【文章內(nèi)容簡介】 形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用 PLC，對于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC 的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面 加以綜合考慮。 一、 輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%~20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 二、 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式 ，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10~15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 三、 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 運(yùn)算功能 簡單 PLC 的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通 PLC 的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運(yùn)算和其他高級運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能， 有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。 控制功能 控制功能包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單向路或多向路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 通信功能 大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。 PLC 系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接 口、 RIO 通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等；大 中 型 PLC通信總線 (含接口設(shè)備和電纜 )應(yīng) 1： 1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對點(diǎn)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)， CPU只為編程器提供服務(wù) ，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方 式： CPU和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 處理速度 PLC 采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則 PLC 將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。 四、 機(jī)型的選擇 PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU字長分為 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32位、 64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。 整體型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng) ；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。 電源的選擇 一 般 PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果 PLC 本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的。 存儲器的選擇 為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC的存儲器容量，按 256個(gè) I/O點(diǎn)至少選 8K 存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 五、 冗余功能的選擇 控制單元的冗余 重要的過程單元： CPU(包括存儲器 )及電源均應(yīng) 1 比 1 冗余；在需要時(shí)也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、 2 重化或 3 重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。 I/O 接口單元的冗余 控制回路的多點(diǎn) I/O卡應(yīng)冗余配置；重要監(jiān)測點(diǎn)的多點(diǎn) I/O卡可冗余配置；對重要的 I/O 信號，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口單元。 六、 經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需 增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。 第三節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)介紹 一、 三菱數(shù)控產(chǎn)品簡介 三菱公司是國際上有影響力的著名企業(yè)，其生產(chǎn)的產(chǎn)品以性能好、質(zhì)量穩(wěn)定可靠獲得廣大用戶的一致好評，近幾年來，三菱電機(jī)公司加大了在中國大陸推廣 CNC 數(shù)控系統(tǒng)的力度。 數(shù)控機(jī)床的核心是控制器，三菱公司推出了高質(zhì)量、高性價(jià)比的 CNC 系統(tǒng)，它提供了豐富 而先進(jìn)的功能。目前在中國市場推廣使用的有普及型的 E60系列，高性能的 M60S系列數(shù)控系統(tǒng)，以及用于汽車生產(chǎn)線的高檔 C64 CNC 數(shù)控系統(tǒng)，今年又推出了 E6 M700 等系列 CNC 數(shù)控系統(tǒng)。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 二、 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)簡介 數(shù)控加工中心結(jié)構(gòu) 數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示： 圖 數(shù)控加工中心電氣組成結(jié)構(gòu)框圖 由圖 結(jié)構(gòu)框圖可知，加工中心電氣組成分別由 CNC 數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)給伺服軸，主軸及其他軸電力電器、電機(jī)等組成。 