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1、摘要本论文是研究机械加工中常用的X52K立式铣床的电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本文对X52K电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高铣床的工作性能。论文分析了立式铣床控制原理，制定了可编程控制器改造立式铣床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件
2、接线图的绘制。对PLC铣床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。关键词：可编程控制器，立式铣床，电气控制系统ABSTRACTThis paper is to study the machining X52K vertical milling machine commonly used in electrical control system transformation issues, Designed to address the traditional relay - contactor electric
3、al lines exist in a complex control system, reliability, poor stability, fault diagnosis and rule out the difficulties problems. As the PLC electrical control system and relay - contactor electrical control system, compared with a simple structure, easy programming, debugging short cycle, high relia
4、bility, strong anti-interference, the failure rate is low, the work environment requires a series of advantages of low. Therefore, this paper X52K the transformation of electrical control system, PLC control technology will be applied to programs in the transformation, which greatly enhance the perf
5、ormance of the work of milling. Paper analyzes the vertical milling machine control theory, developed a programmable controller transformation of vertical milling machine electrical control system design, completed the electrical control system hardware and software design, including the choice of P
6、LC models, I / O ports distribution, I / O hardware, wiring diagram drawing. The work of the PLC milling process were described in detail, discusses the use of PLC to replace the traditional relay - contactor electrical control system to improve machine tool performance, and gives the corresponding
7、control schematic.Keywords: PLC ， vertical milling machine, electric control system目录1 引言1.1课题研究的背景11.2国内外研究综述11.3技术及经济分析22 铣床的概述2.1 铣床的现状及发展32.2 铣床的分类41.2.1铣床按照结构分类41.2.2按照布局和适用范围分类51.3.3 按照控制分类52.3 铣床的性能及特点52.4 铣床的维修及保养7小结73 PLC的介绍3.1 PLC的概述83.2 PLC的分类83.2.1按照I/O点数分类83.2.2按照结构形式分类93.3 PLC的硬件组成93.3
8、.1 CPU的构成93.3.2 I/O口模块103.3.3 电源模块103.3.4 底板和机架113.3.5 PLC系统的其他设备113.4 PLC的软件组成及图像表示113.4.1 梯形图程序的设计123.4.2 功能模块图的设计语言13小结134 系统硬件电路设计4.1铣床控制系统的总体要求144.1.1系统组成144.1.2铣床运行原理144.2铣床被控对象的设计要求154.3铣床电气原理图的设计164.3.1主轴电动机M1控制164.3.2进给电动机M2控制174.3.3冷却泵电动机的控制与工作照明194.3.2控制电路的联锁与保护194.4控制电路元器件的设计194.4.1铣床电动机
9、的选择194.4.2按钮、低压开关的选用214.4.3熔断器的选用224.4.4 热继电器的选用234.4.5接触器的选用244.5 铣床控制电路的分析25小结275 铣床软件的设计5.1铣床主程序285.2铣床的程序设计29小结316 铣床故障分析及问题铣床常见问题分析32小结34参考文献35致谢361 引言1.1 课题研究的背景机床是机械加工生产过程中最重要的生产设备之一，通过对机床进行电气控制，可实现机床的各种工作状态，以满足零件加工工艺的要求，对于机床设备来说加工精度及生产效率是至关重要的。一台车床的电气控制性能的好坏直接影响零件的加工精度及整个生产过程的效率，甚至影响着其他机械产品的
