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1、 本文由謝小豬123貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)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(jì)(論文) 摘 要 傳統(tǒng)的 C650 臥式車床采用繼電器實(shí)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(dá)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(dá)到車床的控制要求。 本次設(shè)計(jì)介紹了 C650 臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)了車床啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)反 轉(zhuǎn)、反接制動(dòng)、刀架快速移動(dòng)、冷卻泵在

2、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(jī)床的各項(xiàng)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(xiàng)技術(shù)可推廣應(yīng)用于自動(dòng)化其他領(lǐng)域的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)運(yùn)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(jì)(論文) Abstract The traditional C650 horizontal lathe adopts relays electrical control realization .Wiring and complex, big volume an

3、d 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 performance and achieve the lathe control requirements. Th

4、is 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 lathe, are turning inversion, reverse connect bra

5、king, 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 efficiency was obviously improved. After repeated te

6、sting, 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(jì)(論文) 目 1 錄 引 言 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(jì) 6 2.1 2.2 PLC

7、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本內(nèi)容 6 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟 6 2.2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 6 2.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試步驟 7 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 3.1 主要電氣元件的選擇 9 電動(dòng)機(jī)的選擇 9 交流接觸器和中間繼電器的選擇 10 保護(hù)電器的選擇 11 控制電器的選擇 11 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(yùn)動(dòng)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(jì) 17 4.1

8、 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 III 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(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(jì) 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(xiàn) 27 附錄 主要電氣元件表 錯(cuò)誤！未定義書簽。 錯(cuò)誤！未定義書簽。 附錄 II 附錄 III 控制電路原理圖 29 PL

9、C 控制系統(tǒng) I/O 分配表 30 附錄 IV PLC 控制系統(tǒng) 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(jì)(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(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成切削加工。主軸由三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸通過卡盤帶 動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，溜板帶動(dòng)刀架的縱向和橫向直線運(yùn)動(dòng)，其中縱向運(yùn)動(dòng) 是指相對操作者向左或向右的運(yùn)動(dòng)，橫向運(yùn)動(dòng)是指相對于操作者向前或向后的運(yùn)動(dòng)； 輔助運(yùn)動(dòng)，包括刀架的快速移動(dòng)、工件的夾緊與松開等。工作過程如下： 1正常

10、加工時(shí)一般不需反轉(zhuǎn)，但加工螺紋時(shí)需反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度與刀 具的進(jìn)給速度要保持嚴(yán)格的比例關(guān)系， 為此主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和溜板箱的移動(dòng)由同一臺(tái)電動(dòng) 機(jī)拖動(dòng)。主電動(dòng)機(jī) M1（功率為 20kW），采用直接起動(dòng)的方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)， 為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。由于加工的工件比較大，加工時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也比 較大，需停車時(shí)不易立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，必須有停車制動(dòng)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(dòng)。 2電動(dòng)機(jī) M2 拖動(dòng)冷卻泵。車削加工時(shí)，刀具與工件的溫度較高，需設(shè)一冷卻泵 電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的冷卻。冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 單向旋轉(zhuǎn)，采用直接起動(dòng)、停止 方式，且與主電動(dòng)機(jī)

11、有必要的聯(lián)鎖保護(hù)。 3快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3。為減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省輔助工作時(shí)間，利用 M3 帶 動(dòng)刀架和溜板箱快速移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時(shí)手動(dòng)控制起停。 4采用電流表檢測電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況。 5車削加工時(shí)，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(jī)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(jī)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(dòng)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)量的比例越

12、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(jì)(論文) 造業(yè)的競爭已從早期降低勞動(dòng)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(shí)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(shí)社會(huì)對環(huán)境保 護(hù)、綠色制造的意識(shí)不斷加強(qiáng)，因此敏捷先進(jìn)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(jì)算機(jī)信息技術(shù)和制造自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，作為自 動(dòng)化柔性生產(chǎn)重要基礎(chǔ)的“軟”控制系統(tǒng)機(jī)床，在生產(chǎn)中所占比例將越來越高。 20 世

13、紀(jì) 70 年代以前，電氣自動(dòng)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)，所以當(dāng)時(shí)應(yīng)用的十分 廣泛， 至今仍在許多簡單的機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用。 但是， 該類控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)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(jī)械性觸點(diǎn)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(dòng)到自動(dòng)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；在控制原理上，從 有觸點(diǎn)的繼電接觸式控制系統(tǒng)到以計(jì)算

