XA6132万能铣床电气控制电路的PLC改造 - 图文

电气控制与PLC课程设计

题目： XA6132万能铣床电气控制电路的PLC改造

系别：电气工程与自动化系 专业：自动化 学号：B11043613 姓名：牛亚涛 指导老师：何大庆

XA6132万能铣床电气控制电路的PLC改造

【摘要】可编程控制器（PLC)是近年来发展迅速应用广泛的控制装置，是一种工业环境应用而设计的数字电子控制系统，它不仅可以取代传统的继电器-接触器控制系统，还可以完成逻辑运算，顺序控制，定时,计数，数值计算和特定的功能，其应用于从单机自动化控制到整条生产线的自动化及至整个工厂的生产自动化控制，使电器控制技术进入了一个暂新的阶段，目前PLC控制几乎在工业生产的所有领域都得到了广泛的应用。

本次设计的主要内容是利用PLC对XA6132万能铣床的电器部分进行改造。先对本设计进行总体的思考，使自己有一个大致的总体概念，然后仔细分析XA6132铣床，该床除主运动和较复杂的进给运动外，还有其他辅助运动，如圆工作台的旋转，圆工作台是为了扩大机床的生产能力而安装的附件。另外该床运动较多，电气控制较复杂，为安全可靠工作，还设置完善的连锁与保护。了解铣床基本结构和电气控制后，根据电气原理图，编译PLC梯形图，编译通过后，利用PLC实验台进行实验仿真。因此铣床在完成原有功能特点外，还具有安装简便，稳定性好，易于维修，扩展能力强等特点。

【关键词】 可编程控制器 XA6132万能铣床 电气控制 改造

XA6132 universal milling machine electric control circuit of PLC transformation

【Abstract】The Programmable controller (PLC) is widely

used in recent years the rapid development of control device, is an industrial environment application and design of digital electronic control system, it not only can replace traditional relays - contactor controlling system, but also can complete logic operation sequence control, timing, counting, numerical calculation and specific functions, its application in automatic control from the unit to the whole production line of automation until the entire factory production automation control, make electrical control technology has entered a new stage, the current transient PLC control in almost all areas of industrial production have been widely used.

The design of the main content is to XA6132 universal milling machine using PLC electrical parts of reforming. This design first overall thinking, make oneself have a general overall concept, then XA6132 milling machine, the careful analysis bed in addition to the main sports and more complex feed movement outside, still have other auxiliary motion, like a round table, a round table of

rotating machine is to expand the production capacity and install accessory. In addition the bed movement more, electric control is more complex, as safe and reliable work, also set up perfect chain and protection. Understand the basic structure and electrical control milling machine, the electrical diagram, compile PLC ladder diagram, compile using PLC test bench after experiment simulation. So completed the original function characteristics in milling outside, still have convenient installation, good stability, easy maintenance and patulous ability strong characteristics.

【Keywords】Programmable controller XA6132 universal milling

machine electric control reform

目录

第一章 引言..........................................................................................6 1.1研究背景及意义......................................................................6 第二章 铣床与PLC概述.....................................................................7 2.1 铣床简介及主要特点...........................................................7 2.2 XA6132铣床...........................................................................8 第三章 机床的PLC控制系统设计....................................................11 3.1 机床PLC控制系统设计的基本原则...................................11 3.2 机床PLC控制系统设计的基本内容...................................12 3.3 机床PLC控制系统设计的一般步骤....................................13 3.4 XA6132铣床进行PLC改造需解决的问题..........................13 3.5 XA6132铣床进行PLC改造方法及步骤..............................15 第四章 设计要求..................................................................................16 4.1 工艺要求..................................................................................16 4.2 机床的电力拖动特点和控制要求.........................................16 4.3 原机床的控制过程.................................................................18 第五章 控制系统的PLC设计......................................................28 5.1 硬件设计...................................................................................28 5.2 软件设计...................................................................................30 总结........................................................................................................3 致谢 参考文献

第一章 引言

一、 研究背景及意义

生产中广泛采用各种机床设备，不过传统的机床电气控制系统一般采用继电器接触器控制方式。这种控制方式由于控制方法简单、成本低等特点，在传统机械设备中应用广泛。但是由继电器构成的电气控制系统有着体积大、耗电多、可靠性差、寿命短等明显缺点。尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计并改变硬件结构，造成时间和资金的严重浪费。

