基于PLC的自動(dòng)銑床 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 任 務(wù) 書設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于 PLC的 自動(dòng)銑床控制系統(tǒng) 姓名 系別 電氣工程系 專業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班級(jí)班學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 教研室主任 一、 基本任務(wù)及要求：以 PLC為核心，配合智能儀表，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)銑床的自動(dòng)控制以及運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)功能和顯示功能。采用日本三菱公司 FX2N PLC和速度控制模塊 完成銑床自動(dòng)加工控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高銑床自動(dòng)加工控制系統(tǒng)的可靠性和加工精度。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是完成自動(dòng)控制功能、狀態(tài)顯示和信息檢測(cè)所需要的硬件和傳感器等元器件的選擇。并完成控制軟件設(shè)計(jì)。 包括：1、總體方案的確定；2、PLC 的選擇； 3、各模塊電路的設(shè)計(jì)；4、軟件設(shè)計(jì)；5、編寫設(shè)計(jì)說明書等。 控制系統(tǒng)概況見附件。 二、 進(jìn)度安排及完成時(shí)間：3月 7日 布置任務(wù)、下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書、具體安排。 3月 7日-3 月 26日 查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開題報(bào)告, 上傳到 FTP。4月 10日-5 月 30日 畢業(yè)設(shè)計(jì)： 4月 10日-4 月 22日 主要完成系統(tǒng)硬件組建，總線與各節(jié)點(diǎn)的連接的初步設(shè)計(jì)。4 月23日-5 月 10日 修改系統(tǒng)硬件組建，總線與各節(jié)點(diǎn)的連接的設(shè)計(jì)。5 月 11日-5 月 20日 組建系統(tǒng)的部分硬件，總線與各節(jié)點(diǎn)自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)2的選畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3型設(shè)計(jì)。5 月 21日-5 月 30日 完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 6月 1日-6 月 14日 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 。 6月 15日-6 月 17日 修改、裝訂畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、指導(dǎo)教師評(píng)閱。 6月 20日 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯（公開答辯、分組答辯） 。 6月 27日-7 月 3日 畢業(yè)設(shè)計(jì)資料歸檔。 自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)4目錄第 1章 自動(dòng)銑床的概述 1第 2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .2第 3章 銑床生產(chǎn)流程及控制系統(tǒng)構(gòu)成 .3第 4章 硬件設(shè)計(jì) 44.1 可編程序控制器 PLC的選型 .54.1.1 可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)及控制方式的選擇 .54.1.2 CPU的能力 64.1.3 I/O點(diǎn)數(shù)的確定 .74.1.4 響應(yīng)速度 .84.1.5 存儲(chǔ)器容量的選擇 .94.1.6 可編程序控制器的指令系統(tǒng) 104.2 電動(dòng)機(jī)的選型 114.2.1 主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定 114.2.2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量的確定 124.3 銑床電動(dòng)機(jī)組的設(shè)計(jì) 134.4 銑床常用電器的選型 154.4.1 按鈕 154.4.2 刀開關(guān) 154.4.3 組合開關(guān) 154.4.4 行程開關(guān) 164.4.5 接觸器 184.4.6 熱繼電器 184.4.7 中間繼電器 194.4.8 熔斷器 204.5 系統(tǒng)供電 224.6 輸入/輸出接口電路 .23第 5章 軟件設(shè)計(jì) .245.1 銑床電力拖動(dòng)和控制任務(wù) 245.2 PLC輸入/輸出地址分配 .245.3 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 265.3.1 控制系統(tǒng)的公共程序 26第 6章 控制面板的設(shè)計(jì) 28第 7章 PLC 控制系統(tǒng)抗干擾措施 .297.1 硬件抗干擾措施 29畢業(yè)設(shè)計(jì)論文57.1.1 抑制電源系統(tǒng)引入的干擾 297.1.2 抑制接地系統(tǒng)引入的干擾 307.1.3 抑制輸入輸出電路引入的干擾 317.1.4 抑制外部配線干擾的措施 317.2 軟件抗干擾措施 32結(jié)束語 .34致謝 .35參考文獻(xiàn) .36附錄 A 梯形圖 .37附錄 B 指令表 .38附錄 C PLC外接線圖 2附錄 D 電動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)接線圖 3自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)6摘 要本篇文章介紹了自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并且敘述了銑床運(yùn)行的基本原理、PLC 的基本原理、PLC 的工程設(shè)計(jì)步驟。