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

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(lái)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，購(gòu)買(mǎi)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(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)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(jì)是對(duì)C5225立式車(chē)床的控制系統(tǒng)的PLC控制改造的研究設(shè)計(jì)。</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(diǎn)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(diǎn)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(lái)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(dòng)化水平大大提高。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)從被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)和性價(jià)比高、綜合成本低這幾個(gè)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(jì)。</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(chē)床的歷史及發(fā)展1</p><p>　　1.1.1 車(chē)床的歷史1</p><p>　　1.1.2 車(chē)床的誕生及發(fā)展1</p><p>　　1.2 普通機(jī)床及C5225立式車(chē)床的簡(jiǎn)介2</p><p>　　1.2.1 普通機(jī)床的基本知識(shí)

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

14、<p>　　2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟5</p><p>　　第3章 PLC及其在立式車(chē)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(jiǎn)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(diǎn)9</p><p>　　3.2.3 PLC的分類(lèi)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(yǔ)言13</p>

16、<p>　　3.4 PLC在我國(guó)的車(chē)床中的應(yīng)用16</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 主要電氣元件的簡(jiǎn)介17</p><p>　　4.1.1 電動(dòng)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(mén)子S7-200的控制性能的優(yōu)點(diǎn)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(chē)床控制原理電路圖概述及原理分析25</p><p>　　5.1 車(chē)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(chē)床接觸器-繼電器控制電路概述26</p><p>　　5.3.1 油泵電動(dòng)機(jī)M2控制26</p><p>　　5.3.2 主軸電動(dòng)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(chē)床控制特點(diǎn)29</p><p>　　5.5 PLC控制梯形圖設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.6 PLC控制指令語(yǔ)句表32</p><p>　　5.7 線路安裝過(guò)程中的問(wèn)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(chē)床的歷史及發(fā)展</p>

22、<p>　　1.1.1 車(chē)床的歷史</p><p>　　公元前二千多年出現(xiàn)的樹(shù)木車(chē)床是機(jī)床最早的雛形。工作時(shí)，腳踏繩索下端的套圈，利用樹(shù)枝的彈性是工件有繩索帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，手拿貝殼或石片等作為刀具，沿板條移動(dòng)工具的切削工作。中世紀(jì)的彈性桿棒車(chē)床運(yùn)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(chē)床和齒輪加工車(chē)床，以及水力驅(qū)動(dòng)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(guò)車(chē)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(guó)明朝出版的《天工開(kāi)物》中也載有磨床的結(jié)構(gòu)，用腳踏的方法是鐵盤(pán)旋轉(zhuǎn)，加上沙子和水剖切玉石。</p><p>　　1979年，英國(guó)人莫茲利創(chuàng)造成的車(chē)床由絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)刀架，能實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給和車(chē)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(guó)機(jī)床工業(yè)之父”。</p>

24、<p>　　隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，機(jī)床開(kāi)始先采用電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)，后有廣泛使用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(shí)為了適應(yīng)汽車(chē)和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，有研制成能自動(dòng)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(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，使機(jī)床在驅(qū)動(dòng)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(chē)床的誕

25、生及發(fā)展</p><p><b>　　（1）車(chē)床的誕生記</b></p><p>　　在發(fā)明車(chē)床的故事中，最引人注目的是一名叫莫茲利的英國(guó)人，因?yàn)樗?797年發(fā)明了劃時(shí)代的刀架車(chē)床，這種車(chē)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(shí)候，他是發(fā)明家布拉默的得力助手。直到26歲才離開(kāi)布拉默，因?yàn)椴祭直┑鼐芙^了莫茲利提出的把工資增加到每周30先以

26、上的請(qǐng)求。</p><p>　　就在莫茲利離開(kāi)布拉默的那一年，他制造成了第一臺(tái)螺紋車(chē)床，3年以后，莫茲利在他自己的車(chē)間制造出了一臺(tái)更加完善的車(chē)床，19世紀(jì)，由于高速工具鋼的發(fā)明和電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，車(chē)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(chē)床的發(fā)展史</b></p><p>　　車(chē)床的發(fā)展大致可以分為四個(gè)階段：雛

