【導(dǎo)讀】以PLC為核心，配合智能儀表，實(shí)現(xiàn)對自動(dòng)銑床的自動(dòng)控制以及運(yùn)行狀態(tài)的檢測功能和顯示功能。采用日本三菱公司FX2NPLC和速度控制模塊完成銑床自動(dòng)加工控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高銑床自動(dòng)加工控制系統(tǒng)的可靠性和加工精度。包括：1、總體方案的確定；2、PLC的選擇；3、各模塊電路的設(shè)計(jì)；4、軟件設(shè)計(jì)；5、編寫設(shè)計(jì)說明書等。3月7日布置任務(wù)、下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書、具體安排。4月10日-5月30日畢業(yè)設(shè)計(jì)：4月10日-4月22日主要完成系統(tǒng)硬件組建，總線與各節(jié)點(diǎn)的連接的初步設(shè)計(jì)。6月1日-6月14日撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）。6月15日-6月17日修改、裝訂畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、指導(dǎo)教師評閱。6月20日畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。6月27日-7月3日畢業(yè)設(shè)計(jì)資料歸檔。利用PLC控制銑床運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了銑床啟動(dòng)、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式，從而實(shí)現(xiàn)了銑床運(yùn)行的自動(dòng)化功能。PLC控制的特點(diǎn)使原機(jī)床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查。

　　

【正文】 流，但希望其安秒特性平穩(wěn)；用于配電時(shí)，如短路電流較大，則選高分?jǐn)嗄芰蛞髱蘖髯饔玫?，如RT0系列；在經(jīng)常發(fā)生故障的地方，最好選用可折式，如RC1A、RLRM10等系列；在易燃品的地方，當(dāng)然禁止選用敞開式的，并且其快速性應(yīng)該很好等。（2）熔斷器額定電壓的選擇 其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。（3）熔斷器的額定電流的選擇 其額定電流必須大于或等于所裝的熔體的額定電流。（4）熔體的額定電流的選擇 熔體的額定電流可按以下幾種情況選擇：1）、對于電爐、照明等阻性負(fù)載的短路保護(hù)，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流，即 Ifu≥I （）式中，Ifu為熔體的額定電流；I為電路的工作電流。2）、保護(hù)一臺電動(dòng)機(jī)時(shí)，考慮到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)沖擊電流的影響，應(yīng)按下式計(jì)算 If≥（~）IN （）式中，IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流 。3）、保護(hù)多臺電機(jī)時(shí)，則應(yīng)按下式計(jì)算 Ifu≥（~）INmax+∑IN （）式中，INmax為容量最大的一臺電機(jī)的額定電流；∑IN為其余電動(dòng)機(jī)的額定電流的總和。4）、要依據(jù)動(dòng)作特性校驗(yàn)所選擇熔斷器以及上下級的配合，前者是熔斷器自身特性于保護(hù)對象的匹配問題，后者是熔斷器之間的配合問題，在要求時(shí)才進(jìn)行校驗(yàn)。由公式得：2= 20A型的電機(jī)；2=45A可選用NGT00 50A型的熔斷器；2=59A 可選用NGT00 63A型的熔斷器；同理30KW的電機(jī)可選用NGT1 125A型的熔斷器、37KW的電機(jī)可選用NGT1 160A型的熔斷器、2=169A 可選用NGT1 160A型、 25A、 35A的熔斷器；對于總的電路的熔斷器選擇，可根據(jù)公司計(jì)算的，可選擇NGT4 1000A型的熔斷器。 系統(tǒng)供電為了避免各種干擾通過電源線進(jìn)人PLC．