該系統(tǒng)用三菱公司的 FX2N 系列 PLC 作為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)采用了一臺(tái) PLC 控制，整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)一個(gè)控制室。利用PLC控制銑床運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了銑床啟動(dòng)、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式， 從而實(shí)現(xiàn)了銑床運(yùn)行的自動(dòng)化功能。PLC 控制的特點(diǎn)使原機(jī)床控制大大的簡(jiǎn)單化,并且維修方便,易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件,使機(jī)床的工作效率更高。關(guān)鍵詞：可編程序控制器； 銑床； 電氣控制系統(tǒng)；畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7Automatic milling machine PLC control systemABSTRACT：This page has introduced the design plan of the automatic milling machine PLC control system, and has narrated the basic principles of the milling machine’s operation, the basic principles of PLC and the engineering design step of PLC.This system uses FX2N series PLC of San Ling Company as the core of controlling, the whole system has adopted a PLC to control, the whole control system sets up a control room and utilize a PLC control milling machine to run. It realized the function of milling machine’s start , stop , trouble stop , stop promptly. And it has two kinds of control methods the manually control and automatically control, thus realized the automatic function of the milling machine’s operation.KEYWORDS: PLC；milling machine ；control system畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1第 1 章 自動(dòng)銑床的概述隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、電子加工與設(shè)備電氣改造中。 銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動(dòng)銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。自動(dòng)銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計(jì)方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美，各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。在我國(guó) 70～80 年代大多數(shù)銑床中,大多數(shù)的開關(guān)量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當(dāng)一部分輔機(jī)系統(tǒng)是采用繼電控制。因此,繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了不利影響,用 PLC 對(duì)銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢(shì)所趨。銑床主要由工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、和自動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成。工作機(jī)構(gòu)的主要部件有底座、床身、主軸、懸梁、縱向工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)盤、床鞍和升降臺(tái)組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由主軸傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。主軸傳動(dòng)是由一臺(tái) 7.5KW、1450r/min 的主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸旋轉(zhuǎn)方向的改變由主電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)使用可編程序控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖所示，與常用的繼電器控制邏輯設(shè)計(jì)比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設(shè)計(jì)代替了原來的硬件邏輯設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)總體思路如圖（1）所示： 圖 1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟硬件設(shè)計(jì)分析控制要求軟件設(shè)計(jì)確定 I/O設(shè)備選擇 PLC分配 I/O點(diǎn)數(shù)繪制流程圖 I/O接線圖的設(shè)計(jì)控制面板的設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)梯形圖繪制程序指令表輸入程序并檢測(cè)調(diào)試試試選擇外部設(shè)備畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3第 3 章 銑床生產(chǎn)流程及控制系統(tǒng)構(gòu)成 普通銑床由銑刀盤、液壓泵、潤(rùn)滑泵、冷卻泵、電磁閥和電控系統(tǒng)組成。