【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 KM4 主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 FU1～ 5 熔斷器 KA 中間繼電器 FR1 主電機(jī)過(guò)載保護(hù)熱繼電器 KT 通電延時(shí)時(shí)間繼電器 FR2 冷卻泵電機(jī)保護(hù)熱繼電器 SQ 快移電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)行程開(kāi)關(guān) R 限流電阻 SA 開(kāi)關(guān) EL 照明燈 KS 速度繼電器 TA 電流互感器 A 電流表 QF 低壓斷路器 3 系統(tǒng)元器件的概述與選擇 PLC 類型的簡(jiǎn)介 20 世紀(jì) 70 年代末至 80 年代初， PLC 產(chǎn)品的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能使得 PLC 不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制，它以面向工業(yè)控制為特點(diǎn)，普通受到電氣控制領(lǐng)域的歡迎。特別是中小容量 PLC 成功地取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。目前各國(guó)生產(chǎn)的 PLC 品種繁多，發(fā)展迅速。在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)上應(yīng)用較多的 PLC 多為日本、德國(guó)和美國(guó)的產(chǎn)品，如日本 OMRON 公司的 C 系列、日本松下公司的 FP 系列、日本三菱公司的 FX 系列、德國(guó)西門子公司的 S7 系列和美國(guó) ABB 公司的07 系列等。 西門子公司的最新 PLC 產(chǎn)品有 SIMATIC S M7 和 C7 等幾大系列。 S7 系列是傳統(tǒng)意義的 PLC 產(chǎn)品， 其中的 S7200 PLC 是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。 S7200 PLC 的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 PLC 的特點(diǎn) PLC 是綜合繼電器接觸器控制優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活方便的優(yōu)點(diǎn)而制造和發(fā)展的、這使 PLC具有許多其他控制器無(wú)法相比的特點(diǎn)： （ 1）可靠性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng) PLC 生產(chǎn)廠商在硬件和軟件上采 取了一系列抗干擾措施，使他可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定可靠地工作。目前各個(gè)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的 PLC，其平均無(wú)故障時(shí)間大大超過(guò)了 IEC規(guī)定的 10 萬(wàn)小時(shí)。而且為了適應(yīng)特殊場(chǎng)合需求，有的 PLC 生產(chǎn)廠商還采用差異設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高其可靠性。 四川理工學(xué)院成人高等教育 C650臥式車床 PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 （ 2）通用性強(qiáng)，使用方便 由于 PLC 均為系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶可根據(jù)自己的需用靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡(jiǎn)各異的空子系統(tǒng)要求。 （ 3）編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單，易學(xué)，便于掌握。 PLC 的編成可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電器技術(shù)人員的歡迎。近年來(lái)又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樞蚩刂屏鞒虉D語(yǔ)言，也稱功能圖，使編成更加簡(jiǎn)單方便。 （ 4）采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便 PLC 的各個(gè)部件，均采用模塊化設(shè)計(jì)、各模塊之間可由機(jī)架和電纜連接。系統(tǒng)的功能和規(guī)模可根據(jù)用戶的實(shí)際需求自行組合，使系統(tǒng)的性能價(jià)格更容易趨于合理。 （ 5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短。 由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅僅是根據(jù)對(duì)象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要去設(shè)計(jì)具體的接口電路，這樣大大的縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，加快了整個(gè) 工程的進(jìn)度。 （ 6）對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)。 PLC 的核心是微處理器，它實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其控制功能是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，不必改變 PLC 硬件設(shè)備，只需改變 PLC 中的程序。這對(duì)現(xiàn)代化的小批量，多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)尤其適合。 （ 7）安裝簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，維護(hù)工作量小。 