基于PLC的平面磨床自動控制系統(tǒng)的改造【5張CAD高清圖紙、文檔所見所得】

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學(xué)生姓名 王麗國 班級 應(yīng)教033班 指導(dǎo)教師 劉法治 論文(設(shè)計)題目 基于PLC的平面磨床自動控制系統(tǒng)的改造 目前已完成任務(wù) 1.熟悉任務(wù)書 2.開題報告已經(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)書要求進(jìn)度： 是 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）： 能 存在問題和解決辦法 存 在 問 題 1.任務(wù)重，時間緊迫 2.第一次進(jìn)行PLC設(shè)計，知識的掌握還不夠全面 3.理論知識理解還不夠透徹 擬 采 取 的 辦 法 1.與日爭，與時爭，盡量多的利用時間 2.找指導(dǎo)老師，向老師詳細(xì)請教不明白的地方 3.平時對理論知識加深理解 4.和其他同學(xué)互相討論，解決各自疑難問題. 指導(dǎo) 教師 簽字 日期 年 月 日 教學(xué) 院長 （主任）意見 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）中期進(jìn)展情況檢查表 目 錄 1 緒論 1 2 設(shè)計要求 2 3 磨床的概述 2 3.1 磨床介紹 2 3.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢 2 3.2.1現(xiàn)代平面磨床的主要特點 2 3.2.2發(fā)展呈現(xiàn)四大變化 3 3.2.3根本在于設(shè)計創(chuàng)新 4 4 可編程序控制器（PLC）的概況 4 4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 4 4.1.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4 4.1.2 PLC的基本工作原理 5 4.1.3 PLC的主要功能 6 4.2 PLC的應(yīng)用設(shè)計步驟 7 4.3 PLC的選型原則 8 4.3.1 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品---FP1-C24介紹 9 5 系統(tǒng)的總體設(shè)計 11 5.1 改造平面磨床的步驟 11 5.1.1 改造方案的確定 11 5.1.2 改造的技術(shù)準(zhǔn)備 11 5.1.3 改造的實施 12 5.2 用PLC改造繼電-接觸式控制系統(tǒng)的步驟 13 5.3 控制線路控制改造要求 14 5.4 原設(shè)備電器的工作原理 14 5.4.1 平面磨床主要結(jié)構(gòu)和運動形式 14 5.4.2 電氣控制線路分析 15 5.5 分析控制對象，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計 19 5.6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 20 6 磨床改造后的調(diào)試 22 7 結(jié)束語 23 致謝 23 參考文獻(xiàn) 23 附錄 25 31 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)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、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、積極開發(fā)新產(chǎn)品的竟?fàn)?，將面臨知識——技術(shù)——產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意識不斷加強(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?、發(fā)展的主要手段。計算機(jī)信息技術(shù)和制造自動化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，作為自動化柔性生產(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越多。但新機(jī)床購置費用高，且生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長。因此對原有機(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：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，同購置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60 % ～80 % 的費用，改造費用低。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)床購置費的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級，也只需花費購買新機(jī)床60 % 的價格。⑵性能穩(wěn)定可靠 因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度，且各部件已經(jīng)長期磨合，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際需要和機(jī)床長期使用的情況，在改造中提出對機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)意見，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、性能等?？筛鶕?jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，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，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短、見效快。改造的機(jī)床一經(jīng)安裝好，就可實現(xiàn)全負(fù)荷運轉(zhuǎn)。⑸可以采用最新的控制技術(shù)，提高生產(chǎn)效率。可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，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，即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。