机械机床毕业设计72Z30130X31型钻床控制系统的PLC改造

第一章引言可编程控制器（ProgrammableController)是为工业控制应用而设计制造的专用计算机控制装置，是20世纪60年代发展起来的控制设备。最早的可编程控制器可追溯到1969年。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器ProgrammableLogicController,简称PLC，主要作用就是替代继电器实现逻辑控制。工业控制领域的快速发展和不断增长的新需求。使得目前这种装置的功能已经大大超出逻辑控制的范围，因此原来的说法已经不贴切地表示其功能了。今天我们称之为可编程控制器，简称PC。但为了避免与个人计算机PersonalComputer的简称混淆，还是简称PLC。PLC是微电子技术与自动控制技术相结合的产物，它的应用非常广泛，能方便地直接用于机械制造、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各业。即可用于老设备的技术改造，也可用于新产品的开发和机电一体化。近年来，可编程序控制器的发展非常快，不仅应用普及非常快，而新产品的开发速度也是非常快的。随着我国的经济飞速发展，人民生活水平迅速提高，工作居住条件得到了巨大改善。钻床作为工业生产内的重要生产工具，与人们的工作和效力的产生息息相关。对它的性能要求很精确。在此，我们采用了PLC的控制来实现钻床的运行稳定。钻床的电气系统由液压系统、冷却泵和电磁吸盘以及照明电路等部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前钻床设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。改造后使生产线的效率得到提到，使用寿命更长久等优点。改造钻床是一门专业知识相当广泛的专业，它涉及到自动化专业的多门专业基础课：电子技术、计算机控制、计算机接口、自控原理、检测技术、电力电子技术、电机拖动、电气系统控制、可编程逻辑控制器等。通过这些专业课程的学习，在此次毕业设计中，又使这些课程得到了复习、巩固。掌握所学知识并解决实际问题的方法和技能。Z30130×31型摇臂钻床属于大型立式钻床，能够进行多种形式的机械加工，如钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、刮平面以及攻螺纹等。摇臂钻床的运动部件较多，常采用多台电动机拖动，一般采用三相交流鼠笼式异步电动机拖动，用机械变速调节主轴转速和进刀量，变速箱为机械有级调速，钻床的主运动和进给运动都有较大的调速范围。Z30130X31型钻床的传统的继电器—接触器控制系统过于复杂烦琐。若采用PLC控制进行改造后，便线路简化，可靠性提高，响应加快精确更正确，给设备维护、检修带来方便，同时在成本上也合理，能够产生较大的经济效益。第二章机床的主要参数1.机床的主要参数（1）最大钻孔直径100mm（2）主轴中心线至立柱母线距离：最大3150mm最小570mm（3）主轴箱水平移动距离2580mm（4）主轴端面至底座工作面距离：最大2500mm最小750mm（5）摇臂升降距离（6）摇臂升降速度（7）摇臂回转角度（8）主轴圆锥孔1250mm0.61m/min360度莫氏6号（9）主轴转速范围8～1000r/min22级（10）主轴转速级数（11）主轴进给量范围0.06～3.2mm/r16级（12）主轴进给量级数（13）主轴行程500mm170mm2450N·m49×103.N15kw（14）刻度盘每转钻孔深度（15）主轴允许最大扭转力矩（16）主轴允许最大进给抗力（17）主电机功率（18）摇臂升降电机功率（19）主轴箱及摇臂液压夹紧电机功率（20）立柱液压夹紧电机功率（21）主轴箱水平移动电机功率3kw0.75k0.75kw0.25kw（22）主轴箱水平移动速度（23）冷却泵电机功率1.6m/min0.09kw2.钻床的机械及运动形式（一）Z30130x31型摇臂钻床适用于在重大型零件上钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下可以进行镗孔。Z30130x31行摇臂钻床，其零部件通用化程度较高，本机床具有如下特点：采用液压预选变速机构，可节省辅助时间；主轴正反转、停车（制动）、变速、空挡等动作都用一个手柄控制，操纵轻便；主轴箱、摇臂、内外柱采用液压驱动的菱形块夹紧机构，夹紧可靠；摇臂上导轨、主套筒及内外柱回转滚道等处均进行淬火处理，可延长使用寿命；主轴箱的移动除手动，还可以机动；有完善的安全保护装置及外柱防护和自动润滑装置。（二）液压系统的主要特点（1）该液压系统中工作台的换向采用了时间控制的换向回路。在换向阀阀芯上的四个控制边均带有锥度较小的制动锥，同时可采用单向节流阀来调整阀芯的移动速度，使制动过程平稳，减小了换向冲击，这对工作台运动速度较高、换向要求平稳。（2）液压系统中，采用了进油和回油路的双重节流调速回路，并以回油节流调速为主，因此，工作台的运动平稳，且可减小工作台启动时的前冲现象。（3）具有卸荷回路，机床不工作时，可使系统卸荷，以减少功率损失和减少油液发热。第三章继电器接触器控制原理3.1控制线路特点与电气线路概述3.1.1．控制线路特点（1）电路、控制线路、信号指示灯电路及机床照明均采用自动空气断路器作为电源引入开关。自动空气断路器中的电磁脱扣装置作为短路保护电器而取代熔断器。另外，此断路器也具有零压保护和欠压保护作用。（2）由于各台点动机的容量不同，在起动时须区别对待。主轴电动机容量较大，为降低起动电流，采用了Y—△起动控制线路。其它五台电动机采用接触器直接起动控制线路或开关直接起动控制线路。（3）控制线路装有总起动与总停止按钮，便于操作和在发生事故时紧急停车。（4）摇臂的上升运动和下降运动有严格的动作顺序，由限位开关SQ3给以保证。（5）每一个主要动作均有指示灯作出指示，便于操作和进行电气维修。（6）主柱的夹紧与松开单独用一台电动机拖动，使控制更为灵活。（7）主轴箱的水平移动单独用一台电动机拖动，降低了操作者的劳动强度。（8）摇臂的上升运动和下降运动可以用主轴箱上的十字开关操作，也可以装在立柱下部的控制按钮操作，属于两地控制线路。（9）立柱与主轴箱的松开与夹紧可以同时进行操作，也可以单独进行。（10）控制线路采取了可靠的电气联锁措施，以防止发生电源短路事故。3.1.2．电气线路概述主电路由六台三相交流异步电动机及其有关的电气元件组成。主轴电动机只有一个旋转方向，因为功率较大，所以采用Y—△起动控制线路。冷却泵电动机也只有一个旋转方向，采用开关直接起动控制线路。其它四台交流电动机都有两个旋转方向，采用交流接触器起动控制线路。M1为主电动机，由交流接触器KM1、KM2和KM3进行Y—△起动，KM1和KM3也是M1的停止电器。M1的短路保护电器是总电源引入开关——自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。热继电器FR1是M1的过载保护电器。M2是摇臂升降电动机。交流接触器KM4控制M2的正向起动与停止。M2的反向起动与停止由反向交流接触器KM5控制。M2的短路保护电器也是自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。因为M2是短时间工作，所以不设过载保护电器。M3是摇臂和主轴箱松开与夹紧电动机，它实质上是液压油泵电动机，为摇臂与主轴箱的松开与夹紧提供压力油。交流接触器KM6控制M3的正向起动与停止。M3反向转动的起动与停止由交流接触器KM7控制。自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置是M3的短路保护器。虽然摇臂与主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作，M3并不长期运转，但液压系统出现故障或行程开关调整不当时，M3也会处于长时间过载状态而造成事故，所以在电路中装设了热继电器FR2。M4是立柱的松开与夹紧电动机，也是液压油泵电动机，专供立柱松开与夹紧用的压力油。M4的正反向起动与停止分别由正向交流接触器KM8与反向交流接触器KM9控制。M4的短路保护电器是自动空气断路QF4的电磁脱扣装置。由于M4不是长期运行的电动机，所以不设过载保护电器。M5是主轴箱水平移动电动机，有两个旋转方向，由交流接触器KM10和KM11分别控制其起动与停止。