10、生产技术水平和经济效益。因此，机床的现代化水平和规模是一个国家工业发达程度的重要标志之一。随着机械加工领域零件产品的多样化少量化以及日趋复杂化，金属钻削制造业对能够加工出高质量、高精度、高效率、低成本产品的机床的需求日益增加。所以就要求我们如何在现有生产能力的基础上能够简单、实用、高效、经济地生产出具有复合加工能力的机床，在日趋激烈的市场竞争中求得生存并发展。1.2 国内外对铣床研究综述可编程控制器是计算机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是发展迅速应用广泛的工业自动控制装置之一。现代的可编程控制器除了开关量的控制功能外，还具有模拟量控制、智能控制、时实监控、远程控制和联网功能等，而且体积
11、小、可靠性高、编程方法简单。因此，可编程控制器取代继电器广泛应用于各种领域中，以满足现代化大生产中的高效、高可靠性高难度的自动化要求，如产品的技术、温度、压力、流量的设定与控制、生产工艺的死循环过程控制、通信与远程控制等。20世纪60年代，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制代替传统的继电接触器控制，但因价格昂贵、输入输出电路不匹配、编程复杂等原因，而没能得到推广和应用。20世纪50年代末，美国通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断翻新的需要，提出需要有这样一种控制设备。1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，用在GM公司生产线上获得成功。其后日本、德国等相继引入，可编程控制器迅速
12、发展起来。这一时期它主要用于顺序控制。虽然也采用了计算机的设计思想，但实际上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为PLC（Programmable Logic Controller）。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强。PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID(proportion Integral Differential)控制等，易于实现柔性制造系统FMS。远程通信功能的实现更使得PLC如虎添翼。无怪乎有人将PLC称为现代化控制的三大支柱(即PLC、机器人和计算机辅助设计/制造CAD/CAM)之一。由
13、于PLC的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，故称为“可编程控制器”，简称PC(Programmable Controller)。但因PC容易和“个人计算机”(Personal Computer)混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。对于PLC的定义,国际电工委员会(IEC)在1987年2月颁布的可编程控制器标准的第三稿中写道:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用设计的。它采用可编程序的内存，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关
14、设备，都应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。”目前PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具，加速了机电一体化的进程。立式铣床通过与PLC的结合，方显蓬勃。1.3 技术及经济分析铣床是一种进行特定加工的高效率、自动化专用设备。它通常采用继电器逻辑控制方式，存在着控制柜体积大、改变控制方式困难、柔性差、设备的电控系统故障率高，检修周期长等缺点。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。近年来PLC 机在工业自动控制领应用愈来愈广， PLC抗干扰能力强，可靠性高、寿命长，适合于工业设备的改造，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方
15、面所表现出的综合优势，较好地提高了其可靠性和灵活性，是其它工控产品难以比拟的。如果用PLC 控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。2 铣床的概述2.1 铣床的现状及发展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，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。 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。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个
16、很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。在我国7080年代大多数铣床中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此,继电器本身固有的缺陷,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。从上世纪80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床一直给予较大的关注。经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自动铣
17、床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于80 年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。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。在控制方法上，
