车床电气及可编程控制系统研究

（建筑电气工程）车床电气及可编程控制系统研究车床电气及可编程控制系统研究作者姓名:周宏威专业名称:电气工程及其自动化指导教师:王安讲师摘要PLC现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。论文介绍了PLC在普通卧式车床中的应用，给出了普通卧式车床电气控制的软、硬件设计，基于PLC设计出完整的车床电气控制系统。硬件部分介绍了利用PLC进行控制系统设计的步骤；软件部分阐述了程序设计思路，且给出I/O接口，梯形图。本系统既能够用于新型车床的开发也能够用于车床的数控改造。关键词：可编程控制器单体设备简单控制工业控制AbstractFormanyyears,theprogrammablecontroller(hashereafterreferredtoasPLC)toproducefromittothepresent,hasrealizedthewiringlogictothestoredlogicleap;Itsfunctionfromweakonestostrongones,realizedlogictocontrolthenumericalcontroltheprogress;Itsapplicationdomainfrominfancytomaturity,realizedthemonomerequipmenttocontrolthecompetentmovementcontrol,theprocesscontrolandthecollectionanddistributioncontrolsimplyandsooneachkindofdutyspanning.TodayPLCintheprocessingsimulationquantity,thedigitaloperation,theman-machineconnectionandnetworkvariousaspectsabilityalllargelyenhanced,becomestheindustrycontroldomainthemainstreamcontroldevice,isplayingthemoreandmoremajorroleinallthevarioustradesandoccupations.ThewholesystemhasadoptedaPLCtocontrol,thewholecontrolsystemsetsupacontrolroomandutilizeaPLCcontrolmillingmachinetorun.Itrealizedthefunctionofmillingmachine’sstartorstop,troublestop,stoppromptly.Andithastwokindsofcontrolmethodsthemanuallycontrolandautomaticallycontrol,thusrealizedtheautomaticfunctionofthemillingmachine’soperation.Keywords:PLC,Monomerequipmentsimplecontrol,Industrycontrol目录摘要IAbstractII目录III前言11.车床的简介、发展及组成31.1车床简介31.2车床的发展和分类31.3普通车床的组成及功用51.4车床的使用72.PLC基础知识及工作原理92.1PLC基础知识92.2PLC的基本工作原理132.2.1PLC的工作过程132.2.2PLC工作方式152.3PLC控制和继电器控制的区别162.4PLC控制系统的设计基本原则172.5PLC的应用选型173.普通卧式车床的电气控制线路223.1车床电气控制线路设计要求223.2CM6132普通车床的电气控制线路分析233.3C650普通车床的电气控制线路分析264.PLC在C650普通卧式车床中的设计304.1PLC机型选择、硬件连接及I/O地址分配304.2C650车床PLC程序设计314.2.1梯形图设计314.2.2梯形图控制分析33总结38致谢39参考文献40前言可编程控制器（ProgrammableLogicController）,简称PLC，1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC“PLC是壹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。它采用能够编制程序的存储器，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，且能通过数字式或模拟式的输入和PLC及其有关的外围设备都应该易于和工业控制系统形成壹个整体，易于扩展其功能的原则而设计。世界上公认的第壹台PLC是1969年美国数字设备X公司（DEC的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，能够完成简单20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，且将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另壹个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上见，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上见，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来见，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已能够生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限X公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了壹定的规模且在工业产品中获得了应用。PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.车床的简介、发展及组成1.1车床简介车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上仍可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的壹类机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。1.2车床的发展和分类壹、车床的发展古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，且手持刀具而进行切削的。脚踏车床图1.1脚踏车床1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现1800纹的螺距。1817年，另壹位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔18481873年，美国的斯潘塞制成壹台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床；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。各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，和此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。二、车床依用途和功能区分为多种类型。按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为IT8～IT7Ra值可达1.6μm。近年来，计算机技术被广泛运用到机床制造业，随之出现了数控车床、车削加工中心等机电壹体化的产品。1.能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。2.转塔车床和回转车床：具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的壹次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。3.能自动上下料，重复加工壹批同样的工件，适用于大批、大量生产。4.多刀半自动车床：有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式和普通车床相似，但俩组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高3～5倍。5.仿形车床：能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高10～15型。6.立式车床：主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，分单柱和双柱俩大类。7.铲齿车床：在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。8.专门化车床：加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车9.,但附加壹些特殊部件和附件"壹机多能"的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。10.定的运动轨迹，进行自动加工的机电壹体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之壹，在中国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是壹个企业综合实力的体现。数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于壹身，是国内使用量最大，覆盖面最广的壹种数控机床。11.所以称为马鞍车床。马鞍车床适合加工径向尺寸大，轴向尺寸小的零件，适于车削工件外圆、内孔、端面、切槽和公制、英制、模数、经节螺纹，仍可进行钻孔、镗孔、铰孔等工艺，特别适于单件、成批生产企业使用。马鞍车床在马鞍槽内可加工较大直径转速高，刚性强、精度高、噪音低等特点。1.3普通车床的组成及功用壹、车床的型号机床均用汉拼音字母和数字，按壹定规律组合进行编号，以表示机床的类型和主要规格。车床型号C6132的含义如下：C——车床类；6——普通车床组；1——普通车床型；32——最大加工直径为320mm。二、车削运动为了使车刀能够从毛坯上切下多余的金属，车削加工时，车床的主轴带动工件作旋转运动，称主运动；车床的刀架带动车刀作纵向、横向或斜向的直线移动，称进给运动。通过车刀和工件的相对运动，使毛坏被切削成壹定的几何形状、尺寸和表面质量的零件，以达到图纸上所规定的要求。在机械加工车间中，车床约占机床总数的壹半左右。车床的加工范围很广，主要加工各种回转表面，其中包括端面、外圆、内圆、锥面、螺纹、回转沟槽、回转成形面和滚花等。普通车床加工尺寸精度壹般为IT10～IT8,表面粗糙度值Ra=6.3～1.6μm。三、车床的组成部分及其功用普通车床由床身、床头箱、变速箱、进给箱、光杆、丝杆、溜板箱、刀架、床腿和尾架等部分组成。1.