【正文】 圖 11可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) 外設(shè)接口輸入接口I / O擴(kuò)展口輸出接口電 源中 央 處 理器 C P U存 儲 器R A M R O MI / O擴(kuò) 展單 元編 程 器計(jì) 算 機(jī)?驅(qū) 動?接 受?Xxx 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。大型 PLC 使用另外一個 CPU 來完成模擬量的運(yùn)算。相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些。一個 PLC 的控制器，可以接收 幾千個 I/O 點(diǎn)。 PLC 由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。只要有工業(yè)的地方，就有 PLC 存在的機(jī)會。 如果沒有的話，你就是正在浪費(fèi)金錢和時間。 可編程控制器得以迅速發(fā)展和廣泛使用的原因是由于它具有繼電器接觸器控制裝置和通用計(jì)算機(jī)以及其他控制系統(tǒng)所不具有的特點(diǎn)： (1) 運(yùn)行穩(wěn)定 、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) (2) 設(shè)計(jì)使用和維護(hù)方便 (3) 編程御苑直觀易學(xué) (4) 與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合 (5) 體積小、質(zhì)量輕、能耗低 PLC 控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較 PLC 控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 控制方法 電氣控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。而 PLC 采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制 邏輯時以程序的方式存放在存儲器中的，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變Xxx 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 或增加系統(tǒng)功能。 （ 2） 工作方式 在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。 （ 3） 控制速度 繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動作實(shí)現(xiàn)控制，工作效率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題。 （ 4） 定時和計(jì)數(shù)控制 電氣控制系統(tǒng)采用時間繼電器的延時動作進(jìn)行時間控制，時間繼電器的延時時間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時精度不高。 （ 5） 可靠性和可維護(hù)性 由于電氣控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等問題，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性較差。 PLC 還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場的調(diào)試和維護(hù)提供了方便。但是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，所以當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制柜就要改接或更改，通用性和靈活性較差。在 工廠自動化系統(tǒng)中， PC 被廣泛采用為核心的控制器件。它還是繼電器控制柜的理想替代物。特別是在數(shù)控機(jī)床及大量的機(jī)床改造和老設(shè)備改造中， PC 應(yīng)用極廣。 由于它兼?zhèn)淞擞?jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn) ,故目前在世界各國以作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普遍應(yīng)用于工業(yè)控制 。 PC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì) ,由于采取了一系列措施 ,使PC 控制系統(tǒng)的平 均無故障間隔時間一般能達(dá)到 4～ 5 萬 h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) .可以說 ,到目前為止尚無任何一種工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性能達(dá)到和超過 PC 工作的可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的主要措施是 : (1) 采用循環(huán)掃描、集中采樣 ,集中輸出的工作方式。 (3) 軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置實(shí)時監(jiān)控、自診斷、信息保護(hù)與恢復(fù)等程序與硬件電路配合實(shí)現(xiàn)各種故障的診斷、處理、報(bào)警顯示及保護(hù)功能 .因此 PC 優(yōu)于微機(jī)控制的首要特點(diǎn)是它能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。梯形圖編程方式是 PC 最常用的編程語言。 3．