電氣車床畢業(yè)設(shè)計--c5225立式車床電氣系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　更新改造舊機(jī)床是最近幾年發(fā)展起來的一個新興產(chǎn)業(yè)，購買新的機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要途徑,但是成本高，許多企業(yè)在短時間內(nèi)無法實現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)設(shè)備更新的步伐。為此把普通機(jī)床改造，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的捷徑。該設(shè)計是對C5225立式車床的控制系統(tǒng)的PLC控制改造的研究設(shè)計。</p><p

2、>　　電氣控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點數(shù)量有限，所以電氣控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。</p><p>　　采用連線少、體積小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系統(tǒng)，來代替電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制邏輯，配以合適的控制系統(tǒng)，可使機(jī)床控制功能更加豐

3、富，自動化水平大大提高。</p><p>　　此次設(shè)計從被控對象的I/O點數(shù)和性價比高、綜合成本低這幾個主要原則出發(fā)，主要進(jìn)行了控制裝置選型，PLC的地址分配和用梯形圖編輯的PLC控制程序設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電氣改造；繼電器；PLC；梯形圖</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p&

4、gt;　　Retrofitting obsolete old machine tools is an industry developed in the recent years , Purchasing new machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many ent

5、erprises because it cost much . Enterprises’ equipment updating step are counteracted severly. So General lathe's reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency.. this design ma

6、kes a reconstruction towards Research and Design for C5225 vertical t</p><p>　　The electrical control system control logic of the hardware connection, relay use machinery series or parallel contacts and othe

7、r components of the control logic, the attachment is much and complex, large size, power, system structure, want to change or add a function more difficult. In addition, relay contact quantity is limited, so the electric

8、al control system of flexibility and expansibility is very limited. </p><p>　　My purpose is to use the state of PLC memorizer unit to replace the relay mechanical touch in series or parallel connection in el

9、ectric control system, Systems controlled by PLC have few line connected and small cubage, little power cost and high control speed as well as precision, and that PLC have count function, which the electric control syste

10、m don’t have commonly. </p><p>　　This design on the principle of the number of I/O spot in object controlled and high performance to price ratio and low comprehensive cost . PLC’s address distribution and PL

11、C control edited by ladder diagram is mainly designed. </p><p>　　Keywords: electric control reconstruction; relay; PLC; ladder program</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>

12、;　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 車床的歷史及發(fā)展1</p><p>　　1.1.1 車床的歷史1</p><p>　　1.1.2 車床的誕生及發(fā)展1</p><p>　　1.2 普通機(jī)床及C5225立式車床的簡介2</p><p>　　1.2.1 普通機(jī)床的基本知識

13、2</p><p>　　1.2.2 C5225立式車床簡介2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總設(shè)計5</p><p>　　2.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本內(nèi)容5</p><p>　　2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則與步驟5</p><p>　　2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則5</p>

14、<p>　　2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟5</p><p>　　第3章 PLC及其在立式車床加工中的應(yīng)用7</p><p>　　3.1 可編程控制器的背景7</p><p>　　3.2 PLC簡介7</p><p>　　3.2.1 PLC的組成7</p><p>　　3.2.2 可

15、編程控制器的特點9</p><p>　　3.2.3 PLC的分類10</p><p>　　3.3 PLC的工作10</p><p>　　3.3.1 PLC的性能指標(biāo)10</p><p>　　3.3.2 PLC工作原理11</p><p>　　3.3.3 PLC的編程語言13</p>

16、<p>　　3.4 PLC在我國的車床中的應(yīng)用16</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計17</p><p>　　4.1 主要電氣元件的簡介17</p><p>　　4.1.1 電動機(jī)的概述17</p><p>　　4.1.2 交流接觸器和中間繼電器18</p><p>　　4.1.3 保

17、護(hù)電氣18</p><p>　　4.1.4 控制電器18</p><p>　　4.2 PLC的選型19</p><p>　　4.2.1 PLC選型的基本內(nèi)容19</p><p>　　4.2.2 西門子S7-200的控制性能的優(yōu)點19</p><p>　　4.2.3 S7-200 PLC功能介紹20<

18、/p><p>　　4.3 I/O地址的分配21</p><p>　　4.4 I/O接線圖23</p><p>　　第5章 C5225立式車床控制原理電路圖概述及原理分析25</p><p>　　5.1 車床改造的目的25</p><p>　　5.2 PLC控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較25</p>

19、<p>　　5.3 C5225型立式車床接觸器-繼電器控制電路概述26</p><p>　　5.3.1 油泵電動機(jī)M2控制26</p><p>　　5.3.2 主軸電動機(jī)M1控制27</p><p>　　5.3.3 橫梁升、降控制28</p><p>　　5.3.4 刀架控制28</p>&

20、lt;p>　　5.4 C5225型立式車床控制特點29</p><p>　　5.5 PLC控制梯形圖設(shè)計29</p><p>　　5.6 PLC控制指令語句表32</p><p>　　5.7 線路安裝過程中的問題35</p><p><b>　　第6章 總結(jié)36</b></p><

21、p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　附錄39</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 車床的歷史及發(fā)展</p>

22、<p>　　1.1.1 車床的歷史</p><p>　　公元前二千多年出現(xiàn)的樹木車床是機(jī)床最早的雛形。工作時，腳踏繩索下端的套圈，利用樹枝的彈性是工件有繩索帶動旋轉(zhuǎn)，手拿貝殼或石片等作為刀具，沿板條移動工具的切削工作。中世紀(jì)的彈性桿棒車床運用的仍是這一原理。</p><p>　　十五世紀(jì)由于制造鐘表和武器的需要，出現(xiàn)了鐘表匠用的螺紋車床和齒輪加工車床，以及水力驅(qū)動的炮筒鏜床。

