85 CA6140車床的PLC改造、MCGS制作動(dòng)畫

85 CA6140車床的PLC改造、MCGS制作動(dòng)畫,85,ca6140,車床,plc,改造,mcgs,制作,動(dòng)畫 1CA6140 車床的 PLC 改造、MCGS 制作動(dòng)畫說明：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)修改內(nèi)容為前面四章對于第五章的 MCGS 制作動(dòng)畫保留原作者內(nèi)容。如前面四章內(nèi)容有誤，可聯(lián)系QQ：763077177 進(jìn)行修改。合作愉快?。。∧夸洸糠钟衫蠋熥罱K修改定稿打印時(shí)添加?。?！2摘 要隨著可編程序控制器（簡稱 PLC）技術(shù)的發(fā)展，由于其功能強(qiáng)大、容易使用、高可靠性，廣泛的工業(yè)現(xiàn)場適應(yīng)性和方便的工藝擴(kuò)展性能，PLC 在工業(yè)自動(dòng)控制過程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，常常被用來作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和設(shè)各的控制。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件平臺(tái)工具，在 PC 機(jī)上可開發(fā)出友好人機(jī)界面，通過 PLC 可以對自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行 “智能”控制。本次設(shè)計(jì)正是在這種背景下，運(yùn)用西門子 S7-200PLC 對普通機(jī)床進(jìn)行的現(xiàn)代化程控改造，討論了控制流的選擇，然后運(yùn)用組態(tài)軟件對PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)界面的監(jiān)控。關(guān)鍵詞：可編程序控制器，控制流，組態(tài)軟件 3ABSTRACTWith the Programmable Logic Controller (PLC) technology, because of its powerful, easy to use, high reliability, wide adaptability and convenience of industrial processes on site scalability, PLC in industrial automation during the process of the Yue and more widely used, often used as a field data collection and set the control. Configuration software technology as a function of user customizable software platform tool, PC, a friendly interface that can be developed through the PLC automation equipment can be "intelligent" control. The design is in this context, using Siemens S7-200PLC modernization of the ordinary program-controlled machine tools for transformation, discussed the control flow of the choice and then use the configuration software on the PLC control system man-machine interface control. KEY WORDS: programmable logic controller, control flow, configuration software4目 錄摘 要 ......................................................1前 言 ......................................................5第 1 章 緒論 ................................................61.1 程控機(jī)床的發(fā)展前景及意義 ............................61.2 機(jī)床改造方案的確定及系統(tǒng)的選擇 ......................71.2.1 CA6140 車床的概述 ..............................71.2.2 對 CA6140 車床控制系統(tǒng)的選擇 ...................9第 2 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................102.1 控制要求 ...........................................102.2 控制流的選擇 .......................................102.3 系統(tǒng)的控制過程 .....................................12第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .....................................133.1 系統(tǒng)的組成 .........................................133.2 系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) ...................................133.3 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ...............................173.31 PLC 的概述 .....................................173.32 PLC 的特點(diǎn) .....................................183.33 PLC 的結(jié)構(gòu)與工作原理 ...........................183.34 PLC 型號的選擇 .................................193.35 PLC 控制機(jī)床的 I/O 分配 .........................213.36 PLC 的 I/O 接線圖 ...............................22第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .....................................234.1 西門子 S7-200PPI ...................................234.11 硬件連接 ......................................244.12 設(shè)備通訊參數(shù) ..................................254.13 設(shè)備構(gòu)建參數(shù)設(shè)置 ..............................284.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .....................................294.21 MCGS 組態(tài)軟件的概述 ............................294.22 MCGS 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 ........................3054.23 MCGS 組態(tài)軟件監(jiān)控 PLC 控制 CA6140 機(jī)床 ...........314.3 系統(tǒng)程序流程圖 .....................................344.4 系統(tǒng)梯形圖 .........................................354.5 系統(tǒng)的指令代碼 .....................................37結(jié) 論 .....................................................38參 考 文 獻(xiàn) ...............................................39致 謝 .....................................................40附錄：外文資料譯文 ........................................416前 言當(dāng)今我國機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國家相比差距很大，設(shè)備的陳舊，技術(shù)水平的落后，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)力和發(fā)展。