1、<p>　　南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院</p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　學(xué) 院（系）： 電子與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程極其自動(dòng)化專業(yè) </p><p>　　學(xué) 生：

2、 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　完成日期 2015 年 5 月</p><p>　　南陽(yáng)理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　龍門銑床電氣控制系統(tǒng)PLC改造</p><p>　　PLC T

3、ransformation of The Electrical Control System of Longmen Milling Machine </p><p>　　總 計(jì)： 24 頁(yè)</p><p>　　表 格： 3 個(gè)</p><p>　　插 圖 ： 5 幅</p><p>　　南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院

4、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）</p><p>　　龍門銑床電氣控制系統(tǒng)PLC改造</p><p>　　PLC Transformation of The Electrical Control System of Longmen Milling Machine</p><p>　　學(xué) 院（系）： 電子與電氣工程學(xué)院 <

5、/p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師（職稱

6、）： </p><p>　　評(píng) 閱 教 師： </p><p>　　完 成 日 期： </p><p><b>　　南陽(yáng)理工學(xué)院</b>

7、;</p><p>　　Nanyang Institute of Technology</p><p>　　龍門銑床電氣控制系統(tǒng)PLC改造</p><p>　　電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 姓名</p><p>　　【摘 要】XN2010型龍門銑床可以加工多種所需形狀的金屬零部件，但在電氣控制系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)的銑床存在著很大的弊端。主要是傳統(tǒng)的機(jī)床控

8、制系統(tǒng)采用繼電器、接觸器等硬件邏輯控制電路，給生產(chǎn)與維護(hù)帶來(lái)諸多不便，嚴(yán)重影響生產(chǎn)率。PLC是面向用戶專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，特別適合于機(jī)床控制系統(tǒng)的改造和應(yīng)用。此論文詳細(xì)地對(duì) XN2010型龍門銑床的控制線路進(jìn)行分析,并系統(tǒng)地介紹了利用S7-200 PLC對(duì)這種機(jī)床進(jìn)行改造方法和方案。</p><p>　　【關(guān)鍵字】龍門銑床；PLC；控制系統(tǒng);改造</p><p>　　PLC Transf

9、ormation of The Electrical Control System of Longmen Milling Machine</p><p>　　Electrical Engineering and Automation Specialty 姓名</p><p>　　Abstract：XN2010 type milling machine can process

10、a variety of desired shape metal parts,but in the electrical control system, the traditional milling there are significant drawbacks.PLC is user-oriented dedicated industrial control computer, particularly suited to adap

11、t and apply machine control system. This paper detailed control circuit XN2010 type milling machine is analyzed and systematically describes the use of such tools S7-200 PLC transformation methods and programs. </

12、p><p>　　Keyword:Longmen type milling machine;Programmable Logic Controller;The electrical control system;Reform </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b><

13、/p><p>　　1.1 銑床的用途和分類1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外銑床研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　2 XN2010型龍門銑床的工作過(guò)程和控制要求4</p><p>　　2.1 電氣控制線路特點(diǎn)4</p><p>　　2.2 電路工作原理5</p><p>　　2

14、.2.1 主軸的起動(dòng)與停車5</p><p>　　2.2.2 工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)5</p><p>　　2.2.3 主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)6</p><p>　　2.2.4 工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)6</p><p>　　2.2.5 橫梁升降運(yùn)動(dòng)7</p><p>　　2.2.6 控制線路的聯(lián)鎖與保護(hù)7</p

15、><p>　　2.3 進(jìn)給直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)8</p><p>　　3 西門子S7-200 PLC簡(jiǎn)要介紹11</p><p>　　3.1 PLC的基本定義11</p><p>　　3.2 西門子S7-200基本介紹12</p><p>　　3.3 S7-200 PLC 系統(tǒng)的基本組成12</p>

16、;<p>　　3.3.1基本單元12</p><p>　　3.3.2個(gè)人計(jì)算機(jī)或編程器14</p><p>　　3.3.3 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件14</p><p>　　3.3.4 通信電纜14</p><p>　　4 XN2010型龍門銑床的PLC改造14</p><p&g

17、t;　　4.1 XN2010型龍門銑床的PLC改造的I/O接線圖15</p><p>　　4.2 輸入/輸出分配表15</p><p>　　4.3 XN2010型龍門銑床的PLC改造的S7-200 PLC程序和注釋15</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)19</b></p><p><b>　　參

18、考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　附錄21</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 銑床的用途和分類</p><p>　　銑床系指主要

19、用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，工件(和)銑刀的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。在金屬切削機(jī)床中，銑床的數(shù)量?jī)H次于車床，它可用來(lái)加T平面、斜面、溝槽等。裝上分度頭，還可以銑切直齒輪和螺旋而。加裝圓工作臺(tái)，可以銑切凸輪和弧形槽。</p><p>　　銑床的運(yùn)動(dòng)方式分為主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)

20、。以常用的立銑和臥銑為例，刀具（銑刀）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)：工件（工作臺(tái)）的移動(dòng)或進(jìn)給箱的移動(dòng)稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件向刀具趨近時(shí)的工作臺(tái)快速移動(dòng)、加工完畢后工作臺(tái)的快速返回移動(dòng)、主軸箱的快速移動(dòng)以及工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)皆為輔助運(yùn)動(dòng)。主軸和工作臺(tái)的調(diào)速通過(guò)機(jī)械的主軸變速箱和進(jìn)給變速箱來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　由于銑床的工藝范圍較廣，運(yùn)動(dòng)形式也比較多，因而其控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：</p>&l

21、t;p>　?。?）銑床種類多，各種銑床的結(jié)構(gòu)和使用范圍雖不同，但多數(shù)銑床的主軸運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分別由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。對(duì)于中小型銑床，一般采用三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。</p><p>　?。?）銑削加工時(shí)有順銑和逆銑兩種形式，分別使用順銑刀和逆銑刀，因此，要求主電動(dòng)機(jī)能正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。一旦銑刀選定，銑削方向也就確定了，故工作過(guò)程中不需要變換主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。</p><p>　?。?）銑削是多

22、刃不連續(xù)切削，因而負(fù)載不穩(wěn)定，拖動(dòng)不平穩(wěn)，為此，常在銑床主軸上安裝飛輪，由此，又使得主軸停車時(shí)慣性大，停車時(shí)間長(zhǎng)，所以主軸都采用制動(dòng)停車方式。</p><p>　?。?）銑床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有六種：即工作臺(tái)的左右（縱向）運(yùn)動(dòng)、前后（橫向）運(yùn)動(dòng)和上下（垂直）運(yùn)動(dòng)。為保證安全，同一時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。為此，同一臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，用方向選擇手柄選擇運(yùn)動(dòng)方式，用進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)左或右，前或后、上或下六個(gè)方向的運(yùn)

