毕业设计（论文）-C650型普通车床电气控制系统设计-基于三菱FN2N系列.doc

南京工程学院毕业设计说明书(论文）目 录第1章 绪 论31.1 普通机床改造的意义和前景31.2 PLC的基础知识61.3 PLC控制系统与电气控制系统的比较71.4电气系统改造为PLC控制的意义81.5 PLC相关概述9第2章C650车床的主要电路设计112.1 C650车床的主要结构112.2 C650车床的控制要求122.3 C650车床主电路设计122.4 C650车床的控制电路分析14第3章C650卧式车床改造为PLC控制的硬件设计163.1 PLC的选型163.2 I/0分配表173.3 PLC控制系统外部接线图的设计19第四章 PLC的外部接线注意事项204.1环境204.2控制系统中干扰及其来源214.3 PLC系统中干扰的主要来源及途径214.4主要抗干扰措施224.5对变频器干扰的抑制23第五章 梯形图设计及模拟调试245.1 梯形图设计245.2 指令语句表275.3软件模拟调试28第六张 总 结34参考文献35致 谢36附录1：英文资料37附录2：英文资料翻译50附录3：程序清单59附件4：毕业论文光盘资料61第1章 绪 论1.1 普通机床改造的意义和前景从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，在国外己形成一定规模和市场，涌现出了许多专门从事机床改造的公司。国外旧机床改造费用大约为同类型新机床价格的60%，尽管费用较高，但由于机床改造后使用效果好，所以仍然受到机床用户的欢迎。国内近几年才有较多的用户使用数控机床，大多数用户当前最关心的还是怎样用好、维护好数控机床，机床改造还处于起步阶段。改造旧机床是一项高新技术，风险大，承担者必须具备比较全面的知识和经验，不仅要熟悉各种类型的机床和不同类型的数控及驱动系统，还要熟悉用户的使用要求和机床的优缺点。因此，实施设备改造的技术难度非常高。随着科学生产力的发展，机床设备数控化率的提高已是衡量一个国家机械制造业现代化水平的重要标志。据最近有关资料表明，我国机床总量为380余万台，其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率还不到3%，而一些发达国家早己达到20%以上。因此，我国机械制造水平与发达国家相比差距很大，设备陈旧，技术水平落后，严重地影响了生产力的发展。对于一个企业要想在竞争激烈的市场中赢得生存，适应当前产品更新日新月异的发展，要求在最短时间生产出优质、高产、低价的新产品。采用先进的工艺设备，包括采用数控机床，已显得越来越重要。因此，逐步提高数控机床的占有比，己经成为我国制造技术发展的总趋势。提高机床数控化率有两个途径:一是购买新的数控机床;二是对旧机床进行数控改造。这对于我国一个机床拥有量极大(其中大部分机床役龄较长)，而当前经济财力又不足的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率，是一个极其有效和实用的途径.即使在发达的工业国家，在大量制造数控机床的同时，也在组建维修改造专业公司，专门从事旧机床的维修和数控化改造，尤其在美国、日本和德国等发达国家机床工业处于不景气的今天，它们的机床改造却是为新的经济增长行业，生意盎然，处在黄金时代。用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新行业。在美国，机床改造业称为机床再生(Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有:Bertsche工程公司、Ayton机床公司、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、us设备公司等。美国得宝公司己在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装(Retrofitting)业。从事改装业的著名公司有:大限工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。由于机床本身的特点，以及相应技术的不断发展进步，机床改造仍是一个“永恒”的课题，并且正在向着更高层次发展。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新行业。结合我国机床业的实际和当前相关新技术的发展，采用数控技术改造旧机床主要有下述适应性和特点:(1) 减少投资、交货期短同购置新相比，一般可以节省60%-80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装等过于费工、费钱，往往使改造成本提高2-3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。(2) 机械性能稳定可靠，但结构受限由于机床本身的特点，它与汽车等类机电产品不同，机床所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而不是焊接构件。而铸铁件年代愈久，自然时效愈充分，内应力的消除使得精度比新铸件更稳定。从另一方面来说，这些铸铁件的重复使用，即节约了社会资源，又减少了铸铁件生产时对环保的影响.但旧机床的改造，由于受到原机床机械结构的限制，不宜做突破性的改进。(3) 熟悉了解设备结构性能，便于操作维修购新设备时，事先不能全面了解机床结构性能，以致很难预计是否能完全适合其加工要求。改造则不然，由于旧设备已多年使用，机床操作者和维修人员已对其机械性能和 结构了解透彻，对机床的加工能力能较准确地估算。机床数控改造时，可根据企业自身的技术力量和有关条件，采用自己改造或委托专业改造公司，并派原设备维修技术人员参加相结合的方法进行。