C650车床控制线路用PLC改造设计【含4张CAD图纸+PDF图】
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洛阳理工学院毕业设计（论文）摘 要针对现有普通车床C650车床存在的缺点提出PLC改造方案和基于控制系的统设计，提高了机床的加工精度，扩大了机床的使用范围，并提高了生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了普通车床C650车床设计。如PLC的选型、存储器和I/O扩展电路设计、其它辅助电路设计、系统管理程序、零件加工源程序的输入处理程序、插补程序、伺服控制程序、诊断以及键盘操作和显示处理程序的设计。本设计采用FX2三零PLC控制系统，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向的两轴联动进给运动。主要介绍了利用PLC对C650卧式车床的改造，详细的系统改造方案，同时根据C650卧式车床的控制要求和特点，确定PLC的输入输出分配。在继电器控制线路的基础上，设计出梯形图并进行现场调试。关键词：PLC；车床；改造 ABSTRACTTo remedy the defects of ordinary latherC650, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machines usage, and to improve production rate.This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms. Such as the choice of the main controller PLC, the design of the memorizes, the I/O expand electric circuit and other assistance electric circuit. Also the design of the system management procedure, the interpolation procedure, the servocontrol procedure, the diagnose and keyboard operation and display procedure. We adopt control system which has PLC to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface.After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll.Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement.KEY WORDS: PLC; Later;transformation4目录前言1第1章 概述21.1电气系统改造为PLC控制的意义21.1.1 PLC相关概述21.1.2 PLC在C650卧式车床中的应用41.1.3 车床的发展史4第2章 C650车床的主要结构与控制要求62.1 C650车床的主要结构62.1.1 C650车床的控制要求62.1.2继电器电气线路的分析72.2主电路分析72.2.1控制电路分析8第3章 C650车床改造为PLC控制的硬件设计103.1统计I/0的点数103.1.1 PLC的选型113.1.2 PLC 的硬件组成与各部分的作用113.2 PLC的技术指标143.3 I/O分配表及外部接线图17第4章 C650车床改造为PLC控制的软件设计204.1电动机M1正、反转控制梯形图的设计204.1.1电动机M1正转点动控制及反接制动控制的设计224.1.2电动机M1的正、反转运行的反接制动的设计264.2 梯形图284.3语句表30第5章 调试335.1 M1的正转点动调试345.1.1 M1正转调试355.1.2反转调试365.2反转制动调试375.2.1 M2的起动调试385.2.2 M2的停止调试385.2.3 M3的停止调试39结论40谢 辞41参考文献42外文资料翻译43前言普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用。由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：触点易被电弧烧坏而导致接触不良，机械方式实现的触点控制反映速度慢，继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、 灵活性差等缺点。