课题五-复杂电气设备控制系统改造、设计与装调

1、任务1 应用PLC改造X62W 型万能 铣床电气控制系统,任务2 应用PLC设计双面钻孔组合 机床电气控制系统,任务1 应用PLC改造X62W 型万能铣床电气控制系统,1.掌握应用PLC改造常用机床的原则及工艺流程。 2.能应用PLC改造常用机床。 3.能综合调试常用机床PLC控制硬件和软件系统。,铣床主要用于加工零件的平面、斜面、沟槽等型面，装上分度头后可以加工齿轮或螺旋面，装上回转圆工作台还可以加工凸轮和弧形槽。,X62W 型卧式万能铣床的外形图,X62W 型卧式万能铣床继电接触器控制系统电气原理图,本任务的主要内容是：运用PLC升级改造原X62W 型卧式万能铣床的继电接触器电气控制系统，

2、并完成模拟安装和调试。控制要求如下： （1）合上电源开关QS1，接通开关SA4，照明灯EL亮。 （2）主轴电动机M1的控制。 1）按下按钮SB1或SB2，接触器KM1通电闭合，主轴电动机M1启动运转。按下按钮SB5或SB6，主轴电动机M1制动停止。,2）主轴变速盘瞬时压合行程开关SQ1，接触器KM1瞬时通电闭合，主轴电动机M1瞬时启动运转，对主轴变速齿轮进行冲动。 3）将换刀制动转换开关SA1扳至“换刀”位置，常开触点SA1-1接通制动电磁离合器YC1线圈的电源，主轴被制动，操作人员可进行换刀操作。,（3）进给电动机M2的控制。 1）将工作台左右进给操作手柄扳至“向左”或“向右”位置，行程开关

3、SQ5或SQ6压合，接触器KM3或KM4通电闭合，进给电动机M2启动正转或启动反转，通过机械装置带动工作台向左或向右运动。 2）将工作台上下与前后进给操作手柄扳至“向下”或“向上”位置，行程开关SQ3或SQ4被压合，接触器KM3或KM4通电闭合，进给电动机M2启动正转或启动反转，通过机械装置带动工作台向下或向上运动。,3）将工作台上下与前后进给操作手柄扳至“向前”或“向后”位置，行程开关SQ3或SQ4被压合，接触器KM3或KM4通电闭合，进给电动机M2启动正转或启动反转，通过机械装置带动工作台向前或向后运动。 4）当进给变速盘瞬时压合行程开关SQ2时，接触器KM3瞬时通电闭合，进给电动机M2瞬

4、时启动正转，对进给变速齿轮进行冲动。,（4）工作台快速移动的控制。按下点动按钮SB3或SB4，电磁离合器YC2线圈失电，YC3线圈通电，工作台可向六个进给方向中任意一个方向快速移动。 （5）圆工作台进给的控制。主轴电动机M1启动后，将圆工作台开关SA2扳至“接通”位置，SA2-1、SA2-3断开，SA2-2闭合，接触器KM3通电闭合，进给电动机M2启动正转，带动圆工作台工作。 （6）具有短路、过载保护等必要的保护措施。,一、机床改造的原则 1.如果在升级改造中不增加新的控制功能，则主电路保持不变，主电路中的电源开关、断路器、熔断器、热继电器和电动机保留。 2.如果控制电路中的接触器、电磁阀、电

5、磁离合器等负载线圈的额定电压为220V 及以下，可保留。如果线圈额定电压为380V，应更换线圈电压为220V 及以下。,3.控制电路中的中间继电器、时间继电器、计数装置全部去除，其功能分别由软元件辅助继电器M、定时器T、计数器C实现。 4.启动按钮、停止按钮、行程开关、转换开关、热继电器等保留，并且仍使用原来的常开或常闭触头。 5.酌情保留原控制系统的控制变压器，妥善处理PLC的使用电源。,6.对于原控制系统的一般联锁功能可以用软件联锁来实现，但对于正反转接触器之类的重要互锁，除软件互锁外，还必须具有接触器触点的硬件互锁。 7.改造完成后将PLC控制系统的I/O地址分配表、电气原理图和安装接线

