【正文】 能 ⑴ 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用 PLC 的與、或、非指令取代畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 繼電器接觸的串 聯(lián)、并聯(lián) 及其它 各種邏輯連接，進行開關(guān)控制。 PLC 的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相似的助記符表達式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語句表程序。觸點和線圈組成的獨立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，使用編程軟件可以直接生成和編譯梯形圖，并將它下載到 PLC。觸點代表邏輯輸入條件，線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來控制外部設(shè)備。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電器人員掌握，特別是適用于數(shù)字量邏輯控制，有時也把梯形圖稱為電路或程序。 IEC 于 1994 年 5 月公布了 PLC 標準 （ IEC 61131） ,該標準為可編程控制系統(tǒng)定義了 5 種語言：順序功能圖 （ Sequential Function Chart） 、梯形圖 （ Ladder Diagram） 、功能塊圖 （ Function Block Diagram） 、指令表 （ Instruction List） 、結(jié)構(gòu)文本 （ Structured Text） 。各廠家 PLC 的變成語言和指令系統(tǒng)的功能和表達方式也不一致，有的甚至有相當(dāng)大的差異，因此各廠家的 PLC 互不兼容。 ⑶ 輸出刷新階段 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動 外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。對每個程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán) 稱為一個掃描周期。由此可見， PLC 的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。 其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)和 指令的傳輸。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 4 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前 PLC 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。 根據(jù)需要控制的開關(guān)、設(shè)備大約 輸入點為 12 個 ,輸出點為 7 個 需進行控制，現(xiàn)將 I/O 地址 分配如附錄 III所示。 現(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的 S7 200 系列的 CPU224 型 PLC ， 24V 直流 14 點輸入 。 PLC 所具有的輸入點和輸出點一般要比所需冗余 30 % ， 以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴展預(yù)留 。 它的價格低 ，體積小 ， 非常適用于單機自動化控制系統(tǒng) . 該機床的輸入信號是開關(guān)量信號 ， 輸出是負載三相交流電動機接觸器等 。 主要用來實現(xiàn)條件控制和順序控制 。不應(yīng)單純追求大容量，在大多數(shù)情況下，滿足 I/O 點數(shù)的 PLC ，內(nèi)存容量也能滿足。一般情況下用戶程序所需的存儲器容量可按照如下經(jīng)驗公式計算： 程序容量 =K 總輸入點數(shù) / 總輸出點數(shù) 對于簡單的控制系統(tǒng)， K=6 ；若為普通系統(tǒng)， K=8 ；若為較復(fù)雜系統(tǒng)， K=10 ；若為復(fù)雜系統(tǒng)，則 K=12 。一般可選用畸變較小的穩(wěn)壓器或 帶有隔離變壓器的電源，使用直流電源時要選用橋式全波整流電源。 ⑷ 聯(lián)網(wǎng)通信的選擇 若 PLC 控制系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則所選用的 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其它 PLC 、上位計算機及 CRT 等接口的能力。繼電器輸出型的 PLC 可以帶直流負載和交流負載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負載和交流負載。選型的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面： ⑴ PLC 結(jié)構(gòu)的選擇 在相同功能和相同 I/O 點數(shù)的情況下，整體式 PLC 比模塊式 PLC 價格低。 PLC 的選型 PLC 是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇 PLC 對整個控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性指標起著重要的作用。當(dāng)手柄壓動 SQ畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 后，接觸器 KM2 得電吸合， M3 電動機帶動刀架快速移動。當(dāng)電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點 KS2 是閉合的，這時按一下停止按鈕 SB4，在 SB4 松開后正轉(zhuǎn)接觸器線圈得電，正轉(zhuǎn)接觸器 KM3 吸合將電源反接使電動機制動后停止。當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，速度繼電器 KS 的正轉(zhuǎn)動合觸點 KS1斷開，切斷了接觸器 KM4 的通電回路，電動機脫離電源停止。需要停車時，按下停止按鈕 SB4 接觸器 KM 失電，其主觸點斷開，電阻 R 串入主回路，與此同時 KM3也失電，斷開了電動機電源，同時 KA 失電， KA 的動斷觸點閉合。速度繼電器與被控電動機是同軸相連的，當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點 KS1 閉合；電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn) 動合觸點 KS2 閉合。 KM3的動斷輔助觸點和 KM4 的動斷輔助觸點分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到電動機正傳和反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。 KM3 的動合輔助觸點和 KA 的 動合觸點 的閉合將 KM3 線圈自鎖。按下按鈕 SB1 時，接觸器 KM 首先得電動作，他的主觸點閉合將限流電阻短接，接觸器 KM 的輔助 動合觸點 閉合使中間繼電器 KA 得電，它的觸點閉合，使接觸器 KM3 得電吸合。按下按鈕 SB6，接觸器 KM3畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 得電吸合，他的主觸點閉合，電動機的定子繞組限流電阻 R 與電源接通，電動機在較低速下起動。 ⑵ 控制電路分析 (1) 主電動機的點動調(diào)整控制 電路中 KM3 為 M1 電動機的正轉(zhuǎn)接觸器， KM 為 M1 電動機的長動接觸器， KA 為中間繼 電器。