23、1500年左右，意大利人奧納多.達(dá)芬奇曾繪制過車床，鏜床，紋加工機(jī)床和內(nèi)圓磨床的構(gòu)想草圖，其中已有曲柄，飛輪，頂尖和軸承等新機(jī)構(gòu)。中國明朝出版的《天工開物》中也載有磨床的結(jié)構(gòu)，用腳踏的方法是鐵盤旋轉(zhuǎn)，加上沙子和水剖切玉石。</p><p>　　1979年，英國人莫茲利創(chuàng)造成的車床由絲桿轉(zhuǎn)動刀架，能實現(xiàn)機(jī)動進(jìn)給和車削螺紋，這是機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“ 英國機(jī)床工業(yè)之父”。</p>

24、<p>　　隨著電動機(jī)的發(fā)明，機(jī)床開始先采用電動機(jī)集中驅(qū)動，后有廣泛使用單獨電動機(jī)驅(qū)動。二十世紀(jì)初，為了加工精度更高的工件，夾具和螺紋加工工具，相繼創(chuàng)造出坐標(biāo)鏜床和螺紋磨床。同時為了適應(yīng)汽車和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，有研制成能自動更換刀具，以進(jìn)行多工序加工的加工中心。從此，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，使機(jī)床在驅(qū)動方式，控制系統(tǒng)功能等方面都發(fā)生顯著變革。</p><p>　　1.1.2 車床的誕

25、生及發(fā)展</p><p><b>　?。?）車床的誕生記</b></p><p>　　在發(fā)明車床的故事中，最引人注目的是一名叫莫茲利的英國人，因為他于1797年發(fā)明了劃時代的刀架車床，這種車床帶有精密的導(dǎo)螺桿和可互換的齒輪。莫茲利生于1771年，18歲的時候，他是發(fā)明家布拉默的得力助手。直到26歲才離開布拉默，因為布拉默粗暴地拒絕了莫茲利提出的把工資增加到每周30先以

26、上的請求。</p><p>　　就在莫茲利離開布拉默的那一年，他制造成了第一臺螺紋車床，3年以后，莫茲利在他自己的車間制造出了一臺更加完善的車床，19世紀(jì)，由于高速工具鋼的發(fā)明和電動機(jī)的應(yīng)用，車床不斷完善，終于達(dá)到高速度和高精度的現(xiàn)在水平。</p><p><b>　　車床的發(fā)展史</b></p><p>　　車床的發(fā)展大致可以分為四個階段：雛

27、形期，基本架構(gòu)期，獨立動力期與數(shù)值控制期，下面針對其發(fā)展的過程給予介紹。</p><p>　　車床的誕生不是發(fā)明出來的，而是逐漸演進(jìn)而成，早在四千年前就有人利用單的拉弓原理完成鉆孔的工作，這是由記錄最早的工具機(jī)，這段期間可稱為雛形期。</p><p>　　18世紀(jì)開始的工業(yè)革命，象征著以工匠主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)社會結(jié)束，取而代之的強(qiáng)調(diào)大量生產(chǎn)的工業(yè)社會，由于各種金屬制品被大量使用，為了滿足金屬零件的

28、加工，車床成了關(guān)鍵性的設(shè)備，到了19世紀(jì)才有完全以鐵制零件組合完成的車床，再加上諸如螺桿等傳動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入，一部具有基本功能的車床總算開發(fā)出來，為其基本結(jié)構(gòu)架。</p><p>　　瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，機(jī)床可由蒸汽機(jī)產(chǎn)生的動力來啟動車床運轉(zhuǎn)，20世紀(jì)初擁有了獨立動力源的動力車床（Engine Lathe）終于被開發(fā)，也將車床帶到新的領(lǐng)域。</p><p>　　20世紀(jì)中，計算機(jī)被發(fā)明，不久計算

29、機(jī)即被用在工具機(jī)上，為數(shù)值控制期。 </p><p>　　1.2 普通機(jī)床及C5225立式車床的簡介</p><p>　　1.2.1 普通機(jī)床的基本知識</p><p>　　車床主要用于加工各種回轉(zhuǎn)表面，如內(nèi)外圓柱面，圓錐表面，回轉(zhuǎn)曲面和端面等，有些車床還能加工螺紋面。由于多數(shù)機(jī)器零件具有回轉(zhuǎn)表面，車床的通用性又較廣，因此，在機(jī)械制造廠中，車床應(yīng)用極為廣泛，在金

30、屬切削機(jī)床中占的比例比較大，約占總臺數(shù)的20%-35%。</p><p>　　車床的種類很多，按其結(jié)構(gòu)和用途主要可以分為：a立式車床。b臥式車床和落地車床。 c轉(zhuǎn)塔車床。d單軸和多軸自動，半自動車床。 e仿行車床和多刀車床。f數(shù)控車床和車削中心。g各種專門化車床。</p><p>　　車床型號的組成：通用車床的型號由基本部分和輔助部分組成，中間用“/”隔開，讀作“之”。前者需統(tǒng)一管理，后者

31、納入型號與否由企業(yè)自定。型號（從左到右）構(gòu)成如下：分類代碼,類代號,通用特性,結(jié)構(gòu)特性代號,組代號,系代號,主參數(shù)或設(shè)計順序號 主軸數(shù)或第二主參數(shù),重大改進(jìn)系號/其他特性代號,企業(yè)代號。</p><p><b>　　車床的類代號：C</b></p><p>　　表1-1 車床的通用特性代號，</p><p>　　1.2.2 C5225立式車