我國現(xiàn)有大量可用的普通機(jī)床，采用先進(jìn)的工藝設(shè)備，對這些機(jī)床進(jìn)行改造已經(jīng)成為我國制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，以 PLC 控制、變頻調(diào)速、觸摸屏人機(jī)對話、組態(tài)監(jiān)控為主體的新型控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。尤其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，可編程控制器已成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)，同時(shí)也給工業(yè)控制帶來了前所未有的變化。本次課題是運(yùn)用西門子 S7-200PLC 把 CA6140 車床改造程控車床，這種花費(fèi)少、時(shí)間短、針對性強(qiáng)的改造，能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問題，提高生產(chǎn)效率，是符合我國國情提高機(jī)床數(shù)控化率的一個(gè)主要途徑。由于本人能力和設(shè)計(jì)水平的有限，本論文之中肯定存在不足之處，敬請讀者批評指正，在此提前表示誠摯的感謝！7第一章 引 言1.1 程控機(jī)床的發(fā)展前景及意義目前我國在世界上是機(jī)床消費(fèi)的第一大國，并正由制造大國向制造強(qiáng)國發(fā)展。但是，我國現(xiàn)在機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國家相比較差距很大，設(shè)備的陳舊，技術(shù)水平的落后，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)力和發(fā)展。我國現(xiàn)在有大量可用的普通機(jī)床，對這些機(jī)床進(jìn)行程控化改造是用少的投資來提高生產(chǎn)效率、提高效益的有效途徑。迄今為止，我國現(xiàn)有數(shù)以萬計(jì)的陳舊落后的機(jī)床，這些是機(jī)床大修和程控改造實(shí)施的賴以生存的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)之一。簡單分析有以下幾點(diǎn)：一、機(jī)床設(shè)備造價(jià)高昂，顯著的經(jīng)濟(jì)效益是程控改造行業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。二、一般改造的費(fèi)用僅為購置新設(shè)備費(fèi)用的 30%左右。三、通過程控改造可以進(jìn)一步滿足用戶對設(shè)備的工藝需求，以獲取更大的效益。目前，我國已出現(xiàn)了一批專門從事程控技術(shù)改造的企業(yè)。其實(shí)，維修和改造實(shí)際上是“綠色制造”的一部分，具有廣闊的發(fā)展前景。早期機(jī)床的控制方式是以繼電器控制占主導(dǎo)地位，造成控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)，如：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為此，對原有機(jī)床利用可編程控制器（PLC）對控制系統(tǒng)進(jìn)行改造；利用組態(tài)軟件監(jiān)控可編程控制器（PLC）對控制系統(tǒng)進(jìn)行改造；還有選擇工控機(jī)，自配軟件進(jìn)行改造；等等。這些都是實(shí)現(xiàn)改造的可行性研究，他們體積小、功能強(qiáng)、靈活性和適應(yīng)性好以及模塊化結(jié)構(gòu)的一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到廣大技術(shù)開發(fā)人員和用戶的青睞，他們在工業(yè)控制領(lǐng)域迅猛發(fā)展，得到越來越廣泛的8應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的支柱之一。因此，程控機(jī)床具有廣闊的發(fā)展前景和極具重要的研究意義，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的趨勢，起著不可估量的作用。1.2 機(jī)床改造方案的確定及系統(tǒng)的選擇1.2.1 CA6140 車床的概述為了進(jìn)一步對程控機(jī)床系統(tǒng)的了解，現(xiàn)以 CA6140 型號的車床為例進(jìn)行研究。CA6140 型普通車床適合于車削內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、端面及其它旋轉(zhuǎn)面；能夠車削多種公制、英制、模數(shù)及徑節(jié)螺紋，并能作鉆孔、拉油槽等加工。本機(jī)床的主要特點(diǎn)是：主軸孔徑大(φ72mm)，變速范圍廣(11-1600 轉(zhuǎn)/分)；主軸支承采用雙列向心短柱滾子軸承與 60 度接觸角雙向推力向心球軸承組合，動(dòng)靜剛度高，抗震型高。主傳動(dòng)齒輪全部采用淬火磨削；床身采用超音頻淬火，導(dǎo)軌面硬度在 HRC45 以上；精度保持性好。床頭箱采用外循環(huán)潤滑，有利于散熱、降噪、防泄漏。操作系統(tǒng)簡潔適用，指示明晰，定位準(zhǔn)確，手感好。機(jī)床外形美觀。床鞍和橫向拖板可以快速進(jìn)退。尾座可卸荷；尾座套筒直徑大，剛性好。主要技術(shù)參數(shù)：型號與規(guī)格 CA6140最大工件長度 1000mm最大加工長度 950mm最大工 床身上 400mm9件回轉(zhuǎn)直徑拖板上 230mm正轉(zhuǎn)范圍(18級)11-1600r.p.m反轉(zhuǎn)范圍(9級)14-1450r.p.m內(nèi)孔直徑 72mm主軸內(nèi)孔錐度 Metricc system No.100縱向范圍(6種)0.038-6.28mm/rev進(jìn)給量橫向范圍(64種)0.014-2.27mm/rev公制螺紋(57種)1-192mm英制螺紋(57種)2-24tpi模數(shù)螺紋(57種)0.25-48mm加工螺紋徑節(jié)螺紋(57種)1-96DP橫向最大行程260mm小刀架最大行程130mm刀桿尺寸(寬*高)25*25mm縱向快移速度4.4m/min床鞍刀架橫向快移速度1.6m/min10最大行程 150mm內(nèi)孔錐度 Morse No.5尾座套筒套筒直徑 80mm主電機(jī)功率 Y123M-4 7.5KW快速移動(dòng)電機(jī)功率AOS 5634 0.25KW電動(dòng)機(jī)冷卻泵電機(jī)功率AB-25 0.09KW長 2620mm 3120mm寬 1050mm 1050mm外形尺寸高 1250mm 1250mm凈重 2180mm 2380mm機(jī)床重量 毛重 2680mm 2880mm1.2.2 PLC 在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用PLC 是先進(jìn)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(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)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) 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(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)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)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。