【正文】 機(jī)的非頻繁正、反轉(zhuǎn)。 （ 1） 低壓隔離器 低壓隔離器 也稱刀開關(guān)，主要是在電源切斷后，將線路與電源明顯的隔開，以保障檢修人員的安全。常見配電電器有低壓隔離器（刀開關(guān)）、熔斷器、斷路器等。 圖 56 電氣原理圖 控制電路圖 4 選擇控制系統(tǒng)電氣元件 圖 57 電氣原理圖 控制原理圖 5 28 常見低壓電器 電器是所有電工器件的簡稱，凡是用來接通和斷開電路，以達(dá)到控制、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換和保護(hù)目的的電工器件都稱為電器。直到按下總停按鈕 SB1，接觸器 KM1 斷電釋放，液壓電動(dòng)機(jī) M1停止。根據(jù)公式 (41) P=U*I (41) 可知公式 (42) I=P/U (42) 由公式 (42)可知空氣開關(guān) F3應(yīng)選用 5A。變壓器和穩(wěn)壓電源的電路圖如圖和圖所示。 電柜風(fēng)扇用于控制機(jī)柜內(nèi)的溫度，給各電氣元件提供適宜的溫度環(huán)境，所以當(dāng)給機(jī)柜通電風(fēng)扇首先工作，風(fēng)扇應(yīng)直接從主電路中引入電源，電源先經(jīng)過 1A 的單極開關(guān) F7進(jìn)入風(fēng)扇，再回到零線構(gòu)成回路。主電路斷路器選擇應(yīng)遵循安全原則，一般選擇比電機(jī)的額定電流大 倍的斷路器，以保證電路正常安全工作。 表 43 I/O端 子分配表 第五章 PLC 電氣控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 電氣原理圖設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)床要完成的加工工序，再有伺服電動(dòng)機(jī)、輔助電動(dòng)機(jī)和電磁閥等執(zhí)行器件的控制要求，完成主控回路的設(shè)計(jì)。該類型的 PLC 的基本單元具有 64個(gè) I/O 點(diǎn)，輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)按 6： 4 分配，即包括 38個(gè)輸入點(diǎn)， 28個(gè)輸出點(diǎn)。 選用合適的 PLC 確定輸入 /輸出設(shè)備及 PLC 對設(shè)計(jì)的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類，以確定 PLC的類型。 22 程序編寫質(zhì)量 用戶程序優(yōu)劣對程序長短和運(yùn)行時(shí)間都有較大影響。這方面的經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出的總點(diǎn)數(shù)給出的。同樣的程序可以減少內(nèi)存量，從而降低內(nèi)存投資。 內(nèi)存利用率 用戶程序通過編程器鍵入主機(jī)內(nèi)，最后是以機(jī)器語言的形式存放在內(nèi)存中。繼電器輸出模塊優(yōu)點(diǎn)是適用電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降損失小，價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是壽命 較短，響應(yīng)速度較慢。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須考慮門檻（接通電平和關(guān)斷電平之差）電平的大小。由現(xiàn)場設(shè)備與模塊之間距離的遠(yuǎn)近程度選擇電壓的大小。用可編程控制器控制的直流傳速系統(tǒng)中，可變程序控制器的輸入除考慮主令信號外，還需考慮合閘信號、傳動(dòng)裝置綜合故障信號、抱閘信號、風(fēng)機(jī)故障信號等。 2． 控制交流電動(dòng)機(jī)所需 I/O 點(diǎn)數(shù)。是否在線編程，應(yīng)根據(jù)被控設(shè)備工藝要求的不同來選擇。對于控制比較復(fù)雜、控制功能要求高的工程項(xiàng)目，可視其控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔或高檔機(jī)。具體應(yīng)考慮以下 幾方面。 ? 選擇 PLC。 ? 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。 ? 設(shè)計(jì)控制柜。 PLC 的選擇應(yīng)包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。因此， PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： ? 選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作 開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、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）。 ? 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)，使用及維修方便。 三菱公司 FX2N 系列 PLC 的指令包括基本邏輯指令和功能指令。它不僅能完成邏輯控制、順序控制、模擬量控制、位置控制、高速計(jì)數(shù)等功能，還能做數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運(yùn)算、平方根以及浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、 PID 運(yùn)算等更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。但由于 PLC 的掃描速度快，通常 PLC 與繼電器 接觸器控制在 I/O的處理結(jié)果上并沒有什么差別。 用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。其中， CPU 是 PLC 的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入 /輸出設(shè)備與 CPU 之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接，如圖 31 所示。 PLC 是專用機(jī)，功能較少，其價(jià)格是微機(jī)的十分之一左右。 PLC 因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速 度。 ? 