32、床簡介</p><p>　　C5225立式車床是我國設(shè)計制造的金屬切削加工車床。它曾經(jīng)在加工方面具有良好的性能，操作比較方便、外觀比較整潔等特點。</p><p>　　C5225立式車床為雙柱立式車床。如下圖1-1為C5225立式車床的結(jié)構(gòu)簡圖。</p><p>　　圖1-1 C5225立式車床的結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　對于立式車床，主

33、軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉(zhuǎn)工作臺上，刀架在橫梁或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件，分單柱和雙柱兩大類。</p><p>　　C5225立式車床由立柱、橫梁、滑座、滑枕、刀架、圓形工作臺等組成。機(jī)床最大加工工件直徑2500mm，最大加工工件高度1600mm，最大加工工件凈質(zhì)量10t，工作臺直徑2250mm，工作臺轉(zhuǎn)速16級，工作臺轉(zhuǎn)速范圍2～63r／min，工作臺的最大扭矩M=

34、61740N·m，交流主電機(jī)功率為55kW，刀架水平行程1400mm，刀架垂直行程1000mm。該機(jī)床系屬萬能性雙立柱立式車床，具有兩個刀架，可以車削圓柱、圓錐和平面，鏜圓柱與圓錐孔，供鑄鐵、鋼及有色金屬零件的粗精加工之用，一般應(yīng)用于冶金行業(yè)車制各種大型工件。</p><p>　　如下圖1-2為C5225型立式車床的外觀。</p><p>　　圖1-2 C5225型立式車床的外

35、觀</p><p><b>　　1.主運動傳動</b></p><p>　　主運動是車床速度最高、消耗功率最大的運動。主運動傳動鏈的兩個末端件是主動機(jī)與主軸，它的作用是把動力源的運動及動力傳給主軸，是主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主運動，并把滿足立式車床主軸變速的換向的要求。</p><p><b>　　2.進(jìn)給運動</b><

36、;/p><p>　　進(jìn)給運動是維持切削持續(xù)下去的運動。進(jìn)給運動傳動鏈?zhǔn)菍崿F(xiàn)刀具縱向或橫向移動的傳動鏈。在切削圓柱面和端面時，進(jìn)給傳動鏈?zhǔn)峭饴?lián)系傳動鏈。進(jìn)給量以工件每轉(zhuǎn)刀架的移動量計算。立式車床在車削螺紋時，進(jìn)給傳動鏈?zhǔn)莾?nèi)聯(lián)系傳動鏈。主軸每轉(zhuǎn)刀架當(dāng)作傳動鏈的兩個末端。</p><p><b>　　第2章 系統(tǒng)總設(shè)計</b></p><p>　　2.1

37、 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本內(nèi)容</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期的控制目的與相應(yīng)的控制要求。因此PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括：</p><p>　?。?）了解設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需完成的動作（動作順序，必須的保護(hù)和連鎖等），操作方式（手動、點動、自動、連續(xù)等）。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案，進(jìn)行

38、系統(tǒng)的總體設(shè)計。</p><p>　　（2）進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)配置的設(shè)計，主要為PLC的選擇，PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型的選擇、I/O模塊的選擇等。</p><p>　?。?）選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件），以及由輸出設(shè)備

39、驅(qū)動的控制對象（電動機(jī)、電磁閥等），這些設(shè)備屬于一般的電器元件。</p><p>　?。?）根據(jù)控制要求基本確定I/O點數(shù)和模擬量通道數(shù)，進(jìn)行I/O初步分配，繪制I/O接線圖</p><p>　　（5）程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計梯形圖、語句表程序，控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全，可靠的關(guān)鍵。</p><p>　?。?）聯(lián)

40、機(jī)調(diào)試。按照控制電路原理圖連接硬件，將編寫好的控制程序下載至PLC。進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，如果不滿足控制要求，再返回修改程序或檢查接線，直到滿足控制系統(tǒng)的要求為止。</p><p>　　2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則與步驟</p><p>　　2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則</p><p>　?。?）最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究

41、，搜集資料，并擬定電氣控制方案。</p><p>　?。?）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維護(hù)方便。</p><p>　　（3）保證控制系統(tǒng)安全可靠。</p><p>　　（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。</p><p>　　2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟</p&g

42、t;<p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟圖</p><p>　　第3章 PLC及其在立式車床加工中的應(yīng)用</p><p>　　3.1 可編程控制器的背景</p><p>　　1969年，在美國出現(xiàn)第一臺可編程序邏輯控制器（Programmable Log

43、ic Controller－PLC）以來，經(jīng)過40年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計算機(jī)。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的PLC系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機(jī)之間的許多過程控制領(lǐng)域。可編程序控制器已和數(shù)控技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱。</p><p>　　初期的P

44、LC只是用于邏輯控制場合，代替繼電器控制系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC以微處理器為核心，適用于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進(jìn)入過程控制和位置控制等場合的控制領(lǐng)域。目前，可編程序控制器既保留了原來可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點，包括計算機(jī)控制系統(tǒng)、過程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場合，可編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，例如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形

45、工作站等等。</p><p>　　3.2 PLC簡介</p><p>　　3.2.1 PLC的組成</p><p><b>　　1）PLC的輸入</b></p><p>　　通過對繼電器控制特點的介紹和最初通用汽車公司提出的要求分析。PLC要想取代繼電器控制，首先要解決外部設(shè)備的直接輸入問題。由于當(dāng)時主要集中在開關(guān)量

46、控制，也就是開關(guān)量（觸點的開閉狀態(tài)）如何直接接入PLC并被PLC所識別，對此就需要解決以下幾個問題：有源接入，無源接入，絕緣問題，隔離問題和互相干擾問題。PLC就是一個計算機(jī)控制系統(tǒng)，在其發(fā)展過程，人們曾將計算機(jī)直接用于工業(yè)控制，但是由于以下兩大問題沒有解決好而難以發(fā)展：一是I/O（輸入/輸出）問題，計算機(jī)不能直接和工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備連接現(xiàn)在了應(yīng)用；二是計算機(jī)的I/O功能，開關(guān)邏輯處理不夠豐富和強(qiáng)大?，F(xiàn)在的PLC成功的解決了這兩個方面的問題，