27、形期，基本架構(gòu)期，獨(dú)立動(dòng)力期與數(shù)值控制期，下面針對(duì)其發(fā)展的過(guò)程給予介紹。</p><p>　　車(chē)床的誕生不是發(fā)明出來(lái)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(kāi)始的工業(yè)革命，象征著以工匠主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)社會(huì)結(jié)束，取而代之的強(qiáng)調(diào)大量生產(chǎn)的工業(yè)社會(huì)，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(chē)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(chē)床，再加上諸如螺桿等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入，一部具有基本功能的車(chē)床總算開(kāi)發(fā)出來(lái)，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(dòng)力來(lái)啟動(dòng)車(chē)床運(yùn)轉(zhuǎn)，20世紀(jì)初擁有了獨(dú)立動(dòng)力源的動(dòng)力車(chē)床（Engine Lathe）終于被開(kāi)發(fā)，也將車(chē)床帶到新的領(lǐng)域。</p><p>　　20世紀(jì)中，計(jì)算機(jī)被發(fā)明，不久計(jì)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(chē)床的簡(jiǎn)介</p><p>　　1.2.1 普通機(jī)床的基本知識(shí)</p><p>　　車(chē)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(chē)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(chē)床的通用性又較廣，因此，在機(jī)械制造廠中，車(chē)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(tái)數(shù)的20%-35%。</p><p>　　車(chē)床的種類(lèi)很多，按其結(jié)構(gòu)和用途主要可以分為：a立式車(chē)床。b臥式車(chē)床和落地車(chē)床。 c轉(zhuǎn)塔車(chē)床。d單軸和多軸自動(dòng)，半自動(dòng)車(chē)床。 e仿行車(chē)床和多刀車(chē)床。f數(shù)控車(chē)床和車(chē)削中心。g各種專(zhuān)門(mén)化車(chē)床。</p><p>　　車(chē)床型號(hào)的組成：通用車(chē)床的型號(hào)由基本部分和輔助部分組成，中間用“/”隔開(kāi)，讀作“之”。前者需統(tǒng)一管理，后者

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

32、床簡(jiǎn)介</p><p>　　C5225立式車(chē)床是我國(guó)設(shè)計(jì)制造的金屬切削加工車(chē)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(diǎn)。</p><p>　　C5225立式車(chē)床為雙柱立式車(chē)床。如下圖1-1為C5225立式車(chē)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。</p><p>　　圖1-1 C5225立式車(chē)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　對(duì)于立式車(chē)床，主

33、軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，刀架在橫梁或立柱上移動(dòng)。適用于加工較大、較重、難于在普通車(chē)床上安裝的工件，分單柱和雙柱兩大類(lèi)。</p><p>　　C5225立式車(chē)床由立柱、橫梁、滑座、滑枕、刀架、圓形工作臺(tái)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(tái)直徑2250mm，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速16級(jí)，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速范圍2～63r／min，工作臺(tái)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(wàn)能性雙立柱立式車(chē)床，具有兩個(gè)刀架，可以車(chē)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(chē)制各種大型工件。</p><p>　　如下圖1-2為C5225型立式車(chē)床的外觀。</p><p>　　圖1-2 C5225型立式車(chē)床的外

35、觀</p><p><b>　　1.主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)</b></p><p>　　主運(yùn)動(dòng)是車(chē)床速度最高、消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩個(gè)末端件是主動(dòng)機(jī)與主軸，它的作用是把動(dòng)力源的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給主軸，是主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并把滿足立式車(chē)床主軸變速的換向的要求。</p><p><b>　　2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)</b><

36、;/p><p>　　進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是維持切削持續(xù)下去的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)刀具縱向或橫向移動(dòng)的傳動(dòng)鏈。在切削圓柱面和端面時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)峭饴?lián)系傳動(dòng)鏈。進(jìn)給量以工件每轉(zhuǎn)刀架的移動(dòng)量計(jì)算。立式車(chē)床在車(chē)削螺紋時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)莾?nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。主軸每轉(zhuǎn)刀架當(dāng)作傳動(dòng)鏈的兩個(gè)末端。</p><p><b>　　第2章 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1

37、 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)程分析控制要求，如需完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序，必須的保護(hù)和連鎖等），操作方式（手動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、自動(dòng)、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(jì)。</p><p>　?。?）進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)，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(duì)于保證整個(gè)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(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件），以及由輸出設(shè)備