23、動(dòng)。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)停車時(shí)，也可加上電氣制動(dòng)，以提高停車的準(zhǔn)確度。</p><p>　?。?）有的銑床可加裝圓工作臺(tái)，以擴(kuò)大加工能力。使用圓工作臺(tái)時(shí)，原工作臺(tái)的左、右、前、后、上、下六個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)全部停止。</p><p>　?。?）為避免工件與銑刀非銑削加工接觸時(shí)損壞機(jī)床或工件，要求起動(dòng)時(shí)，應(yīng)先開(kāi)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，然后才可開(kāi)動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)；停車時(shí)，最好先停進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，后停主軸電動(dòng)機(jī)，或者兩臺(tái)電動(dòng)

24、機(jī)同時(shí)停止。</p><p>　　另外，其種類也非常之多。</p><p><b>　　1. 按其結(jié)構(gòu)分：</b></p><p>　　(1) 臺(tái)式銑床：小型的用于銑削儀器、儀表等小型零件的銑床。</p><p>　　(2) 懸臂式銑床：銑頭裝在懸臂上的銑床，床身水平布置，懸臂通?？裳卮采硪粋?cè)立柱導(dǎo)軌作垂直移動(dòng)，銑頭沿懸

25、臂導(dǎo)軌移動(dòng)。</p><p>　　(3) 滑枕式銑床：主軸裝在滑枕上的銑床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍導(dǎo)軌作橫向移動(dòng)，滑鞍可沿立柱導(dǎo)軌作垂直移動(dòng)。</p><p>　　(4) 龍門式銑床：床身水平布置，其兩側(cè)的立柱和連接梁構(gòu)成門架的銑床。銑頭裝在橫梁和立柱上，可沿其導(dǎo)軌移動(dòng)。通常橫梁可沿立柱導(dǎo)軌垂向移動(dòng)，工作臺(tái)可沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)。用于大件加工。</p><p>　

26、　(5) 平面銑床：用于銑削平面和成型面的銑床，床身水平布置，通常工作臺(tái)沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，主軸可軸向移動(dòng)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。</p><p>　　(6) 仿形銑床：對(duì)工件進(jìn)行仿形加工的銑床，一般用于加工復(fù)雜形狀工件。</p><p>　　(7) 升降臺(tái)銑床：具有可沿床身導(dǎo)軌垂直移動(dòng)的升降臺(tái)的銑床，通常安裝在升降臺(tái)上的工作臺(tái)和滑鞍可分別作縱向、橫向移動(dòng)。</p><

27、;p>　　(8) 搖臂銑床：搖臂裝在床身頂部，銑頭裝在搖臂一端，搖臂可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，銑頭能在搖臂的端面上回轉(zhuǎn)一定角度的銑床。</p><p>　　(9) 床身式銑床：工作臺(tái)不能升降，可沿床身導(dǎo)軌作縱向移動(dòng)，銑頭或立柱可作垂直移動(dòng)的銑床。</p><p>　　(10)專用銑床：例如工具銑床：用于銑削工具模具的銑床，加工精度高，加工形狀復(fù)雜。</p><p&g

28、t;　　2. 按布局形式和適用的范圍來(lái)看，主要的有升降臺(tái)式銑床、龍門式銑床、單柱式銑床和單臂式銑床、儀表式銑床、工具銑床等等。</p><p>　　儀表銑床，它是一種比較小的銑床，它主要用來(lái)加工一些儀器以及一些儀表和其它的小型零件；而工具銑床呢，它主要要用于模具制造、工具制造，配備有立銑頭、萬(wàn)能角度工作臺(tái)以及插頭等很多種附件，除此之外，還可以進(jìn)行鉆削、鏜削以及插削等的加工。其它銑床還有凸輪銑床、曲軸銑床、軋輥軸頸

29、銑床以及方鋼錠銑床等等，它們都是為了加工相應(yīng)的工件而專門制造的銑床。</p><p>　　3. 按控制的方式分，銑床又可以分為仿形銑床、程序控制銑床以及數(shù)控銑床等等。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外銑床研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　目前，不僅在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域，PLC控制技術(shù)在其他領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，引

30、進(jìn)PLC控制技術(shù)，設(shè)計(jì)研發(fā)了水凈化工藝的控制系統(tǒng)，PLC在這個(gè)系統(tǒng)的水凈化過(guò)程中可以控制加藥加氯動(dòng)作，從而達(dá)到了水處理的自動(dòng)化的目標(biāo)，工作人員的工作強(qiáng)度大幅減少，取得了很好的效果；在太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)這方面，研發(fā)了基于PLC的太陽(yáng)能熱水器的這樣一個(gè)控制系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)里面，PLC通過(guò)控制液位的高度、電源的開(kāi)關(guān)、采集溫度以及風(fēng)壓等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的功用；在裂紋檢測(cè)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了的基于PLC裂紋檢測(cè)臺(tái)，很好的發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、智能化

31、的優(yōu)點(diǎn)，在汽車輪裁等轉(zhuǎn)軸零件的檢測(cè)找取得了良好的效果；在煤炭生產(chǎn)這方面，利用PLC的控制優(yōu)點(diǎn)、研發(fā)了基于PLC的焦化備煤的一個(gè)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了金馬焦化廠的備煤過(guò)程，大大滿足了生產(chǎn)所需，增加了企業(yè)生產(chǎn)的效率；在埴墩處理這方面，設(shè)計(jì)了基于PLC的各種垃圾焚燒爐控制系統(tǒng)，從而發(fā)揮了PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、便于操作、易控制的優(yōu)點(diǎn)，確保了垃圾焚燒爐安全運(yùn)行、爐溫平穩(wěn)、尾氣污染控制合格。</p><p>　　在國(guó)外設(shè)計(jì)的工

32、廠信息系統(tǒng)中，已經(jīng)將PLC應(yīng)用于信息采集、預(yù)處型并傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給電腦，縮小了成本，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，獲得了很好的效果；在生物研究方面，為了深入了解微生物在不同濃度的氧氣環(huán)境中生長(zhǎng)和繁殖的情況，在使用的帶氧功能的生物反應(yīng)器里面，PLC被他們用來(lái)自動(dòng)控制氧氣的濃度比例，取得了很大的成功；在機(jī)器人用于顏色辨別的研究方面也用了PLC技術(shù)。</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化越來(lái)越高的要求，可編程控制