PLC 控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器接觸器控制系統(tǒng)少，只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相比的 I/O 端相連，而且 PLC 軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試太多可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，模擬調(diào)試以后再將 PLC 控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，這樣既省時(shí)間又方便，由于 PLC 本身的 可靠性高，又有完善的自診斷能力。一旦發(fā)生故障可以根據(jù)報(bào)警信息迅速查明原因，這樣即保證了工作效率又維護(hù)了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 PLC 型號(hào)的選擇 S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 S7200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7200 系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 四川理工學(xué)院成人高等教育 C650臥式車床 PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。 S7200 系列 PLC 可提供 5 個(gè)不同的基本型號(hào)的 8 種 CPU 可供使用。如表 31 所示 在選用 PLC 上，考慮到只是對(duì) C650 型車床做電器部分的改造，輸出端口需要 6 個(gè)，輸入端口需要 13 個(gè)。改造后的程序只 143 字節(jié)，內(nèi)容小于 4 千字節(jié)。而且并不通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)， 實(shí)用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用 SIMATIC S7200 系列的 S7— 224CN 作為本次設(shè)計(jì)的 PLC。 表 31 S7200 CN系列 PLC CPU模塊的技術(shù)規(guī)范及特性 描述 CPU221 CPU222CN CPU224CN CPU224XP CN CPU226CN 尺寸（ mm） 90 80 62 80 62 140 80 62 196 80 62 數(shù)字量 I/O 6 輸入 /4 輸出 8 輸入 /6 輸出 14 輸入 /10 輸出 24 輸入 /16 輸出 模擬量 I/O 無(wú) 2 輸入 /1 輸出 無(wú) 擴(kuò)展 I/O 模塊 無(wú) 2 7 數(shù)字 I/O 映像 256（ 128 輸入 /128 輸出） 電容后備 50h（ 40℃時(shí)最少 8h） 100h（ 40℃時(shí)最少 70h） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 2KB 8KB 10KB 程序存儲(chǔ)器 4KB 8KB/12KB 12KB/16KB 16KB/24KB 模擬電位器 1 個(gè) 8 位分辨率 2 個(gè) 8 位分辨率 執(zhí)行速度 每條布爾運(yùn)算指令 通信接口 1 個(gè) RS485 接口 2 個(gè) RS485 接口 卡選項(xiàng) 存儲(chǔ)器、電池和實(shí)時(shí)時(shí)鐘 存儲(chǔ)器、電池（實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)置） 高速計(jì)數(shù)器 單相 兩相 4 個(gè) 30kHZ 2 個(gè) 20kHZ 6 個(gè) 30kHZ 4 個(gè) 20kHZ 4 個(gè) 30kHZ， 2 個(gè)200kHZ 3 個(gè)，每個(gè) 20kHZ，1 個(gè) 100kkZ 6 個(gè) 30kHZ 4 個(gè) 20kHZ 脈沖輸出（ DC） 2 個(gè) 20kHZ 2 個(gè) 100kHZ 2 個(gè) 20kHZ 電動(dòng)機(jī)選擇 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用 PLC 控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的邏輯控制線路部分，其余基本無(wú)變化。電動(dòng)機(jī)亦保留原有主軸電機(jī)、冷卻泵電機(jī)、快進(jìn)電機(jī)，詳見(jiàn)表 32。 四川理工學(xué)院成人高等教育 C650臥式車床 PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 表 32 主軸電機(jī)、快進(jìn)電機(jī)、冷卻泵電機(jī)參數(shù)表 參數(shù) 主軸電機(jī) 冷卻泵電機(jī) 快進(jìn)電機(jī) 型 號(hào) Y255M6 Y26312 Y90L2 額定電壓 AC 380V 50Hz AC 380V 50Hz AC 380V 50Hz 額定電流（ A） 額定功率（ KW） 30 額定轉(zhuǎn)速 980 2730 2840 功率因數(shù) 絕緣等級(jí) B E E 其它元器件的選擇 交流接觸器的選擇 交流接觸器是一種頻繁應(yīng)用于工業(yè)電氣控制，并用按鈕或其他方式來(lái)控制其通斷的自動(dòng)切換電器。在功能上除了能自動(dòng)切換外，還具有刀開(kāi)關(guān)類手動(dòng)開(kāi)關(guān)所不能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離操作功能和失壓（或欠壓）保護(hù)功能。其生產(chǎn)方便，價(jià)格低廉，應(yīng)用十分廣泛。 交流接觸器由電磁機(jī)構(gòu)，觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機(jī)構(gòu)、輔助觸點(diǎn)及基座等部分組成。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通入交流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動(dòng)動(dòng)銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時(shí)，安裝在動(dòng)銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)也隨之與靜觸點(diǎn)閉合，使電氣線路接通。當(dāng)斷開(kāi)電磁線圈中的電流時(shí)，磁場(chǎng)消失，接觸 器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開(kāi)的狀態(tài) 。 