C650車床電氣系統(tǒng)的PLC改造

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 課題名稱 C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 學(xué) 院 華科學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（機(jī)電） 班 級 機(jī)自 062214H 學(xué) 號(hào) 200622011407 姓 名 韓銳 二一 年 三 月 日 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 摘 要 更新改造舊機(jī)床是最近幾年發(fā)展起來的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，該設(shè)計(jì)是對C650臥式車 床的控制系統(tǒng)的PLC控制改造的研究設(shè)計(jì)。 采用連線少、體積小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系統(tǒng)， 來代替電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制邏輯，配以合適的數(shù)控系統(tǒng)，可使機(jī)床控制功能 更加豐

2、富，自動(dòng)化水平大大提高。 此次設(shè)計(jì)從被控對象的I/O點(diǎn)數(shù)和性價(jià)比高、綜合成本低這幾個(gè)主要原則出發(fā)，主要 進(jìn)行了控制裝置選型， PLC的地址分配和用梯形圖編輯的PLC控制程序設(shè)計(jì)。 改造后的機(jī)床在實(shí)現(xiàn)機(jī)床原有功能的基礎(chǔ)上還增加了自動(dòng)加工、自動(dòng)換刀等多 種功能。 關(guān)鍵詞：數(shù)控改造；繼電器；PLC；梯形圖 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Research and Design for C650 horizontal type lathe Reconstruction on PLC Control ABSTRACT Retrofitting obsolete old machine tools is a

3、n industry developed in the recent years, this design makes a reconstruction towards Research and Design for C650 horizontal type lathe Reconstruction on PLC Control My purpose is to use the state of PLC memorizer unit to replace the relay mechanical touch in series or parallel connection in electri

4、c control system, Systems controlled by PLC have few line connected and small cubage, little power cost and high control speed as well as precision, and that PLC have count function, which the electric control system dont have commonly. This design on the principle of the number of I/O spot in objec

5、t controlled and high performance to price ratio and low comprehensive cost. PLCs address distribution and PLC control edited by ladder diagram is mainly designed. On the basis of carrying out machine tools intrinsic functions, other functions such as automatic machining and automatic tool change is

6、 added after reconstruction. Keywords: digital control reconstruction;；relay；P LC； ladder program 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT.II 第 1 章 緒論 .1 1.1 普通機(jī)床改造的意義和前景 .1 1.2 PLC 的基礎(chǔ)知識(shí) .4 1.3 PLC 控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較 .5 1.4 電氣系統(tǒng)改造為 PLC 控制的意義 .6 1.5 PLC 相關(guān)概述 .7 第 2 章 C650 車床的主要結(jié)構(gòu)與控制要求 .10 2.1 C650 車床的主要結(jié)構(gòu)

7、 .10 2.2 C650 車床的控制要求 .10 2.3 繼電器電氣線路的分析 .11 2.3.1 主電路分析 .11 2.3.2 控制電路分析 .12 2.3.3 整機(jī)線路聯(lián)鎖與保護(hù) .13 第 3 章 C650 臥式車床改造為 PLC 控制的硬件設(shè)計(jì) .14 3.1 統(tǒng)計(jì) I/0 的點(diǎn)數(shù) .14 3.2 PLC 的選型 .15 3.2.1 PLC 的硬件組成與各部分的作用 .15 3.2.2 PC 的技術(shù)指標(biāo) .18 3.3 I/0 分配表 .20 3.4 PLC 控制系統(tǒng)外部接線圖的設(shè)計(jì) .21 第 4 章 C650 臥式車床改造為 PLC 控制的軟件設(shè)計(jì) .22 4.1 電動(dòng)機(jī) M1

8、 正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖的設(shè)計(jì) .22 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 4.2 電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制及反接制動(dòng)控制的設(shè)計(jì) .24 4.4 梯形圖 .28 4.5 語句表 .30 第 5 章調(diào)試 .33 5.1 M1 的正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)調(diào)試 .34 5.2 M1 正轉(zhuǎn)調(diào)試 .35 5.3 反轉(zhuǎn)調(diào)試 .36 5.4 反轉(zhuǎn)制動(dòng)調(diào)試 .37 5.5 M2 的起動(dòng)調(diào)試 .38 5.6 M2 的停止調(diào)試 .38 5.7 M3 的起動(dòng)調(diào)試 .38 第 6 章結(jié)論 .39 致謝 .40 參考文獻(xiàn) .41 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 1.1 普通機(jī)床改造的意義和前景 從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控

9、技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性 的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕 操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提 高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào) 廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求 100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè) 發(fā)展的重要裝備。 更新改造舊機(jī)床是最近幾年發(fā)展起來的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在國外己形成一定 規(guī)模和市場，涌現(xiàn)出了許多專門從事機(jī)床改造的公

10、司。國外舊機(jī)床改造費(fèi)用大 約為同類型新機(jī)床價(jià)格的60%，盡管費(fèi)用較高，但由于機(jī)床改造后使用效果好， 所以仍然受到機(jī)床用戶的歡迎。國內(nèi)近幾年才有較多的用戶使用數(shù)控機(jī)床，大 多數(shù)用戶當(dāng)前最關(guān)心的還是怎樣用好、維護(hù)好數(shù)控機(jī)床，機(jī)床改造還處于起步 階段。改造舊機(jī)床是一項(xiàng)高新技術(shù)，風(fēng)險(xiǎn)大，承擔(dān)者必須具備比較全面的知識(shí) 和經(jīng)驗(yàn)，不僅要熟悉各種類型的機(jī)床和不同類型的數(shù)控及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還要熟悉 用戶的使用要求和機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn)。因此，實(shí)施設(shè)備改造的技術(shù)難度非常高。 隨著科學(xué)生產(chǎn)力的發(fā)展，機(jī)床設(shè)備數(shù)控化率的提高已是衡量一個(gè)國家機(jī)械 制造業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。據(jù)最近有關(guān)資料表明，我國機(jī)床總量為380余 萬臺(tái)，其中數(shù)控

11、機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率還不到3%，而 一些發(fā)達(dá)國家早己達(dá)到20%以上。因此，我國機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國家相比差 距很大，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。對于一個(gè)企 業(yè)要想在競爭激烈的市場中贏得生存，適應(yīng)當(dāng)前產(chǎn)品更新日新月異的發(fā)展，要 求在最短時(shí)間生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低價(jià)的新產(chǎn)品。采用先進(jìn)的工藝設(shè)備，包括 采用數(shù)控機(jī)床，已顯得越來越重要。因此，逐步提高數(shù)控機(jī)床的占有比，己經(jīng) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。 提高機(jī)床數(shù)控化率有兩個(gè)途徑:一是購買新的數(shù)控機(jī)床;二是對舊機(jī)床進(jìn)行 數(shù)控改造。這對于我國一個(gè)機(jī)床擁有量極大(其中大部分機(jī)