39、驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)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(diǎn)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>　?。?）程序設(shè)計(jì)主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表程序，控制程序是控制整個(gè)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(xiě)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(jì)原則與步驟</p><p>　　2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則</p><p>　?。?）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究

41、，搜集資料，并擬定電氣控制方案。</p><p>　　（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維護(hù)方便。</p><p>　?。?）保證控制系統(tǒng)安全可靠。</p><p>　?。?）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(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。</p><p>　　2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟</p&g

42、t;<p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟圖</p><p>　　第3章 PLC及其在立式車(chē)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(guó)出現(xiàn)第一臺(tái)可編程序邏輯控制器（Programmable Log

43、ic Controller－PLC）以來(lái)，經(jīng)過(guò)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(chǎng)合最多的工業(yè)控制微型計(jì)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(diǎn)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(jì)算機(jī)之間的許多過(guò)程控制領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破饕押蛿?shù)控技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。</p><p>　　初期的P

44、LC只是用于邏輯控制場(chǎng)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(kāi)關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進(jìn)入過(guò)程控制和位置控制等場(chǎng)合的控制領(lǐng)域。目前，可編程序控制器既保留了原來(lái)可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點(diǎn)，包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、過(guò)程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場(chǎng)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(guò)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(jiǎn)介</p><p>　　3.2.1 PLC的組成</p><p><b>　　1）PLC的輸入</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)繼電器控制特點(diǎn)的介紹和最初通用汽車(chē)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(wèn)題。由于當(dāng)時(shí)主要集中在開(kāi)關(guān)量

46、控制，也就是開(kāi)關(guān)量（觸點(diǎn)的開(kāi)閉狀態(tài)）如何直接接入PLC并被PLC所識(shí)別，對(duì)此就需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：有源接入，無(wú)源接入，絕緣問(wèn)題，隔離問(wèn)題和互相干擾問(wèn)題。PLC就是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在其發(fā)展過(guò)程，人們?cè)鴮⒂?jì)算機(jī)直接用于工業(yè)控制，但是由于以下兩大問(wèn)題沒(méi)有解決好而難以發(fā)展：一是I/O（輸入/輸出）問(wèn)題，計(jì)算機(jī)不能直接和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接現(xiàn)在了應(yīng)用；二是計(jì)算機(jī)的I/O功能，開(kāi)關(guān)邏輯處理不夠豐富和強(qiáng)大。現(xiàn)在的PLC成功的解決了這兩個(gè)方面的問(wèn)題，

47、可以讓PLC和外部設(shè)備直接進(jìn)行物理的連接。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部提供了豐富的從位邏輯到雙字運(yùn)算的強(qiáng)大的運(yùn)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(wèn)題主要是接點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力問(wèn)題，或者說(shuō)是帶負(fù)載能力和輸出方式的問(wèn)題。輸出動(dòng)作次數(shù)的限制，是保證PLC的輸出接點(diǎn)能否驅(qū)動(dòng)接觸器、電

48、磁閥這樣的控制執(zhí)行元器件的問(wèn)題至少要能直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器?，F(xiàn)在的PLC產(chǎn)品已經(jīng)完全有能力驅(qū)動(dòng)這些元器件,并提供了多種輸出方式且動(dòng)作次數(shù)可保證萬(wàn)次無(wú)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(duì)其控制機(jī)制有了準(zhǔn)確的理解，才能對(duì)其持續(xù)的開(kāi)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(chǎng)設(shè)備的直接連接，并在內(nèi)部寄存器存儲(chǔ)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(kāi)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(guò)對(duì)繼電器的控制的電路的特點(diǎn)的介紹，已經(jīng)知道繼電器控制電路的特點(diǎn)在于各個(gè)控制單元是否動(dòng)作是由其接點(diǎn)條件控制的，并不受其前后位置的影響。同一時(shí)刻，可有多個(gè)不同的控制單元繼電器的動(dòng)作（翻轉(zhuǎn)），控制的結(jié)果、邏輯動(dòng)作順序也是由接點(diǎn)條件來(lái)控制的。這于計(jì)算機(jī)順序執(zhí)行的工作的特點(diǎn)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(gè)是順序執(zhí)行。PLC充分利用了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序的思想和高速的特點(diǎn)，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(shuō)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(shí)間段的輸出值；</p><p>　　Y（n-1）為上一時(shí)間段的輸出值；&

