基于plc的平面磨床自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造1

基于plc的平面磨床自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造1,基于,plc,平面磨床,自動(dòng)控制系統(tǒng),改造 河南科技學(xué)院新科學(xué)院 09 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題審核表 系別：機(jī)電 專業(yè)名稱：電子 課 題 情 況 課題名稱 基于PLC的平面磨床自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造 教師姓名 劉法治 職稱 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 課題來(lái)源 A.科研 B.生產(chǎn) C.教學(xué) D.其它 課題類型 A.設(shè)計(jì) B.論文 對(duì)學(xué)生的特殊要求 具有較好電子線路、單片機(jī)原理知識(shí)、電控和PLC原理知識(shí) 主 要 研 究 內(nèi) 容 傳統(tǒng)磨床電氣控制系統(tǒng)由舊的繼電器——接觸器電氣控制系統(tǒng)控制，其存在的線路復(fù)雜、可靠性穩(wěn)定性差、排除故障困難等問(wèn)題。PLC具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，對(duì)工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)磨床電氣控制系統(tǒng)的進(jìn)行改造，將PLC控制技術(shù)應(yīng)用到改造方案中去，從而大大改善磨床的工作性能 目 標(biāo) 和 要 求 設(shè)計(jì)出基于PLC 控制技術(shù)的平面磨床自動(dòng)控制系統(tǒng)，且具有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)熱保護(hù)，故障報(bào)警等功能。主要有： 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案 2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 教 研 室 意 見(jiàn) 教研室（專業(yè)）主任（簽章）： 年 月 日 系 審 批 意 見(jiàn) 系負(fù)責(zé)人（簽章）： 年 月 日 （單位公章） 注：由指導(dǎo)教師填寫(xiě)本表，本表由各系歸檔保存。 河南科技學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題審核表 院（系）名稱 機(jī)電學(xué)院 專業(yè)名稱 應(yīng)用電子技術(shù)教育 指導(dǎo)教師 姓名及職稱 劉法治 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 課題名稱 基于PLC的離心風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 橫向聯(lián)合 立題理由 和所具備 的條件 隨著電力電子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技術(shù)和基于電力電子電路的電力變換技術(shù)的突破性進(jìn)展，目前從家用電器直到大型電氣設(shè)備機(jī)械調(diào)速傳動(dòng)裝置，交流調(diào)速電氣傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。 交流調(diào)速電氣傳動(dòng)，主要是指采用電子式電力變換器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速傳動(dòng)。在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。根據(jù)離心風(fēng)機(jī)的工作特點(diǎn)，采用通用變頻器對(duì)驅(qū)動(dòng)離心風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的。 學(xué)院具有PLC技術(shù)、電氣技術(shù)、傳感器技術(shù)等實(shí)驗(yàn)室，且課題老師長(zhǎng)期從事這方面的教學(xué)與研究，為課題的順利進(jìn)行作了必要的準(zhǔn)備。 教研室 審批意見(jiàn) 教研室主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）工作領(lǐng)導(dǎo) 小組審批意見(jiàn) 組長(zhǎng)簽字：： 年 月 日 注：本表經(jīng)教務(wù)處復(fù)審后存院（系）備查。 學(xué)生姓名 張小亮 班級(jí) 電子051班 指導(dǎo)教師 劉法治 論文(設(shè)計(jì))題目 基于PLC的平面磨床自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造 目前已完成任務(wù) 1.熟悉任務(wù)書(shū) 2.開(kāi)題報(bào)告已經(jīng)完成并且上交 3.資料的搜集工作結(jié)束，所需資料已經(jīng)基本找到 4.資料的整理工作已經(jīng)結(jié)束 5.電氣原理圖的繪制已經(jīng)基本完成 是否符合任務(wù)書(shū)要求進(jìn)度：符合要求 尚需完成的任務(wù) 1.2000字左右的中英文翻譯本周交給老師 2.進(jìn)一步修改參數(shù)，與理論對(duì)比 3.初次整理論文，交由老師指導(dǎo) 4.修改后再次審閱，直到合格 5.論文完成，進(jìn)行答辯 能否按期完成論文（設(shè)計(jì)）：能按時(shí)完成 存在問(wèn)題和解決辦法 存 在 問(wèn) 題 1.任務(wù)重，時(shí)間緊迫 2.第一次進(jìn)行PLC設(shè)計(jì)，知識(shí)的掌握還不夠全面 3.理論知識(shí)理解還不夠透徹 擬 采 取 的 辦 法 1.與日爭(zhēng)，與時(shí)爭(zhēng)，盡量多的利用時(shí)間 2.找指導(dǎo)老師，向老師詳細(xì)請(qǐng)教不明白的地方 3.平時(shí)對(duì)理論知識(shí)加深理解 4.和其他同學(xué)互相討論，解決各自疑難問(wèn)題. 指導(dǎo) 教師 簽字 日期 年 月 日 教學(xué) 院長(zhǎng) （主任）意見(jiàn) 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 河南科技學(xué)院新科學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期進(jìn)展情況檢查表 目 錄 1 緒論 .......................................................................................................................1 2 磨床的概述 ............................................................................................................2 2.1 磨床的介紹 .................................................................................................2 2.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢(shì) .............................................................................2 2.2.1 現(xiàn)代平面磨床的主要特點(diǎn) ...............................................................2 2.2.2 磨床發(fā)展呈現(xiàn)四大變化 ...................................................................3 2.3 M7120 平面磨床的簡(jiǎn)介 ..............................................................................3 2.3.1 平面磨床主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式 .......................................................3 2.3.2 電氣控制線路分析 ...........................................................................4 3 基于 PLC 