對銑床進行PLC改造的方案設計2.1銑床改造設計的總體方案銑床的PLC控制系統(tǒng)的設計思路是，控制器的手動操作模式和運動模式保持不變，僅更換并減少了某些電氣元件的控制電路和硬件接線，從而降低了故障率。另外，觸摸屏用于執(zhí)行初步的視覺任務。另一個創(chuàng)新的設計是利用定時器的原理對銑床每次退刀之后的進給量進行自動化設計，設置兩個檔位，只需要按動觸摸屏上的按鈕，銑床就會自動進給一定的進給量。2.2系統(tǒng)的整體構(gòu)架該程序使用西門子S7-200PLC作為控制和分析核心，在信號處理和轉(zhuǎn)換后，通過特定的接口處理收集的開關信號。在這一設計中，該設計可以替代銑床原始繼電器控制的許多復雜設計。PLC將信號發(fā)送到觸摸屏，通過觸摸屏顯示銑床的工作狀態(tài)，同時將由觸摸屏監(jiān)視的按鈕信號發(fā)送到PLC，以實現(xiàn)操作功能。交互式的人機界面非常直觀，因此員工可以了解情況。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示：圖1-1銑床PLC控制結(jié)構(gòu)圖2.3系統(tǒng)方案的論證與選擇2.3.1銑床類型選擇方案一：改造X62W臥式萬能銑床。它是一種相對精密的加工設備。采用繼電器接點電路控制。方案二：改造其他銑床。滑枕式銑床，一種主軸安裝在滑枕上的銑床，底座水平放置，滑枕可沿滑軌水平移動。龍門銑床，用于加工大型零件。相對而言，X62W臥式萬能銑床使用最為廣泛，機床的剛度可以滿足要求，適用于大多數(shù)銑床的改造，降低了改造成本。因此，我們選擇第一個方案。2.3.2PLC控制核心選擇PLC是以微處理器為核心的通用工業(yè)自動控制計算機。它包擴自動控制技術(shù)，現(xiàn)代計算機技術(shù)和通信技術(shù)。在惡劣的工業(yè)環(huán)境中也能使用。選擇西門子S7-200PLC作為控制核心，具體配置如下：CPU226CN型DC/DC/DC，（24入/16出），兩個接口，一個滿足控制要求的通訊接口。2.3.3觸摸屏的選擇K-TP178micro是西門子的觸摸屏顯示器，它與S7-200結(jié)合使用。它價格低廉，可靠性高，性價比高。3銑床的介紹、工作原理的分析和硬件設計銑床是主要僅使用銑削零件的表面進行加工的機床。通常，銑刀主要以旋轉(zhuǎn)方式運動，并且可以加工平面、凹槽和各種曲面，效率高于刨床。它廣泛用于機械制造和維修部門。隨著自動化過程的加強，CNC編程技術(shù)越來越多地用于機床工作中，從而使操作員更加自由。3.1X62W銑床的型號簡介圖3-1X62W銑床型號介紹圖X62W臥式萬能銑床是一種多功能機床，它屬于升降臺式銑床。它可以銑削平面、斜面、螺旋面，它使用繼電接觸式控制系統(tǒng)實現(xiàn)電氣控制。3.2X62W臥式萬能銑床的結(jié)構(gòu)圖3-2銑床的外部結(jié)構(gòu)1-床身2—主軸3—刀桿4—懸梁5—支架6—工作臺7—回轉(zhuǎn)盤8—橫溜板9—升降臺10—底座3.3X62W臥式萬能銑床加工工件的流程圖3-3銑床加工工件的流程圖3.4銑床工作臺的動作原理和操作方式工作臺的進給可在3個坐標的6個方向運動，并且6個方向的運動是聯(lián)鎖的，不能同時接通。圖3-4手柄操作原理圖手柄1向左移動，連桿驅(qū)動裝置將進給電機的齒輪連接到向左移動的絲桿，撥動開關4將10推到觸點6上并激活電路以啟動進給電機，然后手柄移至右側(cè)將絲桿連接到與電動機相連的右側(cè)，并將工作臺從一側(cè)移到另一側(cè)。