6、图、元器件明细表、PLC程序等作为资料保存，以便于今后维修和保养。,二、机床改造的流程 1. 确定控制对象， 明确控制任务和设计要求 2. 制定控制方案， 进行PLC选型 3. 设计PLC连接 4. 程序设计 5. 模拟调试 6. 现场调试,PLC系统设计流程图,一、分配输入点和输出点，写出I/O 地址分配表 1. 输入器件 （1）原机床所有的按钮、开关、热继电器等都保留，分别连接PLC输入端子。 （2）为了节省输入点数，热继电器KH1、KH2的常闭触点串联后连接到PLC的一个输入端子。 （3）照明灯不受PLC控制，保留原电路，因此不需要另外分配PLC输入端子。,2. 输出器件 （1）原线圈电

7、压为110VAC的接触器可以保留。选用线圈电压为220VAC的交流接触器，分别连接PLC输出端子。 （2）原线圈电压为24VDC的电磁离合器都保留，分别连接PLC输出端子。 （3）照明灯不受PLC控制，保留原电路，因此不需要另外分配PLC输出端子。,I/O 地址分配表,二、绘制PLC控制线路图,主电路及照明电路,控制电路,三、设计梯形图程序,X62W 型万能铣床的梯形图程序,X62W 型万能铣床的梯形图程序（续）,X62W 型万能铣床的梯形图程序（续）,X62W 型万能铣床的梯形图程序（续）,四、模拟调试 （1）PLC运行程序时，Y005线圈通电，Y005指示灯点亮。 （2）主轴电动机M1的控

8、制 1）按下主轴电动机启动按钮SB1或SB2，Y000线圈通电，Y000指示灯点亮；按下主轴停止及制动按钮SB5或SB6，或者闭合换刀制动开关SA1，或者断开热继电器KH1的常闭触点，或者断开热继电器KH2的常闭触点，Y000线圈都断电，Y000指示灯熄灭。,2）压合主轴变速冲动行程开关SQ1，Y000线圈通电，Y000指示灯点亮；松开SQ1，Y000线圈断电，Y000指示灯熄灭。 3）闭合换刀制动开关SA1，Y004线圈通电，Y004指示灯点亮；断开SA1，Y004线圈断电，Y004指示灯熄灭。,（3）进给电动机M2的控制 1）按下主轴电动机启动按钮SB1或SB2，Y000线圈通电，Y000

9、指示灯点亮。 2）闭合圆工作台进给转换开关SA2-1。 3）压合工作台向左（或向右）进给行程开关SQ5 （或SQ6），Y001 （或Y002）线圈通电，Y001 （或Y002）指示灯点亮；松开SQ5 （或SQ6），Y001 （或Y002）线圈断电，Y001 （或Y002）指示灯熄灭。,4）压合工作台向下、向前（或向上、向后）进给行程开关SQ3 (或SQ4)，Y001 (或Y002)线圈通电，Y001 (或Y002)指示灯点亮;松开SQ3 (或SQ4)，Y001 (或Y002)线圈断电，Y001 (或Y002)指示灯熄灭。 5）压合进给变速冲动行程开关SQ2，Y001线圈通电，Y001指示灯点亮

10、；松开SQ1，Y001线圈断电，Y001指示灯熄灭。 6）断开圆工作台进给转换开关SA2-1。,（4）工作台快速移动的控制 无论主轴电动机是否启动，按下工作台快速移动点动按钮SB3或SB4，Y006线圈通电，Y006指示灯点亮，同时Y005线圈断电，Y005指示灯熄灭；松开SB3或SB4，Y005线圈通电，Y005指示灯点亮，同时Y006线圈断电，Y006指示灯熄灭。,（5）圆工作台进给的控制 1）按下主轴电动机启动按钮SB1或SB2，Y000线圈通电，Y000指示灯点亮。 2）闭合圆工作台进给转换开关SA2-2，Y001线圈通电，Y001指示灯点亮；断开圆工作台进给转换开关SA2-2，Y00