改造平面磨床控制系統(tǒng) ......................................................................8 3.1 用 PLC 改造 繼電- 接觸式控制系統(tǒng)的步驟 ..............................................8 3.2 控制線路改造要求 .....................................................................................8 3.3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .........................................................................................9 3.3.1 PLC 的特點(diǎn) ........................................................................................9 3.3.2 PLC 的 選型原則 ..............................................................................11 3.4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .......................................................................................12 3.4.1 PLC 的 應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟 ......................................................................12 3.4.2 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì) .............................................................................13 4 磨床改造后的調(diào)試 .............................................................................................16 5 結(jié)束語(yǔ) .................................................................................................................16 致謝 .........................................................................................................................17 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................17 附錄 .........................................................................................................................18 1 1 緒論 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來(lái)越高，零 件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通磨床已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)現(xiàn)代 化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競(jìng) 爭(zhēng)已從早期降低勞動(dòng)力成本、產(chǎn)品成本，提高企 業(yè) 整體效率和質(zhì)量的竟?fàn)?，發(fā) 展到全面滿足顧客要求、積極開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的竟?fàn)帲?將面臨知識(shí)——技術(shù)——產(chǎn)品的更新周期越來(lái)越短，產(chǎn)品批量越來(lái)越小，而對(duì) 質(zhì)量、性能的要求更高，同時(shí)社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意 識(shí)不斷加強(qiáng)。因 此敏捷先進(jìn)的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得竟?fàn)幒蜕妗l(fā)展的主要手段。計(jì)算機(jī) 信息技術(shù)和制造自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合越來(lái)越緊密，作為自動(dòng)化柔性生產(chǎn)重要基 礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)機(jī)床中所占比例將越來(lái)越多。但新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)用高，且生 產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。因此對(duì)原有機(jī)床的現(xiàn)代化改造顯得尤為重要。而用 PLC 改造 老機(jī)床有很多優(yōu)點(diǎn)：⑴節(jié)省資金，減少投資額，交 貨 期短。 機(jī)床的 PLC 改造， 可大大減少資金的投入，同 購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省 60%～80%的費(fèi)用， 改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造，只需花新 機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的 1/3。即使將原機(jī)床的 結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升 級(jí)，也只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi) 新機(jī)床 60%的價(jià)格?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基，不必象購(gòu)入新設(shè)備那樣重新購(gòu)筑 地基。⑵ 性能穩(wěn)定可靠因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變 形而影響精度，且各部件已經(jīng)長(zhǎng)期磨合，使改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠， 質(zhì)量 好可作為新設(shè)備繼續(xù)長(zhǎng)期使用。⑶可充分體現(xiàn)企業(yè)自身的意愿 。企業(yè)與改造 人員可依照實(shí)際需要和機(jī)床長(zhǎng)期使用的情況，在改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作 與維修等方面的改進(jìn)意見(jiàn)，有 權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)、 電器設(shè)備等的規(guī) 格、型號(hào)、性能等?？筛鶕?jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng) 化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì) 量和檔次，將機(jī)床改造成具有當(dāng)今水平的設(shè)備。 ⑷ 更有利于使用和維護(hù)。由于改造前機(jī)床已使用多年，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已 了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短、 見(jiàn)效快。改造的機(jī)床一經(jīng)安裝好， 就可實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。⑸可以采用最新的控制技術(shù)，提高生產(chǎn)效率?？筛鶕?jù)技 術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量 和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。機(jī)床經(jīng)改造后，即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng) 化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3～7 倍。 