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(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。用 PLC 控制改造其繼電器控制電路, 可11靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小，降低了設(shè)備故障率, 提高了設(shè)備使用效率, 運(yùn)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(dòng)控制水平提出了更高的要求。經(jīng)過科技人員的不斷引進(jìn)、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(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無須任何保護(hù)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(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證 PLC 的正常運(yùn)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(jì)、安裝和使用維護(hù)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(shí)代，PLC 會(huì)有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，PLC 作為自動(dòng)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(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。1.2.3 對 CA6140 車床控制系統(tǒng)的選擇為了使 CA6140 車床的控制方式脫離原來的笨重復(fù)雜化，滿足生產(chǎn)的需要，加快生產(chǎn)速度，要求能夠集中控制電機(jī)的自動(dòng)控制、運(yùn)行12監(jiān)視、報(bào)警、運(yùn)行管理、瀏覽生產(chǎn)工業(yè)流程圖、作出事故報(bào)警響應(yīng)，根據(jù)所掌握的資料，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)，擬采用 PLC 技術(shù)、組態(tài)軟件技術(shù)來對原系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。改造后的控制系統(tǒng)，可通過電腦動(dòng)畫顯示 ,監(jiān)控實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過程 ,使其具有直觀性、靈活性和參與性?？刂葡到y(tǒng)極具自動(dòng)化，有了更多的狀態(tài)，安裝調(diào)試更為簡單，故障查詢極其方便快捷。 1.3 MCGS 簡介MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows 平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000 等操作系統(tǒng)。 MCGS 為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 使用 MCGS，用戶無須具備計(jì)算機(jī)編程的知識，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能全面，維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。 MCGS 具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 MCGS 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu) MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。 13圖 1-1MCGS 組態(tài)軟件（以下簡稱 MCGS）由“MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。 圖 1-2MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsSet.exe 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。用戶在MCGS 組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg 的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與 MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。 MCGS 運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsRun.exe 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對工程的控制工作。 14MCGS 組態(tài)軟件五大組成部分 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 1.主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。 2.設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 3.用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。 4.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS 工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對象。 5.運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序（if…then 腳本程序） ，選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。 15圖 1-3MCGS 組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，MCGS組態(tài)軟件具有以下特點(diǎn)： 全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，符合中國人的使用習(xí)慣和要求，真正的32位程序，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)。龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫、完備的繪圖工具以及豐富的多媒體支持，您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫等于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫面。全新的ActiveX動(dòng)畫構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計(jì)劃曲線、相對曲線、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時(shí)可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)；此外，獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。簡單易學(xué)的類Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構(gòu)件，使您能夠輕而易舉地開發(fā)出復(fù)雜的流程控制系統(tǒng)。