模块十一 用PLC改造继电器控制线路

1、模块十一 用PLC改造继电器控制线路,可编程序控制器简称PLC，是一种以微处理器为基础的通用工业自动化控制计算机，它具有控制系统设计周期短、可靠性高以及具有故障自诊断等特点，特别适合用于机床的继电器控制系统的改造。,经过PLC改造后，减少了继电器元器件数目以及硬导线连接的数量，提高了电气控制系统的稳定性和可靠性，可以通过PLC程序，使机床具有故障自诊断功能，而且可以使机床保护和维修更为方便。,课题一 用PLC改造铣床电气控制线路,1X62W万能铣床电气控制要求 （1）主轴电机M1。在空载时直接启动，能够进行正反转运行，采用电磁离合器制动，换刀时主轴必须处于制动状态，可以两地启动和停止。,（2）

2、工作台进给电机M2。采用直接启动方法，具有正反转控制，可以拖动工作台左右、上下、前后6个方向移动，或者在每个方向上快速移动，并通过操纵手柄和机械离合器相配合来实现。,快速进给是通过电磁铁和机械挂档来完成的，各个运动方向必须联锁。 如果铣床配备有圆形工作台，也由M2拖动。,（3）冷却泵电机M3。提供铣削加工的冷却液。 （4）主轴与工作台的变速。采用机械变速系统，变速过程中，电动机能够点动，保证齿轮能正常啮合。,（5）加工零件时，主轴电机M1启动后，工作台方能进行进给运动。,2三菱FX2n-40MR型PLC,（1）输入继电器X，编号是X00-X027。 （2）输出继电器Y，编号是Y000-Y017

3、。 （3）辅助继电器M，编号是M0-M499。,3主电路、控制电路部分改进要求,（1）主轴电动机M1，由接触器KM1接通电源，组合开关SA3控制正反转，FR1提供过载保护。,（2）进给电动机M2，由接触器KM3、KM4接通电源，并且控制其正反转，FR3提供过载保护。由KM2作为工作台快速进给控制。,（3）冷却泵电动机M3，增加一个接触器KM5用于接通电源。 （4）供给电磁离合器的直流电源部分的变压器和桥式整流电路保持不变。,（5）控制变压器保持不变，以提供照明电源以及各个接触器线圈的电源。 （6）各个按钮、位置开关、组合开关的功能和使用方法保持不变。,（7）电源进线采用三相四线，能为PLC提供

4、220V电源。 （8）各个机械部分保持不变。 改进后的主电路原理图如图1.11.2所示。,图1.11.2 改进后的主电路原理图,操作一 设计PLC硬件 （1）选择PLC型号。改进后的铣床电路有各种开关19个，因此需要19个PLC输入接口；被控制的接触器和电磁离合器共8个，故障报警指示灯6个，因此需要14个PLC输出接口。所以选择有40点输入输出接口的PLC。,（2）PLC输入输出（I/O）分配，列出I/O分配表。 操作二 绘制PLC接线图 根据PLC输入输出分配表，画出PLC接线图。,（1）电磁离合器采用直流电源，输出接口单独安排。 （2）接触器和报警指示灯采用110V交流电，由控制变压器提供

5、。,（3） M2电机正反转的联锁控制，除了PLC程序中采用之外，接触器KM3、KM4的线圈电路中也必须连接联锁触头。 （4）按钮、位置开关、热继电器等输入开关都采用常开触头。 PLC接线如图1.11.3所示。,图1.11.3 PLC接线图,操作三 设计PLC程序 （1）主轴电动机启动、制动、变速程序设计。 程序中可以采用中间继电器M1作为主轴启动条件继电器，程序梯形图如图1.11.4所示,图1.11.4 主轴电动机启动、制动程序梯形图,（2）工作台进给控制、快速进给控制程序设计。 程序中也采用中间继电器M2作为进给电动机启动条件继电器，程序梯形图如图1.11.5所示。,图1.11.5工作台进给