短路保护电器仍为自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置。由于短时间工作，所以不设过载保护电器。M6是冷却泵电动机，功率很小，虽然长时间工作，也不设过载保电器。由自动空气断路器QF2控制其起动和停止，并兼作短路保护电器。控制线路中装设了三台时间继电器，其中KT1为通电延时型、KT2和KT3为断电延时型在主轴箱水平移动控制线路中，主轴箱与电动机之间接入了直流电磁离合器YC1，使控制更为可靠。控制线路电压为110V，信号等电路电压为交流6V，均变压器TC2提供电源。电磁离合器电压为24V，由控制变压器TC1供电。照明线路除了装设两台照明灯外，还装有电源插座，便于接临时照明灯。照明电路电压为24V，由变压器TC2供电3.2控制原理分析及分立控制线路3.2.1．开车前准备工作先将自动空气断路器QF7~QF8扳到闭合位置，然后扳动总电源开关QF1，引入三相380V交流电源。这时，电源接通指示灯HL1亮，表示机床的电气线路已处于通路状态。按下总起动按钮SB1，中间继电器KA1的线圈经(1-3-5-7-0)线路得电吸合并自锁，为控制线路提供了电源通路，并为其它电器得电做好准备。3.2.2．主轴电动机起动与停止控制线路在中间继电器KA1得电并自锁的基础上，按下起动按钮SB2，时间继电器KT1的线圈经(1-3-5-7-11-13-2-0)线路通电吸合。接触器KM1的线圈经(1-3-5-7-11-13-2-0)线路通电吸合并自锁。接触器KM3。接触器KM2的线圈经(1-3-5-7-11-13-15-17-2-0)线路通电吸合。KM2的主触点闭合，短路主电动机三相绕组的末端，将主电动机接成Y形。由于KM1主触点闭合，接通M1的三相电源，主轴电动机在定子绕组接成Y的情况下得电旋转。当主轴电动机的转速逐渐升高到接近额定转速时，时间继电器KT1延时开启的动断触点KT1-2(13-15)断开，接触器KM2的线圈断电释放。KM2的主触点断开，使主触点电动机定子绕组的末端脱离短路状态。与此同时，时间继电器KT1延时闭合的动合触点KT1(13-21)闭合，使接触器KM3的线圈经(1-3-5-7-11-13-21-23-2-0)线路通电吸合。KM3的主触点闭合，将主轴电动机的定子绕组接成△形并通过已闭合的KM1街道电源上，使M1在额定转速下正常旋转。接触器KM3得电时，它的动合辅助触点KM3(605-607)闭合，主轴电动机旋转指示灯HL2亮。停止主轴电动机时，按下停止按钮SB12，时间继电器KT1、交流接触器KM1和KM3同时断电释放，KM1的主轴触点断开，切除三相电源，主轴电动机停转。接触器KM3断电释放时，其动合触点KM3(605-607)断开，主轴电动机旋转指示灯HL2灭。3.2.3．摇臂上升控制线路及工作原理在中间继电器KA1得点吸合并自锁的情况下，将主轴箱上的十字开关向上扳动，使SA1-1接通，或按下装在立柱下部的摇臂上升起动按钮SB3，中间继电器KA2的线圈经(1-3-5-7-25-27-29-0)线路通电吸合，KA2动断触点KA2-4(55-57)断开，保证KM7无电。同时，动合触点KA2-3(39-41)和KA2-1(7-37)闭合。前者为交流接触器KM4得点做好准备，后后者使时间继电器KT2的线圈经(1-3-5-7-37-0)线路通电吸合。因为KT2是断电延时型的时间继电器，所以它的断电延时开启的动合触点KT2-1(7-55)杂通电时瞬时闭合，使时间继电器KT3的线圈得电吸合。与此同时，时间继电器KT2的瞬时动作动合触点KT2-3(7-87)闭合，使电磁铁YA1的线圈得电动作，打开摇臂松开油腔的进油阀门，为摇臂松开做好准备。由于KT3线圈通电吸合，其断电延时开启触点KT3-2(7-87)瞬时闭合，保证了YA1的线圈在时间继电器KT2断电后仍然通电。与此同时，KT3瞬时动作的动合触点KT3-1(49-51)闭合，使交流接触器KM6的线圈经(1-3-5-7-37-49-51-53-4-0)线路通电吸合。KM6的主触点闭合，接通M3的电源，主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机通电正向旋转，使压力油经二位六通阀进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂松开。这时活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ3，使其动断触点SQ3-2(37-49)断开，交流接触器KM6的线圈断电释放。KM6的主触点断开，切断M3的电源，主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机停止转动。与此同时，限位开关SQ3的动合触点SQ3-1(37-39)闭合，接触器KM4的线圈经(1-3-5-7-37-39-41-43-0)线路通电吸合，其主触点接通M2的电源，摇臂升降电动机正向转动，带动摇臂上升。当摇臂上升到所需要的位置时，扳动十字开关使SA1-1断开，或松开起动按钮SB3，中间继电器KA2的线圈断电释放。KA2的动断触点KA2-1(7-37)断开，时间继电器KT2和交流接触器KM4的线圈断电释放，摇臂升降电动机停止转动，摇臂停止上升。KA2释放时，动断触点KA2-4(55-57)闭合，为交流接触器KM7得电动作做好了准备KT2断电释放时，它的瞬时动作动触点KT2-3(7-87)断开，但由于KT3仍然通电，所以电磁铁YC1仍处于带电状态。经过1~3S的延时，KT2延时开启动合触点KT2-1(7-55)断开，但因为限位开关SQ4闭合，所以并不影响KT3的通电吸合状态。同时，KT2的延时闭合动断触点KT2-2(59-63)闭合，交流接触器KM7的线圈经(1-3-5-7-55-57-59-63-65-4-0)线路通电吸合。KM7的住触点接通M3的电源，主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机反向转动，压力油经二为六通阀进入摇臂夹紧油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。与此同时，活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ4，使它的动断触点SQ4(7-55)断开，交流接触器KM7和时间继电器KT3的线圈断电释放，主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机停止转动。经过1~3S的延时，KT3延时开启的动合触点KT3-2(7-87)断开，YC1断电释放。3.2.4．摇臂下降的控制线路原理分析摇臂下降的控制线路及其工作原理和摇臂上升的控制线路及工作原理极为相似，只要把摇臂上升线路中的SA1-1改为SA1-2（十字开关向下扳动），摇臂上升起动按钮SB3改为摇臂下降起动按钮SB4，中间继电器KA2改为KA3，接触器KM4改为KM5即可。摇臂的上升与下降是短时间调整工作，所以采用电动方式。行程开关SQ1和SQ2用来限制摇臂上升和下降的行程。当摇臂上升到极限位置时，压动SQ1，使其动断触点SQ1(25-27)断开。中间继电器KA2断电释放，动合触点KA2-1(7-37)KA2-3(38-41)断开，接触器KM4失电，摇臂升降电动机停止转动，摇臂停止上升。当摇臂下降到极限位置时，压动限为开关SQ2，使它的触点SQ2(31-33)断开，中间继电器KA3的动合触点KA3-1(7-37)和KA3-3(39-45)断开，KM5断电，摇臂升降电动机停止转动，摇臂停止下降。正常工作时，限位开关SQ1和SQ2的动断触点总是闭合的。3.2.5．主轴箱松开与夹紧控制原理分析主轴箱和立柱的松开（或夹紧）即可以同时进行，也可以单独进行，由转换开关SA2控制。转换开关SA2有三个位置，将SA2扳到中间位置，主柱和主轴箱同时松开（或夹紧）；将SA2扳到左边位置，立柱单独松开（或夹紧）；将SA2扳到右边位置，主轴箱单独松开（或夹紧）。复合按钮SB5是立柱与主轴箱的松开控制按钮，SB6是夹紧控制按钮。下面，先分析主轴箱单独松开的控制线路原理。将转换开关SA2扳到右边位置，则触点SA2(73-51)和SA2(79-55)接通。按下复合按钮SB5，接触器KM6的线圈经(1-3-5-7-73-51-53-4-0)线路通电吸合，它的主触点闭合，接通M3的电源，主轴箱和摇臂的松开与夹紧电动机起动正向旋转，供应压力油。