33、技術(shù)得到飛速發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)晶口趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展：一是向超小型專用化和低價(jià)格方面發(fā)展；二是向高速多功能和分布式自動(dòng)例絡(luò)方向發(fā)展。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC迅速滲透到工業(yè)控制的各領(lǐng)域，包括從單機(jī)到工廠自動(dòng)化，從機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)到工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)等等。PLC不管現(xiàn)在還是在未來(lái)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中都將發(fā)揮不可替代的作用，而且它也必將向更多領(lǐng)域進(jìn)軍，為再一次科技革命的到來(lái)

34、奠定堅(jiān)實(shí)的舉礎(chǔ)。</p><p>　　從上世紀(jì)80年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)和自動(dòng)銑床一直給予較大的關(guān)注。經(jīng)過(guò)九五式自動(dòng)車床和加工中心包括自動(dòng)銑床的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成，其生產(chǎn)的普及型自動(dòng)銑床的功能和穩(wěn)定性方面已經(jīng)具備了較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。但是，在中高檔自動(dòng)銑床方面，與國(guó)外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比仍然存在很大的差距。這是由于歐洲、美國(guó)、日本等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家，已經(jīng)在80年代先后完成了自動(dòng)化機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，其

35、中有一些出名的機(jī)床公司一直致力于創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)工藝方面的不斷改進(jìn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的形態(tài)，在控制方法方面，從手動(dòng)控制到自動(dòng)控制；在控制功能方面，由簡(jiǎn)單控制到智能化控制；另外，在操作上，從策重發(fā)展到信息化的處理；在控制原理方面，由單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計(jì)算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)控制系統(tǒng)。

36、XN2010型龍門銑床綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。</p><p>　　2 XN2010型龍門銑床的工作過(guò)程和控制要求</p><p>　　龍門銑床的外形結(jié)構(gòu)與龍門刨相比，也有一個(gè)龍門式的框架，所不同的是龍門銑床的橫粱和立柱上安裝的不是刨刀刀架，而是銑刀主軸箱。</p><p>　　XN20

37、10型龍門銑的主運(yùn)動(dòng)為二個(gè)水平主軸箱以及一個(gè)垂直主軸箱上刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它的每一個(gè)銑頭分別由一臺(tái)13kW的異步電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，它們采用的均是機(jī)械有級(jí)方式來(lái)變速。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則包括有工作臺(tái)的前后移動(dòng)、左右兩個(gè)方向主軸箱沿立柱的上下運(yùn)動(dòng)以及垂直主軸箱沿著橫梁左右移動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)是共同用一臺(tái)4kW的直流電動(dòng)來(lái)拖動(dòng)，它用選擇開(kāi)關(guān)來(lái)控制電磁閥的集中傳動(dòng)。采用晶閘管整流供電，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，使各方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)獲得無(wú)級(jí)調(diào)速。工作臺(tái)進(jìn)給速度為20-

38、1000mm/min(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為20-1000r/min)，主軸箱進(jìn)給速度為10-500mm/min（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為20-1000r/min）。輔助運(yùn)動(dòng)包括工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)、橫粱降運(yùn)動(dòng)。前者仍借用進(jìn)給直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升到2000r/min。后者則單獨(dú)由一臺(tái)5.5kW的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用點(diǎn)動(dòng)控制。XN2010型龍門銑床的電氣原理圖見(jiàn)附錄電氣原理圖（a）、（b）、（c）。</p><p>　

39、　2.1 電氣控制線路特點(diǎn)</p><p>　　(1) 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)由三臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)：M1為右水平主軸電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM1、KM2控制其正反轉(zhuǎn)；M2為垂直主軸電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM3、KM4控制其正、反轉(zhuǎn)；M3為左水平主軸電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM5、KM6控制其正、反轉(zhuǎn)，從而控制主軸箱上刀具的旋轉(zhuǎn)方向，滿足加工需要。</p><p>　　(2) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由直流電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)。M由單相半控橋

40、式整流電路供電，通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)改變電樞電壓，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。M的正、反轉(zhuǎn)則通過(guò)接觸器KM11、KM12改變電樞電壓極性來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(3) 工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)也是由進(jìn)給直流電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)的。快移時(shí)，繼電器KA5得電，提高給定電壓。同時(shí)，繼電器KA10得電，電動(dòng)機(jī)M的勵(lì)磁減少一半，轉(zhuǎn)速升到2000r/min。</p><p>　　(4) 橫粱升降由交流異步電動(dòng)機(jī)M

41、4拖動(dòng)，由接觸器KM9、KM10控制其正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)橫粱的上下移動(dòng)。</p><p>　　(5) 液壓泵電動(dòng)機(jī)M5和回油泵電動(dòng)機(jī)M6并聯(lián)連接，受接觸器KM7控制，單向旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　(6) 各電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)均通過(guò)所接自動(dòng)開(kāi)關(guān)（QF1~QF6）承擔(dān)。因回油泵電動(dòng)機(jī)M6與液壓泵電動(dòng)機(jī)M5功率懸殊，另接熱繼電器FR1作過(guò)載保護(hù)。</p><p>　

42、?。?）為避免損壞刀具和工件，要求停止時(shí)先停進(jìn)給，后停主軸。本機(jī)床在控制電路</p><p>　　(3-35)之間串接了QF1~QF3的三個(gè)常開(kāi)觸頭，當(dāng)三臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)任何一臺(tái)因短路或過(guò)載</p><p>　　而使自動(dòng)開(kāi)關(guān)掉閘時(shí)，自動(dòng)切斷主軸電機(jī)以及進(jìn)給和其他控制電路的電源。由于在主軸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制電路中接人了時(shí)間繼電器KT1的延時(shí)斷開(kāi)常開(kāi)觸點(diǎn)，保證了先停進(jìn)給，后停主軸這一停車要求。<

43、;/p><p>　　（8）只有在液壓泵起動(dòng)后，才能有進(jìn)給操作。由兩部分電路實(shí)現(xiàn)：一是通過(guò)液壓泵起動(dòng)接觸器KM7的常開(kāi)觸頭(41 - 45)控制接觸器KM8。再由KM8控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)晶閘管整流回路的變流輸入；二是在控制電路（37 - 49）間接入高、低液壓繼電器KA11、KA12的常開(kāi)觸點(diǎn)，只有在液壓正常的情況下，后面的進(jìn)給以及其他控制電路才能工作。</p><p>　　（9）機(jī)床采用懸掛按鈕站

44、控制，操作按鈕SB1~SB9，主令開(kāi)關(guān)SA4-SA6、SA8、SA9，電源指示燈HL1及調(diào)速器RP2都安裝在懸掛按鈕站，便于操作和控制。主軸轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1、SA2、SA3安裝在電氣柜側(cè)面。</p><p>　　2.2 電路工作原理</p><p>　　2.2.1 主軸的起動(dòng)與停車</p><p>　　首先應(yīng)將電源開(kāi)關(guān)QS、自動(dòng)開(kāi)關(guān)QF1~QF3臺(tái)上。根據(jù)各主軸的銑削