3.5安裝銑床銑刀的分類和銑削方式刀具包括立銑刀，平面刀，角刀，鋸片刀等。通用臥式銑床中使用的兩種圓柱銑刀進給方法是順銑和逆銑。向下銑削時，切削力將逐漸增加，刀具磨損將減少。切開切削刃后，工具的背面應滑動一定距離，并且工件的表面應堅硬。逆銑削中，切削刃上的切削量從大到小變化，力突然達到最大，從而導致嚴重的刀具磨損。在隨后的階段中，切削刃的力減小，并且由切削形成的部分更加精確。順銑逆銑圖3-5順銑和逆銑3.6X62W萬能銑床主電路和控制電路的電路分析3.6.1主電路原理分析X62W萬能銑床的控制電路如圖1所示。SQ1是主電源開關，F(xiàn)U1起到主電源短路保護的作用。M1是主軸電機，由SA開關和接觸器KM2，KM3控制，F(xiàn)R1熱繼電器為M1提供過載保護；M2是工作臺進給電機，由KM4和KM5組成。FR2熱繼電器為M2提供過載保護。冷卻泵M3電動機由接觸器KM1控制。熱繼電器FR3是M3的過載保護；保險絲FU2和FU3是防止M2和M3短路的保護裝置。KS速度繼電器在M1上執(zhí)行倒車制動命令。3.6.2主軸電動機M1的控制主軸電動機M1由KM2和KM3控制，主軸的旋轉(zhuǎn)方向由開關SA有關。按下啟動按鈕SB1或SB2，KM3接觸器的線圈將自鎖，主軸電機運行。當速度達到一定水平時，KS速度繼電器通常會打開和關閉。按下SB3或SB4，斷開常閉觸點SB3-1或SB4-1，接觸器KM3的線圈斷電，常開觸點SB3-2或SB4-2閉合，線圈KM2閉合通電，KM2常閉打開，KM2常閉自鎖，KM2的主觸點閉合，串聯(lián)電阻M1R進入制動，當M1的速度下降KM2線圈斷電，所有觸點復位，主軸電機停止；3.6.3進給電動機M2的控制要控制工作臺的縱向（前，后）和提升（上，下）進給，首先將工作臺開關SA1轉(zhuǎn)到關閉位置。此時，SA1-1和SA1-3被激活。工作臺的縱向進給和提升運動由操縱桿控制。操縱桿具有向上，向下，向前和向后四個位置（操縱桿由一個按鈕代替），并且鏈接到SQ1和SQ2位置開關。當手按下向下或向前位置時，位置開關SQ1常閉觸點SQ1-2斷開，常開觸點SQ1-1閉合，KM4接觸器的線圈通電，M2電機轉(zhuǎn)到“。工作臺上下移動。當手按下向上或向后位置時，SQ2位置開關的SQ2-2常閉觸點斷開，SQ2-1常開觸點閉合，KM5接觸器線圈通電，M2電動機反向。合作推動工作臺向上或向后移動。工作臺的水平進給控制（左右）是將工作臺開關SA1轉(zhuǎn)到SA1-1和SA1-3的接通位置，水平操縱桿控制工作臺的左右進給運動。拉動手柄時，不會同時按下SQ3或SQ4位置開關，并且M2電機驅(qū)動鏈通過機械結(jié)構(gòu)與工作臺下方的左右進給螺絲重疊。當手柄向左移動時，SQ4位置開關的SQ4-2常閉觸點斷開，SQ4-1常開觸點閉合，KM5接觸器線圈通電，M2向前旋轉(zhuǎn)，由驅(qū)動器驅(qū)動。機械傳動的合作。桌子向左移動；當手柄向左移動時，SQ3位置開關的SQ3-1常閉觸點斷開，SQ3-2常開觸點閉合，KM4接觸器線圈通電，電動機反向2斷開。機械傳動的角度使工作臺向右移動。控制圓臺的旋轉(zhuǎn)運動。為了擴大銑床的加工范圍，可以在銑床工作臺上安裝附件圓臺進行弧銑或凸輪銑削。在治療之前，必須將轉(zhuǎn)換開關SA1接通。此時，連接了觸點SA1-2，并且斷開了觸點SA1-1和SA1-3，從而使接觸器KM4的線圈通電，并且電動機M2運轉(zhuǎn)。專用軸驅(qū)動圓形工作臺進行旋轉(zhuǎn)運動。停止時，始終將開關SA1拉到關閉位置，以確保工作臺可以在六個方向之一上向前移動。