因而造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。由于可编程控制器（PLC）具有：通用性、适应性强，完善的故障自诊断能力且维修方便，可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格目前亦很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。 第1章 概述1.1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。1.1.1 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。1.1.2 PLC在C650卧式车床中的应用利用日本三菱公司生产的微型FX系列可编程逻辑控制器（PLC），结合电气控制技术，实现了对C650卧式车床控制系统的改进。分析了系统的硬件及软件设计，提供了主要的硬件原理图和软件梯形图。实践结果证明，改进后的C650卧式车床控制系统功能先进、实用，具有良好的应用前景。 1.1.3 车床的发展史在上个世纪中页40年代，美国首先开始研究数控车床，1952年，美国麻省理工学院伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。我国于1958年开始研制数控车床，成功试制出配有子管数控系统的数控车床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数控车床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。经过时代的发展，人类不断进步，第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床第2章 C650车床的主要结构与控制要求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。C650车床车床由三台三相笼型异步电动机拖动，即主电动机M1、冷却电动机M2和刀架快速移动电动机M3。2.1.1 C650车床的控制要求从车削工艺要求出发，对各电动机的控制要求主要是：主电动机M1（30KW）：由它完成主运动的驱动。要求：直接起动连续运行方式并有点动功能以便调整；能正反转以满足螺纹加工需要；由于加工工件转动惯性大，停车时带有电气制动，此外，还要显示电动机的工作电流以监视切削状况。冷却电动机M2：用以加工时提供冷却液，采用直接起动、单向运行、连续工作方式。快速移动电动机M3：单向点动、短时工作方式。要求有局部照明和必要的电气保护与联锁。2.1.2继电器电气线路的分析图2.1 C650车床电气控制原理图2.2主电路分析该机床共配置三台电动机M1、M2和M3。主电动机M1（功率为30kW）完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动，采用直接启动方式，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气制动停车。为加工调整方便，还具有点动功能。电动机M1控制电路分为四个部分：由正转控制接触器KM1和反转控制接触器KM2的两组主触点构成电动机的正反转电路。电流表PA经电流互感器TA接在主电动机M1主运动上，以监视电动机绕组工作电流变化。为防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器KT的动断触头，在启动的短时间内将电流表暂时短接。串联电阻限流控制部分，接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载而串入了限流电阻R，以保证电路设备正常工作。速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触头可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。电动机M2提供切削液，采用直接启动停止方式，为连续工作状态，由接触器KM4的主触点控制其主电路的接通与断开。快速移动电动机M3由交流接触器KM5控制，根据使用需要，可随时手动控制启停。为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了采用熔断器的短路保护环节和采用热继电器的电动机过载保护环节。2.2.1控制电路分析电源：由控制变压器TC（380V/110V，36V）的接线和参数标注可知各接触器、继电器线圈电压等级为110V，而照明为36V安全电压由主令开关SA控制。