数控机床电气控制系统的设计.pdf

徐徐 州州 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院 毕业论文（设计）毕业论文（设计） 题目： 数控机床电气控制系统的设计 年级专业： 数控设备应用与维护 061 班 学生姓名： 陶 勇 学号： 630402033 指导教师： 徐 恳 职称： 高级工程师 导师单位： 徐州工业职业技术学院 徐徐 州州 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院 毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）任务书 课题名称： 数控机床电气控制系统的设计 课题性质： 机 械 类 系名称： 机 械 系 专业： 数控设备应用与维护 班级： 数控设备 061 班 指导教师： 徐 恳 学生姓名： 陶 勇 一课题名称：一课题名称： 数控机床电气控制系统的设计 二毕业论文（设计）主要内容： 二毕业论文（设计）主要内容： 1、 数控系统的选取 2、2、 围电路设计 3、3、 PMC 程序设计 三计划进度： 三计划进度： 第一周到第二周 选课题、查找资料 第三周至第四周 对课题进行设计 第五周 写初稿、审核及修改草稿 第六周 交稿、答辩 四毕业论文（设计）结束提交的材料： 四毕业论文（设计）结束提交的材料： 毕业论文 相关电子文档 指导老师指导老师 徐恳徐恳 教研室主任教研室主任 年年 月月 日日 年年 月月 日日 摘 要 摘 要 数控设备全部更新换代，不仅资金投入太大，成本高，而且原有设备的闲置 又将造成极大的浪费，所以经济型方法就是进行对数控改造。这样可以提高劳动 生产率， 还可以减少资金投入， 采用此方法对中， 小企业来说是十分理想的选择， 如今科学技术发展很快，特别是微电子技术，计算机技术的发展更快。应用到机 床控制系统上，它既能提高机床的自动化程序，又能提高加工精度，实践证明， 改造后的机床满足了技术发展的需要提高了生产率和产品精度增大了设备适应 能力。 对于面板的改造来讲， 机床面板功能设计是一项非常重要的环节。 它的作用： 主要是将机床操作面板上的控制信号直接送人到 PLC 中去， 以控制数控系统的运 行。 面板的功能设计及改造后的优点： 在机床改造中，机床的电气控制系统需要重新设计， 而其中数控机床操作面 板的功能设计是非常重要的一个环节， 可根据不同的使用要求来设计不同功能的 操作面板。 面板改造：依据系统选型主轴功率、进给倍率、转速、安装等指标进行，及 硬件连接、梯形图编写、参数选择进行设计。 面板改造后具有：使用性强，系统的简化，便于操作，提高加工精度，柔性 高，生产效率高。 本次设计通过对数控系统的选取、外围电路设计、PMC 程序设计等部分，对 数控机床电气控制系统进行设计，使数控机床面板功能更加完善。 关键词：改造 数控设备 面板 电气控制系统 设计 Abstract CNC replacement of all equipment is not only too much capital investment, high costs, and original equipment idle will cause an enormous waste, so economical way to carry out reform of the NC. This will improve productivity, reduce capital investment, the use of this method for medium and small enterprises is a very good choice, now rapid development of science and technology, especially micro-electronics technology, computer technology more quickly. Applied to the machine tool control system, it can improve the automation process of machine tools, processing can improve the accuracy of Practice has proved that the machine modified to meet the technical needs of the development of improved productivity and accuracy of the product increases the ability to adapt to the device. The transformation of the panel, the panel function machine tool design is a very important part. Its role: to be the main machine operator at the control panel give the signal directly to the PLC in order to control the operation of CNC. The panel features the design and improved benefits: In the transformation of machine tools, machine tools, electrical control system needs to be redesigned and operation of CNC machine tools which features panels designed to be a very important, according to different requirements of the use of different design features of the operating panel. Reform panel: selection system based on the axis of power, feed rate, speed, indicators such as the installation, hardware and connectivity, the preparation ladder, the choice of design parameters. Panel has transformed: the use of strong, the system of simplified, easy to operate and improve processing accuracy, high flexibility, high productivity. The design of numerical control system through the selection of the external circuit design, PMC programming, and other parts of CNC machine tools for electrical control system design, numerical control machine tools so that the panel function better. Key words：Key words：Reform CNC Equipment Panel Electric Control System Design 目 录 目 录 第一章 概述-1 1 1 数控机床的发展现状-1 1. 