由于这时电磁铁YA1处于无电释放状态，所以压力油经二位六通阀进行主轴箱松开油缸，推动活塞和菱形块，将主轴箱松开。松开时压动限位开关SQ6，使动断触点SQ6-2(605-613)闭合，立柱和主轴箱松开指示灯HL3亮。这时，应立即松开复合按钮SB5，使接触器KM6断电释放，主轴箱和摇臂的松开与夹紧电动机停转。主轴箱单独夹紧时，仍将转换开关SA2扳到右边位置，使SA2(79-55)接通。按下复合按钮SB6，接触器KM7的线圈经(1-3-5-7-79-55-57-59-63-65-4-0)线路通电吸合。KM7的主触点闭合，接通M3的三相电源，主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机起动反向旋转，提供压力油。由于此时电磁铁YA1处于电释放状态，所以压力油经二位六通阀进入主轴箱夹紧油缸，推动活塞和菱形块，使主轴箱夹紧。夹紧时压动限位开关SQ6，使它的动合触点SQ6-1闭合，立柱和主轴箱夹紧指示灯HL4亮，HL3灭。这时，要立即松开复合按钮SB6，使接触器KM7断电释放，主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机因断电而停止转动。3.2.6．立柱单独松开与夹紧的控制原理分析立柱单独松开时，将转换开关SA2扳到左边位置，SA2(73-75)闭合，按下复合按钮SB5，接触器KM8的线圈经线路通电吸合，其主触点闭合，立柱松开与夹紧电动机M4起动正向旋转，供应压力油。通过液压机械系统使立柱夹紧。夹紧时，立柱松开指示灯HL3亮。这时，要立即松开复合按钮SB5，使KM8断电释放，立柱松开与夹紧电动机停转。主轴单独夹紧时，仍然将转换开关SA2扳向左边位置，使SA2(79-83)接通吸合。在按下复合按钮SB6后接触器KM9的线圈经(1-3-5-7-79-83-85-0)线路通电吸合。KM9的主触点闭合，接通M4的电源，夹紧时，立柱夹紧指示灯HL4亮，HL3灭。这时，要立即松开复合按钮SB6，使KM9断电释放，立柱夹紧与松开电动机停转。3.2.7．立柱和主轴箱同时夹紧的控制原理分析立柱与主轴箱同时进行松开控制时，将转换开关SA2扳到中间位置，SA2(73-51)和SA2(79-75)同时接通，按下SB5，KM6和KM8同时得电吸合。它们的主触点闭合，主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机M3、立柱松开与夹紧电动机M4得电正向旋转，供应压力油。压力油经二位六通阀进入主轴箱松开油缸，推动活塞和菱形块，将主轴箱松开。同时，通过液压系统是立柱松开，指示灯HL3亮。这时，应立即松开复合按钮SB5，使接触器KM6和KM8断电释放，电动机M3和M4断电停转。主轴箱与立柱同时进行夹紧控制时，仍将转换开关放在中间位置，使SA2(73-55)和SA2(79-83)接通。按下SB6，接触器KM7和KM9同时得电吸合。它们的主触点闭合，使主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机M3、立柱松开与夹紧电动机M4反向转动，供应压力油。压力油经二位六通阀进入主轴箱夹紧油缸，推动活塞和菱形块，将主轴夹紧。同时，液压系统将立柱夹紧，夹紧指示灯HL4亮。这时，应立即松开SB6，使接触器KM7和KM9断电释放。它们的主触点断开，使电动机M3和M4停转。3.2.8．主轴箱的水平移动控制主轴箱的水平移动控制是通过十字开关SA1实现的。在主轴箱松开的情况下，主轴箱松开与夹紧油缸的活塞杆压动限位开关SQ5，使其动合触点SQ5(7-93)闭合。向右扳动十字开关，使触点SA1-3接通。接触器KM10的线圈经(1-3-5-7-93-95-97-0)线路通电吸合。动合触点KM10(113-115)闭合，电磁离合器YC1通电，接通M5与主轴箱之间的机械传动机构。同时，KM10的主触点闭合，接通M5的电源，主轴箱水平移动电动机正向旋转，拖动主轴箱向右移动。如果向左扳动十字开关，SA1-4(93-101)接通，接触器KM11的线圈经(1-3-5-7-93-101-103-0)线路通电吸合。KM11的动合触点KM11(113-115)闭合，电磁离合器YC1通电，接通M5与主轴箱与主轴箱之间的机械传动机构。同时，接触器KM11的主触点闭合，接通M5的电源，主轴箱水平移动电动机反向转动，拖动主轴箱向左移动。3.2.9．冷却泵电动机的起动与停止控制扳动自动空气断路器QF2，使之处于闭合或断开状态，接通或断开电源，既可实现冷却泵电动机M6的起动停止。第四章PLC控制系统的硬件设计4.1电动机的选型选择电动机时，除了正确的选择功率外，还要根据生产机械的要求及工作环境等，正确的选择电动机的种类、型式、电压和转速.A.电动机种类的选择：电动机的种类分为直流和交流电动机两大类。直流电动机又分为他励、并励串励电动机等。交流电动机又分为笼型、绕线转子异步电动机及同步电动机等。电动机种类的选择主要是从生产机械对调性能的要求来考虑，例如，对于调速范围、调速精度、调速平滑性、低速运转状态等性能来考虑。凡是不需要调速的拖动系统，总是考虑采用交流拖动，特别是采用笼型异步电动机。长期工作、不需要调速、且容量相当大的生产机械，如空气压缩机、球磨机等，往往采用同步电动机拖动，因为它能改善电网的功率因数。如果拖动系统的调速范围不广，调速级数少，且不需要在低速下长期工作，可以考虑采用交流绕线转子异步电动机或变级调速电动机。因为目前应用的交流调速范围拖动，大部分由于低速运行时能量损耗大，鼓一般均不宜在低速下长期运行。对于调速范围宽、调速平滑性要求较高的场合，通常采用支流电动机拖动，或者采用近年来发展起来的交流变频调速电动机拖动。.电动机型式的选择：各种生产机械的工作环境差异很大，电动机与工作机械也有各种不同的连接方式，所以应当根据具体的生产机械类型、工作环境等特点，来确定电动机的结构型式，如直立式、卧式、开启式、封闭式、防滴式、防暴式等各种型式。C.电动机容量的选择：1.比那化负载下电动机容量的选择（1）等效电流法等效电流法的基本的基本思想是用一个不变的电流Icq来等效实际上变化的负载带暖流，要求在同一个周期内，等效电流Icq与实际变化的负载电流所产生的损耗等。假定电动机的铁损耗与绕组电阻不变，损耗只与电流的平方成正比，由此可得等效电流为Icq=It+It+…+In2tn221122t1+t2+…+tn式中，tn为对应负载电流In时的工作时间。求出Icq后，则选用电动机的额定电流In应大雨或等于Icq。采用等效电流法时，必须先求出用电流表示的负载图。（2）等效转矩法如果电动机在运行时，其转矩与电流成正比（如他励直流电动机的励磁保持不变，异步电动机的功率因数和气隙磁通保持不变时），则式（9.3.1）可以改写成等效转矩公式。Teq=Tt+Tt+…+Tn2tn221122t1+t2+…+tn此时，选用电动机的额定转矩T应大于或等于T，当然，这时应先求出用转矩表示的负载。等效功率法如果电动机运行时，其转速保持不变，则功率与转局成正比，于是由式（9.3.1）可得等效功率为Peq=Pt+Pt+…+Pn2tn221122t1+t2+…+tn此时，选用电动机的功率P大于或等于P即可。必须注意的是用等效法选择电动机容量时，要根据最大负载来校验电动机的过载能力是否要求，如果过载能力不能满足，应当按过载能力来选择较大容量的电动机。表4-1电动机选型额定功率PN/KW功率因数cosψ最大转转动矩额定惯量转矩GD/kgm电机型号编号额定额定转矩电流转速n/r.min重量m/kg电流功率Y160M2-2Y13252-2M1M21532930290029.415.088.286.20.880.882.02.07.07.02.32.30.04490.021612570Y801-2Y801-2Y905-2Y801-2M3M4M5M60.750.750.250.0928302830284028301.811.813.441.81757578750.840.840.850.842.22.22.22.26.56.57.06.52.32.32.32.30.000750.000750.0012161622160.000754.2接触器的选择接触器是用来频繁的遥控接通或断开交流住电路及大容量控制电路的自动控制电路。它不同于刀开关类手动切换电路，因为它具有手动切换电器所不能实现的遥控功能；它也不同于自动空气开关，因为它具有一定的断流能力，但切不具备短路和过载保护功能。