系統(tǒng)的動(dòng)力部分、控制部分、PLC和I／O電源分別配線．用帶屏蔽層的隔離變壓器給PLC供電，隔離變壓器與PLC之間采用雙絞線連接，隔離變壓器一次側(cè)接380V，避免地電流的干擾．為了保證人身和設(shè)備的安全，設(shè)置獨(dú)立于PLC的緊急停車控制裝置，在緊急停止時(shí)，PLC的輸出電路可在PLC外部切斷，如圖5所示：圖5 PLC系統(tǒng)供電方式 輸入/輸出接口電路輸入接口電路的常閉觸點(diǎn)如停車按鈕，作為PLC的輸入信號時(shí)，其實(shí)際觸點(diǎn)的初始狀態(tài)與對應(yīng)的PLC內(nèi)部虛擬觸點(diǎn)(也叫“軟觸點(diǎn)”)之間存在邏輯相反的關(guān)系．為了保持梯形圖與繼電器原理圖對應(yīng)，SBl和SB3均采用常開按鈕． 從人身和設(shè)備的安全考慮，輸出電路保留的原來的電氣互鎖．采用原來127 V的交流供電電源。為了抑制電路斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧對PLC的影響，在接觸器線圈兩端并聯(lián)阻容吸收電路．阻容吸收電路的電阻取100～120 Q，電容取0．1 pF，電容的額定電壓大于等于250 V． 圖6 PLC外部接線圖第5章 軟件設(shè)計(jì) 銑床電力拖動(dòng)和控制任務(wù) 主要對電機(jī)MMM3的控制。手動(dòng)控制銑床照明燈的線路可用外接電路解決，不必通過PLC控制，采用FX2N型PLC來控制系統(tǒng)。FX2N系列基本單元如表3所示。對電動(dòng)機(jī)M1的具體控制要求是：M1的啟動(dòng)控制；全電壓正反轉(zhuǎn)控制；停車時(shí)要求反接制動(dòng)，并串入限流電阻，有過載和短路保護(hù)。對電動(dòng)機(jī)M2的具體控制要求是：M2的啟動(dòng)控制：快速進(jìn)給控制和過載、短路保護(hù)。 對電動(dòng)機(jī)M3的具體控制要求是：M3有單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制；有過載和短路保護(hù)。 PLC輸入/輸出地址分配根據(jù)控制過程的分析，在選擇PLC規(guī)格時(shí)，對機(jī)床的原有輸入信號及負(fù)載情況進(jìn)行了分析綜合。對機(jī)床的可引入PLC的輸入信號個(gè)數(shù)進(jìn)行壓縮處理，把三個(gè)電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)串人陜電回路，將主軸正反轉(zhuǎn)接觸器及進(jìn)給正反轉(zhuǎn)瞎觸器的觸點(diǎn)在外部硬接線上直接互鎖，而不阼為PLC的輸入信號引入PLC。經(jīng)處理，引入PLC的輸入信號只剩下15個(gè)，需要PLC控制輸出的點(diǎn)數(shù)為5個(gè)．具體有以下輸入控制信號：主軸啟動(dòng)按鈕SB0、SB1，主軸停止按鈕SB2和SB3，快速進(jìn)/退開關(guān)SBSB6，以及自動(dòng)調(diào)整開關(guān)SB4，及各種限位開關(guān)SQ1～SQ7共15個(gè)輸入控制信號．輸出信號有分別驅(qū)動(dòng)接觸器KMl～KM5的6個(gè)輸出信號．所有的信號均為開關(guān)量．根據(jù)以上輸入輸出控制信號的分析，選用日本三菱公司的FX2N32MR型PLC來控制系統(tǒng)。就可以滿足要求。其I/O分配表如下：表4 I/O分配表I/O地址號輸入信號外部功能I/O地址號輸出信號外部功能X0SB0主軸停止Y1KM1主軸運(yùn)動(dòng)接觸器X1SB1主軸停止Y2KM2主軸制動(dòng)接觸器X2SB2主軸啟動(dòng)Y3KM3進(jìn)給反轉(zhuǎn)接觸器X3SB3主軸啟動(dòng)Y4KM4進(jìn)給正轉(zhuǎn)接觸器X4SB4自動(dòng)調(diào)整開關(guān)Y5KM5快速進(jìn)給接觸器X5SB5快速進(jìn)開關(guān)Y6M500沖動(dòng)記憶X6SB6快速退開關(guān)X7KS主軸制動(dòng)速度繼電器X10SQ1主軸變速?zèng)_動(dòng)限位X11SQ2進(jìn)給沖動(dòng)限位開關(guān)X12SQ3向下限位開關(guān)X13SQ4向上限位開關(guān)X14SQ5右行限位開關(guān)X15SQ6左行限位開關(guān)X16SQ7快速進(jìn)給限位開關(guān) 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)根據(jù)銑床控制線路我們設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的整個(gè)程序，系統(tǒng)程序的邏輯關(guān)系表明機(jī)床工作原理、動(dòng)作順序、操作方式等。