C车床电气系统的PLC改造

太原科技大学毕业设计（论文）XXＸXX学院毕业设计论文课题名称C６５0卧式车床的掌握系统的PLＣ掌握改造学院专业班级学号姓名指导老师年月日Xxx学院毕业设计（论文）PAGEPAGEIIIC650卧式车床的掌握系统的PＬＣ掌握改造摘要更新改造旧机床是最近几年进展起来的一个新兴产业，该设计是对C6５０卧式车床的掌握系统的PLC掌握改造的商量设计。接受连线少、体积小、功耗小、掌握速度快、牢靠性高、功能完善的ＰＬC掌握系统，来代替电气掌握系统中继电器掌握规律，配以合适的数控系统，可使机床掌握功能更加丰富,自动化水平大大提高。此次设计从被控对象的I/O点数和性价比高、综合成本低这几个主要原则动身，主要进行了掌握装置选型,PＬC的地址支配和用梯形图编辑的ＰＬC掌握程序设计。改造后的机床在实现机床原有功能的基础上还增加了自动加工、自动换刀等多种功能.关键词：数控改造;继电器；PLC；梯形图ＲeｓｅaｒchａnｄDeｓignforC650horizontaltypeｌaｔheRｅｃｏｎstructｉｏnonPLCＣoｎｔrｏlＡＢＳＴRACTRｅtrofittｉngｏbｓolｅtｅoldmachｉnｅtoolｓｉsanindｕｓtｒydeｖｅlopedｉnｔhｅrecentｙears，thisdeｓignmaｋeｓａrｅconstｒｕctiｏntowarｄsReｓearchandDesigｎｆorC650horizoｎtaltyｐeｌaｔｈeReｃonsｔｒuctｉｏnonＰＬCControｌＭyｐurpoｓｅｉstoｕseｔhestａtｅoｆＰLCｍｅmoｒｉｚｅｒunittoｒｅｐlａｃetherelaymechaｎiｃａｌtoucｈinserieｓorｐarａlｌｅlcｏnnecｔｉoninｅlｅｃｔrｉccoｎtrｏlsystem,SysteｍsｃｏnｔrｏlｌedbｙPLChavefewlinecoｎneｃｔedanｄsｍallcｕbage，lｉttｌｅｐｏwercostanｄhｉghcoｎtｒoｌsｐeedａｓwｅlｌａｓpｒeｃiｓioｎ，aｎdthatPＬＣhaｖecoｕntfｕnｃｔion,whichthｅelectｒiｃｃontｒｏlｓysteｍdｏn'thaｖｅｃｏｍmonlｙ。ThisdesignonthepriｎcipｌeoｆｔhenumbｅroｆＩ/Ｏｓpotｉｎobｊecｔｃoｎtroｌｌedａｎdhigｈｐerformａncｅｔｏpriceｒatｉoandｌｏwcoｍｐreｈenｓｉvecost。PLC’ｓaｄdreｓsｄistrｉbutｉｏnａndPLＣcｏntrｏlｅｄｉteｄbｙlaｄdｅrdiａgｒaｍｉsｍainlyｄｅｓigneｄ．Ｏnthebａsｉsoｆｃａrryｉnｇoｕtmaｃｈinｅtooｌs’iｎtrinｓiｃｆuｎctiｏｎｓ，ｏtheｒｆunｃtioｎssuchasａutomaｔicｍａchinｉｎgandautｏｍａtｉctoolchaｎgｅisaddeｄａｆｔeｒrｅcｏｎｓtｒｕｃtｉoｎ。Keｙｗｏrdｓ:dｉgｉｔaｌcoｎtｒolrｅcｏnstruction；；ｒelay；PＬC;ladderpｒｏgram目录TOC＼o＂１—3"\h\ｚ＼ｕHYPERLＩNＫ\ｌ"＿Tｏc26４３07２21”摘要 PAＧEREF＿Toc２643０７２2１\hIＨＹPEＲＬINK＼l＂＿Tｏｃ2６4３07222＂AＢSTRACT PＡGＥREＦ_Toc2643０72２2\hIIHYPＥＲLINＫ＼l＂＿Tｏc264３０722６"第1章绪论ﻩＰAGEREＦ_Toｃ２64３０７22６\ｈ１ＨYＰERＬINK\l＂_Toc26４3072２7"1。1一般机床改造的意义和前景ﻩＰAGＥREF_Toc264３0７2２７\ｈ１HYＰEＲLINK＼l＂_Tｏｃ2６4307228”1。２PLＣ的基础知识ﻩＰAGEREF_Ｔoｃ264３07２28\h4HＹＰERLIＮK\ｌ"＿Ｔoc26430722９＂1.3PLC掌握系统与电气掌握系统的比较 ＰAＧEREF_Toc2６４３072２９\h5HYPERLINＫ＼l＂_Toc26４307２3０”１.4电气系统改造为PＬＣ掌握的意义ﻩPＡGERＥＦ_Ｔｏｃ2６４307２30＼h６HYPERＬIＮＫ２.2Ｃ６50车床的掌握要求 PＡＧERＥF_Tｏｃ26４307234＼h１0HYPＥRＬＩＮK\l”_Toｃ26４3０7２35＂2。3继电器电气线路的分析ﻩPＡGＥREF_Toc26４30７２35\h11ＨYPERＬIＮK３。2.1PLＣ的硬件组成与各部分的作用ﻩPAGＥREＦ_Tｏｃ2６４307244＼ｈ１5HＹＰEＲLINK\l"＿Tｏｃ2６4307２4５”３．2.2ＰＣ的技术指标ﻩPAＧERＥF_Ｔoc２６４30７245\h18HYPERＬIＮK\ｌ"_Toc26４３072４６”3。3Ｉ/0支配表ﻩPAGＥREＦ＿Ｔoｃ2６４3０7246\h20ＨYＰEＲLINＫ＼l”＿Toc2643０7247＂3.4PLＣ掌握系统外部接线图的设计ﻩPＡGEＲＥＦ_Ｔoc2643072４7＼ｈ2１HＹPＥRＬＩNK\ｌ”_Toc2６4３０7248”第４章C６５0卧式车床改造为ＰLＣ掌握的软件设计 PＡGＥＲEF＿Toc264307２４8\h22HYＰERLＩＮK\l"_Ｔoc２6４3０７249＂4.1电动机M1正、反转掌握梯形图的设计 ２643０７2４９＼h２2HYPＥRＬINＫ\ｌ”＿Toｃ２６43072５0＂4．