保证其相对位置，如床头箱、进给箱、溜板箱等。床身具有足够的刚度和强度，床身表面精度很高，以保证各部件之间有正确的相对于床头箱进行正确的移动，为了保持床身表面精度，在操作车床中应注意维护保养。2.床头箱（主轴箱）：用以支承主轴且使之旋转。主轴为空心结构。其前端外锥面安装三爪卡盘等附件来夹持工件，前端内C6132车床主轴箱内只有壹级变速，其主轴变速机构安放在远离主轴的单独变速箱中，以减小变速箱中的传动件产生的振动和热量对主轴的影响。3.变速箱：由电动机带动变速箱内的齿轮轴转动，通过改变变速箱内的齿轮搭配（啮合）位置，得到不同的转速，然后通过皮带轮传动把运动传给主轴。4.进给箱，又称走刀箱：内装进给运动的变速齿轮，可调整进给量和螺距，且将运动传至光杆或丝杆。5.光杆、丝杆：将进给箱的运动传给溜板箱。光杆用于壹般车削的自动进给，不能用于车削螺纹。丝杆用于车削螺纹。6.溜板箱（拖板箱）：和刀架相联，是车床进给运动的操纵箱。它可将光杆传来的旋转运动变为车刀的纵向或横向的直线进给运动；可将丝杆传来的旋转运动，通过“对开螺母”直接变为车刀的纵向移动，用以车削螺纹。7.它包括以下各部分。(1)床身导轨纵向移动，其上面有横向导轨。(2)移动，用于横向车削工件及控制切削深度。(3)上旋转任意角度，其上有小刀架的导轨。(4)可沿转盘上面的导轨作短距离移动，将转盘偏转若干角度后，小刀架作斜向进给，能够车削圆锥体。(5)手柄即可转动方刀架，把所需要的车刀转到工作位置上。8.尾架：安装在床身导轨上。在尾架的套筒内安装顶尖，支承工件；也可安装钻头、铰刀等刀具，在工件上进行孔加工；将尾架偏移，仍可用来车削圆锥体，使用尾架时注意：(1)套筒锁紧。(2)尾架套筒伸出长，壹般不超过100mm。(3)防尾架从床身上落下，造成事故。1.4车床的使用壹、工具和车刀的安放工具和车刀不要放在床面上，以免敲坏导轨。如需要放的话般先在床面上盖上床盖板，把工具和车刀放在床盖板上。1砂光后，仔细擦净床面。2能够飞溅到的壹段床面上的润滑油。3.不使用时，必须做好车床的清洁保养工作，防止切屑、砂“咬坏或加剧它的磨损。4盘里的垃圾；使用后，要把导轨上的冷却润滑液擦干，且加机械润滑保养。二、车床润滑为了使车床达到正常运转和减少磨损，车床上所有的摩擦部分都需进行润滑，须用3号工业润滑脂(即黄油)进行润滑外，其余都使用4Q号机械油。主轴箱中除了主轴后轴承以油绳润滑外，其余均用齿轮溅油法和往复式油泵进行润滑。操作工应在每班开车后从油标孔中观察油泵的工作情况，如发现油泵有故障时，应及时修理，防止事故。同时要注意箱内油面的高低，油面应达泊面指标牌处。换泊期壹般为每三个月壹次。挂轮箱的机构主要是靠齿轮溅油法进行润滑。油面的高低可通过油标孔观察。换油期同样为每三个月壹次。2.PLC基础知识及工作原理其名称演变经历了如下过程：早期产品名称为“ProgrammableLogicControllerPLC展，可编程控制器的功能也不断地增加，因而可编程逻辑控制器（PLC1980会NEMA（NationalElectricalManufacturersAssociation）给它“ProgrammableController”PCPC这壹简写名称在国内早已成为个人计算机（PersonalComputer）的代名词，为了避免造成名词术语混乱，因此国内仍沿用早期的简写名称PLC表示可编程控制器，但此PLC且不意味只具有逻辑功能。PLC机技术、自动控制技术和通信技术而形成的壹代新型工业控制装置，其用途是取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。PLCPLC控制技术的应用必将形成世界潮流。2.1PLC基础知识(1)PLC的发展历程在PLC出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若要改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。20世纪60价格高、输入输出电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车X公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找壹种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，且从用户角这十大条件主要是：①编程方便，可现场修改程序；②维修方便，采用插件式；③可靠性高于继电器控制柜；④体积小于继电器控制柜；⑤数据可直接送入管理计算机；⑥成本和继电器控制柜相当；⑦输入可为交流115V；⑧输出可为交流115V2A等；⑨扩展时原系统改变最少；⑩用户存储器大于4KB。这些条件实际上提出将继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低的优点和计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬接线逻辑转变为计算机的软件逻1969XDECX出了第壹台PLC（PDP-14X公司的生产线上试用成功，且取得了满意的效果，PLC自此诞生。PLC自问世以来，发展极为迅速。1971年，日本开始生产PLC。1973年，欧洲开始生产PLC。我国从1974年也开始研制PLC1977工厂几乎都在生产PLC装置。PLC已作为壹个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。PLC从诞生到当下，经历了三次换代，如表2-1所示。