C650臥式車床PLC控制_畢設(shè)論文

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1、 本文由謝小豬123貢獻 doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 摘 要 傳統(tǒng)的 C650 臥式車床采用繼電器實現(xiàn)電氣控制，接線多且復(fù)雜，體積大，功耗 大，一旦系統(tǒng)構(gòu)成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能達到現(xiàn)代生產(chǎn)的要 求。因此，以 PLC 取代常規(guī)的繼電器，可提高工作性能，并且達到車床的控制要求。 本次設(shè)計介紹了 C650 臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運動形式，編寫了 PLC 控制梯形圖程序和指令表程序。利用 PLC 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)

2、了車床啟動、正轉(zhuǎn)反 轉(zhuǎn)、反接制動、刀架快速移動、冷卻泵在作等一些列功能，改由 PLC 控制后，其控 制系統(tǒng)大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查，節(jié)省大量的繼電器元件,機床的各項性 能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。 經(jīng)反復(fù)調(diào)試，該項技術(shù)可推廣應(yīng)用于自動化其他領(lǐng)域的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)運行情 況良好，車削精度更高。 關(guān)鍵詞: PLC；臥式車床；繼電器 I 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) Abstract The traditional C650 horizontal lathe adopts relays electrical contro

3、l realization .Wiring and complex, big volume and power consumption .Once composition the systems, it is very difficult to change or add function. Its performance cannot reach the requirement of modern production. Therefore, replace relay of conventional PLC, it is can improve the working performanc

4、e and achieve the lathe control requirements. This design recommends C650 horizontal lathes are introduced the working principle of electric control system and the forms of exercise. Write a PLC control procedures and instructions ladder-diagram form program. Using PLC control system, realized the l

5、athe, are turning inversion, reverse connect braking, cutter in fast moving, cooling pump and some function. By PLC control, the control system of large and convenient maintenance, simple, easy to check and save a lot of relays, various properties of machine elements have greatly improved, work effi

6、ciency was obviously improved. After repeated testing, the technology can be applied to other areas of automation control system, the system operation condition, turning a higher precision. Key word：PLC；Horizontal lathe；Relay II 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 目 1 錄 引 言 ……

7、1 1.1 1.2 1.3 C650 型臥式車床簡介 …… 1 PLC 在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 …… 2 C650 型臥式車床發(fā)展趨勢 …… 3 2 系統(tǒng)總設(shè)計 …… 6 2.1 2.2 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本內(nèi)容 …… 6 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計原則與步驟 …… 6 2.2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 …… 6 2.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試步驟 …… 7 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 …… 9 3.1 主要電氣元件的選擇 …… 9 電動機的選擇 …… 9 交流接觸器和中間繼電器的選擇 …… 10 保護電器的選擇 …… 11 控制電器的選擇 …… 11

8、 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4 C650 臥式車床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式 …… 12 C650 臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析 …… 13 PLC 的選型 …… 15 I/O 地址的分配 …… 16 I/O 接線圖 …… 16 系統(tǒng)軟件設(shè)計 …… 17 4.1 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 …… 17 4.1.1 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) …… 17 4.1.2 PLC 的基本工作原理 …… 17 4.1.3 PLC 編程語言 …… 18 4.2 PLC 的基本功能和基本指令 …… 18

9、 III 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 4.2.1 PLC 的基本功能 …… 18 4.2.2 PLC 基本指令 …… 20 4.3 5 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計 …… 20 系統(tǒng)調(diào)試 …… 24 5.1 5.2 硬件檢查 …… 24 系統(tǒng)綜合調(diào)試 …… 24 結(jié)束語 …… 25 致 謝 …… 26 參考文獻 …… 27 附錄Ⅰ 主要電氣元件表 …… 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 附錄 II 附錄 III 控制電路原理圖 …… 29 PLC 控制系統(tǒng) I/O 分配表 …… 30 附錄 IV PLC 控制系統(tǒng)

10、 I/O 接線圖 …… 31 附錄 V PLC 控制程序清單 …… 33 IV 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 1 引 言 1.1 C650 型臥式車床簡介 C650 普通車床屬于中型車床，用于切削工件外圓、內(nèi)孔和端面等。該車床由主 軸運動和刀具進給運動完成切削加工。主軸由三相異步電動機拖動，主軸通過卡盤帶 動工件的旋轉(zhuǎn)運動；進給運動，溜板帶動刀架的縱向和橫向直線運動，其中縱向運動 是指相對操作者向左或向右的運動，橫向運動是指相對于操作者向前或向后的運動； 輔助運動，包括刀架的快速移動、工件的夾緊與松開等。工作過程如下： 1．正常

11、加工時一般不需反轉(zhuǎn)，但加工螺紋時需反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度與刀 具的進給速度要保持嚴(yán)格的比例關(guān)系， 為此主軸的轉(zhuǎn)動和溜板箱的移動由同一臺電動 機拖動。主電動機 M1（功率為 20kW），采用直接起動的方式，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)， 為加工調(diào)整方便，還具有點動功能。由于加工的工件比較大，加工時其轉(zhuǎn)動慣量也比 較大，需停車時不易立即停止轉(zhuǎn)動，必須有停車制動的功能，C650-2 車床的正反向 停車采用速度繼電器控制的電源反接制動。 2．電動機 M2 拖動冷卻泵。車削加工時，刀具與工件的溫度較高，需設(shè)一冷卻泵 電動機，實現(xiàn)刀具與工件的冷卻。冷卻泵電動機 M2 單向旋轉(zhuǎn)，采用直接起動、停止 方式，且與主電動