接触器在电力拖动和自动控制系统中，主要控制对象是电动机，也可以用于控制电热设备，电焊机、电容器组等其它负载。接触器不仅仅能遥控通断电路，还具有欠电压、零电压释放保护，操作频率高、工作、性能稳定，使用寿命长、维护方便等优点。接触器按驱动触点系统的动力不同可分为电磁接触器、气动接触器、液压接触器等。新型的真空接触器和晶闸管交流接触器正在逐步使用。接触器主触点通过电流的种类，可分为交流接触器和直流接触器。接触器随便使用场合及控制对象的不同，其操作条件与工作繁重程度也不同。为尽可能经济地、正确地使用接触器。必须对控制对象的工作情况及接触器的性能有较全面的了解，不能仅看产品的铭牌数据，因接触器上所定的电压、电流、控制功率等参数均为某一使用条件下的额定值，选用时应根据具体使用条件正确选择。1.选择接触器的种类通常先根据接触器所接触的电动机及负载电流类别来选择相应的接触器型，即交流负载应使用交流接触器，直流负载应使用直流接触器；如果控制系统中主要是交流电动机，而直流电动机或直流负载的容量比较小时，也可全用交流接触器进行控制，但是触点的额定电流应适当选择大一些。2.选择接触器主触点的额定电压通常选择接触器主触点的额定电压应大于或等于负载贿赂的额定电压。通常电压等级分为交流接触器380、660及1140V；直流接触器220、440、660V。3.选择接触器主触点的额定电流接触器控制电阻性（如电热设备）时，主触点的额定电流应等于负载的工作电流。CJ20系列交流接触器额定电流等级有10、16、32、55、80、125、200、315、400、630A。CZ18系列支流接触器的额定电流等级有40、80、160、315、630、1000A。接触器控制电动机时，主触点的额定电流大雨或稍大雨电动机的额定电流。接触器设计时规定的使用类别来确定。可根据经验公式计算选择：PN×103Ic=（A）KUN式中K——经验系数，一般取1~1.4；PN——被控电动机的额定功率，千瓦；UN——电动机的额定电压，伏；IC——接触器主触点电流，安；经验公式仅适用于CJ0，CJ10系列。可根据做控制的电动机的最大功率查看表进行选择接触器如使用在频繁启动，制动和频繁正反转场合时，容量应增大一倍以上去选择接触器。4.选择接触器吸引线圈的电压电磁线圈的额定电压等于控制回路的电源，通常电压等级分为：交流线圈：36、100、127、220、220、380V直流线圈：24、48、110、220、440V选用时，一般交流负载用交流吸引线圈接触器，直流负载用直流吸引线圈的接触器，但交流负载频繁动作时，可采用支流吸引线圈的接触器。接触器吸引线圈电压若从人身和设备安全角度考虑，可选择低一些，但当控制电路简单，线圈功率较小时，为了节省变压器，则可选用220或380V。5.选择接触器的触点数量接触器的特点数量应满足控制线路的要求。各种类型的接触器触点数量不同。交流接触器的主触点有三对（常开触点），一般选用四对辅助触点（两对常开），最多可达到六对（三对常开，三对常闭）。直流接触器主触点一般有两对（尚开触点）；辅助触点有四对（两对常开，两对常闭）。1）额定操作频率接触器额定操作频率是指每小时接通次数。通常交流接触器为600次/每小时；直流接触器为1200次/每小时。PN×10315×10（1）KM1：Ic=KM2：Ic===97AKUN(1～1.4)×110PN×10315×103===97A=97AKUN(1～1.4)×110PN×10315×103KM3：Ic=KUN(1～1.4)×110PN×1033×103（2）KM4：Ic=KM5：Ic===19.6AKUN(1～1.4)×110PN×1033×103==19.6AKUN(1～1.4)×110PN×1030.75×103（3）KM6：Ic=KM7：Ic===4.9AKUN(1～1.4)×110PN×1030.75×103==4.9AKUN(1～1.4)×110PN×1030.75×103（4）KM8：Ic===4.9AKUN(1～1.4)×110PN×1030.75×103KM9：Ic===4.9AKUN(1～1.4)×110PN×1030.25×103（5）KM10：Ic=KM11：Ic===1.62AKUN(1～1.4)×110PN×1031.5×103==1.62AKUN(1～1.4)×110表4-2接触器的选择可控制三相异步电额定操动机的最作频率大功率继电器型编号号主触点辅助触点线圈次/h(KW)对数额定电流(A)额定电压(V)电压（V）功率(W)额定电压(V)对数额定电流(A)均为两常开两常闭55555555555大于或等于六百CJ0-100KM1310038053801103329CJ0-100CJ0-100CJ0-20CJ0-20CJ10-5CJ10-5CJ10-5CJ10-5CJ10-5CJ10-5CJ10-5KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8KM9KM10KM11KM1233333333333100100202055555380380380380380380380380380380380380380380380380380380380380380380110110110110110110110110110110110333329291.21.21.21.21.21.21.22.22.23314141414141414554.3自动空气断路的选型自动空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，是一种既有手动开关作用又能进行自动欠压、失压、过载和短路保护的电器，同时也可用于不频繁地起动电动机。自动空气开关具有操作安全，使用方便、工作可靠、安装简单、动作值可调，分断能力较高、兼顾多种保护功能，工作不需要跟换元件等优点。因此获得广泛的应用。选型的原则如下：1.自动空气开关的额定工作电压≥电路额定电压2.自动空气开关的额定电流≥电路计算负载电流3.热脱扣器的整定电流=所控制负载的额定电流4.电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流＞负载电路正常工作时的峰值电流单台电机：IZ≥Ist·KK取1.5~1.7Ist为电动机启动电流多台电机：IZ＞K（Istmax+）ΣInK取1.5~1.7Istmax为最大容量的一台电动机的启动电流ΣIn为其余电动机额定电流的总和。5.自动空气开关欠电压脱扣器的额定电压=电路额定电压6.长延时电流整定值等于电动机额定电流。7.6倍延时电流整定值的可返回时间等于或大于电动机实际起动时间。按起动时负载的轻重，可选用可返回时间为1、3、5、8、15S中的某一挡。（1）QF1：IST=（1.7～2.2）×In=2×7=14AIZ≥（1.5～1.7）×（14+33.5）=71.5A（2）QF2：IST=（1.7～2.2）×In=2×6.5=13AIZ≥（1.5～1.7）×13=19.5A（3）QF3：IST=（1.7～2.2）×In=2×7=14AIZ≥（1.5～1.7）×14=21A（4）QF4：IST=（1.7～2.2）×In=2×7=14AIn≥（1.5～1.7）×（14+6.5）=30.75A表4-3自动空气断路器选型型号编号QF1类型额定电流相数三相DZ47-75D/3PDZ47-20D/3PDZ47-30D/3PDZ47-35/3P电机保护用电机保护用75202535QF2三相QF3三相QF4三相DZ47-6/1PDZ47-6/1PDZ47-20/1PQF5QF6QF766单相单相单相204.4热继电器的选用热继电器是利用电流的热效应来推动机构是触点系统闭合或分断的保护电器。主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。因此，必须了解电动机的工作环境、起动情况、负载性质、工作制及允许的过载能力。应使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能接近，以便充分发挥电动机的过载能力，同时对电动机在短时过载与起动瞬间不受影响。（1）保护长期工作或间断的工作的电动机热继电器的选用（2）根据电动机的起动时间，选取6In下具有相应可返回时间的热继电器，一般可返回时间为（0.5~0.7）的继电器动作时间。（3）一般情况下，按电动机的额定电流选取，使热继电器的整定值为（0.95~1.05）In（In为电动机的额定工作电流），或选取整定电流范围的中间值为电动机的额定工作电流。