51、lt;/p><p>　　X（n-1）為上一時(shí)間段某一時(shí)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(shí)間段的輸出完全取決于上一時(shí)間某一時(shí)刻的輸入和上一時(shí)間段的輸出。</p><p>　　至于上一時(shí)間段的輸出，在參加計(jì)算的時(shí)候，只是存儲(chǔ)在映像寄存器中的輸出結(jié)果，執(zhí)行運(yùn)算過(guò)程中并不修改端子的輸出值。真實(shí)的輸出

52、已表現(xiàn)在端子的接點(diǎn)上，并要保持一個(gè)時(shí)間段，也就是采取集中輸出的方式，在計(jì)算的過(guò)程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不會(huì)對(duì)先階段的輸出產(chǎn)生影響。這樣只要時(shí)間段足夠短，并且PLC周而復(fù)始的運(yùn)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(chǔ)在寄存器中，可以充分發(fā)揮計(jì)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(jì)算機(jī)沒(méi)有什么區(qū)別，只是一臺(tái)增強(qiáng)了I/O功能的可與控制對(duì)象方便連接的計(jì)算機(jī)。其完成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行I/O變換，并將這個(gè)變換物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。</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(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)量，其值反映了開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)，并保持一個(gè)掃描周期。C

54、PU可以讀其值，但是不可以寫(xiě)或進(jìn)行修改。</p><p><b>　?。?）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(gè)時(shí)間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開(kāi)始時(shí)的輸出寄存器的值，表明的是上一時(shí)間段的真實(shí)輸出值，在程序執(zhí)行過(guò)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(gè)循環(huán)的

55、尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才對(duì)輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。</p><p><b>　?。?）存儲(chǔ)器 </b></p><p>　　存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開(kāi)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(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)

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(xiě)時(shí)序，以及對(duì)存儲(chǔ)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(yǔ)提供PLC與其他設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l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(diǎn)</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(gè)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(wú)故障時(shí)間達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)以上，使用壽命更長(zhǎng)。</p><p>　　2．控制功能強(qiáng)。PLC具有邏輯判斷、計(jì)數(shù)、定時(shí)、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實(shí)現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過(guò)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(duì)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(gè)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(yùn)行情況，隨時(shí)對(duì)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(lèi)</p><p>　　不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成不同的分類(lèi)結(jié)果，PLC常用的分類(lèi)方式有如下兩種。</p>

61、;<p>　　按其I/O點(diǎn)數(shù)一般分為微型（32點(diǎn)以下）、小型（128點(diǎn)以下）、中型（1024點(diǎn)以下）、大型（2048點(diǎn)以下）、超大型（從2048點(diǎn)以上可達(dá)8192點(diǎn)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(chǔ)容量</b></p><p>　　這里專(zhuān)指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長(zhǎng)短。大、中、小型PLC的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為2KB~~2MB。</p><p><b>　?。?）I/O點(diǎn)數(shù)</b></p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)，即PLC面板上的I/O端子的個(gè)數(shù)。I/O

63、點(diǎn)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(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制取代繼電器控制的吻合程度。從自動(dòng)控制的觀點(diǎn)來(lái)看，決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。</p><p>　　（5）內(nèi)部寄存器的配置和容量</p><p>　　它直接對(duì)用戶編制程序提供支持，對(duì)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>　?。?）擴(kuò)展能力</b></p><p>　　擴(kuò)展能力包括I/O點(diǎn)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(lèi)多，也可以說(shuō)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(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試及寫(xiě)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(shí)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(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫(xiě)輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的PLC在一個(gè)周期中可以完成以下5個(gè)掃描過(guò)程。</p><p>　?。?）自診斷測(cè)試掃描過(guò)程。為保證設(shè)備的可靠行，及時(shí)放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。</p><p>　　（2）與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的掃描過(guò)程。一般小

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

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

70、出點(diǎn)。 </p><p>　　循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)：</p><p>　　（1）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>　　（2）輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)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(lái)控制程序的執(zhí)行。</p><

71、;p>　?。?）對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。</p><p>　?。?）各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點(diǎn)。 </p><p>　　在讀輸入階段，CPU對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過(guò)輸入電路將各輸入點(diǎn)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(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)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(huì)改變——輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)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(diǎn)：</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(shí)，存取映象寄存器要比讀寫(xiě)I/O端點(diǎn)快的多，這樣可以加快程序執(zhí)行速度。</p><p>　?。?）I/O點(diǎn)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(shí)，