这样，既可在数控改造过程中，培养提高相关人员的数控技术水平和有关专业知识，又便于合理选择更换原机床设备中的部份元器件，更主要的通过改造，大大提高了企业自身对数控机床维修的技术力量，并且也大大缩短了对数控机床在操作使用和维修方面的培训时间，机床一旦改造调试完毕，就可很快投入正常全负荷运转，见效甚快 。(4) 可充分利用现有的条件 可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基，同时工夹具、样板及外围设备也能再利用。以加工中心为例子，工艺装备的费用一般要占整个机床售价的10%以上。(5) 可更好地因地制宜，合理删选功能购买现成的通用数控机床，往往对一个具体的生产加工有一些多余的功能，而又可能缺少某一专用的特殊功能。如向机床制造厂提出特殊订货，增加某些专用功能，往往费用大、交货期长。而采用改造的方案，就可灵活选取所要的功能，并可根据生产加工要求，采用组合的方法，增添某些部件，设计改造成专用数控机床。(6) 可及时采用最新技术、充分利用社会资源由于技术进步和我国机床功能部件专业化生产的发展，目前已有众多的社会资源来支持机械方面的改造。如可随意采购各种尺寸的滚珠丝杠副，而且交货期短:采用贴塑导轨新技术，不仅可使传统的滑动导轨的摩擦系数降低五至十几倍来防止爬行，还使得刮研极为容易。这种塑料导轨带和粘结剂，国内己有多家厂生产，可敞开供应。此外，国产数控系统还具有导轨精度自动补偿的功能，最终可以获得高于导轨实际具有精度。1.2 PLC的基础知识 PLC（即可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller）是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件（图1-1）。是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步起，依次执行到最终步，然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。 图1-1可编程序控制器的基本结构 PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。PLC在实际中用的很多。只要有工业的地方，就有PLC存在的机会。如果你就在机器制造、包装、物料输送、自动装配等行业中工作，那么你可能已经在使用它了。如果没有的话，你就是正在浪费金钱和时间。几乎所有需要电气控制的地方都需要PLC。 可编程控制器得以迅速发展和广泛使用的原因是由于它具有继电器接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不具有的特点：(1) 运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强(2) 设计使用和维护方便(3) 编程御苑直观易学(4) 与网络技术相结合(5) 体积小、质量轻、能耗低1.3 PLC控制系统与电气控制系统的比较PLC控制系统与电气控制系统的比较主要有以下优点：（1） 控制方法电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑时以程序的方式存放在存储器中的，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓的“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的PLC系统的灵活性和可扩展性也较好。（2） 工作方式在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序按一定顺序循环执行，所以各继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。（3） 控制速度继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作效率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC时通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。（4） 定时和计数控制电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路做定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电气控制系统一般不具备计数功能。（5） 可靠性和可维护性由于电气控制系统使用了大量的机械触点，存在机械磨损、电弧烧伤等问题，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，寿命长、可靠性高。PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场的调试和维护提供了方便。1.4电气系统改造为PLC控制的意义传统的继电器接触器控制系统由于其结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定的范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中曾占主导地位，但是继电器接触器控制有着明显的缺点：设备体积大、寿命短、可靠性差、动作速度慢、功能少、程序不可变；因此对于程序固定，控制过程不太复杂的系统还是适合的。但是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，所以当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制柜就要改接或更改，通用性和灵活性较差。但可编程序控制器（PC）以其完善的功能，很强的通用性，体积少及高可靠性等特点在各工矿企业得到广泛的应用。