【正文】 都需要正反轉(zhuǎn)控制，必須設(shè)置互鎖環(huán)節(jié)。1．設(shè)計(jì)中的幾個問題：（1）控制電源接觸器、電磁鐵及指示燈仍采用原來的110V、。其I/O地址分配見附錄3。我決定選用SIMATIC而且并不通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。根據(jù)原控制電路來確定I/O端口點(diǎn)數(shù)，其中：按鈕8個，行程開關(guān)5個，轉(zhuǎn)換開關(guān)1個（觸點(diǎn)位置3個），熱繼電器常閉2個，電壓繼電器觸點(diǎn)1個，控制線路電源總開關(guān)1個，共20個輸入端口點(diǎn)數(shù)；接觸器7個，電壓繼電器一個，信號燈4個，共計(jì)12個輸出端口點(diǎn)數(shù)。S7200PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。西門子公司的產(chǎn)品有：S7200:微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)；S7300:小到中型PLC單機(jī)最大容量為1K；S7400:大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過萬點(diǎn)。三菱公司的產(chǎn)品有：FX系列：為小型PLC，單元式，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)。1．PLC類型簡介目前各國生產(chǎn)的PLC品種繁多，發(fā)展迅速。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。第4章 基于PLC的Z3040控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC的型號選擇 PLC的型號選擇隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。（2）工作信號指示HL1電源指示燈，當(dāng)和上QF2時(shí)HL1指示燈亮，HL2為立柱和主軸箱松開指示燈，HL3為立柱和主軸箱夾緊指示燈，分別由限位開關(guān)ST4長閉觸頭和ST4常開觸頭控制。4．冷卻泵控制冷卻泵電動機(jī)M4容量小，所以用組合開關(guān)QS直接控制其運(yùn)行和停止。其他動作過程與主軸箱松開或夾緊時(shí)完全相同，不在論述。按松開按鈕SB7或夾緊按鈕SB8時(shí)，電磁鐵YA2通電，此時(shí)，立柱松開或夾緊；SA2在中間位時(shí)，觸點(diǎn)（5759）、（5763）均接通。主軸箱夾緊的控制線路及工作原理與松開時(shí)相似，只要按松開按鈕SB7換成夾緊按鈕SB8，接觸器KM4換成KM5，M3由正向轉(zhuǎn)動變成反向轉(zhuǎn)動，指示燈HL2換成HL3即可?；钊麠U使行程開關(guān) ST4復(fù)位，觸點(diǎn)ST4常閉開關(guān),ST4常開閉合。當(dāng)要主軸箱松開時(shí)，按松開按鈕SB7，時(shí)間繼電器KTKT3的線圈同時(shí)得電，KT2是斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器，它的斷電延時(shí)斷開的常開觸點(diǎn) （757）在通電瞬間閉合，電磁鐵YA1通電吸合。復(fù)合按鈕SBSB8分別為松開、夾緊控制按鈕。3．立柱和主軸箱松開、夾緊控制立柱和主軸箱的松開及夾緊控制可單獨(dú)進(jìn)行，也可同時(shí)進(jìn)行，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2和復(fù)位按鈕SB7（或SB8）進(jìn)行控制。為了防止損壞液壓泵電動機(jī)，電路中使用了熱繼電器FR2。搖臂的自動夾緊是由行程ST3來控制的。同理，當(dāng)搖臂下降到極限位置時(shí)，ST12（2717）動作，電路斷開，KM3釋放，搖臂升降電動機(jī)M2停轉(zhuǎn)。當(dāng)搖臂上升到極限位置時(shí)，ST11(1517)動作，將電路斷開，則KM2斷電釋放，搖臂升降電動機(jī)M2停止旋轉(zhuǎn)。搖臂升降的限位保護(hù)，由組合開關(guān)ST1來實(shí)現(xiàn)。時(shí)間繼電器KT1的作用是控制KM5的吸合時(shí)間，使M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，再夾緊搖臂。搖臂上升的動作過程如下： 搖臂的下降過程與上升基本相同，它們的夾緊和放松電路完全一樣。壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂夾緊油腔，向相反方向推動活塞，使搖臂夾緊。當(dāng)搖臂上升到所需位置時(shí)，松開按鈕SB3，接觸器KM2和時(shí)間繼電器KT1同時(shí)斷電釋放，搖臂升降電動機(jī)M2停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。當(dāng)搖臂完全松開后，活塞桿通過彈簧片壓下限位開關(guān)ST2，使其動斷觸點(diǎn)ST2（17－33）斷開，使接觸器KM4線圈斷電釋放，液壓泵電動機(jī)M3停轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，另一動合觸點(diǎn)ST2（1721）閉合，接觸器KM2線圈通電吸合，其主觸點(diǎn)接通升降電動機(jī)M2的電源，M2啟動正向旋轉(zhuǎn)，帶動搖臂上升。按上升按鈕SB3，時(shí)間繼電器KT1得電吸合，瞬時(shí)動合觸點(diǎn)（3335）閉合，接觸器KM4得電吸合，液壓泵電動機(jī)M3接通電源正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。按下停止按鈕SB8，接觸器KM1釋放，主軸電動機(jī)M1停轉(zhuǎn)。指示燈電源為 6V。 4．M4電機(jī)容量小，由開關(guān)QS控制。M2為短時(shí)工作，不設(shè)長期過載保護(hù)。控制電路保證，在操縱搖臂升降時(shí)，首先使液壓泵電動機(jī)起動旋轉(zhuǎn)，供出壓力油，經(jīng)液壓系統(tǒng)將搖臂松開，然后才使電動機(jī)M2 起動，拖動搖臂上升或下降。 主電路分析1．M1為單方向旋轉(zhuǎn)，由接觸器KM1控制，主軸的正反轉(zhuǎn)則由機(jī)床液壓系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)配合正反轉(zhuǎn)摩擦離合器實(shí)現(xiàn)，并由熱繼電器FR1作電動機(jī)長期過載保護(hù)。