74、其輸入輸出的信號(hào)傳遞過(guò)程如下圖3-2 PLC信號(hào)的傳遞過(guò)程所示。</p><p>　　圖3-2 PLC信號(hào)的傳遞過(guò)程</p><p>　　2） I/O響應(yīng)時(shí)間</p><p>　　由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入和輸出信號(hào)只在沒(méi)個(gè)掃描周期的固定時(shí)間集中輸入/輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后的現(xiàn)象。掃描周期越長(zhǎng)，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。</p&g

75、t;<p>　　響應(yīng)時(shí)間由輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時(shí)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(duì)輸入信號(hào)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(shí)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(shí)間稱為輸出延遲，對(duì)于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對(duì)于不同信號(hào)的PLC可以通

76、過(guò)查表得到。</p><p>　?。?）程序執(zhí)行時(shí)間主要由程序長(zhǎng)短來(lái)決定，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的控制程序，編程人員須對(duì)此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，使PLC的響應(yīng)時(shí)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(guò)一個(gè)掃描周期在輸出得到響應(yīng)的時(shí)間，稱為最小I/O響應(yīng)時(shí)間。在最不利的情況下，輸入點(diǎn)的狀態(tài)恰好錯(cuò)過(guò)了輸入的鎖入時(shí)刻，造成在下一個(gè)輸出鎖定才能被響應(yīng)，這就需要兩個(gè)掃描周期時(shí)間，

77、稱為最大I/O響應(yīng)時(shí)間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行方式?jīng)Q定的，與編程方法無(wú)關(guān)。</p><p>　　3） PLC中的存儲(chǔ)器</p><p>　　PLC中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p>　?。?）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)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(xiě)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(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。</p><p>　　（3）用來(lái)存儲(chǔ)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(yǔ)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(chǔ)器。計(jì)算機(jī)運(yùn)行處理的是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)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(chǔ)地址。</p><p>　　PLC和其他的計(jì)算機(jī)一樣，為了使用方便，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都作了分區(qū)，為了每個(gè)存儲(chǔ)單元編排了地址，并且經(jīng)機(jī)內(nèi)系統(tǒng)程序?yàn)槊總€(gè)存儲(chǔ)單元賦予了不同的功能，形成了專(zhuān)用的存儲(chǔ)元件。這就是前面提到過(guò)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(diǎn)，并且線圈得電，觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)然這個(gè)線圈和觸點(diǎn)只是假象，所謂線圈得電不過(guò)是存儲(chǔ)單元置

80、1，線圈失電，不過(guò)就是存儲(chǔ)單元置0，也正因?yàn)槿绱?，我們稱之為“軟”元件。但是這種“軟”繼電器也有個(gè)突出的好處，可以認(rèn)為它們具有無(wú)數(shù)多對(duì)動(dòng)合動(dòng)斷觸點(diǎn)，因此每取用一次它的觸點(diǎn)，不過(guò)是讀一次它的存儲(chǔ)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(yǔ)言都有編程的對(duì)象和基礎(chǔ)，重要介紹梯形圖語(yǔ)言和語(yǔ)句表語(yǔ)言，而功能圖是理解這兩種語(yǔ)言的基礎(chǔ)。</p>&

81、lt;p>　　輸入繼電器是由外部輸入驅(qū)動(dòng)的，梯形圖中只能使用其介入點(diǎn)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(lèi)和多少?zèng)Q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(shí)際的PLC中并沒(méi)有圖中的物理繼電器，用繼電器來(lái)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(jì)繼電器控制電路一樣。</p

82、><p>　　梯形圖語(yǔ)言是一種圖形化的語(yǔ)言，是一種面向控制過(guò)程的“自然語(yǔ)言”。梯形圖編程語(yǔ)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(duì)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(lái)描述清楚，梯形圖是一種描述方法，當(dāng)然還有語(yǔ)句等表示其他的語(yǔ)言。語(yǔ)言的支持取決于廠家開(kāi)

83、發(fā)的系統(tǒng)程序只要將其輸入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中，PLC就能夠直接解釋并實(shí)現(xiàn)I/O間的控制關(guān)系。當(dāng)控制關(guān)系發(fā)生改變時(shí)，只要修改梯形圖程序，重新輸入到PLC的存儲(chǔ)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(yǔ)言</p><p>　　PLC是通過(guò)程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一