在工厂自动化系统中，PC被广泛采用为核心的控制器件。它既可组成功能齐全的自控系统控制整个工厂的运行，亦可单独使用作单机自动控制。它还是继电器控制柜的理想替代物。在生产工艺控制、过程控制、机床控制、组合机床自动控制等场合，PC占有举足轻重的地位。特别是在数控机床及大量的机床改造和老设备改造中，PC应用极广。1.5 PLC相关概述现代化生产的水平,产品质量和经济效益等各项指标在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气化程度.随着大规模集成电路及微型计算机技术的发展,给电气控制技术开辟了新的前景.可编程控制器是近几十年发展起来的一种新兴工业控制器,由于它将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰力强、价格便宜等优点结合起来,而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点,因此在工业生产过程控制中的应用越来越广泛.在实际生产中,由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程,而实际生产工艺和流程又是经常变化的,因而传统的继电接触控制系统常不能满足这种要求.电子计算机控制系统的出现,提高了电气控制的灵活性和通用性,其控制功能和控制精度都得到很大的提高.然而在其初期,存在着系统复杂,使用不便,抗干扰能力差,成本高等缺陷,尤其对上述简单的过程控制有大材小用和不经济等问题.因而,在20世纪60年代出现了一种能够根据生产需要,方便地改变控制程序,而又远比电子计算机结构简单,价格低廉的自动化装置顺序控制器,它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制线路功能的装置.它能满足程序经常改变的控制要求,使控制系统具有较大的灵活性和通用性,但它还是使用硬件手段,装置体积大,功能也受到一定限制.随着大规模集成电路和微处理技术的发展和应用,上述控制技术也发生了根本的变化.在20世纪70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能以微处理器为核心的新型工业控制器可编程控制器,这种器件完全能够适应恶劣的工业环境。由于它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点,故目前在世界各国以作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。PC出现后就受到普遍的重视,其应用发展也十分的迅速,原因在于现有的各种控制方式相比,它有一系列受用户欢迎的特点,主要是:1.可靠性高,抗干扰能力强 在恶劣的 工业环境下工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。PC是专为工业控制而设计,由于采取了一系列措施,使PC控制系统的平均无故障间隔时间一般能达到45万h,远远超过传统继电器控制和计算机控制系统.可以说,到目前为止尚无任何一种工业控制系统的可靠性能达到和超过PC.保证PC工作的可靠性高、抗干扰能力强的主要措施是:(1) 采用循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式。(2) 硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。(3) 软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障的诊断、处理、报警显示及保护功能.因此PC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工业环境。2.编程简单、易于掌握 这是PC优于微机的另一个特点。梯形图编程方式是PC最常用的编程语言。它与继电器控制原理图类似，具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点。3组合灵活使用方便 由于它采用标准化得到通用模块结构，能灵活方便地组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。4功能强，通用性好 现代PC具备很强的信息处理功能和输出控制能力，它既可以对开关量进行控制又可以对模拟量进行控制。5开发周期短，功率高 6体积小，重量轻，工耗低随着电子技术的发展和应用领域日益扩大，PC技术及其产品仍在继续发展，其结构不断改进，功能日益增强，性价比越来越高。第2章C650车床的主要电路设计2.1 C650车床的主要结构普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。C650卧式普通车床属中型车床，加工工件回转直径最大可达1020mm,长度可达3000mm。其结构主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和光杆等部分组成。车床有两种运动，一是轴卡盘带动工件的旋转运动，称为主运动（切削运动），另一种四溜板刀架顶针带动刀具的直线运动，称为进给运动。两种运动由同一电动机带动并通过各自的变速箱调节主轴转速或进给速度。此外，为提高效率、减轻劳动强度、便于对刀和减小辅助工时，C650车床的刀架还能快速移动，称为辅助运动。1、4带轮 2进给箱 3挂轮架 5主轴箱 6床身 7刀架 8溜板 9尾架 10丝杆 11光杆 12床腿2.2 C650车床的控制要求 (1)主电动机选用笼型异步电动机，采用降压起动，为调整车床位置，应能实现点动控制。 （2）主轴的正、反转由主电动机的正、反转控制实现。 （3）为实现快速停车，主电动机采用反接制动（4）主电动机M1，冷却泵电动机M2，快移电动机M3，这3台电动机的起动顺序依次为：M1-M2-M3，停机顺序为：M3-M2-M1。（5）当暂停加工时，也可单独停下快移电动机和冷却泵电动机。（6）应有急停按钮，防止起动或运行时发生意外。 (7) 有照明电路。2.3 C650车床主电路设计 主电动机M1，KM1、KM2两个接触器实现正反转，FR1作过载保护，R为限流电阻，电流表A用来监视主电动机的绕组电流，由于主电动机功率很大，故A接入电流互感器TA回路。当主电动机起动时，电流表A被短接，只有当正常工作时，电流表P才指示绕组电流。KM3用于短接电阻R。冷却泵电机M2，KM4接触器控制冷却泵电动机的起停，FR2为M2的过载保护用热继电器。快速电机M3，KM5接触器控制快速移动电动机M3的起停，由于M3点动短时运转，故不设置热继电器。改进后的C650车床的主电路图，如下图所示。共有3台电动机，主电动机，冷却泵电动机和快移电动机，KM1-KM5为接触器。KM1控制主电动机正转，KM2控制主电动机反转，KM4控制冷却泵电动机，KM5控制快移电动机，FR1-FR2为热保护元件，SR为速度继电器。原因是主电动机的功率为20 kW，属中型电动机，应采取降压起动。改进后的主电路具有性能稳定、可靠，节电效果明显的优点。下图为C650普通车床的电气控制原理图2.4 C650车床的控制电路分析1. 主电动机的点动控制 按下点动按钮SB2，KM1线圈得电， 电动机M1正向直接启动，这时KM3线圈电路并没有接通，因此其主触点不闭合，限流电阻R接入主电路限流，其辅助常开触点不闭合，KA线圈不能得电工作，从而使KM1线圈电路不能形成自锁，松开按钮，KM1线圈失电，电动机M1停转。2.主轴电动机M1的正反转控制（1）主电动机M1的正转控制按下正转启动按钮SB3，其两常开触点同时闭合，一对常开触点接通交流接触器KM3的线圈电路和时间继电器KT的线圈电路，时间继电器的常闭触点在主电路中短接电流表A，以防止电流对电流表的冲击，经延时断开后，电流表接入电路正常工作。KM3的主触点将主电路中限流电阻短接，其辅助常开触点同时将中间继电器KA的线圈电路接通，KA的常闭触点将停车制动的基本电路切除，其常开触点与SB3的常开触点均在闭合状态，控制主电动机的交流接触器KM1的线圈电路得电工作并自锁，其主触点闭合，电动机正向直接启动并结束。KM1的自锁回路由它的常开触点和KM3线圈上方的KA的常开触点组成自锁回路，使电动机保持在正向运行状态。（2）主电动机M1的反转控制若按下反转启动按钮SB4时，电动机将反向直接启动并运行。（3）M1主轴电动机的停止按停止按钮SB1，控制线路的电源全部切断，电动机M1停转。3.反接制动控制 C650型卧式车床采用反接制动的方式进行停车，按下停车按钮开始制动过程。电动机转速接近零时，速度继电器的触点断开，结束制动。当电动机进行正向运行时，速度继电器KS的常开触点KS1闭合，制动电路处于准备状态。若按下停车按钮SB1，将切断控制电源，使KM1,KM3，KA线圈均失电，此时控制反接制动电路工作与不工作的KA，常闭触点恢复原始状态闭合，与KS1触点一起将反向启动交流接触器KM2的线圈电路接通。电动机接入反向序电流，反向启动转矩将平衡正向惯性转动转矩，强迫电动机迅速停车。当电动机转速趋近于零时，速度继电器触点KS2复位打开，切断KM2的线圈电路，完成正转的反接制动。在反接制动工作过程中，KM3失电，所以限流电阻R一直起限流反接制动电流的作用。反转是的反接制动工作过程与正转时相似，反转状态下，KS2触点闭合，制动时接通交流接触器KM1的线圈电路，进行反接制动。4.刀架快速移动控制刀架快速移动是由刀架手柄压动位置开关SQ，接通快速移动电动机M3的控制接触器KM5的线圈电路，KM5的主触点闭合，M3电动机启动运行，经传动系统驱动溜板带动刀架快速移动。5.冷却泵电动机控制冷却泵电动机M2由启动按钮SB6，停止按钮SB5和交流接触器KM4进行控制。按下启动按钮SB6，KM4线圈得电，常开辅助触点闭合形成自锁，其主触点闭合，冷却泵电动机M2启动运行。6.照明灯控制 照明灯由控制变压器TC2次侧面输出的36V安全电压供电，扳动转换开关SA时，照明灯EL亮，熔断器FU5作短路保护。第3章C650卧式车床改造为PLC控制的硬件设计3.1 PLC的选型下面为三菱系列型号表FX2-64MT64主机32入/32出 晶体管输出FX2-80MT80主机40入/40出 晶体管输出FX2-128MT128主机64入/64出 晶体管输出FX2-24MR-D24直流主机12入/12出 继电器输出FX2-48MR-D48直流主机24入/24出 继电器输出FX2-64MR-D64直流主机32入/32出 继电器输出FX2-80MR-D80直流主机40入/40出 继电器输出FX2-16MR16主机8点入/ 8 点出 继电器输出FX2-24MR24主机12点入/12点出 继电器输出FX2-32MR32主机16点入/16点出 继电器输出FX2-48MR48主机24点入/24点出 继电器输出FX2-64MR64主机32点入/32点出 继电器输出FX2-80MR80主机40点入/40点出 继电器输出FX2-128MR128主机64点入/64点出 继电器输出 在此次课程设计中我选用的是FX2N-32MR，因为它的编程相对简单易懂，是理想的可编程控制器。而在设计中的I/O点数在4以下，则用的是微型PLC。其基本单元中的输入点按照X000X007,X010X017这样的八进制进行编号，而输出点按照Y000Y007,Y010Y017这样的八进制进行编号，内部继电器可多次使用，定时器将1ms,10ms,100ms等脉冲进行加法计数，计数器可进行向上向下计数。