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1 摘 要 目前PC已廣泛應(yīng)用于冶金 化工 輕工 機(jī)械 電力 建筑 交通 運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè) 隨著機(jī)電一體化的發(fā)展 對(duì)不系統(tǒng)的可靠性要求愈來愈高 可編程 控制器有控制可靠 體積小 功能強(qiáng) 速度快 組態(tài)靈活和可擴(kuò)展的 特點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用 可編程控制器是20世紀(jì)60年代末在繼電器控 制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的 最初叫做可編程邏輯控制器 programmable logic controller 即PLC 在我國 PC的應(yīng)用最近幾年發(fā)展很快 首當(dāng)先應(yīng)用一些大中型現(xiàn)代 化工廠的引進(jìn)工程上 如上海寶山鋼鐵總廠一 二期工程中就使用了 PC達(dá)857臺(tái) 武漢鋼鐵廠和首都鋼鐵廠等大型鋼鐵企業(yè)也都使用了許多 PC 在老企業(yè)舊設(shè)備的技術(shù)改造上 PC的應(yīng)用比較廣泛 而且已取得了 可喜的經(jīng)濟(jì)效益 PC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的控制裝置 能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境 例如 電源電壓 AC220V 15 抗振強(qiáng)度 16 7Hz 3mm雙振幅 X Y Z三個(gè)方向各30min 工作溫度 0 55 有的甚至可以是 10 55 存放溫度 20 60 濕度 35 90 RH無凝結(jié) 關(guān) 鍵 詞 T68 式 臥 式 鏜 床 有限元 PRO E PLC 2 目 錄 前言 1 第1章 PLC的介紹 5 1 1 PLC的主要功能 6 1 2 PLC的特點(diǎn) 7 1 3 PLC的應(yīng)用 9 第2章 鏜床電氣系統(tǒng)及電氣原理 11 2 3 鏜床概述 11 2 4 T68臥式鏜床的電氣控制線路 12 2 4 T68鏜床電器線路的控制原理 13 第3章 鏜床的改造 16 3 1 了解情況 16 3 2 確定PLC的輸入輸出 17 3 3 編制梯形圖 17 第4章 梯形圖的分析 21 4 1 正 反轉(zhuǎn)控制 21 4 2 低速的轉(zhuǎn)換 21 4 3 反接制動(dòng) 21 4 4 點(diǎn)動(dòng)控制 21 4 5 快移電動(dòng)機(jī)的控制 21 結(jié)束語 22 參考文獻(xiàn) 23 3 致謝 24 前 言 可編程序控制器的英文為Programmable Controller 在二十實(shí)際七十至八十 年代一直簡稱為PC 由于到90年代 個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來 也簡稱為PC 加之可編 程序的概念所涵蓋的范圍太大 所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編 程序邏輯控制器 PLC Programmable Logic Controller 為了方便 仍簡稱 PLC為可編程序控制器 有人把可編程序控制器組成的系統(tǒng)稱為PCS可編程序控制系 統(tǒng) 強(qiáng)調(diào)可編程序控制器生產(chǎn)廠商向人們提供的已是完整的系統(tǒng)了 PLC的發(fā)展和市場情況 1968年美國GM 通用汽車 公司提出取代繼電器控制裝置的要求 第二年美 國數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器 滿足了GM公司裝配線的要求 隨著 集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了 在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將 原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過程工業(yè)中 除了以連續(xù)量為主的反饋控制外 特別在制 造工業(yè)中存在了大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制 它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng) 作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作 另外還有與順序 時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作 的控制 以及大量的開關(guān)量 脈沖量 計(jì)時(shí) 計(jì)數(shù)器 模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量 為主的 離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視 由于這些控制和監(jiān)視的要求 所以PLC發(fā)展成 了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品 在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中 逐漸形成了 PLC DCS與IPC三足鼎立之勢 如表1 還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場上 占有一定的百分比 在八十年代至九十年代中期 是PLC發(fā)展最快的時(shí)期 年增長率一直保持為 30 40 由于PLC人機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步 擠占了一部分DCS 的市場 過程控制 并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè) 但是由于工業(yè)PC IPC 的出 現(xiàn) 特別是近年來現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展 IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場 所以 近年來PLC增長速度總的說是漸緩 目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品 4 主要應(yīng)用在汽車 23 糧食加工 16 4 化學(xué) 制藥 14 6 金屬 礦山 11 5 紙漿 造紙 11 3 等行業(yè) 國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠約三十家 但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品 還有 一部分是以仿制 來件組裝或 貼牌 方式生產(chǎn) 因此可以說PLC在我國未形成制造 產(chǎn)業(yè) 作為原理 技術(shù)和工藝均無尖端技術(shù)難度的產(chǎn)品 只要努力 是能形成制造 產(chǎn)業(yè)的 在PLC應(yīng)用方面 我國是很活躍的 近年來每年約新投入10萬臺(tái)套PLC產(chǎn)品 年銷售額30億人民幣 應(yīng)用的行業(yè)也很廣 但是與其它國家相比 在機(jī)械加工及生 產(chǎn)線方面的應(yīng)用 還需要加大投入 我國市場上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品 施耐德公司 包括早期天津儀表廠引進(jìn)莫迪康公司的產(chǎn)品 目前有 Quantum Premium Momentum等產(chǎn)品 羅克韋爾公司 包括AB公司 PLC產(chǎn)品 目前有SLC Micro Logix Control Logix等產(chǎn)品 西門子公司的產(chǎn)品 目前有SIMATIC S7 400 300 200系列產(chǎn)品 GE公司的產(chǎn)品 日本歐姆龍 三菱 富士 松下等公司產(chǎn)品 PLC的市場的潛力是巨大的 不僅在我國 即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表 明 PLC配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42 采用繼電器 接觸器控制尚有24 所以說 需要應(yīng)用PLC的場合還很多 在我國就更是如此了 從技術(shù)創(chuàng)新的角度看 