【文章內(nèi)容簡介】 態(tài) — 第二章 11 圖 FX2N的基本性能規(guī)格圖 （ b） 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第二章 12 、 PLC 的 I/O 分配表 本控制系統(tǒng)的 PLC 的輸入、輸出點數(shù)的確定 是 根據(jù)控制系統(tǒng) 設(shè)計要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。 （ 1） PLC 的輸入端口包括 自動循環(huán)工作按鈕 、 點動按鈕、 油泵啟動、總停按鈕 、 SA1 等，還包括電動機的熱保護繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點。 （ 2） PLC 的輸出端口包括 運行 指示 燈、交流接觸器、繼電器等。 PLC 的 I/O 分配表如下所示： 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第二章 13 、 PLC 的 I/O 分配圖 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第二章 14 、 變頻調(diào)速器 、變頻器 的概述 變頻器是把工頻電源 (50Hz 或 60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的 控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的 CPU 以及一些相應(yīng)的電路。 變頻器的分類 —— 按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為 PAM 控制變頻器、 PWM 控制變頻器和高載頻 PWM 控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為 V/f 控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、 高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 、變頻器原理 變頻器的基本構(gòu)成 變頻器分為交 交和交 直 交兩種形式。交 交變頻器可將工頻交流直接轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流，交 直 交變頻器則是先把工頻交流通過整流器轉(zhuǎn)換成直流，然后再把直流轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流，其基本構(gòu)成如圖 6 所示。主要由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成。 整流器主要是將電網(wǎng)的交流整流成直流；逆變器是通過三相橋式逆變電路將直流轉(zhuǎn)換成任意頻率的三相交流；中間環(huán)節(jié)又叫中間儲能環(huán)節(jié)；由于變頻器的負(fù)載 一般為電動機，屬于感性負(fù)載，運行中中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率交換，這種無功功率將由中間環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖；控制電路主要是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流圖 交 — 直 — 交變頻器的基本構(gòu)成 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第二章 15 器的電壓控制以及完成各種保護功能。 變頻器的調(diào)速原理 三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式： )1(60)1(0 sp fsnn ???? 式中 0n — 同步轉(zhuǎn)速 。f — 電源頻率，單位為 Hz。p — 電動機極對數(shù) 。s — 電動機轉(zhuǎn)差率。 從公式可知，改變電源頻率即可實現(xiàn)調(diào)速。 對異步電動機實行調(diào)速時，希望主磁通保持不變，因為磁通太弱，鐵芯利用不充分，同樣轉(zhuǎn)子電流下轉(zhuǎn)矩減小，電動機的負(fù)載能力下降；若磁通太強，鐵芯發(fā)熱，波形變壞。 如何實現(xiàn)磁通不變？根據(jù)三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為 : mNfE ?? 111 式中 1f — 電動機定子頻率，單位為 Hz。 1N — 定子相繞組有效匝 數(shù) 。 m? — 每極磁通量，單位為 Wb。 從公式可知，對 1E 和 1f 進行適當(dāng)控制即可維持磁通量不變。 因此，異步電動機的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第二章 16 、變頻器的選型 根據(jù)設(shè)計的機床控制系統(tǒng)對電機的功率 、性能等等的 要求，本機床控制系統(tǒng)設(shè)計選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的 FRF700 系列 通用 變 頻 器 中的FRF74022KCHT1。 