3.6.4冷卻泵電機的控制冷卻泵控制電路見圖2。3.7銑床控制系統(tǒng)的創(chuàng)新設計（1）主軸的正反轉(zhuǎn)控制，由于需要轉(zhuǎn)換的次數(shù)不多不另外設計，保留原來的方式即采用一個換項開關控制實現(xiàn)；主軸的啟動有觸摸屏控制；主軸的制動按鈕設置在觸摸屏上，制動的方式由原來的反接制動和速度繼電器控制改為，制動電磁閥控制，當按下制動按鈕，主軸電路切斷，制動電磁閥電路接通，制動電磁閥剎車剎住無動力的主軸；（2）工作臺的設計撤消了原來的手柄控制方式，無需掛檔來使齒輪嚙合，是銑床的結(jié)構(gòu)更加簡單。組合方式如下表表3-1工作臺的運動左右進給絲杠離合器上下進給絲杠離合器前后進給絲杠離合器正轉(zhuǎn)接觸器向左向上向前反轉(zhuǎn)接觸器向右向下向后快速進給設計一個獨特的方便長按的大按鈕，安裝在觸摸屏旁邊，按鈕接通時快速進給電磁閥得電。（3）創(chuàng)新設計，在原來機床操作中有一步占用了操作的很多時間，就是每次退刀之后增加進給量，都是通過搖動手柄完成的，本論文設計應用定時器控制向上方向的進給，設置兩個檔位。按一次按鈕即可向上運動設置好的1mm或者0.5mm。（4）銑床的照明電路和冷卻電路不改變由原來的按鈕操作。（5）控制系統(tǒng)中用到的繼電器，全部由PLC的輸出控制，是24V的電壓控制的。（6）設計圖，如附錄中圖3-6所示。在對銑床的結(jié)構(gòu)和功能進行全面分析之后，我們了解了PLC，選擇了型號，然后將輸入和輸出端口分配給PLC。保留了主軸電機換刀開關。主要原因是它不經(jīng)常使用，保留了主軸速度控制撥盤，有很多的齒輪組合和速度值選擇。主軸制動的啟動是觸摸屏，該觸摸屏控制PLC的輸出，關閉主軸電動機的電路，打開主軸制動器的電磁閥，并且電磁閥已連接。在摩擦片上制動主軸；在工作臺控制設計中，傳統(tǒng)的齒輪嚙合方法已被更改和刪除，不再使用，并且使用電磁離合器代替齒輪嚙合方法。原始驅(qū)動器開關保持不變，觸摸開關繼續(xù)用作PLC輸入信號，驅(qū)動器開關連接到PLC輸入，并且工作臺上的快速移動按鈕被激活。當左右電源手柄移動時，按下SQ5和SQ6行程開關，行程開關會將接收到的信號發(fā)送到PLC，PLC將響應輸出端口并打開M2電動機和電動機。它旋轉(zhuǎn)，工作臺向左或向右移動。冷卻泵和照明燈的設計通常不用于保存輸入和輸出接口，并且電路簡單且通常沒有錯誤，因此電路和開關的原點不變。對X62W臥式萬能銑床的工作過程進行了透徹的分析，發(fā)現(xiàn)一個工作步驟非常困難且耗時。該手動過程需要時間，因為操作員每次必須手動轉(zhuǎn)動手柄進行調(diào)整，如果調(diào)整不正確，就有損壞機床的危險。這根據(jù)以下原理進行處理：定時器在PLC中設置，兩個檔位設置不同的時間，根據(jù)計算，工作速度每秒傳輸一次。1mm，因此交叉點是1mm，交叉點是0.5mm，第二個齒輪旋鈕在觸摸屏頂部。，當按下另外設置的兩個按鈕開關的一檔進給量的時候工作臺上移一秒也就是1mm，當按下二檔，工作臺向上運動0.5mm。實現(xiàn)快速進給，提高加工水平。4PLC的介紹和X62W銑床控制的軟件設計4.1PlC的介紹自1920年代以來，繼電器控制一直在工業(yè)控制中占據(jù)主導地位。繼電器控制系統(tǒng)的缺點：體積大，功耗高，可靠性低，壽命短，運行速度慢，適應性差等。特別是，它可靠性較差，用途廣泛且靈活性較差。1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車（GM）為公開招標起草了十項技術(shù)要求。