自動(dòng)操作過程是由按鈕和限位信號(hào)控制電機(jī)和電磁閥來完成。銑床工作流程見圖2，PLC控制系統(tǒng)框圖見圖3。圖 2銑床工作流程圖圖 3 PLC控制系統(tǒng)圖自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)第 4 章 硬件設(shè)計(jì)PLC工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，各功能模塊配套方便，可減少大量的繼電器，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器控制難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制，可充分利用 PLC軟件，使電器控制嚴(yán)格執(zhí)行互鎖，對(duì)許多涉及安全問題或比較重要的互鎖不易采用軟件互鎖而應(yīng)盡量采用硬件互鎖，提高系統(tǒng)的可靠性。PLC硬件應(yīng)用的要求：要應(yīng)用好 PLC，防止產(chǎn)生不應(yīng)有的損壞，其硬件必須符合和滿足如下應(yīng)用的要求：（1） 物理環(huán)境 1、環(huán)境溫度：0～60℃，最好 40℃，在 PLC 安裝處，要安裝一個(gè)通風(fēng)排氣扇散熱。2、環(huán)境濕度：一般在 35％～85％以下并無凝結(jié)現(xiàn)象。3、止空氣中含有金屬粉塵或腐蝕性氣體以及太陽紫外線直射，將控制柜進(jìn)行封閉。4、免 PLC 主機(jī)直接受到震動(dòng)或撞擊，遠(yuǎn)離震動(dòng)、沖擊源。（2）電氣環(huán)境1、音措施：采取屏蔽電纜線、屏蔽層和遠(yuǎn)離帶噪音的電磁開關(guān)等。2、磁波干擾：采取可靠接地和封閉方法。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文54.1 可編程序控制器 PLC 的選型從以上PLC的出現(xiàn)到 PLC的發(fā)展過程，以及其自身的特點(diǎn)和與繼電器控制邏輯的比較，都充分體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制的必然。在實(shí)際中適用于工程應(yīng)用的可編程序控制器種類繁多，性能各異，可編程序控制器PLC的選用在應(yīng)用設(shè)計(jì)的開始即可根據(jù)工藝提供的資料及控制要求等預(yù)先進(jìn)行。一般可以從以下幾個(gè)方面來考慮：4.1.1 可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)及控制方式的選擇根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式。整體式每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程序控制器。模塊式的可編程序控制器的功能擴(kuò)展方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)等的選擇，比整體式可編程序控制器靈活的多，模塊式可編程序控制器還具備多種特殊I/O模塊供用戶選用，可完成各種特殊的控制任務(wù)，在判斷故障范圍和維修時(shí)更換模塊等也很方便。因此較復(fù)雜，要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式可編程序控制器。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應(yīng)、高速計(jì)數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運(yùn)動(dòng)控制等特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的可編程序控制器計(jì)數(shù)，也可以選用內(nèi)置相應(yīng)功能的整體式自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)可編程序控制器。控制方式可分為獨(dú)立式、集中式和分布式等，而在本次輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了兩臺(tái) PLC控制，按其所要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)中采用的是集中式控制方式。4.1.2 CPU 的能力CPU的能力是可編程序控制器最重要的性能指標(biāo)，也是機(jī)械選擇時(shí)首要考慮的問題。實(shí)際上I/O點(diǎn)數(shù)，響應(yīng)速度和軟件功能都屬于CPU的能力，后面分點(diǎn)提出，這里只說明除此之外的 CPU能力。可編程序控制器的CPU能力還應(yīng)包括處理器的個(gè)數(shù)，根據(jù)處理器的個(gè)數(shù)和位數(shù)就可粗略了解該可編程序控制器的基本特征；CPU的存儲(chǔ)器的性能，存儲(chǔ)器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方，從使用角度考慮存儲(chǔ)器的性能主要是可供用戶使用的存儲(chǔ)器能力。它應(yīng)包括存儲(chǔ)器的最大容量，可擴(kuò)展性，存儲(chǔ)器的種類。存儲(chǔ)器的容量選擇在下一點(diǎn)將單獨(dú)提出，存儲(chǔ)器擴(kuò)展性和種類多少則體現(xiàn)了系統(tǒng)構(gòu)成的方便和靈活；中間標(biāo)志，計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器的能力，這一性能實(shí)際上也體現(xiàn)了軟件功能。中間標(biāo)志的多少和類型對(duì)系統(tǒng)的使用性能具有一定關(guān)系，如果構(gòu)成的系統(tǒng)龐大，控制功能復(fù)雜，就需要較多的中間標(biāo)志。