基于plc的龍門(mén)刨床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(定稿)(編輯修改稿)
2025-07-24 18:23 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)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(guò)數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。定義強(qiáng)調(diào)了 PLC 是：（1）數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)——也是一種計(jì)算機(jī)；（2）專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；（3）面向用戶(hù)指令——編程方便；（4）邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)算和算術(shù)操作；（5）數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制；（6）易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體并易于擴(kuò)充。 第一臺(tái)可編程控制器（PLC）于 1969 年問(wèn)世于美國(guó) DEC 公司。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，70 年代中期出現(xiàn)的微處理器到了 70 年代后期便應(yīng)用于PLC 中，使 PLC 的功能大大增強(qiáng)，具有計(jì)算機(jī)功能，而且做到小型和超小型。 自從 1948 年控制器理論的創(chuàng)始人 提出他的控制論，科學(xué)工作者經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的努力，自動(dòng)控制裝置（或器件）有了飛速發(fā)展：從時(shí)間順序的角度來(lái)看，控制器經(jīng)過(guò)了繼電器裝置、電子管器件控制裝置、半導(dǎo)體器件控制裝置和可編程控制器的發(fā)展過(guò)程。雖然這些控制器目前仍有不同程度的應(yīng)用，但最年輕的PLC 最具活力和生命力，大有取代其他控制器之勢(shì)。 上世紀(jì) 80 年代初期，PLC 發(fā)展的主要目標(biāo)是提高性能和功能，如 I/O 總點(diǎn)數(shù)由幾十點(diǎn)發(fā)展到上千個(gè)點(diǎn)。為了滿(mǎn)足一些特殊的要求，PLC 也具備了高速計(jì)數(shù)、定位、定時(shí)等功能單元。到上世紀(jì) 80 年代末期，加強(qiáng) PLC 的聯(lián)網(wǎng)能力卻成了 PLC的發(fā)展趨勢(shì)。PLC 的聯(lián)網(wǎng)可分為二類(lèi)：一類(lèi)是 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)通信。各制造廠家都有自己專(zhuān)有的聯(lián)網(wǎng)手段，即使數(shù)據(jù)通道各異，但都能構(gòu)成分散控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O 系統(tǒng)。另一類(lèi)是 PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)網(wǎng)，也可構(gòu)成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 由于大規(guī)模集成工藝和計(jì)算機(jī)技術(shù)在上世紀(jì) 80 年代得到快速發(fā)展，使 PLC 獲得了發(fā)展和推廣應(yīng)用的黃金時(shí)期。這一時(shí)期也是我國(guó)發(fā)展應(yīng)用 PLC 技術(shù)的初期階段，各高等院校、科研院所與企業(yè)廠家聯(lián)合開(kāi)發(fā) PLC 項(xiàng)目，有的集團(tuán)公司干脆直接與日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的有名 PLC 廠家合作[3]，對(duì)我國(guó)自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)進(jìn)步起到積極推動(dòng)作用。上世紀(jì) 90 年代以來(lái)，對(duì) PLC 的發(fā)展主要表現(xiàn)在更快的處理速度，多 PLC 結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)系統(tǒng)，故障診斷和 PLC 的編程語(yǔ)言與編程工具向標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化發(fā)展。 我國(guó)自動(dòng)化研究和運(yùn)用起步較晚，上個(gè)世紀(jì) 50 年代主要采用繼電器—接觸器控制，速度調(diào)節(jié)主要采用直流調(diào)速裝置控制；從 70 年代末才開(kāi)始有少數(shù)生產(chǎn)線中采用 PLC 進(jìn)行控制；到了上世紀(jì) 80 年代，PLC 和變頻器在我國(guó)才逐步得到廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的生產(chǎn)線采用了 PLC 和交流調(diào)速控制，這使我國(guó)工業(yè)控制的自動(dòng)化水平得到較快的提高，生產(chǎn)線的控制精度、故障率等明顯改善。但是 PLC 還以邏輯控制為主，信息處理功能相對(duì)較差，而調(diào)速器功能也比較單調(diào)，還需要專(zhuān)用裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。上世紀(jì) 90 年代，隨著 PLC 和變頻器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，只需在其外圍增設(shè)一些檢測(cè)設(shè)備就可以構(gòu)成一個(gè)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而大大提高了系統(tǒng)的性能指標(biāo)。PLC具有以下特點(diǎn):（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；（5）體積小，重量輕，能耗低；PLC具有功能強(qiáng)大、使用可靠、維修簡(jiǎn)便等許多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器電路來(lái)說(shuō)，它難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能的和數(shù)字式控制，而且要實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的邏輯控制功能不僅設(shè)計(jì)繁瑣，難以實(shí)現(xiàn)升級(jí)，并易發(fā)故障，維修復(fù)雜，現(xiàn)在已被大中型設(shè)備的控制系統(tǒng)所拋棄。而PLC正被廣泛的應(yīng)用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的飛躍發(fā)展，PLC也不斷得到完善和強(qiáng)大，同時(shí)它的功能也大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，如聯(lián)網(wǎng)通信功能和自診斷功能等。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 針對(duì)原系統(tǒng)的缺陷和改造要求實(shí)現(xiàn)的功能，本文設(shè)計(jì)了以可編程控制器為核心的直流調(diào)速控制系統(tǒng)，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)硬件圖所示。系統(tǒng)通過(guò)全數(shù)字直流調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)主拖動(dòng)直流電機(jī)的自動(dòng)調(diào)速，采用可編程控制器進(jìn)行運(yùn)行邏輯控制和工作臺(tái)零速換向控制，采用電位計(jì)作為調(diào)速元件，用以給定工作臺(tái)速度。針對(duì)原系統(tǒng)特點(diǎn)，經(jīng)分析和研究，系統(tǒng)采用如下配置：主拖動(dòng)直流電機(jī)采用型號(hào)為Z420031，額定電樞電壓為220V，額定直流電流為305A；其余的交流電動(dòng)機(jī)采用型號(hào)為JB24，額定電壓為380V；主電機(jī)全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081，裝置額定直流電壓為420V，額定直流電流為400A；額定功率為168KW，接三相交流380V電源時(shí)，額定輸出直流電壓為420V，接三相交流220V電源時(shí)，額定輸出直流電壓為220V，控制功能強(qiáng)大，過(guò)載能力強(qiáng)，設(shè)置使用方便[6]；可編程控制器采用西門(mén)子的S7200系列，包括主模塊CPU224(AC/DC/繼電器)，數(shù)字量I/0擴(kuò)展模塊(EM223)和模擬量擴(kuò)展模塊(EM231)，運(yùn)行可靠，可在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及WINDOWS平臺(tái)上方便編程；電位計(jì)采用5K
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