1969年，美國數(shù)字設備公司（DEC）開發(fā)了世界上第一個可編程控制器（PDP-14）。4.1.2西門子S7-200PLCS7-200系列包含5種不同的CPU型號。各種模型之間的主要區(qū)別在于功能，例如集成的入口和出口點的數(shù)量，程序和數(shù)據(jù)存儲容量以及可伸縮性。圖4-1S7-200PLC產(chǎn)品家族表4-1S7-200PLC各型號特征特征CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226數(shù)字輸入68141424數(shù)字輸出46101016數(shù)字輸入輸出的最大值1078168168248模擬輸入08283028模擬輸出04141514模擬輸入出的最大值010353835程序內(nèi)存448/1212/1616/24數(shù)據(jù)內(nèi)存22810104.1.3銑床控制中PLC的選型選用西門子S7-200PLCCPU226,自帶兩個接口2個RS-485接口PORT0和POT1,一個通訊接口,能滿足控制要求。4.2銑床PLC控制系統(tǒng)的軟件設計和編程4.2.1編程軟件和編程界面說明本系統(tǒng)以SimenziS7-200PLC為控制系統(tǒng)的核心，完成PLC硬件設計后，必須由軟件編寫程序并加載到PLC中。編程軟件對系統(tǒng)的要求是操作系統(tǒng)：Windows95、Windows98、WindowsME或Windows2000以上計算機。PLC編程的時候需要與計算機連接，連接示意圖如下，只需要通信電纜不需要別的模塊。圖4-2S7-200PLC與計算機連接示意圖該界面通常可以分為以下區(qū)域：菜單欄（包括8個主菜單項），工具欄（快捷按鈕），指南欄（快速訪問窗口），指令樹（快速訪問窗口），輸出窗口和用戶窗口（5個）圖中的自定義窗口可以同時打開或單獨打開）。如何編寫程序：從菜單欄中創(chuàng)建一個新程序。根據(jù)梯形圖編寫程序，并使用工具欄和指令樹圖形。調(diào)試仿真并重建程序，直到滿足條件為止。該程序可以識別網(wǎng)絡，并允許您向每個網(wǎng)絡添加注釋。編寫程序后，需要對其進行編譯并將其下載到PLC。圖4-3編程軟件外觀圖4.2.2PLC輸入輸出分配PLC輸入輸出分配表如下圖4-4：圖4-4PLC符號表4.2.3主軸的控制程序當按下主軸啟動按鈕時，輔助繼電器M3.0激活并自鎖，主軸電機接觸器Q0.0接通，主軸開始旋轉(zhuǎn)；當按下主軸點動按鈕時，主軸為點動接觸器。主軸制動按鈕按下的時候，主軸接觸器線路斷開，接觸器失電斷開，制動電磁閥被接通，按著制動按鈕主軸就會馬上停止轉(zhuǎn)動。4.2.4工作臺動作的控制程序工作臺的控制，方向按鈕被按下的時候，進給電動機的正反轉(zhuǎn)接觸器被接通，三個坐標的電磁離合器分別接通，實現(xiàn)六個方向的進給運動?？焖龠M給按鈕同時按下的時候，進給電磁閥得電，進給軸脫離工進軸撘和快進軸，完成快速進給。4.2.5定時模塊的設計一檔進給量按鈕被按下的時候定時器計時1S，使向上方向的進給維持一秒，來完成1mm的進給量操作；二檔進給量按鈕被按下的時候定時器計時0.5S，使向上的進給維持0.5S，來完成0.5mm的進給量操作。4.2.6程序仿真首先我們要使用西門子S7-200PLC的編程軟件STEP7-Micro/Win編寫真正的程序，如圖4-5。圖4-5編程軟件外觀圖第一步將CPU型號改為：CPU226CN,如圖4-6。