2 数控机床电气系统介绍-1 1. 3 本次设计的主要内容-2 第二章 外围电路设计-4 21 变频器控制电路的设计-4 2.1.1 设备的选型方法-4 2.1.2 变频器控制原理图设计-5 2 1 3 变频器工作注意事项-5 2 1 4 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法-6 22 启动回路的设计-7 2 2 1 原理图原理、 设备的选型-8 2.2.2 变频器控制电路图及启动回路电路图-8 第三章 PMC 控制功能的设计-11 3.1 PLC 的由来和应用-11 311 PLC 的由来-11 31.2 PLC 的应用领域-11 32 PLC 的知识介绍-12 321PMC 的工作原理-12 322 PMC 的结构-14 3.3 PMC 知识介绍-15 3 3.1 PMC 顺序程序的工作过程-15 33. 2 PMC 的接口信号-17 3.3.3 PMC 的地址表示方式-17 3.3.4 PMC 的功能指令-19 3.3.5 PMC 的触点、 线圈的表示方式-20 34 PMC 控制功能设计-21 3 4 1 PMC 的常用控制功能-21 3 4 2 PMC功能涉及到的G信号、 F信号-21 3.4.3 本次设计所用到的部分输入点及输出点-28 3.4.4 基本功能面板设计-29 3.4.5 根据 PMC 功能进行选型-30 3.4.6 梯形图的设计-31 3.4.7 程序的解释-39 第四章 PMCPMC 梯形图的上机调试-40 41 LADDER 软件介绍-40 4 2 PMC 程序的编写-40 4 3 PMC 程序的上传-41 4 4 PMC 程序调试过程中的问题-41 附录-42 总 结-47 致 谢-48 参考文献-49 第一章 概述 1 数控机床电气控制系统的设计 数控机床电气控制系统的设计 第一章 概 述 第一章 概 述 1.1 当前数控机床的发展现状 1.1 当前数控机床的发展现状 当今世界， 工业发达国家对机床工业高度重视， 竞相发展机电一体化、 高精、 高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、 亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计 算机技术的进步，数控机床在 20 世纪 80 年代以后加速发展，各方用户提出更多 需求， 早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、 争夺用户、 扩大市场的焦点。 任何事物都有其特点与发展条件， 人们掌握后才能加速其发展。 数控机床的发展条件主要包括： 它是机、电、液、气、光多学科各种高科技的综合性组合，特别是以电子、 计算机等现代先进技术为基石， 必须具有巩固的技术基础， 互相配套， 缺一不可。 如不齐备，则数控机床难以顺利发展； 数控机床是由主机、各种元部件(功能部件)和数控系统三大部分组成，还需 先进的自动化刀具配合，才能实现加工，各个环节在技术上、质量上必须切实过 关，确保工作可靠、稳定，才能保数控机床工作的精度、效率和自动化，否则， 难以在生产实际中使用； 它是社会需求、科技水平和人员素质三者的结合，缺一不成。如果人员素质 差、科技水平达不到，则难以满足社会需求。人是一切活动的主体，需要各种精 通业务的专家、人才和熟练技术工人，互相配合，共同完成。否则，数控机床难 以顺利发展。 数控设备全部更新换代，不仅资金投入太大，成本高，而且原有设备的闲置 又将造成极大的浪费，所以经济型方法就是进行对数控改造。这样可以提高劳动 生产率， 还可以减少资金投入， 采用此方法对中， 小企业来说是十分理想的选择， 如今科学技术发展很快，特别是微电子技术，计算机技术的发展更快。应用到机 床控制系统上，它既能提高机床的自动化程序，又能提高加工精度，实践证明， 改造后的机床满足了技术发展的需要提高了生产率和产品精度增大了设备适应 能力。 对于面板的改造来讲， 机床面板功能设计是一项非常重要的环节。 它的作用： 主要是将机床操作面板上的控制信号直接送人到 PLC 中去， 以控制数控系统的运 行。 面板的功能设计及改造后的优点： 在机床改造中，机床的电气控制系统需要重新设计， 而其中数控机床操作面 板的功能设计是非常重要的一个环节， 可根据不同的使用要求来设计不同功能的 操作面板。 面板改造：依据系统选型主轴功率、进给倍率、转速、安装等指标进行，及 硬件连接、梯形图编写、参数选择进行设计。 面板改造后具有：使用性强，系统的简化，便于操作，提高加工精度，柔性 高，生产效率高。 1.2 数控机床电气系统介绍 1.2 数控机床电气系统介绍 数控机床电气系统包括交流主电路、机床辅助功能控制电路和电子控制电 路，一般将前者称为强电，后两者称为弱电。强电是 24V 以上供电，以电气元 第一章 概述 2 件、电力电子功率器件为主组成的电路;弱电是 24V 以下供电，以半导体器件、 集成电路为主组成的控制系统电路。数控机床的主要故障是电气系统的故障，电 气系统故障又以机床本体上的低压电器故障为主。 数控机床对电气系统的基本要求 1.高可靠性 数控机床是长时间连续运转的设备，本身要具有高可靠性。因此，在电气系 统的设计和部件的选用上普遍应用了可靠性技术、容错技术及冗余技术。所有部 件选用的是最成熟的，而且符合有关国际标准并取得授权认证的新型产品。 2. 紧跟新技术的发展 在保证可靠性的基础上，电气系统还要具有先进性，如新型组合功能电气元 件的使用、新型电子电器及电力电子功率器件的使用等。 3. 稳定性 要在电气系统中采取一系列技术措施，使其造应较广泛的环境条件，如要能 适应交流供电系统电压的波动，对电网系统内的噪声干扰有一定的抑制作用，同 时还应符合电磁兼容的国家标准要求，系统内部既不相互干扰，还能抵抗外部干 扰，也不向外部辐射破坏性干扰等。 4. 安全性 电气系统的连锁要有效;电气装置的绝缘要保证完好，防护要齐全，接地要 牢靠，以使操作人员的安全有保证;电气部件的防护外壳要具有防尘、防水、防 油污的功能;电柜的封闭性要好，能防止外部的液体溅人电柜内部，防止切屑、 导电尘埃的进入;电柜内的所有元件在正常供电电压下工作时不应出现被击穿的 现象，并且应有预防雷电袭击的功能;经常移动的电缆要有护套或拖链防护，防 止缆线磨断或短路而造成系统故障;要有抑制内部部件异常温升的措施，特别是 在夏季，要有强迫风冷或制冷器冷却;要有防触电、防碰伤设施。 5. 方便的可维护性 易损部件要便于更换或替换。保护元器件的保护动作要灵敏，但也不能有误 动作。一旦故障排除后，功能要能恢复。 6. 良好的控制特性 所有被控制的电动机起动要平稳、响应快速、特性硬、无冲击、元震动、无 振荡、无异常数控机床电气检修噪声、无异常温升。 7. 