18、从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，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。X52K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。工业、农业、科学和国防现代化建设要求机械产业不断地提供各种先进的设备。如电力机床、内燃机车、工程机械等设备。利用刀具对金属毛坯进行切削，从而加工出机械零件的工作机械称为金属切削机床，简称机床。机床是现代机械制造业中最重要的加工设备，在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量
19、约占机械制造总工作量的40%60%。机床的性能直接影响机械产品的性能、质量和经济性。因此，它是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床的拥有量及其先进程度将直接影响到国民经济各部门生产发展和技术进步的能力。2.2铣床的分类2.2.1按其结构分：(1)台式铣床小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。(2)悬臂式铣床铣头装在悬臂上的铣床，床身水平布置，悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动，铣头沿悬臂导轨移动。(3)滑枕式铣床主轴装在滑枕上的铣床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动，滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。(4)龙门式铣床床身水平布置，其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁和立
20、柱上，可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动，工作台可沿床身导轨纵向移动。用于大件加工。(5)平面铣床用于铣削平面和成型面的铣床，床身水平布置，通常工作台沿床身导轨纵向移动，主轴可轴向移动。它结构简单，生产效率高。(6)仿形铣床对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工件。(7)升降台铣床具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床，通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。(8)摇臂铣床摇臂装在床身顶部，铣头装在摇臂一端，摇臂可在水平面内回转和移动，铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。(9)床身式铣床工作台不能升降，可沿床身导轨作纵向移动，铣头或立柱可作垂直移动的铣床
21、。(10)专用铣床例如工具铣床：用于铣削工具模具的铣床，加工精度高，加工形状复杂。2.2.2按布局形式和适用范围分类主要的有升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。升降台铣床有万能式、卧式和立式几种，主要用于加工中小型零件，应用最广；龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件；单柱铣床的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；单臂铣床的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。单柱铣床和单臂铣床均用于加工大型零件。仪表铣床是一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件；工具铣床主要用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工
22、作台和插头等多种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。其他铣床还有键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等，它们都是为加工相应的工件而制造的专用铣床。2.2.3按控制方式分按照控制方式铣床又可分为仿形铣床、程序控制铣床和数控铣床等。2.3 铣床主要性能和特点1支撑部件 机床底座、立柱、主轴箱体、十字滑台、工作台等基础件全部采用高强度铸造成型技术，内部金相组织稳定，确保基础件的高稳定性。铸件结构经过机床动力学分析和有限元分析，使其几何结构更加合理，与加强筋的恰当搭配，保证了基础件的高刚性。宽实的机床底座，箱形腔立柱、加宽加长的床鞍、负荷全支撑的设计，结构符合材料力学的先进设计理念
23、等，可确保加工时的重负载能力。2高速、高精密主轴 (1)主电机功率11/7.5kW，通过高扭力齿形皮带传动，不打滑，并可大幅减低传动噪声及热量产生； (2)主轴采用精密级斜角滚珠轴承，标准转速可达8000r/min； (3)高性能油脂润滑主轴轴承，经济的主轴头冷却系统，有效地控制主轴高速温升； (4)主轴利用IRD动态平衡较正设备，直接校正主轴动态平衡，使主轴在高速运转时，避免产生共振现象，确保最佳的加工精度。3传动系统 X、Y、Z轴进给均采用直线滚动导轨支撑，配之高精度滚珠丝杠副，滚珠丝杠经予拉伸后，大大增加了传动刚度并消除了快速运动时产生的热变形影响，因而确保了机床的定位精度和重复定位精度
24、。 主轴箱移动(z轴)配有中央导引设计的平衡锤装置，即使在高速移动时，配重也不产生晃动。配重与主轴箱重量比例精确可获得最佳的加工特性。且使z轴驱4防护及排屑 机床配有密封式导轨防护罩，可有效-地保护移动部件，延长其使用寿命。螺旋式自动排屑装置简洁、环保、实用可靠，配以手动喷(水)枪(选配)，特别易于清除铁屑。5. 高效率自动润滑系统 导轨润滑采用容积分配器搭配注油，定量供给导轨所需用油，减少润滑油的浪费，避免环境污染。6精巧的油水分离设备 机床设计时，考虑油水分离的需求，润滑轨道的废油集中到底座后方油水分离箱，减少切削液油水的混合，避免切削液变质，延长使用寿命。7电气箱及热交换电气箱内的配线皆