主电动机M1控制：接通电源QS+。正向点动 SB1+KM1+（无自保）M1串R正向点动（SB1+表示按SB1并保持）正向起动 SB2+KM3+, KT+短接R, KA+ KM1+ (自保) M1全压正向起动(当n120r/min时) KS-1+ (KT延时到,起动完成) 转速达nN,电流表A接入正向停止制动 SB0+KM1-，KM3-，KT-，KA-（当KS-1+时）KM2+M1串R反接制动 n(当n100r/min时) KS-1- KM2-。反向制动 （接SB3）与停车制动（KS-2+）过程与正向类似。采用控制流程来表达电路的过程具有简单、一目了然的优点。其基本步骤是：各自受控点动作后出现的控制结果（利用坐标标注检索可避免遗漏）。冷却泵电动机 SQ6+ KM4+（自保）M2起动。快速电动机 SQ+（刀架手柄压动）KM5+M3起动。整机线路联锁与保护 由KM1与KM2各自的常闭触点串接于对方工作电路以实现正反转运行互锁。由FU及FU1FU6实现短路保护。由FR1与FR2实现M1与M2的过载保护（根据M1与M2额定电流分别整定）。KM1KM4等接触器采用按钮与自保控制方式，因此使M1与M2具有欠电压与零电压保护。8洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 C650车床改造为PLC控制的硬件设计3.1统计I/0的点数根据第2章的主电路分析,统计I/0的点数如表3-1所示:表3-1 I/0点数的统计类 型功能所占点数(个)输入设备M1的停止按钮1M1的点动按钮1M1的正转按钮1M1的反转按钮1M2的停止按钮1M2的启动按钮1M3的限位开关1M1的热继电器动合触电1M2的热继电器动合触电1速度继电器正转触点1速度继电器反转触点1 输出设备M1的正转接触器1M1的反转接触器1M1的制动接触器1M2接触器1M3接触器1电流表接入中间继电器1 3.1.1 PLC的选型根据设计要求可知，PLC点数的选择，不管是输入点数还是输出点数都要留有10%的余量，根据I/O口分配情况可知：输入信号有11个，输出信号有6个，根据I/O点数可选择FX2N24MR可编程控制器，以满足控制要求，而且输入输出都留有一定的余量。3.1.2 PLC 的硬件组成与各部分的作用可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运图3-1 PLC硬件基本组成的简化框图算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计，其结构如图3-1所示。由图可见， PLC的硬件是由主机（基本单元）、I/O扩展模块以及各种外部设备组成，通过各自的端口联成一个整体。其主要组成及各部分作用是:1.CPU CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路,2.存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器, 用户存储器包括用户程序存储器和数据存储器两种，前者用于存放用户程序，后者用来存放用户程序执行过程中使用NO/OFF状态量或数值量，以生成用户数据区。用户存储器内容由用户根据控制需要可读可写，可任意修改、删除。可采用高密度、低功耗的CMOS RAM或EPROM与EEPROM。他在PLC技术指标中的内存容量系指用户存储器容量，是PC等级的一项重要指标；系统存储器用于固化PLC生产厂家编写的各种系统工作程序，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统，在很大程度上他决定该种PC的性能和质量，用户无法更改或调用。3.输入、输出单元（I/O单元） I/O口单元称为I/O接口电路，PLC程序执行过程中需要用的各种开关量、数字量或模拟量等各种外部设备或设定量，都通过输入电路进入PLC。而程序执行结果又是通过输出电路送到控制现场实现外部控制功能。由于生产过程当中的信号电平、频率是多种多样的，外部执行机构所需的电平、频率也是千差万别的，而CPU处理的信号只是标准电平，其工作节拍又与外部环境不一样。所以PLC与通用计算机I/O电路有着类似的作用，即电平变换、速度匹配、驱动功率放大、信号隔离等。不同的是，PC产品的I/O单元是顾及其工作环境和各种要求而经过精心设计和制造的。通用计算机则要求拥护根据使用条件自行开发，其可靠性、抗干扰能力往往达不到系统要求。(1).输入接口电路各种PLC输入电路大致相同，其输入方式有三种类型：一种是直流输入（DC12V或24V），另一种是交流输入（AC100120V或200240V），第三种是交直流输入（交直流12V或24V）。