12、床役齡較長)，而當(dāng) 前經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機(jī)床改造來提高設(shè)備的先進(jìn)性和 數(shù)控化率，是一個(gè)極其有效和實(shí)用的途徑.即使在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，在大量制 造數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，也在組建維修改造專業(yè)公司，專門從事舊機(jī)床的維修和數(shù) 控化改造，尤其在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家機(jī)床工業(yè)處于不景氣的今天， 它們的機(jī)床改造卻是為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，處在黃金時(shí)代。用數(shù) 控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的 新行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生 業(yè)的著名公司有:Bertsche工程公司、Ayton機(jī)床公司、Devlieg

13、-Bullavd(得寶)服 務(wù)集團(tuán)、us設(shè)備公司等。美國得寶公司己在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造 業(yè)稱為機(jī)床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大限工程集團(tuán)、崗 三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司 等。由于機(jī)床本身的特點(diǎn)，以及相應(yīng)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，機(jī)床改造仍是一個(gè) “永恒”的課題，并且正在向著更高層次發(fā)展。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的 行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新行業(yè)。結(jié)合我國機(jī)床業(yè)的實(shí)際和當(dāng)前相關(guān)新技 術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控技術(shù)改造舊機(jī)床主要有下述適應(yīng)性和特點(diǎn): (1) 減少投資、交貨期短 同購置新相比，一般可以節(jié)省60%-80%的費(fèi)用

14、，改造費(fèi)用低。特別是大型、 特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期 短。但有些特殊情況，如高速主軸、刀具自動(dòng)交換裝置、托盤自動(dòng)交換裝置的 制作與安裝等過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往使改造成本提高2-3倍，與購置新機(jī)床相 比，只能節(jié)省投資50%左右。 (2) 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，但結(jié)構(gòu)受限 由于機(jī)床本身的特點(diǎn)，它與汽車等類機(jī)電產(chǎn)品不同，機(jī)床所利用的床身、 立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄鐵構(gòu)件，而不是焊接構(gòu)件。而鑄鐵件年代愈久， 自然時(shí)效愈充分，內(nèi)應(yīng)力的消除使得精度比新鑄件更穩(wěn)定。從另一方面來說， 這些鑄鐵件的重復(fù)使用，即節(jié)約了社會(huì)資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時(shí)對環(huán)保的 太原科技大學(xué)

15、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 影響.但舊機(jī)床的改造，由于受到原機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改 進(jìn)。 (3) 熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，便于操作維修 購新設(shè)備時(shí)，事先不能全面了解機(jī)床結(jié)構(gòu)性能，以致很難預(yù)計(jì)是否能完全 適合其加工要求。改造則不然，由于舊設(shè)備已多年使用，機(jī)床操作者和維修人 員已對其機(jī)械性能和 結(jié)構(gòu)了解透徹，對機(jī)床的加工能力能較準(zhǔn)確地估算。機(jī) 床數(shù)控改造時(shí)，可根據(jù)企業(yè)自身的技術(shù)力量和有關(guān)條件，采用自己改造或委托 專業(yè)改造公司，并派原設(shè)備維修技術(shù)人員參加相結(jié)合的方法進(jìn)行。這樣，既可 在數(shù)控改造過程中，培養(yǎng)提高相關(guān)人員的數(shù)控技術(shù)水平和有關(guān)專業(yè)知識(shí)，又便 于合理選擇更換原機(jī)床設(shè)備中的部份元器件，更

16、主要的通過改造，大大提高了 企業(yè)自身對數(shù)控機(jī)床維修的技術(shù)力量，并且也大大縮短了對數(shù)控機(jī)床在操作使 用和維修方面的培訓(xùn)時(shí)間，機(jī)床一旦改造調(diào)試完畢，就可很快投入正常全負(fù)荷 運(yùn)轉(zhuǎn)，見效甚快 。 (4) 可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基，同時(shí)工 夾具、樣板及外圍設(shè)備也能再利用。以加工中心為例子，工藝裝備的費(fèi)用一般 要占整個(gè)機(jī)床售價(jià)的10%以上。 (5) 可更好地因地制宜，合理刪選功能 購買現(xiàn)成的通用數(shù)控機(jī)床，往往對一個(gè)具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能， 而又可能缺少某一專用的特殊功能。如向機(jī)床制造廠提出特殊訂貨，增加某些 專用功能，往往費(fèi)用大、交貨期長。而

17、采用改造的方案，就可靈活選取所要的 功能，并可根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法，增添某些部件，設(shè)計(jì)改造成 專用數(shù)控機(jī)床。 (6) 可及時(shí)采用最新技術(shù)、充分利用社會(huì)資源 由于技術(shù)進(jìn)步和我國機(jī)床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的社 會(huì)資源來支持機(jī)械方面的改造。如可隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，而且交 貨期短:采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù)，不僅可使傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至 十幾倍來防止爬行，還使得刮研極為容易。這種塑料導(dǎo)軌帶和粘結(jié)劑，國內(nèi)己 有多家廠生產(chǎn)，可敞開供應(yīng)。此外，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)還具有導(dǎo)軌精度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 功能，最終可以獲得高于導(dǎo)軌實(shí)際具有精度。 1.2 P

18、LC 的基礎(chǔ)知識(shí) PLC（即可編程邏輯控制器，Programmable Logic Controller）是用來取代 用于電機(jī)控制的順序繼電器電路的一種器件（圖 1-1）。是由模仿原繼電器控 制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的 PLC 只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用 的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等 操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶 編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入 PLC 的用戶程序存儲(chǔ) 器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC 的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)

19、器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一 步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1，程序從起始步起，依次執(zhí)行到最終步，然后再返回起始 步循環(huán)運(yùn)算。PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型 號(hào)的 PLC，循環(huán)掃描周期在 1 微秒到幾十微秒之間。 圖 1-1 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) 外 設(shè) 接 口 輸 入 接 口 I / O 擴(kuò) 展 口 輸 出 接 口 電源 中央處理 器 C P U 存儲(chǔ)器 R A M R O M I / O 擴(kuò)展 單元 編程器 計(jì)算機(jī) 驅(qū)動(dòng) 接受 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級， 解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。

20、它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理， 16 位為 一個(gè)模擬量。大型 PLC 使用另外一個(gè) CPU 來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果 送給 PLC 的控制器。相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一 些。PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 DCS 要低很多。一個(gè) PLC 的控制器，可以接收幾千個(gè) I/O 點(diǎn)。如果被控對象主 要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用 PLC 較為合適。PLC 由于采用通用監(jiān)控軟件， 在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 PLC 在實(shí)際中用的很多。只要有工業(yè)的地方，就有 PLC 存在的機(jī)會(huì)。如 果你就在機(jī)器制造、包裝、物

21、料輸送、自動(dòng)裝配等行業(yè)中工作，那么你可能已 經(jīng)在使用它了。 如果沒有的話，你就是正在浪費(fèi)金錢和時(shí)間。幾乎所有需要電氣控制的地 方都需要 PLC。 可編程控制器得以迅速發(fā)展和廣泛使用的原因是由于它具有繼電器接觸器 控制裝置和通用計(jì)算機(jī)以及其他控制系統(tǒng)所不具有的特點(diǎn)： (1) 運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) (2) 設(shè)計(jì)使用和維護(hù)方便 (3) 編程御苑直觀易學(xué) (4) 與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合 (5) 體積小、質(zhì)量輕、能耗低 1.3 PLC 控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較 PLC 控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 控制方法 電氣控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并