對(duì)于計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器不但要知道它們的多少，還要知道它們的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)范圍。其它的性能參數(shù)，包括電流消耗，工作環(huán)境要求，壽命時(shí)間等。總之，CPU的能力是一種綜合的性能指標(biāo)，而且要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，以滿足工作畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7應(yīng)用的要求。4.1.3 I/O 點(diǎn)數(shù)的確定I/O點(diǎn)數(shù)是可編程序控制器的一個(gè)簡(jiǎn)單明了的性能參數(shù)，也是應(yīng)用計(jì)算機(jī)賽最直接的參數(shù)。在機(jī)型選擇時(shí)必須注意一下問題：產(chǎn)品手冊(cè)上給出的最大I/O點(diǎn)數(shù)的確卻含義，由于各公司的習(xí)慣不同，所給出的最大I/O點(diǎn)數(shù)含義并不完全一樣，有的給出的時(shí)I/O總點(diǎn)數(shù)，即包括輸入也包括輸出，也就是手冊(cè)上給出的點(diǎn)數(shù)是輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)之和，有的則分別給出最大輸入點(diǎn)數(shù)和最大輸出點(diǎn)數(shù)。要分清模擬量I/O點(diǎn)數(shù)和數(shù)字量I/O點(diǎn)的關(guān)系。有的產(chǎn)品模擬量I/O點(diǎn)數(shù)要占數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)，有的產(chǎn)品則分別獨(dú)立給出且互相并無影響。遠(yuǎn)程I/O的考慮，對(duì)于較大的控制系統(tǒng)，控制對(duì)象較為分散，一般都要采用遠(yuǎn)程I/O，在選擇機(jī)型時(shí)，要注意可編程序控制器是否具有遠(yuǎn)程I/O的能力和能驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O 點(diǎn)數(shù)。智能I/O 的考慮，在機(jī)型選擇考慮I/O點(diǎn)數(shù)的同時(shí)，還要考慮智能I/O的能力，具有智能I/O 模板可方便的解決高速計(jì)數(shù)，閉環(huán)控制等特殊的控制功能。I/O點(diǎn)數(shù)的余量，無論如何，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中要留有充分的I/O點(diǎn)數(shù)作為備用，這主要時(shí)基于二方面的考慮，一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更改，如果不留有充分的余量，一旦系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整，控制功能增加，就要全部推翻原有設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)，造成不必要的損失；二是手冊(cè)上給出的最大I/O點(diǎn)數(shù)都是在理想情況下獲得的參數(shù)，一旦滿負(fù)荷運(yùn)行，就要影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性，給系統(tǒng)帶來不良的影響，為了保證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，建議根據(jù)實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)留有自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)20％～30％的余量。4.1.4 響應(yīng)速度對(duì)于數(shù)字量控制為主的工程應(yīng)用項(xiàng)目，可編程序控制器的響應(yīng)速度都可滿足實(shí)際需要，不必給以特殊的考慮。對(duì)于模擬量控制的系統(tǒng)，特別是具有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)則必須考慮可編程序控制器的響應(yīng)速度?？紤]響應(yīng)速度主要是從二個(gè)方面考慮。一是可編程序控制器程序的語句處理時(shí)間，另一個(gè)是可編程序控制器的掃描周期。一般手冊(cè)上都給出語句處理時(shí)間，而且是以處理1K的語句所需時(shí)間計(jì)算的。在實(shí)際應(yīng)用中要注意邏輯處理指令和字處理主令所需時(shí)間是不同的，有的產(chǎn)品中給出每條指令的處理時(shí)間。在PLC中給出的掃描周期都是最大的掃描周期時(shí)間，而系統(tǒng)中實(shí)際運(yùn)行的掃描周期則與系統(tǒng)所連接設(shè)備的多少和應(yīng)用軟件的多少及復(fù)雜程序有關(guān)。在機(jī)型選擇時(shí)還應(yīng)該注意最大的掃描周期是否可以重新設(shè)定，如果可以重新設(shè)定，適應(yīng)性則更強(qiáng)。在有個(gè)特殊響應(yīng)速度要求的情況下，還要考慮系統(tǒng)中斷處理和直接控制I/O功能，這些功能可以隨時(shí)處理，而不變掃描周期的限制，當(dāng)然這些功能都是有一定的具體要求的，有的也與系統(tǒng)硬件配置有關(guān)。整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度還與輸入輸出有關(guān)，因?yàn)槿魏屋斎胼敵瞿０宥加幸欢ǖ臅r(shí)間滯后?？傊?，不同的控制對(duì)象對(duì)響應(yīng)速度有不同的要求，要根據(jù)實(shí)際需要選擇可編程序控制器，控制對(duì)象信號(hào)變化速度快，則要求響應(yīng)速度快，控制對(duì)象信號(hào)變化速度慢，則要求響應(yīng)的速度就不同。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文94.1.5 存儲(chǔ)器容量的選擇在初步估算時(shí)，對(duì)于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng)，將I/O點(diǎn)數(shù)乘以8，就是所需的存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)，這一要求一般都能滿足，在只有模擬量輸入，沒有模擬量輸出的系統(tǒng)中，一般要對(duì)模擬量信號(hào)作數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)濾波和比較運(yùn)算等操作。