【文章內(nèi)容簡介】 PLC 相比的 I/O 端相連，而且 PLC 軟件設(shè)計和調(diào)試太多可在實驗室進行，模擬調(diào)試以后再將 PLC 控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場調(diào)試，這樣既省時間又方便，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)報警信息迅速查明原因，這樣即保證了工作效率又維護了生產(chǎn)的正常進行。 PLC 型號的選擇 S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 S7200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò) 皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此S7200 系列具有極高的性能 /價格比。 C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 10 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。 S7200 系列 PLC 可提供 5 個不同的基本型號的 8 種 CPU 可 供使用。 如表 31 所示 在選用 PLC 上，考慮到只是對 C650 型車床做電器部分的改造，輸出端口需要 6 個，輸入端口需要 13 個。改造后的程序只 143 字節(jié)，內(nèi)容小于 4 千字節(jié)。而且并不通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠程控制。因此，考慮到經(jīng)濟，實用，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 2 輸入 /1 輸出 無 擴展 I/O 模塊 無 2 7 數(shù)字 I/O 映像 256（ 128 輸入 /128 輸出） 電容后備 50h（ 40℃時最少 8h） 100h（ 40℃時最少 70h） 數(shù)據(jù)存儲器 2KB 8KB 10KB 程序存儲器 4KB 8KB/12KB 12KB/16KB 16KB/24KB 模擬電位器 1 個 8 位分辨率 2 個 8 位分辨率 執(zhí)行速度 每條布爾運算指令 通信接口 1 個 RS485 接口 2 個 RS485 接口 卡選項 存儲器、電池和實 時時鐘 存儲器、電池（實時時鐘內(nèi)置） 高速計數(shù)器 單相 兩相 4 個 30kHZ 2 個 20kHZ 6 個 30kHZ 4 個 20kHZ 4 個 30kHZ， 2 個200kHZ 3 個，每個 20kHZ，1 個 100kkZ 6 個 30kHZ 4 個 20kHZ 脈沖輸出（ DC） 2 個 20kHZ 2 個 100kHZ 2 個 20kHZ 電動機選擇 本次畢業(yè)設(shè)計使用 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，其余基本無變化。電動機亦保留原有主軸電機、冷卻泵電機、快進電機，詳見表 32。 C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 11 表 32 主 軸電機、快進電機、冷卻泵電機參數(shù)表 參數(shù) 主軸電機 冷卻泵電機 快進電機 型 號 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 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 一種頻繁應用于 工業(yè)電 氣 控制，并 用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動 切換電器 。 在功能上除了能自動切換外，還具有刀開關(guān)類手動開關(guān)所不能實現(xiàn)的遠距離操作功能和失壓（或欠壓）保護功能。其生產(chǎn)方便，價格低廉，應用十分廣泛。 交流接觸器由電磁 機構(gòu) ， 觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機構(gòu)、輔助觸點及基座 等部分組成。其原理是當接觸器的電磁線圈通入交流電時，會產(chǎn)生很強的磁場使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動動銜鐵，當兩組銜鐵合攏時，安裝在動銜鐵上的動觸點也隨之與靜觸點閉合，使電氣線路接通。當斷開電磁線圈中的電流時，磁場消失，接觸器在彈簧的作用下恢復到斷開的狀態(tài) 。 在工業(yè)電氣中，常用交流接觸器的型號有 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)計中，采用了 CJ20系列的交流接觸器，其額定電流應在控制電流的 1～ , 在 此控制主軸電機的 KMKM KM，選取交流接觸器型號為： CJ20— 63，線圈電壓 220V；控制冷卻泵電機 KM1 和控制快進電機的 KM2 選取交流接觸器型號為： CJ20— 10，線圈電壓 220V。 中間繼電器的選擇 中間繼電器 用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號。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大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 12 所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點的，因為過載 能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國標對中間繼電器的定義是 K，老國標是 KA。 常用的 中間 繼電器型號有 JZ JZ14 等。 本次設(shè)計選擇的 中間繼電器型號 為 JZ744。 保護電器的選擇 （ 1）熔斷器 熔斷器在電路中主要作短路保護和嚴重過載保護，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，當通過它的電流小于規(guī)定值時，其熔體相當于一根導線，起電氣連接作用；當通過它的電流超過規(guī)定值（電路發(fā)生嚴重過載或短路時）一定時間后，其熔體自動熔斷并切斷電路，從而起到保護作用。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為電機額定電流的 ～ 倍。則主軸電機電路熔斷器選取型號為 :RL1100/、快進電機電路熔斷器選取型號分別為： RL115/ RL115/ RL115/2。 （ 2）熱繼電器 熱繼電器是利用電流熱效應原理來工作的保護電器，具有與電動機容許過載特性相近的反時限保護特性。主要用于電動機的過載保護、斷相及電流不平衡運行保護。也常與接觸器配合成電池啟動器。三相異步電動 機在實際運行中，常會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流 (過載和斷相 )現(xiàn)象，如果過電流不嚴重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴重，持續(xù)時間較長，則會加快電動機絕緣老化，甚至會燒毀電動機，因此，在電動機回路中應設(shè)置熱繼電器保護。 選型原則：應根據(jù)被保護對象的使用條件、工作環(huán)境、啟動情況、負載性質(zhì)，電動機的形式以及電動機允許的過載能力等加以考慮。