运行状态明显的信息显示 电气系统要用指示灯做操作显示，电气元件要有状态指示、故障指示，有明 显的安全操作标识。 8. 操作的宜人性 电气系统要体现人性化设计，如操作部位应与人体平均高度、距离相适应， 体现操作方便、舒适、便于观察的特点，尤其是要能随时摸得到急停按钮，保证 紧急情况下的快速操作动作;机床电器颜色不仅要符合标准，还要美观、明显。 1.3 本次设计的主要内容 1.3 本次设计的主要内容 1数控系统的选取 数控系统种类繁多，国内外许多公司都生产数控系统，我国企业中数控铣床 和数控车床配置可主流数控系统，有日本 FANUC 公司生产的 FANUC0、 FANUC0i、 第一章 概述 3 FANUC 18，及德国的 SIEMENS 公司生产的 SINUMERIK 802D、 SINUMERIK 810D、 等系列。日本三菱公司生产的 MILDAS 系列，美国 Allen 公司的 B 系列等。西班 牙 FAGOR 公司生产的 FAGOR 系列；法国 NUM 公司、日本大隈公司及国内武汉华中 数控有限责任公司生产的 HNC 系列、 中科院沈阳计算所的 LT8520/30 （蓝天 I 型） 、 珠峰数控公司的 CME988（中华 I 型） 、北京航天数控集团等数控系统。 2外围电路设计 在数控机床中，外围电路主要包括主轴旋转电路、坐标轴进给电路、换刀装 置电路、润滑系统电路、冷却系统电路等。本次毕业设计中主要对变频器控制电 路和启动回路进行设计。 3 PMC 程序设计 PMC 程序设计步骤： （1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。 （2）分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到 PMC，哪些外围 设备是接收来自 PMC 信号的。并将 PMC 的输入，输出口与之对应进行分配 （3）设计 PMC 程序画出梯形图。梯形图体现了按照正确的顺序说、所要求 的全部功能及其相互关系。 （4）实现用计算机对 PMC 的梯形图直接编程。 （5）对程序进行调试（模拟和现场）。 （6）保存已完成的程序。 第二章 外围电路设计 4 第二章 外围电路设计 第二章 外围电路设计 在数控机床中，外围电路主要包括主轴旋转电路、坐标轴进给电路、换刀装 置电路、润滑系统电路、冷却系统电路等。本次毕业设计中主要对变频器控制电 路和启动回路进行设计。 2.1 变频器控制电路的设计 异步机变频调速已得到广泛的应用。变频器的花样种类繁多，变频器的供应 商们为了推销自己的产品，都大力宣传自己的优点，其他产品的缺点，使人眼花 缭乱。变频器的应用者在选用时经常提出许多如何合理应用及方案比较的问题， 变频器的开发者在方案论证时也常提出产品定位及前景方面的问题。 211 设备的选型方法 211 设备的选型方法 1、 根据负载特性选择变频器。如负载为恒转矩负载可选择西门子 MMV/MDV,MM420/MM440 变频器，ABB 公司 ACS400 系列变频器等；如负载为风机、 泵类负载可选择西门子 ECO 、MM430 变频器，ABB 公司 ACS800 系列变频器等。 2、选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定 功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使 电动机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电 相比较，电动机的电流会增加 10而温升会增加 20左右。所以在选择电动机 和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机 的使用寿命。 3、变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容 的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输 出端安装输出电抗器。 4、当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电 缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值，要放大一档或两档来选 择变频器。另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为 V/F 控制方式，并且 变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实 现保护。 5、对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等， 此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。 6、使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的 高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速 电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。 7、 变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额 定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停 止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。 8、驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所 之外。 第二章 外围电路设计 5 9、使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方 式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内没有限制；在超过额定转速以上的高速 范围内，有可能发生润滑油用光的危险。因此，不要超过最高转速容许值。 10、 变频器驱动绕线转子异步电动机时，由于绕线电动机与普通的鼠笼电 动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小，因此，容易发生由于纹波电流而引起的过 电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。 11、 变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，会降低输出容量 10 20， 变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺 值的乘积。 12、 对于压缩机、 振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下， 如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话， 有可能发生因峰值电流使 过电流保护动作现象。