對(duì)復(fù)雜零件而言，難度越高，功效提高得 越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配方便 靈活。因此,繼電器本身固有的缺陷,給床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了不利影響, 用 PLC 對(duì)磨床的 繼電器式控 2 制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢(shì)所趨。所以我們就以平面磨床改造來(lái)介紹一下 [1]。 2 磨床的概述 2.1 磨床的介紹 磨床是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。大多數(shù)的磨床是使用 高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂 帶等其他磨具和游離磨 料進(jìn)行加工，如珩磨機(jī)、超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī)等。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬 質(zhì)合金等；也能加工脆性材料， 如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率 的磨削，如強(qiáng)力磨削等。 隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝 的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn) 量都在不斷的提高和增 長(zhǎng)。 磨床是各類金屬切削機(jī)床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內(nèi)圓 磨床、平面磨床、無(wú)心磨床、工具磨床等 [2]。 2.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)今平磨的發(fā)展趨勢(shì)是轉(zhuǎn)向成形、臺(tái)階、切入、快速抖 動(dòng)、三維空間曲線 表面磨削加工。可以說(shuō)，平磨是磨床類機(jī)床中演變潛力最大的一種機(jī)型。我國(guó) 平磨制造廠應(yīng)跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維，轉(zhuǎn)到曲線或輪廓等非平面磨削加 工的思路上進(jìn)一步發(fā)展，以形成我們自己特色的技術(shù)和產(chǎn)品。 2.2.1 現(xiàn)代平面磨床的主要特點(diǎn) 1 從 規(guī)格上看，以小型平磨為主。臺(tái)面寬 200mm 以下的幾乎占 50%，小 規(guī)格機(jī)床的運(yùn)輸及布展比較方便；國(guó)外平磨不分普通、精密、高精度的精度等 級(jí)，相對(duì) 小規(guī)格機(jī)床，精度容易做得很高；在國(guó) 際市 場(chǎng)上，中、小 規(guī)格平磨的潛 在需求很大。 2 從控制上看，70% 以上的為數(shù)控型，有單軸、雙軸及三軸數(shù)控，最多達(dá) 五軸控制，尤其是 400 以上的大規(guī)格機(jī)型，全 為數(shù)控型。由于技術(shù)水平的發(fā)展 導(dǎo)致功能變化，平磨已從傳統(tǒng) 的平面磨向成形磨轉(zhuǎn)變，常規(guī)控制已難以實(shí)現(xiàn)功 能的要求。數(shù)控平磨已形成一個(gè)市場(chǎng)潮流。 3 從功能上看，50% 以上的平磨不僅僅用于水平平面加工，而且轉(zhuǎn)向成形、 臺(tái)階、切入、快速抖動(dòng)、三 維空間曲線等表面磨削加工，如 ELB、BLM 公司以 平磨為基礎(chǔ)變化而成的五軸聯(lián)動(dòng)磨削中心，可實(shí)現(xiàn)非平面型復(fù)雜曲面的磨削； Unison、Trutech 公司的柔性磨削系 統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)成形、無(wú)心、外圓、工具、輪廓等 3 磨削工藝；還有裕福、Parker 公司等的快速抖動(dòng)磨等，反映出平磨是磨床類機(jī) 床中演變潛力最大的一種機(jī)型。 2.2.2 磨床發(fā)展呈現(xiàn)四大變化 1 高速、復(fù)合、高精度、高剛性仍是金切機(jī)床的發(fā)展主調(diào)，但又有新的變 化。復(fù)合，已從原來(lái)的為復(fù)合而復(fù)合轉(zhuǎn)為從實(shí)用高效考 慮為主，如 車(chē)、銑復(fù)合， 車(chē)、銑、鉆的復(fù)合，銑床和電火花的復(fù)合；從功能上看，復(fù)合型機(jī)床的 針對(duì)性很 強(qiáng)，針對(duì) 某類零件考慮；從精度上看，定位精度＜ 2μm，重復(fù)定位精度≤±1μm 的機(jī)床已比比皆是；從主軸轉(zhuǎn)速來(lái)看，8.2kW 主軸達(dá) 60000r/min，13kW 達(dá) 42000r/min，高速已不是小功率主 軸的專有特征；從 剛性上看，已出現(xiàn)可加工 60HRC 硬度材料的加工中心。 2 模塊化的設(shè)計(jì)在機(jī)床制造中已應(yīng)用得爐火純青。橫向系列、縱向系列、 全系列、跨系列的模塊化設(shè)計(jì) ，無(wú) 論是大隈、牧野等為代表的日本機(jī)床，還是 Haas、Cincinnati 等為代表的美國(guó)機(jī)床，外形上看好象完全一樣，但功能則完全 不同，所構(gòu)成的模塊很多則 是通用的。 3 全自動(dòng)的概念已發(fā)生變化。傳統(tǒng)的全自動(dòng)機(jī)床是用一只氣動(dòng)或液動(dòng)的 機(jī)械手實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)上、下料，而現(xiàn)在采用真正意 義的多關(guān)節(jié)串聯(lián)式機(jī)器人， 來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的上、下料，包括完工零件的堆放?？刂频姆秶哟?，組線的靈活 性加強(qiáng)，同 時(shí)輔助配套的機(jī)械大大減少。 4 環(huán)保要求越來(lái)越高。在展出的展品中， 絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封 閉的罩殼，絕對(duì)沒(méi)有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。另一方面，大量的工 業(yè)清洗機(jī) 和切削液處理機(jī)系統(tǒng)的展出，亦同時(shí)反映現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)環(huán)保越來(lái)越高的要求 [3]。 2.3 M7120 平面磨床的 簡(jiǎn) 介 2.3.1 平面磨床主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式 平面磨床主要由床身，垂直進(jìn)給手輪，工作臺(tái)，位置行程 擋塊，砂輪修正 器，橫向進(jìn)給手輪，拖板，磨頭和驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)手輪等部件 組成。此平面磨床共 有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，砂輪電動(dòng)機(jī)是主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，直接 帶動(dòng) 砂輪旋輪， 對(duì)工件進(jìn)行 磨削加工；砂輪升降電動(dòng)機(jī)使拖板沿立柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)，用以調(diào)整砂輪位置； 工作臺(tái)和砂輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是靠液壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行液壓傳動(dòng)的，液壓傳動(dòng)較平穩(wěn)， 能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，換向時(shí)慣 性小， 換向平穩(wěn)；冷卻泵電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)冷卻泵供給砂 輪和工件冷卻液，同時(shí)利用冷卻液帶走磨下的鐵屑。 4 2.3.2 電氣控制線路分析 M7120 平面磨床的電氣控制線路包含：主電路，控制電路，電磁工作臺(tái)控 制電路及照明與指示燈電路四部分。 