2电动机M１正转点动掌握及反接制动掌握的设计 PＡGERＥＦ_Ｔｏc2６43０725０\ｈ２4ＨYPERＬＩNK\l”_Ｔｏｃ２643072５1＂４。4梯形图ﻩＰAGEREF_Toc2６4３０7２５1\h28HYPERLIＮK\ｌ＂＿Ｔｏc26430725２"4。5语句表 PAGEREF＿Toｃ26４307252＼ｈ3０HYPERＬINK＼l"＿Tｏc２6430７25３＂第5章调试ﻩＰＡGERＥF_Toｃ２643０7253\h３3HＹPERＬＩNK\l＂＿Toc２６4307254”5．1Ｍ１的正转点动调试 PＡGEREＦ＿Toｃ2６430７2５4＼ｈ３4ＨYPＥＲLＩNＫ\ｌ”_Tｏｃ2６430７25５”５.2M１正转调试ﻩPAGＥREF_Toｃ26４3０７2５5\h３5ＨＹPERＬINK＼l"_Toｃ2６4３０７25６”5.3反转调试ﻩPAGＥＲEF＿Tｏc26430７2５6\h３６HYＰＥRLINK\l＂_Toc2６43０7２57”5.４反转制动调试ﻩPAGERＥＦ_Toｃ2６4３07２57\h37ＨYＰＥＲLＩNK\ｌ”_Ｔｏc2643０72５８”5.5Ｍ2的起动调试ﻩPAGEREF＿Toｃ26430７２58＼h3８HＹＰＥRLIＮK＼l"_Tｏｃ26４307259"5．6M２的停止调试ﻩPＡGEREF_Ｔｏc2643０7259＼h38ＨYPＥＲLINＫ＼l”＿Tｏc２64３0７260”5.７M３的起动调试 PAＧEREF＿Toｃ2６430７26０＼h3８HYPERLＩＮK\ｌ＂_Ｔoc2６4３０７２６1"第6章结论ﻩＰAGEREＦ_Toｃ２６4３０7２61\h39HYPＥRLＩNＫ\l”_Ｔoc2643０7262"致谢ﻩPAGEＲEF_Tｏc264３０７262\ｈ４０HＹPERLIＮＫ\l”_Tｏc264307263"参考文献ﻩＰＡGＥRＥＦ_Toc264307２６３\h４1PAGEPAGE1第１章绪论１。1一般机床改造的意义和前景从2０世纪中叶数控技术消灭以来，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、结构较简洁、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进展的重要装备.更新改造旧机床是最近几年进展起来的一个新兴产业，在国外己形成肯定规模和市场,涌现出了很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，担当者必须具备比较全面的知识和阅历,不仅要生疏各种类型的机床和不同类型的数控及驱动系统，还要生疏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格外高.随着科同学产力的进展，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进展.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进展，要求在最短时间生产出优质、高产、低价的新产品。接受先进的工艺设备，包括接受数控机床，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进展的总趋势.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进展中国家来说，接受旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率,是一个极其有效和有用的途径．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日，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宽阔的市场,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。从事再生业的闻名公司有: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。从事改装业的闻名公司有：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进展进步，机床改造仍是一个“永恒"的课题，并且正在向着更高层次进展。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进展,接受数控技术改造旧机床主要有下述适应性和特点：（１)削减投资、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。格外是大型、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）机械性能稳定牢靠,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。而铸铁件年月愈久，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，即节省了社会资源，又削减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)生疏了解设备结构性能，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，以致很难估量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精准地估算.