因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额 定输出电流的变频器。 13、变频器驱动潜水泵电动机时，因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动 机的额定电流大， 所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额定 电流。 14、当变频器控制罗茨风机或特种风机时，由于其起动电流很大，所以选择 变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。 15、选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则 现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。 16、单相电动机不适用变频器驱动。 212 变频器控制原理图设计： 变频器控制原理图设计： I.主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路 返回到电网从而影响其他的受电设备， 需要根据变频器的容量大小来决定是否需 要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当 变频器到电机的距离较远时， 应该安装滤波器。 虽然变频器本身有各种保护功能， 但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按 照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。 II. 控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动 切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。1） 首先确认变频 器的安装环境； 213 变频器工作注意事项 213 变频器工作注意事项 I.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响， 产品一般要求为 055， 但为了保证工作安全、 可靠， 使用时应考虑留有余地， 最好控制在 40以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵 守产品说明书中的安装要求， 绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器 的底部安装。 II. 环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象， 其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干 燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问 题会比较突出。 第二章 外围电路设计 6 III.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引 线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。 IV. 振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气 接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离 振动源和冲击源外， 还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振 动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。 V. 电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰 电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和 电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可 靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆， 且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控 制单元失灵或损坏。 .变频器的接地。变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重 要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于 4mm， 长度不超过 5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线 的屏蔽层一端接到变频器的接地端， 另一端浮空。 变频器与控制柜之间电气相通。 214 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法 214 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法 I.变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干 扰的发射源。 II. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全 部用穿线管屏蔽。 III.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为 500mm。同时应避免电 机电缆与其它电缆长距离平行走线， 这样才能减少变频器输出电压快速变化而产 生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按 90 度角交叉。 与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。 IV. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的 三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。 根据以上知识介绍本次设计选用三菱 FRS520-1.5K-SE 型变频器其各部分 参数为： 1功率范围： 0.21.5KW 2 自动转矩提升，实现 6Hz 时 150%转矩输出。 3 数字式拨盘，设定简单快捷。 4 柔性 PWM，实现更低噪音运行。 5 15 段速，PID，4-20 m A 输入和漏源型转换等多功能。 6 可提供 RS485 通信功能的机型 FRS5KCHR，此机型更可 通过电缆接 FRPA0202 面板 第二章 外围电路设计 7 22 2 启动回路的设计 2 启动回路的设计 221 原理图原理、设备的选型 221 原理图原理、设备的选型 低压电器选型的一般原则： 1、低压电器的额定电压应不小于回路的工作电压，即 UeUg。 