47、可以讓PLC和外部設(shè)備直接進(jìn)行物理的連接。計算機(jī)的內(nèi)部提供了豐富的從位邏輯到雙字運算的強(qiáng)大的運算功能，使其能夠完成復(fù)雜的控制功能，這也是PLC能夠迅速發(fā)展的原因。</p><p><b>　　2） PLC的輸出</b></p><p>　　輸出問題主要是接點的驅(qū)動能力問題，或者說是帶負(fù)載能力和輸出方式的問題。輸出動作次數(shù)的限制，是保證PLC的輸出接點能否驅(qū)動接觸器、電

48、磁閥這樣的控制執(zhí)行元器件的問題至少要能直接驅(qū)動中間繼電器?，F(xiàn)在的PLC產(chǎn)品已經(jīng)完全有能力驅(qū)動這些元器件,并提供了多種輸出方式且動作次數(shù)可保證萬次無故障的產(chǎn)品。</p><p>　　3）PLC的控制機(jī)制</p><p>　　PLC已經(jīng)完全取代繼電器控制系統(tǒng)。只要對其控制機(jī)制有了準(zhǔn)確的理解，才能對其持續(xù)的開發(fā)并創(chuàng)造性的使用它。I/O電路已經(jīng)保證了PLC與現(xiàn)場設(shè)備的直接連接，并在內(nèi)部寄存器存儲了

49、這些狀態(tài)。但是，為了取代繼電器的控制，更重 要的是如何組織和使用這些開關(guān)量，從而達(dá)到軟件程序代替硬件連線的目的。在這里通過對繼電器的控制的電路的特點的介紹，已經(jīng)知道繼電器控制電路的特點在于各個控制單元是否動作是由其接點條件控制的，并不受其前后位置的影響。同一時刻，可有多個不同的控制單元繼電器的動作（翻轉(zhuǎn)），控制的結(jié)果、邏輯動作順序也是由接點條件來控制的。這于計算機(jī)順序執(zhí)行的工作的特點是矛盾的。主要體現(xiàn)在：一是亂序，只要條件滿足就執(zhí)行；而

50、另一個是順序執(zhí)行。PLC充分利用了計算機(jī)存儲程序的思想和高速的特點，采用了控制系統(tǒng)中的離散控制方式，使它的控制能夠完全代替繼電器的控制。具體的說就是將連續(xù)的控制用離散的控制代替，如下式：</p><p>　　Y(n)=f(x(n-1),y(n-1)) </p><p>　　式中，Y（n）為某一時間段的輸出值；</p><p>　　Y（n-1）為上一時間段的輸出值；&

51、lt;/p><p>　　X（n-1）為上一時間段某一時刻的輸入值；</p><p>　　F為他們應(yīng)滿足的控制關(guān)系。</p><p>　　即某一時間段的輸出完全取決于上一時間某一時刻的輸入和上一時間段的輸出。</p><p>　　至于上一時間段的輸出，在參加計算的時候，只是存儲在映像寄存器中的輸出結(jié)果，執(zhí)行運算過程中并不修改端子的輸出值。真實的輸出

52、已表現(xiàn)在端子的接點上，并要保持一個時間段，也就是采取集中輸出的方式，在計算的過程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不會對先階段的輸出產(chǎn)生影響。這樣只要時間段足夠短，并且PLC周而復(fù)始的運行著就完全可以模仿繼電器的控制并且取代它。</p><p>　　由于采用集中I/O的思想，其I/O狀態(tài)存儲在寄存器中，可以充分發(fā)揮計算機(jī)的強(qiáng)大邏輯家能力，以完成更復(fù)雜的控制功能。</p><p>　　

53、PLC與通用計算機(jī)沒有什么區(qū)別，只是一臺增強(qiáng)了I/O功能的可與控制對象方便連接的計算機(jī)。其完成控制的實質(zhì)是按一定算法進(jìn)行I/O變換，并將這個變換物理實現(xiàn)，應(yīng)用與工業(yè)現(xiàn)場。</p><p><b>　　（1）輸入寄存器</b></p><p>　　輸入寄存器可按位進(jìn)行尋址，每一位對應(yīng)一個開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。C

54、PU可以讀其值，但是不可以寫或進(jìn)行修改。</p><p><b>　　（2）輸出寄存器</b></p><p>　　輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值，表明的是上一時間段的真實輸出值，在程序執(zhí)行過程中，CPU可以讀其值，并作為條件參加控制，還可以修改其值，而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的

55、尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。</p><p><b>　?。?）存儲器 </b></p><p>　　存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能修改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲

56、器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。</p><p><b>　?。?）CPU單元</b></p><p>　　CPU單元控制著I/O寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。</p><p><b>　?。?）其他單元接口</b></p><p>　　其

57、他單元接口用語提供PLC與其他設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理條件。</p><p>　　可編程控制器其具體的基本結(jié)構(gòu)如下圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.2 可編程控制器的特點</p><p>　　1．可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個PLC生產(chǎn)廠都將可靠性作

58、為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使PLC的平均無故障時間達(dá)到30萬小時以上，使用壽命更長。</p><p>　　2．控制功能強(qiáng)。PLC具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等。</p><p>　　3．編程方便，易于使用。PLC采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較

59、直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。PLC可取代原繼電器控制系統(tǒng)，有利于對老設(shè)備的技術(shù)改造。</p><p>　　4．使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。</p><p>　　5．具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。</p><p>　　6．采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊式結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性，擴(kuò)展靈活方便。</p><

