【文章內容簡介】 :(1) 采用循環(huán)掃描、集中采樣,集中輸出的工作方式。(2) 硬件設計采用模塊式結構并采取屏蔽、濾波、隔離、聯鎖等一系列抗干擾技術,同時增加輸出聯鎖、環(huán)境檢測與故障診斷等提高可靠性電路。(3) 軟件設計中設置實時監(jiān)控、自診斷、信息保護與恢復等程序與硬件電路配合實現各種故障的診斷、處理、 PC 優(yōu)于微機控制的首要特點是它能適應惡劣的工業(yè)環(huán)境。、易于掌握 這是 PC 優(yōu)于微機的另一個特點。梯形圖編程方式是 PC 最常用的編程語言。它與繼電器控制原理圖類似，具有直觀、清晰、修改方便、易掌握等優(yōu)點。3．組合靈活使用方便 由于它采用標準化得到通用模塊結構，能靈活方便地組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。4．功能強，通用性好 現代 PC 具備很強的信息處理功能和輸出控制能力，它既可以對開關量進行控制又可以對模擬量進行控制。5．開發(fā)周期短，功率高 隨著電子技術的發(fā)展和應用領域日益擴大，PC 技術及其產品仍在繼續(xù)發(fā)展，13 / 49其結構不斷改進，功能日益增強，性價比越來越高。10 / 49第 2 章 C650 車床的主要結構與控制要求 C650 車床的主要結構普通車床是一種應用極為廣泛的金屬切削機床，能夠車削外圓、內圓、端面、螺紋和定型表面，并可以通過尾架進行鉆孔、鉸孔、攻螺紋等加工。C650 臥式普通車床屬中型車床，加工工件回轉直徑最大可達 1020mm,長度可達 3000mm。其結構主要由床身、主軸變速箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲桿和光桿等部分組成。車床有兩種運動，一是軸卡盤帶動工件的旋轉運動，稱為主運動（切削運動） ，另一種四溜板刀架頂針帶動刀具的直線運動，稱為進給運動。兩種運動由同一電動機帶動并通過各自的變速箱調節(jié)主軸轉速或進給速度。此外，為提高效率、減輕勞動強度、便于對刀和減小輔助工時，C650 車床的刀架還能快速移動，稱為輔助運動。C650 車床車床由三臺三相籠型異步電動機拖動，即主電動機 M冷卻電動機 M2 和刀架快速移動電動機 M3。 C650 車床的控制要求從車削工藝要求出發(fā)，對各電動機的控制要求主要是：主電動機 M1（30KW）：由它完成主運動的驅動。要求：直接起動連續(xù)運行方式并有點動功能以便調整；能正反轉以滿足螺紋加工需要；由于加工工件轉動慣性大，停車時帶有電氣制動，此外，還要顯示電動機的工作電流以監(jiān)視切削狀況。冷卻電動機 M2：用以加工時提供冷卻液，采用直接起動、單向運行、連續(xù)工作方式?？焖僖苿与妱訖C M3：單向點動、短時工作方式。要求有局部照明和必要的電氣保護與聯鎖。11 / 49 繼電器電氣線路的分析C650 車床 電氣控制原理圖如圖 所示:圖 C650 車床電氣控制原理圖 主電路分析該機床共配置三臺電動機 MM2 和 M3。主電動機 M1（功率為 30kW）完成主軸主運動和刀具進給運動的驅動，采用直接啟動方式，可正反兩個方向旋轉，并可進行正反兩個旋轉方向的電氣制12 / 49動停車。為加工調整方便，還具有點動功能。電動機 M1 控制電路分為四個部分：①由正轉控制接觸器 KM1 和反轉控制接觸器 KM2 的兩組主觸點構成電動機的正反轉電路。②電流表 PA 經電流互感器 TA 接在主電動機 M1 主運動上，以監(jiān)視電動機繞組工作電流變化。為防止電流表被啟動電流沖擊損壞，利用時間繼電器 KT 的動斷觸頭，在啟動的短時間內將電流表暫時短接。③串聯電阻限流控制部分，接觸器 KM3 的主觸點控制限流電阻 R 的接入和切除，在進行點動調整時，為防止連續(xù)的啟動電流造成電動機過載而串入了限流電阻 R，以保證電路設備正常工作。④速度繼電器 KS 的速度檢測部分與電動機的主軸相聯，在停車制動過程中，當主電動機轉速接近零時，其動合觸頭可將控制電路中反接制動的相應電路切斷，完成停車制動。電動機 M2 提供切削液，采用直接啟動停止方式，為連續(xù)工作狀態(tài)，由接觸器 KM4 的主觸點控制其主電路的接通與斷開。快速移動電動機 M3 由交流接觸器 KM5 控制，根據使用需要，可隨時手動控制啟停。為保證主電路的正常運行，主電路中還設置了采用熔斷器的短路保護環(huán)節(jié)和采用熱繼電器的電動機過載保護環(huán)節(jié)。 控制電路分析電源：由控制變壓器 TC（380V/110V，36V）的接線和參數標注可知各接觸器、繼電器線圈電壓等級為～110V，而照明為～ 36V 安全電壓由主令開關 SA控制。主電動機 M1 控制：接通電源 QS+。正向點動 SB1 +→KM1 +（無自保）→M1 串 R 正向點動（SB1 +表示按 SB1并保持）正向起動 SB2+→KM3 +, KT+→短接 R, KA+ →KM1 + (自保) →M1 全壓正向起動(當 n≥120r/min 時) →KS1 + (KT 延時到,起動完成) →轉速達 n,電流表A 接入正向停止制動 SB0+→KM1 ，KM3 ，KT ，KA （當 KS1+時）KM2 +→M1串 R 反接制動 n↓↓(當 n≤100r/min 時) KS1 →KM2 。