代次器件功能应用范围第壹代1位微处理器替代传统的继1969～1972计数电控制第二代8位微处理器及数据的传送和能同时完成逻1973～1975存储器控制化第三代高性能8位微处处理速度提高，复杂控制系统1976～1983理器及位片式向多功能及联及联网通信微处理器网通信发展第四代16位、32位微处1983～至今理器及高性能分级网络控制位片式微处理能的名副其实系统器的多功能表2-1(2)PLC的构成PLC式PLC包括CPUI/OPLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块能够按照壹定规则组合配置。(3)CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有壹个CPUPLC的系统程序赋予的功能接收且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，且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CPUCPU单元仍包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者见来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制仍是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参和运算，且存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLCPLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。(4)I/O模块PLCI/OI/O模块集成了PLC的I/O输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLCI/ODI量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。4-20mA,0-20mA0-10V,0-5V,-10-10V12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IOIO脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。(5)电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的仍为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。(6)底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成壹个整体。(7)PLC系统的其它设备1)编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参和现场控制运行。小编程器PLC壹般有手持型编程器，目前壹般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。2)人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的壹体化操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。(8)PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术能够迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越"网络就是控制器"的观点说法。PLC具有通信PLC和PLC之间、PLC和上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成壹个统壹的整体，实现分散集中PLC具有RS-232协议的接口。PLC的通信当下主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS或工业以太网进行联网。2.2PLC的基本工作原理2.2.1PLC的工作过程PLC执行阶段、输出刷新阶段，如图2.1所示。图2.1PLC的工作过程（壹）输入刷新阶段PLC状态的输入映像寄存器中存储，这壹过程称为采样。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样结果将在PLC执行时被采用。（二）程序执行阶段PLC条指令，且分别从输入映像寄存器和输出映像寄存器中获得所需的数据进行运算、“处理”，再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未执行完毕之前不会送到输出端口上。（三）输出刷新阶段在执行完用户所有程序后，PLC将映像寄存器中的内容送入到寄存输出状态的输出所存器中，再去驱动用户设备，这就是输出刷新。PLC周期。PLC4msPLC的壹个扫描周期壹般为40—100ms之间。PLC括下述四个过程，但这四个过程都是在输入扫描过程进行的。(1)央处理工作。(2)执行。(3)PLC中配置有专用数字处理器时才执行。(4)网络通信，当PC配置有网络通信模块时，应和通信对象进行数据交换。2.2.2PLC工作方式PLC5内部处理、和编程器等的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理，其工作过程如图1-1所示。图2-2中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。图2.2PLC工作原理图PLC的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图2-2所示。