14、機(jī)為核心的“軟”控制系統(tǒng)。 PLC 的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要設(shè)備之一。 PLC 以軟件手段實(shí)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(jì)算機(jī)相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、組合靈活、擴(kuò)展方 便、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，因而在機(jī)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(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

15、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 2 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 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)。 PLC 控 用 制改造其繼電器控制電路, 可靠性高、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

16、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

17、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。 1.3 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)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(kuò)大，

18、它對國計(jì)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?yàn)檫@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(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)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(gè)復(fù)雜 多變市場的需求，當(dāng)前機(jī)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(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大 3 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器

19、的直線導(dǎo)軌副 等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)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(dòng)的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶 輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到 10000r/min 以上。 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)作伺服驅(qū)動(dòng)， 省去了滾珠絲杠這一中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)， 消除了傳動(dòng)間隙(包括反向間隙)， 運(yùn)動(dòng)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(dòng)導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動(dòng)摩擦，磨損

20、小，發(fā)熱 可忽略不計(jì)，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(jī)和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機(jī)床的快速移動(dòng)速度由目前的 1020m/mim 提高到 6080m/min，甚至高達(dá) 120m/min。 2. 高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。 數(shù)控機(jī)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(jì) CAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化。隨著計(jì)算機(jī)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(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、

21、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可 以對整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。 在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)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(jì)的 一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高市場競爭能力。 通過對機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅能減少重復(fù)性勞動(dòng)，而且可以快速響應(yīng)市 場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)周期。 4. 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率， 使用于非加工輔助時(shí)間減至最 少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī) 多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為

22、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(jì)(論文) 機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復(fù)合中心， 該機(jī)床同時(shí)具有 X、Z 軸以及 C 軸和 Y 軸。通過 C 軸和 Y 軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏 孔、 槽的加工。 該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)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(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加 工，極大地提高了效率。 5 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總 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

23、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: 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)。 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。 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)

24、備 、 （繼 電器、接觸器、信號(hào)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。 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/O 初步分配，繪制 I/O 接線圖 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。 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

25、PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 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 6 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 集資料，并 擬定電氣控制方案。 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。 保證控制系統(tǒng)安全可靠。 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 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試步驟 與調(diào)試 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)(論文) 圖 2.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試過程 8 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技

26、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(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（SB1SB6）等為系統(tǒng)的 輸入信號(hào)；接觸器線圈（KM1-KM5），為系統(tǒng)的輸出信號(hào)。 3.1.1 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

27、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。 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

28、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。 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 max 等于或稍微小 于電動(dòng)機(jī)絕緣的允許最高工作溫度 a ，即 max 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(jì)(論文) 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 max a ， 故此時(shí)， 決定電動(dòng)機(jī)容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

29、可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩,即 TL max Tmax = mTN ( m 一般為 0.8 Tmax / TN ) (3.1) 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 TL stTN ( st = Tst / TN ) (3.2) 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。 3.1.2 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 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

30、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(hào)很多，電流在 5A-1000A 的不等，常用交流接 觸器的型號(hào)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 1.11.3 倍之間,各接觸器 型號(hào)見附錄。 中間繼電器 中

31、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(jì)(論文) 統(tǒng)小些，觸點(diǎn)多一些。常用的繼電器型號(hào)有 JZ7、JZ14 等。 3.1.3 保護(hù)電器的選擇 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)。 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)

32、。 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)?燒毀電動(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 1.051.1 倍。 3.1.4 控制電器的

33、選擇 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。 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(jì)(論文) 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(hào)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(yùn)動(dòng)形

34、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(dòng)機(jī)功率為30kw，為提高工作效率，該機(jī)床采用了反接制動(dòng)。為 了減少制動(dòng)電流， 制動(dòng)時(shí)在定子回路串入了限流電阻R。 拖動(dòng)溜板箱快速移動(dòng)的2.2kw 電動(dòng)機(jī)是為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省輔助工作時(shí)間而專門設(shè)計(jì)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(shí)，首先由主軸上的夾頭夾緊工件，然 后由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，待冷卻液噴流到加工位置后，再進(jìn)刀進(jìn)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(yùn)動(dòng)