圖4-6PLC類型圖將程序?qū)懭?，點擊菜單欄文件中的導出，然后選擇保存類型為（*.awl），點擊保存按鈕，保存至桌面，然后打開仿真軟件，將型號選為CPU226。如圖4-7。圖4-7仿真軟件界面圖點擊左上角程序，選擇載入程序，勾選所有，版本選擇MicrowinV3.2，V4.0。如圖4-8。圖4-8載入程序圖在彈出的窗口中選擇剛才保存的文件，點擊打開，將其他彈出來的小窗口關掉，只保留梯形圖這個窗口，然后點擊菜單欄PLC運行。圖5展示的是仿真軟件的程序監(jiān)視功能，能看到程序的運行狀態(tài)。如圖4-9。圖4-9仿真運行圖4.3觸摸屏的選擇設計及通訊連接觸摸屏用戶友好且易于操作，并且在工業(yè)中越來越多地被使用。按照X62W銑床的控制要求，本文設計了觸摸屏操作界面，如圖所示，主界面可以選擇手動控制界面或觸摸屏控制界面。選擇手動控制時，PLC收集機器按鈕信號。操作模式如下：床按鈕-PLC系統(tǒng)收集信號-PLC系統(tǒng)處理信號-PLC輸出信號以控制接觸器和電磁閥。選擇觸摸屏控制界面時，操作模式如下：觸摸屏采集信號-向PLC發(fā)送信號-PLC處理該信號，然后輸出控制繼電器和電磁閥。PLC來替代了銑床原來算有的復雜的邏輯線路，線路變得清晰明了即使有故障也容易修復，在觸摸屏上的可視化操作既保證了人的安全也保證了機床的安全。4.3.1觸摸屏的選擇（HMI）是用于在人與計算機之間對話和通信。PLC是基于微處理器的通用工業(yè)自動控制設備。人機界面是根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境而設計的。前防護等級為IP65，后防護等級為IP20。堅固耐用。它的穩(wěn)定性和可靠性等同于API。它可以在惡劣的環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，機器接口是API的最佳伙伴。K-TP178micro是西門子設計觸摸屏顯示器，它與S7-200結(jié)合使用，滿足中國中小型用戶的需求。圖4-10K-TP178micro外觀圖4.3.2WinCCflexible組態(tài)編輯打開TIAPortalV15進入博圖工程創(chuàng)建界面，如圖4-11，點擊新建后以此彈如圖所示的對話框，我們選擇工程的路徑圖同時給工程命名。圖4-11新建工程界面圖選擇好PLC的連接向?qū)Ш?，添加相應模塊。下一步進行程序的編寫。如圖4-12。圖4-12程序編寫界面根據(jù)設計要求設計觸摸屏的用戶界面。觸摸屏上設計的開關包括主軸啟動，主軸制動器，主軸電機，高速進給臺，圓臺和移動臺。它應該設計在觸摸屏上。開關位置具有重新設計的前進速度，用于選擇第一檔和第二檔。其設計應能顯示觸摸屏上顯示的工作臺的運動方向，主軸電機的工作狀態(tài)以及圓形工作臺的工作狀態(tài)。操作界面如圖4-13。圖4-13系統(tǒng)控制總體畫面、4.3.3觸摸屏中各變量的解釋如上所述，該系統(tǒng)的輸入和輸出是切換值，因此在已組態(tài)的實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量名稱的類型也必須切換。如圖4-14。圖4-14變量數(shù)據(jù)庫4.3.4系統(tǒng)仿真本系統(tǒng)設計的銑床控制用戶登錄記錄頁面如圖4-15。圖4-15用戶登錄記錄頁面系統(tǒng)啟動，進入用戶管理頁面，輸入用戶和密碼，如圖4-16。4-16用戶管理界面圖本設計的銑床控制系統(tǒng)操作主界面如圖4-17所示。