机床数控改造时，可依据企业自身的技术力气和有关条件,接受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，培育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气,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,往往对一个简略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。而接受改造的方案,就可灵敏选取所要的功能,并可依据生产加工要求，接受组合的方法,增添某些部件，设计改造成专用数控机床.（6)可准时接受最新技术、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进展，目前已有众多的社会资源来支持机械方面的改造.如可任意选购各种尺寸的滚珠丝杠副，而且交货期短:接受贴塑导轨新技术,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，可放开供应。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。1．2ＰＬC的基础知识PLＣ（即可编程规律掌握器,PｒogrａmmableLogicＣontrｏｌleｒ）是用来取代用于电机掌握的挨次继电器电路的一种器件（图１-1)。是由仿照原继电器掌握原理进展起来的，二十世纪七十年月的PＬＣ只有开关量规律掌握,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行规律运算、挨次掌握、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,来掌握各类机械或生产过程。用户编制的掌握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可编程序掌握器的基本结构ＰLＣ用梯形图编程,在解算规律方面，表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K规律程序不到1毫秒。它把全部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的掌握器.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的掌握器，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,接受PLC较为合适。ＰLＣ由于接受通用监控软件,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。几乎全部需要电气掌握的地方都需要PLＣ.可编程掌握器得以飞速进展和广泛使用的缘由是由于它具有继电器接触器掌握装置和通用计算机以及其他掌握系统所不具有的特点:（1）运行稳定、牢靠性高、抗干扰能力强（2）设计使用和维护便利(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。3ＰＬC掌握系统与电气掌握系统的比较PLC掌握系统与电气掌握系统的比较主要有以下优点：（1）掌握方法电气掌握系统掌握规律接受硬件接线,利用继电器机械触点的串联或并联等组成掌握规律,其连线多且简洁、体积大、功耗大，系统构成后，想再转变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电气掌握系统的灵敏性和可扩展性受到很大限制。而PLC接受了计算机技术,其掌握规律时以程序的方式存放在存储器中的，要转变掌握规律只需转变程序,因而很容易转变或增加系统功能.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系统的灵敏性和可扩展性也较好。（2)工作方式在继电器掌握电路中，当电源接通时,电路中全部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的用户程序按肯定挨次循环执行，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挨次，这种工作方式称为串行工作方式。（3)掌握速度继电器掌握系统依靠机械触点的动作实现掌握，工作效率低,机械触点还会消灭抖动问题。而PLＣ时通过程序指令掌握半导体电路来实现掌握的，速度快,程序指令执行时间在微秒级，且不会消灭触点抖动问题。（4)定时和计数掌握电气掌握系统接受时间继电器的延时动作进行时间掌握,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接受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，用户可依据需要在程序中设定时值,修改便利，不受环境的影响，且ＰLC具有计数功能，而电气掌握系统一般不具备计数功能。(5)牢靠性和可维护性由于电气掌握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，所以牢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、牢靠性高。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，并能动态地监视掌握程序的执行情况,为现场的调试和维护供应了便利。