【導(dǎo)讀】PLC作為工控機的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個品種。PLC在將來工控機市場中占。有主要地位，并保持持續(xù)上升的勢頭。控制領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但PLC也面臨著其它行。、小型PLC功能明顯增強；3向開發(fā)性轉(zhuǎn)變。并且使用PLC控制,使其檢測過程穩(wěn)定,控制方便,提高生產(chǎn)自動化。PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。池保護，而其壽命約為5年。當(dāng)鋰電池的電壓逐漸降低致使PLC基本單元上電池電壓跌落到。和日本等三個流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色。其中，美國是PLC生產(chǎn)大國，有100. LG等，這些生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品占有80%以上的PLC市場份額。國內(nèi)公司在開展PLC業(yè)務(wù)時有較大的競爭優(yōu)勢，如：需求優(yōu)勢、產(chǎn)品定制優(yōu)勢、本次畢業(yè)設(shè)計是對原來的繼電器

　　

【正文】 LC 控制系統(tǒng)設(shè)計 西門子 PLC 的選型 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制 方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。 PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)， PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存 儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～ 20%的可擴展 ，余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 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)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。 設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時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，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 26 數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（ 16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、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。 安 裝與布線 1．動力線、控制線以及 PLC 的電源線和 I/O 線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC 和 I/O 之間應(yīng)采用雙膠線連接。 2． PLC 應(yīng)遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。 3． PLC 的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的 1/10。 4． PLC 基本單元與擴展單元以及功能模塊的連接線纜應(yīng)單獨敷設(shè)，以防止外界信號的干擾。 5．交流輸出線和直流輸出線不要 用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。 綜上，鑒于西門子 S7200 系列的強大功能使得其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。并且具有緊湊的的設(shè)計、良好的擴展性、低廉的價格、豐富的功能模塊以及強大的指令系統(tǒng)，使得 S7200 PLC 可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求，所以本次設(shè)計選用 S7200 系列 PLC。 由于本設(shè)計實現(xiàn)的是整個控制電路用 PLC 控制，且 圓形工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1 和換刀開關(guān) SA2 和 SA3 不能直接接到 PLC 的輸入端口來實現(xiàn)信號的輸入，因而需引入接觸器 KM KM KM9。利用接觸器的輔助觸點和常開、常閉按鈕（ SB7~SB12）來實現(xiàn)對工作臺與圓形工作臺之間的轉(zhuǎn)換、照明燈通斷以及油泵電動機的啟動與停止的控制。因此可將圖 42 稍作修改后如圖 51 所示。 根據(jù)修改后的圖，確定輸入信號與輸出信號。 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 27 輸入信號： SB1~SB12， SQ1~SQ4， SQ6~SQ7， KV1~KV2。 輸出信號：KM1~KM9。 S7200 PLC 的 CPU 模塊按 I/O 點數(shù)多少不同而有五種不同結(jié)構(gòu)配置的品種 ， 即 CPU22 CPU22 CPU22 CPU224XP 和 CPU226。由于本設(shè)計中對銑床 電氣控制部分的改造需要 17 個輸入信號、 9 個輸出信號，所以選擇 S7200 CPU226 這款集成 24 輸入和 16 輸出的 PLC[xi]。 