首先將隔離開關(guān)接通，將電源引入開關(guān)QF1扳到“接通”位置，接通三相交流電源，此時(shí)總電源指示燈HL1亮，表示機(jī)床電氣電路已進(jìn)入帶電狀態(tài)。QFQFQF5分別為機(jī)床控制電路、機(jī)床工作信號指示電路和機(jī)床工作照明電路和過載及短路保護(hù)開關(guān)。該機(jī)床控制電路采用380V/100V隔離變壓器供電，但其二次繞組增設(shè)24V安全電壓供局部照明使用。Z3040搖臂鉆床共有四大電動機(jī)：主電動機(jī)M1，搖臂升降電動機(jī)M2，液壓泵電動機(jī)M3和冷卻泵電動機(jī)M4。2．夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)主軸箱、內(nèi)外立柱和搖臂的夾緊和松開是由液壓泵電動機(jī)拖動液壓泵電動機(jī)送出壓力油，推動活塞、菱形塊來實(shí)現(xiàn)的。與此同時(shí)，另一油路系統(tǒng)推動拔叉緩慢運(yùn)動，逐漸壓緊主軸正轉(zhuǎn)摩擦離合器，接通主軸電動機(jī)到主軸的傳動鏈，帶動主軸緩慢旋轉(zhuǎn)，稱為緩速，以利于齒輪的順利嚙合。所以主軸停車時(shí)主軸發(fā)動機(jī)仍在旋轉(zhuǎn)，只是不能將動力傳到主軸。主軸停車時(shí)，將操作手柄扳回中間位置，這時(shí)主軸電動機(jī)仍拖動齒輪泵旋轉(zhuǎn)。然后操縱主軸手柄，板至所需轉(zhuǎn)向位置（里或外），于是兩個操縱閥相互位置轉(zhuǎn)變，使一股壓力油將制動摩擦離合器松開，為主軸旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件；另一股壓力油壓緊正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）摩擦離合器，接通主軸電動機(jī)的主軸的傳送鏈，驅(qū)動主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。而主軸轉(zhuǎn)速及主軸進(jìn)給量各有一個旋鈕預(yù)選，然后在操作主軸手柄。1．操縱機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)該系統(tǒng)壓力油由主軸電動機(jī)拖動齒輪泵送出，由主軸操作手柄來改變兩個操縱閥的相互位置，獲得不同的動作。Z3040搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)：一套是由主軸電動機(jī)拖動齒輪泵送出壓力油，通過操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車控制、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓電動機(jī)拖動液壓泵送出壓力油來實(shí)現(xiàn)搖臂的夾緊和松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的夾緊與松開。要有必要的限位、連鎖和過載保護(hù)，且具有局部安全照明。內(nèi)外立柱的夾緊與放松，、主軸箱與搖臂的夾緊與放松可采用手柄機(jī)械操作、電氣液壓機(jī)械裝置等方法來實(shí)現(xiàn)。搖臂的升降由升降電動機(jī)拖動，要求電動機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。主軸變速機(jī)構(gòu)與進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)均裝在主軸箱內(nèi)。主軸一般速度下的鉆床加工為恒功率負(fù)載，而低速是用于擴(kuò)孔、絞孔及螺紋加工，屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 Z3040搖臂鉆床的電力拖動的特點(diǎn)和控制要求搖臂鉆床運(yùn)動部件較多，為簡化傳動裝置，采用多臺電動機(jī)控制，通常沒有主軸電動機(jī)、搖臂升降電動機(jī)、立柱夾緊和放松電動機(jī)及冷卻泵電動機(jī)。主軸箱安裝于搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動。 Z3040搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行Z3040搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺等部分組成，內(nèi)立柱固定在底座上，在它的外面套著空心的外立柱，外立柱可繞著內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。而搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動通常采用手動。搖臂的上升、下降由一臺交流異步電動機(jī)拖動，主軸箱、立柱的夾緊和放松由另一臺交流電動機(jī)拖動。故主電動機(jī)只有一個旋轉(zhuǎn)方向。搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔及攻螺紋等工作，在具有工藝裝備的條件下還可以進(jìn)行鏜孔。它的調(diào)速是通過三相交流異步電動機(jī)和變速箱來實(shí)現(xiàn)的。因此要求鉆床的主軸運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動有較寬的調(diào)速范圍。語言表適合于經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用，可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不能實(shí)現(xiàn)的功能。 語句表編程語言語句表（STL－Statement 功能圖編程語言這是位于其它編程語言之上的圖形語言，用來編程順序控制的程序（如：機(jī)械手控制程序）。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。4．梯形圖的邏輯解算根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。圖22 51a中可能有兩個方向的能流流過觸點(diǎn)5（經(jīng)過觸點(diǎn)4或經(jīng)過觸點(diǎn)2），這不符合能流只能從左向右流動的原則，因此應(yīng)改為如圖51b所示的梯形圖。能流只能從左向右流動。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。 