x62w萬能銑床plc電器改造設計論文

1、<p>　　論 文 題 目</p><p>　　X62W萬能銑床PLC電器改造</p><p><b>　　論文作者姓名： </b></p><p>　　所 在 院 系：機電學院機電系</p><p>　　所 學 專 業(yè)：機電技術教育</p><p><b>　　導師

2、姓名職稱：</b></p><p>　　X62W型萬能銑床的PLC電氣改造</p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　本文對X62W萬能銑床的電路圖系統(tǒng)的設計進行了分析，指出了原設計存在的不足之處，闡述了采用中小型PLC和采用MCGS軟件設計的遠程控制的可行性及具體的實施過程，為業(yè)內同行進行相關的技術設計提供

3、參考。 </p><p><b>　　關鍵詞 </b></p><p>　　PLC 電氣控制 組態(tài)軟件MCGS X62W萬能銑床 電路圖 遠程控制</p><p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　Origin text rightness X62W all-powerf

4、ul miller of electric circuit diagram system of design proceed analysis, point out original design exsit of lack it place,adoption inside small scaled PLC with adoption MCGS software design of long range control of possi

5、bility and concrete of put process into practice, is industry inside go together proceed related of technique design offering test. </p><p>　　Key phrase</p><p>　　PLC electricity control set so

6、ftware MCGS X62W all-powerful miller electric circuit diagram long range control</p><p>　　1 X62W萬能銑床電路圖的PLC改進</p><p><b>　　1.1 前言</b></p><p>　　X62W型萬能銑床，可用于平面，斜面和溝槽等的加工，安

7、裝分度頭后可銑切直齒輪，螺旋面，使用圓工作臺可以銑切凸輪和弧行槽，是一種常見的通用機床。但是在應用過程中其自動化程度不高，為此，我們采用PLC對 其進行改造，使其更適合于現代化的加工要求。</p><p>　　1.2 銑床的主要機構和運動行式</p><p>　　X62W型銑床的結構簡單，它由床身，懸梁，刀桿支架，工作臺和升降臺組成，刀桿支架上安裝與主軸相連的刀桿及銑刀。以進行切削加工，順

8、銑時刀具為前轉動方向，逆時為后方向轉動。床身前面有垂直導軌，升降臺帶動工作臺可沿垂直導軌上下移動，完成垂直方向上的進給。升降臺上的水平工作臺還可以在左右方向向上移動進給以及在橫向移動進給。回轉臺可單向轉動，驅動電機經機械轉動鏈轉動，同過機械離合器在選定的進給方向盤驅動工作臺移動進給。</p><p>　　1.3 電力拖動和控制要求</p><p>　　圖1 X62W萬能銑床電器元件說明表

9、</p><p>　　原來銑床的電路圖（如圖2）采用的是常規(guī)的繼電器-接觸器控制臺控制電路。</p><p>　　銑床的主軸運動和工作臺進給運動分別單獨的電動機拖動，并有不同的控制</p><p>　　要求。同時為了滿足順銑和逆時針銑工作方式，能正轉和反轉</p><p>　　為了方便分析電路圖，我們把原有的電路圖的元件說明表（圖2）給出，可

10、以明顯的看出改進前后方便程度</p><p>　　經過分析原有的電路圖，進行改造具體如下：</p><p>　?。?）工作臺進給電機M2，直接啟動，為了滿足縱向橫向垂直方向的往返運動，要求電機能正反轉，為了提高生產率，要求空行程時可以快速度的移動，從設備使用安全考慮，各進給運動之間必須要有聯鎖。</p><p>　?。?）電機M2拖動冷卻泵，在銑削時間提供切削液。&

11、lt;/p><p>　?。?）主軸與工作臺的變速度運動有機械變速系統(tǒng)完成，變速度過程中，當選定嚙合的齒輪沒能進入正常嚙合時間，要求電機能點動到合適位置，保證能正常嚙合。</p><p>　?。?）加工零件時間，為了保證設備安全，要求主軸電機啟動以后，工作臺電機</p><p><b>　　方能啟動.</b></p><p>

