PL应用基础技术 2

任务1C650车床PLC升级改造任务目标【知识目标】1．理解C650车床及传统机床运行的工作原理。2．掌握C650车床及传统机床的主电路及控制回路的控制原理。3．掌握继电器移植编程方法。【能力目标】1．能够完成C650车床及典型机床电气控制原理图的分析。2．能够通过继电器移植编程方法实现对C650车床及典型机床PLC控制系统的改造。3.具备传统机床的电路分析及PLC改造升级的基本能力。【素质目标】1．通过“传统车床继电器控制系统PLC改造”提升“节能、环保、智能制造”意识。2．通过传统机床电路分析、机床故障诊断、排除，培养一丝不苟的职业素养、工匠精神。3.通过传统机床控制系统PLC改造升级，提升对智能制造行业的专业热忱。任务分解【任务要求】图6-1-1C650卧式车床结构示意图【任务分析】了解C650车床的结构组成、加工方式、动作特点、操作方法，分析图6-1-2C650车床电气控制系统原理图的基本原理，进行PLC控制系统的设计安装及改造。图6-1-2C650车床电气控制系统原理图（1）主电路分析本车床有主轴电动机、冷却泵电动机和快速移动电动机。其中主轴电动机采用直接起动，能正反转运行，并且停机时采用电压反接制动；冷却泵电动机和快速移动电动机均采用直接启停，且单向运行。控制主轴电动机的接触器有：KM1、KM2、KM3，及用于保护电流表用时间继电器。控制冷却泵电动机的接触器有：KM4。控制冷却泵电动机的接触器有：KM5。（2）控制电路分析1）主轴电动机M1的点动由控制按钮SB2控制；2）主电动机M1正反转分别由控制按钮SB3和SB4控制；3）主轴电动机M1的正、反向运行的反接制动由停止按钮SB1、及速度继电器KS1和KS2控制；4）主轴电动机M1有过载保护。5）冷却泵电动机由控制按钮SB5和SB6控制启停。6）刀架快速移动由电动机M3拖动，由操作手柄压动行程开关SQ控制。（3）PLC信号分析及选型PLC的输入信号——按钮SB1～SB6、速度继电器KS、行程开关SQ和热继电器FR1、FR2、FR3、及照明开关SAPLC的输出信号——控制三台电动机的接触器KM1～KM5、及照明灯EL为被控器件，作为PLC的输出信号。注意：控制电路中的时间继电器可用PLC内部的定时器替代，但主电路中保护电流表用的时间继电器延时断开的常闭触点不能用PLC内部定时器触点替代。在工程实际中，往往用一中间继电器的触点取代该时间继电器的延时触点。因此，该中间继电器的线圈也是PLC的控制对象，需要PLC输出信号驱动。【思考讨论】理解继电器控制与PLC控制的异同，如何通过PLC来进行改造，PLC控制的优点有哪些？任务实施【硬件设计】根据以上分析，可知C650型普通车床采用PLC控制需要的输入点数为12，输出点数为7，总点数为17，考虑到控制功能的拓展需要，给予一定的输入、输出点裕量；PLC输出控制对象为接触器和继电器的线圈及照明灯，考虑机床原来提供的电源情况和安全因素，接触器和继电器的线圈工作电压选用AC220V，而照明灯选用工作电压AC36V；接触器、继电器及照明灯工作通断频率极低，因此选择继电器输出的PLC即可。综合考虑，该车床选用输入点数、输出点数均为16，工作电压AC220V，DC24V输入、继电器输出，型号为FX3U−32MR/ES的PLC可以满足系统要求。（1）填写项目设备表。表6-1-1项目设备表序号名称型号数量备注1可编程序控制器2电动机3指示灯4继电器5热继电器6行程开关7速度继电器8开关9按钮10熔断器11接线端子排（2）输入/输出的点分配根据被控对象对PLC系统的功能要求和所需要输入/输出的点数。分配输入/输出的点，见表6-1-2所示。表6-1-2I/O分配表输入（I）输出（O）元件功能信号地址元件功能信号地址SB1总停止按钮(常闭触点)X0KM1M1正转运行接触器Y0SB2M1点动按钮(常开触点)X1KM2M1反转运行接触器Y1SB3M1正转起动按钮(常开触点)X2KM3M1切除电阻接触器Y2SB4M1反转起动按钮(常开触点)X3KM4M2运行接触器Y3SB5M2停止按钮(常开触点)X4KM5M3运行接触器Y4SB6M2起动按钮(常开触点)X5KA中间继电器Y5KS1正转速度继电器(常开触点)X6EL照明灯Y10KS2反转速度继电器(常开触点)X7———FR1M1热继电器(常开触点)X10———FR2M2热继电器(常开触点)X11———SQM3行程开关X12———SA照明灯开关X13———（3）绘制PLC（I/O）接线图，并完成接线。