3.2 I/0分配表下图是C650卧式车床PLC改造I/O分配表 输入 输出 功能元件PLC地址 功能 元件PLC地址总停按钮SB1X000主电动机M1正转控制KM1Y000主电动机M1正向点动按钮SB2X001主电动机M1反转控制KM2Y001主电动机M1正向启动按钮SB3X002短接限流电阻R控制KM3Y002主电动机M1反向启动按钮SB4X003冷却泵电动机M2控制KM4Y003冷却泵电动机M2停止按钮SB5X004快速移动电动机M3控制KM5Y004冷却泵电动机M2启动按钮SB6X005电流表A短接控制KM6Y005快速移动电动机M3位置开关SQX006照明灯控制ELY006M1过载保护热继电器触点FR1X007M2过载保护热继电器触点FR2X010正转制动速度继电器常开触点KS-1X011反转制动速度继电器常开触点KS-2X012照明开关SASAX013 3.3 PLC控制系统外部接线图的设计为实现上述车床的电气控制要求，选用日本三菱公司生产的FX2N-32MR型PLC ,其I/O接线图，如下图所示； 图中，SB1为急停按钮，SB3为正转起动按钮，SB2为点动按钮，SB4为反转起动按钮，SB5、SB6为M2、M3顺序起动，逆序停机按钮，KS1、KS2为正、反转速度继电器，FR1-FR2为M1-M2的热继电器，EL为照明灯，SA转换开关。 第四章 PLC的外部接线注意事项 PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：4.1环境（1）温度PLC要求环境温度在055，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。（2）湿度为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。（3）震动应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为1055Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 （4）空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。 （5）电源PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。 4.2控制系统中干扰及其来源现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的源头。影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 4.3 PLC系统中干扰的主要来源及途径(1)强电干扰PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。(2)柜内干扰控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。(3)来自信号线引入的干扰与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。(4)来自接地系统混乱时的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。(5)来自PLC系统内部的干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。(6)变频器干扰一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。4.4主要抗干扰措施（1）电源的合理处理，抑制电网引入的干扰对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。（2）正确选择接地点，完善接地系统良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。(3)安全地或电源接地将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。(4)系统接地PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。 (5)信号与屏蔽接地 一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。4.5对变频器干扰的抑制变频器的干扰处理一般有下面几种方式：（1）加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。（2）使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。（3）使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。第五章 梯形图设计及模拟调试5.1 梯形图设计 我们通过C650车床传统继电器-接触器电气控制电路的分析，进行梯形图的设计。梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，互锁指令（IL、ILC）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。 步0步8 为短接限流电阻R控制，当按下正向启动按钮SB3或反向启动按钮SB4时，X002或X003常开触点闭合，输出线圈Y002有效，为主电动机M1的正，反转启动控制作好准备。 步9步12为主电动机M1正转启动控制。 步13步16为主电动机M1反转启动控制。 步17步25为主电动机M1正向运行控制，若步10有效，或按下点动按钮SB1，或M1电动机反转KS-2触点闭合进行制动停车时，电动机M1正转。 步26步33为主电动机M1反向运动控制，若步14有效，或M1电动机正转KS-1触点闭合进行制动停车时，电动机M1反转。 步34步38为冷却泵电动机M2控制，当按下冷却泵电动机M2启动按钮SB6时，常开触点X006闭合，输出线圈Y003有效，电动机M2启动；当按下冷却泵电动机M2停止按钮SB5时，电动机M2停止。 