12、　　圖2 原有的銑床電路圖</p><p>　　1.4 PLC 控制硬件結構</p><p>　　由于X62W型萬能銑床采用繼電器設計，整套控制部分為了完成控制要求。各有控制部件要進行復雜的聯鎖和互鎖，所以線路接點多。由于普通繼電器壞頻率高，且生產條件惡劣等原因，會給銑床的使用和維修帶來許多不方便。為了提高生產效率，尤其是減少維修工作量。采用工業(yè)可編程控制器（PLC）對該設備進行改造。目前

13、plc的開發(fā)軟件主要有：日本松下電工IFP0系列產品，三菱FX系列產品，西門子系列產品，日本立石C200H型系列產品等，各有其特色。本次采用的是日本松下電工IFP0可編程控制器，它擁有通常只能在大型控制器才具備的功能，價格又便宜，結構緊湊體積小，適合自動化控制領域中選用。會收到明顯的使用效益。</p><p><b>　　(1)硬件配置</b></p><p>　　我

14、們根據實際情況，在銑床的改造過程中，基本上保持原有的操作方式不變，將原有的控制線路圖取消，采用一套PLC 控制系統(tǒng)取代，PLC控制系統(tǒng)我們采用是日本松下電工FP0系列產品作為控制器,IFP0 屬于整體式結構，包括控制單元，擴展單元，特殊單元。控制單元有14 16 24 40 56 72點六種，還有8 16 24 40點四種擴展單元，單機最多可控制152點同時可接四通A/D D/A轉換單元。</p><p>　　采

15、用的PLC芯片的輸入點為8點，輸出為8點，擴展單元也為8個輸出和8 個輸入點。因為可編程控制器（PLC）是進十幾年發(fā)展起來的一 種新型工業(yè)控制器，由于它把計算機的編程靈活、功能齊全應用面廣等優(yōu)點與繼電器系統(tǒng)的控制簡單，使用方便、抗干擾能力強等優(yōu)點結合起來。而其本身又有體積小重量輕，耗電省等優(yōu)點，在工業(yè)生產過程控制中的應用越來越廣泛了。而銑床又是工業(yè)生產中最常見，最普通而又不可少的加工機器。目前大部分銑床的控制系統(tǒng)的都是采用電路圖連線來實

16、現機床的加工過程，已經滿足不了當今社會的發(fā)展了。自然就要改進，來實現自動化智能化，目前主要是用單片機和PLC來改進的，但是單片機在改進中有一些小問題，為此就采用PLC來改進X62W萬能銑床，來實現其自動化 智能化，并有可能發(fā)展到無人工廠，那么其前景更廣闊了。當然可以滿足銑床的10 點輸入和6點的輸出要求。PLC的供電電源為220V有38V/220V的隔離變壓器提供，這樣可以減少電網波動和噪音對PLC的干擾。進入PLC。輸入地址如下圖&l

17、t;/p><p>　　(2)系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　我們根據X62W型萬能銑床原有的電路圖線路原理，設計了PLC的控制系統(tǒng)，由于該控制系統(tǒng)采用自動和手動二種控制方法，選用模塊化程序結構，因而具有結構簡單清楚，編寫方便等優(yōu)點。系統(tǒng)程序結構階梯圖如下圖</p><p>　　圖2A X62W萬能銑床的PLC階梯圖</p><p>　　我

18、們?yōu)榱朔奖憧磮D，把助記符圖標出，如圖2AA</p><p>　　圖2AA X62W萬能銑床PLC圖的助記符圖</p><p>　　如圖2AB是PLC的功能說明表</p><p>　　銑床的自動控制功能子程序是整個控制軟件中比較復雜的一部分，也是整個程序設計的重點。程序開始后首先判斷工件是否夾緊定位，夾緊定位準確后，移動工作臺到刀具位置。工作臺到位，同時進行零件

19、加工參數的設置和檢測。準備狀態(tài)完成。</p><p><b>　　1.5改進方案檢測</b></p><p>　　經過調試運行，完全正常，可以運用到工廠企業(yè)中去。</p><p><b>　　2組態(tài)軟件</b></p><p>　　2.1 組態(tài)軟件產生的背景</p><p>

