plc對C650臥式車床電氣控制線路的改造
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PLC對C650臥式車床的改造
第1章 PLC的介紹
1.1 PLC的介紹
PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：
“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。”
我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。
1.2 PLC的特點
1.2.1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。
1.2.2 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)
PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
1.2.3 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎
PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。
1.2.4 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。
1.2.5 體積小，重量輕，能耗低
以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。
第2章 控制方案的選擇
2.1 為何采用PLC控制
可編程序控制器PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。
2.2 控制繼電器存在的缺點
控制繼電器存在的缺點如作條件下進(jìn)行的,容易損壞.而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧,甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作,引絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工起嚴(yán)重的后果.再者,對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備,其控制箱將是龐大而笨重的.在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下,大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲,同時也消耗了大量的電能.并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝,如果有簡單的改動,也需要花費(fèi)大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試.今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域.他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性.但是,這也是隨之帶來的一些問題.
固體繼電器的缺點：
（1）導(dǎo)通后的管壓降大，可控哇或雙向控哇的正向降壓，可達(dá)1~2V，大功率晶體管的飽和壓降也在1~2之間，一般功率場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻也較機(jī)械觸點的接觸電阻大。
（2）半導(dǎo)體器件關(guān)斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實現(xiàn)理想的電隔離。
（3）由于管壓降大，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固體繼電器的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同容量的電磁繼電器，其輸出功率與環(huán)境和外殼溫度有關(guān)。
（4）電子元、器件的溫度特性和電子路線的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。
（5）通常固體繼電器設(shè)計成單刀單擲形式，這樣比較容易實現(xiàn)，多組和多組轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)需要用幾個相互連接和適當(dāng)連鎖的固體繼電器，這些固體繼電器基本上是積木式堆疊在一起，形成一個占地較大空間的復(fù)雜裝置。大功率固體繼電器，由于需用散熱片，就進(jìn)一步增加了所有空間和成本。
（6）通常用于功率控制的固體繼電器是針對負(fù)載或設(shè)計成交流輸出或設(shè)計成直流輸出，而不設(shè)計成既和用于交流負(fù)載，又可用于支流負(fù)載。
2.3 可編程序控制器的優(yōu)勢、特點及功能
可編程控制器以體積小功能強(qiáng)大所著稱,它不但可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能,而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系,從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制.特別是現(xiàn)在,由于信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來,擴(kuò)展了PLC的功能,使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力,從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè).
（1）生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理
PLC可以通過通訊接口與顯示終端和打印機(jī)等外設(shè)相連.顯示器作為人機(jī)界面(HMI)是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備,它與PLC相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關(guān)、信號指示燈,及生產(chǎn)流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排.所有操作都可以在顯示屏上的操作元件上進(jìn)行.PLC可以方便、快捷地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理,并可對要顯示的參數(shù)以二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII字符等方式進(jìn)行顯示.在顯示畫面上,通過圖標(biāo)的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),如閥門的開與關(guān),電機(jī)的啟動與停止,位置開關(guān)的狀態(tài)等.PID回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過程中量的變化,操作人員通過參數(shù)設(shè)定可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,通過數(shù)據(jù)查詢可查找任一時刻的數(shù)據(jù)記錄,通過打印可保存相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù),為今后的生產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來便利.
（2）閉環(huán)過程控制
以往對于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的PID模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)開、閉環(huán)控制.而現(xiàn)在完全可以采用PLC控制系統(tǒng),選用模擬量控制模塊,關(guān)于時間繼電器的用途,其功能由軟件完成,系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定,不受元件影響,因而可靠性更高,容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進(jìn)的控制方法,可以同時控制多個控制回路和多個控制參數(shù).例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力、速度等.
（3）順序控制
順序控制是PLC最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域.所謂的順序控制,就是按照工藝流程的順序,在控制信號的作用下,使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地按照順序動作.由于它還具有編程設(shè)計靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點,所以在實現(xiàn)單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)流程控制中可以完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng).它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給來的指令信號和傳感器信號,控制機(jī)械運(yùn)動部件進(jìn)行相應(yīng)的操作,從而達(dá)到了自動化生產(chǎn)線控制.比較典型應(yīng)用在自動電梯的控制、管道上電磁伐的自動開啟和關(guān)閉、皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序啟動等.例如我分廠的原料混料系統(tǒng)就是利用了PLC的順序控制功能.