（4）用热继电器作断相保护时的选用对于Y接法电动机，一相断线后，流过热继电器的电流与流过电动机未断相的电流增加比例是一致的。（5）三相与两相热继电器的选用在一般故障情况下，两相热继电器与三相热继电器具有相同的保护效果，但制造两相的节省材料加工时，调试也较简单，所以应尽量选用两相热继电器。（6）保护反复短时工作电动机时，仅有一定范围的适用性，当电动机起动电流倍数为6倍的额定电流，启动时间小于5秒，电动机满载工作，通电持续率为60%时，每小时允许操作次数最高不超过40次。（7）特殊工作制电动机的保护正反转及密集通断工作的电动机不宜采用热继电器来保护，可选用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。(1)FR1：IST=（1.7~2.2）×In=2×7=14AIST14IRN===8.75A(1.6～2)(1.6～2)(2)FR2IST=（1.7~2.2）×In=2×6.5=13AIST14IRN===5.2A(2.5～3)(2.5～3)表4-4热继电器的选型型号JR-16JR-16编号额定电压380额定电流FR1FR210103804.5中间继电器的选型中间继电器一般用来控制各种电磁线圈，使信号扩大或将信号同时传给几个控制元件。中间继电器的选择：中间继电器一般根据负载电流的类型、电压等级和触点数量来选择.表4-5中间继电器选型型号动作值或整定值操作频率机械寿命（万电寿命（万（次/h）次）次）吸引线圈触点参数额定电流12W消耗功率额定电压触点数两常开两常闭JZ7-221105A85%~105%U12003001004.6万能转换开关的选型万能转换开关主要作为控制线路的转换、电气测量仪表的转换以及配电设备的远距离控制，易可作为小容量电动机的起动、制动、换向及变速控制。万能转换开关的选择1、按额定工作电压和工作电流选用合适的系列。2、按操作需要选定手柄形式和定位特征。3、按控制要求参照万能转换开关样本确定触点数量和接线图编号。4、选择面板形式及标志表4-6万能转换开关的选型额定电压额定电流操作频率型号电压LW5接通电压110V分断电流30A触点档数cosφ电流cosφ15A1~16、18、30A0.3~0.421、24、27、12030交流500V0.3~0.4110V4.7电磁铁的选型电磁铁是利用电磁吸力来操纵牵引机械装置，以完成预期的动作，或用于钢铁零件的吸持固定，铁磁物体的起重搬运等，因此它是将电能转换为机械能的一种低压电器。1．按控制系统电压选择电磁铁的线圈电压。2．根据工作需要选择适当的结构形式。3．当制动器的型号已经确定时，应根据规定正确选配电磁铁。4．电磁铁的功率应不小于牵引或制动功率。YA1电磁铁的选型：假设打开电磁阀力为1.5Kg则选用MQ2-1.54.8按钮的选型1．根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式、保护式、防水式、防腐式等。2．根据用途，选用合适的型式，对手把旋转式、钥匙式、紧急式、带灯式等。3．根据控制回路的需要，确定不同的按钮数，如单钮、双钮、三钮、多钮等。4．按工作状态指示忽然工作情况的要求，选择按钮和指示灯的颜色。根据GB5225—85的规定，按钮的颜色、信号灯的颜色来选用。表4-8按钮选型型号编号类型触点均为一常开，一常闭Y090-11/GSB1平钮（自复式）Y090-11/GY090-11/YY090-11/NSB2SB3SB4平钮（自复式）平钮（自复式）平钮（自复式）Y090-11/GY090-11/GSB5-1SB6-2SB11平钮平钮Y090-11TS/R急停按纽（推锁旋转式）4.9位置开关的选型位置开关又称行程开关或限位开关。它的作用与按钮相同，只是其触点的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触点动作来实现接通或分断某些电路，使之达到一定的控制要求。1．根据应用场合及控制对象选择种类。2．根据安装环境选择防护形式，如开启式或保护式。3．根据控制回路的额定电压和电流选择开关系列。4．根据机械与位置开关的传力与位移关系选择合适的操作头型式。表4-9位置开关选型型号编号SQ1SQ2SQ3类型型号编号SQ4SQ5SQ6类型LX1-Z1LX1-Z1LX1-Z1直动式直动式直动式LX1-Z1LX1-Z1LX1-Z1直动式直动式直动式4.10导线的选型电缆导电线芯截面，一般按发热条件选择。当电流通过导线时，导线中就会产生电能损耗，使导线发热，温度升高。若温度过高就会使电缆绝缘老化，甚至损坏。查电路得In=29.4A29.4I’N=——————=34.2A1.0×0.86查表得应选用BLV（铝芯塑料绝缘线），截面积为2.5mm24.11变压器的选型变压器是电力系统中一种重要的电气设备。为了把发电厂（站）发出的电能比较经济的传输、合理的分配以及安全的使用，都要使用变压器。发电厂（站）发出的电压受发电机绝缘条件的限制不可能很高，一般为6.3~27KV左右，而发电厂（站）又多建在动力资源较丰富的地方，要把发出的大功率的电能直接送到很远的用电区去，几乎不可能。因为低电压大电流输电，一是在输电线路上产生很大的损耗，二是在线路上产生的电压降也足以使电能后送不出去。为此需要采用高压输电，即用升压变压器把电压升高到输电电压，例如110KV、220KV或500KV等。当输送的功率一定，输电电压越高，电流就越小。因而线路上的电压降和功率损耗明显减小，线路用铜量也可减小，节省投资费用。这样就能比较经济的把电能送出去。一般来说，输电距离越远，输送功率越大，则要求的输电电压越高。对于用户来说，由于用电设备绝缘与安全的限制，需把高压输电电压通过降压变压器和配电变压器降低到用户所需的电压等级。通常大型动力设备采用6KV或10KV，小型动力设备和照明则用380/220V。这样，电力系统就采用“低压”发电，高压输电，“低压”用电这样一种“发变输变配用”结构，从发电厂（站）发出的电能输送到用户的整个过程中，通常需要多次变压，变压器的安装容量可达到发电机总装容量的6~8倍，因此变压器对电力系统有着极其重要的意义。用于电力系统升、降电压的变压器叫做电力变压器。在电力拖动系统或自动控制系统中，变压器作为能量传递或信号传递的元件，也应用得十分广泛。在其他各部门，同样也广泛使用各种类型的变压器，以提供特种电源或满足特殊的需要。变压器的基本结构部件有铁心、绕组、油箱和冷却装置、绝缘套管和保护装置等。铁心和绕组是变压器通过电磁感应进行能量传递的部件，称为变压器的器身。油箱用于装油，同时起机械支撑、散热和保护器身的作用；变压器油起绝缘的作用，同时也起冷却作用；套管的作用是使变压器引线与油箱绝缘；保护装置则起保护变压器的作用。控制变压器的选择：控制变压器可实现高低压电路隔离，使得控制电路中的电气元件，如按钮、行程开关和接触器及继电器线圈等同电网电压不直接相接，提高了安全性。另外，各种照明灯、指示灯和电磁阀等执行元件的共的供电电压有多种，有时也需要控制变压器降压提供。常用的控制变压器有BK—50、100、150、200、300、400和1000等型号，其中的数字为额定功率（VA），一次侧电压一般为交流380V和220V（220V电压抽头适于单相供电时的情况），二次侧电压一般为交流6.3、12、24、36和127V、（12V电压也可通过12V和36V抽头提供）。控制变压器具体选型时要考虑所需电压的种类和进行容量的计算。控制变压器的容量P可以根据由它供电的最大工作负载所需要的功率来计算，并留有一定的余量，这样可的经验公式：P=K∑Pi式中Pi为电磁元件的吸持功率和灯负载等其它负载消耗的功率；K为变压器的容量储备系数，一般取1.1~1.25，虽然电磁线圈在起动吸合时消耗功率较大，但变压器有短时过载的能力，故式子中，对电磁器件仅考虑吸持功率。对本机床而言，接触器KM1~KM11的吸持功率为12W，中间继电器KA1、KA2、KA3的吸持功率为12W，照明灯的功率是40W，指示灯的功率都是1.575W，易算得总功率为254.3W，若取K为1.25，则算得P约为317.875W，因此控制变压器TC可选用BK—400VA，380、380V/36、36、6.3V。