普通車床電氣系統(tǒng)控制改造畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、<p>　　職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文</p><p>　　普通車床電氣控制系統(tǒng)改造</p><p>　　2014屆電氣工程系</p><p>　　專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 號(hào) ********** </p><p>　　學(xué)生姓名 * * *

2、</p><p>　　指導(dǎo)教師 * * * </p><p>　　完成日期 2013年12月 13日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　傳統(tǒng)的C650臥式車床采用繼電器實(shí)現(xiàn)電氣控制，接線多且復(fù)雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構(gòu)成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能

3、達(dá)到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。因此，以PLC取代常規(guī)的繼電器，可提高工作性能，并且達(dá)到車床的控制要求。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的思路是依靠PLC作為核心器件，通過使用PLC將原有的接線方式進(jìn)行替換，使其在整體的設(shè)計(jì)中能實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)單化，其控制部分通過程序的編寫來達(dá)到車床的工作要求。在電機(jī)調(diào)速上使用變頻器進(jìn)行控制，變頻器能做到無級(jí)調(diào)速和階段化調(diào)速，由此對(duì)主軸電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的控制。</p><p>

4、　　這里先介紹一下使用到的PLC和變頻器。更具體的介紹與說明將在下面的章節(jié)中進(jìn)行體現(xiàn)出來。PLC（Programmable Logic Controller）又稱為可編程控制器是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外

5、圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。它的功能主要是：控制功能、數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存與處理功能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能、輸入/輸出接口調(diào)理功能、人機(jī)界面功能。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。</p><p>　　西門子變頻器是由德國(guó)西

6、門子公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的速度。并以其穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動(dòng)態(tài)特性、超強(qiáng)的過載能力、創(chuàng)新的BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能以及無可比擬的靈活性，在變頻器市場(chǎng)占據(jù)著重要的地位。</p><p>　　關(guān)鍵詞： PLC； 變頻器； C650車床；</p><p><b>　　目 錄&

7、lt;/b></p><p>　　摘 要 …………………………………………………………………………… I</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 C650型普通車床發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 PLC概述2</p><p>　　1.2

8、.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)3</p><p>　　1.2.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 4</p><p>　　1.3 基于PLC的電氣系統(tǒng)控制的意義及發(fā)展前景5</p><p>　　1.3.1 意義5</p><p>　　1.3.2 發(fā)展前景5</p><p>　　1.4 本文主要工作7&

9、lt;/p><p>　　第2章 C650車床的主要結(jié)構(gòu)與控制要求8</p><p>　　2.1 C650車床的主要結(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.2 C650車床的控制要求8</p><p>　　2.3 繼電器電氣線路的分析8</p><p>　　2.3.1主電路分析9</p><p>　

10、　2.3.2 控制電路分析10</p><p>　　2.3.3 整機(jī)線路聯(lián)鎖與保護(hù)10</p><p>　　第3章 基于PLC的C650車床仿真平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 系統(tǒng)輸入輸出分析11</p><p>　　3.2 OMRON 24V 繼電器--LY4NJ簡(jiǎn)介12</p><p>

11、　　3.3 MM420變頻器簡(jiǎn)介15</p><p>　　3.4 西門子S7-200 PLC 簡(jiǎn)介17</p><p>　　3.4.1 PLC的選型17</p><p>　　3.4.2概述17</p><p>　　3.4.3 應(yīng)用領(lǐng)域18</p><p>　　3.4.4 優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)18</p>

12、<p>　　3.4.5 PLC 的硬件組成與各部分的作用19</p><p>　　3.4.6 PLC 的一些技術(shù)參數(shù)指標(biāo)21</p><p>　　3.5 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖22</p><p>　　3.6 本章小結(jié)23</p><p>　　第4章 基于PLC的C650車床仿真平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)24</p>

13、<p>　　4.1 S7－200PLC編程軟件STEP7-Micro/WIN的簡(jiǎn)介24</p><p>　　4.2 梯形圖的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.2.1 機(jī)床工作指示燈開關(guān)控制的梯形圖設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.2.2 電動(dòng)機(jī)M1正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.