1 主電路分析 主電路共有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)如圖 1 所示，其中 M1 是液壓電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái) 的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；M2 是砂輪電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成磨削加工工件；M3 是冷 卻泵電動(dòng)機(jī)；它們只要求單向旋轉(zhuǎn)，分別用接觸器 KM1，KM2 控制。冷卻 泵電 機(jī) M3 只有在砂輪電機(jī) M2 運(yùn)轉(zhuǎn)后才能運(yùn)轉(zhuǎn)。 M4 是砂輪升降電動(dòng)機(jī)，用于磨 削過(guò)程中調(diào)整砂輪與工件之間的位置。 M1，M2，M3 是長(zhǎng)期工作的，所以都裝有 過(guò)載保護(hù)。M4 是短期工作的，不 設(shè)有過(guò)載保護(hù)。整個(gè)線路有一 組總?cè)蹟嗥髯龆搪繁Ｗo(hù)，M1，M2 主電路分別由 熔斷器 FU2，F(xiàn)U3 做短路保護(hù)；變壓器 TC 由熔斷器 FU4 作短路保護(hù)，機(jī)床控 制線路，指示電路，照明電路分別由 FU5，F(xiàn)U6，F(xiàn)U7 作短路保護(hù)，電磁工作臺(tái) 控制電路由熔斷器 FU8 做短路保護(hù) [4]。 2 控制電路分析 （1）液壓泵電動(dòng)機(jī) M1 的控制合上總開(kāi)關(guān) QS 后，整流變壓器一個(gè)副邊輸 出 135 伏交流電壓，經(jīng)橋式整流器 VC 整流后得到直流電壓，使電壓繼電器 KUV 獲電動(dòng)作，其常開(kāi)觸 頭閉合， 為啟動(dòng)電機(jī)作好準(zhǔn)備。如果 KUV 不能正常 可靠工作，各電機(jī)均無(wú)法運(yùn)行，因?yàn)槠矫婺ゴ驳墓ぜ恐绷麟姶盼P(pán)的吸力將 工件吸牢在工作臺(tái)上，只有具備可靠的直流電壓后，才允許啟動(dòng)砂輪和液壓系 統(tǒng)，以保 證安全。 當(dāng) KUV 吸合后，按下啟動(dòng) 按鈕 SB3，接觸器 KM1 通電吸合并自鎖，液壓 油泵電機(jī) M1 啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，HL2 燈亮。若按下停止按鈕 SB2，接觸器 KM1 線圈 斷電釋放， 電動(dòng)機(jī) MI 斷電 停轉(zhuǎn) 。 （2） 砂輪電動(dòng)機(jī) M2 及冷卻泵電動(dòng)機(jī) M3 的控制 按下起動(dòng)按鈕 SB5， 接觸器 KM2 線圈獲電動(dòng)作，砂輪電動(dòng)機(jī) M2 啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于冷卻泵電動(dòng)機(jī) M3 通過(guò) 接插器 X1 和 M2 聯(lián)動(dòng)控制，所以 M2 和 M3 同時(shí)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)不需要 冷卻時(shí)，可將插頭拔出，按下停止按鈕 SB4 時(shí)，接觸器 KM2 線圈斷電釋放， M2 與 M3 同 時(shí)斷電停轉(zhuǎn)。 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的熱繼電器 FR2 和 FR3 的常閉觸頭都串 聯(lián)在 KM2 控制線路 中，只要有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)過(guò)載 ，就使 KM2 線圈失電。因冷卻液循環(huán)使用，經(jīng)?；?有污垢雜質(zhì)，很容易引起電動(dòng) 機(jī) M3 過(guò)載，故用熱繼電器 FR3 進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。 （3）砂輪升降電動(dòng)機(jī) M4 的控制，砂輪升降電動(dòng)機(jī)只有在調(diào)整工件和砂輪 之間位置時(shí)使用，所以用點(diǎn) 動(dòng)控制，當(dāng)按下點(diǎn) 動(dòng)按鈕 SB6，接觸器 KM3 線圈 5 獲電吸合，電動(dòng)機(jī) M4 啟動(dòng)正傳，砂輪上升。達(dá)到所需位置時(shí)，松開(kāi) SB6，KM3 線圈斷電釋放，電動(dòng)機(jī) M4 停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升。按下點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB7，接觸器 KM4 線圈獲電吸合，電動(dòng)機(jī) M4 啟動(dòng)反傳，砂輪下降。達(dá)到所需位置時(shí)，松開(kāi) SB7，KM4 線圈斷電釋放，電動(dòng)機(jī) M4 停轉(zhuǎn)，砂 輪停止下降。為防止電動(dòng)機(jī) M4 的正反轉(zhuǎn)線路同時(shí)接通，故在對(duì)方線路中串入接觸器 KM4 和 KM3 的常閉觸 頭進(jìn)行聯(lián)鎖控制 [4]。 圖 1 主控電路 3 電磁吸盤(pán)電路分析。 電磁吸盤(pán)是固定加工工件的一種夾具。利用通電導(dǎo)體在鐵心中產(chǎn)生的磁 場(chǎng)吸牢鐵磁材料的工件，以便加工。他與機(jī)械夾具比 較，具有加 緊迅速，不損 傷工件，一次能吸牢若干個(gè)小工件，以及工件發(fā)熱能自由伸 縮等優(yōu)點(diǎn)，因而 電 磁吸盤(pán)在平面磨床上用的十分廣泛。電磁吸盤(pán)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 電磁吸盤(pán)的外殼是鋼制箱體，中部的芯體上繞有線圈，吸盤(pán)的蓋板用鋼板 制成，鋼 制蓋板用非磁性材料如 鉛錫合金隔離成若干小塊。當(dāng)線圈通上直流電 后，吸盤(pán) 的芯體被刺化，產(chǎn)生磁 場(chǎng)，磁通便以芯體和工件作回路，工件被牢牢 吸住。 電磁吸盤(pán)的控制電路包括整流裝置、控制裝置和保護(hù)裝置三個(gè)部分，如 圖 3 所示。整流裝置由變壓 器 TR 和橋式整流器 VC 組成，供給 110 伏直流電 源?？刂蒲b置由按鈕 SB8、SB9、SB10 和接觸器 KM5、KM6 組成。充磁過(guò)程如 下：按下充磁按鈕 SB8，接觸器 KM5 線圈獲電吸合，KM5 主觸頭閉合，電磁吸 盤(pán) YH 獲電，工作臺(tái)充磁吸住工件。同 時(shí)其自鎖觸頭閉 合， 聯(lián)鎖觸頭斷 6 圖 2 電磁吸盤(pán)結(jié)構(gòu) 開(kāi)。磨削加工完畢，在取下加工好的工件時(shí)，先按 SB10，切斷電磁吸盤(pán) YH 的 直流電源，由于吸盤(pán)和工件都有剩磁，所以需要 對(duì)吸盤(pán)和工件進(jìn)行去磁。 7 圖 3 電磁吸盤(pán)電路 去磁過(guò)程如下：先按點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB9，接觸器 KM6 線圈獲電吸合，KM6 的 兩副主觸頭閉合，電磁吸盤(pán) 通入反向直流電，使工作臺(tái)和工件去磁。去磁 時(shí)， 為防止因時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使工作臺(tái)反向磁化，再次吸住工件，因而接觸器 KM6 采用 點(diǎn)動(dòng)控制。保護(hù)裝置有放電電 阻 R 和電容 C 以及零 壓繼電器 KUV 組成，電 阻 R 和 電容 C 的作用是： 電磁吸盤(pán)是一個(gè)大電感，在充磁吸工件時(shí)，存 儲(chǔ)有大 量磁場(chǎng)能量。當(dāng)它脫離電源的一瞬間，吸 盤(pán) YH 的的兩端 產(chǎn)生較大的自感電動(dòng) 勢(shì)，會(huì)使 線圈和其他電器損 壞，故用 電阻和電容組成放 電回路。利用 電容 C 兩 端的電壓不能突變的特點(diǎn)，使 電磁吸盤(pán)線圈兩端的電壓變化趨于緩慢。阻 R 消耗電磁能量。如果參數(shù)選 配得當(dāng)，此 時(shí) R-L-C 電路可以組成一個(gè)衰減震蕩電 路，，利用電對(duì) 去磁將是非常有用的零壓繼電器 KUV 的作用是在加工過(guò)程中， 若電源電壓不足，則電磁吸 盤(pán)將吸不牢工件，會(huì) 導(dǎo)致工件被砂輪打出，造成 嚴(yán) 重事故。因此在電路中零壓繼電器 KUV 將其線圈并 聯(lián)在直流電源上，其常開(kāi) 觸頭串聯(lián)在液壓泵電動(dòng)機(jī)和砂輪電機(jī)的 控制電路中，若電磁吸盤(pán)將吸不牢工 件，KUV 就會(huì) 釋放，使液壓泵電動(dòng)機(jī)和砂輪電機(jī)停轉(zhuǎn)，保證了安全 [4]。 4 照明和指示燈電路分析 圖 4 中 EL 為照明燈，其工作電壓為 24 伏，由 變壓 器 TR 供給，SQ2 為照 明負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)。 HL、HL1、HL2、HL3、HL4 為指示燈，其工作 電壓為 6 伏，也由變壓器 TR 供給，6 個(gè)指示燈的作用是： HL 燈亮，表示 電源正常，不亮，表示電源有故障。 