22、聯(lián) 等組成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變 或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以電氣控制系統(tǒng)的靈 活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。而 PLC 采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯時(shí)以程 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 序的方式存放在存儲(chǔ)器中的，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變 或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且 PLC 所謂的“軟繼電器” 實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點(diǎn)數(shù)量是無限的 PLC 系統(tǒng) 的靈活性和可擴(kuò)展性也較好。 （2） 工作方式 在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中所有繼電器都處于受制約狀 態(tài)，即該吸

23、合的繼電器都同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能 吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。而 PLC 的用戶程序按一定順序循環(huán)執(zhí) 行，所以各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電 器的動(dòng)作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。 （3） 控制速度 繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作效率低，機(jī)械觸點(diǎn)還 會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題。而 PLC 時(shí)通過程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度 快，程序指令執(zhí)行時(shí)間在微秒級，且不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)問題。 （4） 定時(shí)和計(jì)數(shù)控制 電氣控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作進(jìn)行時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延 時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度

24、變化的影響，定時(shí)精度不高。而 PLC 采用半導(dǎo)體集 成電路做定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，用戶可 根據(jù)需要在程序中設(shè)定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且 PLC 具有計(jì)數(shù)功 能，而電氣控制系統(tǒng)一般不具備計(jì)數(shù)功能。 （5） 可靠性和可維護(hù)性 由于電氣控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等問 題，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性較差。而 PLC 大量的開關(guān) 動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，壽命長、可靠性高。PLC 還具有自診斷功 能，能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí) 行情況，為現(xiàn)場的調(diào)試和維護(hù)提供了方便。 1.4 電

25、氣系統(tǒng)改造為 PLC 控制的意義 傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單、容易掌握、價(jià)格便宜， 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 在一定的范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中曾占主 導(dǎo)地位，但是繼電器接觸器控制有著明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大、壽命短、可 靠性差、動(dòng)作速度慢、功能少、程序不可變；因此對于程序固定，控制過程不 太復(fù)雜的系統(tǒng)還是適合的。但是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜， 所以當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制柜就要改接或更改，通用性 和靈活性較差。 但可編程序控制器（PC）以其完善的功能，很強(qiáng)的通用性，體積少及高可 靠性等特點(diǎn)在各工礦企業(yè)得到廣泛的應(yīng)

26、用。在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，PC 被廣泛采 用為核心的控制器件。它既可組成功能齊全的自控系統(tǒng)控制整個(gè)工廠的運(yùn)行， 亦可單獨(dú)使用作單機(jī)自動(dòng)控制。它還是繼電器控制柜的理想替代物。在生產(chǎn)工 藝控制、過程控制、機(jī)床控制、組合機(jī)床自動(dòng)控制等場合，PC 占有舉足輕重的 地位。特別是在數(shù)控機(jī)床及大量的機(jī)床改造和老設(shè)備改造中，PC 應(yīng)用極廣。 1.5 PLC 相關(guān)概述 現(xiàn)代化生產(chǎn)的水平,產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等各項(xiàng)指標(biāo)在很大程度上取決于 生產(chǎn)設(shè)備的先進(jìn)性和電氣化程度.隨著大規(guī)模集成電路及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā) 展,給電氣控制技術(shù)開辟了新的前景.可編程控制器是近幾十年發(fā)展起來的一種 新興工業(yè)控制器,由于它將計(jì)算機(jī)的編程靈活

27、、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與 繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來, 而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn),因此在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中 的應(yīng)用越來越廣泛. 在實(shí)際生產(chǎn)中,由于大量存在一些用開關(guān)量控制的簡單的程序控制過程,而 實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的,因而傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)常不能滿 足這種要求.電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn),提高了電氣控制的靈活性和通用性, 其控制功能和控制精度都得到很大的提高.然而在其初期,存在著系統(tǒng)復(fù)雜,使 用不便,抗干擾能力差,成本高等缺陷,尤其對上述簡單的過程控制有大材小用 和不經(jīng)濟(jì)等問題.因而,在 20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)了一

28、種能夠根據(jù)生產(chǎn)需要,方便 地改變控制程序,而又遠(yuǎn)比電子計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格低廉的自動(dòng)化裝置順 序控制器,它是通過組合邏輯元件插接或編程來實(shí)現(xiàn)繼電器接觸控制線路功能 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 的裝置.它能滿足程序經(jīng)常改變的控制要求,使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通 用性,但它還是使用硬件手段,裝置體積大,功能也受到一定限制.隨著大規(guī)模集 成電路和微處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本的變化.在 20 世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)了用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制功能以微處理器為核心的新型 工業(yè)控制器可編程控制器,這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。由于 它兼?zhèn)淞擞?jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的

29、優(yōu)點(diǎn),故目前在世界各國以作 為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普遍應(yīng)用于工業(yè)控制。 PC 出現(xiàn)后就受到普遍的重視,其應(yīng)用發(fā)展也十分的迅速 ,原因在于現(xiàn)有的各 種控制方式相比,它有一系列受用戶歡迎的特點(diǎn),主要是: 1.可靠性高,抗干擾能力強(qiáng) 在惡劣的 工業(yè)環(huán)境下工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的 可靠性提出很高的要求。PC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì) ,由于采取了一系列措施, 使 PC 控制系統(tǒng)的平均無故障間隔時(shí)間一般能達(dá)到 45 萬 h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)繼電 器控制和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).可以說,到目前為止尚無任何一種工業(yè)控制系統(tǒng)的可 靠性能達(dá)到和超過 PC.保證 PC 工作的可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的主要措施是 : (1) 采用循環(huán)掃描

30、、集中采樣,集中輸出的工作方式。 (2) 硬件設(shè)計(jì)采用模塊式結(jié)構(gòu)并采取屏蔽、濾波、隔離、聯(lián)鎖等一系列抗 干擾技術(shù),同時(shí)增加輸出聯(lián)鎖、環(huán)境檢測與故障診斷等提高可靠性電路。 (3) 軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)控、自診斷、信息保護(hù)與恢復(fù)等程序與硬件電 路配合實(shí)現(xiàn)各種故障的診斷、處理、報(bào)警顯示及保護(hù)功能.因此 PC 優(yōu)于微機(jī)控 制的首要特點(diǎn)是它能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。 2.編程簡單、易于掌握 這是 PC 優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。梯形圖編程方 式是 PC 最常用的編程語言。它與繼電器控制原理圖類似，具有直觀、清晰、 修改方便、易掌握等優(yōu)點(diǎn)。 3組合靈活使用方便 由于它采用標(biāo)準(zhǔn)化得到通用模塊結(jié)構(gòu)，能靈活方 便地組合