随着科学技术的发展，PLC 技术被逐渐引入到各种生产机械 设备中。与传统继电器控制相比，可编程控制器具有可靠性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及故障自诊断等特点，特别适合应用于机床控制系统的开发和应用，通过使用PLC设计机床控制系统，可以减少强电元器件数目，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的品质和生产效率。目前，国内许多厂家的自动控制系统及加工机床都采用PLC代替继电器控制。

. 可编程逻辑控制器(PLC)，是计算机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是近年来发展最迅速，应用最广泛的工业自动控制装置之一。目前PLC 技术很成熟，所以基于PLC 的机床电气控制系统设计具有良好的可行性。在我国PLC 的应用比例还不足10％，有广阔的市场前景。因此该课题的研究具有一定的应用价值。 7

第二章 铣床概述

2.1 铣床简介及主要特点

铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，已成为现代生产中的主要设备。铣床主要是用于加工零件的平面、斜面、沟槽、成型面的加工机床。可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、传动箱、铣夹头、平口钳等附件。其用途广泛，在机械行业的机床设备中占有相当大的比重。 铣床主要特点

1）工作台沿床鞍移动实现纵向运动、床鞍沿升降台移动实现横向运动、其垂向运动由升降台沿床身导轨移动实现。

2）机床具有基础铸件钢性好，能承受重负荷切削。

3）主轴传动和进给传动均采用18级齿轮变速，具有较宽的变速范围和很宽的加工范围。

4）机床电气控制贯彻了国家GB5226.1-2002标准，提高了安全性和可靠性。

5）机床通用性强、互换性好，可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、铣夹头等附件，进一步扩大机床加工范围。

6）容易磨损的部分都有消除间隙的调整装置。保证机床的精度和工作平稳。

铣床的作用及其结构运动

1 作用：

铣床是用于成形面加工的机床，如加工平面、键槽、斜面、球面等。常见的铣床有平面铣床、立式铣床、仿形铣床、专用铣床等。在机床中，铣床使用量除车床外，位居第二。

2 结构：

铣床的主要组成部件有：底座、工作台、铣刀架、主轴变速箱、进给变速箱等。

3 运动：

主运动：铣刀的旋转运动

辅运动：进给运动和冷却泵旋转运动 进给运动可以按以下几种方式分类：

速度 工作进给，简称工进

快速进给，简称快进

方式方向 圆工作台进给 左右

矩形工作台进给 上下

前后

2.2 XA6132铣床

本设计以XA6132型万能铣床为研究对象，保持原铣床的工艺和操作方法,让整个设备具有更好的协调性。最终实现铣床通用性、实用性、可靠性及有效速率得到有效的应用。

XA6132型铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。万能铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型控制。XA6132型铣床的电气控制系统,在线路、故障率、维护工作上操作简单，成本低廉等特点。本文提出了XA6132型铣床的继电器接触式控制系统进行技术,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。

.XA6132型万能铣床主要技术参数

表2-1XA6132型万能铣床主要技术参数

主要技术参数 工作台尺寸 三向行程(X/Y/Z) 680×240×300(机动mechanic) 主轴中心线至工作台距离 主轴中心至床身垂直导轨的距离 主轴转速范围 工作台进给范围(X/Y/Z) steps)23.5-1180/23.5-1180/8-394 工作台快速移动速度(X/Y/Z) 外型尺寸 电动机功率 净重/毛重 单位 mm mm mm mm r.p.m mm/min mm/min mm kw kg X6132 1320×320 700×255×320(手动manual) 30-350 215-470 18(级steps)30-1500 18(级2300/2300/770 2294×1770×1665 7.5 2650/2950

XA6132型铣床的控制要求，具体有以下几点：

a.主轴电动机正反转运行，以实现顺铣、逆铣； b.主轴具有停车制动；

c.主轴变速箱在变速时具有变速冲动，即短时点动； d.进给电动机双向运行；

e.主轴电动机与进给电动机具有联锁，以防在主轴没有运转时，工作台进给损坏刀具或工件；

f.圆工作台进给与矩形工作台进给具有互锁，以防损坏刀具或工件；

g.矩形工作台各进给方向具有互锁，以防损坏工作台进给机构； h.工作台进给变速箱在变速时同样具有变速冲动；

i.主轴制动、工作台的工进和快进由相应的电磁离合器接通对应的机械传动链实现；

j.具有完善的电气保护。

XA6132铣床元件选型

表2-2铣床的电机参数参照表

符号 M1 M2 M3 名称 主轴电动机 进给电动机 冷却泵电动机 型号 规格 件数 1 1 1 作用 主轴传动 进给传动 冷却泵传动 Y132M—4—B3 7．5KW，380V，1450r/min Y90L—4 JCB—22 1．5KW,380V,1400r/min 0．125KW,380V,2790r/min 表2-3.8铣床的基本元件一览表