60、;p>　　7．維修方便。PLC上有I/O指示燈（LED），哪個I/O元件有故障，一目了然。</p><p>　　8．可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運行情況，隨時對程序進(jìn)行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。</p><p>　　3.2.3 PLC的分類</p><p>　　不同的分類標(biāo)準(zhǔn)會造成不同的分類結(jié)果，PLC常用的分類方式有如下兩種。</p>

61、;<p>　　按其I/O點數(shù)一般分為微型（32點以下）、小型（128點以下）、中型（1024點以下）、大型（2048點以下）、超大型（從2048點以上可達(dá)8192點以上）5種。</p><p>　　按結(jié)構(gòu)可分為箱體式、模塊式和平板式3種。</p><p>　　3.3 PLC的工作</p><p>　　3.3.1 PLC的性能指標(biāo)</p>

62、<p><b>　?。?）存儲容量</b></p><p>　　這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2KB~~2MB。</p><p><b>　　（2）I/O點數(shù)</b></p><p>　　I/O點數(shù)，即PLC面板上的I/O端子的個數(shù)。I/O

63、點數(shù)越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標(biāo)之一。</p><p><b>　　（3）掃描速度</b></p><p>　　掃面速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢，是一個重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計算機(jī)控制取代繼電器控制的吻合程度。從自動控制的觀點來看，決定了系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。</p><p><b&g

64、t;　?。?）指令的多少</b></p><p>　　她是衡量PLC能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計算機(jī)發(fā)揮運算功能、完成復(fù)雜控制的能力。</p><p>　?。?）內(nèi)部寄存器的配置和容量</p><p>　　它直接對用戶編制程序提供支持，對PLC指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提供直接的支持。</p><

65、p><b>　　（6）擴(kuò)展能力</b></p><p>　　擴(kuò)展能力包括I/O點數(shù)的擴(kuò)展和PLC功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。</p><p><b>　?。?）特殊功能單元</b></p><p>　　特殊功能單元種類多，也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能。</p>&l

66、t;p>　　3.3.2 PLC工作原理</p><p><b>　　1）循環(huán)掃描</b></p><p>　　CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等等內(nèi)容。</p><p>　　PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他意識周而復(fù)始的循環(huán)

67、掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的PLC在一個周期中可以完成以下5個掃描過程。</p><p>　　（1）自診斷測試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠行，及時放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。</p><p>　?。?）與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的掃描過程。一般小

68、型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。</p><p>　?。?）用戶程序掃描過程。機(jī)器處于正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。該過程在機(jī)器運行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長短會影響過程所用的時間。</p><p>　?。?）讀輸入、寫輸出掃描過程。機(jī)器在正常

69、運行狀態(tài)下，每一個掃描周期都包含這個掃描過程。該過程在機(jī)器運行中是否被執(zhí)行是可控的。CUP在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的，運算的結(jié)果也不直接送到實際輸出點，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個映象寄存器：一個為輸入映象寄存器，另一個為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運算結(jié)果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中，CPU把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過程中CPU把輸出映像寄存器的值的輸

70、出點。 </p><p>　　循環(huán)掃描有如下特點：</p><p>　?。?）掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。</p><p>　?。?）輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。</p><

71、;p>　?。?）對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。</p><p>　　（4）各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點。 </p><p>　　在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指

72、令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變——輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。</p><p>　　輸入/輸出采用映象寄存器的優(yōu)點：</p><p>　　集中采用I/O，程序掃描期間輸入值固定不變，程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸</p>

73、<p>　　出，這種I/O的方式保證的程序的順序執(zhí)行與外部電路亂序執(zhí)行的統(tǒng)一，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。</p><p>　　（2）程序執(zhí)行時，存取映象寄存器要比讀寫I/O端點快的多，這樣可以加快程序執(zhí)行速度。</p><p>　?。?）I/O點必須按位存取，而映象寄存器可按位、字節(jié)、字、雙字靈活的存取，增加了程序的靈活性。</p><p>　　在執(zhí)行程序時，

74、其輸入輸出的信號傳遞過程如下圖3-2 PLC信號的傳遞過程所示。</p><p>　　圖3-2 PLC信號的傳遞過程</p><p>　　2） I/O響應(yīng)時間</p><p>　　由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對輸入和輸出信號只在沒個掃描周期的固定時間集中輸入/輸出，所以必然會產(chǎn)生輸出信號相對輸入信號滯后的現(xiàn)象。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。</p&g

75、t;<p>　　響應(yīng)時間由輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時間部分決定。</p><p>　?。?）PLC輸入電路設(shè)置了濾波器，濾波器的常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強(qiáng)。輸入延遲是由硬件決定的，有的PLC濾波器時間常數(shù)可調(diào)。</p><p>　?。?）從輸出鎖存器到輸出端子所經(jīng)歷的時間稱為輸出延遲，對于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對于不同信號的PLC可以通

76、過查表得到。</p><p>　　（3）程序執(zhí)行時間主要由程序長短來決定，對于一個實際的控制程序，編程人員須對此進(jìn)行現(xiàn)場測算，使PLC的響應(yīng)時間控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經(jīng)過一個掃描周期在輸出得到響應(yīng)的時間，稱為最小I/O響應(yīng)時間。在最不利的情況下，輸入點的狀態(tài)恰好錯過了輸入的鎖入時刻，造成在下一個輸出鎖定才能被響應(yīng)，這就需要兩個掃描周期時間，

77、稱為最大I/O響應(yīng)時間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行方式?jīng)Q定的，與編程方法無關(guān)。</p><p>　　3） PLC中的存儲器</p><p>　　PLC中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　?。?）系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家根據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。<