6、控制、快速进给程序梯形图,（3）冷却泵启动控制程序。 冷却泵启动程序梯形图如图1.11.6所示。,图1.11.16 冷却泵启动程序梯形图,（4）故障诊断报警程序设计。 报警程序包括：3台电动机的过载报警；工作台向左、向右位置开关SQ5、SQ6同时动作的故障报警；工作台向前、下，向后、上位置开关SQ3、SQ4同时动作的故障报警；位置开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6之中某个或多个器件有故障报警。报警程序如图1.11.7所示。,图1.11.7 报警程序梯形图,课题二 PLC程序的输入和调试,1三菱FXGP/WIN-C编程软件的主要功能 （1）编写程序。可以在电脑上通过梯形图、指令符号编写程序，并且

7、可以保存为文件。 （2）将编写完成的程序写入到PLC主机，或者将主机中的程序上传到电脑。,（3）在线进行程序的运行和调试，监控输入、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等软元件的通断状态。 （4）控制打印机打印程序指令表。,2PLC的基本操作,（1）用RS-232或者RS-422接口和电缆，将PLC与上位机电脑进行连接。 （2）PLC连接220V交流电源，将外部控制开关连接到输入接口，与输出接口连接的被控制电器元件可以暂时不连接，等待程序调试完成后再连接。,（3）正确选择RUN、STOP开关的位置。 （4）在电脑上编写程序，并且将程序下载到PLC，进行连机调试。 （5）程序调试完成后保存该程

8、序，因为PLC中只能存储一个程序，当输入新的程序后，原有的程序将被替代。,操作一 PLC开机 （1）将PLC与电脑连接，将外部控制开关连接到输入接口，PLC接通220V交流电源，观察面板上的各个指示灯显示正常，选择开关置于STOP位置。,（2）开启电脑，打开FXGP/WIN-C编程软件。 （3）建立新文件，选择PLC机型，准备输入程序。,操作二 输入及调试主轴电动机启动、制动、变速程序 （1）用已经编写好的梯形图程序输入电脑，并且进行程序检查，排除语法错误。,（2）用“写出”功能将电脑中的程序传送到PLC中。,（3）主轴启动，PLC置“RUN”位置。通电后，辅助继电器M1显示闭合，说明满足主轴

9、启动条件；按下外部的主轴启动按钮SB1或SB2，观察PLC的相应输入接点X000或X001指示灯亮，同时输出接点Y001指示灯亮，表示主轴启动接触器KM1吸合，电动机启动。,（4）主轴制动，操作以下开关中任意一个，即停止按钮SB5或SB6、热继电器FR1、变速开关置于变速位置或换刀开关置于换刀位置。,观察PLC的相应输入接点X002、X003、X021、X006、X011，指示灯亮，同时输出接点Y001指示灯灭，表明主轴接触器断开；同时Y014指示灯亮，表明制动电磁铁YC1吸合；辅助继电器M1断开。,（5）主轴变速冲动，压下SQ1（模拟变速手柄推进），Y001指示灯亮，表明接触器 KM1吸合，

10、电机M1点动，使齿轮啮合，松开SQ1，Y001指示灯灭。 符合上述情况说明程序正确，否则改进程序，直到正确为止。,操作三 输入及调试工作台进给控制、快速进给控制程序 （1）接在上述程序后面，输入工作台进给、快速进给程序，并且进行程序检查，排除 语法错误。,（2）按下主轴启动按钮SB1或SB2后，Y001吸合，同时注意进给变速开关、圆工作台开关的位置，如果在允许进给的状态，则辅助继电器M2亮，说明具备进给条件。,（3）工作台向左运行。压下SQ5（模拟扳动向左手柄），X015指示灯亮，Y003指示 灯亮，表明接触器KM3吸合，工作台向左运行。松开SQ5（模拟向左手柄扳动到停止位置），Y003指示灯

11、灭，工作台停止。,（4）工作台向右运行。压下SQ6（模拟扳动向右手柄），X016指示灯亮，Y004指示 灯亮，表明接触器KM4吸合，工作台向右运行。松开SQ6（模拟向右手柄扳动到停止位置），Y004指示灯灭，工作台停止。,（5）工作台向下或者向前运行。压下SQ3（模拟扳动向下或者向前手柄），X013指示灯亮，Y003指示灯亮，表示接触器KM3吸合，工作台向下或者向前运行。松开SQ3（模拟手柄扳动到停止位置），Y003指示灯灭，工作台停止。,（6）工作台向上或者向后运行。压下SQ4（模拟扳动向后或者向上手柄），X014指示灯亮，Y004指示灯亮，表示接触器KM4吸合，工作台向后或者向后运行。松开