45、要求，扳動(dòng)主軸轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1- SA3，選擇好旋轉(zhuǎn)方向，各主軸轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)見(jiàn)表1。然后，按下主軸起動(dòng)按鈕SB2，時(shí)間繼電器KT1得電并自鎖，KT1的延時(shí)斷開(kāi)常開(kāi)觸點(diǎn)(3-5)閉臺(tái)，接通三主軸的起動(dòng)接觸器，各主軸電動(dòng)機(jī)按預(yù)定轉(zhuǎn)向起動(dòng)。以右水平主軸電動(dòng)機(jī) </p><p>　　表1 主軸轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1、SA2、SA3工作狀態(tài)表</p><p>　　注：1.“+”表示開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接通； &

46、lt;/p><p>　　2.“-”表示開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)斷開(kāi)。</p><p>　　為例，如果需要逆銑，則將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1處于反轉(zhuǎn)位，SA1-1斷開(kāi)，SA1-3接通，這時(shí)，接觸器KM2得電并自鎖，右水平主軸電動(dòng)機(jī)M1反向起動(dòng)旋轉(zhuǎn)。 </p><p>　　2.2.2 工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)</p><p>　　工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)的前后運(yùn)動(dòng)，受“工作臺(tái)與主軸箱

47、進(jìn)給選擇”開(kāi)關(guān)SA6的控制。當(dāng)工作臺(tái)進(jìn)給時(shí)，SA6 -1接通，電磁鐵YA1得電。SA6 -2斷開(kāi)，使左右水平、垂直主軸箱的進(jìn)給不能發(fā)生。以工作臺(tái)的正向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為例，按下正向進(jìn)給按鈕SB7，正向進(jìn)給繼電器KA6得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)(49 - 117)閉合，中間繼電器KA4得電吸合，接通調(diào)速電路中的給定電壓。同時(shí)，KA6的常開(kāi)觸點(diǎn)(49 - 121)閉臺(tái)，接觸器KM11得電吸臺(tái)，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作臺(tái)正向進(jìn)給。反向進(jìn)給時(shí)，按下反向進(jìn)給按鈕

48、SB6，反向進(jìn)給繼電器KA7得電，繼電器KA4和接觸器KM12得電吸合，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作臺(tái)反向進(jìn)給。</p><p>　　需要停止進(jìn)給時(shí)，按下進(jìn)給停止按鈕SB5，繼電器KA6（或KA7）斷電，繼電器KA4和接觸器KM11(或KM12)相繼斷電釋放，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M斷電停轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，接觸器KM13得電，在M的電樞繞組上并聯(lián)電阻RM，進(jìn)行能耗制動(dòng)。</p><p>　　正、反向迸給是“

49、自動(dòng)”還是“點(diǎn)動(dòng)”，由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)關(guān)SA5控制。SA5斷開(kāi)時(shí)，工作臺(tái)只能點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給，松開(kāi)按鈕SB7(或SB6)，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)即能耗制動(dòng)停車。</p><p>　　2.2.3 主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)</p><p>　　主軸箱的進(jìn)始包括左右水平、垂直主軸箱的進(jìn)給。當(dāng)“工作臺(tái)與主軸箱進(jìn)給選擇”開(kāi)關(guān)SA6扳到主軸箱位置時(shí)，SA6 -1斷開(kāi)，SA6 -2接通，此時(shí)工作臺(tái)不能進(jìn)給。三個(gè)主軸箱是同時(shí)進(jìn)給，還是一個(gè)或

50、兩個(gè)進(jìn)給則由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA8、SA9進(jìn)行控制。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA8、SA9都扳到右邊時(shí)，電磁鐵YA2、YA4得電，這時(shí)，接下正向進(jìn)給按鈕SB7或反向進(jìn)紿按鈕SB6，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)右、左兩個(gè)水平主軸箱沿立柱向下或向上作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。若將SA8、SA9都扳到左邊，電磁鐵YA3得電，這時(shí)，按下SB7或SB6，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M就會(huì)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)垂直主軸箱沿向右或向左作迸給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　主軸箱的進(jìn)給運(yùn)

51、動(dòng)和工作臺(tái)一樣，也有“自動(dòng)”和“點(diǎn)動(dòng)”兩種方式，由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA5控制。</p><p>　　2.2.4 工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)</p><p>　　工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)，也是在液壓泵起動(dòng)的前提下進(jìn)行的。以正向快速移動(dòng)為例：按下正向快移按鈕SB8，正向快速繼電器KA8得電并自鎖，接通正向進(jìn)給繼電器KA6和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)快速移動(dòng)繼電器KA5以及中間繼電器KA4和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器KM11。

52、KA5吸合后，產(chǎn)生三個(gè)作用:一是KA5的常閉觸頭(342 - 343)斷開(kāi)，常開(kāi)觸頭（341 - 343）閉合，使給定電壓為最大值，放大器輸入信號(hào)亦為最大值，因而觸發(fā)脈沖大大前移，可控整流器輸出電壓達(dá)到最大值，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升；二是KA5常開(kāi)觸頭(305 - 309)閉合，接通電壓繼電器KA10回路。由于可控整流輸出電壓已達(dá)最大值，電壓繼電器KA10動(dòng)作，其常閉觸頭(206 -208)斷開(kāi)，使直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組減少一半，轉(zhuǎn)速上升到20

53、00r/min左右；三是KA5常閉觸頭(371- 373)斷開(kāi)，使測(cè)速發(fā)電機(jī)TG勵(lì)磁繞組串入電阻R17，保證直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓仍為100V左右(正常進(jìn)給時(shí)的額定轉(zhuǎn)速為1000r/min)。這樣，快移時(shí)一方面提高整流輸出電壓，一方面減弱直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)，使直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升到20</p><p>　　反向快速移動(dòng)的工作過(guò)程與正向相似，但此時(shí)參與控制的電器元件是反向快移按鈕SB

54、9、反向快速繼電器KA9、反向進(jìn)給繼電器KA7、中間繼電器KA4，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)快移繼電器KA5以及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器KM12。</p><p>　　工作臺(tái)和主軸箱的快移不能同時(shí)進(jìn)行。由“工作臺(tái)與主軸箱進(jìn)給選擇”開(kāi)關(guān)SA6控制。</p><p>　　工作臺(tái)和主軸箱不能從正常進(jìn)給直接轉(zhuǎn)換為快速進(jìn)給。當(dāng)工作臺(tái)或主軸箱正常進(jìn)給時(shí)，中間繼電器KA4得電，其常閉觸點(diǎn)（24 -4）斷開(kāi)，此時(shí)，不論按正向