31、成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。 4功能強(qiáng)，通用性好 現(xiàn)代 PC 具備很強(qiáng)的信息處理功能和輸出控制能力， 它既可以對開關(guān)量進(jìn)行控制又可以對模擬量進(jìn)行控制。 5開發(fā)周期短，功率高 6體積小，重量輕，工耗低 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 隨著電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PC 技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展， 其結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，功能日益增強(qiáng)，性價(jià)比越來越高。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 2 章 C650 車床的主要結(jié)構(gòu)與控制要求 2.1 C650 車床的主要結(jié)構(gòu) 普通車床是一種應(yīng)用極為廣泛的金屬切削機(jī)床，能夠車削外圓、內(nèi)圓、端 面、螺紋和定型表面，并可以通過尾架進(jìn)行鉆孔、鉸孔、攻螺

32、紋等加工。 C650 臥式普通車床屬中型車床，加工工件回轉(zhuǎn)直徑最大可達(dá) 1020mm,長 度可達(dá) 3000mm。其結(jié)構(gòu)主要由床身、主軸變速箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、 尾架、絲桿和光桿等部分組成。 車床有兩種運(yùn)動(dòng)，一是軸卡盤帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為主運(yùn)動(dòng)（切削運(yùn) 動(dòng)） ，另一種四溜板刀架頂針帶動(dòng)刀具的直線運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。兩種運(yùn)動(dòng) 由同一電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)并通過各自的變速箱調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速或進(jìn)給速度。此外，為提 高效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、便于對刀和減小輔助工時(shí)，C650 車床的刀架還能快速 移動(dòng)，稱為輔助運(yùn)動(dòng)。 C650 車床車床由三臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，即主電動(dòng)機(jī) M1、冷卻電 動(dòng)機(jī) M2 和刀架快速移

33、動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3。 2.2 C650 車床的控制要求 從車削工藝要求出發(fā)，對各電動(dòng)機(jī)的控制要求主要是： 主電動(dòng)機(jī) M1（30KW）：由它完成主運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。要求：直接起動(dòng)連續(xù)運(yùn) 行方式并有點(diǎn)動(dòng)功能以便調(diào)整；能正反轉(zhuǎn)以滿足螺紋加工需要；由于加工工件 轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，停車時(shí)帶有電氣制動(dòng)，此外，還要顯示電動(dòng)機(jī)的工作電流以監(jiān)視 切削狀況。 冷卻電動(dòng)機(jī) M2：用以加工時(shí)提供冷卻液，采用直接起動(dòng)、單向運(yùn)行、連續(xù) 工作方式。 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3：單向點(diǎn)動(dòng)、短時(shí)工作方式。 要求有局部照明和必要的電氣保護(hù)與聯(lián)鎖。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 2.3 繼電器電氣線路的分析 C650 車床 電氣控制原理圖如圖 2

34、.1 所示: 圖 2.1 C650 車床電氣控制原理圖 2.3.1 主電路分析 該機(jī)床共配置三臺(tái)電動(dòng)機(jī) M1、M2 和 M3。 主電動(dòng)機(jī) M1（功率為 30kW）完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，采 用直接啟動(dòng)方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并可進(jìn)行正反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的電氣制 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 動(dòng)停車。為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。電動(dòng)機(jī) M1 控制電路分為四個(gè)部 分：由正轉(zhuǎn)控制接觸器 KM1 和反轉(zhuǎn)控制接觸器 KM2 的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng) 機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路。電流表 PA 經(jīng)電流互感器 TA 接在主電動(dòng)機(jī) M1 主運(yùn)動(dòng)上， 以監(jiān)視電動(dòng)機(jī)繞組工作電流變化。為防止電流表被啟動(dòng)電流沖擊損

35、壞，利用時(shí) 間繼電器 KT 的動(dòng)斷觸頭，在啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接。串聯(lián)電阻 限流控制部分，接觸器 KM3 的主觸點(diǎn)控制限流電阻 R 的接入和切除，在進(jìn)行點(diǎn) 動(dòng)調(diào)整時(shí)，為防止連續(xù)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過載而串入了限流電阻 R，以保 證電路設(shè)備正常工作。速度繼電器 KS 的速度檢測部分與電動(dòng)機(jī)的主軸相聯(lián)， 在停車制動(dòng)過程中，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，其動(dòng)合觸頭可將控制電路中反 接制動(dòng)的相應(yīng)電路切斷，完成停車制動(dòng)。 電動(dòng)機(jī) M2 提供切削液，采用直接啟動(dòng)停止方式，為連續(xù)工作狀態(tài)，由接 觸器 KM4 的主觸點(diǎn)控制其主電路的接通與斷開。 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 由交流接觸器 KM5 控制，根據(jù)使用需要

36、，可隨時(shí)手動(dòng) 控制啟停。 為保證主電路的正常運(yùn)行，主電路中還設(shè)置了采用熔斷器的短路保護(hù)環(huán)節(jié) 和采用熱繼電器的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)環(huán)節(jié)。 2.3.2 控制電路分析 電源：由控制變壓器 TC（380V/110V，36V）的接線和參數(shù)標(biāo)注可知各接 觸器、繼電器線圈電壓等級為110V，而照明為 36V 安全電壓由主令開關(guān) SA 控制。 主電動(dòng)機(jī) M1 控制：接通電源 QS+。 正向點(diǎn)動(dòng) SB1 +KM1 +（無自保）M1 串 R 正向點(diǎn)動(dòng)（SB1 +表示按 SB1 并保持） 正向起動(dòng) SB2+KM3 +, KT+短接 R, KA+ KM1 + (自保) M1 全壓正 向起動(dòng)(當(dāng) n120r/min 時(shí)) K

37、S-1 + (KT 延時(shí)到,起動(dòng)完成) 轉(zhuǎn)速達(dá) n,電流表 A 接入 正向停止制動(dòng) SB0+KM1 -，KM3 -，KT -，KA -（當(dāng) KS-1+時(shí)）KM2 +M1 串 R 反接制動(dòng) n(當(dāng) n100r/min 時(shí)) KS-1 - KM2 -。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 反向制動(dòng) （接 SB3）與停車制動(dòng)（ KS-2+）過程與正向類似。 采用控制流程來表達(dá)電路的過程具有簡單、一目了然的優(yōu)點(diǎn)。其基本步驟 是：各自受控點(diǎn)動(dòng)作后出現(xiàn)的控制結(jié)果（利用坐標(biāo)標(biāo)注檢索可避免遺漏） 。 冷卻泵電動(dòng)機(jī) SQ6+ KM4 +（自保）M2 起動(dòng)。 快速電動(dòng)機(jī) SQ+（刀架手柄壓動(dòng)） KM5 +M3 起

38、動(dòng)。 2.3.3 整機(jī)線路聯(lián)鎖與保護(hù) 由 KM1 與 KM2 各自的常閉觸點(diǎn)串接于對方工作電路以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行互 鎖。由 FU 及 FU1FU6 實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。由 FR1 與 FR2 實(shí)現(xiàn) M1 與 M2 的過載 保護(hù)（根據(jù) M1 與 M2 額定電流分別整定） 。KM1KM4 等接觸器采用按鈕與 自?？刂品绞剑虼耸?M1 與 M2 具有欠電壓與零電壓保護(hù)。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 3 章 C650 臥式車床改造為 PLC 控制的硬件設(shè)計(jì) 3.1 統(tǒng)計(jì) I/0 的點(diǎn)數(shù) 根據(jù)第 2 章的主電路分析,統(tǒng)計(jì) I/0 的點(diǎn)數(shù)如表 3-1 所示: 表 3-1 I/0 點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì) 類 型