HL1 燈亮，表示油 泵電機(jī) M1 處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，工作臺(tái)正在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)； 不亮，表示 M1 停轉(zhuǎn)。 HL2 燈亮，表示砂 輪電動(dòng)機(jī) M2 和冷卻泵電動(dòng)機(jī) M3 處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；不亮， 表示 M2 和 M3 停轉(zhuǎn)。 8 圖 4 指示和照明電路 9 HL3 燈亮，表示砂 輪升降電動(dòng)機(jī) M4 處于工作狀態(tài)，不亮，表示 M4 停轉(zhuǎn)。 HL4 燈亮，表示 電磁吸盤(pán) YH 處于充磁狀態(tài)，不亮，表示電磁吸盤(pán)未工作。 HL4 燈亮，表示 電磁吸盤(pán) YH 處于退磁狀態(tài)，不亮，表示電磁吸盤(pán)未工作。 3 基于 PLC 改造平面磨床控制系統(tǒng) 3.1 用 PLC 改造繼電-接觸式控制系統(tǒng)的步驟 用 PLC 改造 繼電- 接觸式控制系統(tǒng)， 應(yīng)按以下步驟進(jìn) 行： 1 了解系統(tǒng)改造的要求。用 PLC 替換原繼電-接觸式控制 電路，盡可能的留 用原繼電- 接觸式控制系統(tǒng)中可用的元器件，在滿足控制要求的情況下，盡可能 的采用便宜的 PLC，要 預(yù) 留一些輸入，輸出點(diǎn)，以 備 添加功能時(shí)使用。 2 了解原設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求，如需要 完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序，必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作方式（手動(dòng)，自 動(dòng)，連續(xù)，單 周期，單 步等）。根據(jù)控制要求確定系 統(tǒng)控制方案。根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成方案和工藝要求 確定系統(tǒng)運(yùn)行方式 3 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感 器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等 執(zhí)行元件）以及由 輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控 制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。分配 I/O 點(diǎn)，繪制 I/O 連 接圖。 4 PLC 的選擇 PLC 是控制系 統(tǒng)的核心部件，正確 選擇 PLC 對(duì)保證整個(gè)控制 系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。選擇 PLC 應(yīng) 包括機(jī)型選擇、容量 選擇、 I/O 模塊選擇、） 電源模塊選擇等。 5 設(shè)計(jì) 控制程序?？刂瞥绦蚴钦麄€(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)安全、可靠 的關(guān)鍵。因此控制系統(tǒng)的程序 應(yīng)經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到 滿足要求為止。令編 制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。 6 聯(lián)機(jī)調(diào)試 如不滿足要求，在返回修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止 [5]。 3.2 控制線路改造要求 1 我們分析控制對(duì)象，確定磨床運(yùn)動(dòng)要求如下： （1）成形平面磨床的砂輪采用液壓驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)較平穩(wěn)，磨削工件時(shí)精度高。 （2）機(jī)床的電氣控制部分采用可編程序控制器,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的自動(dòng)磨削、液壓 閥的控制及電磁吸盤(pán)的控制。 （3）動(dòng)作要求： ① 磨頭的垂直 進(jìn)給。 10 ② 工作臺(tái)的縱向進(jìn)給。 ③ 工作臺(tái)的橫向進(jìn)給。 以上三種運(yùn)動(dòng)均采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。 ④ 電磁吸盤(pán)不工作時(shí)可以手動(dòng)調(diào)整機(jī)床。 （4）為保證安全生產(chǎn)，電磁盤(pán)與工作臺(tái)，拖板及磨 頭垂直進(jìn)給采用聯(lián)鎖控制裝 置，即電 磁盤(pán)電流小于 1A 時(shí)，吸力不足時(shí)機(jī)床要停止工作。 （5）電磁吸盤(pán)具有充、退磁功能。 （6）冷卻泵電機(jī)、吸塵電機(jī)為了方便運(yùn)輸可選用分離式插拔接頭。 （7）工作臺(tái)的縱向運(yùn)行較頻繁，磨頭的垂直進(jìn)給要求精度較高，應(yīng)采用接近開(kāi) 關(guān)。 （8）編程控制器及電磁閥所需的是 24V 直流電源。 （9）能反映電源、砂輪電機(jī)、油泵電機(jī)、充磁 電源、充、退磁的工作情況，以及 PLC 內(nèi)部電源的指示。 （10）由于所吸工件不同，要求電磁吸盤(pán)的電流可以調(diào)節(jié)，并且有顯示。 （11）電路中所有斷路后能儲(chǔ)存能量的電器要有保護(hù)。 3.3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個(gè)部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。 系統(tǒng)輸入部分由所有行程開(kāi)關(guān)、儀表觸點(diǎn)、方式 選擇 開(kāi)關(guān)、控制按 鈕等組成。邏 輯部分是指由各種繼電器及其觸點(diǎn)組成的實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出 部分包括電磁閥線圈，指示燈和接通各種負(fù)載的接觸器線圈。在控制系統(tǒng)中使用 PLC 就是代替繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。原平面磨床的電氣系統(tǒng)，所 有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA1,斷路器開(kāi)關(guān) QS1，儀表觸點(diǎn) KA1,控制按鈕(SB1-SB10) 等為系統(tǒng) 的輸入信號(hào)；而接觸器線圈（KM1-KM6），指示燈（HL1-HL6）等為系統(tǒng)的輸出信 號(hào)。為了 節(jié)省輸出點(diǎn)數(shù)，各狀態(tài)指示燈并聯(lián)在相應(yīng)線 圈兩端；為了保護(hù) PLC 輸出 繼電器，在 電磁閥兩端并聯(lián) 一只二極管，防止在 電感性 負(fù)載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生很高的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或浪涌電流對(duì) PLC 輸出點(diǎn)及內(nèi)部電源的沖擊，二極管的額定電流通常 選為 1A，額定 電壓大于電 源電壓的 3 倍。 3.3.1 PLC 的特點(diǎn) 1 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 PLC 在電子線 路、機(jī)械 結(jié) 構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的 生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完 善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的 考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面： 11 （1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC 的輸入、輸出接口電路一般采用 光電耦合器來(lái)傳遞信號(hào)。這 種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了 電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對(duì)于 PLC 的影響，同時(shí)防止外部高電壓串 入，從而減少故障和誤操作。 （2）濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在 PLC 的電源電路和輸入/輸出電 路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。 （3）對(duì)內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保 護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供 電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口 電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。 （4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、 watchdog（“看門(mén)狗” ）等電路，一旦發(fā) 現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了警戒時(shí)鐘（WDT ）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了 死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證 CPU 可靠運(yùn)行。 （5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并采 用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。 （6）對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信 息不丟失。 （7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適 應(yīng) 工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。 （8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可 靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。 2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC 及外圍模 塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的 控制系統(tǒng)。 3 編程方便，易于使用 PLC 是面向用 戶的設(shè)備，PLC 的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技 能和習(xí)慣， PLC 程序的編 制，采用梯形 圖或面向工 業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形 圖與繼電器原理圖相類似， 這種編程語(yǔ)言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要 專門(mén)的計(jì) 算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué) 會(huì)。 4 功能完善 PLC 的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開(kāi)關(guān) 量和模擬量的輸入/輸出。在 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主 控繼電器以及移位寄存器、中 間寄存器等。由于采用了微處理器，它能 夠很方便 地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳 轉(zhuǎn)、和 強(qiáng)制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算 術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且 還具備 模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、 及報(bào)表生成等功能。 12 5 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短 用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫(huà)出電氣原理 圖，然后畫(huà)出繼電器屏的布置和接線圖等， 進(jìn)行安裝 調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不 便。而采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化 積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化， 故僅需按性能、容量等選用 組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨 前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn) 行。 6 體積小，維護(hù)操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC 的輸入/輸出系 統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng) 總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通 過(guò)各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 7 易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC 可連成功能很 強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 8 可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC 將電控（ 邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一 體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適 應(yīng)各種工業(yè) 控制的需要 [6]。 3.3.2 PLC 的選型原則 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)完成后， 選擇 PLC 就成為最重要的事情。 一方面要選擇多大容量的 PLC ,另一方面是選擇什么公司的 PLC 及外設(shè)。 對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來(lái)， 包括開(kāi)關(guān)量 I/O 和模擬量 I/O 以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？?制系統(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥， 又有 24V 的指示燈，則最后 選用的 PLC 的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端， 這 一組輸出只能有一種電源的 種類和等級(jí)。所以一旦它們 是交流 220V 的負(fù)載負(fù)載 使用。則直流 24V 的負(fù)載只 能使用其他的輸出端了。這樣 有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能 選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流 220V 的指示燈等。一般情況下繼電 器輸出的 PLC 使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體 管輸出的 PLC 了。 對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： 1 功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要知 道所選用的 PLC 是否有能力控制任務(wù)。如 對(duì) PLC 與 PLC、PLC 與智能儀表及上 位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)?PLC 的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊 要求；或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。 