對復(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)運行帶來了不利影響,用PLC對磨床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢所趨[1] 。所以我們就以平面磨床改造來介紹一下。 2 設(shè)計要求 （1）PLC容量和性能要與任務(wù)相適應(yīng)，PLC運行速度要滿足實時控制的要求； （2）要有原平面磨床控制原理圖、PLC硬件接線圖和梯形圖 （3）要有PLC的I/O接口地址分配表； （4）系統(tǒng)具有手動/自動轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場調(diào)試、驅(qū)動通風(fēng)機(jī)的電機(jī)過熱保護(hù)，故障報警等功能。 3 磨床的概述 3.1 磨床介紹 磨床是利用磨具對工件表面進(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。 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、無心磨床、工具磨床等。 3.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢 當(dāng)今平磨的發(fā)展趨勢是轉(zhuǎn)向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線表面磨削加工?？梢哉f，平磨是磨床類機(jī)床中演變潛力最大的一種機(jī)型。我國平磨制造廠應(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.據(jù)不完全統(tǒng)計，不久前在美國芝加哥舉行的國際制造技術(shù)展覽會（IMTS）上有20多家平磨專業(yè)生產(chǎn)廠的60多臺平面磨床以平磨實物形式參展，包括了歐、美、日及我國的主要平磨制造廠。有關(guān)專家分析了此次參展的平面磨床的主要特點并預(yù)測今后平面磨床的發(fā)展趨勢[3] 。 3.2.1現(xiàn)代平面磨床的主要特點 （1）從規(guī)格上看，以小型平磨為主。臺面寬200mm以下的幾乎占50%，小規(guī)格機(jī)床的運輸及布展比較方便；國外平磨不分普通、精密、高精度的精度等級，相對小規(guī)格機(jī)床，精度容易做得很高；在國際市場上，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)控制已難以實現(xiàn)功能的要求。數(shù)控平磨已形成一個市場潮流。 （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、臺階、切入、快速抖動、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)動磨削中心，可實現(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)，可實現(xiàn)成形、無心、外圓、工具、輪廓等磨削工藝；還有裕福、Parker公司等的快速抖動磨等，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。 3.2.2 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，已從原來的為復(fù)合而復(fù)合轉(zhuǎn)為從實用高效考慮為主，如車、銑復(fù)合，車、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)床的針對性很強(qiáng)，針對某類零件考慮；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，無論是大隈、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）全自動的概念已發(fā)生變化。傳統(tǒng)的全自動機(jī)床是用一只氣動或液動的機(jī)械手實現(xiàn)工件的自動上、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，來實現(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)，同時輔助配套的機(jī)械大大減少。 （4）環(huán)保要求越來越高。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，絕對沒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，亦同時反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。 3.2.3 根本在于設(shè)計創(chuàng)新 （1）平磨是磨床類機(jī)床中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臋C(jī)床。 在完成傳統(tǒng)的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、臺面、磨頭等大件為基礎(chǔ)，可以演變成外圓、曲線、工具、無心等磨床，如k.o.lee公司的C1020N2外圓磨床和B6062PC2工具磨的基礎(chǔ)就是平磨。我國應(yīng)在完成平磨規(guī)格系列的完善后，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去進(jìn)一步發(fā)展，形成具有我們自己特色的技術(shù)和產(chǎn)品。 （2）模塊化設(shè)計將是貫穿產(chǎn)品設(shè)計全過程的一條主線，無論是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的潮流還是市場競爭的要求；無論是降低成本的需要，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要，都要求我們在今后產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計中，切實做好模塊化設(shè)計工作。 （3）世界機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，根本一點是設(shè)計創(chuàng)新理念的發(fā)展。