我國大中型企業(yè)還要大力發(fā)展CIMS 在機(jī)械制造廠要 形成FMS柔性制造系統(tǒng) PLC是基礎(chǔ) 所以PLC市場是廣闊的 PLC具有穩(wěn)定可靠 價(jià)格便宜 功能齊全 應(yīng)用靈活方便 操作維護(hù)方便的優(yōu) 點(diǎn) 這是它能持久的占有市場的根本原因 我們下面重點(diǎn)闡述幾個(gè)問題 并研究其 發(fā)展趨勢 PLC的硬件和軟件 PLC在90年代已經(jīng)形成微 小 中 大 巨型多種PLC 按 I O點(diǎn)數(shù)分 可分為 微型PLC 32 I O 小型PLC 256 I O 中型PLC 1024 I O 5 大型PLC 4096 I O 巨型PLC 8195 I O 注 近年來有單機(jī)支持300回路和65000點(diǎn)I O的大型系 統(tǒng) 對(duì)應(yīng)中型PLC以上 均采用16位 32位CPU 微 小型PLC原采用8位CPU 現(xiàn)在 根據(jù)通訊等方面要求 有的也改用16位 32位CPU 由于I O 64點(diǎn)以下PLC銷售額占 整個(gè)PLC的47 64點(diǎn) 256點(diǎn)的占31 合計(jì)位整個(gè)PLC銷售額的78 所以對(duì)微 小 型PLC應(yīng)多加研究 PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu) 各廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大同小異 以日本歐 姆龍C200HE為例 為總線模板框式結(jié)構(gòu) 基本框架 CPU母板 上裝有CPU模板 其 它槽位裝有I O模板 如果I O模板多時(shí) 可由CPU母板經(jīng)I O擴(kuò)展電纜連接I O擴(kuò)展 母板 在其上裝I O模板 另一種方法是配備遠(yuǎn)程I O從站等 這些都說明了PLC廠 家將硬件各部件均向用戶開發(fā) 便于用戶選用 配置成規(guī)模不等的PLC 而且這種 硬件配置的開放性 為制造商 分銷商 代理商 系統(tǒng)集成商 最終用戶帶來很 多方便 為營銷供應(yīng)鏈帶來很大便利 這是一大成功經(jīng)驗(yàn) PLC內(nèi)的I O模板 除一般的DI DO AD DA模板外 還發(fā)展了一系列特殊功能 的I O模板 這為PLC用于各行各業(yè)打開了出路 如用于條形碼識(shí)別的ASCII BASIC 模板 用于反饋控制的PID模板 用于運(yùn)行控制 機(jī)械加工的高速計(jì)數(shù)模板 單軸 位置控制模板 雙軸位置控制模板 凸輪定位器模板 射頻識(shí)別接口模板等 這在 以后還會(huì)有很大發(fā)展 另外在輸入 輸出的相關(guān)元件 強(qiáng)干擾場合的輸入 輸出電 隔離 地隔離等方面也會(huì)更加完善 PLC中的CPU與存儲(chǔ)器配合 完成控制功能 它與DCS系統(tǒng)處理溫度 壓力 流 量等參數(shù)的系統(tǒng)不同 采用快速的巡回掃描周期 一般為0 1 0 2秒 更快的則選 用50毫秒或更小的消滅周期 它是一個(gè)數(shù)字采樣控制系統(tǒng) 為了完成控制策略 為了替代繼電器 使用戶等完成類似繼電器線路的控制 系統(tǒng)梯形圖 而編制了一套控制算法功能塊 或子程序 稱為指令系統(tǒng) 固化在 存貯器ROM中 用戶在編制應(yīng)用程序時(shí)可以調(diào)用 指令系統(tǒng)大致可以分為兩類 即 基本指令和擴(kuò)展指令 細(xì)分一般PLC的指令系統(tǒng)有 基本指令 定時(shí)器 計(jì)數(shù)器指令 6 移位指令 傳送指令 比較指令 轉(zhuǎn)換指令 BCD運(yùn)算指令 二進(jìn)制運(yùn)算指令 增 量 減量指令 邏輯運(yùn)算指令 特殊運(yùn)算指令等 這些指令多是類似匯編語言 另 外PLC還提高了充足的計(jì)時(shí)器 計(jì)數(shù)器 內(nèi)部繼電器 寄存器及存貯區(qū)等內(nèi)部資源 為編程帶來極大方便 由于各PLC廠家產(chǎn)品在指令系統(tǒng)上的差異及編程方法上用戶要求不同 近年來 IEC制訂了基于Windows的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131 3 注 1993年IEC頒布可編程序 控制器的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC1131 它規(guī)定了指令表 IL 梯形圖 LD 順序功能 圖 SFC 功能塊圖 FBD 結(jié)構(gòu)化文本 ST 五種編程語言 這包括了文本化 編程 IL ST 和圖形編程 LD FBD 兩個(gè)方面 而SFC則在兩類編程語言中均可 使用 IEC技術(shù)委員會(huì) TC65 進(jìn)來開展了IEC61499項(xiàng)目 將IEC61131 3進(jìn)行了擴(kuò) 展 它是針對(duì)通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模塊化分布系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn) 將對(duì) IEC61131 3有所改善 這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上 走向開放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件 是PLC發(fā)展的一大趨勢 7 第一章 PLC的介紹 經(jīng)過幾十年的發(fā)展 PLC已經(jīng)不只能實(shí)現(xiàn)繼電器控制所有的邏輯判斷 計(jì)時(shí) 計(jì)數(shù)等順序控制等功能 同時(shí)還具有了執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算 對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能 所以美國電氣制造商協(xié)會(huì)經(jīng)過四年的調(diào)查 于1980年將其正式命名為可編程控制器 programmable controller 簡寫為PC 后來由于PC這個(gè)名詞常常用來稱呼個(gè)人 電腦 personal computer 為了區(qū)別 現(xiàn)在也可把可編程控制器稱為PLC PC可 用于單臺(tái)機(jī)電設(shè)備的控制 也可以用于生產(chǎn)流水線的控制 使用者可以根據(jù)生產(chǎn)過 程和工藝要求設(shè)計(jì)控制程序 然后將程序通過編輯器送入PC 程序投入運(yùn)動(dòng)后 PC 就在現(xiàn)場輸入信號(hào) 按鈕 行程開關(guān) 光電開關(guān)或其它傳感器 的作用下 按照預(yù) 先送入的程序控制現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電機(jī) 電磁閥等 按一定規(guī)律動(dòng)作 1 1 PC的主要功能 近年來 PC把自動(dòng)化技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 通訊技術(shù)融為一體 它能完成以下 功能 1 條件控制 邏輯控制 PC設(shè)置了與 AND 或 OR 非 NOT 等邏輯指令 能處理繼電器接點(diǎn) 的串聯(lián) 并聯(lián) 串并聯(lián) 并串聯(lián)等各種連接 因此 它可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)控 制 2 定時(shí)控制 PC為用戶提供了若干個(gè)計(jì)時(shí)器 定時(shí)器 并設(shè)置了計(jì)時(shí)指令 計(jì)時(shí)器的計(jì) 時(shí)值可以由用戶在編程時(shí)設(shè)定 也可以用拔盤開頭來設(shè)定 計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)值可以在 運(yùn)行中被讀出 也可以在運(yùn)行中被修改 使用靈活 操作方便 程序投入運(yùn)行后 PC將根據(jù)用戶設(shè)定的計(jì)時(shí)值對(duì)某個(gè)操作進(jìn)行限時(shí)控制和延時(shí)控制 以滿足生產(chǎn)工藝 的要求 3 步進(jìn)控制 PC為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器 可以用于步進(jìn)控制 即在一道工序完成 8 以后 再進(jìn)行下一步工序 有些型號(hào)的PC 還專門設(shè)置了用于步進(jìn)控制的步進(jìn)指令 和鼓形控制器操作指令 編程和使用極為方便 