55、快速按鈕SB8還是按反向快速按鈕SB9均不起作用。只有在KA4斷電的情況下，按SB8或SB9才有效。</p><p>　　工作臺(tái)和主軸箱的正向快速和反向快速運(yùn)動(dòng)也有“自動(dòng)”和“點(diǎn)動(dòng)”之分，由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA5控制。當(dāng)SA5斷開(kāi)時(shí)，KA8或KA9不能自鎖，處于“點(diǎn)動(dòng)”工作狀態(tài)。</p><p>　　2.2.5 橫梁升降運(yùn)動(dòng)</p><p>　　橫粱的升降運(yùn)動(dòng)，也是在液壓泵

56、起動(dòng)的前提下進(jìn)行的。以橫粱上升為例：接上升按鈕SB3，橫粱升降中間繼電器KA1得電，常開(kāi)觸點(diǎn)（U2 - 143）閉合，電磁鐵YA5通電動(dòng)作，橫梁開(kāi)始放松。當(dāng)橫粱完全松開(kāi)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)SQ11~SQ14受壓閉合，橫粱放松中間繼電器KA2得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)（55 - 57）閉合，接觸器KM9得電，橫粱升降電動(dòng)機(jī)M4起動(dòng)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)橫粱上升。當(dāng)橫梁上升到預(yù)定位置時(shí)，松開(kāi)上升按鈕SB3，KA1、YA5、KM9均斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M4停轉(zhuǎn)，橫粱自動(dòng)夾緊。

57、當(dāng)橫粱夾緊以后，行程開(kāi)關(guān)SQ11~SQ14復(fù)位，繼電器KA2斷電，為下一次升降移動(dòng)作好準(zhǔn)備。</p><p>　　橫粱下降工作過(guò)程與上升相似，但參與控制的電器元件是下降按鈕SB4，橫粱升降中間繼電器KA1、電磁鐵YA5、橫粱放松中間繼電器KA2、接觸器KM10。</p><p>　　在橫梁升降控制電路中串接了正向進(jìn)給繼電器KA6的常閉觸點(diǎn)(49 -51)、反向進(jìn)給繼電器KA7的常閉觸點(diǎn)（5

58、1 - 53），當(dāng)一作臺(tái)或主軸箱正常進(jìn)給或快速進(jìn)給時(shí)，KA6或KA7的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷了橫梁升降控制電路，保證橫粱升降移動(dòng)與工作臺(tái)或主軸箱的進(jìn)給不會(huì)同時(shí)發(fā)生。</p><p>　　2.2.6 控制線路的聯(lián)鎖與保護(hù)</p><p>　　龍門銑床的運(yùn)動(dòng)形式比較多，控制線路復(fù)雜，為保證安全可靠地工作，在電氣上采取了一些聯(lián)鎖和保護(hù)措施。</p><p>　　（1）液壓泵起

59、動(dòng)與進(jìn)給及橫粱升降操作的聯(lián)鎖。電路通過(guò)接觸器KM8控制進(jìn)給調(diào)速系統(tǒng)電源，通過(guò)高、低液壓繼電器KA11、KA12控制進(jìn)給和橫粱升降控制電路的電源，保證必須先有潤(rùn)滑才能有進(jìn)給。</p><p>　?。?）工作臺(tái)與主軸箱進(jìn)給的聯(lián)鎖。由“工作臺(tái)與主軸箱進(jìn)給選擇”開(kāi)關(guān)SA6實(shí)現(xiàn)，當(dāng)開(kāi)關(guān)接到“工作臺(tái)進(jìn)給”時(shí)，SA6 -l接通，SA6-2斷開(kāi)；撥到“主軸箱進(jìn)紿”時(shí)SA6 -1斷開(kāi)，SA6 -2接通，保證工作臺(tái)與主軸箱的進(jìn)給不會(huì)

60、同時(shí)發(fā)生。</p><p>　?。?）工作臺(tái)或主軸箱進(jìn)給與橫粱升降的聯(lián)鎖。本機(jī)床要求工作臺(tái)或主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能和橫粱升降運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生。為此，在橫粱升降控制電路中接入正向進(jìn)給繼電器KA6和反向進(jìn)給繼電器KA7的常用觸點(diǎn)，在工作臺(tái)或主軸箱進(jìn)給控制電路中接入橫粱放松中間繼電器KA2的常閉觸點(diǎn)，只要一方工作，另一方的運(yùn)動(dòng)就不能進(jìn)行。</p><p>　?。?）橫粱充分放松后才能移動(dòng)，移動(dòng)后自動(dòng)夾

61、緊。橫粱的夾緊與放松采用電氣—液壓—機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合，電氣為控制系統(tǒng)，液壓為夾緊動(dòng)力，機(jī)械為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)橫粱運(yùn)動(dòng)完成，橫粱夾緊后，橫梁放松中間繼電器KA2釋放，才能接通進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制電路。</p><p>　?。?）在主軸電動(dòng)機(jī)控制電路上接入時(shí)間繼電器KT1的延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)，保證了主軸停止時(shí)，先停進(jìn)給，后停主軸。</p><p>　　（6）在各進(jìn)給方向的機(jī)械極限位置設(shè)置行程開(kāi)關(guān)保護(hù)，行程開(kāi)關(guān)作用

62、見(jiàn)表2。</p><p>　　（7）為了防止進(jìn)給直流電動(dòng)機(jī)M失去勵(lì)磁后造成“飛車”，在勵(lì)磁線圈回路串入電 </p><p>　　表2 行程開(kāi)關(guān)作用表</p><p>　　流繼電器FA1。當(dāng)勵(lì)磁電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，F(xiàn)A1吸合，串接在工作臺(tái)或主軸箱進(jìn)給控制電路上的常開(kāi)觸點(diǎn)(49 - 71)閉合，電動(dòng)機(jī)M的控制回路才能接通。</p><p>　?。?/p>

63、8）在直流電功機(jī)M電樞回路中串接電流繼電器FA2。當(dāng)電樞電流達(dá)到1.2倍額定電流時(shí)，F(xiàn)A2動(dòng)作，接通時(shí)間繼電器KT2，其延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)(73 - 75)切斷工作臺(tái)或主軸箱進(jìn)給控制電路，使電動(dòng)機(jī)M得到過(guò)載保護(hù)。</p><p>　　2.3 進(jìn)給直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　XN2010型龍門銑床的進(jìn)給拖動(dòng)最統(tǒng)采用集中傳動(dòng)，因而一臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)可分別驅(qū)動(dòng)幾個(gè)部件的進(jìn)給。系統(tǒng)調(diào)速范圍