14、2.3電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.2.4 電動(dòng)機(jī)M1的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的反接制動(dòng)的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.2.5 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.2.6 冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì) 27</p><p>　　4.3 基于PLC控制改造C650車床梯形圖 28

15、</p><p>　　4.4 基于PLC控制改造C650車床程序表31</p><p>　　4.5 本章小結(jié)33</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試34</p><p>　　5.1 硬件檢查34</p><p>　　5.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試34</p>&l

16、t;p><b>　　總 結(jié)35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　附 錄37</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　

17、第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 C650型普通車床發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)

18、。 </p><p>　　1.高速、高精密化      </p><p>　　高速、精密是機(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對(duì)零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。為滿足這個(gè)復(fù)雜多變市場(chǎng)的需求，當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電

19、主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。 </p><p>　　數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10

20、000r/min以上。  </p><p>　　直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用直線電機(jī)作伺服驅(qū)動(dòng)，省去了滾珠絲杠這一中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了傳動(dòng)間隙(包括反向間隙)，運(yùn)動(dòng)慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。 </p><p>　　直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動(dòng)摩擦，磨損小，發(fā)熱可

21、忽略不計(jì)，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精度。通過直線電機(jī)和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機(jī)床的快速移動(dòng)速度由目前的10～20m/mim提高到60～80m/min，甚至高達(dá)120m/min。 </p><p>　　2.高可靠性      </p><p>　　數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性

22、指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。</p><p>　　3.數(shù)控車床設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)階段就可以看

23、出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計(jì)的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 </p><p>　　通過對(duì)機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅能減少重復(fù)性勞動(dòng)，而且可以快速響應(yīng)市場(chǎng)，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)周期。 </p><p><b>　　4.功能復(fù)合化 </b></p>

24、<p>　　功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的CX25Y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同時(shí)具有X、Z軸以及C軸和Y軸。通過C軸和Y軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)力刀架和副主軸

25、。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。</p><p><b>　　1.2 PLC概述</b></p><p>　　現(xiàn)代化生產(chǎn)的水平,產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等各項(xiàng)指標(biāo)在很大程度上取決于生產(chǎn)設(shè)備的先進(jìn)性和電氣化程度.隨著大規(guī)模集成電路及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,給電氣控制技術(shù)開辟了新的前景.

26、可編程控制器是近幾十年發(fā)展起來的一種新興工業(yè)控制器,由于它將計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn),因此在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用越來越廣泛.</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中,由于大量存在一些用開關(guān)量控制的簡(jiǎn)單的程序控制過程,而實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的,因而傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)常不能滿足

27、這種要求.電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn),提高了電氣控制的靈活性和通用性,其控制功能和控制精度都得到很大的提高.然而在其初期,存在著系統(tǒng)復(fù)雜,使用不便,抗干擾能力差,成本高等缺陷,尤其對(duì)上述簡(jiǎn)單的過程控制有大材小用和不經(jīng)濟(jì)等問題.因而,在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)生產(chǎn)需要,方便地改變控制程序,而又遠(yuǎn)比電子計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉的自動(dòng)化裝置——順序控制器,它是通過組合邏輯元件插接或編程來實(shí)現(xiàn)繼電器接觸控制線路功能的裝置.它能滿足程序經(jīng)

28、常改變的控制要求,使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性,但它還是使用硬件手段,裝置體積大,功能也受到一定限制.隨著大規(guī)模集成電路和微處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本的變化.在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制功能以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器——可編程控制器,這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。由于它兼?zhèn)淞擞?jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn),故目前在世界各國(guó)以作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普遍應(yīng)用于</p&g

29、t;<p>　　PC出現(xiàn)后就受到普遍的重視,其應(yīng)用發(fā)展也十分的迅速,原因在于現(xiàn)有的各種控制方式相比,它有一系列受用戶歡迎的特點(diǎn),主要是:</p><p>　　1.可靠性高,抗干擾能力強(qiáng) 在惡劣的 工業(yè)環(huán)境下工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性提出很高的要求。PC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì),由于采取了一系列措施,使PC控制系統(tǒng)的平均無故障間隔時(shí)間一般能達(dá)到4～5萬h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).可以說,