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，使您能夠在第一時(shí)間獲得有關(guān)現(xiàn)場情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。方便的報(bào)警設(shè)置、豐富的報(bào)警類型、報(bào)警存貯與應(yīng)答、實(shí)時(shí)打印報(bào)警報(bào)表以及靈活的報(bào)警處理函數(shù)，使您能夠方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地捕16捉到任何報(bào)警信息。完善的安全機(jī)制，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。此外，MCGS 5.1還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運(yùn)行期限等功能，以保護(hù)組態(tài)開發(fā)者的成果。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各種無線網(wǎng)絡(luò)和無線電臺(tái)等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。良好的可擴(kuò)充性，可通過OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機(jī)制，方便地?cái)U(kuò)展MCGS 5.1組態(tài)軟件的功能，并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進(jìn)行連接。提供了WWW瀏覽功能，能夠方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場控制與企業(yè)管理的集成。在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)，只使用IE瀏覽器就可以在任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上方便地瀏覽與生產(chǎn)現(xiàn)場一致的動(dòng)畫畫面，實(shí)時(shí)和歷史的生產(chǎn)信息，包括歷史趨勢，生產(chǎn)報(bào)表等等，并提供完善的用戶權(quán)限控制MCGS組態(tài)軟件的工作方式1）CGS如何與設(shè)備進(jìn)行通訊：MCGS通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是由VB、VC程序設(shè)計(jì)語言編寫的DLL（動(dòng)態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來或發(fā)送出去。MCGS負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中的各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過程。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程，達(dá)到互不干擾的目的。2）CGS如何產(chǎn)生動(dòng)畫效果：MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫屬性，如：一個(gè)長方形的動(dòng)畫屬性有可見度，大小變化，水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫屬性都會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫效果。所謂動(dòng)畫屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。然而，我們在組態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運(yùn)行中產(chǎn)生動(dòng)畫效果呢？方法是：圖形的每一種動(dòng)畫屬性中都有一個(gè)“表達(dá)式”設(shè)定欄，在該欄中設(shè)定一個(gè)與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，以此建立相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，MCGS稱之為動(dòng)畫連接。詳細(xì)情況請參閱后面第四講中的動(dòng)畫連接。173）CGS如何實(shí)施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控：MCGS提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過TCP/IP網(wǎng)、Modem網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時(shí)，可利用MCGS提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。4）對工程運(yùn)行流程實(shí)施有效控制：MCGS開辟了專用的“運(yùn)行策略”窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”），使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編程工作。18第二章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)作（動(dòng)作順序，必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作方式（手動(dòng)，自動(dòng)，點(diǎn)動(dòng)，連續(xù)等）。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。⑵ 進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)，主要為 PLC 的選擇，PLC 是PLC 控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC 對于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇 PLC，應(yīng)包括機(jī)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(dòng)的控制對象（電動(dòng)機(jī)、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(diǎn)數(shù)和模擬量通道數(shù)，進(jìn)行 I/O19初步分配，繪制 I/O 接線圖⑸ 程序設(shè)計(jì)主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)梯形圖、語句表程序，控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全、可靠的關(guān)鍵。⑹ 聯(lián)機(jī)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(jìn)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(jì)原則與步驟2.2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)前應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，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(jì)、使用及維護(hù)方便。⑶ 保證控制系統(tǒng)安全可靠。⑷ 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 的容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。2.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試步驟PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試過程如圖 2-1 所示。