12、機有必要的聯(lián)鎖保護。 3．快速移動電動機 M3。為減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工作時間，利用 M3 帶 動刀架和溜板箱快速移動。電動機可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。 4．采用電流表檢測電動機負(fù)載情況。 5．車削加工時，因被加工的工件材料、性質(zhì)、形狀、大小及工藝要求不同，且刀 具種類也不同，所以要求切削速度也不同，這就要求主軸有較大的調(diào)速范圍。車床大 多采用機械方法調(diào)速，變換主軸箱外的手柄位置，可以改變主軸的轉(zhuǎn)速。 傳統(tǒng)的機床控制系統(tǒng)是硬連線方式的繼電一接觸器控制系統(tǒng)，但該系統(tǒng)連線復(fù) 雜，體積大，可靠性差，自動化水平低，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量

13、的比例越來越高，零件的復(fù)雜 性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通磨床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制 1 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的競爭， 發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭，將面臨知識—技術(shù)—產(chǎn)品的更新 周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保 護、綠色制造的意識不斷加強，因此敏捷先進的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得競爭和生 存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術(shù)和制造自動化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，作為自 動化柔性生產(chǎn)重要基礎(chǔ)的“軟”控制系統(tǒng)機

14、床，在生產(chǎn)中所占比例將越來越高。 20 世紀(jì) 70 年代以前，電氣自動控制的任務(wù)基本上是由繼電器控制系統(tǒng)來完成。 繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、抗干擾能力強，所以當(dāng)時應(yīng)用的十分 廣泛， 至今仍在許多簡單的機械設(shè)備中應(yīng)用。 但是， 該類控制系統(tǒng)的缺點也十分明顯， 它采用固定的硬件接線方式來完成各種邏輯控制，靈活性差；另外機械性觸點的工作 頻率低，易損壞，因此可靠性較差。 當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及生產(chǎn)工藝上不斷提出新的要求，電氣控制技術(shù) 得到飛速的發(fā)展。在控制方法上，主要是從手動到自動控制；在控制功能上，是從簡 單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng)；在操作方式上，由笨重到輕巧；在控制原理

15、上，從 有觸點的繼電接觸式控制系統(tǒng)到以計算機為核心的“軟”控制系統(tǒng)。 PLC 的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要設(shè)備之一。 PLC 以軟件手段實現(xiàn)了各種控制功能，與繼電器控制系統(tǒng)相比，靈活性大大提高；與 普通的計算機相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、組合靈活、擴展方 便、體積小等突出優(yōu)點，因而在機床電氣控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 1.2 PLC 在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 PLC 是先進的工業(yè)化國家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中 是最值得重視的先進控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱 (PLC,CAD/CAM,ROBOT

16、) 之一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計 的一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行 邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量 的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 是微機技術(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)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可 2 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 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。 PLC 控 用 制改造其繼電器控制電路, 可靠性高、邏輯功能強、體積小，降低了設(shè)備故

17、障率, 提 高了設(shè)備使用效率, 運行效果良好。隨著我國電力體制改革的深化，電力市場競爭將 更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對火電 廠輔助車間自動控制水平提出了更高的要求。 經(jīng)過科技人員的不斷引進、 開發(fā)、 研究, 我國大型火電站的輔助系統(tǒng)（輸煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環(huán)水泵房等） 已由繼電器控制過渡到完全由 PLC 監(jiān)控。 PLC 是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動化控制設(shè)計的，一般而言，無須任何保護措施就 可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安 裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將 會造

18、成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證 PLC 的正常運行。要提高 PLC 控制系 統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高 PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計、安裝 和使用維護中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對 PLC 的影響。在新的時 代，PLC 會有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機界 面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場總線通信能力會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需 求，PLC 作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國發(fā)電廠的 電氣自動化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。 1.3 C650 型臥式車床發(fā)展趨勢 型臥式車床發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)

19、用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化， 使制造業(yè)成為工業(yè)化的 象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，它對國計民生的一些重要行 業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備 的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。 1. 高速、高精密化 高速、精密是機床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，機電產(chǎn)品更 新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。為滿足這個復(fù)雜 多變市場的需求，當(dāng)前機床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也 在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大

20、 3 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副 等機床功能部件的面市，也為機床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。 數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動的轉(zhuǎn) 動慣量，提高了主軸動態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉(zhuǎn)時皮帶和帶 輪等傳動的振動和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達到 10000r/min 以上。 直線電機驅(qū)動速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用直線電 機作伺服驅(qū)動， 省去了滾珠絲杠這一中間傳動環(huán)節(jié)， 消除了傳動間隙(包括反向間

21、隙)， 運動慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。 直線滾動導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動摩擦，磨損小，發(fā)熱 可忽略不計，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精度。通過直 線電機和直線滾動導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機床的快速移動速度由目前的 10～20m/mim 提高到 60～80m/min，甚至高達 120m/min。 2. 高可靠性 數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關(guān)鍵性指標(biāo)。 數(shù)控機床能否發(fā)揮其 高性能、 高精度和高效率， 并獲得良好的效益， 關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。 3. 數(shù)控車床設(shè)計 CAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化。隨著