30、到目前為止尚無任何一種工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性能達(dá)到和超過PC.保證PC工作的可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的主要措施是:</p><p>　　(1) 采用循環(huán)掃描、集中采樣,集中輸出的工作方式。</p><p>　　(2) 硬件設(shè)計(jì)采用模塊式結(jié)構(gòu)并采取屏蔽、濾波、隔離、聯(lián)鎖等一系列抗干擾技術(shù),同時(shí)增加輸出聯(lián)鎖、環(huán)境檢測(cè)與故障診斷等提高可靠性電路。</p><p>　　(3)

31、軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)控、自診斷、信息保護(hù)與恢復(fù)等程序與硬件電路配合實(shí)現(xiàn)各種故障的診斷、處理、報(bào)警顯示及保護(hù)功能.因此PC優(yōu)于微機(jī)控制的首要特點(diǎn)是它能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。</p><p>　　2.編程簡(jiǎn)單、易于掌握這是PC優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。梯形圖編程方式是PC最常用的編程語(yǔ)言。它與繼電器控制原理圖類似，具有直觀、清晰、修改方便、易掌握等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3．組合靈活使用方便由于

32、它采用標(biāo)準(zhǔn)化得到通用模塊結(jié)構(gòu)，能靈活方便地組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。</p><p>　　4．功能強(qiáng)，通用性好現(xiàn)代PC具備很強(qiáng)的信息處理功能和輸出控制能力，它既可以對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制又可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。</p><p>　　5．開發(fā)周期短，功率高 </p><p>　　6．體積小，重量輕，工耗低</p><p>　　隨著

33、電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，其結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，功能日益增強(qiáng)，性價(jià)比越來越高。</p><p>　　1.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)</p><p>　　PLC（即可編程邏輯控制器，Programmable Logic Controller）是用來取代用于電機(jī)控制的順序繼電器電路的一種器件（圖1-1）。是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的

34、PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步起，依次執(zhí)行到最終步，然后再

35、返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使用的是西門子S7-200PLC，西門子S7-200PLC在實(shí)時(shí)模式下具有速度快，具有通訊功能和較高的生產(chǎn)力的特點(diǎn)。一致的模塊化設(shè)計(jì)促進(jìn)了低性能定制產(chǎn)品的創(chuàng)造和可擴(kuò)展性的解決方案。來自西門子的S7-200微型PLC可以被當(dāng)作獨(dú)立的微型PLC解決方案或與其他控制

36、器相結(jié)合使用。SIMATIC S7-200的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴(kuò)展到在單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中更復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。S7-200也越來越多地提供了對(duì)以前曾由于經(jīng)濟(jì)原因而開發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進(jìn)入。SIMATIC S7-200發(fā)揮統(tǒng)一而經(jīng)濟(jì)的解決方案。</p><p>　　PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理

37、，16位為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。</p><

38、;p>　　圖 1-1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　可編程控制器得以迅速發(fā)展和廣泛使用的原因是由于它具有繼電器接觸器控制裝置和通用計(jì)算機(jī)以及其他控制系統(tǒng)所不具有的特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　(2) 設(shè)計(jì)使用和維護(hù)方便</p><p>　　(3) 編程御苑直觀易學(xué)

39、</p><p>　　(4) 與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合</p><p>　　(5) 體積小、質(zhì)量輕、能耗低</p><p>　　1.2.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 </p><p>　　PLC是先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱(PLC,CAD

40、/CAM,ROBOT)之一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。用PL

41、C控制改造其繼電器控制電路,可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小，降低了設(shè)備故障率,提高了設(shè)備使用效率,運(yùn)行效果良好。隨著我國(guó)電力體制改革的深化，電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對(duì)火電廠輔助車間自動(dòng)控制水平提出了更高的要求。經(jīng)過科技人員的不斷引進(jìn)、開發(fā)、研究，我國(guó)大型火電站的輔助系統(tǒng)（輸煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環(huán)水泵房等）已由繼電器控制過渡到完全由PLC監(jiān)</p><

42、;p>　　PLC是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無須任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高PLC的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì)PLC

43、的影響。在新的時(shí)代，PLC會(huì)有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求，PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國(guó)發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。</p><p>　　1.3 基于PLC的電氣系統(tǒng)控制的意義及發(fā)展前景</p><p><b>　　1.3.