PLC执行的5个阶段，称为壹个扫描周期，PLC完成壹个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行的。2.3PLC控制和继电器控制的区别在PLCPLC的梯形图和继电器控制线路图十分相似，主要原因是PLC梯形图的/PLC的控制和继电器的控制也有不同之处，主要表当下以下几方面。1．组成器件不同继电器控制线路由许多真正的硬件继电器组成，而梯形图则由许多所谓“软继电器”组成。这些“软继电器”实质上是存储器中的每壹位触发器，能够置“0”或置“1”。硬件继电器易磨损，而“软继电器”则无磨损现象。2．触点数量不同硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器的触点数壹般只有4～8(电平)可取用任意次数。3．实施控制的方法不同在继电器控制线路中，要实现某种控制是通过各种继电器之间硬接线解决的。由于其控制功能已包含在固定线路之间，因此它的功能专壹，不灵活。而PLC控制是通过梯形图即软件编程解决的，所以其灵活多变。另外，在继电器控制线路中，为了达到某种控制目的，而又要安全可靠，同时仍要节约使用继电器接点，因此设置了许多制约关系的联锁电路；而在梯形图中，因它是扫描工作方式，不存在几个支路且列同时动作的因素，同时在软件编程中也可将联锁条件编制进去，因而PLC的电路控制设计比继电器控制设计大大简化了。4．工作方式不同在继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不应吸合的继电器都因受某种条件限制不能吸合。这种工作方式有时称为且行工作方式；而在梯形图的控制线路中，图中各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同壹条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序。这种工作方式有时称为串行工作方式。2.4PLC控制系统的设计基本原则(1)最大限度的满足被控对象的控制要求。(2)在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。(3)保证控制系统安全可靠。(4)考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。2.5PLC的应用选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下壹步工作就是PLC依据。PLC系统形成壹个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应和装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。1、输入输出（I/O）点数的估算I/O点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，仍需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。2、存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序仍未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有壹定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给I/O点数的10～15模拟I/O点数的10016另外再按此数的25%考虑余量。3、控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。（1）运算功能简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC能有代数运算、数据传送等；大型PLC中仍有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有和下位机的通信，有些产品具有和同位机或上位机的通信，有些产品仍具有和工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。（2）控制功能控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制PLC大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。（3）通信功能大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能和工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和且行通信接口（RS2232C/422A/423/485RIO通信口、工业以太网、常用DCSPLC通信总线（含接口设备和电缆）应11冗余PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形1)PCPLCPLC网2)1台PLCPLCPLC网3)PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4)专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。（4）编程功能PLC和编程器公用壹个CPU，编程器在编程模式时，CPUCPU行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，且在壹个扫描周期内和编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下壹扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（STIEC6113123CBasic控制场合的控制要求。