估算時(shí)可為每路模擬量準(zhǔn)備100個(gè)存儲(chǔ)器字，在既有模擬量輸入又有模擬量輸出的系統(tǒng)中，一般要對(duì)模擬量作閉環(huán)控制，涉及的運(yùn)算相當(dāng)復(fù)雜，需要的用戶存儲(chǔ)器比只有模擬量輸入時(shí)要多一些，估算時(shí)可為每路模擬量準(zhǔn)備200個(gè)存儲(chǔ)器字，當(dāng)模擬量路數(shù)較少時(shí)，應(yīng)將系統(tǒng)適當(dāng)增大，反之則應(yīng)將系統(tǒng)適當(dāng)減小。由于本人編程水平有限，在考慮存儲(chǔ)器的容量時(shí)，多留了一些裕量。在自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)存儲(chǔ)和對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)日?chǎng)合，對(duì)存儲(chǔ)器的要求是很大的，有時(shí)甚至要求可編程序控制器有十幾K字的甚至幾十K字的存儲(chǔ)容量。在選擇可編程序控制器的型號(hào)是不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo)，在I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方面應(yīng)留有一定的裕量。作為單機(jī)小規(guī)?？刂剖褂玫膱?chǎng)合，由于工藝簡(jiǎn)單、程序固定，多數(shù)使用 EPROM存儲(chǔ)器或 EPROM+RAM 存儲(chǔ)器。對(duì)于大、中規(guī)模的可編程序控制器，往往用于工藝比較復(fù)雜且多變的場(chǎng)合，程序改變較多，因此一般都使用 CMOS RAM存儲(chǔ)器，且有后備電池，以便關(guān)機(jī)時(shí)存儲(chǔ)信息。存儲(chǔ)器的選擇有兩種方法：一種是根據(jù)編程實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算，這種方法可精確地計(jì)算出存儲(chǔ)器實(shí)際使用容量，缺點(diǎn)是自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)要編完程序之后才能計(jì)算；另一種方法，也是我們常用的方法是估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按下面給出的公式進(jìn)行估算。代替繼：M=Km[(10*DI)+(5*DO)] ( 4.1)模擬量控制：M=Km[(10*DI)+(5*DO)+(100*AI)] (4.2)多 路 采 樣 控 制 ： M=Km{[(10*DI)+(5*DO)+(100*AI)]+[1+采 樣 點(diǎn) *0.25]} (4.3)需開關(guān)量控制：M=I/O 點(diǎn)數(shù) *8 (4.4)式中，DI—數(shù)字（開關(guān)量）輸入信號(hào)DO—數(shù)字（開關(guān)量）輸出信號(hào)AI—模擬量輸入信號(hào)Km—每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占有存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)M—存儲(chǔ)器容量4.1.6 可編程序控制器的指令系統(tǒng)由于可編程序控制器應(yīng)用的廣泛性，各種機(jī)型所具備的指令系統(tǒng)也不完全相同，現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強(qiáng)，內(nèi)部元件的個(gè)數(shù)也越來越多。任何一種可編程序控制器都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求，如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，PID 閉環(huán)控制，運(yùn)動(dòng)控制等工作，可編程序控制器應(yīng)有算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送等功能，有時(shí)甚至要求有開方、對(duì)數(shù)運(yùn)算和浮畢業(yè)設(shè)計(jì)論文11點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等功能。在機(jī)型選擇時(shí)，從指令系統(tǒng)方向應(yīng)注意下述內(nèi)容：指令系統(tǒng)的總語句數(shù)，這一點(diǎn)反映了整個(gè)指令所包括的全部功能；指令系統(tǒng)的種類，主要應(yīng)包括邏輯指令，運(yùn)算指令和控制指令，具體的要求則與實(shí)際要完成的控制功能有關(guān)；指令系統(tǒng)的表達(dá)方式，指令系統(tǒng)的表達(dá)方式有多種；應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)圖，程序結(jié)構(gòu)有模塊化的程序結(jié)構(gòu)，有子程序式的程序結(jié)構(gòu)；軟件開發(fā)手段。在考慮指令系統(tǒng)這一性能時(shí)，還要考慮到軟件的開發(fā)手段，一般的廠家對(duì)可編程序控制器都配有專用的編程器，提供較強(qiáng)的軟件開發(fā)手段，有的廠家在此基礎(chǔ)上還開發(fā)了專用軟件，可利用通用的微型機(jī)作為軟件開發(fā)手段，這樣就更加方便了用戶的需要。4.2 電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)機(jī)床的負(fù)載功率就可以選擇電動(dòng)機(jī)的容量。然而機(jī)床的載荷是經(jīng)常變化的，而每個(gè)負(fù)載的工作時(shí)間也不盡相同，這就產(chǎn)生了使電動(dòng)機(jī)的功率如何經(jīng)濟(jì)的滿足機(jī)床負(fù)載功率的的問題。4.2.1 主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定多數(shù)機(jī)床負(fù)載情況比較復(fù)雜，切削用量變化大，尤其是通用機(jī)床負(fù)載種類更多，不易準(zhǔn)確的確定其負(fù)載情況。