44、1 意義</b></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)，

45、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（PC）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)得到廣泛的應(yīng)用。在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，PC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、過程控制、機(jī)床控制、組合機(jī)床自動(dòng)控制等場(chǎng)合，PC占有舉足輕重

46、的地位。特別是在數(shù)控機(jī)床及大量的機(jī)床改造和老設(shè)備改造中，PC應(yīng)用極廣。</p><p>　　1.3.2 發(fā)展前景</p><p>　　PLC發(fā)展至今，已有30余年的歷史，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天復(fù)地的變化，PLC亦在不斷的發(fā)展變化之中，PLC正朝著新的技術(shù)發(fā)展。向高性能、高速度、大容量發(fā)展。</p><p>　　同時(shí)，隨著技術(shù)

47、的發(fā)展，PLC的抗干擾能力將越來越強(qiáng)。PLC是專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無須任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。因此，PLC控制系統(tǒng)可靠性將伴隨PLC的抗干擾能力的增強(qiáng)而提高，未來PLC的抗干擾性會(huì)大大提高。</p><p&

48、gt;　　另外，PLC的應(yīng)用會(huì)朝網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的趨勢(shì)發(fā)展。PLC網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展有兩個(gè)趨勢(shì)：一方面，PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌PLC除外形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分；另一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智能化設(shè)備，比如智能儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅(qū)動(dòng)

49、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通過光纜鏈接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴(kuò)展更方便，造價(jià)更低，性能價(jià)格比更好，也更具開放意義。</p><p>　　第三，PLC正向高性能小型化方向發(fā)展，PLC的功能正越來越豐富，而體積則越來越小?，F(xiàn)有三菱的FX-IS系列PLC最小型號(hào)的體積僅為60×90×75mm，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替

50、輸出及16位四則運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品，開始具有越來越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級(jí)處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。也就是說，PLC系統(tǒng)與DCS (集散控制系統(tǒng))的差別已經(jīng)越來越小，用PLC同樣可以構(gòu)成一個(gè)過程控制系統(tǒng)。</p><p>　　最后，PLC的操作將向簡(jiǎn)易化

51、發(fā)展。PLC的復(fù)雜編程使一些用戶望而卻步，而且不同廠商PLC所有編程的語(yǔ)言也不盡相同，用戶往往需要掌握更多種編程語(yǔ)言，難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計(jì)數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用也是PLC程序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，用普通的方法對(duì)它們編程時(shí)，需要熟悉有關(guān)的特殊存儲(chǔ)器的意義，在編程時(shí)對(duì)它們賦值，運(yùn)行時(shí)通過訪問它們來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的比較主要有以

52、下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　?。?）控制方法</b></p><p>　　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。而PLC采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯時(shí)以程序的方式存放在存儲(chǔ)

53、器中的，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂的“軟繼電器”實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點(diǎn)數(shù)量是無限的PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性也較好。</p><p><b>　　（2）工作方式</b></p><p>　　在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的

54、繼電器都同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。而PLC的用戶程序按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動(dòng)作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。</p><p><b>　?。?）控制速度</b></p><p>　　繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，

55、工作效率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題。而PLC時(shí)通過程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度快，程序指令執(zhí)行時(shí)間在微秒級(jí)，且不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)問題。</p><p>　　（4）定時(shí)和計(jì)數(shù)控制</p><p>　　電氣控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作進(jìn)行時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時(shí)精度不高。而PLC采用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高