（5）诊断功能PLC逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU和外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的要求，且影响平均维修时间。（6）处理速度PLC越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度和用户程序的长度、CPU目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.2～0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。3.普通卧式车床的电气控制线路3.1车床电气控制线路设计要求根据不同车床加工的需要，其电气控制线路应满足如下几点要求：1)主轴转速和进给速度可调车削加工时，由于工件的材料性质、尺寸、工艺要求、加工方式、冷却条件及刀具的种类不同，切削速度应不同，因此要求主轴转速能在相当大的范围内进行调节。中小型普通车床主轴调速方法有俩种：壹种是通过改变电动机的磁极对数来改变电动机的转速，以扩大车床主轴的调速范围；另外壹种是用齿轮变速箱来调速。目前中小型车床多采用不变速的异步电动机拖动，靠齿轮箱的有级调速来实现变速。对于大型或重型车床，以及主轴无需调速的车床，可采用可控硅控制的直流调速系统。加工螺纹，要求保证工件的旋转速度和刀具的移动速度之间具有严格的比例关系。为此，车床溜板箱和主轴之间通过齿轮来连接，所以刀架移动和主轴旋转都是由壹台电动机来拖动的，而刀具的进给是通过挂轮箱传给进给箱的被和来实现的。2)主轴能正反俩个方向旋转车削加工壹般只需要单向旋转，但在车削螺纹时，为避免乱扣，要求主轴反转来退刀，因此要求主轴能正反旋转。车床主轴旋转方向可通过改变主轴电动机转向及用机械手柄（离和器）来控制。3)主轴电动机起动应平稳为满足此要求，壹般功率小的电动机（在5KW以下）能够直10KW之上）壹般用降压起动，但电4)主轴应能迅速停车电机必须采取制动。车床主轴电动机的制动方式有俩种，壹种是5)车削是的刀具及工件应进行冷却由于加工时，刀具及工件的温度相当高，应设专用电动机拖动冷却泵工作。6)控制线路应有必要的保护及照明等电路。现以CM6132型普通车床和C650型普通车床为例介绍其电气控制线路原理。3.2CM6132普通车床的电气控制线路分析图3.1为CM61323.1为其电气元件表。图3.1C6132车床电气控制原理图表3-1CM6132普通车床电气元件表符号名称及用途M1主电机M2液压泵电机M3冷却泵电机SA1-1，SA1-2，SA1-3主电机正反控制转换开关SA1～SA4转换开关QF自动开关FU1～FU4熔断器KM1，KM2主电机正反转用接触器KA继电器KT断电延时时间继电器TC控制变压器HL1，HL2指示灯EL照明灯SQ1，SQ2微动开关VC整流器YC电磁离合器PE保护地线从图3.1能够见出：CM6132普通车床也有三台电机，主电机M1，用和拖动主运动及进给运动；液压泵电动机M2，供主运动变KAM3SA2控制。(1)CM6132车床的特点①主运动的正反转由操作手柄控制，用继电器实现控制电路的自锁和控制电路的零烟保护。②主轴采用电磁离和器制动，当操作手柄扳向停车(中间)位电磁离和器电路自动切断。③车床由自动开关接通电源，液压泵的起动、停止由自动开关控制。(2)主轴控制1)主轴电机控制图3.1中M1电动机由接触器KM1，KM2控制其正反转，KM1，KM2接触器分别由操作手柄的转换开关触点SA1-2，SA1-3控制，SA1-1触点为操作手柄处于停止位置时闭和的触点。当操作手柄处于(停止位置)SA1-1闭和时，接通KA继电器，且实现控制电路自锁和控制电路的零压保护。当操作手柄处于向SA1-2或SA1-3KM1或KM2线圈接通，实现对主电机的正反转控制。其操作手柄和转换开关触点SA1的逻辑关系说明见表2.2。表3.2操作手柄和转换开关触点SA1的逻辑关系位置操作手柄触头向上中间向下SA1-1－＋－SA1-2＋－－SA1-3－－＋2)主轴变速车床主运动为分离传动，主运动变速箱中的九级速度，是利液压变速阀即转到相应的位置，使得俩组拨叉都移到相应的位置定位且压动微动开关SQ1和SQ2“1”HL2速完成。若滑移齿轮未啮合好，则HL2灯不亮，此时应将主轴转HL2动。3)主轴制动SA1-1YCVC整流电路提供直流电给YC，产生制动。KT延时触头延时断开，YC，VC断电，制动结束。(3)电气控制线路的保护短路保护：短路时通过熔断器的熔体熔断来切断主电路，电动机立即停转。过载保护：通过热继电器实现。当负载过载或电动机单相运行时，热继电器动作，其常闭触点将控制电路切断，使接触器吸引线圈失电，切断电动机主电路使电动机停转。零压及欠压保护：在图3.1中，电动机正常运动时，转换开关出在SA1-2或SA1-3KA失电，KA长开触点断开，由于SA1-1转换触点处于断开位置，因此，当电源恢复时，电动机不会自行起动。同时按钮自锁电路也具备零、欠压保护。当电源消失或电源电压过分降低时，按钮控制的接触器释放，切断电动机电源。当电压恢复，由于自锁触点仍断开，接触器线圈不会通电，电动机不会自行起动。3.3C650普通车床的电气控制线路分析C650普通车床属于中型车床，床身的最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为3000mm。图3.2为C650普通车床的电气控制线路原理图。车床工有3台电动机：M1为主轴电动机，拖动主轴旋转，且通过进给机构以实现进给运动。M2M3为快速移动电动机，拖动刀架的快速移动。