【正文】 整個車間的控制功能。隨著全球經(jīng)濟一體化進(jìn)程的不斷加快，發(fā)達(dá)國家在發(fā)展技術(shù)的同時，更加注重對可編程序控制器知識產(chǎn)權(quán)的保護 [4]，國際大型 PLC 制造商紛紛加入了可編程控制器的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，利用許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立了符合他們經(jīng)濟利益的知識和技術(shù)保護壁壘。國際電工學(xué)會（ IEC）曾先后于 1982 年 11 月、 1985 年 1 月 和 1987 年 2 月發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一、二、三稿。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。定義強調(diào)了 PLC 是： （ 1）數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) —— 也是 一種計算機；（ 2）專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計；（ 3）面向用戶指令 —— 編程方便；（ 4）邏輯運算、順序控制、定時計算和算術(shù)操作；（ 5）數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制；（ 6）易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體并易于擴充。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展， 70 年代中期出現(xiàn)的微處理器到了 70 年代后期便應(yīng)用于PLC 中，使 PLC 的功能大大增強，具有計算機功能，而且做到小型和超小型。雖然這些控制器目前仍有不同程度的應(yīng)用，但最年輕的 PLC 最具活力和生命力，大有取代其他控制器之勢。為了滿足一些特殊的要求， PLC 也具備了高速計數(shù)、定位、定時等功能單元。 PLC 的聯(lián)網(wǎng)可分為二類：一類是 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)通信。另一類是 PLC 與計算機之間的通信聯(lián)網(wǎng)，也可構(gòu)成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這一時期也是我國發(fā)展應(yīng)用 PLC 技術(shù)的初期階段，各高等院校、科研院所與企業(yè)廠家聯(lián)合開發(fā) PLC 項目，有的集團公司干脆直接與日本、 美國、德國等發(fā)達(dá)國家的有名 PLC 廠家合作 [3]，對我國自動化、數(shù)字化技術(shù)進(jìn)步起到積極推動作用。 我國自動化研究和運用起步較晚，上個世紀(jì) 50 年代主要采用繼電器 — 接觸器 控制，速度調(diào)節(jié)主要采用直流調(diào)速裝置控制；從 70 年代末才開始有少數(shù)生產(chǎn)線中采用 PLC 進(jìn)行控制；到了上世紀(jì) 80 年代， PLC 和變頻器在我國才逐步得到廣泛應(yīng)用，越來越多的生 產(chǎn)線采用了 PLC 和交流調(diào)速控制，這使我國工業(yè)控制的自動化水平得到較快的提高，生產(chǎn)線的控制精度、故障率等明顯改善。上世紀(jì) 90 年代，隨著 PLC 和變頻器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，只需在其外 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 圍增設(shè)一些檢測設(shè)備就可以構(gòu)成一個較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而大大提高了系統(tǒng)的性能指標(biāo)。對于傳統(tǒng)的繼電器電路來說，它難以實現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能的和數(shù)字式控制，而且要實現(xiàn)一定規(guī)模的邏輯控制功能不僅設(shè)計繁瑣，難以實現(xiàn)升級，并易發(fā)故障，維修復(fù)雜，現(xiàn)在已被大中型設(shè)備的控制系統(tǒng)所拋棄。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的飛躍發(fā)展 ， PLC 也不斷得到完善和強大，同時它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯(lián)網(wǎng)通信功能和自診斷功能等。