傳統(tǒng)的金屬切削原理，用一種全新的現(xiàn)代設(shè)計理念，結(jié)合先進(jìn)的控制技術(shù)，正在推動機(jī)床技術(shù)發(fā)生重大變化 4 可編程序控制器（PLC）的概況 4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 4.1.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器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。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 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、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。其中 PLC各部分的作用如下： (1)中央處理器 1）診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 2）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 3）按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運算和操作。 4）將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 5）應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 (2)存儲器 PLC的存儲器分為兩大部分： ?一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 ?二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 (3)輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 (4)電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5)輸入輸出I/O擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的I/O點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。 圖1? PLC結(jié)構(gòu)示意圖 4.1.2 PLC的基本工作原理 PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的工作過程如圖1所示。 （1）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。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （2）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)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （3）輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每一個掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響[7] 。 4.1.3 PLC的主要功能 （1）條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。 （2）定時/記數(shù)控制功能 定時/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。 （3）數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 （4）步進(jìn)控制功能 步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實現(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。 （5）A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能 A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 （6）運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運動控制。 （7）過程控制功能 過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 （8）擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。 （9）遠(yuǎn)程I/O功能 遠(yuǎn)程I/O功能是指通過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、傳出輸出信號。 （10）通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 （11）監(jiān)控功能 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，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。 4.2 PLC的應(yīng)用設(shè)計步驟 PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設(shè)計，即程序設(shè)計上。PLC程序設(shè)計可遵循以下六步進(jìn)行： （1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序。 （2）分配輸入輸出設(shè)備? 即確定哪些外圍設(shè)備是送信號到PLC，哪些外圍設(shè)備是接受來自PLC信號的。并將PLC的輸入輸出口與之進(jìn)行分配。 （3）設(shè)計PLC程序畫出梯形圖。? 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）實現(xiàn)用計算機(jī)對PLC的梯形圖的直接編程。 （5）對程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場）。 （6）保存已完成的程序。 