function chart）、梯形圖（Ladder diagram）、功能塊圖（Function black diagram）、指令表（Instruction list）、結(jié)構(gòu)文本（structured text）。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC11313（可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖（sequential現(xiàn)在三菱公司又有FX系列PLC，與其超小型品種F1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá)24～128點(diǎn)。并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。并且，由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。5．減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會用梯形圖編制控制程序。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。既可控制一臺生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程。因此，PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動化中也被大量采用。PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。在軟件方面，程序執(zhí)行采用掃描加中斷方式，這既可以保證它有序的工作，避免觸點(diǎn)競爭，又能及時(shí)處理應(yīng)急請求；內(nèi)部采用“監(jiān)視器”（watching dog）電路，保證了CPU工作的可靠性PLC的每次上電后系統(tǒng)程序自動配置完成對系統(tǒng)的初始化和運(yùn)行自檢指令；PLC還自帶很多防止和檢測故障的指令，在編制用戶程序時(shí)通過使用這些指令，可對PLC的控制系統(tǒng)的工作進(jìn)行監(jiān)視等。因此，PLC以被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場。 PLC的特點(diǎn)為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機(jī)有以下特點(diǎn)：1．可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。近年來各PLC廠商非常重視特殊功能單元的開發(fā)，特殊功能單元種類日益增多，功能越來越強(qiáng)，使PLC的控制功能日益擴(kuò)大7．可擴(kuò)展能力PLC的可擴(kuò)展能力包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展、存儲容量的擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展、各種功能模塊的擴(kuò)展等。這些元件的種類與數(shù)量越多，表示PLC的存儲和處理各種信息的能力越強(qiáng)。編程指令的功能越強(qiáng)、數(shù)量越多，PLC的處理能力和控制能力也越強(qiáng)，用戶編程也越簡單和方便，越容易完成復(fù)雜的控制任務(wù)。PLC用戶手冊一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間，可以通過比較各種PLC執(zhí)行相同的操作所用的時(shí)間，來衡量掃描速度的快慢。3．掃描速度掃描速度是指PLC執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)。一般來說，小型PLC的用戶存儲器容量為幾千字，而大型機(jī)的用戶存儲器容量為幾萬字2．I/O點(diǎn)數(shù)輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)是PLC可以接受的輸入信號和輸出信號的總和，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)。 PLC的基本性能指標(biāo)1．存儲容量存儲容量是指用戶程序存儲器的容量。這是因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個工作周期的大部分時(shí)間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時(shí)間的，誤動作將大大減小。由于每個掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。掃描周期的長短主要取決于程序的長短。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個階段統(tǒng)稱為I/O刷新階段。 3．輸出刷新階段當(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（輸出映像寄存器），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(shí)際輸出。 2．程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。一個掃描周期主要可分為3個階段。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，則從第一條指令開始逐條執(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。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方，若有鍵按下或有I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。類型：目前大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)移和輸出接線端子排，輸出部件或模塊也有多種類型供選用。作用：將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的電平信號，驅(qū)動被控設(shè)備的執(zhí)行元件。各PLC生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的I/O部件或模塊供用戶選用。輸入接口采用光電耦合電路，目的是把PLC與現(xiàn)場電路隔離，提高PLC的抗干擾能力。