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)總體方案和主要硬件配置 針對 原系統(tǒng)的缺陷和改造要求實現(xiàn)的功能，本文設(shè)計了以可編 程控制器為核心的直流調(diào)速控制系統(tǒng)，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖見硬件圖所示。 針對原系統(tǒng)特點，經(jīng)分析和研究，系統(tǒng)采用如下配置： 主拖動直流電機采用型號為 Z420031，額定電樞電壓為 220V，額定直流電流為 305A；其余的交流電動機采用型號為 JB24， 額定電壓為 380V； 主電機全數(shù)字直流調(diào)速裝置 6RA7081，裝置額定直流電壓為 420V，額定直流電流為 400A； 額定功率為 168KW，接三相交流 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 380V電源時，額定輸出直流電壓為 420V，接三相交流 220V電源時， 額定輸出直流電壓為 220V，控制功能強大，過載能力強，設(shè)置使用方便 [6]；可編程控制器采用西門子的 S7200 系列，包括主模塊 CPU224(AC/DC/繼電器 )，數(shù)字量 I/0 擴展模塊(EM223)和模擬量擴展模塊 (EM231)，運行可靠，可在通用計算機系統(tǒng)及 WINDOWS平臺上方便編程；電位計采用 5KΩ 特種導(dǎo)電塑料電位器，調(diào)速線性度好；采用直流三線制電感式接近開關(guān)替代常規(guī)的工作臺行程開關(guān)；用三位半數(shù)字 面板表顯示輸出電流、速度，代替常規(guī)的指針式電流、速度表，直觀性好；主回路用變壓器，三相交流 380V/220V；勵磁回路用變壓器兩相交流 380V/260V[7]；設(shè)置了主電機出現(xiàn)故障時的聲光報警裝置；其他常規(guī)低壓電器及相關(guān)器件供電電源。補償量的大小在電流調(diào)節(jié)器優(yōu)化過程中自動 確定，系統(tǒng)將得到的反電動勢反饋到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器比較由反電動勢表征的實際速度值與速度給定值的大小，根據(jù)偏差自動調(diào)節(jié)電樞電壓與電流，從而實現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 可編程控制器的模擬量輸入端口，直接與直流調(diào)速器反電動勢 Ea 輸出端子連接，以獲得實時信號，并對信號進(jìn)行實時監(jiān)測。調(diào)速電路工作電源由外部電源提供，均接至直流調(diào)速器模擬量輸入端子。 工作臺控制電路設(shè)計 工作臺控制電路包括自動循環(huán)工作、步進(jìn)、步退、以及抬刀電磁鐵控制電路，其控制邏輯電路原理圖如圖 2 所示。 PLC 輸入、輸出分別見表 表 2。 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。內(nèi)含 256 個定時器，可方便地通過程序進(jìn)行延時、計數(shù)控制，處理速度快，準(zhǔn)確性高。數(shù)字量擴展模塊為使用除了主模塊集成的數(shù)字量輸入 /輸出點外更多的輸入 /輸出提供途徑，靈活性強，很容易擴展 I/O 點數(shù)，當(dāng)應(yīng)用范圍擴大，需要更多輸入 /輸出點數(shù)時， PLC 可以增加擴展模塊，即可增加 I/O 點數(shù)。模擬量擴展模塊具有很好的適應(yīng)性，可適用于復(fù)雜的控制場合， 12 位的分辨率和多種輸入 /輸出范圍使 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 其能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，當(dāng)實際應(yīng)用變化時， PLC 可以相應(yīng)地進(jìn)行擴展，并可非常容易地調(diào)整用戶程序。系統(tǒng)工作流程都由 PLC 通過輸入點的狀態(tài)來控制，兩路模擬輸入來自直流調(diào)速器內(nèi)部反電動勢值，用來實時檢測工作臺速度。二極管 V1~V6 配合 PLC 程序用來控制調(diào)速電位計的導(dǎo)通。 