39、功能 所占點(diǎn)數(shù)(個(gè)) M1 的停止按鈕 1 M1 的點(diǎn)動(dòng)按鈕 1 M1 的正轉(zhuǎn)按鈕 1 M1 的反轉(zhuǎn)按鈕 1 M2 的停止按鈕 1 M2 的啟動(dòng)按鈕 1 M3 的限位開關(guān) 1 M1 的熱繼電器動(dòng)合觸電 1 M2 的熱繼電器動(dòng)合觸電 1 速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點(diǎn) 1 輸 入 設(shè) 備 速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點(diǎn) 1 M1 的正轉(zhuǎn)接觸器 1 M1 的反轉(zhuǎn)接觸器 1 M1 的制動(dòng)接觸器 1 M2 接觸器 1 M3 接觸器 1 輸 出 設(shè) 備 電流表接入中間繼電器 1 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 3.2 PLC 的選型 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知，PLC 點(diǎn)數(shù)的選擇，不管是輸入點(diǎn)數(shù)還是輸出點(diǎn)數(shù)都要 留有 10%的余量，

40、根據(jù) I/O 口分配情況可知：輸入信號(hào)有 11 個(gè)，輸出信號(hào)有 6 個(gè)，根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)可選擇 FX2N24MR 可編程控制器，以滿足控制要求，而且 輸入輸出都留有一定的余量。 3.2.1 PLC 的硬件組成與各部分的作用 可編程控制器(PLC )是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下 應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(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，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和 輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng) 按易于與工業(yè)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)。其結(jié)構(gòu)如 下圖: 圖 3.1 P

41、LC 硬件基本組成的簡化框圖 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 由圖可見， PLC 的硬件是由主機(jī)（基本單元） 、I/O 擴(kuò)展模塊以及各種外 部設(shè)備組成，通過各自的端口聯(lián)成一個(gè)整體。其主要組成及各部分作用是: 1.CPU CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運(yùn)算器、控制器、 寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU 單元還包括外 圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng) 程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝 置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電 路

42、的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中 逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有 關(guān)的控制電路, 2.存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器, 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序 存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩種，前者用于存放用戶程序，后者用來存放用戶程序執(zhí) 行過程中使用 NO/OFF 狀態(tài)量或數(shù)值量，以生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)。用戶存儲(chǔ)器內(nèi)容 由用戶根據(jù)控制需要可讀可寫，可任意修改、刪除。可采用高密度、低功耗的 CMOS RAM 或 EPROM 與 EEPROM。他在 PLC 技術(shù)指標(biāo)中的內(nèi)存容量系指用 戶存儲(chǔ)器容量，是 PC 等級的一項(xiàng)重要指標(biāo)；系統(tǒng)存儲(chǔ)器用于固化

43、 PLC 生產(chǎn)廠 家編寫的各種系統(tǒng)工作程序，相當(dāng)于單片機(jī)的監(jiān)控程序或個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系 統(tǒng)，在很大程度上他決定該種 PC 的性能和質(zhì)量，用戶無法更改或調(diào)用。 3.輸入、輸出單元（I/O 單元） I/O 口單元稱為 I/O 接口電路，PLC 程序 執(zhí)行過程中需要用的各種開關(guān)量、數(shù)字量或模擬量等各種外部設(shè)備或設(shè)定量， 都通過輸入電路進(jìn)入 PLC。而程序執(zhí)行結(jié)果又是通過輸出電路送到控制現(xiàn)場實(shí) 現(xiàn)外部控制功能。由于生產(chǎn)過程當(dāng)中的信號(hào)電平、頻率是多種多樣的，外部執(zhí) 行機(jī)構(gòu)所需的電平、頻率也是千差萬別的，而 CPU 處理的信號(hào)只是標(biāo)準(zhǔn)電平， 其工作節(jié)拍又與外部環(huán)境不一樣。所以 PLC 與通用計(jì)算機(jī) I/O

44、 電路有著類似的 作用，即電平變換、速度匹配、驅(qū)動(dòng)功率放大、信號(hào)隔離等。不同的是，PC 產(chǎn) 品的 I/O 單元是顧及其工作環(huán)境和各種要求而經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和制造的。通用計(jì) 算機(jī)則要求擁護(hù)根據(jù)使用條件自行開發(fā)，其可靠性、抗干擾能力往往達(dá)不到系 統(tǒng)要求。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 (1).輸入接口電路 各種 PLC 輸入電路大致相同，其輸入方式有三種類型：一種是直流輸入 （DC12V 或 24V） ，另一種是交流輸入（AC100120V 或 200240V ） ，第三 種是交直流輸入（交直流 12V 或 24V） 。外部輸入器件可以是無源觸點(diǎn)，如按 鈕、行程開關(guān)、主令開關(guān)等，也可以是有源器件

45、，如各類傳感器、集電極開路 的晶體管接近開關(guān)、光電開關(guān)等。在 PLC 內(nèi)部電源容量允許前提下，有源輸入 器件可采用 PLC 輸出電源，否則必須外設(shè)電源。當(dāng)輸入信號(hào)為模擬量時(shí)，信號(hào) 必須經(jīng)過專用的模擬量輸入模塊進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后通過輸入電路進(jìn)行 PLC。 輸入信號(hào)是通過輸入斷子經(jīng) RC 濾波、光電隔離進(jìn)入內(nèi)部電路。圖 1-2 是一個(gè) 直流 24V 輸入連路的內(nèi)部原理線路，由裝在 PLC 面板上的來顯示某一輸入點(diǎn) 是否有信號(hào)輸入。 圖 3.2 24V 輸入接口電路 (2).輸出接口電路 為適應(yīng)不同負(fù)載需求，各類 PLC 的輸出有三種方式，即繼電器輸出、晶體 管輸出和晶閘管輸出。繼電器輸出最常

46、用，適用交直流負(fù)載，其特點(diǎn)是帶負(fù)載 能力強(qiáng)，但動(dòng)作頻率和響應(yīng)速度慢。晶體管適應(yīng)直流負(fù)載，其特點(diǎn)是動(dòng)作頻率 +24V輸 入 口 COM接 近 開 關(guān) LED內(nèi)部電源 PC 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 高，響應(yīng)速度快，但帶負(fù)載能力小。晶閘管輸出使用交流負(fù)載，響應(yīng)速度快， 帶載能力不大。 外部負(fù)載直接與 PLC 輸出端子相聯(lián)，輸出電路的負(fù)載電源由用戶根據(jù)負(fù)載 要求自行分配。輸出電路僅是提供輸出通道。同時(shí)考慮不同類型，不同性質(zhì)負(fù) 載的接線要求，通常 PLC 輸出端口的公共端子是分組設(shè)置的。每 4-8 點(diǎn)共一個(gè) COM 端子，各組相互隔離。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意各類 PLC 輸出端子的輸出 電流不

