【正文】 輸出電路。圖55是繼電器輸出電路，繼電器同時(shí)起隔離和功率放大的作用，每一路只給用戶提供一對常開觸點(diǎn)。2)輸出模塊輸出模塊的功率放大元件有驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的大功率晶體管和場效應(yīng)管，驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載的雙向晶體管，以及既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載又可以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的小型繼電器。輸入電壓有110V、220V兩種。顯然，可以改變圖64中的輸入回路的電源極性。S7200可以用CPU模塊輸出的DC24V電源輸入回路的電源，它還可以為接近開關(guān)、光電開關(guān)之類的傳感器提供DC24V電源。S7200的濾波電路延遲時(shí)間可用編程軟件中的系統(tǒng)塊設(shè)置，圖53是某直流輸入模塊的內(nèi)部電路和外部接線圖，圖中只畫出了一條輸入電路，輸入電流為數(shù)毫安。1）輸入模塊輸入電路由RC濾波電路，防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)造成外部干擾脈沖引起錯(cuò)誤輸入信號。某些模塊使用可拆卸的插座端子板，不許斷開端子板的外部連線，就可以迅速的更換模塊。為保證PLC能可靠工作，在PLC的接口單元上采取了光電隔離和濾波把PLC和外部電路隔開，提高其抗干擾能力。另一種是只讀存儲(chǔ)器(ROM)，CPU只能從中讀取而不能寫入，主要存放監(jiān)控程序、模擬化應(yīng)用功能子程序、命令解釋和各種系統(tǒng)參數(shù)等系統(tǒng)程序，PLC出廠時(shí)事先存儲(chǔ)在ROM芯片中，開機(jī)后便可運(yùn)行其中的程序。1）將輸入信號送入PLC存儲(chǔ)2）按存放的先后順序取出用戶指令并進(jìn)行編譯3）完成用戶指令規(guī)定的各種操作4）將結(jié)果送到輸出端5）響應(yīng)各種外圍設(shè)備的請求 存儲(chǔ)器PLC主機(jī)內(nèi)部配有兩種存儲(chǔ)器。如圖52所示為一個(gè)完整的系統(tǒng)組成。PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊任務(wù)。PLC和計(jì)算機(jī)之間可以構(gòu)成“集中管理，分散控制”的多級分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。4) 數(shù)據(jù)處理可編程控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作功能可完成數(shù)據(jù)采集分析處理。2) 運(yùn)動(dòng)控制專業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制模塊對直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度進(jìn)行控制。其應(yīng)用范圍大致可歸納為以下幾個(gè)方面：1) 開關(guān)量邏輯控制單臺設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線。 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，微處理器的芯片及有關(guān)的元件價(jià)格大大降低，PLC的成本下降；PLC的功能大大增強(qiáng)，因而PLC的應(yīng)用日益廣泛。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通信聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。3）大型PLC一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。并可通過網(wǎng)絡(luò)連接主控級的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)對全廠的自動(dòng)化生產(chǎn)和管理都能進(jìn)行控制。（6）目前中、高檔PC均具有極強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力。（5）相對于繼電器邏輯控制而言，PC可節(jié)省大量繼電器，故降低了成本且提高了可靠性，而且用程序來執(zhí)行控制功能，使其靈活易于修改。目前較高檔的PC還配有各類智能化模板，如：模擬量I/O模板，PID過程控制模板，I/O通訊模板，視覺輸入、伺服及編碼等專用模板等等，大大提高了PC的功能與適應(yīng)性。（3）系統(tǒng)采用了分散的模塊化結(jié)構(gòu)。它完全不需要一般計(jì)算機(jī)所要求的環(huán)境。生產(chǎn)現(xiàn)場的工人易于掌握和使用它，便于普及和應(yīng)用。 可編程控制器的特點(diǎn)（1）編程簡單，使用面向控制操作的控制邏輯語言。另外，當(dāng)產(chǎn)品更新?lián)Q代、生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，繼電器控制系統(tǒng)的元件和接線也須做相應(yīng)的變動(dòng)，而且這種變動(dòng)的工作量很大，工期長，費(fèi)用高。廣泛使用的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)是繼電器接觸器控制及系統(tǒng)，適用于工作模式固定、控制要求簡單的場合，缺點(diǎn)是系統(tǒng)的布線不易擴(kuò)展、可靠性不高。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30％40％。