56、，定時(shí)范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLC具有計(jì)數(shù)功能，而電氣控制系統(tǒng)一般不具備計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　（5） 可靠性和可維護(hù)性</p><p>　　由于電氣控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等問題，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性較差。而PLC大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，壽命長(zhǎng)、可靠性高。PLC還具有

57、自診斷功能，能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試和維護(hù)提供了方便。</p><p>　　1.4 本文主要工作</p><p>　　本文主要是介紹C650車床和PLC的一些相關(guān)的內(nèi)容，通過本文介紹，能使我們了解這次我們所要進(jìn)行的電氣控制改造的意義，在如今的社會(huì)，越來越注重科技化、智能化，這次使用PLC對(duì)C650車床進(jìn)行電氣系統(tǒng)的控制改造有一定的

58、意義，能使我們更快的了解和使用PLC，也能使我們清楚自己的個(gè)人能力和學(xué)習(xí)情況。</p><p>　　圖1-2 SIMATIC S7-200 PLC 系列</p><p>　　第2章 C650車床的主要結(jié)構(gòu)與控制要求</p><p>　　2.1 C650車床的主要結(jié)構(gòu)</p><p>　　普通車床是一種應(yīng)用極為廣泛的金屬切削機(jī)床，能夠車削外圓

59、、內(nèi)圓、端面、螺紋和定型表面，并可以通過尾架進(jìn)行鉆孔、鉸孔、攻螺紋等加工。</p><p>　　C650臥式普通車床屬中型車床，加工工件回轉(zhuǎn)直徑最大可達(dá)1020mm,長(zhǎng)度可達(dá)3000mm。其結(jié)構(gòu)主要由床身、主軸變速箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲桿和光桿等部分組成。</p><p>　　車床有兩種運(yùn)動(dòng)，一是軸卡盤帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為主運(yùn)動(dòng)（切削運(yùn)動(dòng)），另一種四溜板刀架頂針帶動(dòng)刀具的直

60、線運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。兩種運(yùn)動(dòng)由同一電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)并通過各自的變速箱調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速或進(jìn)給速度。此外，為提高效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、便于對(duì)刀和減小輔助工時(shí)，C650車床的刀架還能快速移動(dòng)，稱為輔助運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　C650車床車床由三臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，即主電動(dòng)機(jī)M1、冷卻電動(dòng)機(jī)M2和刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。</p><p>　　2.2 C650車床的控制要求</p>&

61、lt;p>　　從車削工藝要求出發(fā)，對(duì)各電動(dòng)機(jī)的控制要求主要是：</p><p>　　主電動(dòng)機(jī)M1（30KW）：由它完成主運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。要求：直接起動(dòng)連續(xù)運(yùn)行方式并有點(diǎn)動(dòng)功能以便調(diào)整；能正反轉(zhuǎn)以滿足螺紋加工需要；由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，停車時(shí)帶有電氣制動(dòng)，此外，還要顯示電動(dòng)機(jī)的工作電流以監(jiān)視切削狀況。</p><p>　　冷卻電動(dòng)機(jī)M2：用以加工時(shí)提供冷卻液，采用直接起動(dòng)、單向運(yùn)行、連續(xù)

62、工作方式。</p><p>　　快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3：?jiǎn)蜗螯c(diǎn)動(dòng)、短時(shí)工作方式。</p><p>　　要求有局部照明和必要的電氣保護(hù)與聯(lián)鎖。</p><p>　　2.3 繼電器電氣線路的分析</p><p>　　C650車床電氣控制原理圖如圖2.1所示:</p><p>　　圖 2-1為C650車床電氣控制原理圖</

63、p><p>　　2.3.1主電路分析</p><p>　　該機(jī)床共配置三臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1、M2和M3。</p><p>　　主電動(dòng)機(jī)M1（功率為30kW）完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，采用直接啟動(dòng)方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并可進(jìn)行正反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的電氣制動(dòng)停車。為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。電動(dòng)機(jī)M1控制電路分為四個(gè)部分：①由正轉(zhuǎn)控制接觸器KM1和反轉(zhuǎn)控制接觸器KM