20開始交付使用分析控制要求確定 I / O 設(shè)備P L C 硬件系統(tǒng)配置I / O 地址分配繪制流程圖設(shè)計(jì)梯形圖輸入 P L C 程序軟件測試測試正常模擬調(diào)試滿足要求設(shè)計(jì)外部硬件接線圖硬件連線修改程序NNY圖 2-1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試過程212.3 控制要求一臺(tái) CA6140 車床，需先啟動(dòng)冷卻泵，然后啟動(dòng)主軸，單按鈕啟動(dòng)工作臺(tái)。工作臺(tái)原點(diǎn)出發(fā)到終點(diǎn)限位自動(dòng)返回 2 次，再到原點(diǎn)停止，可進(jìn)行正、反點(diǎn)動(dòng)，設(shè)有總停按鈕、工作臺(tái)停止按鈕。 2.4 控制流的選擇邏輯控制流分為以下三種類型。一、順序控制具有良好定義步驟順序的進(jìn)程很容易用 SCR 段作為示范。例如，考慮一個(gè)有三個(gè)步驟的循環(huán)進(jìn)程，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)步驟完成時(shí)，應(yīng)當(dāng)返回第一個(gè)步驟，如圖 2-1 所示。狀態(tài) L狀態(tài) M狀態(tài) N轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件圖 2-1 順序控制二、分散控制在很多應(yīng)用程序中，一個(gè)順序狀態(tài)流必須分為兩個(gè)或多個(gè)不同的狀態(tài)流，如圖 2-2 所示，當(dāng)控制流分為多個(gè)時(shí)，所有的輸出流必須同時(shí)激活。22圖 2-2 分散控制三、匯合控制當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)狀態(tài)流必須匯合成一個(gè)狀態(tài)流時(shí)，出現(xiàn)一種與分散控制相似的狀況。當(dāng)多個(gè)狀態(tài)流匯合成一條狀態(tài)流時(shí)，則稱為匯合。當(dāng)狀態(tài)流匯合時(shí)，在執(zhí)行下一個(gè)狀態(tài)之前，所有的輸入流必須完成，如圖 2-3 所示。圖 2-3 匯合控制基于本次設(shè)計(jì)的控制要求，系統(tǒng)的控制流方式應(yīng)選擇順序控制和匯合控制。狀態(tài) L狀態(tài) N狀態(tài) M轉(zhuǎn)換條件狀態(tài) N狀態(tài) M狀態(tài) L轉(zhuǎn)換條件232.5 系統(tǒng)的控制過程一、初始狀態(tài)SB1，SB2，SB5，SB6，SB7 都為 OFF；電動(dòng)機(jī) M1，M2，M3 也都為OFF。二、啟動(dòng)過程上電后系統(tǒng)進(jìn)行初始化，當(dāng)按下按鈕 SB1（即 SB1=ON） ，電動(dòng)機(jī)M2 開始啟動(dòng)；經(jīng)過 2S 過后，電動(dòng)機(jī) M1 自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)按下按鈕SB2（即 SB2=ON） ，電動(dòng)機(jī) M3 開始啟動(dòng)，然后向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到終點(diǎn)限位開關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī) M3 改變運(yùn)動(dòng)方向朝另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次后回到原點(diǎn)停止。三、停止及其它狀態(tài)當(dāng)按下按鈕 SB6（即 SB6=ON） ，電動(dòng)機(jī) M3 停止運(yùn)動(dòng)（即 M3=OFF） ；當(dāng)按下按鈕 SB3 或 SB4（SB3=ON/SB4=ON） ，電動(dòng)機(jī) M3 進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)（即M3=ON） ；當(dāng)按下按鈕 SB5（即 SB5=ON） ，電動(dòng)機(jī) M1，M2，M3 都停止運(yùn)動(dòng)（即 M1=OFF,M2=OFF,M3=OFF） 。24第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)主要由主電路部分，控制部分，監(jiān)控部分和數(shù)據(jù)通信部分組成。一、主電路部分該部分由三相異步電動(dòng)機(jī)，交流接觸器，熱繼電器，熔斷器，刀開關(guān)組成。二、控制部分該部分由西門子 S7-200PLC，中間繼電器，操作臺(tái)組成。三、監(jiān)控部分該部分又 MCGS 嵌入式組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控 PLC 控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。四、數(shù)據(jù)通訊部分該部分在通訊上，由通訊口（RS232C 或 RS422/485）讀寫 PLC 的內(nèi)部數(shù)據(jù)。3.2 主要電氣元件的選擇任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個(gè)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(diǎn)組成的實(shí)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(jì)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。253.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇在車床控制系統(tǒng)運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)類型選擇的原則是，在滿足工作機(jī)械對于拖動(dòng)系統(tǒng)要求的前提下，所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。因此，在選用電動(dòng)機(jī)種類時(shí)，若機(jī)械工作對拖動(dòng)系統(tǒng)無過高要求，應(yīng)優(yōu)先選用三相交流電異步動(dòng)機(jī)。三相交流異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)容量選擇的原則在控制系統(tǒng)運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)的選擇主要是容量的選擇，如果電動(dòng)機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，會(huì)使它過早損壞，同時(shí)還出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。如果電動(dòng)機(jī)的容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費(fèi)用增加，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在輕載下運(yùn)行，運(yùn)行效率和功率因數(shù)都會(huì)下降。選擇電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)根據(jù)以下三項(xiàng)原則進(jìn)行。① 發(fā)熱：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最高溫度等于或稍微小于電動(dòng)機(jī)絕緣的允許最高工作溫度 ，即 。max? a?max??② 過載能力：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的過載能力。特26別是在短期工作時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的熱慣性很大，電動(dòng)機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載功率時(shí)仍可保證 ，故此時(shí)，決定電動(dòng)機(jī)容max??量的主要因素不是發(fā)熱而是電動(dòng)機(jī)的過載能力。