绘制PLC（I/O）接线图，并根据所选用的PLC型号，首先检查电源类型、电压等级是否与PLC的工作电源匹配。确认电源无误的情况下，断开电源，根据国家电气安装接线标准，参照图6-1-3所示的PLC（I/O）接线图完成完成PLC输入/输出接线。图6-1-3C650车床PLC控制系统接线图【程序设计】（1）根据被控对象的工艺条件和控制要求，设计梯形图，参考梯形图如图6-1-4所示。（2）进行程序的检查、仿真及离线调试，确认无误后，再写入PLC。图6-1-4C650车床PLC控制梯形图程序【系统调试】调试系统，通电前根据PLC接线图检查PLC接线是否正确，特别是电源接线是否接错，检查电路是否有短路情况。首先按系统接线图连接好系统，将检查无误后的程序下载到PLC,然后根据控制要求对系统进行在线调试，并观察PLC控制系统及电动机运行状态。（1）PLC通电，但置于非运行（RUN）状态。观察PLC面板上的LED指示灯和计算机上显示程序中各触点和线圈的状态。（2）PLC置于运行RUN状态，按下点动起动按钮SB2，观察接触器KM1、电动机状态及PLC输入输出指示灯状态和计算机上显示程序中各触点和线圈的状态。（3）接着按下正传起动按钮SB3，观察接触器KM1、KM3及电动机状态及PLC输入输出指示灯和计算机上显示程序中定时器T0状态及各触点和线圈的状态。（4）按下停止按钮SB1，观察接触器KM1、KM3、电动机状态及PLC输入输出指示灯状态和计算机上显示程序中各触点和线圈的状态。（5）同理，按下反转起动按钮SB4，观察接触器KM2、KM3、电动机状态及PLC输入输出指示灯状态和计算机上显示程序中各触点和线圈的状态。【评价总结】思考：整个项目任务我完成得怎么样？记录各小组完成情况，有没有需要完善和改进的地方？有何收获和体会？对自己有何评价？行动：按照任务书的要求，填写考核表，与同学、教师共同完成本次项目的考核工作。整理上述步骤中所编写的材料，完成项目训练报告。【任务拓展】通过PLC、触摸屏实现对Z3040钻床的升级改造。任务知识一、继电器移植设计法PLC控制取代继电器控制已是大势所趋，如果用PLC改造继电器控制系统，根据原有的继电器电路图来设计梯形图显然是一条捷径。这是由于原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路图经过适当的“翻译”，从而设计出具有相同功能的PLC梯形图程序，所以将这种设计方法称为“移植设计法”或“翻译法”。在分析PLC控制系统的功能时，可以将PLC想象成一个继电器控制系统中的控制箱。PLC外部接线图描述的是这个控制箱的外部接线，PLC的梯形图程序是这个控制箱内部的“线路图”，PLC输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部联系的“中间继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。我们可以将输入继电器的触点想象成对应的外部输入设备的触点，将输出继电器的线圈想象成对应的外部输出设备的线圈。外部输出设备的线圈除了受PLC的控制外，可能还会受外部触点的控制。用上述的思想就可以将继电器电路图转换为功能相同的PLC外部接线图和梯形图。继电器移植设计法的设计步骤如下1．分析原有系统的工作原理了解被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。2．PLC的I/O分配确定系统的输入设备和输出设备，进行PLC的I/O分配，画出PLC外部接线图。3．建立其他元器件的对应关系确定继电器电路图中的中间继电器、时间继电器等各器件与PLC中的辅助继电器和定时器的对应关系。