【正文】 統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，采用了 CJ10 系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的 ～ 倍之間 ,各接觸器型號(hào)見附錄 Ⅰ 。常用的繼電器型號(hào)有 JZ JZ14 等。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，熔斷 器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)及過(guò)載保護(hù)。熱繼電器勢(shì)利用一種電流熱 效 應(yīng)原理工作的電器，它具有與電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性相近的反時(shí)限動(dòng)作特性，主要與接觸器配合使用，用 于 對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷和斷相保護(hù)。 熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，使用中應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，等因素。熱繼電器的動(dòng)作電流整定值一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的 ～ 倍。一般用于各種配電裝置的遠(yuǎn)距離控制，也 可作為電器測(cè)量?jī)x表的轉(zhuǎn)向開關(guān)或用作小容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速和換向的控制，用途廣泛，故稱萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)。 ⑵ 控制按鈕 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 控制按鈕在控制電路中常用作遠(yuǎn)距離手動(dòng)控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路，也可用于電器連鎖等電路中。各電氣元件的型號(hào)及規(guī)格、用途和數(shù)量見附錄 I。主電動(dòng)機(jī)功率為 30kw，為提高工作效率，該機(jī)床采用了反接制動(dòng)。拖動(dòng)溜板箱快速移動(dòng)的 電動(dòng)機(jī)是為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省輔助工作時(shí)間而專門設(shè)計(jì)的。 對(duì)車床的電氣控制要求是，車床加工工件時(shí)，首先由主軸上的夾頭夾緊工件，然后由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，待冷卻液噴流到加工位置后，再進(jìn)刀進(jìn)行切削加工。由此可見，車床的運(yùn)動(dòng)主要有兩種：主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 KM1 控制主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)， KM2 控制主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)， KM3 控制主電動(dòng)機(jī) Y 啟動(dòng)運(yùn)行， KM4 控制主電動(dòng)機(jī)Δ啟動(dòng)運(yùn)行。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有步進(jìn)電機(jī) M3 拖動(dòng)刀架快速移動(dòng)， 根據(jù) C650臥式車床運(yùn)動(dòng)情況及加工需要 ,本研究采用 3臺(tái)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) ， 即 :主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī) M冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2和溜板箱 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3。其要求能實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn) ,從而經(jīng)主軸變速箱實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn) ,或通過(guò)掛輪箱傳給溜板箱來(lái)拖動(dòng)刀架以實(shí)現(xiàn)刀架的橫向左、右移動(dòng)。主電動(dòng)機(jī)停車時(shí) ,由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大 ,需采用反接制動(dòng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 圖 C650 臥式車床 C650 臥式車床 控制 原理 電路 圖 概述 及原理分析 C650 臥式車床 控制電路原理圖如附錄 Ⅱ 所示。 ⑴ 主電路分析 從附錄 Ⅱ 中可以看出， 斷路器 QF 將三相電源引入， FU1 為主 電動(dòng)機(jī) M1 的短路保護(hù)用熔斷器， FR1 為 M1 電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器。通過(guò)互感器 TA 接入電流表 A 以監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)繞組的電流。 FR2 為 M2 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，因快速電動(dòng)機(jī) M3 短時(shí)工作，所以不設(shè)過(guò)載保護(hù)。 M1 電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB6 控制。 (2) 主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 主電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕 SB1 控制。 KM3 的主觸點(diǎn)將三相電源接通，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動(dòng)。反轉(zhuǎn)起動(dòng) 時(shí)用反向起動(dòng)按鈕 SB2，按下 SB2，同樣是接觸器 KM得電，然后接通 接觸器 KM4 和中間繼電器 KA，于是電動(dòng)機(jī)在滿壓下反轉(zhuǎn)起動(dòng)。 (3) 主軸電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制 當(dāng)速度接近于零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號(hào)切斷電動(dòng)機(jī)電源。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器 KM3 和 KM，繼電器 KA 都 處于得電動(dòng)作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1 也是閉合的，這樣就為電動(dòng)機(jī)正傳時(shí)的反接制動(dòng)做好了準(zhǔn)備。在松開 SB4 后 就使反轉(zhuǎn)接觸器 KM4 的線圈得電，電動(dòng)機(jī)的電源反接，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)相 似。 (4) 刀架的快速移動(dòng)和冷卻泵控制 刀架的快速移動(dòng)是由 轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開關(guān) SQ 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果車削加工需要冷卻液時(shí)按下 SB6，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M3 動(dòng)作， KM4 線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 工作，需要停止時(shí)按下按鈕 SB5 即可。 選型的基本原則是：所選的 PLC 應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。 ⑵ PLC 輸出方式的選擇 不同的負(fù)載對(duì) PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。 ⑶ I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇 PLC 的響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時(shí)間延遲。 ⑸ PLC 電源的選擇 電源是 PLC 干擾引入的主要途徑之一，因此應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)電源以助于提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性。 ⑹ I/O 點(diǎn)數(shù)及 I/O 接口設(shè)備的選擇 ⑺ 存儲(chǔ)容量的選擇 PLC 程序存儲(chǔ)器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲(chǔ)器的容量可以作粗畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 略的估算。在選擇內(nèi)存容量時(shí) 同樣應(yīng)留有裕量，一般是運(yùn)行程序的 25% 。 車床電氣控制系統(tǒng)所需的 I/ O 點(diǎn)總數(shù)在 256 以下 ， 屬于小型機(jī)的范圍 . 控制系統(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單功能 。 為實(shí)現(xiàn) C650 車床上述的電氣控制要求 ， 所以 PLC 可以選擇西門子公司的 S7 200 系列 。 車床電氣控制系統(tǒng)需要 9 個(gè) 外部輸入信號(hào) ， 5 個(gè)輸出信號(hào) 。 所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為 12 個(gè) ,輸出點(diǎn)為 7 個(gè) 。 I/O 地址的分配 根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求，輸入輸出設(shè)備， 確定 了 I/O 點(diǎn)數(shù)。 I/O 接線圖 根據(jù) PLC I/O 端子的分配 ， 畫出了 C650 臥式車床 PLC 控制系統(tǒng) I/O 接線圖如附錄 VI 所示 。主要包括中央處理單元 CPU、存儲(chǔ)器 RAM 和 ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O 擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等 。 PLC 控制系統(tǒng)由輸入 量 — PLC— 輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為 PLC 的輸入量，它們經(jīng) PLC 外部輸入端子，作為 PLC 的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。 PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。 ⑴ 輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。 ⑵ 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，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 PLC 編程語(yǔ)言 與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比， PLC 的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。 IEC（ 國(guó)際電工委員會(huì) ） 是為電子技術(shù)的所有領(lǐng)域制定全球標(biāo)準(zhǔn)的世界性組織。 其中，梯形圖是使用最多的 PLC 圖形編程語(yǔ)言。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方塊表示的功能塊組成。功能塊用來(lái)表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算附 加指令。 S7 系列 PLC 將指令表稱為語(yǔ)句表。 在這次控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中，分別采用了梯形圖和語(yǔ)句表兩種編程語(yǔ)言編寫了該系統(tǒng)的控制程序。 ⑵ 定時(shí) /計(jì) 數(shù)控制功能 定時(shí) /計(jì) 數(shù)控制功能指用 PLC 提供的定時(shí)器、 計(jì) 數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或 計(jì) 數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和 計(jì) 數(shù)繼電器。 ⑷ 步進(jìn)控制功能 步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn) 行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。 ⑹ 過(guò)程控制功能 過(guò)程控制功能是指通過(guò) PLC 的 PID 控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 ⑻ 遠(yuǎn)程 I/O 功能 遠(yuǎn)程 I/O 功能是指通過(guò) I/O 單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入 、 輸出設(shè)備與 PLC 主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。 ⑽ 監(jiān)控功能 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 監(jiān)控功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄 ，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制 I/O 狀態(tài)。 ⑴ 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令 常開觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器地址為 1 狀態(tài)時(shí)，該觸點(diǎn)閉合，在語(yǔ)句表中，分別用 LD（ Load，裝載）、 A（ And，與）和 O（ Or，或）指令表示開始、串聯(lián)和并聯(lián)的常開觸點(diǎn)（見圖 （ a））。觸點(diǎn)指令中變量的數(shù)據(jù)類型為 BOOL。輸出指令語(yǔ)句表為（ = bit）。 圖 輸出指令 控制系統(tǒng)的 梯形圖 程序設(shè)計(jì) ⑴ 車床正 反 向工作及 反接制動(dòng)過(guò)程 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 該控制程序步驟為： 按下 SB2， 導(dǎo)通， 動(dòng)作， KM3 吸合短接電阻 R，同時(shí) 動(dòng)作， 動(dòng)作， KM1 吸合，主電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行，開始車削加工。反向工作過(guò)程與正向相同。 其梯形圖程序如 圖 所示 。 冷卻泵工作過(guò)程為按下 SB6， 動(dòng)作 KM4 線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 工作，停止時(shí)按下 SB5 即可。 圖 刀架快速移動(dòng)及冷卻泵工作過(guò)程 綜上所述 ,根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，結(jié)合控制電路原理圖和 PLC 編程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)梯形圖程序如 附錄Ⅴ 所示 。在檢查完各部分正確無(wú)誤 后，便可接上設(shè)備的工作電源，開始通電調(diào)試了。如果一切正常，便可合上總電源開關(guān) SB1，并用萬(wàn)用表測(cè)量電源能供到的各支路終端的電壓是否正常。 用萬(wàn)用表測(cè)量各硬件的接線情況，看是否有短接，斷接和虛連的情況，并與電路控制原理圖一一對(duì)照，看是否有無(wú)接錯(cuò)的地方。 系統(tǒng) 綜合調(diào)試 將 編寫好的 PLC 程序進(jìn)行編譯 ， 下載至 PLC， 由于 控制系統(tǒng)運(yùn)行電壓是在 220V，為了保證安全只好先在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上分步模擬 ， 觀察各步的動(dòng)作都正確無(wú)誤后 ， 按照 PLC控制系統(tǒng)接線圖在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上整體模擬 ， 輸出部分 （ 接觸器， 電動(dòng)機(jī) ， 快速移動(dòng)刀架 ）用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的指示燈代替 , 觀察輸出端點(diǎn)指示燈在一個(gè)工作循環(huán)里的狀態(tài)變化，并與工藝過(guò)程對(duì)照。 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上整體模擬無(wú)誤后 ， 將檢查完畢的硬件連接電路 （ 各電動(dòng)機(jī)連接的電路 ）與 PLC 連接在一起 ， 分別觀察 各電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài) ， 分步運(yùn)行無(wú)誤后 ， 將所有的電動(dòng)機(jī)按照 PLC 接線圖連接在一起 ， 分別觀察各個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) ， 并與工藝過(guò)程比較 ， 沒有發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 結(jié)束語(yǔ) 本設(shè)計(jì)采用可編程控制器代替繼電器對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，因?yàn)榭删幊炭刂破鹘M成的控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，不僅減少了工作量，而且減少了開支，縮減了成本，效益更高。同時(shí)，由于 PLC 的高可靠性，輸入輸出部分還有信號(hào)指示 ，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。針對(duì)這點(diǎn)本設(shè)計(jì)盡量節(jié)省可編程控制器的端點(diǎn)，從而提高了 性價(jià) 比，節(jié)省了不必要的開支。達(dá)到了培養(yǎng)我獨(dú)立思考、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 致 謝 四年的大學(xué)生活即將 拉上帷幕 ， 這是大學(xué)期間最后 一次設(shè)計(jì)， 此 次設(shè)計(jì)的主要目的是培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)來(lái)分析和解決電氣控制技術(shù)中出現(xiàn)的 一系列 問(wèn)題 ，它不僅體現(xiàn)了我們對(duì)設(shè)計(jì)的思想，更重要的是使我學(xué)會(huì)了在今后設(shè)計(jì)過(guò)程中的一般步驟和方法。 是他們?cè)谖业拇髮W(xué)生活成長(zhǎng)過(guò)程中給予了我無(wú)私的幫助，教會(huì)了我方方面面的經(jīng)驗(yàn)。 最后，對(duì)各位教授、老師審閱我的論文深表感謝，由于本人能力有限，課題設(shè)計(jì)中存在不足之處并渴望給予批評(píng)