20、　　“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡稱DCS）的出現才開始被廣大的生產過程自動化技術人員所熟知的。在工業(yè)控制技術的不斷發(fā)展和應用過程中，PC（包括工控機）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現在：PC技術保持了較快的發(fā)展速度，各種相關技術已臻成熟；由PC構建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強；基于PC的控制系統(tǒng)

21、易于學習和使用，可以容易地得到技術方面的支持。在PC技術向工業(yè)控制領域的滲透中，組態(tài)軟件占據著非常特殊而且重要的地位。組態(tài)軟件是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數據管理和網絡功能。對應于原有的HMI（人機接口軟件，Human M

22、achine Interface）的概念，組態(tài)軟件應該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出</p><p>　　2.2MCGS組態(tài)軟件產品介紹</p><p>　　·全中文可視化組態(tài)軟件，簡潔、大方，使用方便靈活·完善的中文在線幫助系統(tǒng)和多媒體教程·真正的32位程序，支持多任務、多線程，運行于Win95/98/NT/200

23、0平臺·提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構造圖形界面·支持數據采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網絡設備等700多種國內外眾多常用設備·支持溫控曲線、計劃曲線、實時曲線、歷史曲線、XY曲線等多種工控曲線·支持ODBC接口，可與SQL Server、Oracle、Access等關系型數據庫互聯·支持OPC接口、DDE接口和OLE技術，可方便的與其他各種程序和設備互聯

24、</p><p>　　·超小型尺寸，具有世界上最小的安裝面積，寬25X高90X長60毫米。</p><p>　　·輕松擴展，擴展單元可直接連接到控制單元上、不需任何電纜。</p><p>　　·從I/O 10點到最大I/O 128點的選擇空間，擁有廣泛的應用領域。·提供漸進色、旋轉動畫、透明位圖、流動塊等多種動畫方式，可以達

25、到良好的動畫效果·上千個精美的圖庫元件，保證快速的構建精美的動畫效果·功能強大的網絡數據同步、網絡數據庫同步構建，保證多個系統(tǒng)完美結合·完善的網絡體系結構，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括電話通訊網，寬帶通訊網，ISDN通訊網，GPRS通訊網和無線通訊網</p><p>　　2.3組態(tài)軟件的功能特點</p><p>　　目前看到的所有組態(tài)軟件都能完成

26、類似的功能：比如，幾乎所有運行于32位Windows平臺的組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結構，并且對工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設備、標簽量、畫面等）進行配置和編輯；都提供多種數據驅動程序；都使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能，等等。但是，從技術上說，各種組態(tài)軟件提供實現這些功能的方法卻各不相同。從這些不同之處，以及PC技術發(fā)展的趨勢，可以看出組態(tài)軟件未來發(fā)展的方向。（1）數據采集的方式大多數組態(tài)軟件提供多種數據采集程序，用戶可以進行

27、配置。然而，在這種情況下，驅動程序只能由組態(tài)軟件開發(fā)商提供，或者由用戶按照某種組態(tài)軟件的接口規(guī)范編寫，這為用戶提出了過高的要求。由OPC基金組織提出的OPC規(guī)范基于微軟的OLE/DCOM技術，提供了在分布式系統(tǒng)下，軟件組件交互和共享數據的完整的解決方案。在支持OPC的系統(tǒng)中，數據的提供者作為服務器（Server），數據請求者作為客戶（Client），服務器和客戶之間通過DCOM接口進行通信，而無需知道對方內部實現的細節(jié)。由于COM技術是

28、在二進制代碼級實現的，所以服務器和客戶可以由不同的廠商提供。在實際應用中，作為服務器的數據</p><p><b>　　（2）腳本的功能</b></p><p>　　腳本語言是擴充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段。因此，大多數組態(tài)軟件提供了腳本語言的支持。具體的實現方式可分為三種：一是內置的類C/Basic語言；二是采用微軟的VBA的編程語言；三是有少數組態(tài)軟件采用面向對象的腳

29、本語言。類C/Basic語言要求用戶使用類似高級語言的語句書寫腳本，使用系統(tǒng)提供的函數調用組合完成各種系統(tǒng)功能。應該指明的是，多數采用這種方式的國內組態(tài)軟件，對腳本的支持并不完善，許多組態(tài)軟件只提供IF…THEN…ELSE的語句結構，不提供循環(huán)控制語句，為書寫腳本程序帶來了一定的困難。微軟的VBA是一種相對完備的開發(fā)環(huán)境，采用VBA的組態(tài)軟件通常使用微軟的VBA環(huán)境和組件技術，把組態(tài)系統(tǒng)中的對象以組件方式實現，使用VBA的程序對這些對象