表4-10变压器选型型号编号TC1TC2额定容量（VA）BK-400380/36VBK-200380/24V/110V400200YC1电磁离合器的选型：假设额定转矩不少于2.5Kg/米则选用DLMO-2.5照明灯EL1EL2的选型：JC-2540W指示灯HL1～HL4的选型：XD1In=20～50mAPLC选型输入点数：22输出点数：17FX2N-48MR-001输入+输出=22+17=39小于48“M”———单元类型“R”———继电器输出（有接点，随负荷两用）环境条件——P4表项目规格环境温度环境温度抗振动抗冲击耐噪音接地0～55℃——使用时，-20~+70℃——保存时35～85%（不结露）——使用时JIS节C0911为依据，10～55HZ0.5mm（最大2G）3轴方向各2小时，但装有DIn导轨时0.5GJISC0912为依据10G3轴方向各3次噪声电压1000VP-P噪声幅值1us频率30～100HZ的噪声模拟实验第三种接地（100Ω以下）不可强电系统公共接地AC1500V1分钟耐电压全部端子与地线端子间接地用绝缘阻抗DC500V摇表5MΩ以上照明灯EL1EL2的选型：JC-2540W指示灯HL1-HL4的选型：XD1In=20~50mA表4-11Z30100X31型摇臂钻床的电气元件目录表符号M1M2M3M4M5M6KM主轴电动机起动与停止接触器KM2主轴电动机定子绕组Y形接法接触器KM3主轴电动机定子绕组△形接法接触器KM4摇臂上升接触器名称及用途符号QF5QF6QF7QF8YA1KA1KA2KA3名称及用途整流电路电源自动空气断路器照明电路电源自动空气断路器控制线路电源自动空气断路器信号灯电路电源自动空气断路器主轴箱、摇臂松开与夹紧电磁铁总起动中间继电器摇臂上升中间继电器摇臂下降中间继电器控制用十字开关主轴箱、立柱松开与夹紧转换开关照明灯开关主轴电动机过载保护热继电器主轴箱、摇臂松开与夹紧电动机过载保护热继电器主轴电动机摇臂升降电动机主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机立柱松开与夹紧电动机主轴箱水平移动电动机冷却泵电动机SA1SA2SA3FR1KM5摇臂下降接触器KM6主轴箱及摇臂松开接触器KM7主轴箱及摇臂夹紧接触器FR2KM8立柱松开接触器KM9立柱夹紧接触器TC1TC2整流变压器控制变压器KM10主轴箱向右移动接触器KM11主轴箱向左移动接触器KT1主轴电动机Y-△起动时间继电器KT2主轴箱和摇臂夹紧时间继电器KT3主轴箱和摇臂松开时间继电器SQ1摇臂上升极限限位开关SQ2摇臂下降极限限位开关SQ3摇臂松开限位开关SB1总起动按钮主轴电动机起动按钮摇臂上升起动按钮摇臂下降起动按钮主轴箱与立柱松开按钮主轴箱与立柱夹紧按钮总停止按钮主轴电动机停止按钮机床照明灯SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8EL1，EL2SQ4摇臂夹紧限位开关SQ5主轴箱松开限位开关HL1～HL4工作状态指示灯SQ6指示灯转换开关VC1YC1XS硅整流桥QF1总电源自动空气断路器QF2冷却泵电源自动空气断路器QF3摇臂升降电动机电源自动空气断路器主轴箱水平移动电磁离合器外接照明灯电源插座可调电阻R主轴箱及摇臂松紧电动机、立柱松紧电QF4动机、主轴箱移动电动机电源自动空气断路器4.12机床电气控制系统的工艺设计工艺设计的目的是为了满足电气控制设备的制造和使用要求。工艺设计的依据是电气原理图及电气元件目录表。工艺设计时，一般先进行电气设备总体配置设计。而后进行电气元件布置图、接线图，再进行各类元器件及材料清单的汇总，最后还要编写设计说明书个使用说明书，从而形成一套完整的技术文件。1、电气设备总体配置设计各种电动机及各类电器元件根据各自的作用，都有一定的装配位置，在构成一个完整的电气控制系统时，必须划分组件，同时要解决组件之间，以及电器箱与被控制装置之间的接线问题。通常可分为以下集中组件：2、机床电器组件拖动电动机与各种执行元件(电磁阀、电磁铁和电磁离合器等)以及各种检测元件（行程开关及压力、速度和温度继电器等）必须安装在机床的相应部位，它们构成可机床电器组件。3、器板和电源板组件各种控制电器（接触器、中间继电器和施加继电器等）以及保护电器（熔断器、热继电器和过电流继电器等）安装在电器箱内，构成一块或多块电器板（主板），而要控制变压器及整流、滤波元件也安装在电器箱内，构成电源板组件。4、控制面板组件各种控制开关、按钮、指示灯、指示仪表和需经常调节的电位器等，必须安装在控制台面板上，构成控制面板组件。各组件板和机床电器互相之间的接线一般采用接线端子板，以便接折。总体配置设计是以电气系统的总装置配图与总接线图形式来表达的，图中应以意形式反映出各电气元件（如电器箱、电动组件、机床电器等）的位置及接线关系，以及走线方式和使用管线要求等。4.13电气元件布置图的绘制电器元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。同一组件中电器元件的布置应注意：1、体积大和较重的元件应安装和电器板的下面（一般电器板在电器箱被垂直安装以便通风散热、接线和维修），而发热元件应装在电器板的上面。2、需要经常维护、检修和调整的电器元件的位置不不宜过高过低。3、电器元件布置不宜过密，对易产生飞弧的接触和自动开关尤其要注意。若采用板前走线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利于布线合和维护。还应考虑整齐、美观。4、原理图中靠近的电器元件，应尽量布置近一些，以缩短接线。布置图是根据电器元件的外行绘制，并标出各各元件间距尺寸，每个电器元件的安装尺寸及公范围，应严格按标准标出，作为底板加工依据，以保证各电器的顺利安装。在电器布置图设计中，还要根据本组件进出线的数量和采用导线规格，选择进出线方式，并采选用适当接线端子板或接插件，按一定顺序标上进出线的接线号。4.14电气接线图的绘制电气接线图是根据电气原理图及电气元件布置图绘制的，它一方面表示出各电气组件（电器板、电源板、控制面板和机床电器）之间的接线情况，另一方面表示出各电器组件板上电器元件之间的接线情况。因此，进行电器元件配线和检修查线的依据。机床电器（电动机和行程开关等）可先接线到装在机床上的分线盒，在从分线盒接线到电器内电器板上的接线端子板上，也可不用分线盒直接线接到电器箱。电器箱上各电器板、电源板和控制面板之间要通过接线端子板接线。接线图的绘制还应注意以下几点。1、电器元件元件按外行绘制，并与布置图一致，偏差不要太大。与电器原理图不同，在接线图中同一电器元件的各个部分（线圈、触点等）必须画在一起。2、所有电器元件及其引线应标注与电气原理图相一致的文字符号及接线回路标号。3、电器元件之间的接线可直接连接，也可采用单线表示法绘制，实含几根线可从电器元件上标注的接线回路标号数看出来。当电器元件数量较多和接线较复杂时，也可不画各元件间的界限，但是在各元件的各接线端子回路标号处应标注另一元件的文字符号，以便识别，方便接线。电气组件之间的接线也采用单线宝石法绘制，含线数可从端子板上的回路标号数看出来。4、接线图中应标出配线用的各种导线的型号、截面积及颜色等。规定交流或直流动力电路用黑色线，交流辅助电路为红色，支流辅助电路为蓝色，地线为黄绿双色，与电线连接的电路导线以及电路中的中性线用白色线。还应标出组件间连线的护套材料。4.15可编程控制器4.15.1绪论微机技术已经并继续在改变世界。以微机技术为基础的可编程控制器也正在改变着工厂自动控制的面貌。随着科学技术的迅猛发展，可编程控制器以其可靠性极高、能经受恶劣环境的考验，使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业自控领域，成为工业自动控制的首选产品，与机器人、CAD/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器，可以说只有可编程控制器才是真正的工业控制计算机。初期可编程控制器只是用于逻辑控制的场合，用于代替继电控制盘，但现在可编程控制器已进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。在保留了原来逻辑控制器的所有优点的同时,它吸收发展了其它控制设备（如过程仪表、集散系统、分散系统等）的优点，在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集及控制和图形工作站的经济合算、体积小巧、设计调试方便的综合控制系统。国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程序控制器标准草案中对PLC作了如下的定义：“可编程序控制器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。