47、能超出其額定值，同時(shí)還要注意輸出電流與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，例如 FX2 型 PLC 繼電器輸出的負(fù)載能力在電源電壓 250V 以下時(shí)，電阻性負(fù)載為 2A/點(diǎn)；感 性負(fù)載為 80VA/點(diǎn)，燈負(fù)載為 100W/點(diǎn)。 4. 電源單元 PLC 對供電電源要求不高，可直接采用普通單相交流電。 允許電源電壓額定值在+10%-15%范圍內(nèi)波動(dòng)。也有用直流 24V 供電。PLC 內(nèi) 部有一個(gè)高質(zhì)量開關(guān)型穩(wěn)壓電源，用于對 CPU、I/O 單元供電，還可以為外部 傳感器提供 DC24V 電源。 3.2.2 PC 的技術(shù)指標(biāo) 1.FX2系列小型PC一般技術(shù)指標(biāo) 一般技術(shù)指標(biāo)主要是指PLC產(chǎn)品的工作條件與一般工作環(huán)境的適應(yīng)

48、程度。 PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，充分考慮了工業(yè)環(huán)境種種惡劣因數(shù)。其技術(shù)指標(biāo) 如表3-2所示。 表3-2 一般技術(shù)指標(biāo) 環(huán)境溫度 055 環(huán)境濕度 35%85%RH（不結(jié)露） 抗震 JIS C0911 標(biāo)準(zhǔn) 1055Hz 0.55mm（最大 2g）3 軸方向 各 2h 抗沖擊 JIS C0912 標(biāo)準(zhǔn) 10g 3 軸方向各 3 個(gè) 抗噪音干擾 用噪音仿真器產(chǎn)生電壓為 1000Vp-p,噪音脈沖寬度為 1s,頻率為 30100Hz 噪音，在此噪音干擾下 PLC 正常 工作 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 耐壓 1500AC 1min 絕緣電壓 5M 以上，500V DC 接地 第 3 種接

49、地，不能接地時(shí)，亦可浮空 使用環(huán)境 禁止腐蝕性氣體，嚴(yán)禁塵埃 2.性能技術(shù)指標(biāo) 性能技術(shù)指標(biāo)標(biāo)志某種 PLC 在硬件和軟件反面所具備功能。不同機(jī)型差異 較大，在 PLC 選型時(shí)要逐一考慮該項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能否滿足要求。 PLC 的性能包括：輸入指標(biāo)、輸出指標(biāo)和電源指標(biāo)方面。如表 3-3、3- 4、3-5 所示。 表 3-3 輸入技術(shù)指標(biāo) 輸入電壓 24V DC 隔離 光電耦合 輸出電流 7mA 響應(yīng)時(shí)間 10ms 表 3-4 輸出技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目 繼電器輸出 SSR 輸出 晶體管輸出 外部電源 250V AC，30V DC 85242V AC 530V DC 電阻負(fù)載 2A/點(diǎn) 0.3A/點(diǎn)，0.8A

50、/4 點(diǎn) 0.5A/1 點(diǎn)， 0.8A/4 點(diǎn) 感性負(fù)載 80VA 15VA/100V AC 30VA/240V AC 12W/24V DC 最 大 負(fù) 載 燈負(fù)載 100W 30W 1.5W/24V DC 開路漏電流 _ 1mA/100V AC 2.4mA/240V AC 0.1mA/30V DC 最小負(fù)載 _ 0.4VA/100V AC 2.3VA/240V AC _ 響 OFF-NO 約 10ms 1ms 以下 0.2ms 以下 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 應(yīng) 時(shí) 間 NO-OFF 約 10ms 最大 10 ms 0.2ms 以下 隔離方式 繼電器隔離 光電晶閘管隔離 晶體管隔離

51、 表 3-5 電源技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目 FX-16M FX-24M FX-32M FX-32E FX-48M FX-48E FX-64M FX-80M 電源電壓 （100240V）+10%-15%AC 50/60Hz(120/240V 電源系統(tǒng)) 瞬間斷電 允許時(shí)間 對于 10ms 以下的瞬間斷電控制動(dòng)作不受影響 電源熔絲 250V 2A，5mm*20mm 250V 5A,5mm*20mm 電力消耗 /VA 30 35 40 50 60 70 傳感器無 擴(kuò)展模塊 電源有擴(kuò) 展模塊 24V DC 250mA 以下 24V DC 100mA 以下（擴(kuò)展 16 點(diǎn)時(shí)） 24V DC 400 mA 以下 2

52、4V DV 150 mA（擴(kuò)展 32 點(diǎn)時(shí)） 3.3 I/0 分配表 根據(jù)所統(tǒng)計(jì)的 I/O 口與所選的 PLC 的型號(hào)可列出其 I/O 分配如表 3-6 所示: 表 3-6 PLC I/O 分配表 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 代號(hào) 功能 PLC 輸入 繼電器 代號(hào) 功能 PLC 輸出 繼電器 SB0 M1 的停止按鈕 X0 KM1 M1 的正轉(zhuǎn)接觸器 Y0 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 SB1 M1 的點(diǎn)動(dòng)按鈕 X1 KM2 M1 的反轉(zhuǎn)接觸器 Y1 SB2 M1 的正轉(zhuǎn)按鈕 X2 KM3 M1 的制動(dòng)接觸器 Y2 SB3 M1 的反轉(zhuǎn)按鈕 X3 KM4 M2 接觸器 Y3 SB4 M2 的停止

53、按鈕 X4 KM5 M3 接觸器 Y4 SB5 M2 的啟動(dòng)按鈕 X5 KA 電流表接入中間 繼電器 Y5 SQ M3 的限位開關(guān) X6 FR1 M1 的熱繼電器動(dòng)合 觸電 X7 FR2 M2 的熱繼電器動(dòng)合 觸電 X10 KS1 速度繼電器正轉(zhuǎn)觸 點(diǎn) X11 KS2 速度繼電器反轉(zhuǎn)觸 點(diǎn) X12 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 3.4 PLC 控制系統(tǒng)外部接線圖的設(shè)計(jì) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 3-3 外部接線圖 第 4 章 C650 臥式車床改造為 PLC 控制的軟件設(shè)計(jì) 4.1 電動(dòng)機(jī) M1 正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖的設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī) M1 由接觸器 KM1KM3 控制，PLC