30、進行訪問。由于VisualBasic是解釋執(zhí)行的，所以VBA程序的一些語法錯誤可能到執(zhí)行時才能發(fā)現。而面向對象的腳本語言提供了對象訪問機制，對系統(tǒng)中的對象可以通過其屬性和方法進行訪問，比較容易學習、掌握和擴展，但實現比較復雜。 2.4組態(tài)軟件的控制功能</p><p>　　隨著以工業(yè)PC為核心的自動控制集成系統(tǒng)技術的日趨完善和工程技術人員的使用組態(tài)軟件水平的不斷提高，用戶對組態(tài)軟件的要求已不像過去那樣主要側重于

31、畫面，而是要考慮一些實質性的應用功能，如軟件PLC，先進過程控制策略等。軟PLC產品是基于PC機開放結構的控制裝置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點，利用軟件技術可將標準的工業(yè)PC轉換成全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計算機和PLC的開關量控制、模擬量控制、數學運算、數值處理、通信網絡等功能，通過一個多任務控制內核，提供了強大的指令集、快速而準確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種Ｉ/Ｏ系統(tǒng)及網絡的開放式結

32、構。所以可以這樣說，軟PLC提供了與硬PLC同樣的功能，而同時具備了PC環(huán)境的各種優(yōu)點。先進控制策略主要有：雙重控制及閥位控制、純滯后補償控制、解耦控制、自適應控制、差拍控制、狀態(tài)反饋控制、多變量預測控制、推理控制及軟測量技術、智能控制（專家控制、模糊控制和神經網絡控制）等，尤其智能控制已成為開發(fā)和應用的熱點。目前，國內許多大企業(yè)紛紛投資，在裝置自動化系統(tǒng)中實施先進控制。國外許多控制軟件公司和DCS廠商都在競相開發(fā)先</p>

33、<p><b>　　2.5控制界面</b></p><p><b>　　3遠程控制</b></p><p>　　3.1應用背景　　在冶金，化工，電力，制藥等許多大型工程中，空壓站建設是一項重要的輔助工程?？諌赫镜闹髟O備為空氣壓縮機，空氣干燥器，配套過濾器，儲氣罐，連接管道和閥門等組成一供氣系統(tǒng)。大型空壓站通常擁有多套設備，以保證不

34、同負荷的需求。確保合格的供氣品質，滿足穩(wěn)定的氣源壓力，供氣流量的自動調節(jié)等是空壓站自動化的基本任務。隨著自動化水平的不斷提高，建設無人值守空壓站的要求已是一個發(fā)展趨勢?！　”景咐龖糜赬62W萬能銑床為例。,用戶要求：　　1） 設備應有自動控制和聯鎖保護裝置，并配有觸摸屏供現場觀察各工藝參數和設備狀態(tài)，可手動/自動切換操作及緊急停機；　　2） 現場控制室應有計算機操作站，通過建立設備網絡，監(jiān)控整個生產過程；　

35、　3） 工廠的操作站應與廠區(qū)控制中心聯網，由控制中心的控制器實時遠程監(jiān)控，實現空壓站無人值守。3.2系統(tǒng)構成　?。?）控制網絡結構的確立　　由于控制中心選用日本松下的PLC構筑自控系統(tǒng)，并指定采用DH+網絡實施遠程聯網。為保持一致性，銑床自控設備全都選用日本松下的小型PLC ——FP0系列可編程控制器，其帶有DH+網絡接口，支持DH+和DH-485網</p><p>　　傳輸空壓站系統(tǒng)的

36、重要信息參數及各設備運行狀態(tài)，并實現控制中心的遠程控制操作?！　) 上層設備網——DH+網絡，連接現場主控制器,它除負責與遠程控制網連接外，還承擔所有子站的信息集成和控制信號的傳遞。　　c) 下層設備網——采用DH-485網絡，工廠的銑床通信控制器作為上下網的聯接器，并傳遞遠程控制信號。　　DH+網絡為日本松下公司推出的工業(yè)局域網之一，它是最早為可編程序控制器提供遠程編程支持的控制網絡。它可以在可編程序控制器