78、;/p><p>　?。?）用戶程序存儲器用來存儲根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。</p><p>　?。?）用來存儲工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。</p><p>　　3.3.3 PLC的編程語言</p><p>　　PLC的硬件系統(tǒng)中，與PLC的編程應(yīng)用關(guān)系最直接的要算數(shù)據(jù)存儲器。計算機(jī)運行處理的是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲在存儲區(qū)中，找到待處理的數(shù)

79、據(jù)一定要知道數(shù)據(jù)的存儲地址。</p><p>　　PLC和其他的計算機(jī)一樣，為了使用方便，數(shù)據(jù)存儲器都作了分區(qū)，為了每個存儲單元編排了地址，并且經(jīng)機(jī)內(nèi)系統(tǒng)程序為每個存儲單元賦予了不同的功能，形成了專用的存儲元件。這就是前面提到過的編程的“軟”元件。為了理解方便，PLC的編程元件用“繼電器”命名， 認(rèn)為它們象繼電器一樣具有線圈以及觸點，并且線圈得電，觸點動作。當(dāng)然這個線圈和觸點只是假象，所謂線圈得電不過是存儲單元置

80、1，線圈失電，不過就是存儲單元置0，也正因為如此，我們稱之為“軟”元件。但是這種“軟”繼電器也有個突出的好處，可以認(rèn)為它們具有無數(shù)多對動合動斷觸點，因此每取用一次它的觸點，不過是讀一次它的存儲數(shù)據(jù)而已。</p><p>　　1）PLC的編程結(jié)構(gòu)功能圖</p><p>　　任何語言都有編程的對象和基礎(chǔ)，重要介紹梯形圖語言和語句表語言，而功能圖是理解這兩種語言的基礎(chǔ)。</p>&

81、lt;p>　　輸入繼電器是由外部輸入驅(qū)動的，梯形圖中只能使用其介入點狀態(tài)值，用戶不能改變輸入繼電器的狀態(tài)。輔助繼電器的種類和多少決定了PLC控制功能的強(qiáng)弱，相當(dāng)于工作寄存器的多少和功能的強(qiáng)弱。</p><p>　　實際的PLC中并沒有圖中的物理繼電器，用繼電器來表示PLC的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)是為了使習(xí)慣于繼電器控制的工程技術(shù)人員更好的理解PLC的功能，更好的使用PLC，就像他在設(shè)計繼電器控制電路一樣。</p

82、><p>　　梯形圖語言是一種圖形化的語言，是一種面向控制過程的“自然語言”。梯形圖編程語言形象、直觀、準(zhǔn)確的描述了邏輯控制關(guān)系，容易被廣大的工程技術(shù)人員所掌握。如圖3-3所示為PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖。</p><p>　　PLC與被控對象所連接的只是I/O條件，而I/O之間的組合控制關(guān)系需要用軟件的方法來描述清楚，梯形圖是一種描述方法，當(dāng)然還有語句等表示其他的語言。語言的支持取決于廠家開

83、發(fā)的系統(tǒng)程序只要將其輸入PLC的用戶程序存儲器中，PLC就能夠直接解釋并實現(xiàn)I/O間的控制關(guān)系。當(dāng)控制關(guān)系發(fā)生改變時，只要修改梯形圖程序，重新輸入到PLC的存儲器即可。</p><p>　　圖3-3 PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖</p><p>　　2 ）梯形圖編程語言</p><p>　　PLC是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一

84、定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖、邏輯方程等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點；語句表編程語言類似計算機(jī)的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素。</p><p>　　一般而言，梯形圖程序讓PLC仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。邏輯通常被分解成小的容易理解的片，這些片通常被稱為

85、“梯級”或網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　程序一次掃描執(zhí)行一次網(wǎng)絡(luò)，按照從做到右、從上到下的順序進(jìn)行。一旦CUP執(zhí)行到程序的結(jié)尾，就又從上到下執(zhí)行程序。在每一個網(wǎng)絡(luò)中，指令以列為基礎(chǔ)被執(zhí)行，從上而下、從左到右依次執(zhí)行，直到本網(wǎng)絡(luò)的最后一個線圈列。因此為了充分利用存儲器容量，使掃描時間盡可能短，利用梯形圖編程時應(yīng)限制觸點之間的距離，并使網(wǎng)絡(luò)左上邊這部分空白最少。其中，串聯(lián)觸點較多的支路要寫在上面，并聯(lián)支路應(yīng)寫在左邊，線

86、圈放于觸點的右邊。</p><p>　　如圖3-4 所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動機(jī)直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。</p><p>　　梯形圖和繼電器控制電路圖很相似，這是可以用PLC控制取代繼電器控制的基礎(chǔ)，可以把經(jīng)過實踐證明設(shè)計是成功的繼電器電路圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而設(shè)計出具有相同功能的PLC控制程序，充分發(fā)揮PLC的功能完善、可靠性高、控制靈

87、活的特點。當(dāng)然，它們還是存在著本質(zhì)上的區(qū)別，主要表現(xiàn)如下所述。</p><p><b>　　圖3-4 梯形圖</b></p><p>　?。?）繼電器控制電路中使用的繼電器是物理的元器件，繼電器與其他控制電器之間的連接必須通過硬件連接線來完成。PLC中的繼電器是內(nèi)部的寄存器位，稱為“軟繼電器”，它具有物理繼電器相似的功能。當(dāng)它的“線圈”通電時，其所屬的常開觸點閉合，