22、計算機應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展， CAD 技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD 不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是 可以進行設(shè)計方案選擇和大件整機的靜、動態(tài)特性分析、計算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計，可 以對整機各工作部件進行動態(tài)模擬仿真。 在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計階段就可以看出產(chǎn) 品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用 CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計的 一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計成本，提高市場競爭能力。 通過對機床部件進行模塊化設(shè)計，不僅能減少重復(fù)性勞動，而且可以快速響應(yīng)市 場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計周期。 4. 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進一步提高機床的生產(chǎn)效率， 使用于非加工輔助時

23、間減至最 少。通過功能的復(fù)合化，可以擴大機床的使用范圍、提高效率，實現(xiàn)一機多用、一機 多能，即一臺數(shù)控車床既可以實現(xiàn)車削功能，也可以實現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的 4 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 機床上也可以實現(xiàn)磨削加工。寶雞機床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復(fù)合中心， 該機床同時具有 X、Z 軸以及 C 軸和 Y 軸。通過 C 軸和 Y 軸，可以實現(xiàn)平面銑削和偏 孔、 槽的加工。 該機床還配置有強動力刀架和副主軸。 副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)， 通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機床工件一次裝夾即可完成全部加 工，極大地提高了效

24、率。 5 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 2 系統(tǒng)總設(shè)計 系統(tǒng)總 2.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸入設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期的控 制目的與相應(yīng)的控制要求。因比 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括: ⑴ 了解設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成 的動作 （動作順序，必需的保護和聯(lián)鎖等） ，操作方式 （手動，自動， 點動， 連續(xù)等） 。 根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案，進行系統(tǒng)的總體設(shè)計。 ⑵ 進行 PLC 控制系統(tǒng)配置的設(shè)計，主要為 PLC 的選擇，P

25、LC 是 PLC 控制系統(tǒng) 的核心部件，正確選擇 PLC 對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起著重要的 作用。選擇 PLC，應(yīng)包括機型的選擇 、I/O 模塊的選擇等。 ⑶ 選擇用戶輸入設(shè)備 （按鈕、 操作開關(guān)、 限位開關(guān)、 行程開關(guān)等） 輸出設(shè)備 、 （繼 電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件） ，以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電 磁閥等） ，這些設(shè)備屬于一般的電器元件。 ⑷ 根據(jù)控制要求基本確定 I/O 點數(shù)和模擬量通道數(shù)，進行 I/O 初步分配，繪制 I/O 接線圖 ⑸ 程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計梯形圖、語句表程序，控制程 序是控制整個系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作

26、正常，安全、可靠的關(guān)鍵。 ⑹ 聯(lián)機調(diào)試。 按照控制電路原理圖連接硬件， 將編寫好的控制程序下載至 PLC， 進行軟硬件聯(lián)調(diào)，如果不滿足控制系統(tǒng)的要求，再返回修改程序或檢查接線，直到滿 足控制系統(tǒng)的要求為止。 2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計原則與步驟 2.2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 ⑴ 最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜 6 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 集資料，并 擬定電氣控制方案。 ⑵ 在滿足控制要求的前提下， 力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維護方便。 ⑶ 保證控制系統(tǒng)安全

27、可靠。 ⑷ 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇 PLC 的容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 2.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試步驟 控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試步驟 與調(diào)試 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計調(diào)試過程如圖 2.1 所示。 7 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 圖 2.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計調(diào)試過程 8 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 主要電氣元件的選擇 任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系 統(tǒng)輸入部分由所有行程

28、開關(guān)、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由各種 繼電器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出部分包括各種負(fù)載的接觸 器線圈。在本次控制系統(tǒng)設(shè)計中用 PLC 代替了繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。 在車床的電氣控制系統(tǒng)，所有觸頭，行程開關(guān)，控制按鈕（SB1～SB6）等為系統(tǒng)的 輸入信號；接觸器線圈（KM1-KM5），為系統(tǒng)的輸出信號。 3.1.1 電動機的選擇 在車床控制系統(tǒng)運行中，電動機類型選擇的原則是，在滿足工作機械對于拖動系 統(tǒng)要求的前提下，所選電動機應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉。 因此，在選用電動機種類時，若機械工作對拖動系統(tǒng)無過高要

29、求，應(yīng)優(yōu)先選用三相交 流電異步動機。 三相交流異步電動機的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場 （定子繞組內(nèi)的三相電流所 產(chǎn)生的合成磁場）和轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流）的相互作用。 ⑴ 電動機容量選擇的原則 在控制系統(tǒng)運行中， 電動機的選擇主要是容量的選擇， 如果電動機的容量選小了， 一方面不能充分發(fā)揮機械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動機經(jīng)常在過載 下運行，會使它過早損壞，同時還出現(xiàn)啟動困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。如果電 動機的容量選大了， 則不僅使設(shè)備投資費用增加， 而且由于電動機經(jīng)常在輕載下運行， 運行效率和功率因數(shù)都會下降。 選擇電動機的容量應(yīng)根據(jù)以下三項原則進行。 ① 發(fā)熱：電動機在

30、運行時，必須保證電動機的實際最高溫度 θ max 等于或稍微小 于電動機絕緣的允許最高工作溫度 θa ，即 θ max ≤ θ a 。 9 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) ② 過載能力：電動機在運行時，必須具有一定的過載能力。特別是在短期工作 時，由于電動機的熱慣性很大，電動機在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載功率時仍可 保證 θ max ≤ θ a ， 故此時， 決定電動機容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機的過載能力。 即所選電動機的最大轉(zhuǎn)矩 TL max 必須大于運行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩,即 TL max ≤ Tmax = λmTN ( λm