外部输入器件可以是无源触点，如按钮、行程开关、主令开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、集电极开路的晶体管接近开关、光电开关等。在PLC内部电源容量允许前提下，有源输入器件可采用PLC输出电源，否则必须外设电源。当输入信号为模拟量时，信号必须经过专用的模拟量输入模块进行A/D转换，然后通过输入电路进行PLC。输入信号是通过输入断子经RC滤波、光电隔离进入内部电路。图1-2是一个直流24V输入连路的内部原理线路，由装在PLC面板上的来显示某一输入点是否有信号输入。图3.2 24V输入接口电路(2).输出接口电路为适应不同负载需求，各类PLC的输出有三种方式，即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。继电器输出最常用，适用交直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率和响应速度慢。晶体管适应直流负载，其特点是动作频率高，响应速度快，但带负载能力小。晶闸管输出使用交流负载，响应速度快，带载能力不大。外部负载直接与PLC输出端子相联，输出电路的负载电源由用户根据负载要求自行分配。输出电路仅是提供输出通道。同时考虑不同类型，不同性质负载的接线要求，通常PLC输出端口的公共端子是分组设置的。每4-8点共一个COM端子，各组相互隔离。在实际应用中应该注意各类PLC输出端子的输出电流不能超出其额定值，同时还要注意输出电流与负载性质有关，例如FX2型PLC继电器输出的负载能力在电源电压250V以下时，电阻性负载为2A/点；感性负载为80VA/点，灯负载为100W/点。4. 电源单元 PLC对供电电源要求不高，可直接采用普通单相交流电。允许电源电压额定值在+10%-15%范围内波动。也有用直流24V供电。PLC内部有一个高质量开关型稳压电源，用于对CPU、I/O单元供电，还可以为外部传感器提供DC24V电源。 3.2 PLC的技术指标1.FX2系列小型PC一般技术指标 一般技术指标主要是指PLC产品的工作条件与一般工作环境的适应程度。PLC是专为工业控制设计的，充分考虑了工业环境种种恶劣因数。其技术指标如表3-2所示。表3-2 一般技术指标环境温度055环境湿度35%85%RH（不结露）抗震JIS C0911标准 1055Hz 0.55mm（最大2g）3轴方向各2h抗冲击JIS C0912标准 10g 3轴方向各3个抗噪音干扰用噪音仿真器产生电压为1000Vp-p,噪音脉冲宽度为1s,频率为30100Hz噪音，在此噪音干扰下PLC正常工作耐压1500AC 1min绝缘电压5M以上，500V DC接地第3种接地，不能接地时，亦可浮空使用环境禁止腐蚀性气体，严禁尘埃2.性能技术指标性能技术指标标志某种PLC在硬件和软件反面所具备功能。不同机型差异较大，在PLC选型时要逐一考虑该项技术指标能否满足要求。PLC的性能包括：输入指标、输出指标和电源指标方面。如表3-3、3-4、3-5所示。表3-3 输入技术指标输入电压24V DC隔离光电耦合输出电流7mA响应时间10ms表3-4 输出技术指标项目继电器输出SSR输出晶体管输出外部电源250V AC，30V DC85242V AC530V DC最大负载电阻负载2A/点0.3A/点，0.8A/4点0.5A/1点，0.8A/4点感性负载80VA15VA/100V AC 30VA/240V AC12W/24V DC灯负载100W30W1.5W/24V DC开路漏电流_1mA/100V AC 2.4mA/240V AC0.1mA/30V DC最小负载_0.4VA/100V AC 2.3VA/240V AC_响应时间OFF-NO约10ms1ms以下0.2ms以下NO-OFF约10ms最大10 ms0.2ms以下隔离方式继电器隔离光电晶闸管隔离晶体管隔离表3-5 电源技术指标项目FX-16MFX-24MFX-32M FX-32EFX-48MFX-48EFX-64MFX-80M电源电压（100240V）+10%-15%AC 50/60Hz(120/240V电源系统)瞬间断电允许时间对于10ms以下的瞬间断电控制动作不受影响电源熔丝250V 2A，5mm*20mm250V 5A,5mm*20mm电力消耗/VA303540506070传感器无扩展模块电源有扩展模块24V DC 250mA以下24V DC 100mA以下（扩展16点时）24V DC 400 mA以下 24V DV 150 mA（扩展32点时）3.3 I/O分配表及外部接线图根据所统计的I/O口与所选的PLC的型号可列出其I/O分配如表3-6所示:表3-6 PLC