顯然，在建立一個PLC控制系統(tǒng)時，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個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，內(nèi)部輔助繼電器，定時器，計數(shù)器之后，就可以設(shè)計PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時要注意每個從左邊開始的邏輯行必須終止于一個繼電器線圈或定時器，計數(shù)器，與實際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計算機(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)計的整個過程。 4.3 PLC的選型原則 當(dāng)某一個控制任務(wù)決定由PLC來完成后，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)。 對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(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?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(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的輸出點數(shù)有可能大于實際電數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。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浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負(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，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。 對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： （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)LC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （2）價格方面? 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 ?PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。 4.3.1 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品---FP1-C24介紹 經(jīng)過從功能方面和價格方面兩個方面的考慮，發(fā)現(xiàn)松下電工可編程序控制器產(chǎn)品FP1-C24比較適合。因為它是一種功能很強(qiáng)的小型機(jī)，在設(shè)計的過程中采用先進(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，性能價格比高，較適合改造要求。 現(xiàn)在就對FP1-C24的組成各部分和技術(shù)性能做一個簡單介紹。在松下電工公司生產(chǎn)的FP系列產(chǎn)品中，F(xiàn)P1屬于小型PLC產(chǎn)品，其中C24是具有高級處理功能的型號。從型號可以看出FP1-C24可編程控制器的輸入和輸出點數(shù)（即I/O點）之和為24。 （1）FP1-C24的組成各部分如下： 1）RS232 該口能于PC機(jī)通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。 2）運行監(jiān)視指示燈 ①當(dāng)運行程序時，“RUN”指示燈亮； ②當(dāng)控制單元中止執(zhí)行程序時，“PROG”指示燈亮； ③當(dāng)發(fā)生自診斷錯誤時，“ERR”指示燈亮； ?④當(dāng)檢測到異常的情況時或出現(xiàn)“Watchdog”定時故障時，“ALARM”指示燈亮。 3）工作方式選擇開關(guān) 工作方式選擇開關(guān)共有3個工作方式檔位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”。 ①“RUN”工作方式 當(dāng)開關(guān)扳到這個檔位時，控制單元運行程序。 ②“REMOTE”工作方式 在這個工作方式下，可以使用編程工具改變可編程控制器的工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式。 ③“PROG”工作方式 在此方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯對待?？删幊炭刂破鼬Q響報警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“PROG”工作方式。 ④輸出端子 C24形的輸出端子有8點。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 ⑤直流電源輸出端子 在FP1系列主機(jī)內(nèi)部均配有一個供輸入端使用的24V直流電源。 ⑥輸入端子 C24型的輸入端子有16點。輸入電壓范圍為直流12～24V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 ⑦編程工具連接插座（RS422口） 可用此插座經(jīng)專用外設(shè)電纜連接編程工具。 ⑧波特率選擇開關(guān) 有19200bps和9600bps兩檔，當(dāng)可編程控制器與外部設(shè)備進(jìn)行通信時，應(yīng)根據(jù)不同的外設(shè)選定波特率。 ⑨電位器（V0、V1） 這兩個電位器可用螺絲刀進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)外部設(shè)定。當(dāng)調(diào)節(jié)該電位器時，PLC內(nèi)部對應(yīng)的特殊數(shù)據(jù)寄存器 DT9040和DT9041的內(nèi)容在0～255之間變化，相當(dāng)與輸入外部可調(diào)的模擬量。C24有兩個（V0、V1）。 ⑩I/O點狀態(tài)指示燈和擴(kuò)展單元接口插座 用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當(dāng)某個輸入觸點閉合時，對應(yīng)于這個觸點編號的輸入指示發(fā)光二極管點亮（下一排）； 當(dāng)某個輸出繼電器接通時，對應(yīng)這個輸出繼電器編號的輸出指示發(fā)光二極管點亮（上一排）。