主界面包括主軸電機，工作臺，照明燈和冷卻泵和急停按鈕。圖4-17WINCC模擬組態(tài)系統(tǒng)初始圖圖4-18主軸電機運行圖圓形工作臺可以上下左右移動，分為一檔和二檔速度。圖4-19工作臺運行圖4.3.5觸摸屏、PLC和計算機的通訊連接設計打開S7-200編程軟件V4.0，然后在操作結(jié)構(gòu)的“符號表”中雙擊“自定義1”符號。您可以在打開的符號表中為任何變量創(chuàng)建相同的符號。與WinCCflexible變量表相似，符號相同。在下載項目之前，在“通信”文件夾的指令樹中單擊S7-200，單擊PG\PC圖標，然后定義編程計算機的通信參數(shù)。要設置用于與K-TP178micro進行PLC通訊的RS-485通訊接口的參數(shù)，確保PLC與K-TP178micro之間的通訊參數(shù)一致。使用PC\PPI編程電纜連接編程計算機的RS-232接口和S7-200的RS-485通訊接口。然后單擊工具欄中的下載按鈕，將程序和系統(tǒng)塊下載到S7-200。5總結(jié)X62W臥式萬能銑床可以滿足多種應用。使用本文介紹的解決方案，西門子S7-200PLC和觸摸屏技術(shù)重新組裝了銑床，使電路設計更簡單，更自動化和更清晰，并大大降低了使用過程中的故障率。減少了維護時間，降低了維護成本，提高了機床的生產(chǎn)效率。由于知識水平有限，沒有進行進一步的改造。銑床的數(shù)控改造還應有更多進展。通過用步進電機替換機床主軸和驅(qū)動電機，可以實現(xiàn)數(shù)字化操作。銑刀交換系統(tǒng)和銑削速度方向調(diào)整：銑床可以設計大型平臺，而無需將工件加工程序輸入到銑床控制系統(tǒng)中。無需人工干預即可連續(xù)加工工件。這樣自動化程度得到了提高，新設計的成本也得到了提高。每個企業(yè)或用戶都可以根據(jù)自己的需求選擇過渡計劃。

在這幾個月的時間內(nèi)，在老師的指引下，對大學學過的專業(yè)知識做了系統(tǒng)的利用和重新學習，使我對今后的工作和學習有著非常重要的影響，使我終身受益。參考文獻[1]唐志希.以X62W萬能銑床為例淺談機床控制電路實習與PLC實習相結(jié)合的實習教學.科協(xié)論壇,2010,56（2）：20-22[2]王聰.傳統(tǒng)銑床的PLC控制系統(tǒng)實例.電子制作,2010,(下)：102-144[3]吳國強.PLC在X62W萬能銑床改造中的應用.廣西輕工業(yè),2007,(12)：144-164[4]唐志希.以X62W萬能銑床為例淺談機床控制電路實習與PLC實習相結(jié)合的實習教學.2010,5(2):98-122[5]馬立修.基于觸摸屏和PLC的萬能銑床控制改造設計.機床電器,2008,1:12-42[6]左敬源.觸摸屏在X62W型萬能銑床中的應用.科技信息,2010,17:15-19[7]行娟娟.X62W萬能銑床電器技能培訓實驗裝置的設計.西安文理學院學報.自然科學版,2008,4:64-78[8]廖常初.設備改造中的PLC梯形圖設計方法,電工技術(shù)雜志,2001.9:37-40[9]陳遠齡.機床電氣自動控制,重慶大學出版社,1997:55-67[10]呂景泉.可編程序控制器及其應用,北京:機械工業(yè)出版社,2001:45-65附錄附錄1銑床器件參數(shù)表銑床的電機參數(shù)參照表符號名稱型號規(guī)格件數(shù)作用M1主軸電動機Y132M—4—B37．5KW，380V，1450r/min1主軸傳動M2進給電動機Y90L—41．5KW,380V,1400r/min