符号 KM1 KM2 KM3 KM4 KA1 KA2 KA3 SB1、2 SB3、4 SB5、6 SA1 SA2 SA3 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 FR1 FR2 FR3 FU1 FU2 FU3 FU4、FU5 QF VC TC1 TC2 YC1 名称 接触器 接触器 接触器 接触器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 按钮 按钮 按钮 转换开关 转换开关 转换开关 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 热继电器 热继电器 热继电器 熔断器 熔断器 熔断器 熔断器 低压断路器 整流器 变压器 变压器 电磁离合器 型号 CJO—20 CJO—10 CJO—10 CJO—10 JZ7-44 JZ7-44 JZ7-44 LA2 LA2 LA2 规格 10A,110V 10A,110V 10A,110V 10A,110V 10A,110V 10A,110V 10A,110V 绿色 黑色 红色 件数 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 １ 1 １ 1 1 1 1 1 1 1 3 3 2 2 1 1 1 1 1 主轴正传 主轴反转 进给正转 进给反转 主电动机起停控制 工步进给与快速进给转换控制 冷却泵电动机控制 M1启动按钮 快速进给按钮 M1停止按钮 M1换向开关 换刀开关 冷却泵开关 向右进给 向左进给 向后、向上进给 向前、向下进给 M3过载保护 M1过载保护 M2过载保护 总电源短路保护 进给短路保护 控制电路短路保护 照明电源短路保护 低压断路保护 整流作用 控制电路变压器 照明变压器 工步进给控制电磁铁线圈 作用 HZ1—10/E16 三极 HZ1—10/E16 三极 HZ1—10/E16 三极 LX1—11K LX1—11K LX2—131 LX2—131 JR10—10 JRQ—40 JR10—10 RL1 RL1 RL1 RL1 —— ZCZX4 BK—150 BK—50 B1DL—III 开启式 开启式 单轮，自动复位 单轮，自动复位 3A、5A 11A、3A 0.415A 30A 10A 6A 4A —— 5A，50V 380/127V 380/36V ——

YB EL 电磁离合器 照明灯 —— JC6-Z —— —— 1 1 主轴制动控制电磁铁线圈 工作照明 XA6132主电路分析

主轴电动机M1由正、反接触器KM1、KM2实现正反向运行直接启动，由热继电器FR2实现长期过载保护。

进给电动机M2由接触器KM3、KM4实现正反运行直接启动，由热继电器FR3实现长期过载保护。

冷却泵电动机M3由继电器KA3实现直接起动，由热继电器FR1实现长期过载保护。

第三章 机床的PLC控制系统设计

3.1机床PLC控制系统设计的基本原则

设计任何一个机床PLC控制系统，如同设计任何一种机床电气控制系统一样，其目的都是通过控制被控对象机床来实现其机械加工的生产工艺要求，提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则:

(1) 机床PLC控制系统应能控制机床设备最大限度地满足机床的生产工艺要求。

（2） 在满足生产工艺要求的前提下，力求使PLC系统越简单、越经济，操作使用及维护维修越方便越好。

（3） 要充分保证PLC控制系统的安全和可靠性。

（4） 考虑到今后加工生产的可持续发展和机床工艺的不断改进，在配置PLC硬件设备时应适当留有一定的扩展余量。

3.2 机床PLC控制系统设计的基本内容

机床PLC控制系统是由PLC与机床输入、输出设备连接而成的。因此，机床PLC控制系统设计的基本内容应包括以下主要内容： 1）选择机床输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件。

2）PLC的选择。PLC是PLC系统的核心部件。正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标将起着重要的决定性作用。选择PLC，主要包括机型、容量的选择以及I/O模块、电源模块等的选择。

3）分配I/O点，绘制PLC的实际接线图。

4）控制程序设计，包括控制系统流程图、状态转移图、梯形图、语句表等的设计。控制程序是控制整个机床系统工作的软件，是保证机床系统工作正常、安全、可靠的关键。因此，设计的机床控制程序必须经过反复调试、修改，直到满足机床生产工艺要求为止。