這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的 PLC 品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 13 2 價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、 質(zhì)量相當(dāng)、 I/O 點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下， 這樣 的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 經(jīng)過(guò)從功能方面和價(jià)格方面兩個(gè)方面的考慮，發(fā)現(xiàn)松下電工可編程序控制 器產(chǎn)品 FP1-C40 比較適合。因?yàn)樗且环N功能很強(qiáng) 的小型機(jī)，在 設(shè)計(jì)的過(guò)程中采 用先進(jìn)的方法及組件使其通常只有在大型 PLC 中才具有的功能，且具有其他控 制器所不具備的功能。雖然是小型機(jī)，但是其功能較 完善，性能價(jià)格比高， 較適 合改造要求 [7]。 FP1-C40 的主機(jī) I/O 點(diǎn)數(shù)為 24/16；運(yùn)行速度為 1.6üs/步；容量為 2720 步；基 本指令數(shù)為 80；高級(jí)指令數(shù)為 111；內(nèi)部繼電器為 1008 點(diǎn)；特殊內(nèi)部繼電器為 64 點(diǎn)；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為 144 點(diǎn)；數(shù)據(jù)寄存器為 1660 字；特殊數(shù)據(jù)寄存器 為 70 字；索 引寄存器為 2 字；主控指令為 32 點(diǎn)；跳轉(zhuǎn)標(biāo)記數(shù)為 64 點(diǎn)；步進(jìn)數(shù)為 128 級(jí)；子程 序個(gè)數(shù)為 16 個(gè)；中斷個(gè)數(shù)為 9 個(gè)程序；輸入濾波時(shí)間為 1－128ms。 3.4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 3.4.1 PLC 的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟 PLC 控制系統(tǒng) 是以程序形式來(lái)體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時(shí)間將用在 軟件設(shè)計(jì)，即程序設(shè)計(jì)上。PLC 程序設(shè)計(jì)可遵循以下六步 進(jìn)行： 1 確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。 2 分配輸入輸出設(shè)備 即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到 PLC，哪些外圍設(shè)備 是接受來(lái)自 PLC 信號(hào)的。并將 PLC 的輸入輸出口與之 進(jìn)行分配。 3 設(shè)計(jì) PLC 程序畫(huà)出梯形圖。 梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部 功能及其相互關(guān)系。 4 實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 的梯形圖的直接編程。 5 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場(chǎng)）。 6 保存已完成的程序。 顯然，在建立一個(gè) PLC 控制系 統(tǒng)時(shí)，必須首先把系 統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量 確定下來(lái)，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相 互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，即可進(jìn)行編程的第二步---分配輸入輸出設(shè) 備。在分配了 PLC 的輸入 輸出點(diǎn)，內(nèi)部 輔助繼電器，定 時(shí)器，計(jì)數(shù)器之后，就可 以設(shè)計(jì) PLC 程序畫(huà)出梯形 圖。在畫(huà)梯形 圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊開(kāi)始的邏輯行必 須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，與 實(shí)際 的電路圖不一樣。梯形 圖畫(huà) 好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下裝到 PLC 進(jìn)行模擬調(diào)試，修改 直至符合控制要求，這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程 [8]。 14 3.4.2 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì) 機(jī)床要求磨頭的垂直進(jìn)給、工作臺(tái)的縱向進(jìn)給、工作臺(tái)的橫向進(jìn)給三種運(yùn)動(dòng) 均能采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。由萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA1 選擇。用 PLC 改造后, 此部分的接線要重新安排，可 選用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的兩組觸點(diǎn) SA1－1 和 SA1－2(對(duì)應(yīng) PLC 輸入端子 X14 和 X15)作為手動(dòng)和自動(dòng)控制旋鈕。 1 確定 I/O 分配 找出 PLC 控制系統(tǒng)的輸入、 輸出信號(hào)，共有 16 個(gè)輸入信號(hào)， 6 個(gè)輸出信號(hào)。I/O 分配如表 1 2 繪 制 I/O 端子接線圖。根據(jù) I/O 分配結(jié)果， 繪制 I/O 端子接線圖。在端子接 線圖中熱繼電器和保護(hù)信號(hào)仍采用常閉觸頭作輸入，圖中 X0,X1 等輸入端共用 一個(gè) COM 端 ,Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5 共用一個(gè) COM 端。按鈕一端并接在直流 24V 電源上，另一端分別接在相 應(yīng)的 PLC 輸入端子上。接線時(shí)注意 PLC 輸入/ 輸出 COM 端極性。接觸器的 線 圈工作電壓若為交流 220V，則接觸器線圈可共用一個(gè) COM 端。如果 輸出控制設(shè)備 存在直流回路， 則交流回路和直流回路不可共用一 個(gè) COM 端，而應(yīng)分開(kāi)使用。如圖 5 表 1 I/O 端子分配 3 程序基本結(jié)構(gòu)圖 根據(jù) 繼電-接觸式控制系統(tǒng)工作原理， 結(jié)合 PLC 編程特 點(diǎn)，PLC 控制程序基本 結(jié) 構(gòu)如圖 6 所示 [9]。 輸入信號(hào) 輸入端子號(hào) 輸出信號(hào) 輸出端子號(hào) 電壓繼電器 KUV X0 接觸器 KM1 Y0 急停按鈕 SB1 X1 接觸器 KM2 Y1 電動(dòng)機(jī) M1 停止按鈕 SB2 X2 接觸器 KM3 Y2 電動(dòng)機(jī) M1 啟動(dòng)按鈕 SB3 X3 接觸器 KM4 Y3 電動(dòng)機(jī) M2 停止按鈕 SB4 X4 接觸器 KM5 Y4 電動(dòng)機(jī) M2 啟動(dòng)按鈕 SB5 X5 接觸器 KM6 Y5 砂輪電機(jī) M4 上升按鈕 SB6 X6 砂輪電機(jī) M4 下降按鈕 SB7 X7 電 磁吸盤(pán)充退磁總停止按鈕 SB8 X8 電磁吸盤(pán)充磁按鈕 SB9 X9 電 磁吸盤(pán)退磁按鈕 SB10 X10 電動(dòng)機(jī) M1 過(guò)載保護(hù) FR1 X11 電動(dòng)機(jī) M2 過(guò)載保護(hù) FR2 X12 電動(dòng)機(jī) M3 過(guò)載保護(hù) FR3 X13 手動(dòng)程序啟動(dòng) SA1-1 X14 自動(dòng)程序啟動(dòng) SA1-2 X15 15 圖 5 I/O 端子接線圖 圖 6 PLC 控制程序基本結(jié)構(gòu) 16 4 編制梯形圖 根據(jù)繼電-接觸式控制系統(tǒng)工作原理，結(jié)合 PLC 編程特點(diǎn)， PLC 控制程序如下： 編制梯形 圖，寫(xiě)出 語(yǔ)句指令表。梯形圖如附圖 2 所示，指令如 表 2 所示。 