擴(kuò)展單元接口插座用于連接FP1擴(kuò)展單元及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。 （2）技術(shù)性能 FP1-C24的主機(jī)I/O點數(shù)為16/8；最大I/O點數(shù)為104；運行速度為1.6üs/步；容量為2720步；基本指令數(shù)為80；高級指令數(shù)為111；內(nèi)部繼電器為1008點；特殊內(nèi)部繼電器為64點；定時器/計數(shù)器為144點；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；跳轉(zhuǎn)標(biāo)記數(shù)為64點；步進(jìn)數(shù)為128級；子程序個數(shù)為16個；中斷個數(shù)為9個程序；輸入濾波時間為1－128ms[10] 。 5 系統(tǒng)的總體設(shè)計 5.1 改造平面磨床的步驟 5.1.1 改造方案的確定 改造的可行性分析通過以后，就可以針對自動磨床床的現(xiàn)況確定改造方案，一般包括： （1）機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合 一般來說，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求、范圍、內(nèi)容；也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求、內(nèi)容；還要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯時間要求。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。 （2）先易后難、先局部后全局 確定改造步驟時，應(yīng)把整個電氣部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進(jìn)行，如輸入部分、邏輯部分、輸出部分、面板控制與強(qiáng)電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，使人的注意力能集中到關(guān)鍵地方。 （3）根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng) 針對平面磨床，確定它的環(huán)境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線，甚至有否鼠害等外界使用條件，這對選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能等可提供正確的依據(jù)，使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證。當(dāng)然，電氣系統(tǒng)的選擇必須考慮成熟產(chǎn)品，性能合理、實用，有備件及維修支持，功能滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等。 （4）改造范圍與周期的確定 有時數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機(jī)床全部電氣系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測定和分析決定其改造范圍。改造的周期，根據(jù)實際情況確定，考慮因素有技術(shù)水平、準(zhǔn)備工作充分程度、新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度等。 5.1.2 改造的技術(shù)準(zhǔn)備 改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù)準(zhǔn)備包括： （1）機(jī)械部分準(zhǔn)備 為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測量、計算、設(shè)計、繪圖、零件制作等應(yīng)先期完成。同時對停機(jī)后需拆、改、加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個改造工作銜接得當(dāng)。 （2）新系統(tǒng)電氣資料消化 新系統(tǒng)有許多新功能、新要求、新技術(shù)，因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料，包括系統(tǒng)原理說明、線路圖、PLC梯形圖及文本、安裝調(diào)試說明、使用手冊、編程手冊等。要有充裕的時間來對上述資料進(jìn)行翻譯(進(jìn)口系統(tǒng))、消化、整理、核對，做到思路清晰，層次分明。 （3）新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計 根據(jù)每臺設(shè)備改造范圍不同，需事先設(shè)計接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng)設(shè)計機(jī)電轉(zhuǎn)換接口、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點、參數(shù)測量點、維修位置等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、中小連接點少，強(qiáng)弱電干擾最小，備有適當(dāng)裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，必要時需自行制作轉(zhuǎn)換接口。 5.1.3 改造的實施 準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造的實施階段。實施階段內(nèi)容按時間順序分為： （1）原機(jī)床的全面保養(yǎng) 機(jī)床經(jīng)長期使用后，會不同程度地在機(jī)械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣既可對改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時作對比分析用。 （2）保留的電氣部分最佳化調(diào)整 若對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強(qiáng)電部分的零件更換，電機(jī)的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風(fēng)冷卻裝置的清洗，伺服驅(qū)動裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。