一般原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動機的過載特性之下，并盡可能地接近，以充分發(fā)揮電動機的過載能力，同時使電動機在短時過載和啟動瞬間 [(5～ 6)Ie]不受影響。通常熱繼電器選取的額定電流應為大于或等于電動機額定電流。整定電流一般為電動機額定電流的 ～ 倍。主軸電機電路熱繼電器選取型號為： JR3663,整定電流為： 60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號為： JR3620，整定電流為： 。 控制開關(guān)電器的選擇 （ 1）轉(zhuǎn)換開關(guān) C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 13 轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱組合開關(guān)，一般用于電氣設(shè)備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負載、測量三相電壓以及直接控制小容量感應電動機的運行狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開關(guān)由動觸頭（動觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機構(gòu)及 外殼等部分組成。其動靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當轉(zhuǎn)換手柄時，每層的動觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。一般選取的原則為允許通過的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的產(chǎn)品有： HZ HZ10和HZ15等系列。本次設(shè)計選取 HZ10100/3。 （ 2）按鈕開關(guān)盒 按鈕開關(guān)（簡稱按鈕）又稱控制按鈕，是一種接通或斷開小電流電路的手動開關(guān)電器，一般不直接去控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出啟動或停止“命令”以遠距離控制接觸器、繼電器、電磁啟動器等電器線圈電流的接通或斷開，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐?。目前常用?按鈕開關(guān)盒為 LA4 系列產(chǎn)品，本次設(shè)計選擇的按鈕開關(guān) 型號 為 LA43H。 速度繼電器選擇 速度繼電器是當轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值時觸頭動作的繼電器。主要用于電動機反接制動控制電路中，當反接制動的轉(zhuǎn)速下降到接近零時能自動地及時切斷電源。速度繼電器的結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 圖 31 速度繼電器結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)子是一塊固定在軸上的永久磁鐵。浮動的定子與轉(zhuǎn)子同心，而且能獨自偏擺，定子由硅鋼片疊成，并裝有籠型繞組。速度繼電器的軸與電動機軸相連，電動機旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，形成旋轉(zhuǎn)磁場。籠型繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應 電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子隨轉(zhuǎn)子向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向偏擺，定子柄推動相應觸頭動作。定1—— 轉(zhuǎn)子 2—— 電動機軸 3—— 定子 4—— 籠型繞組 5—— 定子柄 6—— 動觸頭 7—— 反力彈簧 8—— 靜觸 頭 C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 14 子柄推動觸頭的同時，也壓縮反力彈簧，其反作用阻止定子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降到一定數(shù)值時，電磁轉(zhuǎn)矩小于反力彈簧的反作用力矩，定子返回原來位置，對應的觸頭恢復原始狀態(tài)。調(diào)整反力彈簧的拉力即可改變觸頭動作的轉(zhuǎn)速。 機床上常用的速度繼電器有 JY1 型、 JFZ0 型兩種。一般速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速為120r/min，觸頭復位轉(zhuǎn)速為 100r/min 以下。本次設(shè)計選擇的速度繼電器 型號 為 JY1 型速度繼電器 500V、 2A。 4 PLC 控制電路設(shè)計 PLC 的硬件電路框圖 世界各國各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC 雖然外觀各異，但作為工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)都大體相同。主要由中央處理器（ CPU）、存儲器（ RAM、 ROM）、輸入輸出單元（ I/O）接口、電源及外圍編程設(shè)備等幾大部分構(gòu)成。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示。 圖 41 PLC 硬件結(jié)構(gòu)框圖 車床控制 PLC 輸入 /輸出接口分配表及電氣原理圖 車床控制 PLC 輸入 /輸出接口分配表（表 41） C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 15 表 41 I/O接口分配表 序號 名稱 符號 輸入端子 序號 名稱 符號 輸出端子 1 控制燈 EL 開 SB7 X0 14 控制照 明燈 EL Y0 2 控制燈 EL 關(guān) SB8 X1 15 主電機正 轉(zhuǎn)接觸器 KM3 Y1 3 主電機正 向啟動按鈕 SB1 X2 16 短接限 流電阻 KM Y2 4 總停止 按鈕 SB4 X3 17 主電機反 轉(zhuǎn)接觸器 KM4 Y3 5 主電機過 載保護 FR1 X4 18 冷卻泵電 機接觸器 KM1 Y4 6 主電機正向點 動啟動按鈕 SB6 X5 19 快移電動 機接觸器 KM2 Y5 7 速度繼電器 正轉(zhuǎn)觸點 KS1 X6 8 主軸反 向啟動 SB2 X7 9 速度繼電器 反轉(zhuǎn)觸點 KS2 X10 10 冷卻泵啟 動按鈕 SB3 X11 11 冷卻泵停 止按鈕 SB5 X12 12 行程 開關(guān) SQ X13 13 冷卻泵電機 過載保護 FR2 X14 PLC 控制原理電路設(shè)計 由表 41 I/O 口分配表可以知道，輸入部分：按鈕 SB4 為整個控制系統(tǒng)的停止開關(guān)；按鈕 SB SB2 及 SB6 分別控制主軸電機 M1 的正反轉(zhuǎn)及點動控制；按鈕 SB SB5 分 別控制冷卻泵電機的 M2 啟動與停止；按鈕 SB SB8 分別控制 HL 的照明于熄滅；行程開關(guān) SQ控制快進電機的點動；熱繼電器常閉開關(guān) FR1， FR2 分別為 M M2 的過載保護；速度繼電器 KS KS2 分別輔助主軸電機 M1 的正反轉(zhuǎn)制動。輸出部分： KM KM4 接觸器分別控制主軸電機 M1 的正