54、中控制 KM1KM3 的輸出繼 電器分別為 Y0Y2。Y0Y2 分別位于梯形圖的第 6、9、10 梯級。 在第 Y06 、Y19線圈電路中，分別串 Y1、Y0 的動(dòng)斷觸點(diǎn)Y0 ， Y1 實(shí)現(xiàn)互鎖；還分別串聯(lián)有定時(shí)繼電器 T1、T2 的動(dòng)合觸點(diǎn)#T1 、#T2，以控制 Y0、Y1 延時(shí)啟動(dòng)。在第 5、第 8 梯級分別設(shè)計(jì) T1、T2 的線圈電路，它們分別 由輔助繼電器 M101、M102 的動(dòng)合觸點(diǎn)#M101、#M102 控制。 在第 4、第 7 梯級分別設(shè)計(jì)輔助繼電器 M101、M102 線圈電路，除用動(dòng)斷 觸點(diǎn)M101、M102 進(jìn)行互鎖外，還分別受輸入繼電器 X2、X3 的動(dòng)合觸點(diǎn)、 動(dòng)斷

55、觸點(diǎn)控制。由 I/O 分配表可知，輸入繼電器 X2、X3 分別為啟動(dòng)按鈕 SB2、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕 SB3 控制。由此可知，輔助繼電器 M101、M102 分別為正 轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)輔助繼電器。 在第 Y210線圈電路中，串接有 M101、M102 的動(dòng)合觸點(diǎn) #M101、#M102 的并聯(lián)支路，因此只有輔助繼電器 M101 或 M102 得電，輸出 繼電器 Y2 得電，才能使 KM3 得電吸合，短接電阻 R。 這樣得到電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖如上圖 4.1 所示。 M1 正反轉(zhuǎn)控制的轉(zhuǎn)換是由接觸器 KM1 和 KM2 的主觸點(diǎn)切換電源的相序 實(shí)現(xiàn)的。在切換時(shí)，必須防止電源相間短路。例如，由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉?/p>

56、轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng) KM1 主觸點(diǎn)斷開，產(chǎn)生瞬時(shí)電弧，KM1 主觸點(diǎn)仍為導(dǎo)通狀態(tài)，如果此時(shí) KM2 主觸點(diǎn)閉合，就會(huì)使電源發(fā)生短路，要避免電源短路，必須在完全沒有電弧的 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 情況下使 KM2 主觸點(diǎn)閉合。在繼電器接觸器控制中，通常采用 KM1 和 KM2 互鎖的方法來避免電源的短路。 PLC 控制與繼電器接觸器控制不同，PLC 在循環(huán)掃描進(jìn)，執(zhí)行程序的速度 是非?？斓?，Y0 和 Y1 觸點(diǎn)切換是在毫秒級瞬間完成的，幾乎沒有時(shí)間延時(shí)。 因而，必須采取防止電源短路的措施。在梯形圖中，定時(shí)器 T1 與 T2 用來控制 正、反轉(zhuǎn)切換的延時(shí)時(shí)間（延時(shí)時(shí)間設(shè)定為 0.5 秒） ，待電

57、弧熄滅之后，再接 通反方向接觸器。 圖 4.1 電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制梯形 假定 M1 在正轉(zhuǎn)，即 Y0 為接通，現(xiàn)在要反轉(zhuǎn)，按反轉(zhuǎn)按鈕 SB3，輸入繼 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 電器 X3 得電，X3 的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使反向輔助繼電器 M102 得電并自鎖。與 此同時(shí)，X3 的動(dòng)斷點(diǎn)斷觸點(diǎn)斷開，使 M101 失電， M101 的動(dòng)合觸點(diǎn)5復(fù) 位斷開，使 T1 失電。T1 的動(dòng)合觸點(diǎn)6斷開，使 Y0 失電，接觸器 KM1 失 電釋放，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)停止運(yùn)行。M102 的動(dòng)合觸點(diǎn) 8閉合，使 T2 得電，經(jīng) 0.5 秒延時(shí)，其動(dòng)合觸點(diǎn)9閉合，使 Y1 接通，接觸器 KM2 得電吸合，電 動(dòng)機(jī)反

58、轉(zhuǎn)。這樣，Y0 線圈失電后延時(shí) 0.5 秒，再接通 Y1 線圈，這樣就防止了 電源短路。 電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)動(dòng)作順序如下所示： 2 得電 2 閉合 輔助 1 0 1 常 開觸點(diǎn)閉 合 開 始計(jì) 時(shí) 1 0 1 常閉觸 點(diǎn) 斷 開 得電 繼電 器1 0 1 得 電 1 得電， 3 得 電 吸合 主觸 點(diǎn)閉合 短接電阻 常閉觸 點(diǎn)斷開( 互鎖) 1 記時(shí)到， 1 常開觸 點(diǎn) 閉合 0 得電 0 常 閉觸點(diǎn) 斷開 ， 互鎖 1 得 電 吸合 主觸點(diǎn)閉 合 電動(dòng)機(jī) 正 轉(zhuǎn) 啟動(dòng)運(yùn) 行 轉(zhuǎn)速大于2 r / m i n 時(shí)， 速度繼電器的 正轉(zhuǎn)觸點(diǎn) 按下 正 轉(zhuǎn) 啟動(dòng)按鈕 2 為反接制動(dòng) 作準(zhǔn)備 1 閉合

59、， M1 反轉(zhuǎn)的工作過程與正轉(zhuǎn)的工作過程相同，不再贅述。 4.2 電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制及反接制動(dòng)控制的設(shè)計(jì) 圖 4.2 為 M1 的點(diǎn)動(dòng)及反接制動(dòng)控制梯形圖。這里使用了 MC（主控指令） 和 MCR（主控復(fù)位指令） 。 點(diǎn)動(dòng)控制是在接觸器 KM2 和 KM3 不動(dòng)作（即輸出繼電器 Y1 和 Y2 的動(dòng) 斷觸點(diǎn)Y13 、Y23閉合）的情況下，按點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB1，輸入繼電器 X1 得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)#X11 、#X13閉合，使輔助繼電器 M1031和 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 M1003得電，而且 M103 自鎖。由于未按下停止按鈕 SB，X0 未得電，熱 繼電器 FR 未動(dòng)作，X7

60、 未得電，因此它們的動(dòng)斷觸點(diǎn)X02 ，X72閉 合，使輔助繼電器 M22得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)#M23閉合，則執(zhí)行 MCMCR 之間的主控程序。由于 M100 得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)#M100 6閉合， 輸出繼電器 Y06得電，使 KM1 動(dòng)作，電動(dòng)機(jī) M1 串電阻 R 正向運(yùn)轉(zhuǎn)。松 開 SB1，即 X1 的動(dòng)合觸點(diǎn)#X13斷開， M1033和 Y06失電（由于 M100、Y0 均無自鎖） ，KM1 的主觸點(diǎn)切斷正相 序電源。由于電動(dòng)機(jī)的慣性作用，速度繼電器正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS1 仍閉合，X11 仍得電，#X1113仍閉合，另外由于 Y06失電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)Y09 Y013復(fù)位閉合。由于輔助繼電器 M1031