所以軟件部分的設(shè)計(jì)主要是自動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，將其分為公共程序、銑床運(yùn)行自動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)程序的示意框圖如圖7所示： 圖7系統(tǒng)程序示意框圖 控制系統(tǒng)的公共程序公用程序用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換的處理，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將除初始步以外的各步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位，同時(shí)將表示連續(xù)工作的繼電器復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。其公用程序見下圖。圖8 系統(tǒng)公用程序當(dāng)銑床處于處于原點(diǎn)狀態(tài)，Y1的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，“原點(diǎn)條件”輔助繼電器M5變?yōu)镺N，在開始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（X4為ON）時(shí)，初始步對應(yīng)的M0將被置位，為進(jìn)入連續(xù)工作做好準(zhǔn)備。如果此時(shí)M5為OFF狀態(tài)，M0將被復(fù)位，初始步不為活動(dòng)步，系統(tǒng)不能在連續(xù)工作方式工作。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將初始步以外的各步對應(yīng)的輔助繼電器（M20M25）復(fù)位。 控制系統(tǒng)的自動(dòng)程序1）梯形圖和指令程序根據(jù)原有電氣線路工作原理，我們設(shè)計(jì)了機(jī)床PLC控制梯形圖，機(jī)床控制梯形圖如圖所示。在梯形圖的設(shè)計(jì)過程中，盡可能保持了梯形圖與原有線路形式的上一致性，梯形圖盡可能采用現(xiàn)場工人容易熟悉理解的程序語句，以便工人容易掌握理解，便于維修檢查。梯形圖中，M500線圈為斷電保持輔助繼電器，作為主軸換檔的沖動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)記憶。（銑床PLC控制梯形圖及指令程序表見附錄）第6章 控制面板的設(shè)計(jì)控制面板是實(shí)現(xiàn)銑床手動(dòng)操作的基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和銑床運(yùn)行的要求，經(jīng)分析銑床操作面板主要有以下幾個(gè)按鈕組成：銑床主軸電機(jī)的啟動(dòng)及停止（SB0～SB3），進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的快慢轉(zhuǎn)換（SB5～SB6），器開始運(yùn)行時(shí)按下“負(fù)載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM主觸點(diǎn)接及自動(dòng)調(diào)整開關(guān)（SB4），為了保證在緊急情況下（包括可編程序控制器發(fā)生故障時(shí)）能可靠的地缺斷可編程序控制器的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM（見圖）在可編程序控制通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時(shí)用“緊急剎車”按鈕斷開負(fù)載電源。