（4）運(yùn)動位置控制
PLC可以支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的控制和管理,在機(jī)械加工行業(yè),可編程控制器與計算機(jī)數(shù)控(CNC)集成在一起,用以完成機(jī)床的運(yùn)動位置控制,它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息,經(jīng)處理與計算,發(fā)出相應(yīng)的脈沖給驅(qū)動裝置,通過步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī),使機(jī)床按預(yù)定的軌道運(yùn)動,以完成多軸伺服電機(jī)的自控.目前以用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削磨削等應(yīng)用中.
2.4 PLC與繼電器控制兩種控制方法的不同之處
（1）控制方式：
繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。
PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。
（2）控制速度
繼電器控制邏輯是依靠觸點的機(jī)械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機(jī)械觸點有抖動現(xiàn)象。
PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。
（3）延時控制
繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難。
PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便，不受環(huán)境影響。
2.5 PLC(可編程控制器)與MC(微機(jī))控制的區(qū)別
微型計算機(jī)是在以往計算機(jī)與大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其最大特點是運(yùn)算速度快，功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，在科學(xué)計算，科學(xué)管理和工業(yè)控制中都得到廣泛應(yīng)用。所以說，MC是通用計算機(jī)。而PLC是一種為適應(yīng)工業(yè)控制環(huán)境而設(shè)計的專用計算機(jī)。但人工業(yè)控制的角度來看，PLC又是一種通用機(jī)，只要選配對應(yīng)的模塊便可適用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)，而用戶只需改變用戶程序即可滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的具體控制要求。而MC就必須根據(jù)實際需要考慮抗干擾問題及硬件軟件的設(shè)計，以適應(yīng)設(shè)備控制的專門需要。所以說MC是通用的專用機(jī)。
基于以上理解，便可以得出MC與PLC具有以下幾點區(qū)別：
（1）PLC抗干擾性能為MC高
（2）PLC編程比MC編程簡單
（3）PLC設(shè)計調(diào)試周期短
（4）PLC的I/0響應(yīng)速度慢，有較大的滯后現(xiàn)象（MS），而MC的響應(yīng)速度快（US）。
（5）PLC易于操作，人員培訓(xùn)時間短；而MC則較難人員培訓(xùn)時間長；
（6）PLC易于維修，MC則較困難
隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其功能越來越強(qiáng)；同時MC也逐漸提高和改進(jìn)兩者之間將相互滲透，使PLC與MC的差距越來越小，但在今后很長一段時間內(nèi)，兩者將繼續(xù)共存。在一個控制系統(tǒng)中，PLC將集中于功能控制上，而MC將集中于信息處理上。
第3章 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟
3.1 系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容
( l )擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形式來確定，它是整個設(shè)計的依據(jù)；
( 2 )選擇電氣傳動形式和電動機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
( 3 )選定PLC 的型號；
( 4 )編制PLC 的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖；
( 5 )根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言（常用形圖）進(jìn)行程序設(shè)計；
( 6 )了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué)，重視人機(jī)界面的設(shè)計，增強(qiáng)人與機(jī)器之間的友善關(guān)系；
( 7 )設(shè)計操作臺、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元件；
( 8 )編寫設(shè)計說明書和使川說明書。
根據(jù)具體任務(wù)，上述內(nèi)容可適當(dāng)調(diào)整。
3.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟
可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟：
( l )深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求
①被控對象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。
②控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和連鎖等。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨(dú)立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。
( 2 )確定I/O 設(shè)備
根據(jù)被控對象對PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。
( 3 ）選擇合適的PLC 類型
根據(jù)已確定的用戶I/O 設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的PLC 類型，包括機(jī)型、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。
( 4 )分配I/O 點
分配PLC 的輸入輸出點，編制出輸入/輸出分配表或者幽出輸入/輸出端子的接線圖。接著就可以進(jìn)行PLC 程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。
( 5 )設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序
根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先要熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗。
( 6 )將程序輸入PLC
當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入PLC時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機(jī)上編程時，可通過上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到PLC 中去。
( 7 )進(jìn)行軟件測試