64、D= 50:l；最大負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)下的轉(zhuǎn)速誤差不大于15%;過(guò)渡過(guò)程要求高速起動(dòng)時(shí)間在1s左右；過(guò)渡過(guò)程要求為非周期無(wú)超調(diào)特性。</p><p>　　圖1 進(jìn)給系統(tǒng)方框圖</p><p>　　(1) 進(jìn)給系統(tǒng)方框圖</p><p>　　系統(tǒng)方框國(guó)如圖1所示。給定信號(hào)（即調(diào)速信號(hào)）與速度負(fù)反饋信號(hào)、電壓和電流反饋信號(hào)進(jìn)行比較后，送到PI放大器放大，再輸往移相觸發(fā)器，產(chǎn)生觸發(fā)

65、脈沖，對(duì)晶閘管進(jìn)行控制。晶閘管整流輸出的可調(diào)直流電壓，使直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　(2) 晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的主回路</p><p>　　主回路電路如圖2所示。由于電動(dòng)機(jī)反向工作不頻繁，容量又較小，因此采用單相半控橋式整流電路，主回路采用掛觸器反向?？紤]龍門銑床進(jìn)給制動(dòng)次數(shù)不多，故采用能耗制動(dòng)。主回路未接濾波電抗器，雖然使主回路電流斷續(xù)，對(duì)電動(dòng)機(jī)換向不利，系統(tǒng)機(jī)械特性變軟，但電動(dòng)機(jī)

66、輸出軸至負(fù)載傳動(dòng)比大，對(duì)系統(tǒng)工作影響不顯著。</p><p>　　電路中，二極管VD1、VD2，晶閘管VS1、VS2組成單相半控橋式整流電路。R301、C301、R304、C304、R305、C305、R307、C307、R308、C308是阻容吸收元件，用于吸收電網(wǎng)或其他因素可能產(chǎn)生的浪誦峰值電壓，對(duì)晶閘管等整流元件進(jìn)行保護(hù)。FU4是</p><p>　　快速熔斷器，主要是作晶閘管的短路

67、保護(hù)用。VD3是續(xù)流二極管，RP1是電壓負(fù)反饋信號(hào)取樣分壓電阻，用來(lái)調(diào)節(jié)電壓負(fù)反饋信號(hào)的強(qiáng)度。RF1是電流反饋信號(hào)取樣電阻。FA2是過(guò)電流繼電器，當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)M過(guò)載時(shí)，F(xiàn)A2動(dòng)作，切斷主回路交流電源，起到過(guò)載保護(hù)作用。KA10是電壓繼電器，RF3為其分壓電阻，以用作電動(dòng)機(jī)M的弱磁調(diào)速指</p><p>　　令。KA5是快移控制繼電器，當(dāng)工作臺(tái)或主軸箱需快速運(yùn)行時(shí)，KA5常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KA10得電吸臺(tái)，將電動(dòng)機(jī)M的

68、勵(lì)碰線圈斷開(kāi)一半，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)膌000r/min上升至2000r/min。RM是能耗制動(dòng)電阻，KM13是電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)接觸器。KM11、KM12分別為電動(dòng)機(jī)M的正反轉(zhuǎn)接觸器。</p><p>　　圖2 晶閘管調(diào)建系統(tǒng)主回路</p><p>　　(3) 移相脈沖觸發(fā)器</p><p>　　XN2010型龍門銑床采用鋸齒波疊加直流控制電壓Uy，的垂直控制晶閘管觸發(fā)電路

69、。整個(gè)電路由鋸齒波形成、脈沖形成和移相控制等三部分組成。特點(diǎn)是調(diào)整靈活，控制電壓與導(dǎo)通角線性度好，抗干擾能力強(qiáng)，脈沖波前沿陡度好。</p><p>　　(4) 給定、反饋與放大環(huán)節(jié)</p><p>　　從前面的分析知道，觸發(fā)電路的移相是通過(guò)改變控制電壓UY的大小實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)</p><p>　　電壓由前置放大器輸出。給定、反饋及前置放大器的電路如圖3所示。 <

70、/p><p>　　前置放大器采用單管放大電路，信號(hào)電壓從VT1基極輸入，放大后由集電極輸出到觸發(fā)電路去移相。R25是偏流調(diào)節(jié)電阻，R26與VD5、VD6用來(lái)提高信號(hào)幅值的最小值（約2V），C20是微分負(fù)反饋電容，C20、C21都是用來(lái)吸收高頻信號(hào)和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該放大器的作用是增加系統(tǒng)放大倍散，提高調(diào)速系統(tǒng)的精度。</p><p>　　圖3 給定、反饋與前置放大器電路</p>

71、<p>　　放大器的給定信號(hào)由調(diào)速器RP2調(diào)節(jié)，經(jīng)接觸器KM11、KM12觸點(diǎn)組成的橋路，與測(cè)速發(fā)電機(jī)獲得的速度負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行比較，送往放大器輸入端；取自主回路的電壓負(fù)反饋信號(hào)，由315線經(jīng)C18微分后并經(jīng)R23迸至放大器輸入端；取自主回路的電流反饋信號(hào)，從303線分為兩路：一路經(jīng)C19微分再經(jīng)R24；一路經(jīng)電感L和穩(wěn)壓管VZ1組成的電流截止環(huán)節(jié)進(jìn)往輸入端，以保護(hù)主回路元件和電動(dòng)機(jī)。電壓微分和電流微分負(fù)反饋可加大系統(tǒng)阻尼，提

72、高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。</p><p>　　本放大器具有比例積分作用(PI)。如在低速時(shí)發(fā)生低頻振蕩，可在R22上并聯(lián)電容，完成PID調(diào)節(jié)器作用，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。</p><p><b>　　(5) 電源</b></p><p>　　本機(jī)床進(jìn)給調(diào)速系統(tǒng)整流電源較多，各部分作用如下：VCl—電動(dòng)機(jī)M勵(lì)磁電源；VC2—測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源；V

73、C3—給定信號(hào)電源；VC4—前置放大器電源；VC5—鋸齒波形成電源;VC6—觸發(fā)器電源。</p><p>　　3 西門子S7-200 PLC簡(jiǎn)要介紹</p><p>　　3.1 PLC的基本定義</p><p>　　PLC采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在之內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或

74、生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工作控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。</p><p>　　PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC的內(nèi)部繼電器可代替所有用于邏輯控制的中間繼電器，噪音低、使用設(shè)備壽命長(zhǎng)、體積小，這是PLC的最大特點(diǎn)之一。因此PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，是無(wú)法取代的。</p>