因此更容易實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制的要求 4 A D D A轉(zhuǎn)換 有些PC還具有A D D A轉(zhuǎn)換功能 完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié) 5 數(shù)據(jù)處理 有些PC還具有數(shù)據(jù)處理功能 它具有并行運(yùn)算指令 能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送 BCD的加 減 乘 除 開方等運(yùn)算 還能進(jìn)行字與 字或 求反 邏輯移位 算術(shù)移位 檢索數(shù)據(jù) 比較 數(shù)制轉(zhuǎn)換 16 4編碼 4 16編碼 譯碼等操作 還可 以對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行間接尋址 PC還可以與打印機(jī)相連 打印出程序和有關(guān)數(shù)據(jù)及 梯形圖 6 通訊聯(lián)網(wǎng) 有些PC采用了通訊技術(shù) 可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的I O控制 多臺(tái)PC之間可以進(jìn)行同位 鏈接 PC還可以與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行鏈接 接受計(jì)算機(jī)的命令 將招待結(jié)果告訴計(jì)算 機(jī) 由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PC可以構(gòu)成 集中管理 分散控制 的分布式控制系統(tǒng) 以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制 PC與上位計(jì)算機(jī)鏈接對(duì)計(jì)算機(jī)的要求是 1 具有RS 232接口 2 使用ASC 碼字符 這些要求 一般的計(jì)算機(jī)都能滿足 PC與計(jì)算機(jī)之間的通訊 目前還沒有國家標(biāo)準(zhǔn) 各生產(chǎn)PC的廠家一般都使用 自己的標(biāo)準(zhǔn) 例如C系列PC采用OMRON標(biāo)準(zhǔn) 它規(guī)定了命令的種類和數(shù)據(jù)格式 以及 應(yīng)答的數(shù)據(jù)格式 而且PC方面的通訊軟件已經(jīng)做好 用戶只要在計(jì)算機(jī)方面配置一 個(gè)通訊軟件 能夠按規(guī)定向PC發(fā)出命令和識(shí)別PC給出的應(yīng)答 PC在通訊系統(tǒng)中 一般采用RS 232接口 也可以采用RS 422接口和光通訊 PC的通訊和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還在發(fā)展之中 7 臨控 PC配置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能 它能記憶某些異常情況 或在發(fā)生異常情況時(shí)自 9 動(dòng)中止運(yùn)行 在控制系統(tǒng)中 操作人員通過臨控命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài) 可以調(diào)整計(jì)時(shí) 計(jì)數(shù)等設(shè)定值 為調(diào)試和維護(hù)提供了方便 PC還可以連接打印機(jī) 對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行硬拷貝 1 2 PLC的特點(diǎn) 1 通用性好 PC是通過軟件來實(shí)現(xiàn)控制的 同一臺(tái)PC可用于不同的控制對(duì)象 只需改變軟 件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求 另外 PC產(chǎn)品已系列化 其結(jié)構(gòu)形式多種多樣 按 功能不同又有低檔 中檔 高檔機(jī)之分 可適應(yīng)各種不同要求的工業(yè)控制 同一檔 次的PC 不同機(jī)型的功能基本相同 可以互換 PC的功能模塊品種多 可以靈活組 合成各種不同大小的不同功能的控制設(shè)置 2 可靠性高 PC由于采用了微電子技術(shù) 大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成 另外還采取了屏蔽 濾波 隔離等抗干擾的措施 因此可靠性很高 其平均故障間 隔時(shí)間為2 5萬小時(shí)甚至更高 PC還具有完善的自診斷功能 檢查判斷故障迅速方 便 因而便于維修 3 環(huán)境適應(yīng)性好 抗干擾能力強(qiáng) PC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的控制裝置 能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境 例如 電源電壓 AC220V 15 抗振強(qiáng)度 16 7Hz 3mm雙振幅 X Y Z三個(gè)方向各30min 工作溫度 0 55 有的甚至可以是 10 55 存放溫度 20 60 濕度 35 90 RH無凝結(jié) PC在制造工藝上加強(qiáng)了抗干擾措施 例如輸入輸出部分都采用光電隔離 有 效地隔離了PC內(nèi)部電路與輸入 輸出之間電的聯(lián)系 從而避免了輸入 輸出部分竄 入的干擾信號(hào)而引起的誤動(dòng)作 PC還采取了屏蔽 濾波等措施 有效地防止了空間 電磁干擾 對(duì)高頻干擾信號(hào)起到良好的抑制作用 一般PC的抗干擾強(qiáng)度為 峰值 1000V 脈寬10 s矩形波 10 4 功能強(qiáng) 前面介紹過 現(xiàn)代PC不僅具有邏輯運(yùn)算 計(jì)時(shí) 計(jì)數(shù) 步進(jìn)等功能 而且還 能完成A D D A轉(zhuǎn)換 數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通訊聯(lián)網(wǎng) 生產(chǎn)過程臨控等 因此 它既可對(duì)開頭量進(jìn)行控制 又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制 既可控制一臺(tái)單機(jī) 一條生產(chǎn) 線 又可控制一個(gè)機(jī)群多條生產(chǎn)線 既可現(xiàn)場控制 又可遠(yuǎn)距離控制 既可控制簡 單系統(tǒng) 又可控制復(fù)雜系統(tǒng) 5 接線簡單 PC的接線只需交輸入信號(hào)的設(shè)備 按鈕 開關(guān)等 與PC輸入端子連接 將接 受輸出信號(hào)執(zhí)行控制執(zhí)行元件 接觸器 電磁閥等 與PC輸出端子連接 接線簡單 工作量少 6 編程簡單 使用方便 用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 常使用江編語言編程 難于掌握 要求使用者具有一 定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí) PC采用面向控制過程 面向問題的 自然語言 編程 容易掌握 例如目前大多 數(shù)PC均采用的梯形圖語言編程方式 既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感 又考慮 到大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平 很容易被電氣技術(shù)人員所接 受 易于編程 程序改變時(shí)也容易修改 很靈活方便 這種面向控制過程 面向問題的編程方式 與目前微機(jī)控制常用的匯編語言 相比 雖然在PC內(nèi)部增加了解釋程序 增加了程序執(zhí)行時(shí)間 但對(duì)大多數(shù)的機(jī)電控 制設(shè)備來說 是微不足道的 用微機(jī)控制 還要在輸入輸出接口上大量工作 才能控制現(xiàn)場連接起來 調(diào) 試也比較繁瑣 而PC的輸入輸出接口已經(jīng)做好 可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備直接連接 輸 入接口可以與各種開關(guān)和傳感器連接 輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力 可以直接與 繼電器 接觸器 電磁閥等連接 使用很簡便 7 體積小 重量輕 功耗低 由于PC采用半導(dǎo)體集成電路 其體積小 重量輕 功耗低 例如法國的 11 TS 21型PC 它具有128個(gè)I O接口 可以完成相當(dāng)于400多個(gè)繼電器組成的控制功 能 但其重量只有 2 3kg 體積只有21612710mm2 不帶接品的空載功能只有1 2w 