程序輸入PLC 后，應(yīng)先進(jìn)行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。
( 8 )應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試
在PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。
( 9 )編制技術(shù)文件
系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、PLC 梯形圖。
( 10 )分配輸入/輸出點
一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進(jìn)行編號。在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應(yīng)在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。
( 11 )確定I/O 通道范圍
不同型號的PLC ，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選PLC 型號，查閱相應(yīng)的編程手冊，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關(guān)操作手冊。
( 12 )部輔助繼電器
內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器/計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。從功能卜講，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。未分配模塊的輸入/輸出繼電器區(qū)以及未使用1 : 1 鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要，應(yīng)合理安排PLC 的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細(xì)列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復(fù)使用。參閱有關(guān)操作手冊。
( 13 )分配定時器/計數(shù)器
PLC 的定時器/計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟，PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法。在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。圖解法編程，圖解法是靠畫圖進(jìn)行PLC 程序設(shè)計。為此，不少PLC 生產(chǎn)廠家在自己的PLC 中增加了步進(jìn)順控指令。在畫完各個步進(jìn)的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進(jìn)順控指令方便地編寫控制程序。
3.3 計算機(jī)輔助設(shè)計編程
計算機(jī)輔助設(shè)計是通過PLC 編程軟件在計算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成EXE 運(yùn)行文件。
3.4 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的步驟
在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的基礎(chǔ)上，就要實際地編寫PLC 程序了。編寫PLC 程序和編寫其他計算機(jī)程序一樣，都需要經(jīng)歷如下過程。對系統(tǒng)任務(wù)分塊,分塊的目的就是把一個復(fù)雜的工程，分解成多個比較簡單的小任務(wù)。這樣就把一個復(fù)雜的大問題化為多個簡單的小問題。這樣可便于編制程序。
3.5 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖
從邏輯關(guān)系圖上，可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又引導(dǎo)出哪些動作。這個邏輯關(guān)系可以是以各個控制活動順序為基準(zhǔn)，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動，也反應(yīng)了輸入與輸出的關(guān)系。
3.6 繪制各種電路圖
繪制各種電路的口的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設(shè)計的地址和名稱聯(lián)系起來。這是很關(guān)鍵的一步。在繪制PLC 的輸入電路時，不僅要考慮到信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到PLC的輸入端，把高壓引入PLC 輸入端，會對PLC 造成比較大的傷害。在繪制PLC 的輸出電路時，不僅要考慮到輸出信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到PLC 輸出模塊的帶負(fù)載能力和耐電壓能力。此外，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個電路的繪制中，還要考慮設(shè)計的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用PLC 進(jìn)行控制方便、靈活。但是在電路的設(shè)計上仍然需要謹(jǐn)慎、全面。因此，在繪制電路圖時要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。
3.7 編制PLC 程序并進(jìn)行模擬調(diào)試
在繪制完電路圖之后，就可以著手編制PLC 程序了。當(dāng)然可以用上述方法編程。在編程時，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡捷、省時、便于閱讀、便于修改。編好一個程序塊要進(jìn)行模擬實驗，這樣便于查找問題，便于及時修改。
3.8 制作控制臺與控制柜
在繪制完電器、編完程序之后，就可以制作控制臺和控制柜了。在時間緊張的時候，這項工作也可以和編制程序并列進(jìn)行。在制作控制臺和控制柜的時候要注意選擇開關(guān)、按鈕、繼電器等器件的質(zhì)量，規(guī)格必須滿足要求。設(shè)備的安裝必須注意安全、可靠。比如說屏蔽問題、接地問題、高壓隔離等問題必須妥善處理。
現(xiàn)場調(diào)試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設(shè)計場調(diào)試就能使用的。只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處；只有進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試才能最后實地測試和最后調(diào)整控制電路和控制程序，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。
第4章 C650臥式車床電氣電路分
圖4-1 C650臥式車床電氣控制原理圖
4.1 主電路分析
組合開關(guān)QS為電源開關(guān)。FU1為主電動機(jī)M1的短路保護(hù)用熔斷器，KR1為其過載保護(hù)用熱繼電器。R為限流電阻，在主軸點動時，限制起動電流，在停車反接制動時，又起限制過大的反向制動電流的作用。電流表PA用來監(jiān)視主電動機(jī)M1的繞組電流，由于M1功率很大，故PA接入電流互感器TA回路，機(jī)床工作時，可調(diào)整切削用量，使電流表PA的電流接近主電動機(jī)M1額定電流的對應(yīng)值（經(jīng)TA后減小了的電流值），以便提高生產(chǎn)效率和充分利用電動機(jī)M1的潛力。KM3、KM4為正反轉(zhuǎn)接觸器，KM5用于短接電阻R接觸器，由它們的主觸點控制主電動M1.