在工業(yè)電氣中，常用交流接觸器的型號(hào)有 CJX8(B 系列 )CJ1 CJ CJT1(CJ10)、CJX1(3TB、 3TF 系列 )、 CJ SMC 等系列產(chǎn)品。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，采用了 CJ20系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在 控制電流的 1～ , 在此控制主軸電機(jī)的 KMKM KM，選取交流接觸器型號(hào)為： CJ20— 63，線圈電壓 220V；控制冷卻泵電機(jī) KM1 和控制快進(jìn)電機(jī)的 KM2 選取交流接觸器型號(hào)為： CJ20— 10，線圈電壓 220V。 中間繼電器的選擇 中間繼電器用于繼電保護(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過(guò)大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過(guò)小電流。四川理工學(xué)院成人高等教育 C650臥式車床 PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒(méi)有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^(guò)載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國(guó)標(biāo)對(duì)中間繼電器的定義是 K，老國(guó)標(biāo)是 KA。常用的中間繼電器型號(hào)有 JZ JZ14 等。本次設(shè)計(jì)選擇的中間繼電器型號(hào)為 JZ744。 保護(hù)電器的選擇 （ 1）熔斷器 熔斷器在電路中主要作短路保護(hù)和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)，用于保護(hù)線路。 熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)通過(guò)它的電流小于規(guī)定值時(shí)，其熔體相當(dāng)于一根導(dǎo)線，起電氣連接作用；當(dāng)通過(guò)它的電流超過(guò)規(guī)定值（電路發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載或短路時(shí)）一定時(shí)間后，其熔體自動(dòng)熔斷并切斷電路，從而起到保護(hù)作用。一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產(chǎn)品有 RL RL RL7和 RL8系列產(chǎn)品，一般選擇熔體熔斷電流應(yīng)為電機(jī)額定電流的 ～ 倍。則主軸電機(jī)電路熔斷器選取型號(hào)為 :RL1100/、快進(jìn)電機(jī)電路熔斷器選取型號(hào)分別為： RL115/ RL115/ RL115/2。 （ 2）熱繼電器 熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來(lái)工作的保護(hù)電器，具有與電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性相近的反時(shí)限保護(hù)特性。主要用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行保護(hù)。也常與接觸器配合成電池啟動(dòng)器。三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過(guò)電流 (過(guò)載和斷相 )現(xiàn)象，如果過(guò)電流不嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間短，繞組不超過(guò)允許溫升，這種過(guò)電流是允許；如果過(guò)電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置熱繼電器保護(hù)。 選型原則：應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的使用條件、工作環(huán)境、啟動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，電動(dòng)機(jī)的形式以及電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)載能力等加以考慮。一般原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載特性之下，并盡可能地接近，以充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)在短時(shí)過(guò)載和啟動(dòng)瞬間 [(5～ 6)Ie]不受影響。通常熱繼電器選取的額定電流應(yīng)為大于或等于電動(dòng)機(jī)額定電流。整定電流一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的 ～ 倍。主軸電機(jī)電路熱繼電器選取型號(hào)為： JR3663,整定電流為： 60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號(hào)為： JR3620，整定電流為： 。 控制開(kāi)關(guān)電器的選擇 （ 1）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 四川理工學(xué)院成人高等教育 C650臥式車床 PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)又稱組合開(kāi)關(guān)，一般用于電氣設(shè)備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負(fù)載、測(cè)量三相電壓以及直接控制小容量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由動(dòng)觸頭（動(dòng)觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)及外殼等部分組成。其動(dòng)靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄時(shí)，每層的動(dòng)觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。一般選取的原則為允許通過(guò)的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。常用的產(chǎn)品有： HZ