X1540单柱铣床的PLC改造开题报告的分析

杨庆徽

摘 要：自从PLC诞生以来，其在工业生产中运用非常广泛，对工业生产的发展带来了非常巨大的影响。X1540 单柱铣床作为一种结构简单、功能强大的铣床，其余PLC结合，可以拥有更加强大的功能。在文中主要就X1540 单柱铣床的PLC改造展开分析。

关键词：PLC，X1540 单柱铣床，改造

一、编程控制器概述

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ，是世界上公认的第一台PLC.

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也為了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。

上世纪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30～40%。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地位的DCS系统。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。

世界各国生产的可编程控制外观各异，但作为工业计算机，其硬件结构都大体相同.主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I＼O接口）、电源及编程设备几大部分组成。

PLC的特点包括：

1、可靠性高、抗干扰能力强

高可靠性是电器控制设备的关键性能。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障率也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，这样系统中除PLC以外的电路及设备也获的故障自诊断保护。所以使整个系统的可靠性的到极大提升。

2、配套齐全，功能完善，适用性强，性价比高

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。近年来PLC新型功能单元的涌现使PLC迅速渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通讯能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变的非常容易，与功能相同的继电器系统相比价格也很便宜。

3、易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它借口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只使用少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现很复杂的继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，改造容易

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大大缩短了。同时维护也变的容易起来。更重要的是，使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

5、体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为列，底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦的品种已屡见不鲜。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

二、X1540铣床

X1540铣床结构简单，由床身、工作台、立柱、主轴箱、进给箱、升降减速箱等组成。

铣床的控制要求：

（1）从运动形式的要求：主运动是铣头的旋转运动，进给运动是工件相对与铣刀的移动，因此铣床采用单独拖动的形式，即主轴的旋转和工作台的进给分别由两台笼形感应电动机拖动。

（2）为了满足铣削过程当中顺铣和逆铣的加工方式，要求主轴电动机能够实现正、反旋转，但这可以根据铣刀的种类在加工前预先设置主轴电动机的旋转方向，而在加工过程中则不需要改变其旋转方向。

（3）工作台有二个方向的进给运动。

（4）根据工艺要求电路要有失压欠压保护，故采用中间继电器控制主轴的启动和工作台的进给运动。

（5）冷却泵电动机用来对工件、刀具进行冷却，由电源隔离开关QS控制其单方向的旋转。

三、X1540 单柱铣床的PLC改造

在当今现代化的发展与生产中传统的继电器——接触器式电气控制已不再能充分满足生产现实的需要，因此可编程控制器作为微机技术被用于工业生产中的成功典范，在未来将必然成为电气自动控制中的一项重要的核心技术。

可编程控制器（PLC）是集自动控制，计算机和通信技术三者于一体的工业控制装置，具有可靠性高，抗干扰能力强，使用方便以及较好的性能价格等突出优点。广大工程技术人员已经认识到可编程控制器的优越性，并已引起对可编程控制器的高度重视。

这次毕业设计的主要任务是针对X1540单柱铣床的电气控制进行分析， 电路控制主要包括主轴旋转运动，床身往返的运动。由于该机床的工作环境差，由继电器-接触器组成的电气控制的故障率高，而PLC具有可靠性高，看干扰能力强，适用性强，实用灵活，编程方便，控制系统设计，安装，调试方便，维修方便，工作量小，功完善等优点，使得PLC的范围极为广泛。为了提高机床设备的利用率，降低故障率，故要进行电气技术改造。

X1540 单柱铣床是进行一些复杂零件、刀具加工的机床，主要有主轴旋转运动，床身往返运动。由于该机床的工作环境差，由继电器——接触器组成的电气控制电路的故障率高，为了提高设备的利用率、降低故障率，要求采用三菱FX2N型可编程序控制器（PLC）对X1540单柱铣床进行电气技术改造。

本课题针对X1540单柱铣床的主要结构、运动形式与电气控制要求。进行对X1540单柱铣床主电路工作原理分析，控制电路工作原理分析，辅助电路分析，电磁离合器直流电路工作原理分析。并根据X1540单柱铣床电气控制系统的要求，确定PLC控制的基本方式与控制系统的保护措施、信号指示、系统故障指示等根据控制任务，确定PLC机型，进行I/O地址分配，画出I/O接线图。

对较复杂的控制系统，应根据机床的运动形式画出工作流程图，以便于程序梯形图的设计，根据机床的控制要求、运动形式与流程图设计梯形图。根据梯形图写出相应的语句指令表。

参考文献：

[1]《工厂电气控制设备》；

[2]《电气制图及图形符号国家标准汇集》；

[3]《可编程控制器实用手册》；

[4]《电气控制设备》；