【導(dǎo)讀】大大提高C5225型立式車床的工作性能。論文通過分析C5225型立式車床的控制。圖的繪制、PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)。對PLC控制C5225型立式車床的工作過程。相應(yīng)的聲光報(bào)警信號。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的實(shí)用性，還制作了模擬樣機(jī)驗(yàn)證在本文中。設(shè)計(jì)的功能以便在模擬樣機(jī)的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的不足之處，及時(shí)的對其進(jìn)行修改，以便更好的完善整個C5225機(jī)床電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 刀架有 4 臺分別為左立刀架快進(jìn)電機(jī)；左立刀架進(jìn)給電機(jī)；右立刀架快進(jìn)電機(jī)；右立刀架進(jìn)給電機(jī)，刀架電機(jī)均屬于短時(shí)工作制電機(jī)，而刀架的快進(jìn)已經(jīng)進(jìn)給電機(jī)均為點(diǎn)動的工作方式運(yùn)作，而左立刀架快進(jìn)電機(jī)與右立刀架快進(jìn) 電機(jī)的工作性質(zhì)相同，經(jīng)計(jì)算選型得出電機(jī)的型號為 Y112M6，額定功率為 ，額定電流為；左立刀架進(jìn)給電機(jī)與右立刀架進(jìn)給電機(jī)的工作性質(zhì)相同，經(jīng)計(jì)算選型得出電機(jī)的型號為 Y90L6，額定功率為 ，額定電流為 ，從電機(jī)的額定功率以及額定電流得知，刀架電機(jī)的啟動方式均為直接啟動，而刀架電機(jī)的運(yùn)過關(guān)系到加工精度的問題，因此不適合連續(xù)運(yùn)作的方式，因此采用點(diǎn)動的運(yùn)行方式使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，由于加工工藝的特性，因此刀架電機(jī)不能進(jìn)行反轉(zhuǎn)，因此需要在左右兩邊分別放置一臺電機(jī)控制刀架機(jī)構(gòu)做左右運(yùn)動，綜合以 上考慮這 4 臺電機(jī)均為直接啟動，運(yùn)行方式均為點(diǎn)動運(yùn)行，無正反轉(zhuǎn)控制電路，如 34 圖所示為刀架電機(jī)電路。 圖 33 橫梁升降電機(jī)回路圖 圖 34 刀架電機(jī)控制回路圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)論文專用紙 第 18 頁 共 47 頁 控制電路工作流程概述 C5225 機(jī)床共配置 7 臺電機(jī)。工作臺主拖動電機(jī)通過變速箱實(shí)現(xiàn) 16 中轉(zhuǎn)速的變化，工作臺由主拖動電機(jī)經(jīng)變速箱直接啟動和制動，工作臺僅有正向工作轉(zhuǎn)動，但可以作正，反向點(diǎn)動，以便于調(diào)整刀具，工作臺采用 能耗制動。為減小主拖動電機(jī) 1M 的 啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，在工作臺啟動時(shí)，由接觸器 YKM 將繞組接成 Y 形啟動，在激動完成后，使接觸器 YKM 失電， ?KM 得電 , 1M 接成三角形運(yùn)行；在工作臺點(diǎn)動控制時(shí)，電路只能接通 YKM ，不能接通 ?KM ，使工作臺在 Y 形接法下正向點(diǎn)動貨反向點(diǎn)動，有效地減小了 1M 的啟動電流。為使工作臺停車準(zhǔn)確、平穩(wěn)，保證加工精度，停車時(shí)將主拖動電動機(jī) 1M 的三相交流電源斷開，由接觸器 3KM 接通橋式整流能耗制動電路，對 1M 進(jìn)行能耗制動。與 1M 同軸旋轉(zhuǎn)的速度繼電器 KS 用于檢測電動機(jī)是否停轉(zhuǎn)。當(dāng) 1M 的轉(zhuǎn)速下 降到100r/min 一下時(shí)， KS 的動觸合觸點(diǎn) KS 斷開， 3KM 失電，制動結(jié)束。 油泵電機(jī) 2M ：供給機(jī)床工作臺潤滑油和液壓裝置的壓力油。為保證機(jī)床在潤滑良好的情況下工作，將 4KM 的輔助動合觸點(diǎn) 4KM 串在 控制電路的供電電路中。因此，必須先啟動油泵電動機(jī) 2M ,機(jī)床才能工作。 橫梁升降電動機(jī) 3M ： 3M 由接觸器 9KM 、 10KM 控制其正、反轉(zhuǎn)，通過機(jī)械傳動使橫梁沿立柱導(dǎo)軌上下移動。 立刀架快速電動機(jī)和立刀架進(jìn)給電機(jī) 74 ~MM ： 4M 為右立刀架快速進(jìn)給電動機(jī)，5M 為右立刀架進(jìn)給電動機(jī)， 6M 為左立刀架快速電動機(jī)， 7M 為左立刀架進(jìn)給電動機(jī)，分別由接觸器 5KM 、 6KM 、 7KM 、 8KM 控制，單向旋轉(zhuǎn)。