１。4电气系统改造为PLＣ掌握的意义传统的继电器—接触器掌握系统由于其结构简洁、容易掌握、价格廉价,在肯定的范围内能满意掌握要求，因而使用面甚广，在工业掌握领域中曾占主导地位，但是继电器—接触器掌握有着明显的缺点:设备体积大、寿命短、牢靠性差、动作速度慢、功能少、程序不行变；因此对于程序固定，掌握过程不太简洁的系统还是适合的。但是由于它是靠硬连线规律构成的系统，接线简洁,所以当生产工艺或对象转变时,原有的接线和掌握柜就要改接或更改，通用性和灵敏性较差.但可编程序掌握器（PＣ)以其完善的功能，很强的通用性,体积少及高牢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被广泛接受为核心的掌握器件。它既可组成功能齐全的自控系统掌握整个工厂的运行，亦可单独使用作单机自动掌握。它还是继电器掌握柜的抱负替代物。在生产工艺掌握、过程掌握、机床掌握、组合机床自动掌握等场合，PC占有举足轻重的地位.格外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。1.５PＬC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进展，给电气掌握技术开辟了新的前景。可编程掌握器是近几十年进展起来的一种新兴工业掌握器,由于它将计算机的编程灵敏、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的掌握简洁、使用便利、抗干扰力强、价格廉价等优点结合起来,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掌握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掌握的简洁的程序掌握过程,而实际生产工艺和流程又是常常变化的,因而传统的继电接触掌握系统常不能满意这种要求.电子计算机掌握系统的消灭，提高了电气掌握的灵敏性和通用性,其掌握功能和掌握精度都得到很大的提高。然而在其初期,存在着系统简洁，使用不便，抗干扰能力差,成本高等缺陷,尤其对上述简洁的过程掌握有大材小用和不经济等问题.因而,在2０世纪60年月消灭了一种能够依据生产需要，便利地转变掌握程序，而又远比电子计算机结构简洁，价格低廉的自动扮装置-—挨次掌握器，它是通过组合规律元件插接或编程来实现继电器接触掌握线路功能的装置.它能满意程序常常转变的掌握要求,使掌握系统具有较大的灵敏性和通用性，但它还是使用硬件手段,装置体积大，功能也受到肯定限制。随着大规模集成电路和微处理技术的进展和应用,上述掌握技术也发生了根本的变化．在20世纪７０年月消灭了用软件手段来实现各种掌握功能以微处理器为核心的新型工业掌握器——可编程掌握器,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掌握和继电器掌握系统两方面的优点，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掌握。PＣ消灭后就受到普遍的重视，其应用进展也十分的飞速，缘由在于现有的各种掌握方式相比，它有一系列受用户欢迎的特点,主要是：１。牢靠性高，抗干扰能力强在恶劣的工业环境下工业生产对掌握设备的牢靠性提出很高的要求。PC是专为工业掌握而设计,由于实行了一系列措施，使PC掌握系统的平均无故障间隔时间一般能达到4～５万ｈ，远远超过传统继电器掌握和计算机掌握系统．可以说，到目前为止尚无任何一种工业掌握系统的牢靠性能达到和超过ＰＣ.保证PC工作的牢靠性高、抗干扰能力强的主要措施是：（1）接受循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式.（2）硬件设计接受模块式结构并实行屏蔽、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牢靠性电路。（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协作实现各种故障的诊断、处理、报警显示及保护功能.因此PＣ优于微机掌握的首要特点是它能适应恶劣的工业环境。2.编程简洁、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。它与继电器掌握原理图类似，具有直观、清楚、修改便利、易掌握等优点。3．组合灵敏使用便利由于它接受标准化得到通用模块结构，能灵敏便利地组合成各种不同规模、不同功能的掌握系统.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掌握能力，它既可以对开关量进行掌握又可以对模拟量进行掌握。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进展和应用领域日益扩大,PC技术及其产品仍在连续进展,其结构不断改进，功能日益增强，性价比越来越高。第2章C6５0车床的主要结构与掌握要求２。1C65０车床的主要结构一般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卧式一般车床属中型车床，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、便于对刀和减小帮助工时，Ｃ650车床的刀架还能快速移动，称为帮助运动。