步39为刀架快速移动电动机M3控制，当刀架手柄压动位置开关SQ时，电动机M3启动运行，经传动系统驱动溜板带动刀架快速移动。 步43步48为电流表A短接控制，电动机M1在正向或反向启东动时，先短接电流表A，经T0延时片刻后才将电流表接入电路中。 步49步54为EL照明控制，照明开关SA按下为奇数次时，EL亮，照明开关SA按下偶数次时，EL熄灭。5.2 指令语句表5.3软件模拟调试我们用的是GX Developer编程软件和GX Simulator模拟软件，GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。GX Simulator是在Windows上运行的软件包。在安装有GX Developer的计算机内追加安装GX Simulator就能够实现不在线时的调试。不在线调试功能内包括软元件的监视测试，外部机器IO模拟操作等。在安装GX Simulator前必须安装GX Developer，并且版本要兼容。通过GX Developer制作的顺控程序写入GX Simulator内，能够实现通过GX Simulator的调试，顺控程序对GX Simulator的写入，根据GX Simulator的启动能够自动进行。GX Developer的特点： 1.软件的共通化,GX Developer能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU）,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。 2. 利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。 3. 程序的标准化 (1) 标号编程 用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。 (2) 功能块（以下，略称作FB） FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。 4. 能够简单设定和其他站点的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。 5. 能够用各种方法和可编程控制器CPU连接 (1) 经由串行通讯口 (2) 经由USB (3) 经由MELSECNET/10(H)计算机插板 (4) 经由MELSECNET()计算机插板 (5) 经由CC-Link计算机插板 (6) 经由Ethernet计算机插板 (7) 经由CPU计算机插板 (8) 经由AF计算机插板 6. 丰富的调试功能 (1) 由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。 (a) 没有必要再和可编程控制器连接。 (b) 没有必要制作条使用的顺序程序。 (2) 在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。 (3) 数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。 调试软件的操作如下所述：1. 打开MELSOFT应用程序，点击“GX Developer”进入其界面。2. 创建工程文件 ，点击“文件” “新文件”在出现的画面中选择与机型相对应的PLC型号，在此选择FX2N,然后按“确认”。3. 输入程序 把所设计的程序输入到计算机中。4. 程序的转换 在编写程序的过程中，点击“工具” “转换”，可对所编写的程序进行表面检查。5. 点击梯形图启动模拟按钮。6. 在要启动元件上面右击鼠标选择软元件测试里面有元件ONOFF来模拟，在梯形图上可以看见仿真效果。1.M1的正向点动调试 当X001常开触点闭合，不能形成自锁回路，输出线圈Y000有效，M1电动机进行点动。2.M1正转调试 当X002常开触点闭合，步9形成自锁回路，输出线圈Y000有效，电动机M1正转。3.M1反转调试 当输出线圈X003常开触点闭合，步13形成自锁回路，输出线圈Y001有效，电动机M1反转。4.M1的反转制动调试 当X012常开触点断开，输出线圈Y000有效，这时电动机M1反转KS-2触点闭合进行制动停车时，电动机M1正转。5. M1的正转制动调试 当X011常开触点断开，输出线圈Y001有效，这时电动机M1正转KS-1触点闭合进行制动停车时，电动机M1反转。6.M2的启动调试 当X005常开触点闭合，输出线圈Y003有效，冷却泵电动机M2启动工作。7.M3的起动调试 当X005常开触点闭合，输出线圈Y004有效，电动机M3启动运行经传动系统驱动溜板带动刀架快速移动。8.灯的启动 当照明开关SA按奇数次时，这时X013常开触点闭合，输出线圈Y006有效，照明灯这时开启。第六张 总 结我设计的是C650型普通车床电气控制系统设计-基于三菱FN2N系列。在孙延永讲师的精心指导下我顺利如期的完成了本次设计。在这段时间中，我受益匪浅。C650卧式车床原继电器电路经三菱FX2N系列PLC改造后，虽然一次性投资较大，但改造后的设备大大降低了运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和效率，减轻了工人的劳动强度，降低了日常维护成本，并可避免因误操作而引起的事故，用PLC代替传统继电接触器控制能达到很好的效果，节省大量电气元件、导线与原材料，缩短设计周期，减少维修工作量，提高加工零件合格率，具有整体技术经济效益。 在刚设计C650型普通车床电气控制系统设计-基于三菱FN2N系列这一课题时，我对于有些知识点不大清楚。在孙延永老师的指导下，我去学校图书馆和网上查阅了相关的资料，找到很多参考资料，把那些自己遇到的不会的问题和孙老师交流，在我们共同的努力下终于解决。毕业设计让我有很多的机