5）必要时还要设计机床控制台等。 6）编制机床PLC控制系统的技术文件。

3.3机床PLC控制系统设计的一般步骤

主要包括：

1）根据生产的工艺过程分析控制要求，了解需要完成的动作、操作方式。

2）根据控制要求确定所需要的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O接点数。

3）选择PLC机型及容量。

4）定义输入、输出点名称，分配PLC的I/O点，设计PLC的实际接线图。

5）根据PLC所要完成的任务及应具备的功能进行PLC程序设计，同时可进行控制台的设计和现场施工。

3.4 XA6132铣床进行PLC改造需解决的问题

采用PLC对XA6132万能铣床进行电气控制系统改造，需要解决两个主要的问题，一是基于PLC的铣床电气控制系统硬件设计，二是基于PLC的铣床电气控制系统软件设计。

1．基于PLC的铣床电气控制系统硬件设计 （1）分析被控制对象

将被控对象按功能进行相互独立的分解，这样便于确定PLC的资

源分配，属于化整为零的设计思路。通过PLC来实现铣床电气控制系统的各项功能，需要将各种控制和检测信号通过按钮和检测元件输入PLC，再通过PLC内部程序的运算将结果输出到各种执行设备，完成电气控制系统对于铣床的控制。每个功能的输入信号，都可以通过控制面板上的按钮进行操作，输出则可以通过接触器、电磁阀等执行机构完成。

（2）根据控制对象确定I／O点

根据分解后的各个功能项，对PLC所需的输入输出点数量进行确定

（3）PLC的选型

XA6132万能铣床所需的I／O点总数在256以下，属于小型机的范围。控制系统只需要逻辑运算等简单功能。主要用来实现条件控制和顺序控制，可选择小型机系列，它的价格低，体积小，非常适用于单机自动化控制系统。

2．基于PLC的铣床电气控制系统程序设计 （1）程序要求分析

PLC控制系统其优点在于根据加工工艺要求的不同相应的修改程序就可以实现。因此系统的自动控制程度很高。铣床电气控制系统属于广泛的应用系统，不针对特殊的加工工艺，因此PLC内部的程序只需要相对每个控制按钮发出的信号，做出相应的动作即可。 （2）基于PLC的铣床电气控制系统程序

PLC的程序可以采用梯形图、语句表、程序块等形式表示。为了与继

电器一接触器系统相承接，采用梯形图形式对铣床电气控制系统进行编程。

3.5 XA6132铣床进行PLC改造方法及步骤

根据XA6132 万能铣床的具体控制要求和电气原理图，确定输入输出点数，编写控制流程图，设计出PLC 控制程序，并调试运行。具体为以下几个步骤：

1．分析XA6132 万能铣床的电气控制要求和电气控制原理图； 2．根据XA6132 万能铣床控制要求，确定输入输出信号；

3．利用PLC 梯形图与电气原理图之间的对应关系，对机床进行PLC 改造，具体包括程序编制，调试运行等内容。

第四章 设计要求

4.1工艺要求

不变动原机床的控制操作，保留各原有按钮交流接触器，行程开关，热继电器等机械动作。为保证人身财产的安全起见热继电器不接入PLC的输入端，而直接接在PLC的输出端

4.2机床的电力拖动特点和控制要求

1） XA6132万能卧式铣床，主轴传动系统在床身内部，进给系统在升降台内，而且主运动与进给运动之间没有速度比例协调的要求。故采用单独传动，即主轴和工作台分别由主轴电动机，进给电动机拖动。而工作台进给与快速移动由进给电动机拖动；经电磁离合器传动来获得。

2）主轴电动机处于空载下起动，为能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能称实现正、反轨但旋转方向不需经常改变。仅在加工前预选转动方向而在加工过程中不交换。

3）铣削加工是多刀多刃不连续切削，负载波动。为减轻负载波加动的影响，往往在主轴传动系统中加入飞轮，使转动惯量加大，但为实现主轴快速停车，主轴电动机应设有停车制动。同时，主轴在上刀时，也应使主轴制动，为此本铣床采用电磁离合器控制主轴停车制动和主轴上刀制动。

4）工作台的垂直，横向和纵向三个方向的运动由一台进给电动

机拖动，而三个方向的选择是由操纵手柄改变传动链来实现的。每个方向又有正反向的运动，这就要求进给电动机能正、反转。而且，同一时间只允许工作台只有一个方向的移动，故应有联锁保护。