即所選電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 TL max必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩,即( 一般為 0.8 ) maxLmNTT???max/NT(3.1)③ 啟動(dòng)能力：由于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般較小，為使電動(dòng)機(jī)可靠啟動(dòng)，必須保證( ) LstNT??/sttNT?(3.2)⑵ 電動(dòng)機(jī)的種類、電壓和轉(zhuǎn)速的選擇除正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量外，還需要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工作環(huán)境等條件，來正確選擇電動(dòng)機(jī)的種類、電壓和轉(zhuǎn)速。3.2.2 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(dòng)開關(guān)。交流接觸器由電磁線圈，靜銜鐵，動(dòng)銜鐵，靜觸點(diǎn)，動(dòng)觸點(diǎn)、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27時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動(dòng)動(dòng)銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時(shí)，安裝在動(dòng)銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)也隨之與靜觸點(diǎn)閉合，使電氣線路接通。當(dāng)斷開電磁線圈中的電流時(shí)，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(jì)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 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，只是電磁系統(tǒng)小些，觸點(diǎn)多一些。常用的繼電器型號有JZ7、JZ14 等。3.2.3 保護(hù)電器的選擇⑴ 熔斷器熔斷器在電路中主要起短路保護(hù)作用，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)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(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)及過載保護(hù)。⑵ 熱繼電器熱繼電器主要用于電氣設(shè)備（電動(dòng)機(jī)）的過負(fù)荷保護(hù)。熱繼電器28勢利用一種電流熱效應(yīng)原理工作的電器，它具有與電動(dòng)機(jī)容許過載特性相近的反時(shí)限動(dòng)作特性，主要與接觸器配合使用，用于對三相異步電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷和斷相保護(hù)。三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)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(shí)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(shí)間較長，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，使用中應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，等因素。星形接法的電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。熱繼電器的動(dòng)作電流整定值一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的 1.05～1.1 倍。3.2.4 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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、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。29⑵ 控制按鈕控制按鈕在控制電路中常用作遠(yuǎn)距離手動(dòng)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、LA18、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。3.3 CA6140 車床控制原理電路圖概述及原理分析CA6140 車床控制電路原理圖如圖 3-1 所示。圖中主要分為主電路，冷卻電路，快速移動(dòng)電路等三部分。⑴ 主電路分析從圖 3-1 中可以看出，斷路器 QF 將三相電源引入，F(xiàn)U1 為主電動(dòng)機(jī) M1 的短路保護(hù)用熔斷器，F(xiàn)R1 為 M1 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器。為防止在連續(xù)點(diǎn)動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過載，點(diǎn)動(dòng)時(shí)也加入限流電阻 R。通過互感器 TA 接入電流表 A 以監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)繞組的電流。熔斷器 FU2 為 M2、M3 電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，接觸器 KM1、30Q FF U 2AM 13 ~3M 23 ~M 33 ~冷卻泵電動(dòng)機(jī)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)主電動(dòng)機(jī)U 1 1 V 1 2 W 1 3U21V22W23W 6 3V 2 6U 6 1F U 1U31V32W33KM3KM4U41V42W43F R 1U51V52W53K MRM11M12M13F R 2M21M22M23K M 1 K M 2M31M32M33~ 3 8 0 VT C1 0 1F U 3S A1 0 31 0 5E LF U 4F U 5TAS QK M 1S B 5 S B 3K M 2K M 1F R 2K AK MK AK M 4S B 2K M 4K TK MK M 3K M 4F R 1K AS B 6S B 1K AK AK M 3K TK SnnK S 1K S 2圖 3-1 CA6140 車床控制電路原理圖KM2 為 M2、M3 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用接觸器。FR2 為 M2 電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，因快速電動(dòng)機(jī) M3 短時(shí)工作，所以不設(shè)過載保護(hù)。⑵ 控制電路分析(1) 主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制電路中 KM3 為 M1 電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，KM 為 M1 電動(dòng)機(jī)的長動(dòng)接觸器，31KA為中間繼電器。M1 電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB6 控制。按下按鈕SB6，接觸器 KM3 得電吸合，他的主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的定子繞組限流電阻 R 與電源接通，電動(dòng)機(jī)在較低速下起動(dòng)。(2) 主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路主電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕 SB1 控制。