圖中KM1為接通冷卻泵電動M2的接觸器，KR2為M2過載保護(hù)用熱繼電器。KM2為接通快速電動機(jī)M3的接觸器，由于M3點動短時運(yùn)轉(zhuǎn)，故不設(shè)置熱繼電器。
4.2 控制電路分析
4.2.1 主電動機(jī)的點動調(diào)整控制
當(dāng)按下點動按鈕SB6不松手時，接觸器KM3線圈通電，KM3主觸點閉合，電網(wǎng)電壓必須經(jīng)限流電阻R通入主電動機(jī)M1，從而減少了起運(yùn)電流。由于中間繼電器KM5未通電，故雖然KM3的輔助常開觸點（7，我們規(guī)定此號表示區(qū)域號，在此為區(qū)域7）已閉合，但不自鎖。因而，當(dāng)松開SB6后，KM3線圈隨即斷電，主電動機(jī)M1停轉(zhuǎn)。
4.2.2 主電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制
雖然主電動機(jī)M1的額定功率為了30KW，但只是車削時消耗功率較大，而起動時負(fù)載很小，因而起動電流并不很大，所以，在非頻繁點動的一般工作時，仍然采用了全壓直接起動。當(dāng)按下正向起動按鈕SB1時，KM3通電，其主觸點閉合，短接限流電阻R，另有一個常開輔助觸點（14，仍然表示區(qū)域14）閉合，使得K通電，其常開觸點（10）閉合，使得KM5在SB1松開，后也保持通電，進(jìn)而K也保持通電。另一方面，當(dāng)SB1尚未松開時，由于K的另一常開觸點（8）已閉合。這樣，當(dāng)松開SB3后，由于KA的二個常開觸點（8，10）保持閉合，故可形成自鎖通路，從而KM3保持通電。在KM5得電時K得電，通電延時繼電器KT通電，其作用是使電流避免起動電流的沖擊。
圖中SB2（12、13）為反向起動按鈕，反向起動過程同正向時類似。
4.2.3 主電動機(jī)的反接制動控制
C650車床采用反接制動方式，用速度繼電器KS（3）進(jìn)行檢測和控制。
假設(shè)原來主電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)運(yùn)行著，則KS的正向常開觸點KS1（10）閉合，而反向常開觸點KS2（9）依然斷開著。當(dāng)按下反向總停按鈕SB4（7）后，原來通電的KM3、KM5、KT和K就即時斷電，它們的所有觸點均被釋放而復(fù)位。然而，當(dāng)SB4松開后，反轉(zhuǎn)接觸器，KM4（13）立即通電，電流通路是：
4（回路標(biāo)號）→SB4常閉觸點（7）→K常閉觸點（10）→KS正向常開觸點KS1（10）→KM3常閉觸點（13）→KM4線圈（13）→KR1常閉觸點（7）→（回路標(biāo)號）
這樣，主電動機(jī)M1就被串電阻反接制動，正向轉(zhuǎn)速很快降下來，當(dāng)降到很低時(n<100r/min),KS的正向常開觸點KS1（10）斷開復(fù)位，從而切斷了上述電流通路。至此，正向反接制動就結(jié)束了。
反向反接制動過程同理。
4.2.4 刀架的快速移動和冷卻泵控制
轉(zhuǎn)運(yùn)刀架手柄，限位開關(guān)ST（16）被壓動而閉合，使得快速移動接觸器KM2通電，快速移動電動機(jī)M3就起動運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)?shù)都苁直鷱?fù)位時，M3即停轉(zhuǎn)。
冷卻泵電動機(jī)M2的起動、停止按鈕分別為SB3（15）和SB5（15）。
4.3 輔助電路分析
4.3.1 照明電路和控制電源
圖中TC為控制變壓器，二次側(cè)有二路，一路為了27V，提供給控制電路；另一路為36V（安電壓），提供給照明電路。置燈開關(guān)SA（8）于1位時，SA就閉合，照明燈EL（11）點亮；置SA于0位時，EL就熄滅。
4.3.2 電流表PA保護(hù)電路
雖然電流表PA（3）接在電流互感器TA（2）回路里，但主電動機(jī)M1起動時對它的沖擊仍然很大。為此，在線路中設(shè)置了時間繼電器KT（12）進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)主電動機(jī)正向或反向起動以后，KT通電延時時間未到時，PA就被KT延時常閉觸點（3）短路，延時到后，才有電流指示.