2、低压电器的额定电流应不小于回路的计算工作电流，即 IeIg。 3、设备的遮断电流应不小于短路电流，即 IzhIch 4、热稳定保证值应不小于计算值。 5、按回路起动情况选择低压电器。如，熔断器和自动空气开关就需按起动 情况进行选择。 1、断路器的选型 保护：过载，短路，欠电压 一般选型： 1、断路器额定电压线路额定电压； 2、断路器额定电流线路计算负荷电流； 3、断路器脱扣器额定电流线路计算负荷电流； 4、断路器极限通断能力线路中最大短路电流； 5、线路末端单相对地短路电流不小于 1.25 倍的自动开关瞬时（或短延时） 脱扣整定电流； 6、断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。 2、2、电动机保护用自动开关的选型： 1、长延时电流整定值电动机额定电流； 2、6 倍长延时电流整定值的可返回时间电动机起动时间； 3、鼠笼形瞬时整定电流为 815 倍脱扣器额定电流；绕线形瞬时整定电流 为 36 倍脱扣器额定电流。 3、3、熔断器选型 保护：短路，若作过载保护，可靠性不高。 1、熔断器熔体的选择 （1）按正常工作电流选择 熔体额定电流线路计算电流 （2）按短路电流校验动作灵敏性：IdminIerKr Idmin：被保护线路最小短路电流 Kr：熔断器动作系数，一般为 4 2、各类设备熔断器选择 （1）单台电机回路熔体选择：IerIqd Ier：熔体额定电流 Iqd：电机起动电流 ：计算系数，取决于起动状况的熔断器特 性 第二章 外围电路设计 8 （2）配电线路熔体的选择： Iqd1：线路中起动电流最大的电机的起动电流 Ig(n-1)：除起动电流最大的电机以外的线路工 作电流 ：计算系数。 4、4、交流接触器的选用方法 接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行， 除额定工作电压应与被控设 备的额定电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、操作频率、工作寿命、 安装方式及尺寸以及经济性等是选择的依据。 选择接触器时应从其工作条件出发，主要考虑下列因素： i. 控制交流负载应选用交流接触器； ii. 接触器的使用类别应与负载性质相一致。 iii. 主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流；还要注意的 是接触器主触头的额定工作电流是在规定的条件下（额定工作电压、 使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件 不同时，这个电流值也将随之改变。 iv. 主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电压。 v. 吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定 电压 85及以上时应能可靠地吸合。 5、5、热继电器的选型 1、长期工作或间断长期工作电动机热继电器的选型 （1）按电动机起动时间选择：tf（0.50.7）td tf：热继电器在 6Ie下的可返回时间 td：热继电器在 6Ie 下的动作时间 （2）按电动机额定电流选择：Iz（0.951.05）Ied Iz：热继电器整定电流 Ied：电动机额定电流 （3）按断相保护要求选择： 对于星形接法的电动机， 采用三极热继电器即可； 对于三角形接法的电动机， 应采用带断相运转保护装置的热继电器。 2、反复短时工作电动机保护用热继电器的选用 对于星形接法的电动机， 采用三极热继电器即可； 对于三角形接法的电动机， 应采用带断相运转保护装置的热继电器。 2.2.2 变频器控制电路图及启动回路电路图如下： 控制说明：闭合空气开关 QF1、QS1、QS4，按下按纽 SB1，继电器 KA0 得电， 常开触电 KA0 闭合，交流接触器 KM0 得电，常开触电 KM0 闭合，变频器得电,即 可控制主轴转动。 第二章 外围电路设计 9 建议2.5 （ 为浅蓝色， 为黄绿，为红） 设 备 分 界 线 电源接线板隔离开关主轴电机控制信号输入 模拟电压输入 1234 5678 12387654 A B C D E F G HH G F E D C B A 910 109 FANUC-oi 变频器 图（1） 报警信号 CNC模 拟电压 FU 2/2/ 第二章 外围电路设计 10 PE KA0 F1 V DC24V KA0 SB2 KM0 KA0 HL1 QS4 A A B C D E F G H 10 9 8 76 5 4 32 1 驱动电源DC24V电源 A B C D E F G H 1 234 5 671098 FANUC OI 启动回路 图（2） KM0 1/B10 继电器 第三章 PMC 控制功能的设计 11 第三章 PMC 控制功能的设计 PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技 术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以 编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和 算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型 的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成 一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 在自动化控制领域，PLC 是一种重要的控制设备。目前，世界上有 200 多厂 家生产 300 多品种 PLC 产品，应用在汽车（23%） 、粮食加工（16.4%） 、化学/制 药（14.6%） 、金属/矿山（11.5%） 、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初 学者更方便地了解 PLC，本文对 PLC 的发展、基本结构、配置、应用等基本知识 作一简介，以期对各位网友有所帮助。 31 PLC 的由来和应用PLC 的由来和应用 311 PLC311 PLC 的由来 在 PLC 问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。继电器控制系 统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适 应性差，尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和 资金的严重浪费。为了改变这一现状，1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车 公司（GM） ，为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中 占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此， 特拟定了十项公开招标的技术要求，即： 1） 编程简单方便，可在现场修改程序； 2） 硬件维护方便，最好是插件式结构； 3） 可靠性要高于继电器控制装置； 4） 体积小于继电器控制装置； 5） 可将数据直接送入管理计算机； 6） 成本上可与继电器柜竞争； 7） 输入可以是交流 115V； 8） 输出为交流 115V，2A 以上，能直接驱动电磁阀； 9） 扩展时，原有系统只需做很小的改动； 用户程序存储器容量至少可以扩展到 4KB。