組合靈活使用方便 由于它采用標(biāo)準(zhǔn)化得到通用模塊結(jié)構(gòu)，能靈活方便地組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。 5．開發(fā)周期短，功率高 6．體積小，重量輕，工耗低 隨著電 子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大， PC 技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，Xxx 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 其結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，功能日益增強(qiáng)，性價比越來越高 。 C650 臥式普通車床屬中型車床，加工工件回轉(zhuǎn)直徑最大可達(dá) 1020mm,長度可達(dá) 3000mm。 車床有兩種運(yùn)動，一是軸 卡盤帶動工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，稱為主運(yùn)動（切削運(yùn)動），另一種四溜板刀架頂針帶動刀具的直線運(yùn)動，稱為進(jìn)給運(yùn)動。此外，為提高效率、減輕勞動強(qiáng)度、便于對刀和減小輔助工時， C650 車床的刀架還能快速移動，稱為輔助運(yùn)動。 C650 車床的控制要求 從車削工藝要求出發(fā)，對各電動機(jī)的控制要求主要是： 主電動機(jī) M1（ 30KW）：由它完成主運(yùn)動的驅(qū)動。 冷卻電動機(jī) M2：用以加工時提供冷卻液，采用直接起動、單向運(yùn)行、連續(xù)工作方式。 要求有局部照明和必要的電氣保護(hù)與聯(lián)鎖。 主電動機(jī) M1（功率為 30kW） 完成主軸主運(yùn)動和刀具進(jìn)給運(yùn)動的驅(qū)動，采用直接啟動方式，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可進(jìn)行正反兩個旋轉(zhuǎn)方向的電氣制Xxx 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 動停車。電動機(jī) M1 控制電路分為四個部分：①由正轉(zhuǎn)控制接觸器 KM1 和反轉(zhuǎn)控制接觸器 KM2 的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路。為防止電流表被啟動電流沖擊損壞，利用 時間 繼電器 KT 的動斷觸頭，在啟動的短時間內(nèi)將電流表暫時短接。④速度繼電器 KS 的速度檢測部分與電動機(jī)的主軸相聯(lián)，在停車制動過程中，當(dāng)主電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時，其動合觸頭可將控制電路中反接制動的相應(yīng)電路切斷，完成停車制動。 快速移動電動機(jī) M3 由交流接觸器 KM5 控制，根據(jù)使用需要，可隨時手動控制啟停。 控制電路分析 電源：由控制變壓器 TC（ 380V/110V， 36V）的接線和參數(shù)標(biāo)注可知各接觸器、繼電器線圈電壓等級為～ 110V，而照明為～ 36V 安全電壓由主令開關(guān) SA 控制。 正向點(diǎn)動 SB1+→KM1+（無自保）→ M1 串 R 正向點(diǎn)動（ SB1+表示按 SB1并保持） 正向起動 SB2+→KM3+, KT+→短接 R, KA+ →KM1+ (自保 ) → M1 全壓正向起動 (當(dāng) n≥120r/min時 ) →KS1+ (KT 延時到 ,起動完成 ) →轉(zhuǎn)速達(dá) n,電流表 A接入 正向停止制動 SB0+→KM1， KM3， KT， KA（ 當(dāng) KS1+時） KM2+→M1串 R 反接制動 n↓↓(當(dāng) n≤100r/min時 ) KS1 →KM2。 采用控制流程來表達(dá)電路的過程具有簡單、一目了然的優(yōu)點(diǎn)。 冷卻泵電動機(jī) SQ6+ →KM4+（自保）→ M2 起 動。 整機(jī)線路聯(lián)鎖與保護(hù) 由 KM1 與 KM2 各自的常閉觸點(diǎn)串接于對方工作電路以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行互鎖。由 FR1 與 FR2 實(shí)現(xiàn) M1 與 M2 的過載保護(hù)（根據(jù) M1 與 M2 額定電流分別整定）。Xxx 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 3 章 C650 臥式 車床改造為 PLC 控制的 硬件 設(shè)計(jì) 統(tǒng)計(jì) I/0 的點(diǎn)數(shù) 根據(jù)第 2 章的主電路分析 ,統(tǒng)計(jì) I/0 的點(diǎn)數(shù)如表 31 所示 : 表 31 I/0 點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì) 類 型 功能 所占點(diǎn)數(shù) (個 ) 輸 入 設(shè) 備 M1 的停止按鈕 1 M1 的點(diǎn)動按鈕 1 M1 的正轉(zhuǎn)按鈕 1 M1 的反轉(zhuǎn)按鈕 1 M2 的停止按鈕 1 M2 的啟動按鈕 1 M3 的限位開關(guān) 1 M1 的熱繼電器動合觸電 1 M2 的熱繼電器動合觸電 1 速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點(diǎn) 1 速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點(diǎn) 1 輸 出 設(shè) 備 M1 的正轉(zhuǎn)接觸器 1 M1 的反轉(zhuǎn)接觸器 1 M1 的制動接觸器 1 M2 接觸器 1 M3 接觸器 1 電流表接入中間繼電器 1 Xxx 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 PLC 的選型 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知， PLC 點(diǎn)數(shù)的選擇，不管是輸入點(diǎn)數(shù)還是輸出點(diǎn)數(shù)都要留有 10%的余量，根據(jù) I/O 口分配情況可知：輸入信號有 11 個，輸出信號有 6 個，根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)可選擇 FX2N—24MR 可編程控制器，以滿足控制要求，而且輸入輸出都留有一定的余量。