4.4 C650臥式車床電氣控制線路的特點
從上述分析中可知，這種車床的電氣線路有以下幾個特點：
⑴ 主軸的正反不是通過機(jī)械方式來實現(xiàn)，而是通過電氣方式，即主電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，從而簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。
⑵主電動機(jī)的抽動采用了電氣反接抽動形式，并用速度繼電器進(jìn)行控制。
⑶ 控制回路由于電器元件很多，故通過控制變壓器TC（6）同三相電網(wǎng)進(jìn)行電隔離，提高了操作和維修時的安全性。
⑷ 中間繼電器K（12）起著擴(kuò)展接觸器KM5觸點的作用。
第5章 PLC 選型
5.1 確定PLC型號
表5-1 三菱FX2NPLC部分型號列表
序號
型號
功能說明
1
FX2N-128MR-001
輸入點：64，64 繼電器輸出
2
FX2N-80MR-001
輸入點：40，40 繼電器輸出
3
FX2N-64MR-001
輸入點：32，32 繼電器輸出
4
FX2N-80MR-001
輸入點：24，24 繼電器輸出
5
FX2N-80MR-001
輸入點：16，16 繼電器輸出
6
FX2N-80MR-001
輸入點：8，8 繼電器輸出
7
FX2N-80MR-D
輸入點：40，40繼電器輸出（直流供電）
8
FX2N-64MR-D
輸入點：32，32繼電器輸出（直流供電）
9
FX2N-48MR-D
輸入點：24，24繼電器輸出（直流供電）
10
FX2N-32MR-D
輸入點：16，16繼電器輸出（直流供電）
11
FX2N-128MT-001
輸入點：64，64點晶體管輸出
12
FX2N-80MT-001
輸入點：40，40點晶體管輸出
13
FX2N64MT-001
輸入點：32，32點晶體管輸出
14
FX2N-48MT-001
輸入點：24，24點晶體管輸出
15
FX2N-32MT-001
輸入點：16，16點晶體管輸出
16
FX2N-16MT-001
輸入點：8，8點晶體管輸出
17
FX2N-80MT-D
輸入點：40，40繼電器輸出（直流供電）
18
FX2N-64MT-D
輸入點：32，32繼電器輸出（直流供電）
19
FX2N-48MT-D
輸入點：24，24繼電器輸出（直流供電）
20
FX2N-32MT-D
輸入點：16，16繼電器輸出（直流供電）
21
FX2NC-96MT
輸入點：48，48點晶體管輸出
22
FX2NC-64MT
輸入點：32，32點晶體管輸出
23
FX2NC-32MT
輸入點：16，16點晶體管輸出
24
FX2NC-16MT
輸入點：8，8點晶體管輸出
25
FX2N-48ER
輸入點：24，24繼電器輸出
26
FX2N-48ET
輸入點：24，24點晶體管輸出
27
FX2N-32ER
輸入點：16，16繼電器輸出
28
FX2N-32ET
輸入點：16，16點晶體管輸出
29
FX2N-16EX
輸入點：1
30
FX2N-16EYR
輸入點：16繼電器輸出
31
FX2N-16EYT
輸入點：16點晶體管輸出
在選用PLC型號上，考慮輸入點只需11個，輸出點只需6個，又因為控制程序小，不需要遠(yuǎn)程控制也沒有特殊要求，所以選用FX2N-32MR-001，輸入點：16，16 繼電器輸出。
5.2 確定I/O口分配
表5-1 I/O口分配
輸入信號
輸出信號
名稱
代號
輸入點編號
名稱
代號
輸出點編號
M1正轉(zhuǎn)啟動按鈕
SB1
X000
M1切除電阻R運(yùn)行接觸器
KM5
Y000
M1反轉(zhuǎn)啟動按鈕
SB2
X001
M2運(yùn)行接觸器
KM1
Y001
M2啟動按鈕
SB3
X002
M3運(yùn)行接觸器
KM2
Y002
總停止按鈕
SB4
X003
M1正轉(zhuǎn)接觸器
KM3
Y003
M2停止按鈕
SB5
X004
M1反轉(zhuǎn)接觸器
KM4
Y004
M1點動按鈕
SB6
X005
電流表A短接中間繼電器
K
Y005
M3點動位置開關(guān)
ST
X006
M1過載保護(hù)熱繼電器
KR1
X007
M2過載保護(hù)熱繼電器
KR2
X010
正轉(zhuǎn)制動速度繼電器常開觸點
KS1
X011
反轉(zhuǎn)制動速度繼電器常開觸點
KS2
X012