64、2的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路。②電流表PA經(jīng)電流互感器TA接在主電動(dòng)機(jī)M1主運(yùn)動(dòng)上，以監(jiān)視電動(dòng)機(jī)繞組工作電流變化。為防止電流表被啟動(dòng)電流沖擊損壞，利用時(shí)間繼電器KT的動(dòng)斷觸頭，在啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接。③串聯(lián)電阻限流控制部分，接觸器KM3的主觸點(diǎn)控制限流電阻R的接入和切除，在進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)整時(shí)，為防止連續(xù)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過載而串入了限流電阻R，以保證電路設(shè)備正常工作。④速度繼電器KS的速度檢測(cè)部分與電動(dòng)機(jī)的主軸相聯(lián)，在停

65、車制動(dòng)過程中，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，其動(dòng)合觸頭可將控制電路中反接制動(dòng)的相應(yīng)電路切斷，完成停車制動(dòng)。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)M2提供切削液，采用直接啟動(dòng)停止方式，為連續(xù)工作狀態(tài)，由接觸器KM4的主觸點(diǎn)控制其主電路的接通與斷開。</p><p>　　快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3由交流接觸器KM5控制，根據(jù)使用需要，可隨時(shí)手動(dòng)控制啟停。</p><p>　　為保證主電路的正常

66、運(yùn)行，主電路中還設(shè)置了采用熔斷器的短路保護(hù)環(huán)節(jié)和采用熱繼電器的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)環(huán)節(jié)。</p><p>　　圖2-2 主電路部分</p><p>　　2.3.2 控制電路分析</p><p>　　電源：由控制變壓器TC（380V/110V，36V）的接線和參數(shù)標(biāo)注可知各接觸器、繼電器線圈電壓等級(jí)為～110V，而照明為～36V安全電壓由主令開關(guān)SA控制。</p&g

67、t;<p>　　主電動(dòng)機(jī)M1控制：接通電源QS+。</p><p>　　正向點(diǎn)動(dòng) SB1+→KM1+（無自保）→M1串R正向點(diǎn)動(dòng)（SB1+表示按SB1并保持）</p><p>　　正向起動(dòng) SB2+→KM3+, KT+→短接R, KA+ →KM1+ (自保) →M1全壓正向起動(dòng)(當(dāng)n≥120r/min時(shí)) →KS-1+ (KT延時(shí)到,起動(dòng)完成) →轉(zhuǎn)速達(dá)n,電流表A接入&

68、lt;/p><p>　　正向停止制動(dòng) SB0+→KM1-，KM3-，KT-，KA-（當(dāng)KS-1+時(shí)）KM2+→M1串R反接制動(dòng) n↓↓(當(dāng)n≤100r/min時(shí)) KS-1- →KM2-。</p><p>　　反向制動(dòng) （接SB3）與停車制動(dòng)（KS-2+）過程與正向類似。</p><p>　　采用控制流程來表達(dá)電路的過程具有簡(jiǎn)單、一目了然的優(yōu)點(diǎn)。其基本步驟是：各自受

69、控點(diǎn)動(dòng)作后出現(xiàn)的控制結(jié)果（利用坐標(biāo)標(biāo)注檢索可避免遺漏）。</p><p>　　冷卻泵電動(dòng)機(jī) SQ6+ →KM4+（自保）→M2起動(dòng)。</p><p>　　快速電動(dòng)機(jī) SQ+（刀架手柄壓動(dòng)）→KM5+→M3起動(dòng)。</p><p>　　圖2-3 控制電路部分</p><p>　　2.3.3 整機(jī)線路聯(lián)鎖與保護(hù) </p><

70、p>　　由KM1與KM2各自的常閉觸點(diǎn)串接于對(duì)方工作電路以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行互鎖。由FU及FU1～FU6實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。由FR1與FR2實(shí)現(xiàn)M1與M2的過載保護(hù)（根據(jù)M1與M2額定電流分別整定）。KM1～KM4等接觸器采用按鈕與自?？刂品绞剑虼耸筂1與M2具有欠電壓與零電壓保護(hù)。</p><p>　　第3章 基于PLC的C650車床仿真平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)