根据招标要求，1969 年美国数字 设备公司（DEC）研制出世界上第一台 PLC（PDP14 型 ） ，并在通用汽车公司 自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。从此，可编程控 制器这一新的控制技术迅速发展起来，而且，在工业发达国家发展很快。 31.231.2 PLC 的应用领域的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳 为如下几类。 1、开关量的逻辑控制 第三章 PMC 控制功能的设计 12 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻 辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水 线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线 等。 2、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和 速度等都是模拟量。 为了使可编程控制器处理模拟量， 必须实现模拟量 （Analog） 和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。 从控制机构配置来说， 早期直接 用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构， 现在一般使用专用的运动控制 模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电 梯等场合。 4、过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算 机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环 控制系统中用得较多的调节方法。 大中型 PLC 都有 PID 模块， 目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、 化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5、数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、 数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这 些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用 通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制 系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食 品工业中的一些大型控制系统。 6、通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控 制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功 能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方 便。 32 PLC 的知识介绍 PLC 的知识介绍 321 PLC321 PLC 的工作原理 （一）基本工作模式：PLC 有运行模式和停止模式。 1、运行模式：分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理 五个阶段。 2、停止模式：当处于停止工作模式时，PLC 只进行内部处理和通信服务等 内容。 第三章 PMC 控制功能的设计 13 图 3-1 PLC 基本工作模式 （二） PLC 工作过程： （二） PLC 工作过程： （1）处理阶段： 在此阶段，PLC 检查 CPU 模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成 一些其它内部工作。 （2）信服务阶段 在此阶段，PLC 与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器 的显示内容等，当 PLC 处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。 （3）输入处理阶段 输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读取所有输入端子的通断状态，并将 所读取的信息存到输入映象寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。 （4）处理阶段 按先上后下，先左后右的步序，对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输 入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关映像寄存器中。但遇 到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。 （5） 新阶段 程序处理完毕后，将所有输出映象寄存器中各点的状态，转存到输出锁存器 中，再通过输出端驱动外部负载。 在运行模式下， PLC 按上述五个阶段进行周而复始的循环工作，称为循环 扫描工作方式。 （三）PLC 工作方式与特点：（三）PLC 工作方式与特点：集中采样、集中输出、周期性循环扫描， “串 行”工作方式 1扫描周期：PLC 的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一 次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 PLC 运行正常时，扫描周期的长短与 CPU 的运算速度有关，与 I/O 点的情 况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用 PLC 执行 1K 指 令所需时间来说明其扫描速度 ( 一般 110ms/K) 。 2 输出滞后：指从 PLC 的外部输入信号发生变化至它所控制的外部输出信 号发生变化的时间间隔。一般为几十100ms. 引起输出滞后的因素：输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方 式引起的滞后。 3. 由于 PLC 是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象 寄存器中的内容也不会变化，