左右立刀架各個方向的運(yùn)動分別由各自的電磁離合器進(jìn)行控 制。 行程開關(guān)的作用： QS 為工作臺 16 級變速開關(guān)。 1SQ 為機(jī)械聯(lián)鎖杠桿觸動的變速行程開關(guān)，其觸點(diǎn)工作狀態(tài)如表所示。 3SQ 、 4SQ 分別為右刀架左運(yùn)動的極限保護(hù)、右刀架右運(yùn)動的極限保護(hù)行程開關(guān)。 5SQ 、 6SQ 分別為左刀架左運(yùn)動的極限保護(hù)、左刀架右運(yùn)動的極限保護(hù)行程開關(guān)。 11SQ 、 12SQ 為橫梁上、下運(yùn)動的極限保護(hù)行程開關(guān) 表 31 1SQ 觸點(diǎn)工作狀態(tài) 觸點(diǎn) 圖區(qū) 主拖動電動機(jī)正常工作 主拖動電動機(jī) M1 變速 SQ1 15 閉合 斷開 SQ1 27 斷開 閉合 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)論文專用紙 第 19 頁 共 47 頁 第四章 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述 PLC 是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置”，其中帶有“可以編制程序的儲存器”，可以進(jìn)行“邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算”工作，可以認(rèn)為 PLC 具有計(jì)算機(jī)的基本特征。事實(shí)上， PLC 無論從內(nèi)部構(gòu)造、功能及工作原理上看都是一種計(jì)算機(jī)。 PLC 是“為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用”而設(shè)計(jì)。工業(yè)環(huán)境和一般辦公環(huán)境有較大區(qū)別， PLC具有特殊的構(gòu)造，它能在高粉塵、高噪聲、強(qiáng)電磁 干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作；為了能控制“機(jī)械或生產(chǎn)過程”，它又要“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體”；這些都是個人計(jì)算機(jī)不可能做到的。因此 PLC 又不是普通的計(jì)算機(jī)，它是一種能在工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下使用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 PLC 能控制“各種類型”的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過程。它“易于擴(kuò)展其功能”，它的程序能根據(jù)控制對象的不同要求，讓使用者“可以編制程序”。 PLC 較之以前的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)具有更大的靈活性，它可以方便的應(yīng)用于各種場合，它又是一種通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。相對于一般意義上的計(jì)算機(jī)， PLC 并不僅僅具有計(jì)算機(jī)的 內(nèi)核，它還配置了許多使其適用于工業(yè)控制的器件 [7] 。 與“繼電器 — 接觸器”控制系統(tǒng)的比較 在 PLC 出現(xiàn)以前，”繼電器 — 接觸器“硬件電路時(shí)邏輯控制、順序控制的唯一執(zhí)行著，它結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，一直被廣泛應(yīng)用。但它與 PLC 控制系統(tǒng)相比卻有許多缺點(diǎn) 比較項(xiàng)目 繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng) PLC 控制邏輯 體積大，接線復(fù)雜，修改困難 存儲邏輯體積小，連線少，控制靈活，易于擴(kuò)展 速度控制 通過觸電開閉實(shí)現(xiàn)控制作用，動作速度為 幾十毫秒，易出現(xiàn)觸電抖動 由半導(dǎo)體電路實(shí)現(xiàn)控制作用，每條指令執(zhí)行時(shí)間在微秒級，不會出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動 限時(shí)控制 由時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)，精度差，易受環(huán)境溫度影響 用半導(dǎo)體集成電路實(shí)現(xiàn)，精度高，時(shí)間設(shè)置方便，不受環(huán)境、溫度影響 設(shè)計(jì)與施工 設(shè)計(jì)，施工調(diào)試必須進(jìn)行；周期長，修改困難 