31、一般為 0.8 Tmax / TN ) (3.1) ③ 啟動能力：由于鼠籠式異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩一般較小，為使電動機可靠啟 動，必須保證 TL < λstTN ( λst = Tst / TN ) (3.2) ⑵ 電動機的種類、電壓和轉(zhuǎn)速的選擇 除正確選擇電動機的容量外，還需要根據(jù)生產(chǎn)機械的要求，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和工作 環(huán)境等條件，來正確選擇電動機的種類、電壓和轉(zhuǎn)速。 3.1.2 交流接觸器和中間繼電器的選擇 交流接觸器和中間繼電器的選擇 ⑴ 接觸器 接觸器是工業(yè)電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動開關(guān)。 交流接觸器由 電磁線圈，靜銜

32、鐵，動銜鐵，靜觸點，動觸點、滅弧裝置和固定支架等部分組成。其 原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通入交流電時， 會產(chǎn)生很強的磁場使裝在線圈中心的靜銜 鐵吸動動銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時，安裝在動銜鐵上的動觸點也隨之與靜觸點閉合， 使電氣線路接通。當(dāng)斷開電磁線圈中的電流時，磁場消失，接觸器在彈簧的作用下恢 復(fù)到斷開的狀態(tài)。 在工業(yè)電氣中，交流接觸器的型號很多，電流在 5A-1000A 的不等，常用交流接 觸器的型號有 CJ20、CJX1、CJ1 和 CJ10 等系列。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計中，采 用了 CJ10 系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的 1.1～1.3 倍之間,各接觸器 型號見附錄Ⅰ。 ⑵

33、 中間繼電器 中間繼電器是最常用的繼電器之一，它的結(jié)構(gòu)和接觸器的基本相同，只是電磁系 10 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 統(tǒng)小些，觸點多一些。常用的繼電器型號有 JZ7、JZ14 等。 3.1.3 保護電器的選擇 ⑴ 熔斷器 熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保 護的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現(xiàn)短路保 護及過載保護。 ⑵ 熱繼電器 熱繼電器主要用于電氣設(shè)備（電動機）的過負(fù)荷保護。熱繼電器勢利用一種電流 熱效應(yīng)原理工作的電器，它具有與電動機容許過載特性相近的反時

34、限動作特性，主要 與接觸器配合使用，用于對三相異步電動機的過負(fù)荷和斷相保護。 三相異步電動機在實際運行中，常會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流(過 載和斷相)現(xiàn)象，如果過電流不嚴(yán)重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電 流是允許；如果過電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時間較長，則會加快電動機絕緣老化，甚至?xí)?燒毀電動機，因此，在電動機回路中應(yīng)設(shè)置電動機保護裝置。 熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應(yīng)考慮電動 機的工作環(huán)境、起動情況、負(fù)載性質(zhì)，等因素。星形接法的電動機可選用兩相或三相 結(jié)構(gòu)的熱繼電器，三角形接法的電動機應(yīng)選用帶斷相保護裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。 熱繼電器的動作電流

35、整定值一般為電動機額定電流的 1.05～1.1 倍。 3.1.4 控制電器的選擇 ⑴ 選擇開關(guān) 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔式控制多回路的開關(guān)電器。 一般用于各種配電裝置的遠(yuǎn) 距離控制，也可作為電器測量儀表的轉(zhuǎn)向開關(guān)或用作小容量電動機的啟動、制動、調(diào) 速和換向的控制，用途廣泛，故稱萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有 LW8、LW6 和 LA18 系列。 ⑵ 控制按鈕 11 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 控制按鈕在控制電路中常用作遠(yuǎn)距離手動控制接觸器、 繼電器等有電磁線圈的電 路，也可用于電器連鎖等電路中。目前常用的按鈕有 LA10、L

36、A18、LA19、LA20 等 系列產(chǎn)品。各電氣元件的型號及規(guī)格、用途和數(shù)量見附錄 I。 3.2 C650 臥式車床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式 臥式車床的 C650臥式車床屬于中型車床，床身的最大工件回轉(zhuǎn)半徑為1020mm，最大工件長 度為3000mm。主電動機功率為30kw，為提高工作效率，該機床采用了反接制動。為 了減少制動電流， 制動時在定子回路串入了限流電阻R。 拖動溜板箱快速移動的2.2kw 電動機是為了減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工作時間而專門設(shè)計的。 各部分結(jié)構(gòu)如 圖3.1所示。 對車床的電氣控制要求是，車床加工工件時，首先由主軸上的夾頭夾緊工件，然 后由主電動機驅(qū)

37、動旋轉(zhuǎn)，待冷卻液噴流到加工位置后，再進刀進行切削加工。加工完 畢，將刀具退回原位，關(guān)閉冷卻液，待主軸停轉(zhuǎn)后，取下工件，完成加工工藝。由此 可見，車床的運動主要有兩種：主運動和進給運動。主運動由主電動機M1 完成，為 了保證啟動平穩(wěn)，采用Y/Δ降壓啟動方式。KM1 控制主電動機正轉(zhuǎn)，KM2 控制主電動 機反轉(zhuǎn)，KM3 控制主電動機Y 啟動運行，KM4 控制主電動機Δ啟動運行。M2 拖動冷 卻泵，在加工時提供冷卻液采用直接啟動及停止方式，KM5 控制冷卻泵電動機。進給 運動有步進電機M3 拖動刀架快速移動， 根據(jù)C650臥式車床運動情況及加工需要,本研 究采用3臺三相鼠籠型異步電動機拖動，即:主軸