35、主要有兩種：主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)由主電動(dòng)機(jī)M1 完成，為 了保證啟動(dòng)平穩(wěn)，采用Y/降壓啟動(dòng)方式。KM1 控制主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，KM2 控制主電動(dòng) 機(jī)反轉(zhuǎn)，KM3 控制主電動(dòng)機(jī)Y 啟動(dòng)運(yùn)行，KM4 控制主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。M2 拖動(dòng)冷 卻泵，在加工時(shí)提供冷卻液采用直接啟動(dòng)及停止方式，KM5 控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)。進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)有步進(jìn)電機(jī)M3 拖動(dòng)刀架快速移動(dòng)， 根據(jù)C650臥式車床運(yùn)動(dòng)情況及加工需要,本研 究采用3臺(tái)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，即:主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2 和溜板箱快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。從車削加工工藝出發(fā),對各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制要求如下： (1)主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M1,功率為30 kW

36、,允許在空載下直接起動(dòng)。其要求能實(shí)現(xiàn) 正、反轉(zhuǎn),從而經(jīng)主軸變速箱實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn),或通過掛輪箱傳給溜板箱來拖動(dòng)刀 , , 架以實(shí)現(xiàn)刀架的橫向左、右移動(dòng)。為便于進(jìn)行車削加工前的對刀,則要求主軸拖動(dòng)工 , 件作調(diào)整點(diǎn)動(dòng),所以要求主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的低速點(diǎn)動(dòng)控制。主電 , 動(dòng)機(jī)停車時(shí),由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,需采用反接制動(dòng)。 , , (2)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2,功率為0. 15 kW,用于在車削加工時(shí),供出冷卻液,對工件與 刀具進(jìn)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(jì)(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

37、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。 主電路分析 從附錄中可以看出，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、 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

38、 短時(shí)工作，所以不設(shè)過載保護(hù)。 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，KA 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 13 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 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

39、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(hào)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

40、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，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)

41、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 14 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 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 SB

42、6，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： 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。 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

43、于直流負(fù)載和交流負(fù) 載。 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。 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。 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(shí)要選用橋式全波整流電源。 I/O 點(diǎn)數(shù)及 I/O 接口設(shè)備的選擇 存儲(chǔ)容量的選擇 PLC 程序存儲(chǔ)器的容量

44、通常以字或步為單位，用戶程序存儲(chǔ)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(jì)(論文) 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

45、功能。主要用來實(shí)現(xiàn)條件控制和順序控制。為實(shí)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(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(hào)是開關(guān)量信號(hào)，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(hào)，5 個(gè)輸出信號(hào)。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)。現(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。 3.5 I/

46、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 地址分配如附錄 III 所示。 3.6 I/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(jì)(論文) 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 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 4.1.1 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(jì)算

47、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)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(hào)、模擬信號(hào)、傳感 器檢測的各種信號(hào)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

48、令步序號(hào)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。 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。 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。 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(jì)(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

49、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

50、） 、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。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

51、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 基本功能 功能和基本指令 4.2.1 PLC 的基本功能 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(jì)(論文) 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。 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能 定時(shí)

52、/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。 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。 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。 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。 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)

53、的閉環(huán)控制。 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。 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(hào)、傳出輸出信號(hào)。 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(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。 監(jiān)控功能 19 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 監(jiān)控功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀

54、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 在本次控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)過程中主要應(yīng)用到以下幾種 PLC 指令。 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令 常開觸點(diǎn)對應(yīng)的存儲(chǔ)器地址為 1 狀態(tài)時(shí)，該觸點(diǎn)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(diǎn)（見圖 4.1（a）。 常閉觸點(diǎn)對應(yīng)的存儲(chǔ)地址為 0 狀態(tài)時(shí)，該觸點(diǎn)閉合，在語句表中分別用 LDN （Load Not）、AN（And Not）和 ON（Or Not）來表示開始

55、、串聯(lián)和并聯(lián)的常閉觸 點(diǎn)，觸點(diǎn)符號(hào)中間的“/”表示常閉 （見圖 4.1（b）。觸點(diǎn)指令中變量的數(shù)據(jù)類型 為 BOOL。 (a)常開觸點(diǎn) (b)常閉觸點(diǎn) 圖 4.1 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令 輸出指令 輸出指令（=）與線圈相對應(yīng)，驅(qū)動(dòng)線圈的觸點(diǎn)電路接通時(shí)，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)的梯形圖程序設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計(jì) 梯形圖 車床正反向工作及反接制動(dòng)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(jì)(論文) 該控制程序