變頻器的參數(shù) —— 變頻器用于單純可變速運行時，可按出廠設(shè)定的參數(shù)運行即可，若考慮負(fù)荷、運行方式時，必須設(shè)定必要的參數(shù)。對于三菱FRFR74022KCHT1 變頻器的性能參數(shù)，可以根據(jù)實際需要來設(shè)定，文中僅介紹一些常用的參數(shù)，有關(guān)其他參數(shù)，請參考附錄或有關(guān)設(shè)備使用手冊。 簡單參數(shù)一覽表 如下 ： 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第二章 17 變頻器 的 端子 —— FRF74022KCHT1 型變頻器的主接線一般有 6 個端子，其中輸入端子 R（ L1）、 S（ L2）、 T（ L3）接三相電源；輸出端子 U、 V、 W 接三相電動機，切記不能接反，否則，將損毀變頻器，其接線如變頻器端子接線圖所示。 變頻器端子接線 如 圖 所示 ： 圖 變頻器端子接線 圖 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第二章 18 、主電路 設(shè)計 圖 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第三章 19 三、 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計包括了系統(tǒng)硬件設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計兩部分，在上一章已經(jīng)介紹了本系統(tǒng)的硬件設(shè)計。本章在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，將介紹本系統(tǒng)軟件設(shè)計，主要包括軟件設(shè)計的基本步驟、方法，編程軟件 GXDeveloper 的介紹以及本系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計 等。 、 PLC 的編程語言與編程方法 、 PLC的編程語言 PLC 的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。目前，還沒有一種對各廠家產(chǎn)品都能兼容的編程語言。如三菱公司的產(chǎn)品有它自己的編程語言， OMRON 公司的產(chǎn)品也有它自己的語言。但不管什么型號的PLC， 其編程語言都具有以下特點： 圖形式指令結(jié)構(gòu) 、 明確的變量常數(shù) 、 簡化的程序結(jié)構(gòu) 、 簡化應(yīng)用軟件生成過程 、 強化調(diào)試手段 。 總之， PLC 的編程語 言是面向用戶的，對使用者不要求具備高深的知識、不需要長時間的專門訓(xùn)練。 IEC 中的 PLC 編程語言標(biāo)準(zhǔn)中有五種編程語言：順序功能圖編程語言、梯形圖編程語言、功能塊圖編程語言、指令語句表編程語言、結(jié)構(gòu)文本編程語言。 最常用的就是梯形圖編程語言和指令語句表編程語言。 梯形圖編程語言：是在原繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。它是目前用得最多的 PLC 編程語言。 注意：梯形圖表示的并不是一個實際電路而只是一個控制程序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即所謂 “ 軟接線 ” 。它們 并非是物理實體，而是“軟繼電器”。每個“軟繼電器”僅對應(yīng) PLC 存儲單元中的一位。該位狀態(tài)為“ 1”時，對應(yīng)的繼電器線圈接通，其常開觸點閉合、常閉觸點斷開；狀態(tài)為“ 0”時，對應(yīng)的繼電器線圈不通，其常開、常閉觸點保持原態(tài)。 梯形圖編程格式： （ 1）梯形圖按行從上至下編寫，每一行從左往右順序編寫。 PLC 程序執(zhí)行基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第三章 20 順序與梯形圖的編寫順序一致。 （ 2）梯形圖左、右邊垂直線稱為起始母線、終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止于繼電器線圈或終止母線（有些 PLC 終止母線可以省略）。 （ 3）梯形圖的起始母線與線圈 之間一定要有觸點，而線圈與終止母線之間則不能有任何觸點。 指令語句表編程語言：助記符語言類似于計算機匯編語言，用一些簡潔易記的文字符號表達 PLC 的各種指令。同一廠家的 PLC 產(chǎn)品，其助記符語言與梯形圖語言是相互對應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。 助記符語言常用于手持編程器中，梯形圖語言則多用于計算機編程環(huán)境中 。 、 PLC的編程方法 在設(shè)計 PLC 程序時，可以根據(jù)自己的實際情況，采用下列不同的方法。 經(jīng)驗法 即是運用自己的或別人的經(jīng)驗進行設(shè)計，設(shè)計前選擇與設(shè)計要求相類似的成功的例子，并進行修改，增刪部分功能 或運用其中部分程序，直至適合自己的情況。在工作過程中，可收集與積累這樣成功的例子，從而可不斷豐富自己的經(jīng)驗。 