38、與進給電動機M1、冷卻泵電動機M2 和溜板箱快速移動電動機M3。從車削加工工藝出發(fā),對各臺電動機的控制要求如下： (1)主軸與進給電動機M1,功率為30 kW,允許在空載下直接起動。其要求能實現(xiàn) 正、反轉(zhuǎn),從而經(jīng)主軸變速箱實現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn),或通過掛輪箱傳給溜板箱來拖動刀 , , 架以實現(xiàn)刀架的橫向左、右移動。為便于進行車削加工前的對刀,則要求主軸拖動工 , 件作調(diào)整點動,所以要求主軸與進給電動機能實現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的低速點動控制。主電 , 動機停車時,由于加工工件轉(zhuǎn)動慣量較大,需采用反接制動。 , , (2)冷卻泵電動機M2,功率為0. 15 kW,用于在車削加工時,供出冷卻液,對工件與 刀具進

39、行冷卻。 12 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 圖 3.1 C650 臥式車床 3.3 C650 臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析 臥式車床控制原理電路 概述及原理分析 控制原理電路圖 C650 臥式車床控制電路原理圖如附錄Ⅱ所示。圖中主要分為主電路，冷卻電 路，快速移動電路等三部分。 ⑴ 主電路分析 從附錄Ⅱ中可以看出，斷路器 QF 將三相電源引入，F(xiàn)U1 為主電動機 M1 的短路 保護用熔斷器，F(xiàn)R1 為 M1 電動機過載保護用熱繼電器。為防止在連續(xù)點動時的啟動 電流造成電動機過載，點動時也加入限流電阻 R。通過互感器 T

40、A 接入電流表 A 以監(jiān) 視主電動機繞組的電流。熔斷器 FU2 為 M2、M3 電動機的短路保護，接觸器 KM1、 KM2 為 M2、M3 電動機起動用接觸器。FR2 為 M2 電動機的過載保護，因快速電動 機 M3 短時工作，所以不設(shè)過載保護。 ⑵ 控制電路分析 (1) 主電動機的點動調(diào)整控制 電路中 KM3 為 M1 電動機的正轉(zhuǎn)接觸器，KM 為 M1 電動機的長動接觸器，KA 為中間繼電器。M1 電動機的點動由點動按鈕 SB6 控制。按下按鈕 SB6，接觸器 KM3 13 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 得電吸合，他的主觸點閉合，電動機的定子繞

41、組限流電阻 R 與電源接通，電動機在 較低速下起動。 (2) 主電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路 主電動機的正轉(zhuǎn)由正向起動按鈕 SB1 控制。按下按鈕 SB1 時，接觸器 KM 首先得電 動作， 他的主觸點閉合將限流電阻短接， 接觸器 KM 的輔助動合觸點閉合使中間繼電 器 KA 得電，它的觸點閉合，使接觸器 KM3 得電吸合。KM3 的主觸點將三相電源接 通，電動機在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動。KM3 的動合輔助觸點和 KA 的動合觸點的閉合 將 KM3 線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動時用反向起動按鈕 SB2，按下 SB2，同樣是接觸器 KM 得電， 然后接通接觸器 KM4 和中間繼電器 KA， 于是電動機在滿壓下反轉(zhuǎn)起

42、動。 KM3 的動斷輔助觸點和 KM4 的動斷輔助觸點分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到電 動機正傳和反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。 (3) 主軸電動機的反接制動控制 當(dāng)速度接近于零時，用速度繼電器的觸點給出信號切斷電動機電源。速度繼電器 與被控電動機是同軸相連的，當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點 KS1 閉 合；電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點 KS2 閉合。當(dāng)電動機正向旋轉(zhuǎn)時， 接觸器 KM3 和 KM，繼電器 KA 都處于得電動作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點 KS1 也是閉合的，這樣就為電動機正傳時的反接制動做好了準(zhǔn)備。需要停車時，按下 停止按鈕 SB4 接觸器 KM 失電，其主

43、觸點斷開，電阻 R 串入主回路，與此同時 KM3 也失電，斷開了電動機電源，同時 KA 失電，KA 的動斷觸點閉合。在松開 SB4 后就 使反轉(zhuǎn)接觸器 KM4 的線圈得電，電動機的電源反接，電動機處于反接制動狀態(tài)。當(dāng) 電動機的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，速度繼電器 KS 的正轉(zhuǎn)動合觸點 KS1 斷開，切斷了接觸器 KM4 的通電回路，電動機脫離電源停止。 電動機反轉(zhuǎn)時的制動與正轉(zhuǎn)時的制動相似。當(dāng)電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn) 動合觸點 KS2 是閉合的，這時按一下停止按鈕 SB4，在 SB4 松開后正轉(zhuǎn)接觸器線圈 得電，正轉(zhuǎn)接觸器 KM3 吸合將電源反接使電動機制動后停止。 (4) 刀架

