【文章內容簡介】 業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及 控制等。 S7200 PLC 的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。 PLC 的特點 PLC 是綜合繼電器接觸器控制優(yōu)點及計算機靈活方便的優(yōu)點而制造和發(fā)展的、這使 PLC具有許多其他控制器無法相比的特點： （ 1）可靠性強，抗干擾能力強 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)場而穩(wěn)定可靠地工作。目前各個生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的 PLC，其平均無故障時間大大超過了 IEC規(guī)定的 10 萬小時。而且為了適應特殊場合需求，有的 PLC 生產(chǎn)廠商還采用差異設計進一步提高其 可靠性。 C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 9 （ 2）通用性強，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構，組合和擴展方便，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各異的空子系統(tǒng)要求。 （ 3）編程語言簡單，易學，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言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電器技術人員的歡迎。近年來又發(fā)展了面向對象的順序控制流程圖語言，也稱功能圖，使編成更加簡單方便。 （ 4）采用模塊化結構，使系統(tǒng)組合靈活方便 PLC 的各個部件，均采用模塊化設計、各模塊之間可由機架和電纜連接。系統(tǒng) 的功能和規(guī)?？筛鶕?jù)用戶的實際需求自行組合，使系統(tǒng)的性能價格更容易趨于合理。 （ 5）系統(tǒng)設計周期短。 由于系統(tǒng)硬件的設計任務僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當?shù)哪K，而不要去設計具體的接口電路，這樣大大的縮短了整個設計所花費的時間，加快了整個工程的進度。 （ 6）對生產(chǎn)工藝改變適應性強。 PLC 的核心是微處理器，它實質上是一種工業(yè)控制計算機，其控制功能是通過軟件編程來實現(xiàn)的。當生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，不必改變 PLC 硬件設備，只需改變 PLC 中的程序。這對現(xiàn)代化的小批量，多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)尤其適合。 （ 7）安裝簡單，調試方 便，維護工作量小。 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)場的各種設備與 PLC 相比的 I/O 端相連，而且 PLC 軟件設計和調試太多可在實驗室進行，模擬調試以后再將 PLC 控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場調試，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。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。 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)，內容小于 4 千字節(jié)。而且并不通過網(wǎng)絡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 作為本次設計的 PLC。 表 31 S7200 CN系列 PLC CPU模塊的技術規(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。 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 C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 11 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，還具有刀開關類手動開關所不能實現(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，觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機構、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。中間繼電器的結構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。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C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 12 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，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： 。 控制開關電器的選擇 （ 1）轉換開關 C650 臥式車床的控制系統(tǒng)的 PLC 控制改造 13 轉換開關又稱組合開關，一般用于電氣設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)。轉換開關由動觸頭（動觸 片）、靜觸頭（靜觸片）、轉軸、手柄、定位機構及外殼等部分組成。其動靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內，當轉換手柄時，每層的動觸片隨方形轉軸一起轉動。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，按此選擇轉換開關。常用的產(chǎn)品有： HZ HZ10和HZ15等系列。本次設計選取 HZ10100/3。 （ 2）按鈕開關盒 按鈕開關（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，再由它們去控制主電路。目前常用的按鈕開關盒為 LA4 系列產(chǎn)品，本次設計選擇的按鈕開關型號為 LA43H。 速度繼電器選擇 速度繼電器是當轉速達到規(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。速度繼電器的結構如圖 31 所示。 圖 31 速度繼電器結構圖 轉子是一塊固定在軸上的永久磁鐵。浮動的定子與轉子同心，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