13 / 49反向制動 （接 SB3）與停車制動（ KS2+）過程與正向類似。采用控制流程來表達電路的過程具有簡單、一目了然的優(yōu)點。其基本步驟是：各自受控點動作后出現的控制結果（利用坐標標注檢索可避免遺漏） 。冷卻泵電動機 SQ6+ →KM4 +（自保）→M2 起動。快速電動機 SQ+（刀架手柄壓動） →KM5 +→M3 起動。 整機線路聯鎖與保護 由 KM1 與 KM2 各自的常閉觸點串接于對方工作電路以實現正反轉運行互鎖。由 FU 及 FU1～FU6 實現短路保護。由 FR1 與 FR2 實現 M1 與 M2 的過載保護（根據 M1 與 M2 額定電流分別整定） 。KM1～KM4 等接觸器采用按鈕與自保控制方式，因此使 M1 與 M2 具有欠電壓與零電壓保護。14 / 49第 3 章 C650 臥式車床改造為 PLC 控制的硬件設計 統(tǒng)計 I/0 的點數根據第 2 章的主電路分析,統(tǒng)計 I/0 的點數如表 31 所示:表 31 I/0 點數的統(tǒng)計類 型 功能 所占點數(個)M1 的停止按鈕 1M1 的點動按鈕 1M1 的正轉按鈕 1M1 的反轉按鈕 1M2 的停止按鈕 1M2 的啟動按鈕 1M3 的限位開關 1M1 的熱繼電器動合觸電 1M2 的熱繼電器動合觸電 1速度繼電器正轉觸點 1輸入設備速度繼電器反轉觸點 1M1 的正轉接觸器 1M1 的反轉接觸器 1M1 的制動接觸器 1M2 接觸器 1M3 接觸器 1 輸出設備電流表接入中間繼電器 115 / 49 PLC 的選型根據設計要求可知，PLC 點數的選擇，不管是輸入點數還是輸出點數都要留有 10%的余量，根據 I/O 口分配情況可知：輸入信號有 11 個，輸出信號有 6個，根據 I/O 點數可選擇 FX2N—24MR 可編程控制器，以滿足控制要求，而且輸入輸出都留有一定的余量。 PLC 的硬件組成與各部分的作用可編程控制器(PLC )是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。其結構如下圖:圖 PLC 硬件基本組成的簡化框圖16 / 49由圖可見， PLC 的硬件是由主機（基本單元） 、I/O 擴展模塊以及各種外部設備組成，通過各自的端口聯成一個整體。其主要組成及各部分作用是: CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路, 存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器, 用戶存儲器包括用戶程序存儲器和數據存儲器兩種，前者用于存放用戶程序，后者用來存放用戶程序執(zhí)行過程中使用 NO/OFF 狀態(tài)量或數值量，以生成用戶數據區(qū)。用戶存儲器內容由用戶根據控制需要可讀可寫，可任意修改、刪除?？刹捎酶呙芏?、低功耗的CMOS RAM 或 EPROM 與 EEPROM。他在 PLC 技術指標中的內存容量系指用戶存儲器容量，是 PC 等級的一項重要指標；系統(tǒng)存儲器用于固化 PLC 生產廠家編寫的各種系統(tǒng)工作程序，相當于單片機的監(jiān)控程序或個人計算機的操作系統(tǒng)，在很大程度上他決定該種 PC 的性能和質量，用戶無法更改或調用。、輸出單元（I/O 單元） I/O 口單元稱為 I/O 接口電路，PLC 程序執(zhí)行過程中需要用的各種開關量、數字量或模擬量等各種外部設備或設定量，都通過輸入電路進入 PLC。而程序執(zhí)行結果又是通過輸出電路送到控制現場實現外部控制功能。由于生產過程當中的信號電平、頻率是多種多樣的，外部執(zhí)行機構所需的電平、頻率也是千差萬別的，而 CPU 處理的信號只是標準電平，其工作節(jié)拍又與外部環(huán)境不一樣。所以 PLC 與通用計算機 I/O 電路有著類似的作用，即電平變換、速度匹配、驅動功率放大、信號隔離等。不同的是，PC 產品的 I/O 單元是顧及其工作環(huán)境和各種要求而經過精心設計和制造的。通用計算機則要求擁護根據使用條件自行開發(fā)，其可靠性、抗干擾能力往往達不到系統(tǒng)要求。17 / 49(1).輸入接口電路各種 PLC 輸入電路大致相同，其輸入方式有三種類型：一種是直流輸入（DC12V 或 24V） ，另一種是交流輸入（AC100～120V 或 200～240V ） ，第三種是交直流輸入（交直流 12V 或 24V） 。外部輸入器件可以是無源觸點，如按鈕、行程開關、主令開關等，也可以是有源器件，如各類傳感器、集電極開路的晶體管接近開關、光電開關等。在 PLC 內部電源容量允許前提下，有源輸入器件可采用 PLC 輸出電源，否則必須外設電源。當輸入信號為模擬量時，信號必須經過專用的模擬量輸入模塊進行 A/D 轉換，然后通過輸入電路進行 PLC。輸入信號是通過輸入斷子經 RC 濾波、光電隔離進入內部電路。圖 12 是一個直流 24V 輸入連路的內部原理線路，由裝在 PLC 面板上的來顯示某一輸入點是否有信號輸入。 圖 24V 輸入接口電路(2).輸出接口電路為適應不同負載需求，各類 PLC 的輸出有三種方式，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。繼電器輸出最常用，適用交直流負