只有對保留的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整工作，才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。 （3）原系統(tǒng)拆除 原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細(xì)進(jìn)行，及時在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計中的欠缺之處，應(yīng)及時補(bǔ)充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時恢復(fù)使用。還有一定使用價值的，可作其他機(jī)床備件用。切忌大手大腳，亂扔亂放。 （4）合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。 （5）調(diào)試 調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜，隨時記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈，無多余物品；各運動坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試驗的，先模擬后實動；能手動的，先手動后自動。 5.2 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，以備添加功能時使用。 （2）了解原設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動作（動作順序，必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作方式（手動，自動，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、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機(jī)、電磁閥等）。據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。分配I/O點，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對保證整個控制系統(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)計控制程序?？刂瞥绦蚴钦麄€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 控制線路控制改造要求 （1）成形平面磨床的砂輪采用液壓驅(qū)動，其傳動較平穩(wěn)，磨削工件時精度高。 （2）機(jī)床的電氣控制部分采用FP1-24可編程序控制器,實現(xiàn)對機(jī)床的自動磨削、液壓閥的控制及電磁吸盤的控制。 （3）動作要求： 1）磨頭的垂直進(jìn)給。 2）工作臺的縱向進(jìn)給。 3）工作臺的橫向進(jìn)給。 以上三種運動均采用手動和自動兩種控制方式。 4）電磁吸盤不工作時可以手動調(diào)整機(jī)床。 （4）為保證安全生產(chǎn)，電磁盤與工作臺，拖板及磨頭垂直進(jìn)給采用聯(lián)鎖控制裝置，即電磁盤電流小于1A時，吸力不足時機(jī)床要停止工作。 （5）電磁吸盤具有充、退磁功能。 （6）冷卻泵電機(jī)、吸塵電機(jī)為了方便運輸可選用分離式插拔接頭。 （7）工作臺的縱向運行較頻繁，磨頭的垂直進(jìn)給要求精度較高，應(yīng)采用接近開關(guān)。 （8）編程控制器及電磁閥所需的是220V交流電源。 （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存能量的電器要有保護(hù)。 5.4 原設(shè)備電器的工作原理 5.4.1 平面磨床主要結(jié)構(gòu)和運動形式 平面磨床主要由床身，垂直進(jìn)給手輪，工作臺，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)動工作臺手輪等部件組成。此平面磨床共有四臺電動機(jī)，砂輪電動機(jī)是主運動電動機(jī)，直接帶動砂輪旋輪，對工件進(jìn)行磨削加工；砂輪升降電動機(jī)使拖板沿立柱導(dǎo)軌上下移動，用以調(diào)整砂輪位置；工作臺和砂輪的往復(fù)運動是靠液壓電動機(jī)進(jìn)行液壓傳動的，液壓傳動較平穩(wěn)，能實現(xiàn)無極調(diào)速，換向時慣性小，換向平穩(wěn)；冷卻泵電動機(jī)帶動冷卻泵供給砂輪和工件冷卻液，同時利用冷卻液帶走磨下的鐵屑[17] 。 5.4.2 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 主電路共有四臺電動機(jī)如圖1所示，其中M1是液壓電動機(jī)，實現(xiàn)工作臺的往復(fù)運動；M2是砂輪電動機(jī)，帶動砂輪轉(zhuǎn)動來完成磨削加工工件；M3是冷卻泵電動機(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運轉(zhuǎn)后才能運轉(zhuǎn)。M4是砂輪升降電動機(jī)，用于磨削過程中調(diào)整砂輪與工件之間的位置。 M1，M2，M3是長期工作的，所以都裝有過載保護(hù)。M4是短期工作的，不設(shè)有過載保護(hù)。整個線路有一組總?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)，電磁工作臺控制電路由熔斷器FU8做短路保護(hù)。 （2）控制電路分析 1）液壓泵電動機(jī)M1的控制合上總開關(guān)QS后，整流變壓器一個副邊輸出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獲電動作，其常開觸頭閉合，為啟動電機(jī)作好準(zhǔn)備。如果KUV不能正常可靠工作，各電機(jī)均無法運行，因為平面磨床的工件靠直流電磁吸盤的吸力將工件吸牢在工作臺上，只有具備可靠的直流電壓后，才允許啟動砂輪和液壓系統(tǒng)，以保證安全。 當(dāng)KUV吸合后，按下啟動按鈕SB3，接觸器KM1通電吸合并自鎖，液壓油泵電機(jī)M1啟動運轉(zhuǎn)，HL2燈亮。若按下停止按鈕SB2，接觸器KM1線圈斷電釋放，電動機(jī)MI斷電停轉(zhuǎn)。 2）砂輪電動機(jī)M2及冷卻泵電動機(jī)M3的控制?? 按下起動按鈕SB5，接觸器KM2線圈獲電動作，砂輪電動機(jī)M2啟動運轉(zhuǎn)。