84、定有其專(zhuān)用的語(yǔ)言。PLC的編程語(yǔ)言有多種，如梯形圖、語(yǔ)句表、功能圖、邏輯方程等。梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)；語(yǔ)句表編程語(yǔ)言類(lèi)似計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，用助記符來(lái)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(lái)自電源的電流通過(guò)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(jí)”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(gè)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(gè)線圈列。因此為了充分利用存儲(chǔ)器容量，使掃描時(shí)間盡可能短，利用梯形圖編程時(shí)應(yīng)限制觸點(diǎn)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(diǎn)較多的支路要寫(xiě)在上面，并聯(lián)支路應(yīng)寫(xiě)在左邊，線

86、圈放于觸點(diǎn)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(dòng)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(guò)實(shí)踐證明設(shè)計(jì)是成功的繼電器電路圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而設(shè)計(jì)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(diǎn)。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(guò)硬件連接線來(lái)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(shí)，其所屬的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，

88、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；當(dāng)它的線圈斷電時(shí)，其所屬的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)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(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具有更改簡(jiǎn)單、調(diào)試方便等特點(diǎn)。而繼電器控制電路圖是點(diǎn)線連接圖，相對(duì)來(lái)素施工困難、更改費(fèi)力。</p><p>　?。?）PLC中的每一個(gè)繼電器都對(duì)應(yīng)著一個(gè)內(nèi)部的寄存器，由于可以隨時(shí)不受限地讀取其內(nèi)容，所以，可以認(rèn)為PLC的繼電器有無(wú)數(shù)個(gè)常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)供用戶使用。PLC梯形圖中的

89、觸點(diǎn)代表的是“邏輯”輸入條件、外部的實(shí)際開(kāi)關(guān)、按鈕或內(nèi)部的繼電器觸點(diǎn)條件等。而物理繼電器的觸點(diǎn)個(gè)數(shù)是有限的。</p><p>　　（3）PLC的輸入繼電器是由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)的，在梯形圖中只能用其觸點(diǎn)，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(dòng)器、中間繼電器、內(nèi)部輸出條件等。</p><p>　　（4）繼電器控制系統(tǒng)中是按照觸點(diǎn)的動(dòng)作順序和是延遲逐個(gè)動(dòng)作的，動(dòng)作順

90、序與電路圖的編寫(xiě)順序無(wú)關(guān)。PLC按照掃描方式工作，首先采取輸入信號(hào)，然后對(duì)所有梯形圖進(jìn)行計(jì)算，造成了宏觀與動(dòng)作順序的無(wú)關(guān)，但是微觀上在一個(gè)時(shí)間段上的是實(shí)際執(zhí)行順序與梯形圖的編寫(xiě)順序一致而不是無(wú)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(gè)梯形的起始和終了，并無(wú)實(shí)際電流通過(guò)，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(yùn)算功能，設(shè)置了大量的稱為盒的附加命令，如定時(shí)器、計(jì)算器、格式轉(zhuǎn)換、模擬量I/O、PID調(diào)節(jié)或數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等，充分的發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)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(guó)的車(chē)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(jiǎn)單、容易掌握、價(jià)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(diǎn)：設(shè)備體積大、壽命短、可靠性差、動(dòng)作速度慢、功能少、程序不可變；因此對(duì)于程序固定，控制過(guò)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(shí)，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(diǎn)在各工礦企業(yè)得

93、到廣泛的應(yīng)用。在工廠自動(dòng)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(gè)工廠的運(yùn)行，亦可單獨(dú)使用作單機(jī)自動(dòng)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(guò)程控制、機(jī)床控制、組合機(jī)床自動(dòng)控制等場(chǎng)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(diǎn)，使得PLC在我國(guó)的車(chē)床中得到廣泛的應(yīng)用。<

94、;/p><p>　　PLC 是以自動(dòng)控制技術(shù),微計(jì)算機(jī)技術(shù),和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)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(huì)各領(lǐng)域的生產(chǎn)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。目前，PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域包括：通用和專(zhuān)用機(jī)械,機(jī)床與工具,汽車(chē)制造,立體倉(cāng)庫(kù),過(guò)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(lè)等各個(gè)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(guò)程控制占58%