25、符合CE的安全规范，确保控制系统运转时不受外部干扰。采用天井型热交换器，使电气箱内的热空气迅速排出，保持箱内的恒温，使控制系统能长期稳定的运转。8测量补偿系统高精度螺距补偿，各传动轴均采用高精度激光测量仪补偿使各轴定位精度更加准确，更适合加工高精度的零件。2.4 机床维修与保养 良好的机床保养是保证机床工作精度稳定，性能可靠的重要措施。滑台导轨在开车时应加油一次，当机床运行一段时间后，自动供油系统开始工作。在正常使用情况下，应保证液压站油面高度，半年更换一次液压油，清洗油垢是减少液压系统故障的重要措施。油泵滤清器在换油时应彻底清洗：油面过低及滤油器堵塞会使油泵产生大的噪音，并影响油泵的使用寿命
26、。小结 本章主要介绍了铣床的一些发展历程以及未来发展方向；然后分别介绍了一些铣床结构分类还有日常的机场维修和保养。动电机具有良好的负载特性。3.PLC的介绍3.1 PLC概述可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会（International Electrical Comm
27、ittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。3.2 PLC的分类PLC经历了快速发展的阶段，到目前为止已经有多种类型，功能也不尽相同。PLC有一下的分类，了解这些有助于PLC的选型及应用3.2.1 按照I/O点数分类1、小型PLC小型PLC的I/O点数一般在12
28、8点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。 2、中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。3、大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具
29、有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。3.2.2 按照结构形式分类 根据结构形式不同，PLC可分为整体式、模块式、分散式等。3.3 PLC的硬件组成图3-1 PLC的硬件基本结构从结构上分，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、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。3.3.1 CPU的构成CPU是PLC的核心
30、，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，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和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号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、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
31、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。3.3.2 I/O模块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
32、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。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（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。3.3.3 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集
33、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）。3.3.4 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。3.3.5 PLC系统的其它设备编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程
34、器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。PLC的通信联网：依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI
35、）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。3.4 PLC的软件组成及图像表示在PLC中，软件分为系统程序和用户程序俩部分系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易
36、懂、形象的专用语言。PLC常用程序设计语言简介方源 可编程控制器程序设计语言: 在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所
37、要求的控制功能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。 3.4.1 梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控
38、制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。 梯形图程序设计语言的特点是：（）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；（）原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；（）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power Flow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；（）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。 3.4.2 功能模块图（Function Block）程序设