它采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，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外围设备，都按照易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展及功能的原则而设计。所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。我公司生产的GZPK100系列高速旋转式压片机就采用PLC的控制方式。PLC的可靠性：进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。PLC的可扩展性：要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。PLC的可维护性：PLC本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。操作：PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。PLC的产生已有30余年的历史，其发展大致可分为三个阶段。20世纪70年代的PLC，其主要功能只是执行原先由继电器控制装置完成的顺序控制、定时、计数等。20世纪80年代，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器市场价格大幅下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。为了进一步提高PLC的处理速度，不少PLC制造商还纷纷研制开发出了专用逻辑处理芯片，使得PLC的功能发生了巨大变化。20世纪90年代，PLC的发展趋势有两大特点：其一是向体积小、速度更快功能更强、价格更便宜的微小型PLC方向发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性、编程向IEC61131-3标准化发展。20世纪90年代日本三菱电机公司推出的A系列PLC及西门子公司推出的S7-400系列PLC都属于大型PLC。21世纪的PLC将向更加开放性的方向发展。从技术看，计算机技术的新成果会更多的应用于PLC的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能化更强的产品出现。我国PLC的研制和生产也有近30年的历史。最初在引进设备中大量使用PLC。通过技术引进，消化吸收，国产化PLC的生产厂家在1990年就有近30个，品种也有20余个。目前国产PLC已具有相当规模。原中外合资光洋电子（无锡）有限公司生产的PLC有超小型机PL系列；小型机SN系列、SM系列、SN系列、SZ系列、SR系列；中型机系列DL350、SU系列。其中SU-5M/6M最大I/O可达2048点。大连组合机床研究生产的S系列PLC、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列PLC等产品都具有一定规模并在工业控制中获得了广泛应用。可以预期，随着我国工业化、信息化进程的加快，PLC在我国将有更广阔的应用。4.15.2、按控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1、用于开关量逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，即可用于单台设备控制，又可用于多机群控及自动化流水线。如组合机床、磨床、注塑机、印刷机、订书机、包装流水线。2、用于模拟量控制在工业生产过程中，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，其通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间的转换，也即A/D转换及D/A转换。几乎各主要PLC制造厂商都有配套的A/D和D/A模块，使PLC可很方便地用于模拟量控制。3、数据处理现代PLC几乎都具有数学运算（含逻辑运算、函数运算、距阵运算）、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、处理及显示。这些数据可以与储存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，也可以将它们打印制表。数据处理一般用于较复杂的大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、化工、食品工业的一些大型控制系统。4、运动控制PLC可以用于直线运动或圆周运动的控制。其具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机数控（CNC）紧密结合，实现数字控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用运动控制模块。如可驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。几乎各主要PLC制造厂商都有运动控制功能。广泛用于各种机床、机器人、电梯等场合。5、用于通信联网控制系统高功能的PLC具有较强的通信联网功能，可实现PLC与PLC、PLC与远程I/O、PLC与上位计算机之间的通信，从而可形成多层分布式控制系统或工厂自动化（FA）网络。因此，使用PLC可以很方便地构成集中管理、分散控制的分布式控制系统，是实现工厂自动化的理想设备。4.15.3PLC的特点PLC是面向用户的工业控制计算机，具有许多明显的特点。1.可靠性高，抗干扰能力强工业生产过程对控制设备的可靠性提出了很高的要求，因为工业生产过程往往是昼夜连续生产，一般的生产装置几个月、甚至几年才大修一次。工业现场的各种电磁干扰特别严重，针对这一情况，PLC采取了一系列措施，使PLC能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间（MTBF）高，故障恢复时间短，其中主要包括：屏蔽对电源变压器、中央处理单元、编程器等主要部件和模块，均采用导电良好的材料进行屏蔽，以防止辐射干扰。滤波各输入端均采用R-C滤波器，滤波时间常数一般为10~20ms，对于一些高速输入端则采用数字滤波，其滤波时间常数可以用指令设定。隔离所有的输入/输出（以下均用简称I/O）接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离，减少故障和误动作。电源调整与保护对于微处理器所需的+5V电源，采用性能良好的开关电源，多级滤波和调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。元件筛选PLC所采用的元器件进行严格的老化和筛选。模块化结构PLC模块化结构有助于在故障情况下短时修复，一旦查出某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统恢复正常工作。同时也有助于加快查找故障原因。自诊断功能软件定期地检查外界环境，一旦发现异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。信息保护和恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息；一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的工作，所以PLC在检测到故障条件，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。一旦故障条件消失，就可以恢复正常，继续原来的工作，所以PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。双CPU冗余系统大型PLC还可以采用由双CPU构成的冗余系统或由三CPU构成的表决式系统，使可靠性更进一步提高。由于采取了上述一系列措施，PLC的MTBF时间已达几十万小时。2.丰富的I/O接口模块由于PLC是工业生产过程自动控制系统中的一个控制中枢，要实现对工业生产过程的自动控制，它还必须与各种工业现场的设备相连接，才能完成控制任务。