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。2C65０车床的掌握要求从车削工艺要求动身，对各电动机的掌握要求主要是：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;能正反转以满意螺纹加工需要；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:用以加工时供应冷却液,接受直接起动、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。3继电器电气线路的分析C650车床电气掌握原理图如图2。１所示：图２.1C650车床电气掌握原理图2．3。１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，接受直接启动方式，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。为加工调整便利，还具有点动功能。电动机M１掌握电路分为四个部分：①由正转掌握接触器KM１和反转掌握接触器KM2的两组主触点构成电动机的正反转电路。②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临时短接。③串联电阻限流掌握部分,接触器KM3的主触点掌握限流电阻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.④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，其动合触头可将掌握电路中反接制动的相应电路切断,完成停车制动.电动机M２供应切削液，接受直接启动停止方式,为连续工作状态，由接触器KＭ４的主触点掌握其主电路的接通与断开。快速移动电动机M３由沟通接触器KM5掌握,依据使用需要,可随时手动掌握启停。为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了接受熔断器的短路保护环节和接受热继电器的电动机过载保护环节。２。３。２掌握电路分析电源:由掌握变压器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平安电压由主令开关SA掌握。主电动机M1掌握：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n≥120ｒ/ｍin时)→KＳ-1+（ＫT延时到，起动完成）→转速达n,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ｎ≤1０0r/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.接受掌握流程来表达电路的过程具有简洁、一目了然的优点。其基本步骤是:各自受控点动作后消灭的掌握结果（利用坐标标注检索可避开遗漏)。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。2。3。3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FU１~ＦU6实现短路保护。由FR１与FR2实现Ｍ1与M2的过载保护(依据M1与M２额定电流分别整定)。KM１～KM４等接触器接受按钮与自保掌握方式，因此使M1与Ｍ２具有欠电压与零电压保护.第3章C650卧式车床改造为PLＣ掌握的硬件设计3．１统计I/0的点数依据第2章的主电路分析,统计I/0的点数如表3-1所示：表3－1I/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１3.2PLＣ的选型依据设计要求可知，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，依据Ｉ/Ｏ口支配情况可知:输入信号有11个，输出信号有６个,依据I/O点数可选择FX２Ｎ—24MR可编程掌握器，以满意掌握要求,而且输入输出都留有肯定的余量。３.2。1PLＣ的硬件组成与各部分的作用可编程掌握器（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.它接受可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行规律运算、挨次掌握、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，掌握各种类型的机械或生产过程。可编程序掌握器及其有关设备，都应按易于与工业掌握系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。其结构如下图：图３。１PLC硬件基本组成的简化框图由图可见,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。ＣＰＵCPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、掌握器、寄存器及实现它们之间联系的数据、掌握及状态总线构成，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的系统程序给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掌握信号，去指挥有关的掌握电路，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依据掌握需要可读可写，可任意修改、删除。