39、计语言 功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其它端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的类型，在同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端的数量、输入信号的类型等的不同使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模块之间及功能模块与外部端子的连接，因此控制方案的更改、信号连接的替换等操作可以很方便实现。功能模块图程序设计语言的特点是：（）以功能模块完成大多数简单的控制功能，例如，为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得
40、容易；（）功能模块是用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；（）对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少； （）由于每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执行时间，因此，这种设计语言在大中型可编程控制器和集散控制系统的编程和组态中才被采用小结 本文介绍了PLC的发展历史过程，以及PLC的一些基本概念和其的硬件组成；然后来阐述一些PLC设计程序的表达方法。4 系统的硬件设计4.1 铣床控制系统设计总体要求在本设计中的铣床控制系统的设计中应考虑的因
41、素有：（1）系统组成方案与网络通信方式；（2）系统总的I/O点数。以此选择PLC框架个数和I/O模块数量；（3）控制系统的工艺流程，复杂程度。根据控制的复杂程度选定存储器容量；（4）输入/输出设备规格。包括控制信号类型、大小，负载设备的性质。以此确定输入/输出模块类型；（5）CPU选择。由存储器容量、输入/输出点数和模块类型、运算功能和运算速度等因素选择合适的PLC机型；（6）根据输入信号和输出控制设备类型，选择合适的I/O模块；（7）按照模块化、结构化设计方法设计系统程序4.1.1系统的组成： 铣床的硬件系统由LPC2214、MCX314A（运动控制器）、以及三个电动机组成，由图4-1可知系
42、统的工作流程：图4-1 铣床系统的组成4.1.2 铣床的运行过程铣床的工作流程为有一台PC机控制铣床运动过程，通过LPC开进行系统电路的调试然后金图控制系统通过电气控制线路按部进行对3电动机的控制，其控制过X52K立式升降台铣床的外形如图所示.它主要由底座、床身、铣头、升降台、床鞍和工作台等组成.X52K立式铣床适用于圆柱铣刀、圆片铣刀、角度铣刀、端面铣刀、成型铣刀及棒状铣刀等,进行平面、斜面、沟槽、切断及成型面等的加工. 若在该铣床上装置分度头后,可以铣切直齿圆柱齿轮及类似的零件加工.若将分度头的传动轴与工作台下的花键套用花键轴、挂轮联接起来,还能铣切螺旋面(如钻头的螺旋槽、螺旋齿轮、鼓轮等
43、).在X52K立铣工作台的正面装上适当的撞块，依靠机械和电气的配合，能实现各种断续和连续往复自动循环，简单操作，提高生产效率，并可实现多机台管理。机床的主传动和进给传动均具有很广的调速范围。其中主轴转速从30转/分-1500转/分分十八级可调，工作台的纵向，横向进给量从23.5毫米/分-1180毫米/分也分十八级可调，升降进给量为纵横向进给量的三分之一。该机床的主传动设有可靠的电气制动。工作台进给运动操作手柄的扳动方向和各向进给运动方向一致，并能通过按钮实现快速移动，操作十分方便，是从中小型机修厂到批量很大的机床制造厂的常用设备之一。4.2 铣床被控对象的设计要求； X52K铣床的被控对象为三
44、个电动机：主轴电动机、进给电动机、冷却泵电动机。1 主轴电动机控制铣床主轴电动机是采用俩地控制，其电路环节有过载保护，对主轴电动机的控制方式：主轴电动的的启动-主轴电动机的制动-主轴电动机的变速冲动-主轴换刀的控制。以及在电动机制动中包括了主轴电动机的正反转。2 进给电动机铣床的进给电动机分为工作进给和快速进给。工作进给只有在主轴启动后才可进行，快速进给是点动控制，即使不启动主轴也可进行。工作台的左、右、前、后、上、下6个方向的运动都是通过操纵手柄和机械联动机构带动相应的行程开关使进给电动机正转或反转来实现的。3 冷却泵电动机的控制 铣床的冷却泵电动机的控制是由主轴电动及启动后，冷却泵才能正常
45、启动对电动及控制来进行提供冷却液。4.控制电路的联锁与保护控制电路的连锁保护有三个条件：1进给运动与主轴运动的联锁 2工作台6个运动方向的联锁 3工作台的进给与圆工作台的联锁进给运动方向上的极限位置保护。4.3 电气原理图的分析有上一节可知X52K铣床是由三台电动机组成的电气控制线路，即M1、M2、M3，根据其要求设计如图4-2电气主电路图：图4-2 铣床的主电路设计电路分析：4.3.1 主轴电动机M1的控制(1)主轴电动机的启动启动按钮SB1和停止按钮SB5-1为一组；启动按钮SB2和停止按钮SB6-1为一组。分别安装在工作台和机床床身上，以方便操作.启动前，先选择好主轴转速，并将主轴换向的
46、转换开关SA3扳到所需转向上。然后，按下启动按钮SB1或SB2，接触器KM1通电吸合并自锁，主电动机M1启动。KM1的辅助常开触点闭，接通控制电路的进给线路电源，保证了只有先启动主轴电动机，才可启动进给电动机，避免损毁工件或刀具。(2)主轴电动机的制动当按下停车按钮SB5或SB6时，接触器KM1断电释放，电动机M1失电。与此同时，停止按钮的常开触点SB5-2或SB6-2接通电磁离合器YC1，离合器吸合，将摩擦片压紧，对主轴电动机进行制动。直到主轴停止转动，才可松开停止按钮。主轴制动时间不超过0.5s。(3)主轴变速冲动主轴变速是通过改变齿轮的传动比进行的。当改变了传动比的齿轮组重新啮合时，因齿
47、之间的位置不能刚好对上，若直接启动，有可能使齿轮打牙。为此，本机床设置了主轴变速瞬时电动控制线路。变速时，先将变速手柄拉出，再转动蘑菇形变速手轮，调到所需转速上，然后，将变速手柄复位。就在手柄复位的过程中，压动了行程开关SQ1，SQ1的常闭触点先断开，常开触点后闭合，接触器KM1线圈瞬时通电，主轴电动机作瞬时点动，使齿轮系统抖动一下，达到良好啮合。当手柄复位后，SQ1复位，断开主轴瞬时点动线路。若瞬时点动一次没有实现齿轮良好啮合，可重复上述动作。(4)主轴换刀控制在主轴上刀或换刀时，为避免人身事故，应将主轴置于制动状态。为此，控制线路中设置了换刀制动开关SA1。只要将SA1拨到“接通”位置，其常开触点SA1-2断开接通电磁离合器YC1，将电动机轴抱住，主轴处于制动状态。同时，常闭触点SA1-2断开，切断控制回路电源。保证了上刀或换