由于冷卻泵電動機(jī)M3通過接插器X1和M2聯(lián)動控制，所以M2和M3同時啟動運轉(zhuǎn)，當(dāng)不需要冷卻時，可將插頭拔出，按下停止按鈕SB4時，接觸器KM2線圈斷電釋放，M2與M3同時斷電停轉(zhuǎn)。 兩臺電動機(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，只要有一臺電動機(jī)過載，就使KM2線圈失電。因冷卻液循環(huán)使用，經(jīng)?；煊形酃鸽s質(zhì)，很容易引起電動機(jī)M3過載，故用熱繼電器FR3進(jìn)行過載保護(hù)。 圖2 主控電路 3）砂輪升降電動機(jī)M4的控制，砂輪升降電動機(jī)只有在調(diào)整工件和砂輪之間位置時使用，所以用點動控制，當(dāng)按下點動按鈕SB6，接觸器KM3線圈獲電吸合，電動機(jī)M4啟動正傳，砂輪上升。達(dá)到所需位置時，松開SB6，KM3線圈斷電釋放，電動機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升。按下點動按鈕SB7，接觸器KM4線圈獲電吸合，電動機(jī)M4啟動反傳，砂輪下降。達(dá)到所需位置時，松開SB7，KM4線圈斷電釋放，電動機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止下降。為防止電動機(jī)M4的正反轉(zhuǎn)線路同時接通，故在對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。 （3）電磁吸盤電路分析? 電磁吸盤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，一次能吸牢若干個小工件，以及工件發(fā)熱能自由伸縮等優(yōu)點，因而電磁吸盤在平面磨床上用的十分廣泛。電磁吸盤結(jié)構(gòu)如圖3所示 圖3 電磁吸盤結(jié)構(gòu) 電磁吸盤的外殼是鋼制箱體，中部的芯體上繞有線圈，吸盤的蓋板用鋼板制成，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，吸盤的芯體被刺化，產(chǎn)生磁場，磁通便以芯體和工件作回路，工件被牢牢吸住[16] 。 電磁吸盤的控制電路包括整流裝置、控制裝置和保護(hù)裝置三個部分，如圖4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SB7、SB8、SB9和接觸器KM5、KM6組成。充磁過程如下：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YH獲電，工作臺充磁吸住工件。同時其自鎖觸頭閉合，聯(lián)鎖觸頭斷開。 磨削加工完畢，在取下加工好的工件時，先按SB7，切斷電磁吸盤YH的直流電源，由于吸盤和工件都有剩磁，所以需要對吸盤和工件進(jìn)行去磁。 圖4 電磁吸盤電路 去磁過程如下：先按點動按鈕SB9，接觸器KM6線圈獲電吸合，KM6的兩副主觸頭閉合，電磁吸盤通入反向直流電，使工作臺和工件去磁。去磁時，為防止因時間過長使工作臺反向磁化，再次吸住工件，因而接觸器KM6采用點動控制。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：電磁吸盤是一個大電感，在充磁吸工件時，存儲有大量磁場能量。當(dāng)它脫離電源的一瞬間，吸盤YH的的兩端產(chǎn)生較大的自感電動勢，會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，使電磁吸盤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R-L-C電路可以組成一個衰減震蕩電路，，利用電對去磁將是非常有用的零壓繼電器KUV的作用是在加工過程中，若電源電壓不足，則電磁吸盤將吸不牢工件，會導(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，其常開觸頭串聯(lián)在液壓泵電動機(jī)和砂輪電機(jī)的 控制電路中，若電磁吸盤將吸不牢工件，KUV就會釋放，使液壓泵電動機(jī)和砂輪電機(jī)停轉(zhuǎn)，保證了安全 。 （4）照明和指示燈電路分析 圖5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處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，工作臺正在進(jìn)行往復(fù)運動；不亮，表示M1停轉(zhuǎn)。 圖5 指示和照明電路 HL2燈亮，表示砂輪電動機(jī)M2和冷卻泵電動機(jī)M3處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)；不亮，表示M2和M3停轉(zhuǎn)。 HL3燈亮，表示砂輪升降電動機(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YH處于充磁狀態(tài)，不亮，表示電磁吸盤未工作。 HL4燈亮，表示電磁吸盤YH處于退磁狀態(tài)，不亮，表示電磁吸盤未工作。 5.5 分析控制對象，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計 任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個部分組成，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關(guān)、儀表觸點、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點組成的實現(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，保持原電磁吸盤電路不變。原平面磨床的電氣系統(tǒng)，所有轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1,控制按鈕(SB1-SB9)等為系統(tǒng)的輸入信號；而接觸器線圈（KM1-KM6），指示燈HL和（HL1-HL4）等為系統(tǒng)的輸出信號。為了節(jié)省輸出點數(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)載斷開時產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢或浪涌電流對PLC輸出點及內(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。 5.6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 機(jī)床要求磨頭的垂直進(jìn)給、工作臺的縱向進(jìn)給、工作臺的橫向進(jìn)給三種運動均能采用手動和自動兩種控制方式。