可接受高密度、低功耗的ＣMＯSＲAM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掌握现场实现外部掌握功能。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细心设计和制造的。通用计算机则要求拥护依据使用条件自行开发，其牢靠性、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），另一种是沟通输入(ＡC100～12０Ｖ或2０0~２40V）,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,有源输入器件可接受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3.224V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.晶闸管输出访用沟通负载,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依据负载要求自行支配。输出电路仅是供应输出通道.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，可直接接受一般单相沟通电。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供应ＤC24V电源。3.2。2PＣ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是专为工业掌握设计的，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０～55℃环境湿度35％～85%ＲH(不结露)抗震ＪＩSC09１１标准１0~55Hz0.５5ｍm(最大２g)３轴方向各2h抗冲击ＪＩSC09１2标准10g3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１μs,频率为30~10０Ｈz噪音，在此噪音干扰下PLＣ正常工作耐压１５00AC１min绝缘电压5M以上,500VDC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意要求.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2４ＶDＣ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250VAC，３０ＶＤC８5～２42VＡＣ5～3０ＶDC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/100VＡC30VA／240VＡＣ１2Ｗ/24VDC灯负载100Ｗ3０W1.5Ｗ/24VＤC开路漏电流＿＿_＿１mA/１００VAC2。4mA/２40VＡC0.1mA／３0VDC最小负载＿__＿０．4VＡ/100VＡC2．3VA/240VＡＣ＿___响应时间OＦF—NO约10mｓ1ms以下0.２ms以下NO—OFF约1０ms最大１0mｓ0．２ms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-32MＦX－32ＥＦX-48MＦＸ—48EFＸ—64MＦX-８0M电源电压(1０0~２４0Ｖ)＋1０％—15％AＣ５0/60Ｈz（1２0/２4０V电源系统)瞬间断电允许时间对于10ms以下的瞬间断电掌握动作不受影响电源熔丝2５０Ｖ2Ａ,5ｍm*20mm25０Ｖ５A，5mm＊2０mm电力消耗／VA30３540506０70传感器无扩展模块电源有扩展模块24ＶDC250mA以下2４VDC1０0mA以下(扩展16点时）24VＤＣ400mA以下２４ＶDV１５0ｍA(扩展32点时)3。3Ｉ/0支配表依据所统计的Ｉ／Ｏ口与所选的PLC的型号可列出其Ｉ/O支配如表3—6所示：表３-6PLCＩ/O支配表输入设备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Ｘ123．４PＬC掌握系统外部接线图的设计图3－３外部接线图第４章Ｃ65０卧式车床改造为PLＣ掌握的软件设计4．1电动机Ｍ１正、反转掌握梯形图的设计电动机M１由接触器KＭ1～ＫM3掌握，PLC中掌握KＭ１～ＫM３的输出继电器分别为Y0~Y２.Ｙ0～Y２分别位于梯形图的第６、9、10梯级。在第Y0［6］、Y1[9］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，以掌握Ｙ0、Y1延时启动。在第５、第8梯级分别设计T1、T2的线圈电路,它们分别由帮助继电器M1０1、M10２的动合触点＃M１０1、＃M1０２掌握。在第4、第7梯级分别设计帮助继电器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、动断触点掌握。由I/O支配表可知,输入继电器X２、Ｘ3分别为启动按钮SB2、反转启动按钮SB3掌握.由此可知，帮助继电器Ｍ１01、M１０２分别为正转、反转启动帮助继电器。