因此，PLC除了具有计算机的基本部分外，还要有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号（如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、强电或弱电等），有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备（如按钮、行程开关、接近开关、光电开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等）直接连接。为了提高操作性能和直观性，它还有多种人一机对话的接口模块；为组成工业局部网络，它还有多种通信联网的接口模块等。3.编程简单PLC的梯形图编程语言类似于继电器控制线路的梯形图，它继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到工程技术人员的读图习惯，易于接受，因此受到普遍欢迎。在最初的梯形图编程语言中，主要有人们熟悉的常开触点和线圈、定时、计数等符号组成，对于使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员甚至技术工人理解和掌握。现在，PLC的功能大大增强，众多的功能指令也可以用梯形图语言来描述，也很容易使初用户接受。4.安装简单、维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，系统便可投入运行。PLC的各种模块上均设有运行和故障指示装置，便于用户了解PLC的运行情况和查找故障。为适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各部件都采用模块化设计，由机架或导轨及电缆将各模块连接起来。由于PLC采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。5.配套齐全、功能完善PLC发展到今天，已形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以适用于各种规模的工业控制场合。PLC除了逻辑功能外，现代PLC几乎都有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来，由于PLC智能化单元模块的大量涌现，使PLC的应用渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使PLC组成各种控制系统变得非常容易。6.体积小、重量轻、能耗低目前的超小型PLC，其底部尺寸小于100mm×100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于PLC体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。7.系统设计、调试周期短PLC用存储逻辑代替接线逻辑，与传统的继电器控制方式比，大大地减少了控制设备的外接线；PLC系统硬件设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，使控制系统设计及建造周期大大缩短了。4.15.4、PLC的分类PLC的产品很多，型号规格也不统一，通常可以分以下三种情况分类：1、按PLC的结构形式不同可分为整体式和模块式。2、按PLC的I//O点数分类可分为大、中、小三个等级。3、按PLC的功能不同，有可分为高、中、低档三种。4.15.5、PLC系统的组成PLC是以CPU为核心的电子系统，实质上它是一种工业控制用的专用计算机。PLC系统的组成与微机系统基本相同，它是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。一般小型PLC的基本单元主要由CPU、存储器、输入输出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等部分组成PLC的软件系统也包括系统程序和用户程序。4.15.6、PLC的工作原理1、PLC的工作方式PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式。用户首先要根据某一具体的要求编制好程序，然后输入到PLC的用户程序存储器中。用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。PLC运行工作时。CPU对用户程序作周期循环扫描，在无跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始顺序逐条的执行用户程序，直到用户程序结束，然后有返回第一条指令，开始新的议一轮扫描。在每次扫描过程中，还有完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作。PLC就是这样周而复始的重复上述的扫描循环。2、PLC的工作过程PLC的工作过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。PLC的工作过程上按这样三个阶段周期性循环扫描的。3、PLC对输入/输出的外理原则根据上述PLC的工作过程的特点，可得出PLC对输入输出的外理规则：（1）输入映象寄存器的数据，取决于输入端子板上各输入点在上一个刷新期间的状态。（2）输出元件映象寄存器的内容由程序中输出指令的执行结果决定。（3）输出锁存器中的数据，由上一个工作周期输出刷新阶段的输出映象寄存器的数据确定。（4）输出端子板上各输出端的ON/OFF状态，由输出锁存器的内容来确定。（5）程序执行过程中所需输入、输出状态，由输出映象寄存器和输出映象寄存器读出。4.15.7、PLC程序的表达方式1、梯形图（LD）梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言。梯形图由触点、线圈和应用指令等组成。触点代表逻辑输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的输出标准位等2、语句表（IL）又叫指令表，类似于计算机汇编语言的形式。PLC的指令表是与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表（Instuctionlist）程序。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。3、功能块图（FBD）用来表达一个顺序控制的过程这是一种位于其他编程语言之上的图形编程语言，用来绘制顺序控制程序。顺序功能有图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，根据它可以很容易地画出顺序控制梯形图程序。4、结构文本（ST）4.15.8可编程控制器的选择1、可编程控制器的类型PLC分为整体式PLC和模块式PLC，OMRON的C20P、C40P、CMP1A、CMP2A，MITSUBISHI的F、F1、F2、FX0、FX1N、FX2N和A、Q系列，日本松下的FP，都属于整体式PLC。其结构示意图如下图4-1PLC的结构示意图整体式PLC是将CPU、存储器、输入/输出（I/O）、电源电路和通信端口等组装在同一机体内。而模块式PLC是将上述几个单元分别做成相应的模块，应用时根据控制要求插在基架上，各个模块间通过基架上的总线相互联系。同时这种PLC的系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。其基本结构框图如下：图4-2PLC的基本框架图FX2系列可编程控制器是三菱小型PLC的典型产品，具有85条功能指令。分为程序控制、传送比较、数据操作、高速处理、方便指令、外部I/O处理及功能块控制等基本类型。三菱PLC的新产品——FX2N系列可编程控制器FX2型功能指令的基础上，又增加了浮点数运算、触电形比较及时钟功能等指令，数量可达到128种298条。本次设计中，输入点22个，输出点17个，则系统的核心部分由FX2N—48MR基本单元一台和FX2N—48EX扩展单元一台组成。按控制功能来分，简单可编程控制器通常只有逻辑运算、计数和计时功能，常用于一般的逻辑控制和简单的顺序控制系统。普通可编程序控制