按下按鈕 SB1 時(shí)，接觸器KM 首先得電動(dòng)作，他的主觸點(diǎn)閉合將限流電阻短接，接觸器 KM 的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合使中間繼電器 KA 得電，它的觸點(diǎn)閉合，使接觸器 KM3得電吸合。KM3 的主觸點(diǎn)將三相電源接通，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3 的動(dòng)合輔助觸點(diǎn)和 KA 的動(dòng)合觸點(diǎn)的閉合將 KM3 線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)用反向起動(dòng)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(dòng)機(jī)在滿壓下反轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3 的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)和 KM4 的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到電動(dòng)機(jī)正傳和反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。(3) 主軸電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制當(dāng)速度接近于零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號切斷電動(dòng)機(jī)電源。速度繼電器與被控電動(dòng)機(jī)是同軸相連的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn) KS1 閉合；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS2 閉合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器 KM3 和 KM，繼電器KA 都處于得電動(dòng)作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS1 也是閉合的，32這樣就為電動(dòng)機(jī)正傳時(shí)的反接制動(dòng)做好了準(zhǔn)備。需要停車時(shí)，按下停止按鈕 SB4 接觸器 KM 失電，其主觸點(diǎn)斷開，電阻 R 串入主回路，與此同時(shí) KM3 也失電，斷開了電動(dòng)機(jī)電源，同時(shí) KA 失電，KA 的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合。在松開 SB4 后就使反轉(zhuǎn)接觸器 KM4 的線圈得電，電動(dòng)機(jī)的電源反接，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí)，速度繼電器 KS 的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS1 斷開，切斷了接觸器 KM4 的通電回路，電動(dòng)機(jī)脫離電源停止。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)相似。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS2 是閉合的，這時(shí)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(dòng)機(jī)制動(dòng)后停止。(4) 刀架的快速移動(dòng)和冷卻泵控制刀架的快速移動(dòng)是由轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開關(guān) SQ 來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動(dòng) SQ 后，接觸器 KM2 得電吸合，M3 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。如果車削加工需要冷卻液時(shí)按下 SB6，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M3 動(dòng)作，KM4 線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 工作，需要停止時(shí)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(gè)控制系統(tǒng)技33術(shù)經(jīng)濟(jì)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。選型的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：⑴ PLC 結(jié)構(gòu)的選擇在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的情況下，整體式 PLC 比模塊式 PLC 價(jià)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(shí)間的選擇PLC 的響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時(shí)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(dòng)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(jì)算機(jī)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34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(shí)要選用橋式全波整流電源。⑹ I/O 點(diǎn)數(shù)及 I/O 接口設(shè)備的選擇⑺ 存儲(chǔ)容量的選擇PLC 程序存儲(chǔ)器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲(chǔ)器的容量可以作粗略的估算。一般情況下用戶程序所需的存儲(chǔ)器容量可按照如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：程序容量 =K ×總輸入點(diǎn)數(shù) / 總輸出點(diǎn)數(shù)對于簡單的控制系統(tǒng)， K=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(shí)同樣應(yīng)留有裕量，一般是運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)總數(shù)在 256 以下，屬于小型機(jī)的范圍. 控制系統(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡單功能。主要用來實(shí)現(xiàn)條件控制和順序控制。為實(shí)現(xiàn) CA6140 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(jià)格低，體積小，非常適用于單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng). 該機(jī)床的輸入信號是開關(guān)量信號，輸出是負(fù)載三相交流電動(dòng)機(jī)接觸器等。車床電氣控制系統(tǒng)需要 9 個(gè)外部輸入信號，5 個(gè)輸出信號。PLC 所具有的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余 30 % ，以便于系統(tǒng)的完35善和今后的擴(kuò)展預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為 12 個(gè),輸出點(diǎn)為 7 個(gè)?，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(diǎn)輸入。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(diǎn)數(shù)。