I/O分配表输入设备PLC输入继电器输出设备PLC输出继电器代号功能代号功能SB0M1的停止按钮X0KM1M1的正转接触器Y0SB1M1的点动按钮X1KM2M1的反转接触器Y1SB2M1的正转按钮X2KM3M1的制动接触器Y2SB3M1的反转按钮X3KM4M2接触器Y3SB4M2的停止按钮X4KM5M3接触器Y4SB5M2的启动按钮X5KA电流表接入中间继电器Y5SQM3的限位开关X6FR1M1的热继电器动合触电X7FR2M2的热继电器动合触电X10KS1速度继电器正转触点X11KS2速度继电器反转触点X123-3 外部接线图3-3 外部接线图3-3 外部接线图18 第4章 C650车床改造为PLC控制的软件设计4.1电动机M1正、反转控制梯形图的设计电动机M1由接触器KM1KM3控制，PLC中控制KM1KM3的输出继电器分别为Y0Y2。Y0Y2分别位于梯形图的第6、9、10梯级。在第Y06、Y19线圈电路中，分别串Y1、Y0的动断触点Y0，Y1实现互锁；还分别串联有定时继电器T1、T2的动合触点#T1、#T2，以控制Y0、Y1延时启动。在第5、第8梯级分别设计T1、T2的线圈电路，它们分别由辅助继电器M101、M102的动合触点#M101、#M102控制。在第4、第7梯级分别设计辅助继电器M101、M102线圈电路，除用动断触点M101、M102进行互锁外，还分别受输入继电器X2、X3的动合触点、动断触点控制。由I/O分配表可知，输入继电器X2、X3分别为启动按钮SB2、反转启动按钮SB3控制。由此可知，辅助继电器M101、M102分别为正转、反转启动辅助继电器。在第Y210线圈电路中，串接有M101、M102的动合触点#M101、#M102的并联支路，因此只有辅助继电器M101或M102得电，输出继电器Y2得电，才能使KM3得电吸合，短接电阻R。这样得到电动机正、反转控制梯形图如上图4-1所示。M1正反转控制的转换是由接触器KM1和KM2的主触点切换电源的相序实现的。在切换时，必须防止电源相间短路。例如，由正转变为反转时，当KM1主触点断开，产生瞬时电弧，KM1主触点仍为导通状态，如果此时KM2主触点闭合，就会使电源发生短路，要避免电源短路，必须在完全没有电弧的情况下使KM2主触点闭合。在继电器接触器控制中，通常采用KM1和KM2互锁的方法来避免电源的短路。PLC控制与继电器接触器控制不同，PLC在循环扫描进，执行程序的速度是非常快的，Y0和Y1触点切换是在毫秒级瞬间完成的，几乎没有时间延时。因而，必须采取防止电源短路的措施。在梯形图中，定时器T1与T2用来控制正、反 图4-1 电动机的正反转控制梯形转切换的延时时间（延时时间设定为0.5秒），待电弧熄灭之后，再接通反方向接触器。假定M1在正转，即Y0为接通，现在要反转，按反转按钮SB3，输入继电器X3得电，X3的动合触点闭合，使反向辅助继电器M102得电并自锁。与此同时，X3的动断点断触点断开，使 M101失电，M101的动合触点5复位断开，使T1失电。T1的动合触点6断开，使Y0失电，接触器KM1失电释放，电动机正转停止运行。M102的动合触点8闭合，使T2得电，经0.5 秒延时，其动合触点9闭合，使Y1接通，接触器KM2得电吸合，电动机反转。这样，Y0线圈失电后延时0.5秒，再接通Y1线圈，这样就防止了电源短路。电动机M1正转动作顺序如下所示：M1反转的工作过程与正转的工作过程相同，不再赘述。4.1.1电动机M1正转点动控制及反接制动控制的设计图4-2为M1的点动及反接制动控制梯形图。这里使用了MC（主控指令）和MCR（主控复位指令）。点动控制是在接触器KM2和KM3不动作（即输出继电器Y1和Y2的动断触点Y13、Y23闭合）的情况下，按点动按钮SB1，输入继电器X1得电，其动合触点#X11、#X13闭合，使辅助继电器M1031和M1003得电，而且M103自锁。由于未按下停止按钮SB，X0未得电，热继电器FR未动作，X7未得电，因此它们的动断触点X02，X72闭合，使辅助继电器M22得电，其动合触点#M23闭合，则执行MCMCR之间的主控程序。由于M100得电，其动合触点#M1006闭合，输出继电器Y06得电，使KM1动作，电动机M1串电阻R正向运转。松开SB1，即X1的动合触点#X13断开， M1033和Y06失电（由于M100、Y0均无自锁），KM1的主触点切断正相序电源。由于电动机的惯性作用，速度继电器正转动合触点KS1仍闭合，X11仍得电，#X1113仍闭合，另外由于Y06失电，其动断触点Y09Y013复位闭合。由于辅助继电器M1031得电并自锁，其动合触点#M10313闭合，启动定时器T313，通过定时器T3延时0.5秒，其动合触点#T39闭合，使Y19得电，KM2得电，电动机M1定子绕组串入电阻R进行反接制动；当M1转速接近零时，动合触点KS1断开，X11失电，#X1113断开，T313失电，#T39断开，使Y19失电，制动结束。