操作 面板具體示意圖如圖8所示：圖8控制面板圖第7章 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境條件往往比較惡劣,PLC雖然本身具有一定抗干擾能力,但其構(gòu)成的控制系統(tǒng),由于受到各類干擾信號的影響而出現(xiàn)問題,因此必須對ＰＬＣ的安裝環(huán)境和不利條件作調(diào)查,以選擇采用合理的抗干擾措施 硬件抗干擾措施 抑制電源系統(tǒng)引入的干擾(1)采用濾波和屏蔽。為了防止外界噪聲干擾及電源電壓波動(dòng)對CPU的影響,須采用隔離變壓器抑制電源系統(tǒng)的干擾。如圖所示。同時(shí)要使屏蔽良好接地,次級連接線要使用雙鉸線,隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應(yīng)分別加屏蔽層,初次級間再加屏蔽層。圖9交流電源的濾波和屏蔽示意圖(2)采用交流穩(wěn)壓。為抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng),保持交流供電電壓的穩(wěn)定,對交流電源在濾波前,應(yīng)采用穩(wěn)壓,如圖10所示。圖10交流穩(wěn)壓示意圖(3)分離供電系統(tǒng)?？刂破骱停?Ｏ系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電,并與主電源分開,這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電不會影響控制器的供電,各個(gè)變壓器的次級繞組的屏蔽層接點(diǎn)應(yīng)分別接入各繞組電路的地。根據(jù)系統(tǒng)的需要,選擇必要和合適的公共接點(diǎn),以達(dá)到最佳的屏蔽效果。 抑制接地系統(tǒng)引入的干擾(1)控制系統(tǒng)與電網(wǎng)的接地方式。有共地、浮地以及機(jī)殼共地和電路浮地三種方式。共地接地方式是將控制系統(tǒng)中的電路的接地點(diǎn)Ｇｃ、機(jī)殼的接地點(diǎn)Ｇｂ與電網(wǎng)地線的接地點(diǎn)Ｇｏ連在一起,整個(gè)系統(tǒng)以大地為電位參考,是目前采用較多的一種方式。如果在大地電位變化較大的場所,電路易受到共模干擾,且容易轉(zhuǎn)成差模干擾,應(yīng)采用浮地方式。此方式是將控制系統(tǒng)中電路的接地點(diǎn)Ｇｃ與機(jī)殼的接地點(diǎn)Ｇｂ連在一起,但不與電網(wǎng)的接地點(diǎn)Ｇｏ相連。一般在機(jī)柜與地之間用絕緣膠墊隔開,交流進(jìn)線也要加強(qiáng)絕緣。但因系統(tǒng)浮地,機(jī)殼容易積累靜電,操作不太安全,這樣可采用機(jī)殼共地和電路浮地的方式,這種接地方式是上兩種方式的折衷。由于機(jī)殼的接地點(diǎn)Ｇｂ與電網(wǎng)的接地點(diǎn)Ｇｏ連在一起,因此操作比較安全,通常將電路的插件柜架用絕緣支撐與外部機(jī)架、機(jī)殼隔開,保持電路部件與機(jī)殼的良好絕緣。(2)控制系統(tǒng)的一般接地方式?？刂葡到y(tǒng)的一般接地方式有三種:一是專用接地,即控制器和其它設(shè)備分別接地方式,此方式最好。若不能做到專用接地,可采用共用接地方式即控制器與其它設(shè)備分別與同一接地體相接。接地時(shí),接地線應(yīng)盡量粗,一般用大于2ｍｍ2的接地線,接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近控制器,接地線應(yīng)盡量避開強(qiáng)電回路和主回路的電線。 抑制輸入輸出電路引入的干擾(1)抑制輸入信號干擾的措施。①防止輸入端有感性負(fù)荷時(shí)引起的干擾,當(dāng)控制器輸入交流信號時(shí),為防止反沖感應(yīng)電勢損壞模塊,在其兩端并接電容Ｃ和電阻Ｒ。當(dāng)控制器輸入直流信號時(shí),在其輸入兩端并接續(xù)流二極管ＶＤ。②防止感應(yīng)電壓的干擾,對此干擾可采用輸入電壓直流化,在輸入端并接浪涌吸收器,繼電器轉(zhuǎn)換三種方法處理。(2)抑制輸出信號干擾的措施。①在交流感性負(fù)載場合,在負(fù)載兩端并接ＲＣ浪涌吸收器。②直流負(fù)載場合,在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管ＶＤ。③在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生干擾較大的場合,對交流負(fù)載可使用雙向晶體管輸出模塊。 抑制外部配線干擾的措施為防止或減少外部配線的干擾,可采取以下措施:1）交流輸入輸出信號與直流輸入輸出信號分別使用各自電纜。