75、<p>　　3.2 西門子S7-200基本介紹</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況，在銑床的電氣改造過(guò)程中，保留原有的機(jī)械操作不變，將原來(lái)繼電器控制的線路用PLC控制系統(tǒng)取代，本文采用西門子公司的S7-200作為控制器。西門子公司SIMATIC S7-200系列，從形狀說(shuō)，屬于小型PLC，可用于代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X兩

76、代產(chǎn)品，是典型的整體式PLC，輸入/輸出模塊、CPU模塊、電源模塊均裝在一個(gè)機(jī)殼里。當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展時(shí)，則選用需要的擴(kuò)展模塊與基本單元連接。最大可以擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O,最多有30多KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。其輸入回路為直流雙向光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和晶體管兩種類型，需提供24V直流給外部元件，14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出。</p><p>　　S7-200在可靠性上，可以說(shuō)是非常高的，一

77、般用梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（即指令表STL）和功能塊圖（FBD)三種比較專業(yè)的語(yǔ)言來(lái)編寫程序。本文將采用梯形圖來(lái)對(duì)萬(wàn)能銑床的控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。梯形圖程序指令的基本邏輯元素是觸點(diǎn)、線圈、功能框和地址符。觸點(diǎn)有動(dòng)合、動(dòng)斷等類型，用于代表輸入控制信息，當(dāng)一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，能流可從此觸點(diǎn)流過(guò)；線圈代表輸出，當(dāng)線圈有能流流過(guò)時(shí)，輸出便被接通；功能框代表一種復(fù)雜的操作，它可以使程序大大地簡(jiǎn)化；地址符用于說(shuō)明觸點(diǎn)、線圈、功能框的操作對(duì)象。<

78、/p><p>　　S7-200指令強(qiáng)大，按功能劃分，可分為邏輯指順序控制指令、過(guò)程控制指令、數(shù)據(jù)處理指令和特殊功能指令等。</p><p>　　3.3 S7-200 PLC 系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　S7-200 PLC 硬件系統(tǒng)的組成采用整體式和積木式，即主機(jī)中包括一定數(shù)量的I/O端口，同時(shí)還可以擴(kuò)展各種功能模塊。</p><p>　

79、　S7-200 PLC 由基本單元、擴(kuò)展單元、個(gè)人計(jì)算機(jī)或編程器、編程軟件及通信電纜等組成。</p><p><b>　　3.3.1基本單元</b></p><p>　　基本單元也成為主機(jī)。由中央處理單元、電源及數(shù)字量輸入、輸出單元組成，這些都被緊湊地安裝在一個(gè)獨(dú)立的裝置中?；締卧梢詷?gòu)成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。</p><p>　　在CPU模塊

80、的頂部端子蓋內(nèi)有電源及輸出端子；在底部端子蓋內(nèi)有輸入端子及傳感器電源。在中部右側(cè)前蓋內(nèi)有CPU工作方式開(kāi)關(guān)、模擬調(diào)節(jié)電位器和擴(kuò)展I/O連接接口；在模塊的左側(cè)分別有狀態(tài)LED指示燈、存儲(chǔ)卡及通信口。</p><p><b>　　（1）中央處理單元</b></p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通常一個(gè)主機(jī)模塊都安裝有一個(gè)或多個(gè)CPU。若是多個(gè)CP

81、U，那其中必定有一個(gè)主CPU，其余的為輔助CPU，它們協(xié)同工作，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算速度和功能，縮短了程序的執(zhí)行時(shí)間。</p><p>　　S7-200 PLC 是一個(gè)系列，其中包括多種型號(hào)的CPU，以適應(yīng)不同需求的控制場(chǎng)合。</p><p>　　近幾年西門子公司推出的S7-200 CPU22X系列產(chǎn)品有：CPU221模塊、CPU222模塊、CPU224模塊、CPU226模塊。S7-2

82、00 CPU22X系列產(chǎn)品指令豐富、速度快、具有較強(qiáng)的通信能力。如CPU226模塊的I/O總數(shù)為40點(diǎn)，其中輸入點(diǎn)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)16點(diǎn)，可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊；用戶程序存儲(chǔ)器容量為8KB；內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，具有PID控制器的功能；有2個(gè)高速脈沖輸出端和2個(gè)RS-485通信口；具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由口協(xié)議的通信能力；運(yùn)行速度快、功能強(qiáng)，適用于要求較高的中小型控制系統(tǒng)。</p><p><b>

83、　　(2) 存儲(chǔ)器</b></p><p>　　PLC的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。它的種類的形式多：從存儲(chǔ)器種類劃分，有ROM、EPROM、RAM；從安裝形式劃分，有直接插入的集成塊、存儲(chǔ)器板、IC卡等；從用途上來(lái)劃分，有系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。</p><p>　　值得一提的是，RAM單元可進(jìn)行數(shù)據(jù)和程序的讀出和寫入。一旦掉電，在RA

84、M中所保存的內(nèi)容就會(huì)丟失。為了保存其內(nèi)容，PLC采用鋰電池或者電容進(jìn)行保護(hù)。在環(huán)境為25攝氏度時(shí)，裝上新的電池存儲(chǔ)的內(nèi)容可以保存5年之久。若用電容保護(hù)，PLC主機(jī)關(guān)斷后，存儲(chǔ)的內(nèi)容可保持20天。</p><p>　　若用EPROM單元，需用EPROM寫入器把程序?qū)懭隕PROM芯片中，然后裝入EPROM單元。</p><p>　　若用EEPROM單元，與RAM單元一樣，可以隨時(shí)進(jìn)行程序或數(shù)據(jù)

85、的寫入和讀出，不同的是EEPROM不需要電池或電容進(jìn)行保護(hù)。</p><p><b>　　(3) 通信口</b></p><p>　　近幾年出產(chǎn)的PLC產(chǎn)品一般都帶有通信口。在S7-200主機(jī)模塊上，都至少有一個(gè)或者多個(gè)通信口。可與手持式編程器、計(jì)算機(jī)或其他的外圍設(shè)備相連，以實(shí)現(xiàn)編程、調(diào)試、運(yùn)行、監(jiān)視、打印和數(shù)據(jù)傳送等功能。</p><p>　

86、　若有兩個(gè)通信口，其中一個(gè)可用于與編程器相連，另一個(gè)用于與上位機(jī)相連。S7-200提供的是RS-485通信口，要與計(jì)算機(jī)相連需經(jīng)過(guò)專業(yè)的PC/PPI電纜。</p><p>　　RS-485串行通信接口的功能包括串行／并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、通信格式的識(shí)別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)檢驗(yàn)、信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換等。通信接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、機(jī)機(jī)對(duì)話的通道。通過(guò)通信接口，PLC可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連，也可以和