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。國際電工委員會(huì)（IEC）對PLC的定義是“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。PLC英文全稱Programmable Logic Controller ，中文全稱為可編程控制器。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超出了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置成為可編程控制器，簡稱PC。5可編程控制器PLC的組成及原理 可編程控制器PLC的概述 認(rèn)識可編程控制器可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。刀架的自動(dòng)進(jìn)給采用撥叉盤裝置來實(shí)現(xiàn)，撥叉盤由交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，依靠改變旋轉(zhuǎn)撥叉盤角度的大小來控制每次的進(jìn)刀量。 刀架控制電路在龍門刨床上裝有左側(cè)刀架、右側(cè)刀架和垂直刀架，分別由交流電動(dòng)機(jī)MMM5拖動(dòng)。當(dāng)需要工作臺步進(jìn)時(shí)，按下62區(qū)中的工作臺步進(jìn)起動(dòng)按鈕SB8，工作臺步進(jìn)；松開按鈕SB8工作臺迅速制動(dòng)停止。個(gè)行程開關(guān)的示意圖如圖44所示。接觸器KM12接通橫梁放松、夾緊電動(dòng)機(jī)KM10通電閉合，電動(dòng)機(jī)M8起動(dòng)正向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)橫梁作短暫的回升后停止上升，然后橫梁進(jìn)一步夾緊。行程開關(guān)ST10在52區(qū)中的常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM11通電閉合，橫梁升降電動(dòng)機(jī)M8反向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)橫梁下降。橫梁放松、夾緊電動(dòng)機(jī)M9通電反轉(zhuǎn)，使橫梁放松。橫梁下降控制。隨著橫梁的進(jìn)一步夾緊，電動(dòng)機(jī)M9的電流增大。然后行程開關(guān)ST10常開觸點(diǎn)復(fù)位斷開，59區(qū)中行程開關(guān)ST10的常閉觸點(diǎn)復(fù)位閉合，為下一次橫梁升降控制作準(zhǔn)備。當(dāng)橫梁上升到要求高度時(shí)，松開橫梁上升起動(dòng)按鈕SB6，接觸器KM10線圈失電釋放，橫梁停止上升。此時(shí)，行程開關(guān)ST10在59區(qū)中的常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器KM13失電釋放，橫梁放松、夾緊電動(dòng)機(jī)M9停止反轉(zhuǎn)。當(dāng)需要橫梁上升時(shí)，按下50區(qū)中的橫梁上升啟動(dòng)按鈕SB6，中間繼電器K2線圈通電閉合，接觸器KM13通電閉合并自鎖。圖41 B2012A型龍門刨床直流發(fā)電—拖動(dòng)系統(tǒng)電路圖圖42 B2012A型龍門刨床主拖動(dòng)系統(tǒng)及抬刀電路圖圖43 主拖動(dòng)機(jī)組Y/△起動(dòng)及刀架控制電路圖 橫梁控制電路在圖44中，50區(qū)中的按鈕SB6為橫梁上升起動(dòng)按鈕，51區(qū)中的按鈕SB7為橫梁下降起動(dòng)按鈕，53區(qū)中的行程開關(guān)ST7為橫梁上升的上限位行程保護(hù)行程開關(guān)，55區(qū)中的行程開關(guān)ST8和ST9為橫梁下降的下限位行程保護(hù)行程開關(guān)，52區(qū)和59區(qū)中的行程開關(guān)ST10為橫梁放松及上升和下降動(dòng)作行程開關(guān)。同時(shí)，接觸器KM△通電閉合。當(dāng)需要主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G和勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE工作時(shí)，按下33區(qū)中主拖動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)M1的啟動(dòng)按鈕SB2，33區(qū)中的接觸器KM1線圈、35區(qū)中的時(shí)間繼電器KT2線圈、36區(qū)中的接觸器KMY先去通電吸合，主拖動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)M1的定子繞組接成Y接法降壓起動(dòng)，被拖動(dòng)的直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE利用剩磁開始發(fā)電。 各控制電路概述 主拖動(dòng)機(jī)組電動(dòng)機(jī)M1控制電路由交流電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G和勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE組成主拖動(dòng)機(jī)組，其控制電路如圖43所示。 交流機(jī)組拖動(dòng)系統(tǒng)組成B2012A型龍門刨床主拖動(dòng)系統(tǒng)就抬刀電路原理圖如圖42所示。勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的主要作用是由交流電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)，發(fā)出直流電壓，向直流電動(dòng)機(jī)M的勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電源。