熔斷器 FU2 為 M M3 電動機的短路保護，接觸器 KMKM2 為 M M3 電動機起動用接觸器。為防止在連續(xù)點動時的啟動電流造成電動機過載，點動時也加入限流電阻 R。 圖中 主要 分為主電路， 冷卻 電路， 快速移動 電 路等 三 部分 。 (2)冷卻泵電動機 M2,功率為 0. 15 kW,用于在車削加工時 ,供出冷卻 液 ,對工件與刀具進行冷卻。為便于進行車削加工前的對刀 ,則要求主軸拖動工件作調(diào)整點動 ,所以要求主軸與進給電動機能實現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的低速點動控制。從車削加工工藝出發(fā) ,對各臺電動機的控制要求如下： (1)主軸與進給電動機 M1,功率為 30 kW,允許在空載下直接起動。 M2 拖動冷卻泵，在加工時提供冷卻液采用直接啟動及停止方式， KM5 控制冷卻泵電動機。主運動由主電動機 M1 完成，為了保證啟動平穩(wěn)，采用 Y/Δ降壓啟動方式。加工完畢，將刀具退回原位，關(guān)閉冷卻液，待主軸停轉(zhuǎn)后，取下工件 ，完成加工工藝。 各部分結(jié)構(gòu)如圖 。為了減少制動電流，制動時在定子回路串入了限流電阻 R。 C650 臥式車床 的 主要結(jié)構(gòu)和運動形式 C650臥式車床 屬于中型車床，床身的最大工件回轉(zhuǎn)半徑為 1020mm，最大工件長度為 3000mm。目前常用的按鈕有 LA LA1 LA1 LA20 等系列產(chǎn)品。常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有 LW LW6和 LA18 系列。 控制電器的選擇 ⑴ 選擇開關(guān) 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多 檔 式控制多回路的開關(guān)電器。星形接法的電動機可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，三角形接法的電動機應(yīng)選用帶斷相保護裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。 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?xí)龤щ妱訖C，因此，在電動機回路中應(yīng)設(shè)置電動機保護裝置。 ⑵ 熱繼電器 熱繼電器主要用于電氣設(shè)備 （ 電動機 ） 的過負荷保護。 保護電器的選擇 ⑴ 熔斷器 熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路。 ⑵ 中間繼電器 中間繼電器是最常用的 繼電器之一，它的結(jié)構(gòu)和接觸器的基本相同，只是電磁系畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 統(tǒng)小些，觸點多一些。 在工業(yè)電氣中，交流接觸器的型號很多，電流在 5A1000A 的不等，常用 交流接觸器的型號有 CJ CJX CJ1 和 CJ10 等系列。其原理是當(dāng)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(dāng)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。 交流接觸器和中 間繼電器的選擇 ⑴ 接觸器 接觸器是工業(yè)電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動開關(guān)。特別是在短期工作時，由于電動機的熱慣性很大，電動機在短期內(nèi)承受 高于額定功率的負載功率時仍可保證 max a??? ，故此時，決定電動機容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機的過載能力。 ① 發(fā)熱：電動機在運行時，必須保證電動機的實際最高溫度 max? 等于或稍微小于電動機絕緣的允許最高工作溫度 a? ，即 max a??? 。如果電動機的容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費用增加，而且由于電動機經(jīng)常在輕載下運行，運 行效率和功率因數(shù)都會下降。 三相交流異步電動機的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場（定子繞組內(nèi)的三相電流所產(chǎn)生的合成磁場）和轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流）的相互作用。 電動機的選擇 在車 床控制系統(tǒng)運行中，電動機類型選擇的原則是，在滿足工作機械對于拖動系統(tǒng)要求的前提下，所選電動機應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉。 在 本次 控制系統(tǒng) 設(shè)計 中用 PLC 代替 了 繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分 。系統(tǒng)輸入部分由所有行程開關(guān)、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 與調(diào)試 步驟 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 調(diào)試 過程如圖 所示 。 ⑶ 保證控制系統(tǒng)安全可靠。設(shè)計前應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 集資料，并 擬定電氣控制方案。按照控制電路原理圖連接硬件，將編寫好的控制程序下載至 PLC，進行軟硬件聯(lián)調(diào)， 如 果 不滿足 控制系統(tǒng)的 要求， 再 返回修改程序或檢查接線，直到滿足 控制系統(tǒng)的 要求為止。 ⑷ 根據(jù)控制要求基本確定 I/O 點數(shù)和模擬量通道數(shù)，進行 I/O 初步分配，繪制I/O 接線圖 ⑸ 程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計梯形圖、語句表程序，控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全、可靠的關(guān)鍵。選擇 PLC， 應(yīng)包括機型的選擇 、 I/O 模塊的選擇等 。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案 ，進行系統(tǒng)的總體設(shè)計 。因比 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括 : ⑴ 了解設(shè)備電器的工作原理。該機床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。該機床還配置有強動力刀架和副主軸。寶雞機床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機床同時具有 X、 Z 軸以及 C 軸和 Y 軸。 4. 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進一步提高機床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時間減至最少。采用 CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計 的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計成本，提高市場競爭能力 。 CAD 不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工