其成本也只有同功能繼電器系統(tǒng)的10 20 PC的結(jié)構(gòu)緊湊 堅(jiān)固耐用 又具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和較高的抗干擾能力 因此是實(shí)現(xiàn)和機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備 當(dāng)然 PC也并非十全十美 其缺點(diǎn)是 價(jià)格還比較高 一般來說 比繼電 器控制高 比一般的單板機(jī)系統(tǒng)也高 工作速度較計(jì)算機(jī)慢 輸出對(duì)輸入的響應(yīng) 有滯后現(xiàn)象 使用中 高檔PC 要求使用者具有相當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)知識(shí) 1 3 PC的應(yīng)用概況 由于PC具有上述的一系列優(yōu)點(diǎn) 因此在工業(yè)控制方面 目前PC已廣泛應(yīng)用于 冶金 化工 輕工 機(jī)械 電力 建筑 交通 運(yùn)輸?shù)雀餍懈鳂I(yè) 按照PC的控制類型不同 PC已應(yīng)用于以下幾方面 1 邏輯控制 這是PC最基本的控制 可用以取代繼電器控制和二級(jí)管矩陣式順序控制器控 制 如機(jī)床 電梯 起重機(jī) 皮帶運(yùn)輸機(jī) 布袋除塵器等的電器控制 2 模擬量控制 PC具有D A A D轉(zhuǎn)換及算術(shù)運(yùn)算等功能 可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制 有的PC還具 有PID運(yùn)算的功能 可用于閉環(huán)的位置控制 速度控制和過程控制 3 數(shù)字控制 PC能和機(jī)械加工中的數(shù)字控制及計(jì)算機(jī)數(shù)控組成一體 實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制 隨著 PC還具有PID運(yùn)算的功能 可用于閉環(huán)的位置控制 速度控制和過程控制 4 機(jī)器人控制 隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展 使用機(jī)器人將愈來愈多 對(duì)于機(jī)器人 很多工廠也 選用PC來控制 自動(dòng)地處理它的各種機(jī)械動(dòng)作 5 多級(jí)控制系統(tǒng) 高功能的PC具有較強(qiáng)的通訊聯(lián)網(wǎng)功能 PC與PC PC與遠(yuǎn)程I O PC與上位計(jì)算 機(jī)之間可以通訊 從而可形成多級(jí)控制系統(tǒng) 通常采用多臺(tái)PC分散控制 由上位計(jì) 12 算機(jī)集中管理 這樣的系統(tǒng)又稱為分布式控制系統(tǒng) 典型產(chǎn)品有 美國GOULD公司的A5900及MODULAR SYSTEMS RESEARCH公司的IAC 系列 目前 為了適應(yīng)大中小型企業(yè)的不同需要 進(jìn)一步擴(kuò)大PC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域 的應(yīng)用范圍 PC正朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展 其一是低檔PC向小型 簡易 廉價(jià)方向發(fā)展 使之能更加廣泛地取代繼電器 控制 其二是中 高檔PC向大型 高速 多功能方向發(fā)展 使之能取代工業(yè)控制微 機(jī)的部分功能 對(duì)于規(guī)模 復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制 從PC的發(fā)展趨勢看 PC控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要手段 在未來 的工業(yè)生產(chǎn)中 PC技術(shù)和機(jī)器人 CAD CAM技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大 支柱 1 4 PLC的基本結(jié)構(gòu) 盡管PLC的型號(hào) 規(guī)格繁瑣 結(jié)構(gòu)各不盡相同 但其主要又微處理器 CPU 存儲(chǔ)器 電源 輸入輸出組件等部分組成 各部分采用總線連接 其基本結(jié)構(gòu)如附 圖所示 現(xiàn)場輸入號(hào)信 信號(hào)入輸 入寄存器輸態(tài)狀 存 儲(chǔ) 器CPU接 口 接 行電器口 執(zhí)場現(xiàn)輸出態(tài)寄存器輸狀入外 部 設(shè) 備 編 程 器 等 13 第2章 鏜床電氣系統(tǒng)及電氣原理 2 1 鏜床的概述 鏜床是冷加工中使用比較普遍的設(shè)備 按用途不同 可分為臥式鏜床 坐標(biāo) 鏜床 金剛鏜床和專用鏜床等 以臥式鏜床應(yīng)用最廣 鏜床主要用于加工精確的孔和各孔間的距離要求較為精確的零件 如一些箱 體零件 機(jī)床變速箱 減速箱 望望需要加工數(shù)個(gè)尺寸不同的孔 這些孔的尺寸 大 精度要求高 且孔的軸線之間有著嚴(yán)格的同軸度 垂直度 平行度與位置精度 的要求 這對(duì)于鉆床來說是很難實(shí)現(xiàn)的 鏜床的本身剛度高 其可動(dòng)部分在導(dǎo)軌上 活動(dòng)間隙小 而且還有附加支撐 一般都能滿足技術(shù)的要求 萬能鏜床除了鏜孔以外 還可以進(jìn)行鉆孔 鉸孔 擴(kuò)孔 車削螺紋以及鏜軸 或平旋盤 花盤 銑削平面等 裝有平旋盤刀架的鏜床 特別適用于加工大的孔徑 端面和外圓 其工藝范圍很廣 臥式鏜床的運(yùn)動(dòng)方式可主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng) 其中主運(yùn)動(dòng)為主軸的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和花盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為主軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 花盤刀具溜板的徑向進(jìn) 給運(yùn)動(dòng) 鏜頭架 主軸箱 的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 工作臺(tái)的橫向進(jìn)給與縱向進(jìn)給 輔助 運(yùn)動(dòng)為 工作臺(tái)的回轉(zhuǎn) 后立柱的水平移動(dòng)以及尾架的垂直移動(dòng) 由于鏜床的工藝范圍廣 因此 調(diào)速范圍大 運(yùn)動(dòng)形式多 其電氣系統(tǒng)有如 下的特點(diǎn) 1 為了適用各種工件的加工 要求主軸有較大的調(diào)速范圍 臥式鏜床主運(yùn)動(dòng) 多采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑移齒輪有級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 以單級(jí) 雙級(jí)和三速鼠籠式異步 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 采用雙速或三速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 可簡化機(jī)械變速機(jī)構(gòu) 隨著電子技術(shù)的 發(fā)展 晶閘管控制的無級(jí)調(diào)速在鏜床上已經(jīng)獲得了廣泛的運(yùn)用 2 機(jī)床主軸及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)多用一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng) 由于臥式鏜床進(jìn)給方向較多 故 14 也要求有較大的調(diào)速范圍 也是利用滑動(dòng)齒輪變速 根據(jù)鏜床的運(yùn)動(dòng)要求 各進(jìn)給 部分應(yīng)能快速移動(dòng) 一般用單獨(dú)的快移電機(jī)驅(qū)動(dòng) 另外個(gè)方向進(jìn)給應(yīng)有聯(lián)鎖 也有 躺床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)是采用單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)的 3 當(dāng)采用滑移齒輪變速時(shí) 為了利于變速后齒輪的嚙合 要求躺床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 在變速過程中能作低速或瞬時(shí)沖動(dòng) 