11、1线圈断电，Y001指示灯熄灭。 3）按下主轴停止及制动按钮SB5或SB6，Y000线圈断电，Y000指示灯熄灭；同时，Y004线圈通电，Y004指示灯点亮。,五、线路安装与调试,联机调试记录表,提高PLC控制系统可靠性的措施,产生外部干扰的原因可能有： （1）控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。 （2）其他设备或空中强电场通过分布电容的耦合窜入控制系统引起的干扰。 （3）邻近的大容量电气设备启动和停机时，因电磁感应引起的干扰。 （4）信号线绝缘性能降低，通过导线绝缘电阻引起的干扰。,1. 电源的抗干扰措施 电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电设备（特

12、别是大功率变频器）是主要的干扰源。在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。其中，隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，低通滤波器可以吸收电源中的大部分高频干扰信号。,2. 感性负载的处理 （1）PLC的输入端或输出端接有感性元件时，应在它们两端并联续流二极管（对于直流电路，如图a所示）或阻容电路（对于交流电路，如图b所示），以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响。,输入/输出电路的处理 a)直流电路 b)交流电路,（2）如果输入信号由晶体管提供，其截止电阻应大于10k，导通电阻应小于800。当接近开关、光电开关这一类两线式传感

13、器的漏电流较大时，可能出现错误的输入信号，可以在PLC的输入端并联旁路电阻，以减小输入电阻。,PLC的输入端并联旁路电阻,3. 安装与布线的抗干扰措施 （1）安装的抗干扰措施 开关量信号可以选用一般电缆。信号传输距离较远时，可以选用屏蔽电缆。 （2）PLC的接地 良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。 （3）PLC输出的可靠性措施,4. 抗干扰的软件措施 （1）对于含有较强干扰信号的开关量输入，可以采用软件延时20ms，两次或两次以上读入同一信号，结果一致才确认输入有效。 （2）某些干扰是可以预知的，在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封

14、锁。,（3）故障的检测与诊断。 PLC的可靠性很高，本身有很完善的自诊断功能，如果出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的部位与部件，更换后就可以恢复正常工作。 1）超时检测。 2）逻辑错误检测。,任务2 应用PLC设计双面钻孔组合机床电气控制系统,1.了解PLC控制系统设计的基本原则和主要内容。 2.掌握PLC控制系统的设计和调试步骤。 3.能理解较复杂的工业自动化控制设备的动作顺序和控制要求。 4.能应用顺序控制设计法设计较复杂的工业自动化设备的PLC 控制系统。,双面钻孔组合机床主要用于在工件的两相对表面上钻孔，该机床的结构简图如图所示。,双面钻孔组合机床的结构简图 1侧底座 2刀具

15、电动机 3工件定位夹紧装置 4主轴箱及钻头 5动力滑台,双面钻孔组合机床的工作循环图,本任务要求应用PLC设计双面钻孔组合机床控制系统，并完成安装和调试。 （1）双面钻孔组合机床共有4台电动机。 1）M1为液压泵电动机。M1应先启动，使系统正常供油后，其他电动机的控制电路及液压系统的控制电路才能通电工作。 2）M2、M3分别为左、右机的刀具电动机。刀具电动机应在滑台进给循环开始时启动运转，滑台退回原位后停止运转。 3）M4为切削液泵电动机。可以手动控制启动和停止，也可以在滑台工进时自动启动，在工进结束后自动停止。,（2）双面钻孔组合机床动力滑台和工件定位、夹紧装置由液压系统驱动。其电磁阀线圈动

16、作状态如下：,（3）组合机床能分别在自动和手动两种工作方式下运行。 （4）具有短路、过载保护等必要的保护措施。,一、PLC控制系统设计的基本原则和主要内容 1. PLC控制系统设计的基本原则 （1）最大限度地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，使用及维修方便。 （3）保证控制系统的安全、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. PLC控制系统设计的主要内容 （1）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。 （2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。 （

17、3）选定PLC 的型号。 （4）编制PLC 的输入/输出地址分配表，绘制输入/输出端子接线图。,（5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计。 （6）进行软件测试。 （7）设计操作台、电气柜及非标准电气元部件。 （8）现场系统调试。 （9）编写设计说明书和使用说明书。,二、PLC控制系统的设计与调试步骤,1. 深入分析被控制系统 这一步是系统设计的基础。设计前应熟悉图样资料，深入调查研究，与工艺、机械方面的技术人员和现场操作人员密切配合，共同讨论，解决设计中出现的问题。 这一阶段应确定哪些信号需要输入给可编程序控制器，哪些负载由可编程序控制器驱动，