56、步驟為：按下 SB2，M10.0 導(dǎo)通，Q0.2 動(dòng)作，KM3 吸合短接電阻 R， 同時(shí) M11.1 動(dòng)作，Q0.0 動(dòng)作，KM1 吸合，主電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行，開始車削加工。 要停車時(shí)，按下 SB1，Q0.0、Q0.2 釋放，松開 SB1，Q0.1 動(dòng)作，KM2 吸合，主電動(dòng)機(jī) M1 串電阻反接制動(dòng)，當(dāng)速度接近于零時(shí)，速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 KS1 斷開，KM2 釋放電動(dòng)機(jī) M1 停轉(zhuǎn)。反向工作過程與正向相同。 主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)過程 按下 SB4，Q0.0 動(dòng)作，使 KM1 吸合，M1 串電阻限流點(diǎn)動(dòng)，松開 SB4，Q0.0 斷開， M1 停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。 其梯形圖程序如圖 4.3 所

57、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(jì)(論文) 圖 4.3 刀架快速移動(dòng)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(jì)(論文) 刀架快速移動(dòng)及冷卻泵工作過程 該控制程序步驟為：刀架快速移動(dòng)過程為按下位置開關(guān) SQ，Q0.4 動(dòng)作，KM5 吸合，M3 起動(dòng)運(yùn)行，代替刀架的指示燈亮。 冷卻泵工作過程為按下 SB6，Q0.3 動(dòng) 作 KM4 線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 工作，停止時(shí)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(dòng)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(diǎn)，設(shè)計(jì)了 控制系統(tǒng)梯形圖程序如

58、附錄所示。 23 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 5 系統(tǒng)調(diào)試 在調(diào)試前我們需要對線路進(jìn)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(tái)等部件的位置是否合適，防止通電時(shí)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(shí)驗(yàn)臺(tái)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(jìn)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

59、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(cuò)的地方。各部分都正確無誤的情況下進(jìn)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 PLC 程序進(jìn)行編譯， 下載至 PLC， 由于控制系統(tǒng)運(yùn)行電壓是在 220V， 為了保證安全只好先在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上分步模擬， 觀察各步的動(dòng)作都正確無誤后， 按照 PLC 控制系統(tǒng)接線圖在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上整體模擬，輸出部分（接觸器，電動(dòng)機(jī)，快速移動(dòng)刀架） 用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的指示燈代替, 觀察輸出端點(diǎn)指示燈在一個(gè)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

60、進(jìn)行復(fù)位，雖然程序正確當(dāng)沒達(dá)到控制效 果，所以在調(diào)試前應(yīng)先進(jìn)行復(fù)位操作。 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上整體模擬無誤后， 將檢查完畢的硬件連接電路 （各電動(dòng)機(jī)連接的電路） 與 PLC 連接在一起，分別觀察各電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，分步運(yùn)行無誤后，將所有的電 動(dòng)機(jī)按照 PLC 接線圖連接在一起，分別觀察各個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)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(jì)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(jì)(論文) 結(jié)束語 本設(shè)計(jì)采用可編程控制器代替繼電器對機(jī)床進(jìn)行控制， 因?yàn)榭删幊炭刂破鹘M成的 控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、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

61、益更高。通過使用 PLC 改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機(jī)床的中 間繼電器，時(shí)間繼電器等等，使線路簡化,維修方便。同時(shí)，由于 PLC 的高可靠性， 輸入輸出部分還有信號(hào)指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還給準(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(jì)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(jià)格比。 針對這點(diǎn)本設(shè)計(jì)盡量節(jié)省可編程控制器的端點(diǎn)， 從而提 高了性價(jià)比，節(jié)省了不必要的開支。 通過本次設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)充專業(yè)課的基本理論和基本技能。達(dá) 到了培養(yǎng)我獨(dú)立思考、分析和解決實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)和實(shí) 際查閱

62、相關(guān)實(shí)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(jì)(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(jì)，此次設(shè)計(jì)的主要目 的是培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)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(jì)的思想，更重要的是使我學(xué)會(huì)了在今后設(shè)計(jì)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(huì)了我方方面面的經(jīng)驗(yàn)。此次畢設(shè)在設(shè)計(jì)過程中得到了鄭濟(jì)仲老師的精 心指導(dǎo)， 并且在跟隨其學(xué)習(xí)的幾個(gè)月中， 不論是在學(xué)習(xí)上、 工作上還是在日常生活中， 鄭濟(jì)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(jì)期間，鄭濟(jì)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(jì)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(jì) 中存在不足之處并渴望給予批評(píng)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(jì)(論文) 參考文獻(xiàn) 1 羅宇航.流行 PLC 實(shí)用程序及設(shè)計(jì).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