根據(jù)需要控制的開關(guān)、設(shè)備大約輸入點(diǎn)為 12 個(gè) ,輸出點(diǎn)為 7 個(gè)需進(jìn)行控制，現(xiàn)將 I/O 地址分配如表 3-1 所示。表 3-1 PLC 控制系統(tǒng) I/O 分配表輸入信號 PLC 地址 輸出信號 PLC 地址反接制動(dòng)按鈕 SB1 I0.0 主電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn) KM1 Q0.0主軸電動(dòng)機(jī) M1 的正轉(zhuǎn)按鈕 SB2 I0.1 主電動(dòng)機(jī) M1 反轉(zhuǎn) KM2 Q0.1主軸電動(dòng)機(jī) M1 的反轉(zhuǎn)按鈕 SB3 I0.2 短接制動(dòng)電阻 KM3 Q0.2主軸電動(dòng)機(jī) M1 的點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB4 I0.3 冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 起、停 KM4 Q0.3冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 停止按鈕 SB5 I0.4 快速電動(dòng)機(jī) M3 起、停 KM5 Q0.4冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 起動(dòng)按鈕 SB6 I0.5快速電動(dòng)機(jī) M3 起、停位置開關(guān) SQ I0.6速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 KS1 I0.7速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 KS2 I1.0I/O 接線圖根據(jù) PLC I/O 端子的分配，畫出了 CA6140 車床 PLC 控制系統(tǒng) I/O接線圖如圖 3-2 所示。36nn+ 2 4 VS B 1S B 2S B 3S B 4S B 5S B 6S QK S 1K S 2I1 M0 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 72 M1 . 0ML +2 4 V D CC P U 2 2 4A C / D C / R t yL 1N0 . 42 L0 . 30 . 20 . 10 . 01 LF R 1K M 5~ 2 2 0 VK M 1K M 2K M 3Q~ 2 2 0 V~ 2 2 0 VK M 4F R 2圖 3-2 PLC 控制系統(tǒng) I/O 接線圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理4.1.1PLC 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(jì)算機(jī)，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(jī)相似。主要包括中央處理單元 CPU、存儲(chǔ)37器 RAM 和 ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O 擴(kuò)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(jìn)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(jìn)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(gè)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)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)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(yùn)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。 38⑶ 輸出刷新階段 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(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實(shí)際輸出。4.1.3 PLC 編程語言與個(gè)人計(jì)算機(jī)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(dá)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(huì)）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 Diagram） 、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(diǎn)，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(shí)也把梯形圖稱為電路或程序。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方塊表示的功能塊組成。觸點(diǎn)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(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算附加指令。39觸點(diǎn)和線圈組成的獨(dú)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 將指令表稱為語句表。PLC 的指令是一種與微機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)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(jì)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、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)及其它各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。 ⑵ 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能指用 PLC 提供的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對某種操作的定時(shí)或計(jì)數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和計(jì)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。 40⑷ 步進(jìn)控制功能 步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實(shí)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(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。 ⑸ 運(yùn)動(dòng)控制功能 運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 ⑺ 擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即 I/O 擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出點(diǎn)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(jī)相連接，進(jìn)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 41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(jī)的鏈接等，實(shí)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 監(jiān)控功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制 I/O 狀態(tài)。 4.2.2 PLC 基本指令在