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算 等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 其結(jié)構(gòu)如下圖 : 圖 PLC硬件基本組成的簡化框圖 Xxx 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 由圖可見， PLC 的硬件是由主機(jī)（基本單元） 、 I/O 擴(kuò)展模塊以及各種外部設(shè)備組成，通過各自的端口聯(lián)成一個整體。每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。用戶存儲器內(nèi)容由用戶根據(jù)控制需要可讀可寫，可任意修改、刪除。他在 PLC 技術(shù)指標(biāo)中的內(nèi)存容量系指用戶存儲器容量，是 PC 等級的一項(xiàng)重要指標(biāo)；系統(tǒng)存儲器用于固化 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的各種系統(tǒng)工作程序，相當(dāng)于單片機(jī)的監(jiān)控程序或個人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，在很大程度上他決定該種 PC 的性能和質(zhì)量，用戶無法更改或調(diào)用。而程序執(zhí)行結(jié)果又是通過輸出電路送到控制現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)外部控制功能。所以 PLC 與通用計(jì)算機(jī) I/O 電路有著類似的作用，即電平變換、速度匹配、驅(qū)動功率放大、信號隔離等。通用計(jì)算機(jī)則要求擁護(hù)根據(jù)使用條件自行開發(fā)，其可靠性、 抗干擾能力往往達(dá)不 到 系統(tǒng)要求。外部輸入器件可以是無源觸點(diǎn)，如按鈕、行程開關(guān)、主令開關(guān)等，也可以是有源器件，如各類傳感器、集電極開路的晶體管接近開關(guān)、光電開關(guān)等。當(dāng)輸入信號為模擬量時，信號必須經(jīng)過專用的模擬量輸入模 塊進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后通過輸入電路進(jìn)行 PLC。圖 12 是一個直流 24V輸入連路的內(nèi)部原理線路，由裝在 PLC 面板上的來顯示某一輸入點(diǎn)是否有信號輸入。繼電器輸出最常用，適用交直流負(fù)載，其特點(diǎn)是帶負(fù)載能力強(qiáng)，但動作頻率和響應(yīng)速度慢。晶閘管輸出使用交流負(fù)載，響應(yīng)速度快，帶載能力不大。輸出電路僅是提供輸出通道。每 48點(diǎn)共一個 COM端子，各組相互隔離。 4. 電源單元 PLC 對供電電源要求不高，可直接采用普通單相交流電。也有用直流 24V 供電。 PC 的技術(shù)指標(biāo) PC一般技術(shù)指標(biāo) 一般技術(shù)指標(biāo)主要是指 PLC產(chǎn)品的工作條件與一般工作環(huán)境的適應(yīng)程度。其技術(shù)指標(biāo)如表 32所示。不同機(jī)型差異較大，在 PLC 選型時要逐一考慮該項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能否滿足要求。如表 3 335 所示。 Y0～ Y2 分別位于梯形圖的第 10 梯級。在第 第 8 梯 級分別 設(shè)計(jì) T T2 的線圈電路，它們分別由輔助繼電器 M10 M102 的動合觸點(diǎn) M10 M102 控制 。由 I/O 分配表可知，輸入繼電器 X X3 分別為啟動按鈕 SB反轉(zhuǎn)啟動按鈕 SB3 控制。 在第 Y2［ 10］ 線圈電路中，串接有 M10 M102 的動合觸點(diǎn) M10 M102的并聯(lián)支路，因此只有輔助繼電器 M101 或 M102 得電，輸出繼電器 Y2 得電，才能使 KM3 得電吸合，短接電阻 R。 M1 正反轉(zhuǎn)控制的轉(zhuǎn)換是由接觸器 KM1 和 KM2 的主觸點(diǎn)切換電源的相序?qū)崿F(xiàn)的。例如，由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時，當(dāng) KM1主觸點(diǎn)斷開，產(chǎn)生瞬時電弧， KM1 主觸點(diǎn)仍為導(dǎo)通狀態(tài)，如果此時 KM2 主觸點(diǎn)閉合，就會使電源發(fā)生短路，要避免電源短路，必須在完全沒有電弧的情況下使 KM2 主觸點(diǎn)閉合。 PLC 控制與繼電器接觸器控制不同， PLC 在循環(huán)掃描進(jìn)，執(zhí)行程序的速度是非?？斓?， Y0 和 Y1 觸點(diǎn)切換是在毫秒級瞬間完成的，幾乎沒有時間延時。在梯形圖中，定時器 T1 與 T2 用來控制正、反 轉(zhuǎn)切換的延時時間（延時時間設(shè)定為 秒），待電弧熄滅之后，再接通反方向接觸器 。與此同時， X3 的動斷點(diǎn)斷觸點(diǎn)斷開，使 M101 失電， M101 的動合觸點(diǎn)［ 5］復(fù)位斷開，使 T1 失電。 M102 的動合觸點(diǎn)［ 8］閉合，使 T2 得電，經(jīng) 秒延Xxx 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24