5.2.1 C650臥式車床PLC控制輸入輸出點分配表
圖5-2 C650臥式車床PLC外部I/O接線圖
第6章C650臥式車床PLC控制程序
6.1 梯形圖
圖6-1
6.2 指令表
表6-1 指令表
步序
指令
步序
指令
步序
指令
0
LD X000
21
OR X003
40
OUT Y001
1
OR X001
22
AND X012
41
LD X006
2
OR M0
23
ORB
42
OUT Y002
3
ANI X003
24
AND X007
43
LD T0
4
AND X007
25
ANI Y004
44
OUT Y005
5
OUT Y000
26
OUT Y003
45
END
6
OUT TO K50
27
LD M0
9
LD Y000
28
AND M2
10
OR M1
29
LD X003
11
ANI X003
30
OR Y004
12
OUT M1
31
AND X011
13
LD X001
32
ORB
14
OR M2
33
AND X007
15
ANI X003
34
ANI Y003
16
OUT M2
35
OUT Y004
17
LD M0
36
LD X002
18
AND M1
37
OR Y001
19
OR X005
38
ANI X005
20
LD X003
39
AND X010
6.3 程序設(shè)計說明
⑴主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)控制。按下主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB1，第1邏輯行中X0閉合，Y0接通并自鎖，T0接通并開始計時；第3邏輯行X0閉合，通用繼電器M1接通。第2邏輯行Y0常閉觸點閉合，通用繼電器M0接通；第5邏輯行M0、M1常開觸點閉合，Y3接通（因X7的常開觸點在PLC通電后即為閉合狀態(tài)）。主軸電動機(jī)正向啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。
當(dāng)主軸電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到120r/min時，第6邏輯行X11常開觸點閉合，為主軸電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)反向制動作好準(zhǔn)備。
T0計時經(jīng)過5s后動作，第9邏輯行T0常開觸點閉合，接通Y5，電流表A開始監(jiān)測主軸電動機(jī)的電流。
⑵主軸電動機(jī)反轉(zhuǎn)控制。按下主軸時機(jī)正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2，第1邏輯行中X1閉合，Y0接通并自鎖，T0接通并開始計時；第4邏輯行X1閉合，通用繼電器M2接通。第2邏輯行Y0常閉觸點閉合，通用繼電器M0接通；第6邏輯行M0、M2常開觸點閉合，Y4接通主軸電動機(jī)反向啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。
當(dāng)主軸電動機(jī)反向旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到120r/min時，第5邏輯行X12常開觸點閉合，為主軸電動機(jī)反向旋轉(zhuǎn)正向制動作好準(zhǔn)備。
T0計時器經(jīng)過5S后動作，第9邏輯行T0常開觸點閉合，接通Y5，電流表A開始監(jiān)測主軸電動機(jī)的電流。
⑶主軸電動機(jī)點動控制。按下主軸電動機(jī)點動按鈕SB6，第5邏輯行X5常開觸點閉合，Y3接通，主軸電動機(jī)串電阻R啟動運(yùn)行。
⑷主軸電動機(jī)正向啟動運(yùn)行反向制動停止控制。當(dāng)Y0、Y3、T0、Y5閉合，主軸電動機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)時，按下停止按鈕SB4，第1邏輯行X3常閉觸點斷開，Y0、T0失電，第3邏輯行X3常閉觸點斷開，M1失電；而第5邏輯行M1常開觸點復(fù)位斷開，Y3失電，主軸電動機(jī)停止正轉(zhuǎn)。同時，第6邏輯行X3常開觸點閉合，Y4接通，給主軸電動機(jī)通入反轉(zhuǎn)電源使之產(chǎn)生一個反轉(zhuǎn)力矩制動主軸電動機(jī)的正向旋轉(zhuǎn)，主軸電動機(jī)的正轉(zhuǎn)速度迅速下降。當(dāng)正轉(zhuǎn)速度下降至100r/min時，速度繼電器KS1觸點斷開，X11常開觸點復(fù)位斷開，Y4失電，完成主軸電動機(jī)的正向啟動運(yùn)行反向制動停止過程。
