称 Programmable，是世界上公认的第一台 PLC。1

26、969 年，美国研制出世界第一台 PDP-14 1971 年，日本研制出第一台 DCS-8 1973 年，德国研制出第一台 PLC 1974 年，中国研制出第一台 PLC 发展：20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC）。20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发

27、展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治

28、地位的 DCS 系统。20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。可靠性高，抗干扰能力强、丰富的 I/O 接口模块、编程简单、安装简单，攀枝花学院课程设计(论文)3 PLC 简介12维修方便、配套齐全，功能完美、体积小，重量轻，能耗低、系统设计，调试周期短。3.2 PLC 的基本组成及特点3.2 PLC 的基本组成及特点PLC 的组成：从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU板、I/O 板

29、、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU 的构成：CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信的寄存器中，同时，诊断电源号，去指挥有关的控制电路。CPU 主要由运算器

30、、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。I/O 模

31、块：PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。攀枝花学院课程设计(论文)3 PLC 简介13 模 拟 量：按 信 号 类 型 分，有 电 流 型（4-20mA,0-20mA）、电 压

32、型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。电源模块：PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。底板或机架：大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块

33、间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。3.3 PLC 的基本工作原理3.3 PLC 的基本工作原理 作为一种特殊形式的电脑控制系统，PLC 是利用电脑技术对传统的硬件逻辑控制系统-继电器控制柜-进行“硬件软化”的结果，但在运行方式上 PLC 的软件逻辑也与继电器控制系统的硬件逻辑存在根本性的区别。继电器控制系统的硬件逻辑采用的是并行运行的方式，即如果一个继电器的线圈通电或者放电，该继电器的所有触点（不论是常开还是常闭、也不论其处於继电器线路的哪个位置上）都会立即同时动作；而 PLC 的软件逻辑是通过 CPU 逐行扫描执行用户程序来实现的

34、，即如果一个逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点并不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除两者之间由於运行方式不同而造成的这种差异，PLC 在程序运行方式、输入输出操作、特殊功能模板等方面作了特别的考虑。循环扫描PLC 采用了一种不同於普通微型电脑的运行方式-循环扫描方式。因为继电器控制柜中各类触点的动作时间一般超过 100ms，因此只要 PLC 运行整个用户程序的时间-扫描周期-小於 100ms，其运行结果与继电器控制柜就没有什麽差别。建立 I/O 映像区PLC 在输入输出操作上采用定时采样、定时输出的方式。即在一个扫描周期的固定时刻（一般在扫描周期的开始或结束）采样所有的输入

35、点，采样结果存入 RAM 中一个区域（输入映像区）。这样在执行程序时，所需的现场讯息全部从输入映像区中取用，不直接从现场取样。同样控制讯息输出也不是采取攀枝花学院课程设计(论文)3 PLC 简介14生成一个就输出一个的方法，而是先将它们存放在 RAM 中的一个区域（输出映像区），扫描周期结束时再将输出映像区中控制讯息集中输出。通过建立 I/O 映像区，使 PLC 成为一个真正的数字采样控制系统；虽然 PLC 不可能像继电器控制柜那样随时根据现场输入实时控制现场输出状态，但只要采样周期足够短，即采样频率足够高，这样的采样系统应该完全符合实际系统的需要。特殊功能模板由於 PLC 在扫描周期方面限制

36、了用户程序的长度，这对於一般的数字量控制应该不成问题。但实际的生产过程对 PLC 提出了更多得要求模拟量处理、闭环控制、网络通讯、高速 I/O 等。对於模拟量输入输出以及简单的控制，一般是利用 PLC 的主 CPU 和一定的硬件支持，通过相应的软件来实现；其它情况由於牵涉到比较的计算量和 CPU 运算时间，以及 PLC 扫描周期的限制，一般采用自带 CPU 的专用模板，由模板系统软件完成相应的控制任务。这样，这些模板与 PLC 主 CPU 并行工作，两者之间通过总线接口进行联系，主 CPU 定期向模板发送命令，模板也定期将自身的状态讯息发送给主 CPU。综合以上所述，在完成系统自身初始化以後，

37、PLC 系统执行用户程序的循环扫描方式可分为三个阶段输入扫描、程序扫描、输出扫描。而计算量比较大或者响应实时性比较高的应用则由自带 CPU 的专用模板和专用软件来实现。攀枝花学院课程设计(论文)4 PLC 输入输出地址分配15第4章 第4章 PLC 输入输出地址分配PLC 输入输出地址分配4.1 改造的目的4.1 改造的目的传统 X52K 立式铣床由于采用的是继电器控制，继电器控制存在许多缺点，如电路接线复杂，触点多，噪声大，可靠性差，故障诊断与排除等。绝大多数控制继电器的触点容易产生电弧，甚至会在融在一起产生误操作，引起严重后果。而且继电器控制系统必须是手工接线，安装，如果有简单改动，也需要