系統(tǒng)功能 微機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件，例如操作系統(tǒng)，能進(jìn)行設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)器管理等，它還配有許多應(yīng)用軟件，以方便用戶。 ? 輸入輸出 微機(jī)系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備與主機(jī)之間采用微電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。簡言之，微機(jī)是通用的專用機(jī)，而 PLC是專用的通用機(jī)，下面就此兩種控制方式進(jìn)行比較： 15 ? 應(yīng)用范圍 微機(jī) 除應(yīng)用于控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信等方面。 ? 繼電接觸器控制系統(tǒng)在長期使用的過程中，受接 觸不良和觸點(diǎn)壽命的影響，可靠性低；PLC 由于采用了微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，可靠性比較高，抗干擾能力強(qiáng)。許多生產(chǎn)機(jī)械采用機(jī)電結(jié)合控制的方式來實(shí)現(xiàn)控制要求，因此要從工藝要求、制作成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、使用維護(hù)方便等方面協(xié)調(diào)處理好機(jī)械和電氣的關(guān)系。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)主要來源于生 產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝的要求。圖樣包括電氣原理圖、電氣系統(tǒng)的組件劃分圖、元器件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、元器件安裝底板圖和非標(biāo)準(zhǔn)件加工圖等，另外，還要編制外購件目錄、單臺(tái)材料消耗清單、設(shè)備說明書等文字 資料。設(shè)計(jì)的專用機(jī)床是采用機(jī)械變速的方法， 通過改變變速箱傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)的。 （ 3） 為減小負(fù)載波動(dòng)對銑刀轉(zhuǎn)速的影響以保證加工質(zhì)量，主軸上裝有飛輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣性較大。 機(jī)床進(jìn)行工件加工各過程動(dòng)作順序示意圖如圖 22 所示 圖 22 機(jī)床動(dòng)作工序圖 13 機(jī)床加工過程的控制要求 該組合機(jī)床是為了完成汽車前軸主銷孔的上下面的銑削而設(shè)計(jì)的，要順利的完成加工目標(biāo)，其機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中的電力拖動(dòng)需要滿足一些控制要求。若進(jìn)行連續(xù)加工時(shí)，下一個(gè)工件上件時(shí)前一個(gè)工件自動(dòng)下件。其具體過程如下：在上件過程結(jié)束后工件已被放到工作臺(tái)上，通過相應(yīng)按鈕啟動(dòng)半自動(dòng)加工程序，移動(dòng)工作臺(tái)在 相應(yīng)的液壓油缸的驅(qū)動(dòng)下開始移動(dòng)，移動(dòng)工作臺(tái)快進(jìn)到移動(dòng)工作臺(tái)終點(diǎn)，與此同時(shí)主軸電機(jī)啟動(dòng)，接著工作臺(tái)工進(jìn)，銑刀具在主軸電機(jī)的帶動(dòng)下開始對工件進(jìn)行銑面加工，銑面完成后工作臺(tái)經(jīng)快退和緩?fù)说竭_(dá)原位，此時(shí)銑面過程完成，主軸電機(jī)終止工作。 圖中符號說明 12 1）上件過程 上件過程是有夾緊油缸和抱緊油缸及其相應(yīng)裝置相互配合共同完成的。 第二步，電氣元件的安裝，即根據(jù)布置后的元器件分布圖，并按照已設(shè)計(jì)的電器硬件接線圖接線。 11 圖 21 立式單面前軸主銷孔上下面組合機(jī)床 的結(jié)構(gòu) 分布圖 電氣控制柜 電氣控制柜是 立式單面前軸主銷孔上下面組合機(jī)床的電氣控制部分，是本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，電氣控制柜主要 用于控制各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行，從而控制機(jī)床的正常銑削加工工作。 6）液壓裝置：液壓電機(jī)控制液壓站，一方面夾緊被加工零件，另一方面移動(dòng)操作臺(tái)進(jìn)行加工。以保證機(jī)床工作在允許的溫度范圍，同時(shí)也保證機(jī)床能夠長時(shí)間的處于工作狀態(tài)，在銑削加工過程中不會(huì)由于溫度過高而燒壞被加工零件。立式單面前軸主銷孔上下面組合機(jī)床床身由工作臺(tái)、冷卻裝置、排屑裝置、沖屑裝置、潤滑裝置和液壓裝置幾部分組成。 立式單面前軸主銷孔上下面組合機(jī)床及其構(gòu)成 立式單面前軸 主銷孔上下面組合機(jī)床也可以稱為立式單面粗銑前軸主銷孔上下面組合機(jī)床，本機(jī)床由一臺(tái) 1TX50 銑削頭、兩個(gè)Φ 400 銑刀盤（銑刀盤厚度小于 60毫米，中心孔100 毫米）、一個(gè)專用立柱、一臺(tái) 500 300 專用液壓移動(dòng)工作臺(tái)、一個(gè)整體床身、專用夾具等組成，主要用于汽車前軸主銷孔上下面的加工。 組合機(jī)床的通用部件中的動(dòng)力部件有動(dòng)力頭和動(dòng)力滑臺(tái)?？刂圃O(shè)備 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 電動(dòng)機(jī) 反饋裝置 工作機(jī)械 電源 9 人們把電動(dòng)機(jī)以及與電動(dòng)機(jī)有關(guān)聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)合并在一起視為電力拖動(dòng)部分；把滿足加工工藝要求使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)、反向、調(diào)速等電氣控制和電氣操作部分視為電氣控制部分，或?yàn)殡姎庾詣?dòng)控制裝置。 機(jī)床電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 生產(chǎn)機(jī)械一般由三個(gè)基本部分組成，即工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和原動(dòng)機(jī)。