因此通常采用通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)類比或采用分析計(jì)算想結(jié)合的方法來確定電動(dòng)機(jī)的功率。主軸電動(dòng)機(jī) M1，空載時(shí)直接啟動(dòng)，為滿足順銑和逆銑工作自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)方式的要求，能夠正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)率，采用電磁制動(dòng)器進(jìn)行停車制動(dòng)，同時(shí)從安全和操作方便考慮，換刀時(shí)主軸也處于制動(dòng)狀態(tài)。4.2.2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量的確定機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功率也是由有效功率和功率損失兩部分組成的。一般進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的有效功率都是比較小的，但由于進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率很低，實(shí)際需要的進(jìn)給功率約為主運(yùn)動(dòng)：銑床為0.2～0.25。有時(shí)甚至更低。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用同一電機(jī)時(shí)，只計(jì)算主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率即可。對(duì)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)沒有嚴(yán)格內(nèi)在聯(lián)系的車床，如銑床，為了使用方便和減少電能的消耗，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般采用單獨(dú)電機(jī)傳動(dòng)，該電機(jī)除傳動(dòng)進(jìn)給外還傳動(dòng)工作臺(tái)的快速移動(dòng)。由于快速移動(dòng)所需要的功率比進(jìn)給大的多，因此電動(dòng)機(jī)的功率通常是由快速移動(dòng)所需要決定的。工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī) M2，直接啟動(dòng)，為滿足縱向、橫向、垂直方面的往返運(yùn)動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)率，要求行程時(shí)可快速移動(dòng)。從設(shè)備的安全考慮，各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間必須聯(lián)鎖，并由手柄操作機(jī)械離和選擇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。電動(dòng)機(jī) M3 拖動(dòng)冷卻泵，在銑削加工時(shí)提供切削液。各電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)對(duì)照表如下表所示：畢業(yè)設(shè)計(jì)論文13電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)對(duì)照表符號(hào) 名稱 型號(hào) 規(guī)格 轉(zhuǎn)/分M1 主軸電動(dòng)機(jī) Y160L-4 11KV、380 伏、1460M2 進(jìn)給電動(dòng)機(jī) Y100L1-4 2.2KV、380 伏、1430M3 冷卻泵電動(dòng)機(jī) Y801-2 0.8KV、380 伏、28304.3 銑床電動(dòng)機(jī)組的設(shè)計(jì)圖4為銑床電動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)電路圖，該銑床有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，主軸電動(dòng)機(jī)M1用來帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2用來驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行縱向，橫向和垂直三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與快速移動(dòng)。冷卻電動(dòng)機(jī)M3驅(qū)動(dòng)冷卻液泵，銑削時(shí)把冷卻液送到工件、刀具上進(jìn)行冷卻。圖 4 電動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)原理圖自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)4.4 銑床常用電器的選型4.4.1 按鈕按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的主令電器。在低壓控制電路中，用于手動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)。按鈕是由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼組成，通常做成復(fù)合式，即具有常閉觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)。按鈕在系統(tǒng)中有啟動(dòng)﹑停止﹑復(fù)位﹑清零﹑選擇等作用。一般性的按鈕可選用 LA18-22 型，其中-常開- 常閉觸頭各兩個(gè)；緊急按鈕可選用 LA18-22J 型；當(dāng)按鈕作為選擇開關(guān)時(shí)可選用帶指示燈的按鈕，可選用 LA19-11B/D。4.4.2 刀開關(guān)開關(guān)和小容量電機(jī)非頻繁啟動(dòng)的操作開關(guān)。由操作手柄、刀片、觸頭座和底板等組成。刀開關(guān)安裝時(shí)，手柄要向上，不得倒裝或平裝。接線時(shí)，應(yīng)將電源接在上端，負(fù)載接在下端，作用在電弧上的電動(dòng)力和熱空氣的上升方向一致，就能使電弧迅速拉長(zhǎng)而且熄滅， 這樣拉閘后刀片與電源隔離，可防止意外事故的發(fā)生。