4 為了適用加工過程中的調(diào)整的需要 要求主軸可以正 反點(diǎn)動(dòng)調(diào)整 同時(shí) 還要求主軸可以正 反向旋轉(zhuǎn) 5 臥式鏜床主軸只動(dòng)要求快而準(zhǔn)確 必須采取效果較好的停車只動(dòng)措施 通 常是采用反接制動(dòng) 2 2 T68臥式鏜床電氣控制線路 1 機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)共用一臺(tái)雙速電動(dòng)機(jī) M1 5 5 7 5KW 1440 2900 r min 來拖動(dòng) 用主軸變速操作機(jī)構(gòu)內(nèi)的行程開關(guān) SQ控制時(shí)間繼電器KT 用三個(gè)接觸器KM4和KM5 KM6控制定子繞組的 YY 接線轉(zhuǎn) 換 以實(shí)現(xiàn)高 低速的轉(zhuǎn)換 低速時(shí) 電動(dòng)機(jī)可直接啟動(dòng) 高速時(shí) 采用先低速起 動(dòng) 而后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為高速運(yùn)行的二級(jí)控制 以減少起動(dòng)電流 2 主電動(dòng)機(jī)M1能逆運(yùn)行 并可正 反向點(diǎn)動(dòng)及反接制動(dòng) 在點(diǎn)動(dòng) 制動(dòng)以及 變速過程的脈動(dòng)慢轉(zhuǎn)時(shí) 線路中均串如了限流電阻R 以減少起動(dòng)和制動(dòng)電流 3 主軸和進(jìn)給變速均可在運(yùn)行中進(jìn)行 只要進(jìn)行變速 主電動(dòng)機(jī)M1就脈動(dòng)緩 慢旋轉(zhuǎn) 以利于齒輪的嚙合 主軸變速時(shí) 電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)旋轉(zhuǎn)是通過行程開關(guān)SQ1 和SQ2 進(jìn)給變速是通過行程開關(guān)SQ3和SQ4以及速度繼電器KR來共同完成 4 為縮短機(jī)床加工的輔助工作時(shí)間 主軸箱 工作臺(tái) 主軸以單獨(dú)的電動(dòng)機(jī) M2 2 2KW 拖動(dòng)起快速移動(dòng) 它們之間的激動(dòng)進(jìn)給有機(jī)械和電氣聯(lián)鎖保護(hù) 2 3 T68鏜床電氣線路的控制原理 1 主軸點(diǎn)動(dòng)機(jī)M1的控制 1 正 反轉(zhuǎn)的控制 由正 反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB1 SB2和正 反轉(zhuǎn)起動(dòng)的中間 繼電器KA1 KA2及正 反轉(zhuǎn)接觸器KM1和KM2組成主軸起動(dòng)控制電路 以低速正轉(zhuǎn)為 例 此時(shí) 行程開關(guān)SQ處于斷開位置 SQ3 1和SQ1 1為閉合狀態(tài) 按下正向起動(dòng)按 15 鈕SB1時(shí) 繼電器KA1的電動(dòng)作 KA1的一組觸點(diǎn) 6 4 使接觸器KM3得電動(dòng)作 KM3 的主觸點(diǎn)將限流電阻R短路 KM3的輔助觸點(diǎn) 7 31 閉合 同時(shí) KA1的另一組觸 點(diǎn) 31 25 也閉合 使接觸器KM1得電并自鎖 KM1觸點(diǎn)動(dòng)作又使接觸器KM4得電 KM1 KM3 KM4動(dòng)作的結(jié)果 主電動(dòng)機(jī)在全電壓 定子繞組 接法下直接起動(dòng) 低 速運(yùn)行 反向起動(dòng)過程與正向起動(dòng)過程相同 但參與控制的電器為按鈕SB2 中間繼電 器KA2和接觸器KM2 KM3 KM4 2 高 低速的轉(zhuǎn)換 SQ是高 低速轉(zhuǎn)換的行程開關(guān) 其狀態(tài)由主軸變速操 作機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置控制 低速時(shí) SQ處于常態(tài) 時(shí)間繼電器KT不能得電 高速時(shí) SQ被壓動(dòng) 當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)在高速擋起動(dòng)時(shí) 按下起動(dòng)按鈕SB1后 與低速正向起動(dòng) 時(shí)一樣 中間繼電器KA1 接觸器KM1 KM3 KM4相繼得電動(dòng)作 使電動(dòng)機(jī)在低速狀 態(tài)下直接起動(dòng) 同時(shí) SQ的常開觸點(diǎn)閉合 接通時(shí)間繼電器KT的線圈 經(jīng)延時(shí)后 KT的延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn) 23 37 打開 KM4斷電 電動(dòng)機(jī)定子繞組與電網(wǎng)脫離 觸 點(diǎn) 23 41 閉合 接觸器KM5和KM6得電動(dòng)作 電動(dòng)機(jī)繞組連成雙星形 重新接入 電源 使電動(dòng)機(jī)從低速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為高速運(yùn)行 3 反接制動(dòng)控制 由停車按鈕SB0 速度繼電器KR和正 反轉(zhuǎn)接觸器 KM1 KM2組成主軸的反接制動(dòng)控制電路 當(dāng)主軸正轉(zhuǎn)時(shí) 速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸 點(diǎn)KR1 23 33 閉合 而正轉(zhuǎn)常閉觸點(diǎn)KR1 23 39 斷開 主軸反轉(zhuǎn)時(shí) 反轉(zhuǎn)常開 觸點(diǎn)KR2 23 25 閉合 為電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)做好準(zhǔn)備 設(shè)主電動(dòng)機(jī)在停車前為低速正轉(zhuǎn) 即KA1 KM1 KM3 KM4得電吸合 速度繼 電器常開觸點(diǎn)KR1 23 33 閉合 按下停止按鈕SB0 KA1 KM3和KM1相繼斷電釋放 切斷了主點(diǎn)動(dòng)機(jī)電源 與此同時(shí) 經(jīng)KR1 23 33 觸點(diǎn) 接通了反轉(zhuǎn)接觸器KM2的 電源 KM2得電動(dòng)作后 其常開觸點(diǎn) 5 23 閉合 接通自鎖電路 在松開停止按 鈕SB0之后 KM2和KM4能保持得電 三相電源經(jīng)KM2主觸點(diǎn) 限流電阻R和KM4主觸點(diǎn) 反接給電動(dòng)機(jī) 進(jìn)行反接制動(dòng) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí) 其正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KR1 23 33 斷開 KM2和KM4相繼斷電 切斷電動(dòng)機(jī)電源 電動(dòng)機(jī) 制動(dòng)結(jié)束 16 反向旋轉(zhuǎn)時(shí)制動(dòng)過程與正向旋轉(zhuǎn)相似 但參與制動(dòng)的電器是速度繼電器的反 轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KR2 接觸器KM1和KM4 4 點(diǎn)動(dòng)控制 由正 反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制按鈕SB3 SB4和正 反轉(zhuǎn)接觸器 KM1 KM2組成在低速擋接線下的點(diǎn)動(dòng)控制 以正向?yàn)槔?