61、得電并自鎖，其動(dòng)合觸點(diǎn) #M10313閉合，啟動(dòng)定時(shí)器 T313 ，通過定時(shí)器 T3 延時(shí) 0.5 秒，其動(dòng)合 觸點(diǎn)#T39閉合，使 Y19得電，KM2 得電，電動(dòng)機(jī) M1 定子繞組串入電 阻 R 進(jìn)行反接制動(dòng)；當(dāng) M1 轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，動(dòng)合觸點(diǎn) KS1 斷開，X11 失電， #X1113斷開，T313失電，#T39斷開，使 Y19失電，制動(dòng)結(jié)束。 由此可見，點(diǎn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入反接制動(dòng)。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 4.2 M1 的點(diǎn)動(dòng)及反轉(zhuǎn)控制梯形 電動(dòng)機(jī) M1 的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行動(dòng)作順序如下 按下正轉(zhuǎn)點(diǎn) 動(dòng)按鈕1 1 得電 1 常開 觸點(diǎn)閉合 輔助 繼 電器1 0 3 得電 1 0 3

62、 常 開觸點(diǎn)閉合，為3 得電 作 準(zhǔn)備 常 開觸點(diǎn)閉合 1 1 0 得電 1 1 0 常開觸 點(diǎn)閉合 1 0 0 得電 1 0 0 常開 觸點(diǎn)閉 合 0 得電 0 常閉觸點(diǎn) 斷開 接觸 器1 得電吸合 主觸 點(diǎn)閉合 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟 動(dòng)運(yùn)行 轉(zhuǎn)速大 于2 r / m i n 時(shí)， 速度繼電 器的正轉(zhuǎn)觸 點(diǎn) 1 閉合， 為反接制動(dòng) 作準(zhǔn)備 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)停車反接制動(dòng)控制動(dòng)作順序如下所示 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 松開正轉(zhuǎn) 點(diǎn)動(dòng)按鈕1 1 失 電 的常開觸 點(diǎn)斷開 輔助 繼電器 1 0 0 失電 1 0 0 常 開觸點(diǎn)斷 開 失電 接觸器 1 失電釋放 主觸點(diǎn) 斷 開 電動(dòng)機(jī) 正轉(zhuǎn)停止運(yùn) 行 由

63、于 電動(dòng)機(jī)有 慣性，正轉(zhuǎn)剛 停機(jī)時(shí)， 速度繼 電器的正 轉(zhuǎn)觸點(diǎn) - 1 閉 合 0 常閉 觸點(diǎn)閉合 3 得 電， 開始延 時(shí) 延時(shí) 時(shí)間到， 3 常開觸點(diǎn)閉 合 1 得電 接觸 器2 得 電吸合 主觸 點(diǎn) 閉合 電動(dòng) 機(jī) 反 轉(zhuǎn)啟動(dòng)， 進(jìn)行反接 制動(dòng) 轉(zhuǎn)速 低于 r / m i n 時(shí)， 速度繼 電器的正 轉(zhuǎn)觸點(diǎn) - 1 斷 開 3 失電 3 常開 觸點(diǎn)斷開 1 失 電 接 觸器 2 失電 主觸 點(diǎn) 閉合 電動(dòng) 機(jī) 停轉(zhuǎn)，反接 制 動(dòng)結(jié)束 4.3 電動(dòng)機(jī) M1 的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的反接制動(dòng)的設(shè)計(jì) 按動(dòng)一下停止按鈕 SB0， X0 失電，X02斷開，M2 2失電， M23 斷開，不執(zhí)行 MC N0M

64、CR N0 之間的程序；同時(shí)#X0 1閉合，使 M103 線圈導(dǎo)通并自鎖。假設(shè)停車之前電動(dòng)機(jī) M1 為正轉(zhuǎn)，速度繼電器正轉(zhuǎn)動(dòng) 合觸點(diǎn) KS1 仍閉合，X11 仍得電，#X01仍閉合。當(dāng)松開停止按鈕 SB 時(shí)， X0 失電，X02又閉合， M22得電， M23閉合，執(zhí)行 MC N0MCR N0 之間的程序，這時(shí)定時(shí)器 T313 ，延時(shí) 0.5 秒，#T3 9閉合， Y19得電，使電動(dòng)機(jī) M1 定子繞組串入電阻 R 進(jìn)行反接制動(dòng)；當(dāng)電動(dòng)機(jī) M1 的轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，速度繼電器正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS1（X11 ）斷開，Y1 失電，制動(dòng) 結(jié)束。 反轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)類同正轉(zhuǎn)，不同的是采用 KS2（X12 ） 、T

65、4 和 Y0 來控制。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 在反接制動(dòng)中接入輔助繼電器 M103，在梯形圖中若沒有 M103 的話，當(dāng) 車床合上電源開關(guān)后，如果有人用手轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤的話，則速度繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合，那么就有可能使電動(dòng)機(jī) M1 突然轉(zhuǎn)動(dòng)起來，可能發(fā)生人身事故。為防止 這種事故，引入通用輔助繼電器 M103。 電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)停止的動(dòng)作順序如下： 按下停止 按鈕0 得電 常開觸 點(diǎn)閉合 輔 助繼電器 1 0 3 得 電 1 0 3 常 開觸點(diǎn) 閉合 ，自鎖 常閉觸 點(diǎn)斷開 1 1 0 失 電 1 1 0 常 閉觸點(diǎn)斷 開 不執(zhí) 行與 之間的程序 0 失 電 1 失電 主 觸點(diǎn) 斷開

66、 電動(dòng)機(jī)脫離正 轉(zhuǎn)電源 電動(dòng)機(jī)慣性 運(yùn)行 轉(zhuǎn) 速 大于2 r / m i n 時(shí)，速度 繼電器的正轉(zhuǎn)觸 點(diǎn) 閉合，為反轉(zhuǎn) 制動(dòng)作準(zhǔn)備 電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)停止反接制動(dòng)動(dòng)作順序如下： 松開 正 轉(zhuǎn) 停止按鈕 0 失 電 常 閉觸點(diǎn)斷開 常 開觸點(diǎn)閉合 輔助繼 電 器1 1 0 得 電 1 1 0 常 開 觸 點(diǎn)閉合 ，接通 間 的主控電 路 由于1 0 3 仍 閉合， 1 0 3 常開觸點(diǎn) 閉合， 常 開觸點(diǎn)已閉 合 ，1 1 常 閉 觸點(diǎn)仍 保 持閉合 因此3 得電 ， 開始計(jì)時(shí) 計(jì) 時(shí)時(shí)間到 ， 常開觸 點(diǎn)閉合 得電 得電吸合 主 觸點(diǎn)閉合 電動(dòng)機(jī)反 轉(zhuǎn) 啟 動(dòng) ，進(jìn)行反 接 制 動(dòng) 轉(zhuǎn)速低 于r / m i n 時(shí) ， 速 度繼電器 的正轉(zhuǎn)觸點(diǎn) - 1 斷開 1 1 失 電 T 3 失電 3 常 開觸點(diǎn) 斷開 失電 2 失電 主觸點(diǎn)斷 開 電動(dòng)機(jī) 停轉(zhuǎn)， 反接制 動(dòng)結(jié)束 4.4 梯形圖 根據(jù)以上的各模塊的設(shè)計(jì),可得整體的梯形圖如圖 4.3 所示: 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 4.3 C650 車床梯形圖 4.5 語句表 LD X0 M1