88、常閉觸點斷開；當(dāng)它的線圈斷電時，其所屬的常開觸點和常閉觸點均恢復(fù)常態(tài)。PLC梯形圖中的接線稱為“軟接線”，這種“軟接線”是通過編程來實現(xiàn)的，具有更改簡單、調(diào)試方便等特點。而繼電器控制電路圖是點線連接圖，相對來素施工困難、更改費力。</p><p>　　（2）PLC中的每一個繼電器都對應(yīng)著一個內(nèi)部的寄存器，由于可以隨時不受限地讀取其內(nèi)容，所以，可以認(rèn)為PLC的繼電器有無數(shù)個常開、常閉觸點供用戶使用。PLC梯形圖中的

89、觸點代表的是“邏輯”輸入條件、外部的實際開關(guān)、按鈕或內(nèi)部的繼電器觸點條件等。而物理繼電器的觸點個數(shù)是有限的。</p><p>　?。?）PLC的輸入繼電器是由外部信號驅(qū)動的，在梯形圖中只能用其觸點，這在物理繼電器中是不可能的。線圈通常代表“邏輯”輸出結(jié)果，如燈、電機(jī)啟動器、中間繼電器、內(nèi)部輸出條件等。</p><p>　?。?）繼電器控制系統(tǒng)中是按照觸點的動作順序和是延遲逐個動作的，動作順

90、序與電路圖的編寫順序無關(guān)。PLC按照掃描方式工作，首先采取輸入信號，然后對所有梯形圖進(jìn)行計算，造成了宏觀與動作順序的無關(guān)，但是微觀上在一個時間段上的是實際執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致而不是無關(guān)的。</p><p>　?。?）PLC梯形圖中的兩根母線以失去原有的意義，它只表示一個梯形的起始和終了，并無實際電流通過，假象的概念電流只能從左向右流。</p><p>　　為了充分發(fā)揮CPU的邏輯

91、運算功能，設(shè)置了大量的稱為盒的附加命令，如定時器、計算器、格式轉(zhuǎn)換、模擬量I/O、PID調(diào)節(jié)或數(shù)學(xué)運算指令等，充分的發(fā)揮了計算機(jī)的強(qiáng)大計算功能，他們與內(nèi)部繼電器一起完成PLC的各種復(fù)雜控制功能。</p><p>　　3.4 PLC在我國的車床中的應(yīng)用</p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單、容易掌握、價格便宜，在一定的范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控

92、制領(lǐng)域中曾占主導(dǎo)地位，但是繼電器—接觸器控制有著明顯的缺點：設(shè)備體積大、壽命短、可靠性差、動作速度慢、功能少、程序不可變；因此對于程序固定，控制過程不太復(fù)雜的系統(tǒng)還是適合的。但是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，所以當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制柜就要改接或更改，通用性和靈活性較差。</p><p>　　但可編程序控制器（PLC）以其完善的功能，很強(qiáng)的通用性，體積少及高可靠性等特點在各工礦企業(yè)得

93、到廣泛的應(yīng)用。在工廠自動化系統(tǒng)中，PLC被廣泛采用為核心的控制器件。它既可組成功能齊全的自控系統(tǒng)控制整個工廠的運行，亦可單獨使用作單機(jī)自動控制。它還是繼電器控制柜的理想替代物。在生產(chǎn)工藝控制、過程控制、機(jī)床控制、組合機(jī)床自動控制等場合，PLC占有舉足輕重的地位。特別是在機(jī)床及大量的機(jī)床改造和老設(shè)備改造中，PLC應(yīng)用極廣。</p><p>　　由于PLC強(qiáng)大功能和優(yōu)點，使得PLC在我國的車床中得到廣泛的應(yīng)用。<

94、;/p><p>　　PLC 是以自動控制技術(shù),微計算機(jī)技術(shù),和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置， 隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，PLC 得到了迅速的發(fā)展，也在社會各領(lǐng)域的生產(chǎn)中得到了越來越多的應(yīng)用。目前，PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域包括：通用和專用機(jī)械,機(jī)床與工具,汽車制造,立體倉庫,過程控制,控制與裝置儀表,控制設(shè)備制造，環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)， 并且還在向其它領(lǐng)域延伸。PLC 的應(yīng)用機(jī)械控制占87%,過程控制占58%

95、,運動控制占40%,批量控制占26%,自診斷占18%。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　4.1 主要電氣元件的簡介</p><p>　　任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系統(tǒng)輸入部分由所有行程開關(guān)、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出部分

96、包括各種負(fù)載的接觸器線圈。在本次控制系統(tǒng)設(shè)計中用PLC代替了繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。</p><p>　　在車床的電氣控制系統(tǒng)，所有觸頭，行程開關(guān)，控制按鈕等為系統(tǒng)的輸入信號；接觸器線圈，為系統(tǒng)的輸出信號。</p><p>　　4.1.1 電動機(jī)的概述</p><p>　　在車床控制系統(tǒng)運行中，所用電動機(jī)類型的原則是，在滿足工作機(jī)械對于拖動系統(tǒng)要求的前提下，

97、所用電動機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便、價格低廉。因此，在選用電動機(jī)種類時，若機(jī)械工作對拖動系統(tǒng)無過高要求，應(yīng)優(yōu)先選用三相交流異步電動機(jī)。</p><p>　　三相交流異步電動機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場（定子繞組內(nèi)的三相電流所產(chǎn)生的合成磁場）和轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流）的相互作用。</p><p><b>　　（1）電動機(jī)的容量</b></p>

98、;<p>　　在控制系統(tǒng)運行中，電動機(jī)的選擇主要是容量的選擇，如果電動機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動機(jī)經(jīng)常在過載下運行，會使它過早損壞，同時還出現(xiàn)啟動困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。如果電動機(jī)的容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費用增加，而且由于電動機(jī)經(jīng)常在輕載下運行，運行效率和功率因數(shù)都會下降。</p><p>　　電動機(jī)的容量應(yīng)根據(jù)以下三個原則進(jìn)行。<