由此可见，点动结束时，自动进入反接制动。 图4-2 M1的点动及反转控制梯形电动机M1的点动运行动作顺序如下电动机点动停车反接制动控制动作顺序如下所示4.1.2电动机M1的正、反转运行的反接制动的设计按动一下停止按钮SB0，X0失电，X02断开，M22失电，M23断开，不执行MC N0MCR N0之间的程序；同时#X01闭合，使M103线圈导通并自锁。假设停车之前电动机M1为正转，速度继电器正转动合触点KS1仍闭合，X11仍得电，#X01仍闭合。当松开停止按钮SB时，X0失电，X02又闭合， M22得电， M23闭合，执行MC N0MCR N0之间的程序，这时定时器T313，延时0.5秒，#T39闭合，Y19得电，使电动机M1定子绕组串入电阻R进行反接制动；当电动机M1的转速接近零时，速度继电器正转动合触点KS1（X11）断开，Y1失电，制动结束。反转时的反接制动类同正转，不同的是采用KS2（X12）、T4和Y0来控制。在反接制动中接入辅助继电器M103，在梯形图中若没有M103的话，当车床合上电源开关后，如果有人用手转动卡盘的话，则速度继电器的动合触点闭合，那么就有可能使电动机 M1突然转动起来，可能发生人身事故。为防止这种事故，引入通用辅助继电器M103。电动机M1正转停止的动作顺序如下：电动机M1正转停止反接制动动作顺序如下：4.2 梯形图根据以上的各模块的设计,可得整体的梯形图如图4-3所示:图4-3 C650车床梯形图4.3语句表LD X0M1停止ORX1M1点动LDM103正反转反接制动停车控制ANIM101ANIM102ORBOUTM103LDIX0执行MC指令ANIX7M1启动或停车MCN0M2LDX1M1正转点动控制ANIY1ANIY2OUTM100LDX2正转启动辅助继电器ORM101ANIX3ANIM102OUTM101LDM101OUTT1 K5正转延时控制LDT1M1正转ORM100M1点动ORT4M1反接制动ANIY1OUTY0LDX3ORM102ANIX2ANIM101OUTM102反转启动辅助继电器LDM102反转延时控制OUTT2K5 LDT2反转ORT3ANI Y0OUTY1LDM101ORM102OUTY2短接电阻RLDM101ORM102OUTT5 K5LDT5电流表控制OUTY5LDM103正转反接制动ANIM101ANX11ANIY0OUTT3K5LDM103反转反接制动ANIM102ANX12ANIY1OUTT4 K5NCRN0主控结束LDX5M2 控制ORY3ANIX4ANIX10OUTY3LDX6M3控制OUTY4END程序结束30第5章 调试实验室的调试系统为FX2N-32MR PLC,输入输出各16点,而我所设计的输入点数为11,输出点数为6，因此满足要求。实验箱中有正反转模块、交通灯模块、电梯模块、混料罐模块和物料传输模块。由于实验箱中没有热继电器的动合触点和速度继电器的正反转触点的传感器。因此我把M1的热继电器的动合触点FR1、M2的热继电器的动合触点FR2和速度继电器的正转触点KS1、速度继电器的反转触点KS2分别用两个按钮和两个开关代替。FXGP_WIN-C编程软件是FX系统PLC专用的编程软件，其编程界面和帮助文档均已汉化，占用空间小，安装好后仅占用1MB的空间，功能较强，在Windows98/2000/XP系统下均可运行。调试软件的操作如下所述：1. 打开编程软件 点击“开始” “所有程序” “MELSEC-F FX Applications” “FXGP_WIN-C”。2. 新建项目文件 在编程界面，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. 程序的下载 对PLC操作前，首先使用编程通信转换接口电缆SC-09将编程电脑的串口和平PLC的RS-422编程接口连接好，在下载程序参数前把PLC的RUM/STOP开关扳到STOP位置。点击“PLC” “传送” “写出”在弹出的“范围设置”中输入2000即可。6. 遥控运行/停止 程序参数下载到PLC后，在编程界面点击“PLC” “遥控运行/停止”，在弹出的遥控运行/停止命令窗口中选择“运行”或“停止”。7. PLC的监控和测试 在编程界面点击“监控/测试” “开始监控”。进行程序运行状态监控界面。5.1 M1的正转点动调试5.1.1 M1正转调试5.1.2反转调试5.2反转制动调试5.2.1 M2的起动调试5.2.2 M2的停止调试5.2.3 M3的停止调试40 结论通过这次毕
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