12、SQ4（模拟手柄扳动到停止位置），Y004指示灯灭，工作台停止。符合以上状态，程序正确，否则改进程序。,（7）圆形工作台进给。当M2显示闭合，所有操作手柄位于停止位置时，M3显示闭 合，圆形工作台允许进给，将圆形工作台进给开关SA2拨到接通位置，Y003指示灯 亮，表明接触器KM3吸合，圆形工作台进给。符合以上状态，程序正确，否则改进程序。,（8）进给变速冲动，允许条件与（7）相同，压下SQ2（模拟变速手柄推进），Y003指示灯亮，表示接触器KM3吸合，电机M2点动，使齿轮啮合。,（9）工作台快速进给程序调试。 PLC置“RUN”位置，此时M2、Y015指示灯亮，表示进给条件具备，工进电磁离合

13、器YC2吸合。操作工作台某一个方向运动的位置开关。,例如压下SQ5，Y003指示灯亮，表示接触器KM3吸合，按下快速按钮SB3或SB4，观察PLC的相应输入接点X004或X005指示灯亮；同时输出接点Y002指示灯亮，表明快速接触器KM2吸合；Y016指示灯亮，快进电磁离合器YC3吸合，Y015指示灯灭，工进电磁离合器YC2断开。,如果符合以上状态，说明程序正确，否则改进程序。,操作四 输入及调试冷却泵控制程序 （1）与操作三的（1）、（2）步相同。 （2）按下主轴启动按钮后，Y001吸合，主轴启动。,（3）接通QS2，X010、Y005灯亮，表明KM5吸合，冷却泵启动。 （4）断开QS2，Y

14、005灯灭，表明KM5断开，冷却泵停止。,操作五 调试报警电路 在程序中共设置了3类故障显示程序。 （1）过载故障，如果热继电器FR1、FR2、FR3触头动作，则Y006、Y007、Y010灯亮。 （2）位置开关故障，如果SQ5、SQ6同时动作，Y011灯亮。,（3）位置开关故障，如果SQ3、SQ4同时动作，Y012灯亮。 （4）位置开关故障，如果SQ3、SQ4、SQ5、SQ6任意两个同时动作，Y013灯亮。 如果符合以上状态，程序正确，否则改进程序。,课题三 铣床PLC控制线路的检修,1采用PLC改造X62W万能铣床电气控制线路以后，由于减少了导线连接的数量，使硬件故障大大减少。,PLC具有

15、极高的稳定性和可靠性，它的工作原理是循环扫描，而且PLC还具有故障自诊断功能。,因此，一般的电路故障都是由外部电器元件引起的，我们可以通过PLC显示的判断故障的范围和故障的器件，很快找到故障的器件并且加以检测排除，这些都给机床检修带来极大的方便。,2具有PLC控制系统的机床故障检测步骤是：观察故障现象观察PLC面板上相应的输入输出接点显示状态如果显示正常故障在相应电器元件检查并且排除 如果显示异常故障产生在PLC程序执行过程中检查相应的程序执行过程判断引起出错的原因及相应的元器件。,操作一 接线和运行程序 （1）按照图1.11.3的PLC接线图，将PLC的输入输出接口和外部电器元件连接。 （2

16、）将已经调试正常的PLC控制程序输入到PLC，在电器元件无故障的情况下，运行程序并且熟悉程序。,操作二 主轴不能启动故障 （1）正确选择换刀开关、圆工作台开关的位置。 （2）故障现象：按下主轴启动按钮SB1或SB2，主轴电机不能启动。,（3）PLC输入部分检测。按下启动按钮SB1或SB2，观察PLC面板输入接点指示灯，如果X000和X001都不亮，先测量PLC输入部分直流电压24V是否正常，否则检查SB1或SB2与PLC的连接导线是否牢靠，或者按钮触头是否接触良好，排除故障。,（4）PLC输出部分检测。按下启动按钮SB1或SB2，观察PLC面板输出接点，Y001指示是否正常，若正常，故障可能是