直流發(fā)電機(jī)G和勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE有交流電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng)。電機(jī)放大機(jī)AG由交流電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)。龍門刨床的電氣控制線路比較復(fù)雜，它的主拖動(dòng)系統(tǒng)完全是依靠電氣自動(dòng)控制來執(zhí)行的。在下列情況下，工作臺應(yīng)該立即停止：如工作臺越位超過允許值、油泵停止工作、橫梁在移動(dòng)、電動(dòng)機(jī)過載等。6)系統(tǒng)的機(jī)械特性要有一定的硬度，以避免因?yàn)榍邢髫?fù)荷發(fā)生變化時(shí)引起的工作速度有較大的波動(dòng)，以至于影響加工工件表面的質(zhì)量，同時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械特性應(yīng)具有以下特性：當(dāng)負(fù)荷過大時(shí)，能使拖動(dòng)工作臺的直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，直至停止，從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械裝置的目的。5）刀架能自動(dòng)進(jìn)給和快速移動(dòng)：為了提高生產(chǎn)率，要求工作臺正反向的起動(dòng)與制動(dòng)過程要快。4）工作臺前進(jìn)與返回形成的速度能分別作無極調(diào)整，且無須停車。若切削速度與沖擊為刀具所能承受時(shí)，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以取消慢速切入。3）工作臺能夠按照要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返循環(huán)。后退行程中，刀架自動(dòng)抬起。2）電氣控制線路能保證機(jī)床可靠的自動(dòng)工作。B2012A型龍門刨床采用了電機(jī)放大機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)，并加一級機(jī)械變速，從而保證了工作臺調(diào)速范圍達(dá)到20:~60m/min.，在高速檔的速度為9~90m/min。B2012A型龍門刨床對電氣控制系統(tǒng)的要求綜合起來有以下幾個(gè)方面:1）要求有寬廣的調(diào)速范圍。 B2012A型龍門刨床對控制系統(tǒng)的要求B2012A它不僅要求有足夠大的切削功率，較大的調(diào)速范圍，而且要能夠按照要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的速度循環(huán)。其加工工藝特點(diǎn)是：被加工的工件固定在工作臺上，工件連同工作臺頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工件地切削加工僅在工作進(jìn)程內(nèi)進(jìn)行，而返回進(jìn)程只作空運(yùn)轉(zhuǎn)。橫梁還可沿立柱導(dǎo)軌升降至一定位置，以根據(jù)工件的高度調(diào)整刀具的位置?；暹€能繞水平軸調(diào)整至一定的角度位置，以加工傾斜平面。裝在橫梁上的立刀架4可沿橫梁導(dǎo)軌作間接的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以刨削工件的水平平面。返回行程即將結(jié)束，再反向到工作速度之前，為減小對傳動(dòng)機(jī)械的沖擊，應(yīng)將速度降低，之后進(jìn)入下一周期。t4段為返回段，返回過程中，刨刀不切削工件，為節(jié)省時(shí)間，調(diào)高加工效率，返回速度應(yīng)盡量可能高些。t2段為刨削段，刨臺加速至正常的刨削速度。其主運(yùn)動(dòng)為刨臺頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在往復(fù)一個(gè)周期中，對速度的控制有一定的要求，如圖31所示。工作臺返回時(shí)速度較快，以減小空載行程時(shí)間。 B2012A型龍門刨床的工作過程B2012A型龍門刨床的工作臺是往返交替循環(huán)作直線運(yùn)動(dòng)的，工件規(guī)定在工作臺上與道具做相對運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)垂直刀架可沿橫梁導(dǎo)軌在水平方向或沿刀架本身的滑板導(dǎo)軌在垂直方向作快速移動(dòng)或工作進(jìn)給。工作臺安放在床身上，工作臺下面有斜齒條，可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)。后退時(shí)為返回行程，刀具抬起，電機(jī)為空載。主運(yùn)動(dòng)是指工作臺連續(xù)重復(fù)往返運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指刀架的進(jìn)給，輔助運(yùn)動(dòng)是為了調(diào)整刀具而設(shè)置的，如橫梁的夾緊放松，橫梁的上、下移動(dòng)，刀架的快速移動(dòng)、潤滑等。如今PLC技術(shù)的發(fā)展和成熟，用PLC設(shè)計(jì)刨床的電氣控制系統(tǒng)是行之有效的方法。