三菱 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 I/O 分配表 表 61 I/O 地址分配表 I/O 地址分配表分類 信號名稱 現(xiàn)場信號 PLC 線圈編號 輸入信號 主軸啟動開關(guān) 常開 SB1,SB2 主軸反接制動 常閉 SB3,SB4 主軸反接制動 常開 SB3,SB4 快速進給 常開 SB5,SB6 圓工作臺啟動 SB7 圓工作臺停止 SB8 照明燈亮 SB9 照明燈滅 SB10 油泵電機啟動 SB11 油泵電機停止 SB12 向左進給 SQ1 向右進給 SQ2 向前、上進給 SQ3 向后、下進給 SQ4 進給變速沖動 SQ6 主軸變速沖動 SQ7 速度繼電器輔助常開觸點 KV1， KV2 輸出信號 主軸啟動接觸器 KM1 主軸反接制動接觸器 KM2 M2 正轉(zhuǎn)接觸器 KM3 M2 反轉(zhuǎn)接觸器 KM4 快速進給接觸器 KM5 油泵電機啟動接觸器 KM6 輔助接觸器 KM7 輔助接觸器 KM8 輔助接觸器 KM9 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 28 三菱 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計改造后原理圖 X62W 萬能銑床電氣控制線路中的主電路保持不變， 如圖 51 所示。 圖 61 X62W萬能銑床主電路 在控制電路中，變壓器 TC 的輸出及整流器 VC 的 輸出部分去掉 ， 用可編程控制器改造后的 PLC 輸入 /輸出和電源分配 如圖 61 所示 。 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 29 圖 62輸入 /輸出和電源分配 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 30 三菱 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計改造后接線圖 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 31 圖 63 PLC接線圖 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 32 PLC 梯形圖 圖 65 PLC梯形圖 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 33 7 調(diào)試 根據(jù) X62W萬能銑床的控制要求，設(shè)計該電氣控制系統(tǒng)的 PLC 控制梯形圖，如圖所示。該程序共有 13 個網(wǎng)絡(luò) ，反映了原繼電器電路中的各種邏輯內(nèi)容。 該程序及 PLC 的硬接線不僅保證了原電路的工作邏輯關(guān)系，而且具有各種聯(lián)鎖措施，電氣改造的投資 較 少、工作量較小 [xii]。 在 網(wǎng)絡(luò) 1 中，因 SQ7 和 SB SB4 都采用常閉觸頭分別接至輸入端子 、則 、 的常開觸點閉合，按下啟動按鈕 SB1 或 SB2 時， 常開觸點閉合， 、線圈得電并自鎖， 在網(wǎng)絡(luò) 4 中 常開觸點閉合， 中間 繼電器 線圈得電，其常開觸點閉合，為 網(wǎng)絡(luò) 4 以下程序執(zhí)行做好準備，保證了只有主軸旋轉(zhuǎn)后才有進給運動。 的輸出信號使主軸電動機 M1 啟動運轉(zhuǎn)。 在網(wǎng)絡(luò) 2 中， 當(dāng)按停止按鈕 SB3 或 SB4 時， 常開觸點復(fù)位， 線圈失電，主軸慣性運 轉(zhuǎn)，同時 常開觸點閉合， 線圈得電接通 ，主軸反接 制動停轉(zhuǎn)。 在網(wǎng)絡(luò) 3 中， SQ7 被壓合， 常開觸點閉合，網(wǎng)絡(luò) 1 中 常閉觸點斷開，南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 34 從而 失電，繼而網(wǎng)絡(luò) 3 中的 常閉觸點復(fù)位， 得電接通 ，主軸制動停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主軸變速沖動 [xiii]。 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 35 在網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 8 和網(wǎng)絡(luò) 9 中， 表達了工作臺六個方向的進給、 工作臺的快速進給、 進給沖動及圓工作臺的工作邏輯關(guān)系 。 當(dāng)圓形工作臺轉(zhuǎn)換 啟動按鈕 SB7 按下， 常開觸點閉合， 得電 并自鎖，網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 7 中線路被分斷，網(wǎng)絡(luò) 8 中的常閉觸點復(fù)位， 得電接通 ，電動機 M2 啟動，圓形工作臺旋轉(zhuǎn)。 當(dāng) 按下停止按鈕 SB8， 失電，圓形工作臺停止旋轉(zhuǎn)。 左右進給時 ， SQ1 和 SQ2 被壓合，網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 5 中， 和 常開觸點閉合，常閉觸點斷開，其他觸點均處于復(fù)位狀態(tài)時， 和 得電且 得電接通 ， 電動機 M2 正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向左或向右運動 。 同樣，工作臺上下、前后進給時， SQ3 或 SQ4 被壓合， 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) 5 中， 和 常開觸點 閉合，常閉觸點斷開，其他觸點均處于復(fù)位狀態(tài)時， 和 得電且 得電接通 ， 電動機 M2 正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，拖動工作臺按選定的方向（上、下、前、后中某一方向）作進給運動 [xiv]。 