適用于各皮帶機(jī)、破碎機(jī)、給煤機(jī)、通風(fēng)機(jī)的電源開關(guān)。根據(jù)系統(tǒng)的工作情況選用 HR1-60型膠刀開關(guān)。4.4.3 組合開關(guān)組合開關(guān)主要是作為電源引入開關(guān)，所以也稱為電源隔離開關(guān)。它也可以起停 5KW 以下的異步電動(dòng)機(jī)，但每小時(shí)的接通次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文15數(shù)不宜超過 15～20 次，開關(guān)的額定電流一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的 1.5～2.5 倍。組合開關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)數(shù)及電動(dòng)機(jī)容量進(jìn)行選用。常用的組合開關(guān)為 HZ-10 系列，額定電流分為10、25、60 和 100A 四種。適用于交流 380 以下，直流 220 以下的電氣設(shè)備中。4.4.4 行程開關(guān)行程開關(guān)也稱限位開關(guān)。用于控制電路的自動(dòng)限位切換。據(jù)控制功能及安裝位置、控制路數(shù)，選擇觸頭種類、數(shù)量、結(jié)構(gòu)型號(hào)及安裝尺寸。機(jī)床常用行程開關(guān)有 LX2、LX19、JKXK1 及LXW-11、JLXK1-11 型等系列產(chǎn)品。行程開關(guān)的額定電壓：交流 500V、直流 440V，額定電流5A。操作頻率 1200-2400 次/小時(shí)。LX19 型及 JLXK1 型行程開關(guān)均有一對(duì)動(dòng)和和一對(duì)動(dòng)斷觸頭、且有自動(dòng)復(fù)位和非自動(dòng)復(fù)位兩類。LXW-11 型及 JLXK1 型是微動(dòng)開關(guān)，體積小、動(dòng)作靈敏，機(jī)床中應(yīng)用較多。LW2 型為組合行程開關(guān)，最多可備有 5 對(duì)動(dòng)和、5 對(duì)動(dòng)斷公 10 對(duì)觸頭?？蓪?shí)現(xiàn)多路控制。下表列出 JL；JLXK1 系列行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)形式及有關(guān)參數(shù)。自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)表 2 JLXK1系列行程開關(guān)結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)參數(shù)基本型號(hào) 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及復(fù)位方式動(dòng)作力(kg) 觸頭對(duì)數(shù)JLXK1-111 單輪防護(hù)式 能自動(dòng)復(fù)位大于 1 動(dòng)和 動(dòng)斷JLXK1-111M 單輪密封式 能自動(dòng)復(fù)位1 1JLXK1-211 雙輪防護(hù)式 非自動(dòng)復(fù)位大于 1.5 額定電壓(V)JLXK1-211M 雙輪密封式 非自動(dòng)復(fù)位交流 直流JLXK1-311 直動(dòng)防護(hù)式 能自動(dòng)復(fù)位大于 2 500 440JLXK1-311M 直動(dòng)密封式 能自動(dòng)復(fù)位額定電流(A)JLXK1-411 直動(dòng)滾輪防護(hù)式 能自動(dòng)復(fù)位大于 2 5JLXK1-411M 直動(dòng)滾輪密封式 能自動(dòng)復(fù)操作頻率 1200次/h畢業(yè)設(shè)計(jì)論文174.4.5 接觸器接觸器分為直流、交流兩種。機(jī)床中應(yīng)用最多的是交流接觸器。交流接觸器的型號(hào)：如接觸器 CJ10-20，要想正確地選擇接觸器，就必須了解接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。其主要數(shù)據(jù)有：1）電源種類：交流或直流；2）主觸點(diǎn)額定電壓、額定電流；3）輔助觸點(diǎn)的種類、數(shù)量及觸點(diǎn)的額定電流；4）電磁線圈的電源種類、頻率和額定電壓；5）額定操作頻率，即允許每小時(shí)接通的最多次數(shù)；機(jī)床常選用的是 CJ10 系列接觸器，電源種類為交流，主觸點(diǎn)最大電壓 500V，最大電流 150A。4.4.6 熱繼電器熱繼電器的種類很多，應(yīng)用最廣泛的是基于雙金屬片的熱繼電器，其主要由熱元件、雙金屬片、觸頭三部分組成。雙金屬片是熱繼電器的感應(yīng)元件，它由兩種不同線膨脹系數(shù)的金屬機(jī)械輾壓而成。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電器，在電路自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)中作電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常遇到過載情況，過載時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，繞組溫升超過了允許值是將會(huì)加劇繞組絕緣老化，縮短電機(jī)的使用年限，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)闺姍C(jī)繞組燒壞。因此，凡電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，都需要對(duì)其過載提供保護(hù)裝置。選用熱繼電器主要應(yīng)考慮的因素有：額定電流或熱元件的整定電流要求均應(yīng)大于被保護(hù)電路或設(shè)備的正常工作電流。作為電動(dòng)機(jī)保護(hù)時(shí)，要考慮其型號(hào)、規(guī)格和特性、正常啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)電流、負(fù)載的性質(zhì)等。在接線時(shí)對(duì)星型聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選擇帶斷相保護(hù)的熱繼電器。所選用的熱繼電器的整定電流通常與電動(dòng)機(jī)的額定電流相等。在此系統(tǒng)中選用 JR16-20 型的熱繼電器。 