按下正向點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB3 KM1 KM4相繼得電 三相電源經(jīng)KM1主觸點(diǎn) 限流電阻RKM4的主觸點(diǎn)接通主電 動(dòng)機(jī)M1的定子繞組 使電動(dòng)機(jī)在低速下正轉(zhuǎn) 松開SB3 電動(dòng)機(jī)即斷電停轉(zhuǎn) 反向點(diǎn)動(dòng)與正向點(diǎn)動(dòng)的動(dòng)作過程相似 但參與控制的電器是按鈕SB4和接觸器 KM2 KM4 2 主軸變速與機(jī)給變速控制 本機(jī)床主軸及進(jìn)給的各種速度是通過變速操作盤來改動(dòng)變傳動(dòng)鏈的傳且在運(yùn) 行中也可以進(jìn)行變速 變速時(shí) 主軸電機(jī)可獲得低動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)的 它不但可以在停 車時(shí)變速 而速連續(xù)沖動(dòng) 以利齒輪順利嚙合 以主軸變速為例 變速時(shí) 將主軸變速操作盤的操作手拉出 這時(shí) 與變速 手柄有機(jī)械聯(lián)系的行程開關(guān)SQ1因不受壓力而復(fù)位 SQ1 1 17 19 斷開 KM3 KM1相繼斷電釋放 主電動(dòng)機(jī)脫離電源 自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng) 這就是主電動(dòng)機(jī)可以 在運(yùn)行中調(diào)速的原因 然后旋轉(zhuǎn)變速操作盤 選好速度后 將變速操作手柄推回原 位 若因齒輪頂住 手柄推合不上時(shí) 行程開關(guān)SQ1 SQ2不受壓 通過速度繼電器 的正轉(zhuǎn)常閉觸點(diǎn)KR1 23 29 接通瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)控制電路 使KM1得電動(dòng)作 其通電回 路為 電源 5 SQ1 2 5 23 KR1的正轉(zhuǎn)常閉觸點(diǎn) 23 29 SQ2 29 25 KM2 25 27 KM1線圈 電源線 4 同時(shí)KM4也得電動(dòng)作 故主電動(dòng)機(jī)通過限流 電阻R在低速下起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)一旦轉(zhuǎn)動(dòng) KR1的正轉(zhuǎn)常閉觸點(diǎn) 23 29 轉(zhuǎn)為斷開 而正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn) 23 33 轉(zhuǎn)為閉合 使KM1斷電釋放 KM2地電動(dòng)作 主電動(dòng)機(jī)被 反接制動(dòng) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速制動(dòng)到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí) 其正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)又轉(zhuǎn) 為斷開 正轉(zhuǎn)常閉觸點(diǎn)又轉(zhuǎn)為閉合 使從而又接通瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)電路重復(fù)上述過程 這 樣主電動(dòng)機(jī)被間歇的起動(dòng)和制動(dòng)而低速旋轉(zhuǎn) 直到齒輪嚙合好 手柄推上以后 壓 下行程開關(guān)SQ1和SQ2 將上述瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)電路切斷 同時(shí) 由于SQ1 1 17 19 觸點(diǎn) 閉合 使KM3 KM1相繼得電動(dòng)作 主電動(dòng)機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下重新起運(yùn)轉(zhuǎn) 17 進(jìn)給變速的操作和控制與主軸變速基本相同 只是進(jìn)給變速 時(shí) 所用的行 程開關(guān)是SQ3和SQ4 3 速移動(dòng)電機(jī)M2的控制 機(jī)床各進(jìn)給部件的快速移動(dòng) 又快速手柄操縱和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng) 當(dāng) 快速手柄扳到正向快速移動(dòng)時(shí) 壓下限位開關(guān)FSQ KM7得電動(dòng)作 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M2正轉(zhuǎn) 通過不同的齒輪 齒條 絲桿的不同聯(lián)接來完成各運(yùn)動(dòng)方向的快速移動(dòng) 當(dāng)快速手柄扳到反向快速位時(shí) 壓下限位開關(guān)RSQ 接觸器KM8得電動(dòng)作 M2反轉(zhuǎn) 拖動(dòng)各運(yùn)動(dòng)部件反向快速移動(dòng) 4 控制線路的聯(lián)鎖與保護(hù) 為了防止機(jī)床或刀具的損壞 主軸箱和工作臺(tái)的機(jī)動(dòng)進(jìn)給在電路上必須相互 聯(lián)鎖 即不能同時(shí)接通 為此 采用限位開關(guān)SQ5和SQ6來控制 當(dāng)兩種進(jìn)給同時(shí)發(fā) 生時(shí) SQ5和SQ6都被切下 切斷了控制回路電源 達(dá)到聯(lián)鎖保護(hù)之目的 與其他機(jī)床一樣 本機(jī)床采用熔斷器作短路保護(hù) 用熱繼電器作過載保護(hù) 18 第3章 鏜床電器系統(tǒng)的改造 在設(shè)計(jì)改造之前我們應(yīng)該了解繼電器電路與梯形圖對(duì)應(yīng)關(guān)系 在分析PLC控 制系統(tǒng)的功能時(shí) 可以將PLC想象成一個(gè)繼電器控制系統(tǒng)的控制箱 PLC的外部接線 圖描述的是一個(gè)控制箱的外部接線 PLC的梯形圖是這個(gè)控制箱內(nèi)部的線路圖梯形 圖中的輸入繼電器與輸出繼電器是在這個(gè)控制箱與外部世界的 中間繼電器 這樣 就可以用分析繼電器電路的方法來分析PLC控制系統(tǒng) 在分析時(shí)可以將梯形圖中的 輸入繼電器的觸點(diǎn)想象成對(duì)應(yīng)的外部電器的觸點(diǎn) 將輸出繼電器的線圈想象成外部 負(fù)載的線圈 在PLC的存儲(chǔ)器中 設(shè)置了存方輸入信號(hào)和輸出信號(hào)狀態(tài)的輸入印象 寄存器和輸出印象寄存器 PLC在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的一個(gè)工作周期分為三個(gè)階段 輸入 階段 程序執(zhí)行 輸出階段 在輸入處理階段 PLC將所有外部輸入信號(hào)的狀態(tài)讀入輸入印象寄存器 外部 電路接通時(shí)輸入印象寄存器為 1 狀態(tài) 梯形圖中相應(yīng)的常開觸點(diǎn)接通 常開觸點(diǎn) 斷開 反之也然 3 1 了解情況 由以上的分析可知PLC改造的第一步我們得了解和熟悉T68鏜床的工藝過程和機(jī) 械的動(dòng)作情況 根據(jù)繼電器電路圖分析和掌握系統(tǒng)的工作原理 這樣我們才能做到 在設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)心中有數(shù) 將T68的電器原理分析清楚 電路分析我們?cè)谏弦?步已經(jīng)完成 3 2 確定PLC的輸入輸出 確定PLC的輸入輸出即I O地址的分配和確定它與電器圖中的對(duì)應(yīng)關(guān)系 從電 器的原理圖中我們可以確有5個(gè)按鈕開關(guān) 我們分別將它定為X400 X404 其對(duì)應(yīng) 關(guān)系為SBO X400 SB1 X401 SB2 X402 SB3 X403 SB4 X404 除此以外還有9個(gè) 19 行程開關(guān)及2個(gè)速度繼電器輸出 其對(duì)應(yīng)關(guān)系為 SQ X405 SQ1 X406 SQ2 X407 SQ3 X500 SQ4 X501 SQ5 X502 SQ6 X503 SQ7 X504 SQ8 X505 KR1 X506 KR2 X507 確定了輸入關(guān)系之后 就可由T68所要求的工藝過程與輸入相配 合確定要輸出的繼電器的I O地址 其中由電氣原理圖上可知有兩個(gè)中間繼 KA1 KA2電器在實(shí)際工藝過程沒有實(shí)際動(dòng)作 我們便可以想辦法簡化 因?yàn)镻LC的 價(jià)格與I O點(diǎn)數(shù)有關(guān)系 每一I O點(diǎn)的平均價(jià)格在100左右 而PLC的每一輸入信號(hào)和 輸出信號(hào)分別要采用一個(gè)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn) 因此減少輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的個(gè)數(shù)以 節(jié)省開支 它的動(dòng)作電梯形圖內(nèi)部程序來完成 將KA1 KA2設(shè)為M100 M101 其所 必要的得電失電動(dòng)作都與輸出無關(guān) 最后確定所必須輸出的交流繼電器的地址 根 據(jù)三菱公司PLC的特點(diǎn)與編號(hào)將KM1 KM8確定為Y430 Y437 上面的地址是確定是為PLC的硬件接線圖確定所用的元素 選定所要用的PLC 的型號(hào) 由I O地址的個(gè)數(shù)與F1 F2分解的特點(diǎn)我們選用F1 F240MR型PLC來控制系統(tǒng) 繼電器線圈 按繪制出硬件接線圖 如下圖3 1所示 3 3 編制梯形圖 