網(wǎng)絡(luò) 10 和網(wǎng)絡(luò) 11 分別表示照明控制和冷卻泵控制。 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 36 由于在同一個程序編程中一個線圈編號只能給一個線圈，不能兩個以上的線圈共用一個編號，所以當(dāng)編程中遇到兩處以上用到同一線圈，可以用中間繼電器來解決 [xv]。 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 37 結(jié) 論 常用的萬能銑床有兩種 :一是臥式萬能銑 ,型號為 X62W。另一種為立式萬能銑 ,型號為 X53K。萬能銑床是一種高效率的加工機械 ,在機械加工和機械修理中得到廣泛的應(yīng)用。 X62W 型臥式萬能銑床的電氣控制系統(tǒng) ,存在線路復(fù)雜、故障率高、維護工作量大、可靠性差、靈活性差等缺點 ,本文提出了用 PLC 對 X62W 型萬能銑床的繼電器接觸式控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造 ,從而保證了電控系統(tǒng)的快速性、準確性、合理性 ,更好地滿足了實際生產(chǎn)的需要 ,提高了經(jīng)濟效益 X62W 萬能銑床是一種高效率的加工機械，萬能 銑床的操作，是通過手柄同時操作電氣與機械，是機械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動作的典型控制。但是在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找與排除是非常困難的，這給生產(chǎn)與維護帶來諸多不便。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必需具有極高的可靠性與靈活性，這就需要使用智能化程度高的控制系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)?；谶@些問題，本文提出了利用三菱 PLC 和西門子對 X62W 型臥式萬能銑床的繼電接觸式電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造的方案 。 此次畢業(yè)設(shè)計中所涉及的圖形，我先是在紙上畫草圖。然后在導(dǎo)師精心的指導(dǎo)，我再反復(fù)的修改，最終確定下來 在 CAD 軟件里畫圖?？傊?設(shè)計過程也是對學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進一步學(xué)習(xí)和探索的過程。在這個過程中我對利用可編程控制器進行控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)有了深刻的認識，對機械的工作原理有了進一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計有了切身的認識與體會，并在學(xué)習(xí)和實踐過程中增長了知識。豐富了經(jīng)驗?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)實施，系統(tǒng)運行與調(diào)試的過程來進行。系統(tǒng)的分析與設(shè)計是一項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程。在設(shè)計過程中，要邊學(xué)習(xí)邊實踐，遇到新的問題就不斷探索和努力，即可使問題得到解決。 在設(shè)計中體會到理論必須和實踐相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實際應(yīng)用中卻有很多的差異，出現(xiàn)了很多意想不到的問題。許多問題在書本上是這樣，而在實際運用中卻很不一樣，在經(jīng)過多次分析修改后，才設(shè)計出達到控制要求的系統(tǒng)。 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 38 致 謝 在理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對 X62W萬能銑床的結(jié)構(gòu)及運動形式進行了分析，通過精心的分析銑床的電氣原理圖，制定出了初步的元件替換方案，對原繼電器進行 PLC 軟繼電器代換，畫出其梯形圖與外部接線圖，并列出指令 表。 通過此設(shè)計，可以使 我們 了解到 X62W萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和 PLC控制的原理，簡單工作原理。 也 可以對以前所學(xué)的電機與電氣控制更系統(tǒng)更全面的復(fù)習(xí)一遍，對遺忘的知識點又有了更深一層的認識 ,經(jīng)過幾周的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有袁成榮導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師，他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè) 計，設(shè)計草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是老師仍然細心地糾正設(shè)計中的錯誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 南京 林業(yè)大學(xué)本科 生 畢業(yè) 論文 39 參考文獻 [1] 王國海 ,沈蓬 .可編程序控制器及其應(yīng)用 [M].北京 :中國勞動社會保障出版社 ,2020. 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