以上两步建立了继电器电路图中所有的元器件与PLC内部编程元件的对应关系，对于移植设计法而言，这非常重要。在这过程中应该处理好以几个问题：（1）继电器电路中的执行元件应与PLC的输出继电器对应，如交直流接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯等；（2）继电器电路中的主令电器应与PLC的输入继电器对应，如按钮、位置开关、选择开关等。热继电器的触点可作为PLC的输入，也可接在PLC外部电路中，主要是看PLC的输入点是否富裕。注意处理好PLC内、外触点的常开和常闭的关系。（3）继电器电路中的中间继电器与PLC的辅助继电器对应；（4）继电器电路中的时间继电器与PLC的定时器或计数器对应，但要注意：时间继电器有通电延时型和断电延时型两种，而定时器只有“通电延时型”一种。4．设计梯形图程序根据上述的对应关系，将继电器电路图“翻译”成对应的“准梯形图”，再根据梯形图的编程规则将“准梯形图”转换成结构合理的梯形图。对于复杂的控制电路可划整为零，先进行局部的转换，最后再综合设计梯形图，设计完再根据梯形图的特点适当优化。5．仔细校对、认真调试对转换后的梯形图一定要仔细校对、认真调试，以保证其控制功能与原图相符。二、Z3040摇臂钻床PLC改造举例1.分析原理（1）摇臂钻床运动原理摇臂钻床一般由底座、立柱、摇臂和主轴箱等部件组成。Z3040型摇臂钻床是一个多台电动机拖动系统，模拟电气控制面板如图6-1-8所示。摇臂钻床具有下列运动：主轴箱的旋转主运动及轴向进给运动；主轴箱沿摇臂的水平移动；摇臂的升降运动和回转运动。Z3040钻床中，主轴箱沿摇臂的水平移动和摇臂的回转运动为手动调整。（2）主电路控制原理其主电路和控制电路如图6-1-9所示，必须满足如下控制要求：主轴电动机M1为单向运行，由KM1控制。其正反转是另一套由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油的液压系统，经“主轴变速、正反转及空挡”操作手柄来获得的。摇臂升降电动机M2正反转运行分别由接触器KM2、KM3控制。摇臂放松、夹紧液压泵电动机M3的正反转分别由接触器KM4、KM5控制。图6-1-8Z3040型摇臂钻床模拟电气控制面板a）主电路图b）控制电路图图6-1-9Z3040型摇臂钻床的电气控制原理图（3）控制电路原理1）主电动机控制：SB1、SB2、KM1构成主轴电动机的起停控制电路。2）摇臂上升过程分析（夹紧时压下SQ3）：按下SB3→KT通电→电磁阀YA线圈通电、KM4线圈通电→液压泵电动机M3正转、压力油进入摇臂夹紧油缸右腔→摇臂松开→压下SQ2→KM4线圈断电→M3停止放松（此时SQ3恢复为常态，YA线圈仍通电）。压下的SQ2→KM2线圈通电→摇臂升降电动机M2正转→摇臂上升→升至需要高度时，松开SB3或摇臂压下限位开关SQ1时→KT线圈断电延时、KM2线圈断电→M2停止上升。KT线圈断电延时1~3S→KM5线圈通电→液压泵电动机M3反转→摇臂夹紧→压下SQ3→KM5、YA线圈断电→M3停止。夹紧完毕，摇臂上升的全部过程结束。2.画PLC外部接线图改造后的PLC控制系统的外部接线图中，主电路同原电路不变，控制电路的功能由PLC实现，PLC的I/O接线图如图6-1-10所示。图6-1-10Z3040型摇臂钻床PLC控制系统I/O接线图3.设计梯形图根据PLC的I/O对应关系，可设计出如图6-1-11所示的PLC的梯形图。图6-1-11Z3040型摇臂钻床PLC控制系统的梯形图任务小结通过对Z3040摇臂钻床的PLC改造及举例，在理解传统机床运行的工作特点的基础上，能分析C650车床及典型机床电气控制原理图，能通过继电器移植编程方法实现对C650车床及典型机床PLC控制系统的改造。设计过程中应注意梯形图与继电器电路图的区别。梯形图是一种软件，是PLC图形化的程序，PLC梯形图是串行工作的，而在继电器电路图中，各电器可以同时动作（并行工作）。梯形图中的触点（元件）可以使用无