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，現(xiàn)場施工與程序設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行；周期短、調(diào)試修改方便 可靠性與可維護(hù)性 壽命短，可靠性與可維護(hù)性差 壽命長，可靠性高；有自診斷功能，易于維護(hù) 價(jià)格 使用機(jī)械開關(guān)、繼電器、及接觸器等，價(jià)格低廉 使用大規(guī)模集成電路，初期投資較高 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)論文專用紙 第 20 頁 共 47 頁 PLC 的基本工作原理 PLC 采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式 （ 1） 每次掃描過程。集中對輸入信號進(jìn)行采樣。集中對輸出信號進(jìn)行刷新。 （ 2） 輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。 （ 3） 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 （ 4） 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 （ 5） 掃描周期的長短由三條決定 ：① CPU 執(zhí)行指令的速度 。② 指令本身占有的時(shí)間 。③ 指令條數(shù) 。 （ 6） 由于采用 集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 /輸出響應(yīng)延遲。 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)區(qū)別 （ 1） PLC 與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別 ： 前者工作方式是 “ 串行 ” ，后 者工作方式是 “ 并行 ” ； 前者用 “ 軟件 ” ，后者用 “ 硬件 ” 。 （ 2） PLC 與微機(jī)區(qū)別 ： 前者工作方式是 “ 循環(huán)掃描 ” ，后 者工作方式是 “ 待命或中斷 ” 。 PLC 編程方式 PLC 最突出的優(yōu)點(diǎn)采用 “ 軟繼電器 ” 代替 “ 硬繼電器 ” ， 用 “ 軟件編程邏輯 ” 代替“ 硬件布線邏輯 ” 。 PLC 編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常用。 梯形圖語言特點(diǎn)： ① 每個 梯形圖由多個梯級組成。 ② 梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當(dāng)某一梯級的邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1” 時(shí)，有假想的電流通過。 ③ 繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點(diǎn)可以出現(xiàn)無數(shù)次。 ④ 每一梯級的運(yùn)算結(jié)果，立即被后面的梯級所利用。 ⑤ 輸入繼電器受外部信號控制。只出現(xiàn)觸點(diǎn)，不出現(xiàn)線圈 。 PLC A/D 模塊工裝原理 2FX 系列 PLC 模擬量輸入 /輸出模塊主要包括 4 模擬量輸入模塊 FX4AD， 2 模擬量輸出模塊 FX2DA， 2 通道熱電阻溫度傳感器模擬量輸入模塊 FX2DAPT， 4 通道熱電偶溫度傳感器模擬量輸入模塊 FX4ADTC 等，在本設(shè)計(jì)中使用的是 FX4AD 模塊進(jìn)行對主電機(jī)進(jìn)行精確的過流及欠壓保護(hù) [9] 。 模擬量輸入模塊 FX4AD 的技術(shù)指標(biāo) FX4AD 為 4 通道 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，是一種具有高精度的直接在擴(kuò)展總線上的模擬量輸入單元， FX4AD 的技術(shù)指標(biāo)如表 41 所示 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)論文專用紙 第 21 頁 共 47 頁 表 41 FX4AD 技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目 電壓輸入 電流輸入 4 通道模 擬量輸入，通過輸入端子變換可選電壓或電流 模擬量輸入范圍 DC10V 及 +10V，最大輸入電壓 V15? DC20 及 +20mA,最大輸入電流 mA32? 數(shù)字量輸出范圍 帶符號的 16 位二進(jìn)制（有線數(shù)值 11 位）數(shù)值范圍2048 到 +2047 分辨率 ? ?2020/1105 ?VmV ? ?1000/11020 ?mAA? 綜合精確度 ? ?范圍在 10V~10%1 ?? ? ?范圍在 20V~20%1 ?? 