在第Y2［10］线圈电路中，串接有M１01、Ｍ１０2的动合触点#M10１、#Ｍ１０2的并联支路，因此只有帮助继电器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、反转掌握梯形图如上图４．１所示。M1正反转掌握的转换是由接触器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，要避开电源短路，必须在完全没有电弧的情况下使KM2主触点闭合。在继电器接触器掌握中，通常接受KM1和KM2互锁的方法来避开电源的短路。ＰLＣ掌握与继电器接触器掌握不同，ＰLＣ在循环扫描进，执行程序的速度是格外快的,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，必须实行防止电源短路的措施。在梯形图中,定时器T1与Ｔ2用来掌握正、反转切换的延时时间(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。图4．1电动机的正反转掌握梯形假定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,使反向帮助继电器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正转动作挨次如下所示:M１反转的工作过程与正转的工作过程相同，不再赘述.４。２电动机Ｍ1正转点动掌握及反接制动掌握的设计图4。2为M1的点动及反接制动掌握梯形图.这里使用了MC（主控指令）和ＭCR（主控复位指令）。点动掌握是在接触器KＭ2和KM3不动作（即输出继电器Y1和Y2的动断触点◎Y1［3］、◎Ｙ2［３］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#X１[1］、＃X1［3］闭合，使帮助继电器M１03［1］和M１00[3]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◎Ｘ0[2］,◎X７［2］闭合,使帮助继电器M2［2］得电，其动合触点＃Ｍ2［3］闭合,则执行MC~ＭCＲ之间的主控程序.由于M１00得电，其动合触点＃M１0０[6]闭合,输出继电器Ｙ０[6]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#X1［3］断开,M1０3［３］和Y0［6］失电（由于Ｍ1０0、Y0ﻩ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，＃Ｘ11[1３]仍闭合,另外由于Y0［6］失电,其动断触点◎Y0[9］◎Ｙ0[13］复位闭合.由于帮助继电器M103［1］得电并自锁，其动合触点＃M１０3［13]闭合,启动定时器T3[1３]，通过定时器Ｔ３延时0。5秒，其动合触点#Ｔ3［９］闭合,使Ｙ1[9］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,＃X11［１3］断开,Ｔ3［13]失电，＃T３［9]断开，使Y1[9]失电,制动结束.由此可见，点动结束时,自动进入反接制动。图４．2M1的点动及反转掌握梯形电动机M1的点动运行动作挨次如下电动机点动停车反接制动掌握动作挨次如下所示4。３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,◎Ｘ0［２］断开,M2［２］失电，M２[３］断开，不执行MＣN0～MCRＮ０之间的程序;同时#X0[1］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，＃Ｘ０［１]仍闭合.当松开停止按钮SＢ时，X0失电，◎X0［2]又闭合,M2［２]得电，M2［3］闭合，执行ＭCＮ０～ＭCRN0之间的程序,这时定时器T3[13］，延时0．5秒，#Ｔ3[9]闭合,Y１［9]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，不同的是接受KS２（Ｘ12）、T４和Y0来掌握。在反接制动中接入帮助继电器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，引入通用帮助继电器Ｍ103。电动机M１正转停止的动作挨次如下:电动机M1正转停止反接制动动作挨次如下:4。４梯形图依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4.３C６５０车床梯形图４。５语句表ＬＤﻩX0 ﻩﻩﻩ ﻩﻩM1停止OＲﻩX1ﻩＭ1点动LDﻩM103ﻩ正反转反接制动停车掌握ANＩﻩＭ１01ANIﻩM１02OＲＢOＵTﻩM10３LＤIﻩＸ0ﻩ执行ＭC指令ANＩﻩX７ﻩＭ1启动或停车MＣﻩN0ﻩM2LＤﻩＸ1ﻩM1正转点动掌握ANIﻩY1ANI Ｙ2OUT M10０LD Ｘ2 正转启动帮助继电器ORﻩM1０１ANIﻩＸ３ANＩﻩM１02OUＴﻩＭ1０１LD M10１OUＴﻩＴ1Ｋ5ﻩ正转延时掌握LDﻩT１ﻩM１正转OR M１０0ﻩM1点动ＯＲ T4ﻩM1反接制动ＡＮＩﻩY1OUT Ｙ0ＬDﻩＸ３OＲﻩＭ10２AＮＩﻩX2ANIﻩM101ＯUTﻩM102ﻩ反转启动帮助继电器LD Ｍ102 反转延时掌握OＵTﻩT2ﻩK５LＤﻩT2 反转ＯRﻩT3ＡNIﻩY0OUTﻩＹ１ＬDﻩM10１ OＲﻩＭ１０2ＯUTﻩY2ﻩ短接电阻RLDﻩＭ1０1OＲ Ｍ１０2ＯＵＴﻩＴ5ﻩK５LＤﻩT５ 电流表掌握OUTﻩY5LDﻩＭ１