87、其他PLC或上位計(jì)算機(jī)連接。</p><p><b>　　(4) 電池</b></p><p>　　在主機(jī)模塊中通常配有鋰電池，用于在掉電時(shí)保存用戶程序和數(shù)據(jù)。</p><p>　　(5) LED指示燈</p><p>　　在主機(jī)模塊上安裝有LED指示燈，用于指示PLC電源、運(yùn)行、編程、測(cè)試、斷開(kāi)、出錯(cuò)、電池電量不足、警

88、告等工作狀態(tài)。</p><p><b>　　(6) I/O端子</b></p><p>　　有的PLC在主機(jī)模塊上配有少量的I/O端子。PLC的I/O功能主要靠置各種I/O模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　輸入端子、輸出端子是PLC與外部輸入信號(hào)、外部負(fù)載聯(lián)系的窗口。輸入/輸出擴(kuò)展接口是PLC主機(jī)為了擴(kuò)展輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和類型的部件。輸入/輸出擴(kuò)

89、展接口有并行接口、串行接口和雙口存儲(chǔ)器接口等多種形式。</p><p>　　根據(jù)控制的需要，PLC主機(jī)可以通過(guò)揄入/輸出擴(kuò)展接口擴(kuò)展系統(tǒng)。在PLC主機(jī)的右側(cè)插上一塊或幾塊擴(kuò)展模塊，并用擴(kuò)展電纜將它們連接起來(lái)。而擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊、模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊或智能輸入/輸出擴(kuò)展模塊等。</p><p>　　3.3.2個(gè)人計(jì)算機(jī)或編程器</p><p>

90、　　個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)或編程器裝上STEP 7-Micro/WIN32編程軟件后，即可供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視等。</p><p>　　要求個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)配置：CPU為80586或更高的處理器，16MB內(nèi)存（最低要求為CPU80486, 8MB內(nèi)存）；VGA顯示器(分辨率1024×768像素）；硬盤空間至少50MB；Microsoft Windows所支持的鼠標(biāo)。使用PC/PPI電纜可

91、將計(jì)算機(jī)與PLC相連接。</p><p>　　3.3.3 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件</p><p>　　STEP 7_Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，支持32位Windows95/98/2000/NT4.0使用環(huán)境，其基本功能是創(chuàng)建、編輯、調(diào)試用戶程序、系統(tǒng)組態(tài)等。</p><p>　　3.3.4 通信電纜</

92、p><p>　　通信電纜是PLC用來(lái)與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)實(shí)現(xiàn)通信的“紐帶”?？梢杂肞C/PPI電纜；使用通信處理器(CP)時(shí)，可用多點(diǎn)接口(MPI)電纜；使用MPI卡時(shí)，可用MPI卡專用通信電纜。</p><p>　　4 XN2010型龍門銑床的PLC改造</p><p>　　4.1 XN2010型龍門銑床的PLC改造的I/O接線圖</p><p&

93、gt;<b>　　該圖如圖4</b></p><p>　　4.2 輸入/輸出分配表</p><p><b>　　該表如表3</b></p><p>　　4.3 XN2010型龍門銑床的PLC改造的S7-200 PLC程序和注釋</p><p>　　程序及注釋圖如圖5。</p>&l

94、t;p>　　表3 輸入輸出分配表</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　XN2010型龍門銑床它是一種高效率的加工機(jī)床,在機(jī)械加工以及機(jī)械修理領(lǐng)域得到很廣泛的一個(gè)應(yīng)用，它的操作是用手柄同時(shí)操作電氣以及機(jī)械，用來(lái)達(dá)到機(jī)電配合以完成預(yù)定的目標(biāo),是機(jī)械與電氣結(jié)構(gòu)配合動(dòng)作的一個(gè)很典型控制,是自動(dòng)化程度相當(dāng)高的機(jī)床。然而，在電氣控制系統(tǒng)中, 查找

95、和排除故障是相當(dāng)困難的。因?yàn)殡姎饪刂凭€路觸點(diǎn)太多、線路特別復(fù)雜、故障率很高、檢修周期比較長(zhǎng),給生產(chǎn)和維護(hù)帶來(lái)很多不便,嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。本文所述方案是對(duì)原來(lái)的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造而成,經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明該P(yáng)LC控制系統(tǒng)無(wú)論是硬件還是軟件,控制穩(wěn)定可靠, 具有極高的可靠性與靈活性, 更容易維修,更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),成功得通過(guò)了模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)

96、試XN2010型龍門銑床模型基本設(shè)計(jì)完畢,其功能基本達(dá)到要求,而且只要修改控制程序,就可以讓XN2010型龍門銑床做出不同的動(dòng)作,控制的柔性很好。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過(guò)程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過(guò)程,更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中我對(duì)利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)有了深刻的認(rèn)識(shí),對(duì)機(jī)械的工作原理有了進(jìn)一步的掌握,對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識(shí)與體會(huì),并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中增長(zhǎng)了知識(shí),豐富了經(jīng)驗(yàn)。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)可以說(shuō)是一種很

97、辛苦的工作，同時(shí)也是一個(gè)充滿樂(lè)趣的過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐。當(dāng)碰到比較棘手問(wèn)題時(shí)，我們通過(guò)不斷探討、查閱相關(guān)資料，即可使問(wèn)題得到解決。在設(shè)計(jì)中體會(huì)到理論必須和實(shí)踐相結(jié)合，雖然收集了大量的資料，但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很多的差異出現(xiàn)了很多意想不到的問(wèn)題。許多問(wèn)題在書本上是這樣，而在實(shí)際運(yùn)用中卻很不一樣，在經(jīng)過(guò)多次分析修改后，才設(shè)計(jì)出達(dá)到控制要求的系統(tǒng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b

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104、 A Web-based programmable logic controller </p><p>　　laboratory for manufacturing engineering education[J]. The International </p><p>　　Journal of Advanced Manufacturing Technology . 2004 (7-8)

105、</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過(guò)近半年的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。即利用PLC實(shí)現(xiàn)了對(duì)XN2010型龍門銑床的控制，通過(guò)合理的選用設(shè)備、元器件和軟件設(shè)計(jì)，提高了XN2010型龍門銑床運(yùn)行的可靠性。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我的知識(shí)領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展，專業(yè)

106、技能得到進(jìn)一步提高。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)自己大學(xué)幾年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人。本文是在某某老師的悉心指導(dǎo)下完成的，是我邁向社會(huì)，走出校門的最后一門“作業(yè)”。從實(shí)習(xí)前最初的確定課題，到收集資料，再到本文的最后完成，都離不開(kāi)某某老師的耐心指導(dǎo)。在此，非常感謝某某老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。某某老師師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、嚴(yán)于律己寬