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)規(guī)格 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)主要規(guī)格參數(shù)見下表 ： 表 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)主要規(guī)格 車削系統(tǒng) 鉆削系統(tǒng)、銑削系統(tǒng) 型號 M64SL M64SM 最大控制軸數(shù) 14 7 最大 NC 軸數(shù) 12 6 最大主軸數(shù) 4 最大 PLC 軸數(shù) 2 同時(shí)聯(lián)動軸數(shù) 4 輔助軸數(shù) 4 PLC 開發(fā)工具 GX Developer 程序存儲容量（標(biāo)準(zhǔn) /最大） 40/5120 顯示單元 單色 CRT （ 9 寸） 單色 LCD（ 寸 寸） 彩色 LCD（ 寸） MELSEC 網(wǎng)絡(luò) CCLINK 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 M64S 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)具有一般通用數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ,分別由控制單元 /顯示單元、基本 I/O 單元、伺服驅(qū)動單元、伺服電機(jī)、遠(yuǎn)程 I/O 單元、 RS232 等設(shè)備組成，如圖所示： 圖 (a) 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 三菱 M64S 數(shù)控?cái)?shù)控系統(tǒng)的功能強(qiáng)大 ， 故當(dāng)其用于加工中心時(shí)的各功能組件也很多，有些組 件在本次設(shè)計(jì)中并未遇到，所以在此次設(shè)計(jì)中可將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稍作簡化，如圖 （ b）所示，每一個(gè)單元的安裝與連接在下面章節(jié)均有介紹。 圖 （ b） 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1）所有 M64S 系列控制器都標(biāo)準(zhǔn)配備了 RISC 64 位 CPU，具備目前世界上最高水準(zhǔn)的硬件性能。 （ 2）高速高精度即能對應(yīng)，尤為適合模具加工。 （ 3） SSS（ Super Smooth Surface）超高平滑表面控制，大幅改善模具加工精度及時(shí)間要求。 （ 4）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)藏對應(yīng)全世界主要通用的 12 種多國語 言操作界面。 （ 5）可對應(yīng)內(nèi)含以太網(wǎng)絡(luò)和 IC 卡界面，即使在程序運(yùn)轉(zhuǎn)中，所有內(nèi)藏資料都可以傳輸對立。 （ 6）坐標(biāo)顯示轉(zhuǎn)換可自由切換（程序值顯示或手動插入量顯示切換） （ 7）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)藏波形顯示功能，工件位置坐標(biāo)及中心點(diǎn)測量功能。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 8）緩沖區(qū)修正機(jī)能擴(kuò)展，可對應(yīng) HPS/計(jì)算機(jī)鏈接 B/DNC/記憶 /MDI 等模式。 （ 9）圖形顯示機(jī)能改進(jìn)；可含有刀具路徑資料，以充分顯示工件坐標(biāo)及刀具補(bǔ)償?shù)膶?shí)際位置。 （ 10）簡易式對話程序軟件。 （ 11）可對應(yīng) Windows 操作環(huán)境的 PLC 開發(fā)軟件 GX Developer。 （ 12） 特殊 G 代碼和固定循環(huán)程序，如 G12/13， G34/35/36， 等。 （ 13）新機(jī)能擴(kuò)展追加，根據(jù)市場，滿足客戶請求，詳細(xì)給營業(yè)單位。 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章主要介紹 CNC 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念、組成和特點(diǎn)， 經(jīng)過對 PLC 選型方法的介紹，我選擇了三菱 M64S 作為此次立式加工中心設(shè)計(jì)的中心部分， 三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)是目前比較先進(jìn)的控制系統(tǒng)， 同時(shí)我也列出了 三菱 M64S 的一些特點(diǎn)。 對 CNC系統(tǒng)有了一定的了解后，我們就可以設(shè)計(jì)其電氣原理圖和主電路圖。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第二 章 立式加工中心電氣原理圖設(shè)計(jì) 第一節(jié) 數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)概述 數(shù)控加工中心擁有較為復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它需要多個(gè)電機(jī)來完成其相應(yīng)的功能，比如：刀臂電機(jī)、刀庫電機(jī)、切削液電機(jī)、主軸冷卻液電機(jī)、排屑電機(jī)以及主軸和進(jìn)給軸的伺服電機(jī)等。這些電機(jī)的功率大小和速度都是根據(jù)數(shù)控加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)來選擇的。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中是基于數(shù)控加工中心510 來進(jìn)行的，所以進(jìn)給軸驅(qū)動使用 MDSBSPJ237，進(jìn)給軸電機(jī) X、 Y 軸使用型號為 HC152TA47 的伺服電機(jī)， Z 軸使用型號為 HC152BTA47 與其他兩進(jìn)給軸之間的區(qū)別 在于有包閘功能 ,主軸 驅(qū)動單元型號為 MDSBSPJ237，主軸電機(jī)型號 。 數(shù)控加工中心的核心部分是控制單元，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用三菱 M64S 數(shù)控系統(tǒng)，它包括控制單元 FCA65S、監(jiān)控單元 FCU6DUN33+KB20/KB基本 I/O 單元 FCU6DX45手輪 HD60。通過他們之間的共同作用可以控制加工中心各個(gè)運(yùn)動部件和加工部件。 加工中心的電氣控制設(shè)計(jì)如圖 所示，共有以下幾個(gè)部分組成，包括CNC 電路，電器主電路， PLC 和 I\O 接口電路等，三菱 M64S 控制單元，它是整個(gè) 數(shù)控系統(tǒng)的核心，是對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和運(yùn)算，并輸出相關(guān)命令等。顯示單元主要是顯示有關(guān)信息，以便人機(jī)交互?；?I\O 單元主要是 NC 系統(tǒng)與操作面板機(jī)床纖維開關(guān)，指示燈等之間信號的傳輸。其內(nèi)部軟件設(shè)計(jì)主要是PLC 程序和各個(gè) NC 參數(shù)的設(shè)定。 加工中心電氣總框圖如下： 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 加 工中心電氣圖 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第二節(jié) 數(shù)控加工中心主回路 /電氣控制回路 一、 主回路 /電氣控制回路簡述 作為通用數(shù)控加工中心，在主回路部分我設(shè)計(jì)了冷卻電機(jī)和排屑電機(jī)，分別由相應(yīng)的接觸器控制其運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)電機(jī)要接地。 電氣控制