表 2 指令表 地址 指令 操作數(shù) 地址 指令 操作數(shù) 0 ST X3 43 ST/ T0 1 OR Y0 44 OR Y2 2 ST X0 45 ST/ Y3 3 ANS 46 ANS 4 AN/ X1 47 AN/ Y4 5 AN/ X2 48 AN/ Y5 6 AN/ X11 49 OT Y2 7 OT Y0 50 ST Y2 8 ST X5 51 AN/ R0 9 OR Y1 52 TMY 0 10 ST X0 K 20 11 ANS 56 ST T0 12 AN/ X1 57 OR Y4 13 AN/ X4 58 ST/ T1 14 AN/ X12 59 AN 15 AN/ X13 60 OT Y4 16 OT Y1 61 ST Y4 17 ST X14 62 TMY 1 18 MC 1 K 5 20 ST/ Y1 66 ST T1 21 AN X6 67 OR Y3 22 AN/ Y3 68 ST/ T2 23 OT Y2 69 ANS 24 ST/ X1 70 OT Y3 25 AN X7 71 ST Y3 26 AN/ Y2 72 TMY 2 27 OT Y3 K 10 28 ST X8 76 ST T2 29 OR Y4 77 OR Y5 30 ST/ X1 78 ST/ T3 31 ANS 79 ANS 32 AN/ X9 80 OT Y5 33 AN/ Y5 81 ST Y5 17 續(xù)表 2 地址 指令 操作數(shù) 地址 指令 操作數(shù) 34 OT Y4 82 TMY 3 35 ST/ X1 K 2 36 AN/ X9 86 ST T3 37 AN X10 87 DF/ 38 AN/ Y4 88 OT R0 39 OT Y5 89 MCE 0 40 ST X15 90 MCE 1 41 MC 0 91 ED 4 磨床改造后的調(diào)試 在調(diào)試前我們需要對(duì)線路進(jìn)行檢查，按照接線圖檢查電源線和接地線是否 可靠，主線路和控制線路連 接是否正確， 絕緣是否良好，各開(kāi)關(guān)是否處于“0”位， 插頭和各插接件是否全部插緊；檢查工作臺(tái)等部件的位置是否合適，防止通電時(shí) 發(fā)生碰撞。在完成通電前的準(zhǔn) 備工作后，便可接上 設(shè)備 的工作電源，開(kāi)始通 電調(diào) 試（試車(chē)）了。 1 確認(rèn)輸入電源 合上為機(jī)床供電的電源開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表測(cè)量機(jī)床總電源開(kāi)關(guān)進(jìn)線端的電壓， 看一看電壓是否正常，有無(wú)斷相或三相電壓特別不平衡的現(xiàn)象。如果一切正常， 便可合上機(jī)床的總電源開(kāi)關(guān)，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。有無(wú)斷相。 2 調(diào)試 PLC 由于用 PLC 改造原機(jī)床電氣系統(tǒng)是以不改變?cè)刂乒δ転榍疤?，此時(shí)可對(duì) 原線路進(jìn)行分塊處理，對(duì)于平面磨床，可分成輸出處 理程序， 輸入處理程序和順 序控制邏輯程序，這種處理 對(duì)于程序調(diào)試和設(shè)備維修都有很大的方便，根據(jù)手動(dòng) 和自動(dòng)兩種工作方式分別進(jìn)行模擬運(yùn)行。使用 I／O 表在輸出表中“強(qiáng)制”調(diào)試,即 檢查輸出表中輸出端口為“1” 狀態(tài)時(shí),外部設(shè)備是否運(yùn)行； 為“0” 狀態(tài)時(shí),設(shè)備是否 真的停止.也可以交叉做“1” 與“0” 的“強(qiáng)制” ，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。 進(jìn)行模擬調(diào)試完成后,要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做一次完整的 檢查.其主要目的是去掉多余的中間檢查用的臨時(shí)配\ 臨時(shí)布置的信號(hào),將現(xiàn)場(chǎng)處 于真正的使用狀態(tài) [10]。 5 結(jié)束語(yǔ) 用可編程控制器改造舊機(jī)床電氣系統(tǒng)，在現(xiàn)有企業(yè)里是非?，F(xiàn)實(shí)的技術(shù)改 造方案，具有投資省、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。通 過(guò)使用 PLC 改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后，去 18 掉了原機(jī)床的中間繼電器，時(shí)間繼電器等等，使 線路簡(jiǎn)化,維修方便。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。 致謝 在這篇論文完成之際，我衷心的感謝我的指導(dǎo)老師劉法治老師。感謝老師在 百忙之中抽出時(shí)間來(lái)為我指導(dǎo)講解，悉心指教。 在這 個(gè)實(shí)用性很強(qiáng)的課題中，劉 老師豐富的經(jīng)驗(yàn)，淵博的知 識(shí)，深邃的思想，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué) 風(fēng)格、平易近人的處事 態(tài)度，讓 我們?cè)趯W(xué)習(xí)知識(shí)和解決問(wèn)題時(shí)感到無(wú)比的輕松和愉快，使我們少走了很 多彎路，也讓我們學(xué)到很多 書(shū)本上沒(méi)有的內(nèi)容。 程序 編程， 論文撰寫(xiě)的過(guò)程中給 我提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議，使我順利的完成了所有的工作。并且得到其他 幾位老師和同學(xué)的關(guān)心和幫助在此一并謹(jǐn)致謝忱。在即將離開(kāi)學(xué)校之際，再次衷 心感謝我系所有老師對(duì)我的幫助，謝謝你們?yōu)槲业拇髮W(xué)生活劃上一個(gè)完滿的句 號(hào)！ 參考文獻(xiàn) ［1］馬應(yīng)用，王阿根.電氣可編 程控制原理［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2007.04 ［2］夏國(guó)偉.機(jī)床電氣與維修[M].陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1980 ［3］齊占慶.機(jī)床電氣自動(dòng)控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1987 ［4］陳遠(yuǎn)齡、黎亞元.機(jī)床電氣自 動(dòng)控制[M].重慶大學(xué)出版社，1994 ［5］歐陽(yáng)三泰、歐陽(yáng)希、周琴.論可編程序控制器技術(shù).機(jī)床電器[J] 2005.1 ［6］ 曹輝.可編程序控制器系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社 ,2003 ［7］路林吉.江龍康等.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].清華 大學(xué)出版社,2002 ［8］李國(guó)厚.PLC原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 ［9］廖常初.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)(第4版)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2002. ［10］齊從謙、王士蘭.PLC 技術(shù) 及運(yùn)用[M] .機(jī)械工業(yè)出版社，2000 ［11］于雷聲、方宗達(dá).電氣控制與 PLC運(yùn)用[M] .機(jī)械工業(yè)出版社，1996 ［12］萬(wàn)太福，唐賢永.可編程控制器及其 應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1994 ［13］姜新橋，石建華.可編程控制器 應(yīng)用基礎(chǔ)》[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社2007.09 ［14］林育茲，鮑平.可編程控制器原理及 邏輯控制.北京：機(jī)械工 業(yè)出版社.2005.11 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SB7 按鈕 LA2 1 砂輪下降 SB8 按鈕 LA2 1 電磁吸盤(pán)充磁 SB9 按鈕 LA2 1 停止充磁 SB10 按鈕 LA2 1 電磁吸盤(pán)放磁 VC 整流器 4X2CZ11C 1 整流 KUV 電壓繼電器 直流 110V 1 欠壓保護(hù) R 電阻 500 1 C 電容 110V5ūF 1 放電保護(hù) YH 電磁吸盤(pán) HDXP 110V1.45A 1 吸牢工作 FU1 熔斷器 RL1 60∕25 1 電源總保護(hù) FU2 熔斷器 RL1 45/2 1 FU3 熔斷器 RL1 15/2 1 FU4 熔斷器 RL1 15/2 1 FU5 熔斷器 RL1 15/2 1 整流保險(xiǎn) FU6 熔斷器 RL1 15/2 1 照明指示保險(xiǎn) QS1 開(kāi)關(guān) 1 電源總開(kāi)關(guān) QS2 開(kāi)關(guān) HZ1-25／3 1 照明開(kāi)關(guān) 20 21 附圖 1 M7120 電氣原理圖 附圖 2 梯形圖 7