由硬件接線可以很明顯地看出各輸出與輸入的關(guān)系 然后根據(jù)拉線圖表編制 梯形圖如圖 圖3 1 硬件接線圖 3 3 編制梯形圖 由硬件接線可以很明顯地看出各輸出與輸入的關(guān)系 然后根據(jù)拉線圖表編制梯 形圖如圖3 2所示 在設(shè)計(jì)梯形圖還必須確定兩線路段在整線路中的作用以便設(shè)計(jì)編程簡單 一 20 環(huán)節(jié)是SQ5 SQ6兩開關(guān)的作用 由原理圖分析我們知道 它們是用來防止主軸箱和 工作臺(tái)的機(jī)動(dòng)進(jìn)給同時(shí)進(jìn)行的 即相互聯(lián)鎖 因此我們可將他們?cè)O(shè)置輸出結(jié)果為中 間繼電器M103由電路圖知道一切元件的工作都須他們是閉合的 也可任意一個(gè)閉合 障的自鎖 所有這些線路圖與編程完成后還必須通過實(shí)驗(yàn)中 將硬件接線與程序放 在PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)上 經(jīng)驗(yàn)證接線合理程序與接線是否正確 才能安裝到T68上面實(shí)驗(yàn) 主 電 動(dòng) 機(jī) 高 速主 軸 運(yùn) 轉(zhuǎn)主 軸 變 速進(jìn) 給 運(yùn) 行進(jìn) 給 變 速工 作 臺(tái) 頭 架 進(jìn) 給主 軸 平 旋 盤 進(jìn) 給快 移 電 機(jī) 正 轉(zhuǎn)快 移 電 機(jī) 反 轉(zhuǎn)總 停主 電 動(dòng) 機(jī) 正 轉(zhuǎn)主 電 動(dòng) 機(jī) 反 轉(zhuǎn)主 電 動(dòng) 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 點(diǎn) 動(dòng)主 電 動(dòng) 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 點(diǎn) 動(dòng) 主 電 動(dòng) 機(jī) 高 速主 電 動(dòng) 機(jī) 正 轉(zhuǎn)主 電 動(dòng) 機(jī) 反 轉(zhuǎn)主 電 動(dòng) 機(jī) 制 動(dòng) 降 壓主 電 動(dòng) 機(jī) 低 速快 移 電 機(jī) 正 轉(zhuǎn)快 移 電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 以上的基礎(chǔ)工作后 我們便可根據(jù)工藝流程等機(jī)械動(dòng)作情況編制梯形圖 如 大圖二 再將梯形圖編程 寫出程序 如大圖二右 到這里PLC改造的程序編程 這一步已經(jīng)完成 當(dāng)然在繪制梯形圖的過程中要在注意設(shè)置相應(yīng)的互鎖電路 如主 軸電動(dòng)機(jī)的正 反轉(zhuǎn)控制 主軸電動(dòng)機(jī)的高 低速控制 快移電動(dòng)機(jī)的正 反轉(zhuǎn)控 制 但是梯形圖中的聯(lián)縮電路只能保證PLC輸出模塊上兩個(gè)對(duì)應(yīng)的硬件繼電器不同 21 時(shí)的輸出動(dòng)作 如果因?yàn)橹麟娏鬟^大或接觸器的主觸點(diǎn)不好 某一接觸器的主觸點(diǎn) 被斷開電路時(shí)產(chǎn)生的電弧熔焊 其線圈斷電后主觸點(diǎn)仍然接通 這時(shí)如果另一接觸 器的線圈通電 這將會(huì)造成三相電源短路事故 所以在電路接線中特別要注意電機(jī) 正反轉(zhuǎn) 當(dāng)然也可以將某一接觸器的常閉觸點(diǎn)與另一接觸器的線圈相串聯(lián) 達(dá)到更 有保我們將T68進(jìn)行PLC改造的目的便是防止電器線路 元器件的老化缺損 而引起 故障 減少大量硬件接線及電器帶的可靠性小 體積大 耗能高的缺點(diǎn) 我們便須 選用相應(yīng)的電器元件 PLC的型號(hào)在上面已經(jīng)選定 與原來的控制柜中的元素相比 省去兩上中間繼電器 其它的電器元件根據(jù)機(jī)床的需要 外部環(huán)境 功率的大小 尺寸以及根據(jù)控制對(duì)象操作要求由 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 上查找所需要的電器 1 交流接觸器的選擇 主電機(jī)為不經(jīng)常起動(dòng)的長時(shí)負(fù)載 故交流接觸器的容量可接下式選擇 IE IED 式中IE 主交流接觸器額定工作電流 IED 主電動(dòng)機(jī)額定電流 對(duì)于電源電壓為380V以上的線路 選用3CJ0 20型交流接觸器 即 KM3KM4KM5KM6KM7為CJ0 20型 對(duì)于電源為220V的線路 則選用CJ0 40型 即 KM1 KM2為CJ0 40型交流接觸器 2 熱繼電器的選擇 熱繼電器是供一般電動(dòng)機(jī)的過載式斷相保護(hù)用的 根據(jù)額定電壓380V 額定 電壓14 5V 相數(shù)為3 選用熱繼電器的型號(hào)JR0 40 3 整流變壓器的選擇 根據(jù)電路中需要的電壓和電流推出整流變壓器的次級(jí)繞組電壓6 3V 110V和 36V整流變壓器容量由N2 U2I2得出 其中U2為整流變壓器次級(jí)電壓有效值 I2為整 流變壓器次級(jí)電流有效值 當(dāng)考慮電源電壓的波動(dòng) 次級(jí)繞組應(yīng)有抽頭 一般可按 10 的波動(dòng)為選擇 所以按以上要求選用變壓器的型號(hào)為BK 300VA380 127 4 熔斷器的選擇 1 控制變壓器原邊熔斷器的熔絲額定電流為IER1 選為IER1 15A 選 22 FU2型號(hào)為RL1 15A 2 控制變壓器副邊熔斷器的熔絲額定電流 110V回路 選為2A AUNqeIR5 10 15 02 36V 回路 選為2A AzI 3643 3 控制電路熔斷器的選擇 熔管額定電流Ieg可按下式選取 式中IER為熔體額定電流A 所以選用RL1 60 40A熔斷器 5 行程開關(guān)的型號(hào)選擇 根據(jù)行程開關(guān)的額定電壓 額定電流觸關(guān)接觸所要時(shí)間動(dòng)作力觸頭數(shù)量等各 條件配合選SA為LXL 11K開啟式FSQ RSQ為LK1 11K開啟式 SQ1SQ2為LXL 11K開啟式 SQ5 LX1 11I防濺式 SQ6為LX3 11K開啟式 6 按鈕 新式按鈕均為組合模塊式結(jié)構(gòu) 由觸頭 基座和鈕頭三部分組成 采用無 緊圖件自鎖式聯(lián)接 變換鈕頭和基座可派生出多種功能 選用不同的觸頭和數(shù)量可 滿足不同情況的需要 所以選用SB0 SB1 為LA1 異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)電阻 IqUKR 式中K 系數(shù) 要求最大反接制動(dòng)電流IPM不超過氣壓起動(dòng)電流IQ時(shí) K為 1 3 要求IPM不超過IQ的一半時(shí)長為1 5 UQ 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)定子繞組的相壓 IQ 電動(dòng)機(jī)全壓時(shí)的起動(dòng)電流 R 組合開關(guān)Q3 3A分別根據(jù)電動(dòng)機(jī)與燈的額定電壓與電流均分別選用HZ2 63 3 HZ2 10 310A 23 7 電動(dòng)機(jī)為原裝電動(dòng)機(jī) 速度繼電器也不變 再根據(jù)電器元件的大小與放置來選用電控柜 我們選用DKI 120型號(hào) 繪制出 改裝后的接線圖 根據(jù)各電器用具的安裝尺寸與外形尺寸繪出電控柜圖 第4章 梯形圖分析 4 1 正 反轉(zhuǎn)控制 由正 反轉(zhuǎn)按鈕SB1 SB2輸入給X401 X402 因?yàn)镸103得電 X400得電 Y431互鎖 所以Y430得點(diǎn)輸出同時(shí)M100得電自鎖且M102 M103 T450 Y434 Y433 的常閉觸點(diǎn)都接通 從而Y433得電 Y430 Y432 Y433得電輸出的結(jié)果 主電動(dòng)機(jī) 在全壓 定子繞組三角形接法下直接起動(dòng) 低速運(yùn)行 反向運(yùn)行與正向起動(dòng)相同 但輸入輸出為X402 Y432 Y431 Y433 4 2 低速的轉(zhuǎn)換 SQ是高低速的轉(zhuǎn)換開關(guān) 它所對(duì)應(yīng)的X405為輸入地址 低速時(shí)SQ處于常態(tài) 時(shí) 間繼電器不得電輸出 高速時(shí) SQ被壓動(dòng) T450得電輸出 當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)在高速起 動(dòng)時(shí) 先使電動(dòng)機(jī)在低速狀態(tài)下直接起動(dòng) 同時(shí)X405輸入 T450得電后輸出 使電 動(dòng)機(jī)繞組接成雙星形接入電源 