18、分类统计出各输入量和输出量的性质，是数字量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的等级。,2. 与硬件有关的设计 （1）确定系统输入器件和输出器件的型号。 （2）根据设备的操作任务和操作方式，确定操作面板所需的元件，如指示灯、数字显示装置、开关和按钮等。 （3）列表统计可编程序控制器的输入信号和输出信号，在表中标明各信号的意义和类型，如信号是数字量还是模拟量以及模拟信号的范围等。,（4）确定可编程序控制器的型号和硬件配置，如确定CPU 模块的型号、扩展模块的型号和块数等。 （5）给各输入、输出变量分配地址，梯形图中物理地址与可编程序控制器的外部接线端子号是一致的。这一步是为绘制硬件接线图作准

19、备，也是为梯形图的设计作准备。 （6）给输入/输出变量分配好地址后，画出可编程序控制器的外部硬件接线图，以及其他电气原理图和接线图。,（7）画出操作站和控制柜面板的机械布置图和内部的机械安装图。 （8）建立符号表。符号表用来给存储器内的绝对地址命名，可对物理输入/输出信号和程序中用到的其他存储单元命名。建立符号表后可以在程序中显示各绝对地址的符号名，有利于程序的设计和阅读。,3. 梯形图程序的设计 根据总体要求和控制系统的具体情况，确定用户程序的基本结构，画出程序流程或数字量控制系统的顺序功能图。它们是编程的主要依据，应尽可能地准确和详细。较简单系统的梯形图可以用经验法设计，复杂系统的梯形图一

20、般采用顺序控制设计法。,4. 梯形图程序的模拟调试 一般先对用户程序做模拟调试，根据顺序功能图，用小开关和按钮来模拟可编程序控制器实际的输入信号，如用它们发出操作指令，或在适当的时候用它们来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。通过模块上各输出位对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。,5. 现场调试 完成上述工作后，将可编程序控制器安装在控制现场，接入实际的输入信号和负载。在联机总调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和接线等硬件方面的问题，以及可编程序控制器的外部接线图和梯形图设计中的问题，发现问题后应尽可能在现场加以解决，直到完全符合要求。,6. 编

21、写技术文件 （1）可编程序控制器的外部接线图和其他电气图样。 （2）可编程序控制器的编程元件表，包括程序中使用的输入/输出位、存储器位、计数器、顺序控制继电器等的地址、名称、功能，以及定时器、计数器的设定值等。 （3）顺序功能图、带注释的梯形图和必要的总体文字说明。,一、系统硬件配置 通过对任务控制要求分析可知，控制系统交直流均可输出，故选用继电器输出型PLC，由PLC组成的双面钻孔组合机床控制系统共有输入信号22个；共有输出信号15个；因控制系统需求并考虑留有余量以满足以后增加系统功能的需要，PLC的输入和输出点数选用48点，故控制系统的PLC选用FX2N-48MR。,二、分配输入点和输出点

22、，写出I/O 地址分配表,三、绘制PLC控制线路,主电路及照明电路,控制电路,四、程序设计,双面钻孔组合机床的控制程序总框图,1. 手动控制程序,2. 自动控制程序,机床自动工作顺序功能图,双面钻孔组合机床自动控制的梯形图程序,双面钻孔组合机床自动控制的梯形图程序（续）,双面钻孔组合机床自动控制的梯形图程序（续）,双面钻孔组合机床自动控制的梯形图程序（续）,五、模拟调试 六、线路安装与调试,联机调试记录表,PLC系统调试、维护与检修,1. 系统调试 系统调试时首先按照原理图及规定接线方式连接硬件电路， 接入电源， 将程序传入PLC中，并把开关拨向RUN 方式，检查PLC有无异常情况。若有则首先检查电源，然后检查系统的连接，再检查程序是否错误，特别是模拟量输入模块、输入/输出指令及参数是否错误，最后检查外围元器件是否损坏等。,2. 系统维护 （1）定时巡视。 （2）定期检查。（3）定期除尘。 （4）保持外围设备及仪表输入信号畅通。 （5）UPS （交流不间断电源系统）是PLC控制系统正常工作的重要外围设备，UPS的日常维护也非常重