表 1 PLC 輸入的定義 表1 PLC 輸入 的定義 I0.0 SA1 油泵連續(xù) /自動切換 接常開 I0.1 SB1 左側(cè)刀架快速移動按鈕 接常開 I0.2 SA2 垂直刀架快移 /自動轉(zhuǎn) 換開關(guān) 接常閉 I0.3 SB2 右側(cè)刀架快速移動按鈕 接常開 I0.4 SA3 右側(cè)刀架快移 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān) 接常閉 I0.5 SB3 左側(cè)刀架快速移動按鈕 接常開 I0.6 SA4 左側(cè)刀架快移 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān) 接常閉 I0.7 SB4 橫梁上升按鈕 接常開 I1.0 SB5 橫梁下降按鈕 接常開 I1.1 SQ1 橫梁放松行程開關(guān) 接常開 I1.2 SQ4 橫梁上升限位開關(guān) 接常閉 I1.3 SQ3 左側(cè)刀架限位開關(guān) 接常開 I1.4 SQ2 右側(cè)刀架限位開關(guān) 接常開 I1.5 SB6 工作臺停止按鈕 接常開 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 I2.1 SB7 工作臺步進(jìn)按鈕 接常開 I2.2 KM11 油壓繼電器觸點 接常開 I2.3 SQ5 工作臺極限限位行程開關(guān) 接常開 I2.4 SQ6 工作臺極限限位行程開關(guān) 接常開 I2.5 SB8 工作臺前進(jìn)按鈕 接常開 I2.6 SB9 工作臺后退按鈕 接常開 I2.7 SB10 工作臺步退按鈕 接常開 I3.0 SA5 后退減速 接常開 I3.1 SA6 前進(jìn)減速 接常開 I3.2 SQ8 步退限位和進(jìn)刀行程開關(guān) 接常開 I3.3 SQ9 步進(jìn)限位和退刀行程開關(guān) 接常開 I3.4 KA 橫梁夾緊電流繼電 器 接常開 表 PLC 輸出的定義 KM11 油泵 KM3 垂直刀架正轉(zhuǎn) KM4 垂直 刀架 反轉(zhuǎn) KM5 右側(cè)刀架正轉(zhuǎn) KM6 右側(cè)刀架反轉(zhuǎn) KM7 左側(cè)刀架正轉(zhuǎn) 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 KM8 左側(cè)刀架反轉(zhuǎn) KM9 橫梁上升 KM10 橫梁下升 KM12 橫梁夾緊 HL2 橫梁運行指示燈 KM1 橫梁放松 KM2 后退抬刀繼電器 RP3 正向給定 R1 正向減速 RP1 正向點動 RP2 反向點動 R2 反向減速 RP4 反向給定 0 線 0 電位 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 0 .0 0 .20 .1G 1 0V0+ 1 0V5KR25KR1R P4R P3R P2R P16V5V4V3V2V1VL+ .11 .00 .73L0 .61 .51 .41 .31 .2 L+ M L+ 1M .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 2M .0 .1 .2 .3 .4 RA AA+M2L0 .3 0 .50 .41 .11 .01M 2M0 .70 .60 .50 .40 .2 0 .30 .10 .01LP LCA C 2 20VA C 2 20VD C2 4VD C2 4VD C2 4VD C2 4VK M2S B1 S B2S B3S B4S B5K M 11K M3K M4K M5K M6K M7K M8 K M9K M 10K M 12 K M1H L2S Q4 S Q2 S B6S B7K M 11 S Q6S B8 S B9 S B 10S A6S Q7主模塊 擴展模塊模擬輸入塊直流調(diào)速器S A1圖 3 PLC 接線原理圖 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 第 4 章 軟件設(shè)計 系統(tǒng)流程圖設(shè)計 系統(tǒng)的主控制程序流程圖如圖 4 所示 初 始 化是 否 故 障 ？故 障 處 理故 障 顯 示報 警選 擇停 機工作臺移動橫梁移動刀架移動位 置 調(diào) 整自 動 循 環(huán)加 工加 工 行 程測 算是否啟 動停 機特殊情況位置有誤一切正常工 作 狀 態(tài) 煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 圖 4 主控制程序流程圖 系統(tǒng)可靠性分析 采用接近開關(guān)取代原機械撞擊式行程開關(guān)，利用 PLC 內(nèi)部邏輯，實現(xiàn)了工作臺的零速換向，可消除原工作臺非零速換向時產(chǎn)生的沖擊現(xiàn)象，能很好地保護電機和傳動機構(gòu)，大大減少了維護成本和工作量。 數(shù)據(jù)窗口實時顯示龍門刨床運行中的特征參數(shù)，直觀性好，為操作及維護人員掌握刨床的工作狀態(tài)提供了極大的方便。本系統(tǒng)采用直流調(diào)速裝置和 PLC 控制，可靠性高，軟硬件多層保護，且直流調(diào)速器具有故障檢測和診斷顯示功能。本文主要采用反電動勢反饋 的直流調(diào)速系統(tǒng)和可編程控制器對龍門刨床的電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)了平滑調(diào)速和無沖擊換向。同時，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，并與有共同設(shè)計內(nèi)容的同學(xué)交流，分析、整理和研究課題，先確立了設(shè)計基本思路，遇到問題及時