99、;/p><p>　　① 發(fā)熱：電動機(jī)在運行時，必須保證電動機(jī)的實際最高溫度θa ,θmax≤θa。</p><p>　?、谶^載能力：電動機(jī)在運行時，必須具有一定的過載能力。特別是在短期工作時，由于電動機(jī)的熱慣性很大，電動機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載功率時仍可保證θmax≤θa，故此時，決定電動機(jī)容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機(jī)的過載能力。即所選電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax必須大于運行過程中可能

100、出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，</p><p>　?、蹎幽芰Γ河捎谑蠡\式異步電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩一般較小，為使電動機(jī)可靠啟動，必須保證Tl＜λTn</p><p>　　（2）電動機(jī)的種類、電壓和轉(zhuǎn)速</p><p>　　除正確選擇電動機(jī)的容量外，還需要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工作環(huán)境等條件，來正確選擇電動機(jī)的種類、電壓和轉(zhuǎn)速。</p><p>

101、　　4.1.2 交流接觸器和中間繼電器</p><p><b>　　（1）接觸器</b></p><p>　　接觸器是工業(yè)電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動開關(guān)。交流接觸器由電磁線圈，靜銜鐵，動銜鐵，靜觸點，動觸點、滅弧裝置和固定支架等部分組成。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通入交流電時，會產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動動銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時，磁場消失，

102、接觸器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開的狀態(tài)。</p><p><b>　?。?）中間繼電器</b></p><p>　　中間繼電器是最常用的繼電器之一，他的結(jié)構(gòu)和接觸器的基本相同，只是電磁系統(tǒng)小些，觸點多一些。常用的繼電器有JZ7、JZ14等。</p><p>　　4.1.3 保護(hù)電氣</p><p><b>　　(

103、1) 熔斷器</b></p><p>　　熔斷器在電路中主要起短路保護(hù)作用，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現(xiàn)短路保護(hù)及過載保護(hù)。</p><p><b>　?。?）熱繼電器</b></p><p>　　熱繼電器主要用于電氣設(shè)備（電動機(jī)）的過負(fù)荷保護(hù)。熱繼電器是

104、利用一種電流熱效應(yīng)原理工作的電路，它具有電動機(jī)容許過載特性相近的反時限動作特性，主要與接觸器配合使用，用于對三相異步電動機(jī)的過負(fù)荷和斷相保護(hù)。</p><p>　　三相異步電動機(jī)在實際運行中，常會遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過電流（和斷相）現(xiàn)象，如果過電流不嚴(yán)重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時間較長，則會加快電動機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱訖C(jī)，因此，在電動機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置

105、電動機(jī)保護(hù)裝置。</p><p>　　熱繼電器的所用原則：熱繼電器主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)，使用中應(yīng)考慮電動機(jī)的工作環(huán)境、起動情況、負(fù)載性質(zhì)等因素。星形接法的電動機(jī)可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，三角形接法的電動機(jī)應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。熱繼電器的動作電流整定值一般為電動機(jī)額定電流的1.05-1.1倍。</p><p>　　4.1.4 控制電器</p><

106、;p><b>　　（1）選擇開關(guān)</b></p><p>　　萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔式控制回路的開關(guān)電器。一般用于各種配電裝置的遠(yuǎn)距離控制，也可作為電器測量儀表的轉(zhuǎn)向開關(guān)或用作小容量電動機(jī)的啟動、制動、調(diào)速和轉(zhuǎn)向的控制，用途廣泛，故稱為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。</p><p><b>　　(2)控制按鈕</b></p><p>

107、;　　控制按鈕在控制電路中常用作遠(yuǎn)距離手動控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路，也可用于電器連鎖等電路中。</p><p>　　4.2 PLC的選型</p><p>　　4.2.1 PLC選型的基本內(nèi)容</p><p>　　PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇PLC對整個控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)起著重要的作用。選型的基本原則是：所選的PLC應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需

108、要。選型的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面：</p><p>　　（1）PLC結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　在相同功能和相同I/O點數(shù)的情況下，整體式PLC比模塊式PLC價格低。</p><p>　　（2）PLC輸出方式的選擇</p><p>　　不同的負(fù)載對PLC的輸出方式有相應(yīng)的要求。繼電器輸出型的PLC可以帶直流負(fù)載和交流負(fù)載：晶體管型與雙

109、向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載。</p><p>　?。?）I/O響應(yīng)時間的選擇</p><p>　　PLC的響應(yīng)時間包括輸入濾波時間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時間延遲。</p><p>　　（4）聯(lián)網(wǎng)通信的選擇</p><p>　　若PLC控制系統(tǒng)需要連入工廠的自動化網(wǎng)路，則所選用的PLC需要有通信連網(wǎng)功能，即要求PLC

110、應(yīng)具有連接其它PLC、上位計算機(jī)及CRT等接口的能力。</p><p>　　（5）PLC電源的選擇</p><p>　　電源是PLC干擾引入的主要途徑之一，因此應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)電源以助于提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性。一般可選用畸變較小的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓器的電源，使用直流電源時要選用橋式全波整流電路。</p><p>　　（6）I/O點數(shù)及I/O接口設(shè)備的選擇</p

111、><p>　　（7）存儲容量的選擇</p><p>　　PLC程序存儲器的容量通?？梢砸宰只虿綖閱挝?，用戶程序存儲器的容量可以作粗略的估算。一般情況下用戶程序所需的存儲器容量可按照如下經(jīng)驗公式計算：</p><p>　　程序容量=K×總輸入點數(shù)/總輸出點數(shù)</p><p>　　對于簡單的控制系統(tǒng)，K=6；若為普通系統(tǒng)，K=8；若為較復(fù)雜