電動(dòng)機(jī)從低速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為高速運(yùn)行 4 3 反接制動(dòng) 由總停按鈕SB0 速度繼電器和正 反轉(zhuǎn)的接觸器組成控制件 設(shè)主電動(dòng)機(jī)在 停車前是低速運(yùn)轉(zhuǎn) 即Y430 Y432 Y433得電輸出 X506 常開觸點(diǎn)閉合為反接 制動(dòng)做好準(zhǔn)備 當(dāng)SB0即X400輸入時(shí)Y430 M100 Y432失電停止輸出 而Y341因 X506的閉合而得電輸出 且接通了M102使它得電 因此SB0松開以后 Y431 Y433 能得電保持 三相電源經(jīng)KM2 KM4反接給電動(dòng)機(jī)進(jìn)形反接制動(dòng) 當(dāng)速度降到速度繼 電器復(fù)位時(shí) 其常開觸點(diǎn)斷開停止輸入 Y431 Y433停止輸出 切斷電動(dòng)機(jī)電源 電動(dòng)機(jī)制動(dòng)結(jié)束 24 反向旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)是相似 只是輸出斷電的順序改變 4 4 點(diǎn)動(dòng)控制 由SB3 SB4傳遞給X403 X404輸入 使得Y430 Y431組成低速檔接線下的點(diǎn) 動(dòng)控制 X403輸入時(shí)Y430輸出 Y433輸出 三相電源經(jīng)KM1 R KM4的主觸點(diǎn)接通 電動(dòng)機(jī)M1的定子繞組 電動(dòng)機(jī)在低速下運(yùn)行 X403停止輸入 電動(dòng)機(jī)即停止轉(zhuǎn)動(dòng) 反向點(diǎn)動(dòng)與正向點(diǎn)動(dòng)相似 4 5 快移電動(dòng)機(jī)的控制 FSQ即X504輸入時(shí) Y437得電輸出使得M2反轉(zhuǎn) 同時(shí)Y436互鎖 防止電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)混亂 RSQ即X505輸入時(shí) Y436得電輸出使得M2反轉(zhuǎn) 同時(shí)Y437互鎖 25 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來說 主要的工作已經(jīng)基本完成 回顧這三個(gè)月來的感受 真 是感慨萬千于心頭 由于我所設(shè)計(jì)的課題很常見 所以剛開始時(shí) 我們查閱查到一些相對(duì)完整的 資料 這無疑加快了我設(shè)計(jì)的速度 同時(shí)在另一個(gè)方面也留給了我一個(gè)廣闊的設(shè)計(jì) 發(fā)揮空間 充分發(fā)揮自己的想象力 同時(shí)也極大地發(fā)揮了自思維空間 本次設(shè)計(jì)使 我對(duì)PLC的工作過程有了更深一步的了解 掌握了PLC的硬件接線與編程方法 熟 悉了鏜床以及各種機(jī)床的控制柜及接線 使自己對(duì)機(jī)床的認(rèn)識(shí)不再留在它只是一種 加工的機(jī)器 而能夠?qū)⑺鞑糠值倪M(jìn)行剖解 后面的實(shí)驗(yàn)正明 我的設(shè)計(jì)是完全有 可能實(shí)現(xiàn)的 雖然設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了一些小的細(xì)節(jié)方面的問題 但沒有發(fā)現(xiàn)任何原 則性問題 這無疑是我對(duì)自己的這次設(shè)計(jì)充滿信心 對(duì)于我的設(shè)計(jì)而言 無疑會(huì)存在一些不足或缺陷 一方面沒有將其運(yùn)用到真 實(shí)的機(jī)床上 只是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的證明 因?yàn)閷?duì)與真實(shí)的機(jī)床而言 那將回有很多想 不到的情況 二方面由于還缺泛對(duì)各種電器更深的認(rèn)識(shí) 對(duì)起工作過程以及工作環(huán) 境只有理性上的認(rèn)識(shí) 從而在對(duì)電器元件的選選擇時(shí)不能更加充分的利用起價(jià)值 也沒有盡可能的做到經(jīng)濟(jì)性 三方面改裝后的接線圖與實(shí)際的接線圖之間存在一定 的偏差 在本次設(shè)計(jì)中 得到了很多的老師和同學(xué)的幫助 特別是我的指導(dǎo)老師張高 峰老師 對(duì)我的設(shè)計(jì)提出了很多寶貴的意見 以及對(duì)我的不足進(jìn)行了指正 機(jī)電實(shí) 26 驗(yàn)室的陳老師對(duì)我的實(shí)驗(yàn)提供了很大幫助 還有天鷹集團(tuán)的工程師為我的設(shè)計(jì)指明 了方向 設(shè)計(jì)時(shí)要時(shí)刻注意設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合 還有先進(jìn)制造研究所的鄧?yán)蠋?在 此向他們表示真心的感謝 參考文獻(xiàn) 1 熊辜明 機(jī)床電路原理與維修 M 北京 人民郵政出版社 2001 78 89 2 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 110 123 3 李洪 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) M 沈陽 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1999 45 49 4 高低壓電器設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組 高低壓電器設(shè)計(jì)手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出 版社 1977 98 105 5 徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1991 156 162 6 張用 楊定之 機(jī)床電氣控制 M 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 1983 89 92 7 齊占慶 機(jī)械電氣自動(dòng)控制 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1989 69 74 8 靜康 實(shí)用電工典型線路圖例 M 北京 中國水利水電出版社 1998 109 118 9 全國電氣文件編制和圖形符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) 電氣電工及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯 編 M 北京 中國電力出版社 2001 205 208 10 張海根 機(jī)電傳動(dòng)控制 M 北京 高等教育出版社 2001 87 96 11 楊長能 張興毅 可編程程序控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用 M 重慶 重慶大學(xué)出版 社 2001 108 116 27 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)三年學(xué)習(xí)的一次綜合考試 通過畢業(yè)設(shè)計(jì) 加深了我機(jī)械專業(yè)的理解 深刻體會(huì)到了工程技術(shù)人員這幾個(gè) 字的分量 通過畢業(yè)設(shè)計(jì) 我學(xué)到了很多東西 如何學(xué)習(xí) 如何合作 如何做人 學(xué)無止境 此刻我更能體會(huì)這四個(gè)字深刻含義 大學(xué)即將畢業(yè) 但我要學(xué)仍然 還有很多 在畢業(yè)設(shè)計(jì)暴露出來的問題 在今后的工作生活中應(yīng)當(dāng)引以為鑒 努力 克服 在今后的工作學(xué)習(xí)中 應(yīng)該堅(jiān)持不懈的學(xué)習(xí) 通過畢業(yè)設(shè)計(jì) 也增強(qiáng)了我的自信心 我也相信能夠勝任以后的工作崗位 在 工作中學(xué)習(xí) 在學(xué)習(xí)中工作 畢業(yè)設(shè)計(jì)中的挫折和喜悅 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)將會(huì)是我今后工作的一筆重要財(cái)富 感謝老師的悉心指導(dǎo) 楊老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué) 知識(shí)淵博 能夠成為楊老師的學(xué)生是 我榮幸 感謝各位老師的指點(diǎn)和寶貴意見