解析法 可利用組合邏輯或時序邏輯的理論，并運用相應(yīng)的解析方法，對其進行邏輯關(guān)系的求解，然后再根據(jù)求解的結(jié)果，畫成梯形圖或直接寫出程序。解析法比較嚴(yán)密，可以運用一定的標(biāo)準(zhǔn)，使程序優(yōu)化，可避免編程的盲目性，是較有效的方法。 圖解法 圖解法是靠畫圖進行設(shè)計。常用的方法有梯形圖法、時序圖（波形圖）法及流程圖法。 梯形圖法是基本方法，無論是經(jīng)驗法還是解析法，若將 PLC 程序轉(zhuǎn)化成梯形圖后，就要用到梯形圖 法。 時序圖（波形圖）法適合于時間控制電路，將對應(yīng)信號的波形畫出后，再依時間邏輯關(guān)系去組合，就可很容易把電路設(shè)計出。 基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第三章 21 流程圖法是用框圖表示 PLC 程序執(zhí)行過程及輸入條件與輸出關(guān)系，在使用步進指令的情況下，用它設(shè)計是很方便的。 圖解法和解析法不是彼此獨立的。解析法要畫圖，圖解法也要列解析式，只是兩種方法的側(cè)重點不一樣。 技巧法 技巧法是在經(jīng)驗法和解析法的基礎(chǔ)上，運用技巧進行編程，以提高編程質(zhì)量。還可以使用流程圖做工具，講巧妙的設(shè)計形式化，進而編制所需要的程序。該方法是多種編程方法的綜合應(yīng)用。 計算機輔 助設(shè)計 計算機輔助設(shè)計是利用 PLC 通過上位鏈接單元與計算機實現(xiàn)鏈接，運用計算機進行編程。該方法需要有相應(yīng)的編程軟件。 、 PLC 編程軟件概述 三菱 PLC 編程軟件 GXDeveloper 是三菱通用性較強的編程軟件，它能夠完成 Q 系列、 QnA 系列、 A 系列（包括運動控制 CPU）、 FX 系列 PLC 梯形圖、指令表、SFC 等的編輯。該編程軟件能夠?qū)⒕庉嫷某绦蜣D(zhuǎn)換成 GPPQ、 GPPA 格式的文檔，當(dāng)選擇 FX 系列時，還能將程序存儲為 FXGP（ DOS）、 FXGP（ WIN）格式的文檔，以實現(xiàn)與 FXGP/WINC 軟件的文件互 換。該編程軟件能夠?qū)?Excel、 Word 等軟件編輯的說明性文字、數(shù)據(jù)，通過復(fù)制、粘貼等簡單操作導(dǎo)入程序中，使軟件的使用、程序的編輯更加便捷。 此外， GXDeveloper 編程軟件還具有以下特點。 （ 1）操作簡便 ①標(biāo)號編程。用標(biāo)號編程制作程序的話，就不需要認(rèn)識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。用標(biāo)號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。 ②功能塊。功能塊是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易，此外， 零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序使得順序輸入錯誤。 ③宏。只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令，就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈基于 PLC的組合機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與組態(tài) — 第三章 22 活利用了。 （ 2）能夠用各種方法和可編程控制器 CPU 連接 ①經(jīng)由串行通信口與可編程控制器 CPU 連接； ②經(jīng)由 USB 接口與可編程控制器 CPU 連接； ③經(jīng)由 MELSEC NET/10（ H）與可編程控制器 CPU 連接； ④經(jīng)由 MELSEC NET（ II）與可編程控制器 CPU 連接； ⑤經(jīng)由 CCLink 與可編程控制器 CPU 連 接； ⑥經(jīng)由 Ether 與可編程控制器 CPU 連接； ⑦經(jīng)由計算機接口與可編程控制器 CPU 連接； （ 3）豐富的調(diào)試功能 ①由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。通過該軟件可進行模擬在線調(diào)試，不需要與可編程控制器連接。 ②在幫助菜單中有 CPU 出錯信息、特殊繼電器 /特殊寄存器的說明等內(nèi)容，所以對于在線調(diào)試過程中發(fā)生錯誤，或者是程序編輯中想知道特殊繼電器 /特殊寄存器的內(nèi)容的情況下，通過幫助菜單可非常簡便的查詢到相關(guān)信息。 ③程序編輯過程中發(fā)生錯誤時，軟件會提示錯誤信息或錯誤原因，所以能大幅度 縮短程序編輯的時間。 GXDeveloper 編程軟件的操作界面為圖 7所示 ，該操作界面大致由下拉菜單、工具條、編程區(qū)、工程數(shù)據(jù)列表、狀態(tài)條等部分組成。這里需要特別注意的是在FXGP/WINC 編程軟件里稱編輯的程序為文件，而在 GXDeveloper 編程軟件中稱之為工程。 與 FXGP/WINC 編程軟件的操作界面相比，該軟件取消了功能圖、功能鍵，并將這兩部分內(nèi)容合并，作為梯形圖標(biāo)記工具條；新增加了工程參數(shù)列表、數(shù)據(jù)