X1540單柱銑床的PLC改造開題報告的分析

楊慶徽

摘 要：自從PLC誕生以來，其在工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用非常廣泛，對工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展帶來了非常巨大的影響。X1540 單柱銑床作為一種結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大的銑床，其余PLC結(jié)合，可以擁有更加強(qiáng)大的功能。在文中主要就X1540 單柱銑床的PLC改造展開分析。

關(guān)鍵詞：PLC，X1540 單柱銑床，改造

一、編程控制器概述

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ，是世界上公認(rèn)的第一臺PLC.

個人計算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。

20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。

上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30～40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。

我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。

世界各國生產(chǎn)的可編程控制外觀各異，但作為工業(yè)計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)都大體相同.主要由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出器件（I＼O接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分組成。

PLC的特點包括：

1、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

高可靠性是電器控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，這樣系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲的故障自診斷保護(hù)。所以使整個系統(tǒng)的可靠性的到極大提升。

2、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，性價比高

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。近年來PLC新型功能單元的涌現(xiàn)使PLC迅速滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通訊能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易，與功能相同的繼電器系統(tǒng)相比價格也很便宜。

3、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它借口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只使用少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)很復(fù)雜的繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。

4、系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，改造容易

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大地減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大大縮短了。同時維護(hù)也變的容易起來。更重要的是，使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。

5、體積小，重量輕，能耗低

以超小型PLC為列，底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦的品種已屢見不鮮。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

二、X1540銑床

X1540銑床結(jié)構(gòu)簡單，由床身、工作臺、立柱、主軸箱、進(jìn)給箱、升降減速箱等組成。

銑床的控制要求：

（1）從運(yùn)動形式的要求：主運(yùn)動是銑頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動是工件相對與銑刀的移動，因此銑床采用單獨拖動的形式，即主軸的旋轉(zhuǎn)和工作臺的進(jìn)給分別由兩臺籠形感應(yīng)電動機(jī)拖動。

（2）為了滿足銑削過程當(dāng)中順銑和逆銑的加工方式，要求主軸電動機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正、反旋轉(zhuǎn)，但這可以根據(jù)銑刀的種類在加工前預(yù)先設(shè)置主軸電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，而在加工過程中則不需要改變其旋轉(zhuǎn)方向。

（3）工作臺有二個方向的進(jìn)給運(yùn)動。

（4）根據(jù)工藝要求電路要有失壓欠壓保護(hù)，故采用中間繼電器控制主軸的啟動和工作臺的進(jìn)給運(yùn)動。

（5）冷卻泵電動機(jī)用來對工件、刀具進(jìn)行冷卻，由電源隔離開關(guān)QS控制其單方向的旋轉(zhuǎn)。

三、X1540 單柱銑床的PLC改造

在當(dāng)今現(xiàn)代化的發(fā)展與生產(chǎn)中傳統(tǒng)的繼電器——接觸器式電氣控制已不再能充分滿足生產(chǎn)現(xiàn)實的需要，因此可編程控制器作為微機(jī)技術(shù)被用于工業(yè)生產(chǎn)中的成功典范，在未來將必然成為電氣自動控制中的一項重要的核心技術(shù)。

可編程控制器（PLC）是集自動控制，計算機(jī)和通信技術(shù)三者于一體的工業(yè)控制裝置，具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便以及較好的性能價格等突出優(yōu)點。廣大工程技術(shù)人員已經(jīng)認(rèn)識到可編程控制器的優(yōu)越性，并已引起對可編程控制器的高度重視。

這次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是針對X1540單柱銑床的電氣控制進(jìn)行分析， 電路控制主要包括主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，床身往返的運(yùn)動。由于該機(jī)床的工作環(huán)境差，由繼電器-接觸器組成的電氣控制的故障率高，而PLC具有可靠性高，看干擾能力強(qiáng)，適用性強(qiáng)，實用靈活，編程方便，控制系統(tǒng)設(shè)計，安裝，調(diào)試方便，維修方便，工作量小，功完善等優(yōu)點，使得PLC的范圍極為廣泛。為了提高機(jī)床設(shè)備的利用率，降低故障率，故要進(jìn)行電氣技術(shù)改造。

X1540 單柱銑床是進(jìn)行一些復(fù)雜零件、刀具加工的機(jī)床，主要有主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，床身往返運(yùn)動。由于該機(jī)床的工作環(huán)境差，由繼電器——接觸器組成的電氣控制電路的故障率高，為了提高設(shè)備的利用率、降低故障率，要求采用三菱FX2N型可編程序控制器（PLC）對X1540單柱銑床進(jìn)行電氣技術(shù)改造。

本課題針對X1540單柱銑床的主要結(jié)構(gòu)、運(yùn)動形式與電氣控制要求。進(jìn)行對X1540單柱銑床主電路工作原理分析，控制電路工作原理分析，輔助電路分析，電磁離合器直流電路工作原理分析。并根據(jù)X1540單柱銑床電氣控制系統(tǒng)的要求，確定PLC控制的基本方式與控制系統(tǒng)的保護(hù)措施、信號指示、系統(tǒng)故障指示等根據(jù)控制任務(wù)，確定PLC機(jī)型，進(jìn)行I/O地址分配，畫出I/O接線圖。

對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動形式畫出工作流程圖，以便于程序梯形圖的設(shè)計，根據(jù)機(jī)床的控制要求、運(yùn)動形式與流程圖設(shè)計梯形圖。根據(jù)梯形圖寫出相應(yīng)的語句指令表。

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