⑸主軸電動機(jī)反向啟動運(yùn)行正向制動停止控制。當(dāng)Y0、Y4、T0、Y5閉合，主軸電動機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)時，按下停止按鈕SB4，第1邏輯行X3常閉觸點斷開，Y0、T0失電，第4邏輯行X3常閉觸點斷開，M2失電；而第6邏輯行M2常開觸點復(fù)位斷開，Y4失電，主軸電動機(jī)停止反轉(zhuǎn)。同時，第5邏輯行X3常開觸點閉合，Y3接通，給主軸電動機(jī)通入正轉(zhuǎn)電源，使之產(chǎn)生一個正轉(zhuǎn)力矩制動主軸電動機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)，主軸電動機(jī)的反轉(zhuǎn)速度迅速下降。當(dāng)反轉(zhuǎn)速度下降至100r/min時，速度繼電器KS2觸點斷開，X12常開觸點復(fù)位斷開，Y3失電，完成主軸電動機(jī)的反向啟動運(yùn)轉(zhuǎn)正向制動停止過程。
⑹冷卻泵電動機(jī)控制。按下冷卻泵電動機(jī)的啟動按鈕SB3，第7邏輯行X2常開觸點閉合，Y1接通，冷卻泵電動機(jī)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。
⑺快速移動電動機(jī)控制。按下位置開關(guān)ST，第8邏輯行X6常開觸點閉合，Y2接通，快速移動電動機(jī)啟動運(yùn)行。
⑻當(dāng)主軸電動機(jī)過載，熱繼電器KR1動作時，第1邏輯行、第5邏輯行、第6邏輯行X7的常開觸點復(fù)位斷開，Y0、Y3、Y4失電，主軸電動機(jī)停止運(yùn)行。
第七章 參考文獻(xiàn)
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總結(jié)
此設(shè)計，在“電機(jī)拖動”這門課程的基礎(chǔ)上，對電動機(jī)的各種起動，制動，調(diào)速方法所對應(yīng)的控制線路進(jìn)行分析，研究。同時，也對電氣控制，典型機(jī)床和重機(jī)器控制線路進(jìn)行了詳細(xì)的分析和講解。畢業(yè)設(shè)計，讓我們有很多的機(jī)會用所學(xué)的知識與實際運(yùn)用一下。在對電氣原理圖，安裝圖等的繪制與分析，對PLC編制與調(diào)試等過程中提高了我們的動手能力及解決實際問題的能力。
在這次學(xué)習(xí)后，我對接觸器控制，PLC程序控制倆者不同之處有了深刻的體會。接觸器控制具有自動控制方法簡單，工作可靠，成本低等特點。大多是用于有觸點控制系統(tǒng)適用于固定動作要求的控制設(shè)備，一旦工作中發(fā)生程序變化，錯誤，就需要重新配線，比較麻煩，不適用與較復(fù)雜和控制要求經(jīng)常改變的場合。PLC程序控制是在計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)自動化控制，它編程簡單，動作可靠且動作順序變更容易，一旦工作中發(fā)生程序變化，只要改變程序結(jié)構(gòu)即可，因此被廣泛應(yīng)用與復(fù)雜控制系統(tǒng)。
通過在學(xué)校的學(xué)習(xí)和前幾次的課程設(shè)計，以及通過老師的講解和自己的學(xué)習(xí)，對這方面的知識，使我對電氣控制和可編程控制器PLC有了更深的了解和也添于做這次畢業(yè)設(shè)計 的信心，為以后進(jìn)入社會奠定了良好的基礎(chǔ)。在此非常感謝輔導(dǎo)及教育我的老師？
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題 目 plc對C650臥式車床電氣控制線路的改造
性 質(zhì): □畢業(yè)設(shè)計 □畢業(yè)論文
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