2）在30ｍ以上的長距離配線時(shí),輸入信號線與輸出信號線分別使用各自電纜。3）集成電路或晶體管設(shè)備的輸入輸出信號線,必須使用屏蔽電纜。4）控制器的接地線與電源線或動(dòng)力線分開。 軟件抗干擾措施數(shù)字濾波對于較低信噪比的模擬量信號,常因現(xiàn)場瞬時(shí)干擾而產(chǎn)生較大波動(dòng),若僅用瞬時(shí)采樣植進(jìn)行控制計(jì)算會產(chǎn)生較大誤差,為此可采用數(shù)字濾波方法?，F(xiàn)場模擬量信號經(jīng)Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換后變成離散的數(shù)字信號,然后將形成的數(shù)據(jù)按時(shí)間序列存入ＰＬＣ內(nèi)存。再利用數(shù)字濾波程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理,濾去噪聲部分獲得單純信號,其在控制系統(tǒng)中的位置如圖11所示。圖11軟件濾波位置圖　可對輸入信號用ｍ次采樣值的平均值來代替當(dāng)前值,但并不是通常的每采樣ｍ次求一次平均值,而是每采樣一次就與最近的ｍ1次歷史采樣值相加。此方法反應(yīng)速度快,具有很好的實(shí)時(shí)性,輸入信號經(jīng)過處理后用于信號顯示或回路調(diào)節(jié),有效地抑制了噪聲干擾。軟件容錯(cuò)由于工業(yè)環(huán)境惡劣,干擾信號較多,Ｉ/Ｏ信號傳送距離較長,常常會使傳送的信號有誤。為提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,使ＰＬＣ在信號出錯(cuò)情況下能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,并能排除錯(cuò)誤的影響繼續(xù)工作,在程序編制中可采用軟件容錯(cuò)技術(shù)。①在目前現(xiàn)場設(shè)備信號不完全可靠的情況下,對于非嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的故障信號,在程序中采取不同時(shí)間的判斷,以防止輸入接點(diǎn)的抖動(dòng)而產(chǎn)生“偽報(bào)警”。若延時(shí)后,信號仍不消失,再執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。②在充分利用信號間的組合邏輯關(guān)系構(gòu)成條件判斷,使個(gè)別信號出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí),系統(tǒng)不會因錯(cuò)誤判斷而影響其正常的邏輯功能。以上幾種抗干擾措施,經(jīng)若干ＰＬＣ控制系統(tǒng)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行表明,能夠基本消除現(xiàn)場干擾信號的影響,保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。第8章 PLC系統(tǒng)的程序調(diào)試程序調(diào)試是程控系統(tǒng)投入運(yùn)行前的重要階段，通過程序調(diào)試對系統(tǒng)的組態(tài)及邏輯功能逐步完善，以更好地滿足現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行要求。就筆者掌握進(jìn)行修改和的情況來看，目前不少調(diào)試人員不是把程序調(diào)試作為一項(xiàng)系統(tǒng)性工作來對待，而是隨心所欲，未能對各種運(yùn)行情況給予全面考慮，給現(xiàn)場安全運(yùn)行帶來了隱患。在用戶程序編制以后，分階段依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室調(diào)試、制造廠調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試。調(diào)試手段由淺人深，有效避免了問題的發(fā)生，并與設(shè)備制造工期相配合，具有調(diào)試時(shí)間短、調(diào)試成本低的特點(diǎn)。PLC系統(tǒng)的程序調(diào)試可分為以下三個(gè)步驟：一、實(shí)驗(yàn)室調(diào)試在實(shí)驗(yàn)室中即可進(jìn)行，主要完成以下工作：（1）編程器不與PLC相連