C650车床的工作过程如下：1)M1的点动控制调整车床时，要求M1QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1通电，M1串接限流电阻R低速转动，实现点动。松开SB2，接触器KM1断电，M1停转。2)M1的正、反转控制QS按下启动按钮SB3，壹方面接触器KM通电，其主触点短接电阻R，同时其辅助常开触点使中间继电器KA接通，KAKM1通电，M1KT常闭触点短接，延时壹段时间后，KT通电延时打开的常闭触点断开，电流表A串接于主电路监视负载情况。反转：合上刀开关QS，按下起动按钮SB4，工作过程和正转时相似。SB1，控制电流全部切断，电动机M1停转。3)M1的反接制动控制C650KS和电动机M1KSF当电动机反转时，速度继电器反向触点KSR动作。M1反接制动过程如下：M1的正向反接制动。电机正转时，速度继电器正向常开触点KSF闭合。制动时，按下停止按钮SB1，接触器KM、时间继电器KT、中间继电器KA、接触器KM1均断电，主回路串入电阻R（限SB1KM2M1的转动惯KSFM1接制动。当速度下降到接近零时，速度继电器的正向常开触点断开，KM2断电，M1停转，制动结束。M1M1反KSRKM1通电，实现反接制动。4)刀架快速移动控制转动刀架手柄压下行程开关SQ2KM4M3转动，实现刀架快速移动。5)冷却泵电动机控制按下起动按钮SB6，接触器KM3通电，电动机M2转动，提供切削液。按下停止按钮SB5，KM3断电，M2停止转动。6)电路中的保护装置从线路上见到，主电路中设有保护装置。M1的短路保护用熔断器FU1FR1和限流电阻R（为了减少反接TA接入电流表A以监视主电机绕组的电流。冷却泵电机M2和快速移动电机M3的短路保护用熔断器FU3，M2过载保护用热继电器FR2，由于M3为短时工作，不设过载保护。线路中也设置了必要的自锁和互锁环节。为了防止很大的电动机起动电流冲击电流表，在线路中装设了时间继电器KTKT的线圈得电KT1电流互感器副边电流只经此触点所构成的闭合回路，电流表A中M1KT1了起动电流对电流表的冲击。KT延时时间的长短能够根据主轴电动机的起动时间来进行调整，壹般情况下为0.5-1秒。4.PLC在C650普通卧式车床中的设计4.1PLC机型选择、硬件连接及I/O地址分配I/O256以下,属于小型机的范围。控制系统只需要逻辑运算等简单功能。主要用来实现条件C650PLC能够选择三菱X公司的FX2N机自动化控制系统。该机床的输入信号是开关量信号，输出是负I/O地址分配如表4.1PLC控制的外部接线图如图4.1所示。表4.1I/O地址分配电气控制元件符号功能PLC编程元件SBM1停止按钮X0SB1M1电动按钮X1SB2M1正转按钮X2SB3M1反转按钮X3SB4M2停止按钮X4SB5M2起动按钮X5SQM3限位开关X6FR1M1热继电器常开触头X7FR2M2热继电器常开触头X10KS1速度继电器正转触头X11KS2速度继电器反转触头X12KM1M1正转接触器主触头Y0KM2M1反转接触器主触头Y1KM3M1制动接触器主触头Y2KM4M2接触器主触头Y3KM5M3接触器主触头Y4KA电流表继电器触头Y5``图4.1C650车床的PLC控制I/0接线图4.2C650车床PLC程序设计4.2.1梯形图设计PLC用梯形图形式对车床电气控制系统进行编程。C650车床的PLC程序如图4.2所示。图4.2C650车床PLC控制梯形图4.2.2梯形图控制分析一、主电动机正反转控制1.正转控制按下主电机正转按钮SB26支路X2X3M102均未动作，所以M101通电且通过第7支路的M101自锁。引起以下3个结果：①第8支路M101闭合，T1开始0.5S计时；②第12支路M101辅助常闭触头断开，使反转起动辅助继电器M102断电，实现正转和反转的互锁。③第17支路的M101闭合，Y2通电，主电路中KM3吸合，使串电阻R短接。④当第8支路T1延时0.5S到达后，导致第9支路T1闭合，因第9支路的Y1处于闭合状态，所以Y015支路的Y0断开，主电路中主触头KM1闭合。电动机M1正向起动运行。2.T1的延时作用T1延时0.5S确保了主电路中KM3先吸合，使串电阻R短接，然后再接通M1正转控制主触头KM1KM1KM3接通的指令几乎同时从PLCKM1先接通、KM3后接通，串电阻R不能先短接。电动机M1起动后，转速上升，当转速升至100r/min时，速度继电器的正转触头KS122支路的X11接制动作好准备。3.反转控制及T2延时按下SB3，电动机M1将反向起动运行，通过T2延时0.5S的作用确保主电路中KM3先吸合，使串电阻R短接，然后再接通M1反转主触头KM2。二、主电动机点动控制按下正转点动按钮SB1，第2支路和第5支路的X1均闭合，通过第2支路的X1使第1支路的M103通电，且通过第3支路的M103自锁。同时第22支路的M103也闭合，为T3通电作好准备。5支路的M110的X1M10010支路M1009支路Y0通电，第22支路的常闭辅助触头Y0断开。车床电气控制主电路中因第9支路Y0KM1吸合，主电动机M1正转起动升速，转速大于100r/min后，速度继电器的正转触头KS122支路的X11反接制动作好准备。三、点动停止和反接制动1.M1断电降速松开正转点动按钮SB1，第2支路和第5支路的X1均断开，第5支路的M10010支路的M1009支路Y022支路的Y0KM1断开，主电动机M1断电降速运转。2.M1反接制动KS122支路中的X11闭合，加之本支路的Y0触头闭合，所以T3通电，开始延时。T316支路的T315支路Y1通电，主电路中主触头KM2吸合，主电动机M1反接制动。3.反接制动结束转速降到低于100r/minKS1断开，第22支路的X11断开，使T3断电，第16支路的T3触头断开，第15支路的Y1随之断电。主电路中KM3