17、输出部分电源、接触器KM1与PLC连接导线或者线圈损坏；如果不正常，检查PLC主轴控制部分程序。,（5）检测程序运行状态。辅助继电器M1显示闭合，说明满足主轴启动条件，如果 X021不闭合，则FR1故障；如果M1不显示闭合，检查程序中X002、X003、X006、 X011是否闭合，不能闭合者，则所连接的外部电器元件为故障器件，检测并且排除故障。,操作三 主轴不能制动故障 （1）故障现象：按下主轴停止按钮SB5、SB6或换刀开关SA1，主轴电机不能制动。,（2）PLC输入部分检测。按下SB5、SB6、SA1，观察PLC面板输入接点指示灯，如 果X002、X003、X006都不亮，则检测直流电压

18、24V是否正常；否则，检测输入接点指示灯不亮的相应器件，排除故障。,（3）PLC输出部分检测。观察PLC面板输出接点Y014指示是否正常，若正常，故障可能是输出部分的外部电源、电磁离合器YC1的线圈损坏以及它与PLC连接导线接触不良。,操作四 工作台进给故障 （1）故障现象：所有进给均不能正常进行。, 正确选择换刀开关、圆工作台开关的位置。 检测主轴能否启动，若主轴不能启动，则先排除主轴故障。, PLC输入部分检测，操作手柄使SQ3、SQ4、SQ5、SQ6动作，观察PLC面板输入接点指示灯，如果X013、X014、X015、X016都不亮，先测量PLC输入部分直流电压24V是否正常，若无电压，

19、检查排除故障。, PLC输出部分检测。操作手柄使SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的某个开关动作，观察PLC面板输出接点，如果Y003、Y004指示灯亮，则故障是输出部分的外部电源、接触器与PLC连接导线或者线圈损坏故障。如果不正常，检查工作台进给控制部分程序。,（2）故障现象：某个方向进给不能正常进行。 PLC输入部分检测。操作手柄使SQ3、SQ4、SQ5、SQ6动作，观察PLC面板输入接点指示灯，如果X013、X014、X015、X016某个不亮，检测相应的位置开关与PLC的连接导线是否牢靠，或者触头是否接触良好，排除故障。, 检查进给程序运行状态。例如操作向下、向前手柄，如果X013闭合，

20、同时X015也闭合，则SQ5开关有故障。,操作五 工作台快速进给故障 （1）故障现象：按下快速进给按钮SB3、SB4，不能快速进给。 （2）测试工作台工作进给是否正常，如果不正常先加以排除。,（3）PLC输入部分检测。工作台置于某个运动方向，按下按钮SB3、SB4，观察PLC 面板输入接点指示灯，如果X004、X005都不亮，则先测量PLC连接到SB3、SB4直流 电压24V是否正常，若无电压，检查排除故障；如果某个不亮，检测相应按钮的连接导线或触头。,（4）PLC输出部分检测。观察PLC面板输出接点，若Y002亮，Y015灭，Y016亮，则检查电磁离合器YC3连接导线或线圈故障。,操作六 报

21、警程序使用 （1）观察PLC输出接点，如果Y006亮，则主轴电机过载；如果Y007亮，则进给电机过载；如果Y010亮，则冷却泵电机过载。,（2）观察PLC输出接点，如果Y012亮，则表示SQ3或SQ4有故障；如果Y011亮，则表示SQ5或SQ6有故障；如果Y013亮，则表示SQ3、SQ4、 SQ5、SQ6之中某个或多个器件有故障。,课题四 PLC的步进指令应用实例,在工业控制中，大部分的控制系统属于顺序控制系统。 前面课题中，我们主要采用基本逻辑指令进行编程，采用这种方法对于初学者来说，比较容易掌握。,但是，对于一个复杂的顺序控制系统，采用基本逻辑指令进行编程，有时显得比较困难，其梯形图往往长

22、达数百行，程序的可读性差，指令修改比较困难，所以很多PLC都具有专门的顺序控制指令，也称为步进指令。,下面，我们以三菱FX2n-40MR型PLC的步进指令为例，介绍该指令的使用方法。,1功能图,功能图是一种用于描述顺序控制系统的图形说明语言，它由步、转移条件及有向线段组成。,2功能图的形式,功能图可以分为4种形式：单一顺序、选择顺序、并发顺序及跳转与循环顺序。 （1）单一顺序所表示的动作顺序是一步接着一步地完成。,（2）选择顺序是指在某一步之后有若干个单一顺序等待选择，而每次只能选择其中一个单一顺序，选择哪个单一顺序由转移条件决定。,（3）并发顺序是指在某一转移条件下，同时启动若干个单一顺序。