轉(zhuǎn)換速度 每通道 15ms(高速轉(zhuǎn)換方式為每通道 6ms) 隔離方式 模擬量與數(shù)字量間用光電隔離，從基本單元來的電源經(jīng) DC/AC 轉(zhuǎn)換器隔離，各輸入端子間不隔離 模擬量用電量 mAVDC 50%)101(24: ? I/O 占有點(diǎn)數(shù) 程序上為 8 點(diǎn)，有 PLC 供電的消耗功率為 5V 30mA 特殊功能模塊 FX4AD 的緩沖寄存器 BFM，是 TX2D Atong PLC 基本單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的區(qū)域，這一緩沖寄存區(qū)由 32 個 16 位的寄存器組成，編號為 BFM0~31,表 42 為FX4AD 模塊 BFM 的分配表 表 42FX4AD 模塊 BFM 的分配表 BFM 內(nèi)容 0 通道初始化 缺省設(shè)定值 =H0000 1 通道 1 2 通道 2 3 通道 3 4 通道 4 5 通道 1 6 通道 2 7 通道 3 8 通道 4 9 通道 1 10 通道 2 11 通道 3 12 通道 4 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)論文專用紙 第 22 頁 共 47 頁 13~19 不能使用 20 重置為缺省設(shè)定值，缺省設(shè)定值=H0000 21 禁止零點(diǎn)增益調(diào)整 缺省設(shè)定值= 22 零點(diǎn)，增益調(diào)整 23 零點(diǎn)值 缺省設(shè)定值 =0 24 增益值缺省設(shè)定值 =5000 25~28 空置 29 出錯信息 程序設(shè)計(jì) 程序整體設(shè)計(jì)思路概述 在 C5225機(jī)床中 PLC主要控制 7臺電機(jī)的工作方式以及當(dāng)系統(tǒng)出 現(xiàn)報(bào)警時(shí)能及時(shí)的反饋給人機(jī)界面。所以在設(shè)計(jì)程序的時(shí)候使用了較多的經(jīng)典電路。在控制主軸電機(jī)星 三角啟動時(shí)，程序中使用了典型的星三角啟動電路；油泵電機(jī)的工作方式在程序中采用了間歇潤滑的方式控制油泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，橫梁電機(jī)則在程序中使用了典型的正反轉(zhuǎn)加上開關(guān)互鎖以及線圈互鎖的電路控制橫梁電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；刀架電機(jī)在程序中設(shè)計(jì)成點(diǎn)動控制的方式控制刀架電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 AD 模塊部分則是使用了區(qū)間比較功能模塊以及脈沖檢測功能模塊來對外部模擬量進(jìn)行實(shí)施檢測。報(bào)警電路部分則是使用了典型的起保 停電路來控制報(bào)警的顯示與復(fù)位，下 面詳細(xì)介紹各個部分的程序設(shè)計(jì)內(nèi)容。 控制部分程序設(shè)計(jì) 主軸電機(jī)星三角啟動程序 如 421 圖所示，當(dāng)按下開關(guān) X0 時(shí)，線圈 M0， Y0 得電，當(dāng)線圈 M0 得電時(shí)，時(shí)間繼電器線圈 T0， T1 得電， T0 一秒后接通線圈 Y1 得電，此時(shí)，線圈 Y0,Y1 已經(jīng)通電，則對應(yīng)繼電器 KM1 與 KM4 吸合完成星形啟動，當(dāng)星形啟動 6 秒后 T1 得電， T1 常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，使 Y1 線圈斷電 T2 線圈得電， 秒后得電， T2 常開觸點(diǎn)閉合，線圈 Y2 得電，與之對應(yīng)的是繼電器 KM2 吸合，與繼電器 KM1 完成三角形運(yùn)行。到此為止主軸電機(jī)星 三角啟動運(yùn)行結(jié)束，在此需要特別解釋在程序中 T2 線圈的作用是為了避免在星形切換成三角形時(shí)，由于接觸器觸點(diǎn)動作延時(shí)導(dǎo)致 KM1,KM4， KM2 這三個接觸器同時(shí)吸合而引起的短路，所以在星形與三角行切換時(shí)，在程序內(nèi)部增加一個延時(shí)程序，避免接觸器短路的情況發(fā)生。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)論文專用紙 第 23 頁 共 47 頁 油泵電機(jī)控制程序 油泵電機(jī)是一臺隨系統(tǒng)啟動而啟動的電機(jī)，在機(jī)床運(yùn)行時(shí)油泵電機(jī)啟動為機(jī)床提供潤滑液的一臺電機(jī)，但是為了減少功耗以及不必要的浪費(fèi)，我們設(shè)計(jì)油泵電機(jī)的工作方式為自動間歇運(yùn)行的方式 。如 422 圖所示為油泵電機(jī)的控制程序，當(dāng)按下 X0 按鈕時(shí)T3 線圈得電，在 3