44、的快速移動和冷卻泵控制 刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動限位開關(guān) SQ 來實現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動 SQ 14 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 后，接觸器 KM2 得電吸合，M3 電動機帶動刀架快速移動。如果車削加工需要冷卻 液時按下 SB6，冷卻泵電動機 M3 動作，KM4 線圈得電，冷卻泵電動機 M2 工作，需 要停止時按下按鈕 SB5 即可。 3.4 PLC 的選型 PLC 是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇 PLC 對整個控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性指標(biāo) 起著重要的作用。 選型的基本原則是： 所選的 PLC 應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。

45、 選型的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面： ⑴ PLC 結(jié)構(gòu)的選擇 在相同功能和相同 I/O 點數(shù)的情況下，整體式 PLC 比模塊式 PLC 價格低。 ⑵ PLC 輸出方式的選擇 不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。繼電器輸出型的 PLC 可以帶直 流負(fù)載和交流負(fù)載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù) 載。 ⑶ I/O 響應(yīng)時間的選擇 PLC 的響應(yīng)時間包括輸入濾波時間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時間延 遲。 ⑷ 聯(lián)網(wǎng)通信的選擇 若 PLC 控制系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則所選用的 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng) 功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其它 PLC 、上位計算機

46、及 CRT 等接口的能力。 ⑸ PLC 電源的選擇 電源是 PLC 干擾引入的主要途徑之一，因此應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)電源以助于提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性。一般可選用畸變較小的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓器的電源，使用直 流電源時要選用橋式全波整流電源。 ⑹ I/O 點數(shù)及 I/O 接口設(shè)備的選擇 ⑺ 存儲容量的選擇 PLC 程序存儲器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲器的容量可以作粗 15 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 略的估算。一般情況下用戶程序所需的存儲器容量可按照如下經(jīng)驗公式計算： 程序容量 =K 總輸入點數(shù) / 總輸出點數(shù) 對于簡單的控制系統(tǒng)， K=

47、6 ； 若為普通系統(tǒng)， K=8 ； 若為較復(fù)雜系統(tǒng)， K=10 ； 若為復(fù)雜系統(tǒng)，則 K=12 。在選擇內(nèi)存容量時同樣應(yīng)留有裕量，一般是運行程序的 25% 。不應(yīng)單純追求大容量，在大多數(shù)情況下，滿足 I/O 點數(shù)的 PLC ，內(nèi)存容量 也能滿足。 車床電氣控制系統(tǒng)所需的 I/ O 點總數(shù)在 256 以下， 屬于小型機的范圍. 控制系統(tǒng) 只需要邏輯運算等簡單功能。主要用來實現(xiàn)條件控制和順序控制。為實現(xiàn) C650 車床 上述的電氣控制要求， 所以 PLC 可以選擇西門子公司的 S7 - 200 系列。 它的價格低， 體積小，非常適用于單機自動化控制系統(tǒng). 該機床的輸入信號是開關(guān)量信號，輸出是 負(fù)載

48、三相交流電動機接觸器等。 車床電氣控制系統(tǒng)需要 9 個外部輸入信號，5 個輸出信號。PLC 所具有的輸入 點和輸出點一般要比所需冗余 30 % ，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴展預(yù)留。所以本 系統(tǒng)所需的輸入點為 12 個,輸出點為 7 個?，F(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的 S7 - 200 系列 的 CPU224 型 PLC ，24V 直流 14 點輸入。 3.5 I/O 地址的分配 根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求， 輸入輸出設(shè)備， 確定了 I/O 點數(shù)。根據(jù)需要控制的開關(guān)、 設(shè)備大約輸入點為 12 個,輸出點為 7 個需進行控制，現(xiàn)將 I/O 地址分配如附錄 III 所示。 3.6 I

49、/O 接線圖 根據(jù) PLC I/O 端子的分配，畫出了 C650 臥式車床 PLC 控制系統(tǒng) I/O 接線圖如附 錄 VI 所示。 16 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 4.1.1 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前 PLC 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心 用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相 似。主要包括中央處理單元 CPU、存儲器 RAM 和 ROM、輸入輸出接口電路、電源、

50、I/O 擴展接口、外部設(shè)備接口等。 其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC 控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感 器檢測的各種信號均作為 PLC 的輸入量，它們經(jīng) PLC 外部輸入端子，作為 PLC 的輸 出量對外圍設(shè)備進行各種控制。由此可見，PLC 的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組 成。 4.1.2 PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU 從第一條指令開始執(zhí)行， 按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始 逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第

51、一條指令，如此周而復(fù)始不斷循 環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。 ⑴ 輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。 完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 ⑵ 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng) 的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 ⑶ 輸出刷新階段 17 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路， 并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出。

52、 4.1.3 PLC 編程語言 與個人計算機相比，PLC 的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。各 廠家 PLC 的變成語言和指令系統(tǒng)的功能和表達方式也不一致，有的甚至有相當(dāng)大的 差異，因此各廠家的 PLC 互不兼容。IEC（國際電工委員會）是為電子技術(shù)的所有領(lǐng) 域制定全球標(biāo)準(zhǔn)的世界性組織。IEC 于 1994 年 5 月公布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61131）, 該標(biāo)準(zhǔn)為可編程控制系統(tǒng)定義了 5 種語言：順序功能圖（Sequential Function Chart） 、 梯形圖（Ladder Diagram） 、功能塊圖（Function Block Diagr