5）使用圆工作台时，工作台不得移动，即圆工作台的旋转运动与工作台上下，左右，前后六个方向的运动之间有联锁控制。

6）为适应铣削加工需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。XA6132万能铣床采用机械变速，改变变速箱的传动比来实现，为保证变速时齿轮易于啮合，减少齿轮端面的冲击，要求变速时电动机有冲动控制。

7）根据工艺要求。主轴旋转和工作台进给应有先后顺序控制，即进给运动要在铣刀旋转之后进行，加工结束后必须在铣刀停转前停止进给运动。

8）为供给铣削加工时冷却液，应有冷却泵电动机拖动冷却泵，供给冷却液。

9）为适应铣削加工时操作者的正面与侧面操作要求，机床应对主轴电动机的走动与停止及工作台的快速移动控制，具有两地操作的性能。

10）工作台上下、左右、前后六个方向的运动应具有限位保护。 11）应有局部照明电路

4.3原机床的控制过程

4.3.1主拖动控制电路

图4-1 XA6132卧式万能铣床电气控制原理图

图4-1是XA6132卧式万能铣床的电气控制原理图。图中M1为主轴电机，M2为工作台进给电机，M3为冷却泵电动机。该电路的一个特点是采用电磁离合器控制，另一个特点是机械操作和电气操作密切配合进行。因此，在分析电气原理图时，应对机械操作手柄与相应电器开关动作关系，对各开关的作用及指令开关状态弄清楚。 1) 主轴电动机的起动控制 主轴电动机M1由正反转接触器KM1、KM2来实现正、反转全压起动，而由主轴换向开关SA4来预选电动机的正反转。由停止按钮SB1或SB2，起动按钮SB3或SB4与KM1、KM2构成主轴电动机正反转两地操作控制电路。起动时，应将电源引入开关QF1闭合，再把换向开关SA4扳到主轴所需的旋转方向，然后按下起动按钮SB3或SB4，中间继电器KA1线圈通电并自锁，触头KA1闭合，使KM1或KM2线圈通电吸合，其主触头接通主轴电动机，M1实现全压起动。而KM1或KM2的一对辅助触头KM1或KM2断开，主轴电动机制动电磁摩擦离合器线圈YC1电路断开。继电器的另一触头KA1闭合，为工作台的进给与快速移动作好准备。

总结

系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。在这个过程中我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识与体会，并在学习和实践过程中增长了知识。丰富了经验。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与调试的过程来进行。系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程。在设计过程中，要边学习边实践，遇到新的问题就不断探索和努力，即可使问题得到解决。

在设计中体会到理论必须和实践相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多的差异，出现了很多意想不到的问题。许多问题在书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到控制要求的系统。

通过本次设计和论文的撰写，让我对以前的知识又做了复习和巩固，同时学习了以前学的不好或者没有学到的知识。总之，本次设计的过程，对我的整体素质有了较大的提高，对我以后的工作和学习具有重要意义！

在完成毕业设计过程中，由于专业知识有限，且缺少实践经验，使得设计中难免出现纰漏之处，所以恳请各位指导老师给予批评指正。

致谢

这不单是一个毕业设计课题，同时也是对我们整个大学二年的学习的一个深刻总结。老师的严谨治学态度、渊博的知识无私的奉献精神使我深受启迪。在这里要感谢指导老师何大庆老师给我的悉心指导，并且为我提供了设计的思路和方法，帮我解决了在设计过程中遇到许多困难，也要感谢在设计中给予我帮助的同学。与此同时也衷心感谢二年来教过我的所有老师，在他们辛勤的培养和悉心教育下，不仅使我具备了坚实的专业知识，还掌握了学习的方法。再次向老师和同学致以最衷心的感谢和深刻的敬意。

参考文献

1. 许廖主编，《电机与电气控制技术》，机械工业出版社，2005 2. 廖长初主编，《PLC编程及应用》第三版，机械工业出版社，2008 3. 张立科主编，《PLC应用开发技术与工程实践》，人民邮电出版社，2006

4. 吴中俊 黄永红主编，《可编程序控制器原理及应用》第二版，机械工业出版社，2004

5. 朱文杰主编，《PLC编程设计与案例》，机械工业出版社

6. 马丁主编，《西门子PLC常用模块与工业系统设计实例精讲》，电子工业出版社

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6zm2.html