反饋裝置往往采用控制電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)反饋功能。 * 生產(chǎn)過程自動(dòng)控制部件： 它是生產(chǎn)過程自動(dòng)化的核心，也是間接控制、指揮動(dòng)力電器及系統(tǒng)工作的部件，包括繼電器和各種控制儀表、智能儀表等。 電氣控制系統(tǒng)的組 成 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的手段多種多樣，可以用電氣的方法實(shí)現(xiàn)，也可以用機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等方法實(shí)現(xiàn)。 機(jī)床的電氣控制系統(tǒng) 機(jī)床的運(yùn)行，一是需要?jiǎng)恿?，二是需要控制。機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)中最重要的加工設(shè)備，在一般機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的機(jī)械加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量的 40%～ 60%。 7 第一章 緒 論 課題背景 當(dāng)今，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和國防的現(xiàn)代化，要求機(jī)械產(chǎn)業(yè)不斷地提供各種先進(jìn)設(shè)備，如電力機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車、各種車輛、起重運(yùn)輸機(jī)械、裝卸機(jī)械、工程機(jī)械、養(yǎng)路機(jī)械等設(shè)。 1980 年前后，出現(xiàn)了可編程控制器 PC(Programmable Controller)，它是在可編程邏輯控制器基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來的。 1969 年，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和繼電器接觸控制技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器 PLC(Programmable Logic Controller)。它具有程序變更容易、程序存儲(chǔ)量大、通用性強(qiáng)的優(yōu) 點(diǎn)。并且該系統(tǒng)不僅可以方便的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，而且還可以實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)距離控制。開關(guān)量也稱數(shù)字量，如電動(dòng)機(jī)的啟停、電燈的亮滅、閥門的開閉、電子電路的置位與復(fù)位、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等；模擬量也稱連續(xù)量，如不斷變化的溫度、壓力、速度、流量、液位等。同時(shí)， PLC 還具有配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，從而保證復(fù)雜的電氣控制過程，使機(jī)床能夠安全可靠的工作。立式單面前軸主銷孔上下面組合機(jī)床就是用來粗銑加工汽車前軸主銷孔上下面的。實(shí)際中加工汽車前軸主銷孔上下面的通用機(jī)床不但加工速度慢而且加工精度不高，為彌補(bǔ)通用機(jī)床的這一缺陷，相應(yīng)的組合機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生從而也提高生產(chǎn)效率和工件加工精度?？刂葡到y(tǒng)采用 PLC電氣控制方式，以其大規(guī)模的集成電路技術(shù)和嚴(yán)密的生產(chǎn)工藝制造確保系統(tǒng)的強(qiáng)抗擾性和高可靠性。s control system is of great control system adopts the control system based on PLC,which uses modern largescale integrated circuit technology and strict production process,and it can improve the antijamming and reliability of the the same time, PLC also has the plete package, perfect functions, applicability, system design, construction work in small, easy maintenance, easy to transform, small size, light weight, low power consumption, thus ensuring the electrical control of plex processes, so that safe and reliable machine to design is based on the characteristics of PLC control, pleting the design of control system of a PLC as the core technology of singlesided vertical bined machine tool milling the upper and lower surface of the shift main pain hole, the program can take full advantage of the PLC’s logic operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as operation mands, through digital, analog input and output, to control the plexity of the circuit. Key words control system machine tool PLC 6 引 言 工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，無論是過程控制系統(tǒng)還是傳動(dòng)控制系統(tǒng)，都包含著大量的開關(guān)量和模擬量。這種控制系統(tǒng)主要由一些繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)