53、am） 、指令表（Instruction List） 、結(jié)構(gòu)文本（Structured Text） 。 其中，梯形圖是使用最多的 PLC 圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電 路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電器人員掌握， 特別是適用于數(shù)字量邏輯控制，有時也把梯形圖稱為電路或程序。梯形圖由觸點、線 圈和用方塊表示的功能塊組成。 觸點代表邏輯輸入條件， 線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果， 用來控制外部設(shè)備。功能塊用來表示定時器、計數(shù)器或數(shù)學(xué)運算附加指令。觸點和線 圈組成的獨立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，使用編程軟件可以直接生成和編譯梯形圖，并將它下載 到 PLC。 S7 系列 PLC

54、將指令表稱為語句表。PLC 的指令是一種與微機的匯編語言中的指 令相似的助記符表達式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語句表程序。 在這次控制系統(tǒng)程序設(shè)計中， 分別采用了梯形圖和語句表兩種編程語言編寫了該 系統(tǒng)的控制程序。 4.2 PLC 的基本功能和基本指令 基本功能 功能和基本指令 4.2.1 PLC 的基本功能 ⑴ 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用 PLC 的與、或、非指令取代 18 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)及其它各種邏輯連接，進行開關(guān)控制。 ⑵ 定時/計數(shù)控

55、制功能 定時/計數(shù)控制功能指用 PLC 提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時 或計數(shù)控制，以取代時間繼電器和計數(shù)繼電器。 ⑶ 數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指 PLC 能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、 邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 ⑷ 步進控制功能 步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工 序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進控制器。 ⑸ 運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控 制。 ⑹ 過程控制功能 過程控制功能是指通過 PLC 的 PID 控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、

56、壓力、速度、 流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 ⑺ 擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即 I/O 擴展單元）模塊來增加輸入輸 出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高 PLC 的控制功能。 ⑻ 遠(yuǎn)程 I/O 功能 遠(yuǎn)程 I/O 功能是指通過 I/O 單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、 輸出設(shè)備與 PLC 主 機相連接，進行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 ⑼ 通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC 與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠(yuǎn)程 I/O 控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 ⑽ 監(jiān)控功能 19 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院

57、畢業(yè)設(shè)計(論文) 監(jiān)控功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常 情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、 記數(shù)器等設(shè)定值或強制 I/O 狀態(tài)。 4.2.2 PLC 基本指令 在本次控制系統(tǒng)程序設(shè)計過程中主要應(yīng)用到以下幾種 PLC 指令。 ⑴ 標(biāo)準(zhǔn)觸點指令 常開觸點對應(yīng)的存儲器地址為 1 狀態(tài)時，該觸點閉合，在語句表中，分別用 LD （Load，裝載）、A（And，與）和 O（Or，或）指令表示開始、串聯(lián)和并聯(lián)的常開 觸點（見圖 4.1（a））。 常閉觸點對應(yīng)的存儲地址為 0 狀態(tài)時，該觸點閉合，在語

58、句表中分別用 LDN （Load Not）、AN（And Not）和 ON（Or Not）來表示開始、串聯(lián)和并聯(lián)的常閉觸 點，觸點符號中間的“/”表示常閉 （見圖 4.1（b））。觸點指令中變量的數(shù)據(jù)類型 為 BOOL。 (a)常開觸點 (b)常閉觸點 圖 4.1 標(biāo)準(zhǔn)觸點指令 ⑵輸出指令 輸出指令（=）與線圈相對應(yīng)，驅(qū)動線圈的觸點電路接通時，線圈流過“能流”， 指定位對應(yīng)的映像寄存器為 1，反之為 0。輸出指令語句表為（= bit） 。輸出指令（見 圖 4.3）應(yīng)放在梯形圖的最右邊，指令中的變量為 BOOL 型。 圖 4.2 輸出指令 4.3 控制系統(tǒng)

59、的梯形圖程序設(shè)計 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計 梯形圖 ⑴ 車床正反向工作及反接制動過程 20 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 該控制程序步驟為：按下 SB2，M10.0 導(dǎo)通，Q0.2 動作，KM3 吸合短接電阻 R， 同時 M11.1 動作，Q0.0 動作，KM1 吸合，主電動機 M1 正轉(zhuǎn)起動運行，開始車削加工。 要停車時，按下 SB1，Q0.0、Q0.2 釋放，松開 SB1，Q0.1 動作，KM2 吸合，主電動機 M1 串電阻反接制動，當(dāng)速度接近于零時，速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 KS1 斷開，KM2 釋放電動機 M1 停轉(zhuǎn)。反向工作過程與

60、正向相同。 ⑵主電動機點動過程 按下 SB4，Q0.0 動作，使 KM1 吸合，M1 串電阻限流點動，松開 SB4，Q0.0 斷開， M1 停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)點動控制。 其梯形圖程序如圖 4.3 所示。 21 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 圖 4.3 刀架快速移動及冷卻泵工作過程 22 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) ⑶ 刀架快速移動及冷卻泵工作過程 該控制程序步驟為：刀架快速移動過程為按下位置開關(guān) SQ，Q0.4 動作，KM5 吸合，M3 起動運行，代替刀架的指示燈亮。 冷卻泵工作過程為按下 SB6，Q0.3

