【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 算 機(jī)?驅(qū) 動?接 受?太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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，因而很容易改變太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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)淞擞嬎銠C(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 ,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)計中設(shè)置實時監(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 現(xiàn)各種故障的診斷、處理、報警顯示及保護(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，太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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)方向的電氣制太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行互鎖。由 FR1 與 FR2 實現(xiàn) M1 與 M2 的過載保護(hù)（根據(jù) M1 與 M2 額定電流分別整定）。太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第 3 章 C650 臥式 車床改造為 PLC 控制的 硬件 設(shè)計 統(tǒng)計 I/0 的點(diǎn)數(shù) 根據(jù)第 2 章的主電路分析 ,統(tǒng)計 I/0 的點(diǎn)數(shù)如表 31 所示 : 表 31 I/0 點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計 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 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 PLC 的選型 根據(jù)設(shè)計要求可知， 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 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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)場實現(xiàn)外部控制功能。所以 PLC 與通用計算機(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 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)行程序的速度是非常快的， 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) 秒延太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 時，其動合觸點(diǎn)［ 9］閉合，使 Y1 接通，接觸器 KM2 得電吸合，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。 電動機(jī) M1 正轉(zhuǎn)動作順序如下所示： Ｘ 2 得 電Ｘ 2 閉 合 輔 助Ｍ 1 0 1 常 開 觸 點(diǎn) 閉合開 始 計 時Ｍ 1 0 1 常 閉 觸 點(diǎn)斷 開Ｙ ２ 得 電繼 電 器 Ｍ 1 0 1 得 電Ｔ 1 得 電 ，Ｋ Ｍ 3 得 電 吸 合 主 觸 點(diǎn) 閉 合 短 接 電 阻 Ｒ Ｘ ２ 常 閉 觸 點(diǎn) 斷 開 ( 互 鎖 )Ｔ 1 記 時 到 ，Ｔ 1 常 開 觸 點(diǎn)閉 合 Ｙ 0 得 電Ｙ 0 常 閉 觸 點(diǎn)斷 開 ，互 鎖Ｋ Ｍ 1 得 電 吸 合主 觸 點(diǎn) 閉 合電 動 機(jī) 正 轉(zhuǎn)