95、,運(yùn)動(dòng)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(jì)</p><p>　　4.1 主要電氣元件的簡(jiǎn)介</p><p>　　任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個(gè)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(kāi)關(guān)、方式選擇開(kāi)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(diǎn)組成的實(shí)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(jì)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(chē)床的電氣控制系統(tǒng)，所有觸頭，行程開(kāi)關(guān)，控制按鈕等為系統(tǒng)的輸入信號(hào)；接觸器線圈，為系統(tǒng)的輸出信號(hào)。</p><p>　　4.1.1 電動(dòng)機(jī)的概述</p><p>　　在車(chē)床控制系統(tǒng)運(yùn)行中，所用電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的原則是，在滿足工作機(jī)械對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng)要求的前提下，

97、所用電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。因此，在選用電動(dòng)機(jī)種類(lèi)時(shí)，若機(jī)械工作對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)過(guò)高要求，應(yīng)優(yōu)先選用三相交流異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（定子繞組內(nèi)的三相電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)）和轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流）的相互作用。</p><p><b>　?。?）電動(dòng)機(jī)的容量</b></p>

98、;<p>　　在控制系統(tǒng)運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)的選擇主要是容量的選擇，如果電動(dòng)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(dòng)機(jī)經(jīng)常在過(guò)載下運(yùn)行，會(huì)使它過(guò)早損壞，同時(shí)還出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。如果電動(dòng)機(jī)的容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費(fèi)用增加，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在輕載下運(yùn)行，運(yùn)行效率和功率因數(shù)都會(huì)下降。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)根據(jù)以下三個(gè)原則進(jìn)行。<

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

100、出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，</p><p>　?、蹎?dòng)能力：由于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般較小，為使電動(dòng)機(jī)可靠啟動(dòng)，必須保證Tl＜λTn</p><p>　?。?）電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、電壓和轉(zhuǎn)速</p><p>　　除正確選擇電動(dòng)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(lái)正確選擇電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、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>　?。?）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(lái)控制其通斷的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。交流接觸器由電磁線圈，靜銜鐵，動(dòng)銜鐵，靜觸點(diǎn)，動(dòng)觸點(diǎn)、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(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動(dòng)動(dòng)銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時(shí)，磁場(chǎng)消失，

102、接觸器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開(kāi)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(diǎn)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(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)及過(guò)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(dòng)機(jī)）的過(guò)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(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性相近的反時(shí)限動(dòng)作特性，主要與接觸器配合使用，用于對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷和斷相保護(hù)。</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過(guò)電流（和斷相）現(xiàn)象，如果過(guò)電流不嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間短，繞組不超過(guò)允許溫升，這種過(guò)電流是允許；如果過(guò)電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置

105、電動(dòng)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(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，使用中應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)等因素。星形接法的電動(dòng)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(dòng)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(dòng)作電流整定值一般為電動(dòng)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>　?。?）選擇開(kāi)關(guān)</b></p><p>　　萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是一種多檔式控制回路的開(kāi)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(cè)量?jī)x表的轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)或用作小容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速和轉(zhuǎn)向的控制，用途廣泛，故稱為萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)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(dòng)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(duì)整個(gè)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(gè)方面：</p><p>　?。?）PLC結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　在相同功能和相同I/O點(diǎn)數(shù)的情況下，整體式PLC比模塊式PLC價(jià)格低。</p><p>　?。?）PLC輸出方式的選擇</p><p>　　不同的負(fù)載對(duì)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(shí)間的選擇</p><p>　　PLC的響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時(shí)間延遲。</p><p>　?。?）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(dòng)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(jì)算機(jī)及CRT等接口的能力。</p><p>　?。?）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(shí)要選用橋式全波整流電路。</p><p>　?。?）I/O點(diǎn)數(shù)及I/O接口設(shè)備的選擇</p

111、><p>　　（7）存儲(chǔ)容量的選擇</p><p>　　PLC程序存儲(chǔ)器的容量通?？梢砸宰只虿綖閱挝?，用戶程序存儲(chǔ)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(chǔ)器容量可按照如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：</p><p>　　程序容量=K×總輸入點(diǎn)數(shù)/總輸出點(diǎn)數(shù)</p><p>　　對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，K=6；若為普通系統(tǒng)，K=8；若為較復(fù)雜