4.4.7 中間繼電器中間繼電器主要在電路中起信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換的作用，用它可實(shí)現(xiàn)多路控制，并可將小功率的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為大容量的觸點(diǎn)動(dòng)作，以驅(qū)動(dòng)電氣執(zhí)行元件工作。中間繼電器觸點(diǎn)多，可擴(kuò)充其他電器的控制作用。在機(jī)床上常用的中間繼電器型號(hào)有 JZ7 系列、JZ8 系列兩種。JZ7 系列，適用于交流電壓 550V，電流 5A 以下的控制電路。JZ8 系列為為交直流兩用電器，其觸點(diǎn)額定電流為 5A。其線圈電壓有直流：12V、24V、48V、110V、220V 、 ；交流畢業(yè)設(shè)計(jì)論文19110V、127V、220V、380V 等等級(jí)。觸點(diǎn)有（常開/ 常閉）：6/2、4/4、2/6 等組成形式。而且觸點(diǎn)簧片反裝可使常開、常閉觸點(diǎn)相互轉(zhuǎn)換，以滿足設(shè)計(jì)的要求。選用中間繼電器，主要依據(jù)控制電路的電壓等級(jí)，同時(shí)還要考慮觸點(diǎn)的數(shù)量、種類及容量、滿足控制線路的要求。4.4.8 熔斷器熔斷器是一種簡(jiǎn)單而有效的保護(hù)電器。在使用時(shí)，熔斷器串接在所保護(hù)的電路中，作為電路及用電設(shè)備的短路和嚴(yán)重過載保護(hù)，主要用做短路保護(hù)。熔斷器的容體與被保護(hù)的電路串聯(lián)，當(dāng)電路正常工作時(shí)，容體允許通過一定大小的電流而不熔斷。當(dāng)電路發(fā)聲短路或嚴(yán)重過載時(shí)，熔體中流過很大的故障電流，當(dāng)電流產(chǎn)生的熱量達(dá)到熔體的熔點(diǎn)時(shí)，熔斷器斷切電路，從而達(dá)到保護(hù)電路的目的。（1）熔器類型的選擇 其類型應(yīng)根據(jù)線路的要求、使用場(chǎng)合和安裝條件來選擇。例如用于電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)設(shè)時(shí)，一般要求熔斷器容量不大，也不要求限流，但希望其安秒特性平穩(wěn)；用于配電時(shí)，如短路電流較大，則選高分?jǐn)嗄芰蛞髱蘖髯饔玫?，?RT0 系列；在經(jīng)常發(fā)生故障的地方，最好選用可折式，如RC1A、RL1 、RM10 等系列；在易燃品的地方，當(dāng)然禁止選用敞開式的，并且其快速性應(yīng)該很好等。（2）熔斷器額定電壓的選擇 其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)（3）熔斷器的額定電流的選擇 其額定電流必須大于或等于所裝的熔體的額定電流。（4）熔體的額定電流的選擇 熔體的額定電流可按以下幾種情況選擇：1） 、對(duì)于電爐、照明等阻性負(fù)載的短路保護(hù)，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流，即 Ifu≥I （4.5）式中，I fu為熔體的額定電流；I 為電路的工作電流。2） 、保護(hù)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，考慮到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)沖擊電流的影響，應(yīng)按下式計(jì)算 If≥（1.5~2.5 ）I N （4.6）式中，I N 為電動(dòng)機(jī)的額定電流 。3） 、保護(hù)多臺(tái)電機(jī)時(shí)，則應(yīng)按下式計(jì)算 Ifu≥（1.5~2.5）INmax+∑ IN （4.7）式中，I Nmax 為容量最大的一臺(tái)電機(jī)的額定電流；∑I N 為其余電動(dòng)機(jī)的額定電流的總和。4） 、要依據(jù)動(dòng)作特性校驗(yàn)所選擇熔斷器以及上下級(jí)的配合，前者是熔斷器自身特性于保護(hù)對(duì)象的匹配問題，后者是熔斷器之間的配合問題，在要求時(shí)才進(jìn)行校驗(yàn)。由公式得：4KW 的電機(jī) 8.2×2=16.4A 可選用 NGT00 20A 型的電機(jī)；11KW 的電機(jī) 22.5×2=45A 可選用 NGT00 50A 型的熔斷器；15KW 的電機(jī) 29.5×2=59A 可選用 NGT00 63A 型的熔斷器；同理 30KW 的電機(jī)可選用 NGT1 125A 型的熔斷器、37KW的電機(jī)可選用 NGT1 160A 型的熔斷器、45KW 的電機(jī)84.5×2=169A 可選用 NGT1 160A 型、5.5KW 的電機(jī)可選用NGT00 25A、 7.5KW 的電機(jī)可選用 NGT00 35A 的熔斷器；對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)論文21總的電路的熔斷器選擇，可根據(jù)公司計(jì)算的，可選擇 NGT4 1000A 型的熔斷器。4.5 系統(tǒng)供電為了避免各種干擾通過電源線進(jìn)人 PLC．系統(tǒng)的動(dòng)力部分、控制部分、PLC 和 I／O 電源分別配線．用帶屏蔽層的隔離變壓器給 PLC供電，隔離變壓器與 PLC之間采用雙絞線連接，隔離變壓器一次側(cè)接 380V，避免地電流的干擾．為了保證人身和設(shè)備的安全，設(shè)置獨(dú)立于 PLC的緊急停車控制裝置，在緊急停止時(shí)，PLC的輸出電路可在 PLC外部切斷，如圖 5所示：自動(dòng)銑床 PLC 控制系統(tǒng)圖 5 PLC 系統(tǒng)供電方式4.6 輸入/輸出接口電路輸入接口電路的常閉觸點(diǎn)如停車按鈕，作為 PLC的輸入信號(hào)時(shí)，其實(shí)際觸點(diǎn)的初始狀態(tài)與對(duì)應(yīng)的 PLC內(nèi)部虛擬觸點(diǎn)(也叫“軟觸點(diǎn)”)之間存在邏輯相反的關(guān)系．為了保持梯形圖與繼電器原理圖對(duì)應(yīng)，SBl 和 SB3均采用常開按鈕． 從人身和設(shè)備的安全考慮，輸出電路保留的原來的電氣互鎖．采用原來 127 V的交流供電電源。為了抑制電路斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧對(duì) PLC的影響，在接觸器線圈兩端并聯(lián)阻容吸收電路．阻容吸收電路的電阻取 100～120 Q，電容取 0．1 pF，電容的額定電壓大于等于 250 V．