由萬能轉(zhuǎn)換開關(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)換開關(guān)的兩組觸點SA1－1和SA1－2(對應(yīng)PLC輸入端子X9和X10)作為手動和自動控制旋鈕。 （1）確定I/O點數(shù)。找出PLC控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號，共有11個輸入信號，6個輸出信號，如表1所示。 表1?? I/O端子分配表 輸入信號 輸入端子號 輸出信號 輸出端子號 電動機(jī)M1停止按鈕SB2 X0 接觸器KM1 Y0 電動機(jī)M1啟動按鈕SB1 X1 接觸器KM2 Y1 電動機(jī)M2停止按鈕SB3 X2 接觸器KM3 Y2 電動機(jī)M2啟動按鈕SB4 X3 接觸器KM4 Y3 砂輪電機(jī)M4上升按鈕SB5 X4 接觸器KM5 Y4 砂輪電機(jī)M4下降按鈕SB6 X5 接觸器KM6 Y5 電磁吸盤充退磁總停止按鈕SB7 X6 電磁吸盤充磁按鈕SB8 X7 電磁吸盤退磁按鈕SB9 X8 手動程序啟動SA1-1 X9 自動程序啟動SA1-2 X10 （2）繪制I/O端子接線圖。根據(jù)表1 I/O分配表結(jié)果，繪制I/O端子接線圖。I/O接線圖如圖6所示，在端子接線圖中熱繼電器和保護(hù)信號仍采用常閉觸頭，主令電器的常閉觸頭可改用常開觸頭作輸入，使編程簡單。編程控制器和電磁閥線圈用交流220V電源供給。 圖6 PLC 外部I/O接線圖 （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，PLC控制程序基本結(jié)構(gòu)如圖7所示。 圖7 程序基本結(jié)構(gòu) （4）編制梯形圖 根據(jù)圖6及圖7編制梯形圖，部分梯形圖如圖8所示。 圖8 梯形圖 6 磨床改造后的調(diào)試 在調(diào)試前我們需要對線路進(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；檢查工作臺等部件的位置是否合適，防止通電時發(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，開始通電調(diào)試（試車）了。 （1）確認(rèn)輸入電源。 合上為機(jī)床供電的電源開關(guān)，用萬用表測量機(jī)床總電源開關(guān)進(jìn)線端的電壓，看一看電壓是否正常，有無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)床的總電源開關(guān)，并用萬用表測量電源能供到的各支路終端的電壓是否正常。有無斷相。 （2）調(diào)試PLC 由于用PLC改造原機(jī)床電氣系統(tǒng)是以不改變原控制功能為前提，此時可對原線路進(jìn)行分塊處理，對于平面磨床，可分成輸出處理程序，輸入處理程序和順序控制邏輯程序，這種處理對于程序調(diào)試和設(shè)備維修都有很大的方便，根據(jù)手動和自動兩種工作方式分別進(jìn)行模擬運行。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,外部設(shè)備是否運行；為“0”狀態(tài)時,設(shè)備是否真的停止.也可以交叉做“1”與“0”的“強(qiáng)制”，觀察輸出端點指示燈在一個工作循環(huán)里的狀態(tài)變化，并與工藝過程對照。進(jìn)行模擬調(diào)試完成后,要對現(xiàn)場做一次完整的檢查.其主要目的是去掉多余的中間檢查用的臨時配\臨時布置的信號,將現(xiàn)場處于真正的使用狀態(tài). 7 結(jié)束語 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)實的技術(shù)改造方案，具有投資省、見效快的特點。通過使用PLC改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機(jī)床的中間繼電器，時間繼電器等等，使線路簡化,維修方便。同時，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還有信號指示，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。感謝老師在百忙之抽出時間來為我指導(dǎo)講解，悉心指教，在我的系統(tǒng)設(shè)計，程序編程，論文撰寫的過程中給我提出了許多寶貴的意見和建議，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。在即將離開學(xué)校之際，再次衷心感謝我系所有老師對我的幫助，謝謝你們?yōu)槲业拇髮W(xué)生活劃上一個完滿的句號！ 參考文獻(xiàn) ［1］常斗南.可編程序控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.2 ［2］侯玉秀.用PLC改造M8820軸承磨床的電氣控制系統(tǒng)[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2004，27(3)：28~30 ［3］林春方.可編程控制器及其應(yīng)用[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，2003. ［4］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.? ［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］齊占慶.機(jī)床電氣自動控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1987 ［9］陳遠(yuǎn)齡,黎亞元.機(jī)床電氣自動控制[M].重慶大學(xué)出版社，1994 ［10］齊從謙,王士蘭.PLC技術(shù)及運用[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運用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1996 ［12］夏國偉.機(jī)床電氣與維修[M].陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1980 ［13］馬敏濤等.PLC與上位計算機(jī)的自由通信[M].電氣時代，2002 ［14］Mark Rosewell .Programming Logic Control[M]. 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