37、、操作員界面系統(tǒng)、個人計算機、主計算機、數字控制設備、可編程的具有多個接口的設備之間提供點對點通信。一個DH+網絡最多可以連接99個DH+鏈路，每個DH+鏈路最多可以連接64個節(jié)點（智能化設備）。它采用雙絞線或屏蔽同軸電纜連接，每個鏈路的傳輸速率為57.6K Bps，115.2KBps和230.4KBps三種可選，傳輸距離可達10,000英尺（3048米）。DH+網絡支持從遠程鏈路進行組態(tài)、編程以及故障查詢等?！　H-48

38、5是一種對信息傳送有時間苛刻要求的、高速確定性的工業(yè)局域網絡，主要用于車間級各種設備之間的數據傳遞；具有多主功能，在令牌傳送協(xié)議下工作</p><p>　　工作站組態(tài)軟件MCGS設在現場控制室的操作站用來監(jiān)視和操作整個生產過程，為控制系統(tǒng)提供通訊、顯示及報表管理等功能，　　 各設備控制器自成一子系統(tǒng)，其應用程序功能包括：信息采集，設備控制，故障報警，聯鎖保護，以及數據處理和通信傳輸?！　⊥ㄐ艂鬏敼ぷ?/p>

39、從控制中心控制器經現場控制室操作站到銑床通信控制器，均采用自上而下的方式讀/寫目標控制器的數據區(qū)數據，由數據傳送指令完成數據通信，實現信息集成和遠程控制。3.3難點問題和解決方法　　 1）通信故障引起遠程監(jiān)控失效兩次（上層設備網）。分析可能的原因，通信電纜使用了帶屏蔽的普通信號電纜而非控制設備規(guī)范要求的雙絞線屏蔽電纜，易受現場干擾；軟件方面對通信異常未設置必要的處理程序?！　〗鉀Q方法——將原來115.2KBps通信傳輸速

40、率降低到57.6KBps ，以提高數據傳輸的可靠性；軟件方面做了相應的改動，此后未再出現過類似通信故障?！　?）通信傳輸延時，實時控制滯后（下層設備網）。經分析獲悉，DH-485令牌總線網絡結構的工作模式使得銑床通信控制器需要多個循環(huán)才能對下層網各設備控制器掃描一遍，加之網絡傳輸速率相對較低，在傳輸數據量較大時，出現</p><p>　　采用PLC 對傳統(tǒng)加工設備進行改造后，提供了設備的自動化水平，極

41、大的改善了設備的電器性質。系統(tǒng)具有操作簡單，可靠性高，工藝參數修改方便的特點。并且具有手動和自動操作兩種功能。在生產規(guī)模較大的場合還可以將多臺有PLC控制的銑床與計算機聯網。實現集中管理，分散控制。在現代化工業(yè)控制中具有 廣闊的應用前景。控制系統(tǒng)網絡化可有效實現空壓站遠程監(jiān)控，無人值守。本案例的成功實施是一個很好的示例。分級控制網絡的實施，分散了故障危險，可提高網絡運行的有效性和可靠性。綜合分析生產實際情況，以及全面評價控制設備的各項性

42、能指標，有助于制訂經濟性的控制方案，從而降低投資成本，提高經濟效益。改進方向：1）引入故障檢測和故障診斷的處理程序，系統(tǒng)的智能化程度可得到提高有利于進一步改善自控系統(tǒng)的有效性和可靠性。 2）優(yōu)化調度策略，軟件聯鎖保護等自動控制功能模式的應用，有望將自動化水平提升到更高層次，并由此獲得更大的效益。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>

43、　　[1] 王常初 ：可編程控制器應用技術（第三版）</p><p>　　[2] MITSUBSHI ELECRIC CORPORATLON D松下電工可編程控制器手冊</p><p>　　[3] 順偉用：金屬切削機床概論</p><p>　　[4] 余英良：機床數控改良設計與實例</p><p>　　[5] 張桂香 電氣控制與PLC應用