20世紀(jì)90年代，由于變頻技術(shù)的不斷成熟，人們通過積累使用變頻器的經(jīng)驗(yàn)，嘗試將變頻系統(tǒng)運(yùn)用于拖動(dòng)系統(tǒng)，使拖動(dòng)系統(tǒng)得到進(jìn)一步的改善，這在一定程度上推動(dòng)了機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，龍門刨床也不例外。20世紀(jì)80年代，隨著工業(yè)生產(chǎn)的需要，許多企業(yè)對龍門刨床進(jìn)行了電氣改造，用SCRD模擬直流調(diào)速系統(tǒng)取代AGM調(diào)速系統(tǒng)，雖然進(jìn)行改造之后系統(tǒng)縮小了占地面積，減少了噪音，在節(jié)能等方面有了很大的改善，但由于仍采用的是繼電器邏輯控制系統(tǒng)，其故障率仍較大，可靠性低，仍存在維護(hù)和檢修難度大的問題。我國的第一臺龍門刨床于1953年4月在濟(jì)南第二機(jī)床廠問世?？刂葡到y(tǒng)有繼電器邏輯控制系統(tǒng)或繼電器與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)。龍門刨床的電氣系統(tǒng)主要分為主拖動(dòng)和控制系統(tǒng)兩部分。牛頭刨床是由滑枕帶著刀架作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；龍門刨床由工作臺帶著工件通過龍門框架作直線運(yùn)動(dòng)；單臂刨床與龍門刨床的區(qū)別是只有一個(gè)立柱，故適用于寬度較大而又不需在整個(gè)寬度上加工的工件；包邊機(jī)是利用置于床身側(cè)面溜板上的刀架作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以刨削大鋼板的邊緣部分；刨削及主要用于刨削沖頭和復(fù)雜形狀的工件，其特點(diǎn)是刀具在刨削行程的終端，可擺動(dòng)一個(gè)弧度而實(shí)現(xiàn)退刀。刨床主要有牛頭刨床、龍門刨床和單臂刨床。 龍門刨床的概念刨床是用刨刀對加工工件的平面、溝槽或成形表面進(jìn)行刨削的機(jī)床。（2）按工件大小和機(jī)床重量可分為儀表機(jī)床、中小型機(jī)床、大型機(jī)床、重型機(jī)床和超重型機(jī)床；按加工精度可分為普通精度機(jī)床、精密機(jī)床和高精度機(jī)床；按自動(dòng)化程度可分為手動(dòng)操作機(jī)床、半自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床；按機(jī)床的自動(dòng)控制方式，可分為仿形機(jī)床、程序控制機(jī)床、數(shù)字控制機(jī)床、適應(yīng)控制機(jī)床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)；按機(jī)床的適用范圍，又可分為通用、專門化和專用機(jī)床。金屬切削機(jī)床的分類：（1）按加工方式或加工對象可分為車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、花鍵加工機(jī)床、銑床、刨床、插床、拉床、特種加工機(jī)床、鋸床和刻線床等。機(jī)床主要包括金屬切削機(jī)床，主要用于對金屬進(jìn)行切削加工；木工機(jī)床，用于對木材進(jìn)行加工；特種加工機(jī)床，用物理、化學(xué)等方法對工件進(jìn)行特種加工，鍛壓機(jī)械。機(jī)械產(chǎn)品的零件通常都是用機(jī)床加工出來的。龍門刨床主要分為機(jī)械和電氣控制兩大組成部分，機(jī)械部分相對比較穩(wěn)定，使龍門刨床運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)主要取決于電氣控制系統(tǒng)控制方式。同時(shí)，與調(diào)速系統(tǒng)配合使用，可使工作臺實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減速、換向、多步速度變化及往復(fù)運(yùn)行等，大大簡化了操作步驟。 本文研究的意義本文以PLC作為主控制器，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，通過輸入接收來自按鈕操作站和轉(zhuǎn)換開關(guān)的操作信號及其它設(shè)備的狀態(tài)信息，將這些信號經(jīng)PLC內(nèi)部的用戶程序運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果通過輸出點(diǎn)，控制調(diào)速系統(tǒng)完成主拖動(dòng)，同時(shí)控制各交流電動(dòng)機(jī)的接觸器完成輔助拖動(dòng)。而PLC大量的開關(guān)工作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其壽命長、可靠性高。而PLC采用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境影響，且PLC具有計(jì)數(shù)功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計(jì)數(shù)功能。而PLC是通過程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度快，程序指令執(zhí)行在微秒級，且不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)問題。而PLC的用戶程序是按一定的順序循環(huán)之行的，所以各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各繼電器的動(dòng)作次序決定于程序掃描的順序，這種工作方式成為串行工作方式。體積小、功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器”實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)，所以