38、花费大量的时间及人力和物力去改制，安装和调试。若用 PLC 控制就避免了这些问题，通过以 PLC 为控制核心，采用，传感器等技术对 X52K 机床控制部分进行电气改造。因为 PLC 的优点有：（1）PLC 系统的维修简单，维修时间短。PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。（2）PLC 有较高的易操作性。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生误操作。（3）PLL 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率很低。（4）对 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入可直接显示

39、，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序的寻找，然后进行更改。（5）PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程简单。以上特点使用 PLC 控制系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能量力强，运行稳定等诸多优点。4.2 PLC 设计方案的确定 4.2 PLC 设计方案的确定 设计方案为(1)不改变原控制系统电气操作方法。(2)不改变原电气系统控制元件(包括按钮、行程开关、接触器、中间继电器，作用均与原电气线路相同)。(3)原控制线路中热继电器仍用硬件控制(因过载使用几率较少)。攀枝花学院课程设计(论文)

40、4 PLC 输入输出地址分配16(4)主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变。(5)原铣床的工艺加工方法不变。(6)只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。4.3 PLC 的选择4.3 PLC 的选择根据图 2.1 可知：控制系统的输入端连接原器件为 3 个按钮、8 个开关、3 个热继电器触头，总共需要 14 个点输入。但是按照设计规则输入口个数为：171201400个。输出端连接的元器件为 4 个接触器线圈、1 个制动器线圈、2 个进给及快速离合器线圈，总共需要 9 个输出点，但是按照设计规则输出点个数为：118.10120900。根据现有的软件和软件实用性，选

41、择西门子系列的 S7-200，它有 4 种 CPU，其 4 种基本配置如下：1）由 CPU211 组成的基本配置，包含 1 个 6 个点数字量输入和 4 点数字量输出的最小系统。输入点地址：I0.0、I0.1.I0.5；输出点地址：Q0.0、Q0.1.Q0.3。2）有 CPU222 组成的基本配置，包含 1 个 8 个点数字量输入和 6 点数字量输出的较小系统。输入点地址：I0.0、I0.1.I0.7；输出点地址：Q0.0、Q0.1.Q0.5。3）有 CPU224 组成的基本配置，包含 1 个 14 个点数字量输入和 10 点数字量输出的小型系统。输入点地址：I0.0、I0.1.I0.7、I1

42、.0.I1.5；输出点地址：Q0.0、Q0.1.Q0.7、Q1.0、Q1.1。4）有 CPU226 组成的基本配置，包含 1 个 24 个点数字量输入和 16 点数字量输出的小型系统。输入点地址：I0.0、I0.1.I0.7、I1.0.I1.7、I2.0.I2.7；输出点地址：Q0.0、Q0.1.Q0.7、Q1.0、Q1.1.Q1.7。X52K 型立式铣床 PLC 控制系统的输入端需要 14 个点，输出需要 11 个点，所以 PLC 可以选择 S7-CPU226 型。4.4 地址分配4.4 地址分配根据 X52K 铣床的控制要求，设计铣床 PLC 控制系统的输入输出地址分配如表4.1 所示。攀

43、枝花学院课程设计(论文)4 PLC 输入输出地址分配17表 4.1 X52K 型立式铣床 PLC 输入输出地址分配表输 入 信 号输 出 信 号 名称代号输入点编号名称代号输出点编号主电机制动按钮SB1，SB2I0.0主电机起停接触器KM1Q0.0主电机启动按钮SB3，SB4I0.1进给电机正转接触器KM2Q0.1工作台快速移动按钮SB5，SB6I0.2进给电机反转接触器KM3Q0.2“向右”行程开关SQ1I0.3快速移动用接触器KM4Q0.3“向左”行程开关SQ2I0.4电磁制动器YBQ0.4“向前”、“向下”行程开关SQ3I0.5进给电磁离合器YC1Q0.5“向后”、“向上”行程开关SQ4

44、I0.6快速电磁离合器YC2Q0.6主变速行程开关SQ6I0.7 指示灯HLQ0.7进变速行程开关SQ7I1.0照明灯ELQ1.0圆工作台开关SA1I1.1主轴换刀开关SA2I1.2主电机热继电器KR1I1.3冷却泵电机热继电器KR2I1.4进给电机热继电器KR3I1.5转换开关SA4I1.6攀枝花学院课程设计(论文)4 PLC 输入输出地址分配18X52K 型立式铣床的 PLC 控制接线图如图 4.2 所示图 4.2 X52K 型立式铣床控制接线图攀枝花学院课程设计(论文)5 PLC 电器元件选择19第 5 章 PLC 电器元件选择第 5 章 PLC 电器元件选择X52K 型立式铣床的 PL