23、 （4）跳转与循环顺序表示顺序控制跳过某些状态和重复执行。,3步进指令及梯形图,三菱FX2n-40MR型PLC的步进指令有两条：STL和RET。它们要配合使用。 （1）STL步进指令仅对状态器S有效，STL触头闭合后，与此相连的电路可以执行；STL触头断开后，与此相连的电路停止执行。,（2）RET表明步进指令结束，它一般加在一系列STL指令之后。 （3）使用步进指令编写的梯形图程序要与功能图一一对应，所以设计程序时应该根据设计要求先画出功能图，再转换成梯形图。,4用PLC设计机床动力头控制线路的程序,图1.11.10所示为某组合机床的动力头动作原理示意图，图中动力头由电机M驱动。 在动力头的行

24、程中，设置有4个限位开关，分别为原位限位开关A，1号位、2号位和3号位限位开关。 动力头可以前进后退。设计满足下述控制要求的PLC程序。,图1.11.10 组合机床的动力头动作原理示意图,要求动力头在原位和指定的某工位之间往返运行，但是对于不同的工位运行的次数不同。 启动后由原位出发先到达1号位，返回原位，接着再从原位出发，连续循环运行3次后转到第二步。,第二步是动力头从原位出发，直接到达2号位，连续往返运行2次后，返回原位，转到第三步。 第三步再由原位出发到达3号位，返回原位，完成一次的运行过程。电动机在运行过程中，如果按下停止按钮或者当热继电器产生保护动作时，动力头回到原位后才能停止。,操

25、作一 设计PLC硬件 （1）选择PLC型号 组合机床的动力头电路有各种开关6个，因此需要6个PLC输入接口；被控制的接触器2个，所以选择有大于8点输入输出接口的PLC。实际采用三菱FX2n-40MR型PLC。 （2）PLC输入输出（I/O）分配,操作二 绘制PLC接线图 根据PLC输入输出分配表，画出PLC接线图。 （1）接触器采用交流220V电源。,（2）动力头电机正反转的联锁，除了PLC程序中采用之外，接触器KM1、KM2也必须连接联锁触头。,（3）与PLC输入接点相连接的输入开关都采用常开触头。为了保证电动机在发生过载或缺相的故障时及时停止，在PLC的输出端也连接了热继电器的常闭触头。

26、PLC接线如图1.11.11所示。,图1.11.11 PLC接线图,图1.11.12 功能图,操作三 设计PLC程序 （1）设计功能图 本程序采用步进指令进行设计。根据控制要求，这是一个组合了选择顺序、循环顺序及跳转功能的多流程步进控制，其功能图如图1.11.12所示。,PLC通电后，初始闭合继电器M8002将S0置位。 根据要求，启动按钮SB1接通后， X000 = ON，转到S20步。S20后面有3个选择顺序。, 动力头往返于原位与1号工位之间3次的循环程序。 其转换条件是X001与C0，当X001 = ON，C0 = OFF时，由S20状态转到S21状态。 当X004 = ON、M0 =

27、 OFF时，执行循环过程。, 动力头往返于原位与2号工位之间2次的循环程序。 其转换条件是X002、C0与C1，当X002 = ON，C0 = ON，C1 = OFF时，由S20状态转到S31状态。当X004 = ON，M0 = OFF时，执行循环过程。, 动力头往返于原位与3号工位之间运行程序。 其转换条件是X003与C1，当X003 = ON，C1 = OFF时，由S20状态转到S41状态。,以上3步的复位条件是按下停止按钮SB2，或者热继电器FR动作，X005 = ON， X004 = ON，中间继电器M0 = ON使程序回 到S0状态，动力头返回原位后才能停止。,（2）梯形图设计,根据功能图就可以写出梯形图程序。 初始化程序。 如图1.11.13所示。图1.11.13 初始化程序初始闭合继电器M8002将S0置位，同时使用区间复位指令ZRST将计数器C0、C1、C2复位，启动按钮SB1接通后，X000 = ON，转到S20步。,图1.11.13 初始化程序, 动力头往返于原位与1号工位之间3次的循环程序，如图1.11.14所示。,图1.11.14 动力头往返于原位与1号工位之间, 动力头往返于原位与2号工位之间2次的循环程序，如图1.11.15所示。,图1.11.15 动力头往返于原位与2号工位