61、動 作 KM4 線圈得電，冷卻泵電動機 M2 工作，停止時按下 SB5 即可。 其梯形圖程序如圖 4.4 所示。 圖 4.4 刀架快速移動及冷卻泵工作過程 綜上所述,根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，結(jié)合控制電路原理圖和 PLC 編程特點，設(shè)計了 控制系統(tǒng)梯形圖程序如附錄Ⅴ所示。 23 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 5 系統(tǒng)調(diào)試 在調(diào)試前我們需要對線路進行檢查，按照接線圖檢查電源線和接地線是否可靠， 主線路和控制線路連接是否正確，絕緣是否良好，各開關(guān)是否處于“0”位，插頭和各 插接件是否全部插緊；檢查工作臺等部件的位置是否合適，防止

62、通電時發(fā)生失誤。在 檢查完各部分正確無誤后，便可接上設(shè)備的工作電源，開始通電調(diào)試了。 5.1 硬件檢查 硬件檢查 合上實驗臺上供電的電源開關(guān)，用萬用表測量系統(tǒng)總電源開關(guān)進線端的電壓，看 一看電壓是否正常，有無斷相或三相電壓特別不平衡的現(xiàn)象。如果一切正常，便可合 上總電源開關(guān) SB1，并用萬用表測量電源能供到的各支路終端的電壓是否正常。有無 斷相。 用萬用表測量各硬件的接線情況，看是否有短接，斷接和虛連的情況，并與電路 控制原理圖一一對照，看是否有無接錯的地方。各部分都正確無誤的情況下進行軟硬 件聯(lián)調(diào)。 5.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試 系統(tǒng)綜合調(diào)試 將編寫好的 PL

63、C 程序進行編譯， 下載至 PLC， 由于控制系統(tǒng)運行電壓是在 220V， 為了保證安全只好先在實驗臺上分步模擬， 觀察各步的動作都正確無誤后， 按照 PLC 控制系統(tǒng)接線圖在實驗臺上整體模擬，輸出部分（接觸器，電動機，快速移動刀架） 用實驗臺上的指示燈代替, 觀察輸出端點指示燈在一個工作循環(huán)里的狀態(tài)變化，并與 工藝過程對照。在對照前由于忘記對 PLC 進行復(fù)位，雖然程序正確當(dāng)沒達到控制效 果，所以在調(diào)試前應(yīng)先進行復(fù)位操作。 在實驗臺上整體模擬無誤后， 將檢查完畢的硬件連接電路 （各電動機連接的電路） 與 PLC 連接在一起，分別觀察各電動機的工作狀態(tài)，分步運行無誤后，將所有的電 動機按照 P

64、LC 接線圖連接在一起，分別觀察各個電動機的運行狀態(tài)，并與工藝過程 比較，沒有發(fā)現(xiàn)什么問題。此控制程序設(shè)計能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。 24 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 結(jié)束語 本設(shè)計采用可編程控制器代替繼電器對機床進行控制， 因為可編程控制器組成的 控制系統(tǒng)在設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修等方面，不僅減少了工作量，而且減少了開支， 縮減了成本，效益更高。通過使用 PLC 改造該機床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機床的中 間繼電器，時間繼電器等等，使線路簡化,維修方便。同時，由于 PLC 的高可靠性， 輸入輸出部分還有信號指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而

65、且還給準(zhǔn)確判斷電器 故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。 設(shè)計者可在規(guī)格繁多、品種齊全的系列可編程控制產(chǎn)品中，精選所需類型，使 PLC 具有較高的性能價格比。 針對這點本設(shè)計盡量節(jié)省可編程控制器的端點， 從而提 高了性價比，節(jié)省了不必要的開支。 通過本次設(shè)計，使我進一步鞏固、深化和擴充專業(yè)課的基本理論和基本技能。達 到了培養(yǎng)我獨立思考、分析和解決實際問題的能力。培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用專業(yè)知識和實 際查閱相關(guān)實際資料的能力。 25 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 致 謝 四年的大學(xué)生活即將拉上帷幕，這是大學(xué)期間最后一次設(shè)計，此次設(shè)計的主要目

66、的是培養(yǎng)我們運用所學(xué)理論知識和專業(yè)知識來分析和解決電氣控制技術(shù)中出現(xiàn)的一 系列問題，它不僅體現(xiàn)了我們對設(shè)計的思想，更重要的是使我學(xué)會了在今后設(shè)計過程 中的一般步驟和方法。 在此，我要感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師和關(guān)心過我的同學(xué)，感謝我的老師們在 我四年求學(xué)生涯中給予的關(guān)心和幫助。 是他們在我的大學(xué)生活成長過程中給予了我無 私的幫助，教會了我方方面面的經(jīng)驗。此次畢設(shè)在設(shè)計過程中得到了鄭濟仲老師的精 心指導(dǎo)， 并且在跟隨其學(xué)習(xí)的幾個月中， 不論是在學(xué)習(xí)上、 工作上還是在日常生活中， 鄭濟仲老師都給了我們無微不至的關(guān)懷，特別是在畢業(yè)設(shè)計期間，鄭濟仲指導(dǎo)教師給 予了我很大的幫助和支持， 在此， 我表示由衷的感謝， 我在這次設(shè)計中收獲很多東西。 最后，對各位教授、老師審閱我的論文深表感謝，由于本人能力有限，課題設(shè)計 中存在不足之處并渴望給予批評指導(dǎo)。 26 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 參考文獻 ［1］ 羅宇航.流行 PLC 實用程序及設(shè)計.西安：西安科技大學(xué)出版社,2006.12 ［2］ 林春方.可編程控制器及其應(yīng)用.上海：上海交通大學(xué)出