45、C 控制选择的是 S7-200，CPU226 型，CPU226 型采用直流输入、输出，输入、输出电压为 24V。1）主轴电机选择。根据功率 7KW,转速 1450r/min 可知，选择电机型号为J-52-5。2）进给电机选择。根据功率 1.5KW，转速 1410r/min 可知，选择电机型号为J02-22-4。3）冷却泵电动机选择。功率 0.125KW，转速 2790r/min，选择点击型号为J02-22-0。4）熔 断 器 选 择。根 据 主 轴 电 机 的 功 率 7KW，电 压 为 380V，可 知AVPI42.18，再加上其他因素影响，取电流为 25A，选择熔断器为RL1-40-20，

46、作为主线路电路保护。5）接触器选择。根据使用电压为 380V，选用 CJ40-9/03、CJ40-16/03 型。6）可编程控制器选择。上面已经计算选为 S7-200，CPU226 型。7）按钮选择。同时考虑电压、电流、操作安全等因素，选择的按钮是具有各自颜色要求。停止按钮用红色；启动按钮和其他用绿色，共选择 6 组按钮。8）组合开关选择。依据电压 380V，电流不同选择为 HZ1-10/3J 10A 500V；HZ1-10/3J 10A 500V；HZ1-10/3J 40A 500V。9）行程开关选择。选择为 LX1-11K 型。10）热继电器选择。JR20-10 型。各个电器元件选择数量型

47、号等如 5.3 表所示攀枝花学院课程设计(论文)5 PLC 电器元件选择20表 5.3 X52K 型立式铣床 PLC 控制系统的元器件清单元件名称符号型号规格数量功能自动开关QFHZ15-63/3011线路主电源控制熔断器FURL1-40-206主电路短路保护接触器KM1CJ40-16/031主轴电机启动接触器KM2CJ40-9/031进给电机正转接触器KM3CJ40-9/031进给电机反转接触器KM4CJ40-9/031快速移动电动机M1J-52-51主轴电机电动机M2J02-22-41进给电机电动机M3J02-22-01冷却泵电机可编程控制器S7-200CPU2261系统控制按钮SB1HB

48、Y51主轴停止按钮SB2HBY51主轴停止按钮SB3HBY51主轴启动按钮SB4HBY51主轴启动按钮SB5HBY51快速移动按钮SB6HBY51快速移动组合开关SA1HZ1-10/3J10A 500V1圆工作台运动组合开关SA2HZ1-10/3J40A 500V1主轴换刀组合开关SA3HZ1-10/3J10A 500V1冷却泵电机转换开关组合开关SA4HZ1-10/3J10A 500V1照明灯转换开关组合开关SA5HZ1-10/3J10A 500V1主轴电机换向行程开关SQ1LX1-11K1进给电机正转行程开关SQ2LX1-11K1进给电机反转行程开关SQ3LX1-11K1进给电机正转行程开

49、关SQ4LX1-11K1进给电机反转热继电器FR1JR20-16/4S1主轴电机过载保护热继电器FR2JR20-10/3R1冷却泵电机过载保护热继电器FR3JS20-10/10R1进给电机过载保护攀枝花学院课程设计(论文)6 PLC 编程21第6章 第6章 PLC 编程PLC 编程6.1 PLC 梯形图6.1 PLC 梯形图X52K 型立式铣床的加工要求大致有上下、前后、左右快速移动及共进；圆工作台的转动等，根据铣床的加工要求绘制的梯形图如图 4.1 所示。攀枝花学院课程设计(论文)6 PLC 编程226.2 PLC 语句表6.2 PLC 语句表LD I0.1O Q0.0AN I0.0AN I

50、1.0O I1.0AN I1.2AN I1.3AN I1.4=Q0.1Network 2LD I0.2AN I1.5AN I0.0AN 11.0AN I1.2AN I1.3AN I1.4=Q0.3Network 3LDN I0.7AN I0.6AN I0.5LDN I1.1AN I0.3AN I0.4攀枝花学院课程设计(论文)6 PLC 编程23OLDLD Q0.0O Q0.3ALDLD I0.3O I0.5ALDAN I1.5AN I1.1LD I1.1AN I0.7LDN I1.1A I0.7OLDAN I0.3AN I0.4AN I0.5AN I0.6OLDAN Q0.2=Q0.1Net