71、輸入輸出分析</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)第2章主電路可知，確定其電路的輸入輸出及I/O分配</p><p>　　表3-1 輸入、輸出</p><p>　　表3-2 PLC輸入輸出I/O分配</p><p>　　3.2 OMRON 24V 繼電器--LY4NJ簡(jiǎn)介</p><p>　　圖 3-1 24V繼電器<

72、;/p><p>　　可用于大功率開關(guān)的小型通用繼電器</p><p><b>　　? 帶電弧屏障</b></p><p>　　? 耐壓可達(dá)2,000V。</p><p>　　? 新增二極管內(nèi)置型、CR內(nèi)置回路型系列</p><p>　　? 備有LR、VDE認(rèn)證型號(hào)。</p><p&

73、gt;　　? 1、2極型備有可對(duì)應(yīng)4種額定電源的AC線圈型號(hào)以及可對(duì)應(yīng)2種額定電源的DC線圈型號(hào)（適用線圈型號(hào)AC100/110、AC110/120、AC200/220、AC220/240、DC100/110）。</p><p>　　? 3、4極型備有可對(duì)應(yīng)4種額定電源的AC線圈型號(hào)以及可對(duì)應(yīng)2種額定電源的DC線圈型號(hào)（適用線圈型號(hào)AC100/110、AC200/220、DC100/110）</p>

74、<p>　　圖3-2 OMRON 24V繼電器 插座端子型</p><p>　　圖3-3 OMRON 24V繼電器 手冊(cè)</p><p>　　圖 3-4 OMRON 24V繼電器 特性數(shù)據(jù)</p><p>　　圖3-5 連接插座/固定支架適用表</p><p><b>　　圖3-6 連接插座</b><

75、/p><p>　　圖3-7 繼電器固定支架</p><p>　　●共通注意事項(xiàng)，請(qǐng)參見“繼電器 共通注意事項(xiàng)”。</p><p>　　? 安裝外殼上部安裝型（LY1F、LY2F、LY3F、LY4F）時(shí)，請(qǐng)使用2個(gè)M3螺釘進(jìn)行緊固。（通常緊固扭矩0.98N·m）</p><p>　　? 使用快接端子型時(shí)，請(qǐng)按照負(fù)載電流選擇相應(yīng)的FASTO

76、N插孔側(cè)導(dǎo)線直徑。</p><p>　　? 拔插快接端子時(shí)，請(qǐng)勿施加過大的力。此外，請(qǐng)逐根拔插，以避免傾斜插入或者多根同時(shí)插入等現(xiàn)象。</p><p>　　? LY 的單接點(diǎn)型適合用于功率負(fù)載開關(guān)。請(qǐng)勿用于小于100mA 的信號(hào)類微小負(fù)載開關(guān)。</p><p>　　● 關(guān)于繼電器中內(nèi)置的二極管及CR元件</p><p>　　繼電器中內(nèi)置的二極

77、管及CR元件主要用來吸收繼電器線圈所產(chǎn)生的反相電壓。二極管或CR元件從外部承受浪涌電壓，會(huì)導(dǎo)致元件損壞。因此，在元件有遭受外部浪涌電壓的危險(xiǎn)時(shí)，請(qǐng)采取浪涌吸收措施。</p><p>　　● LY與下列插座組合，通電10A以上時(shí)</p><p>　　PTF08A、PTF08A-E、PT08和LY1的繼電器組合使用時(shí)，請(qǐng)分別將端子No.①-②間、③-④間、⑤-⑥間短路。</p>

78、<p>　　● 關(guān)于繼電器的更換</p><p>　　因維護(hù)等原因更換繼電器時(shí)，為防止繼電器的誤動(dòng)作及觸電事故，</p><p>　　請(qǐng)務(wù)必切斷負(fù)載側(cè)和繼電器線圈側(cè)的電源。</p><p>　　3.3 MM420變頻器簡(jiǎn)介</p><p>　　圖3-8 西門子MM—420 變頻器</p><p>　　圖3-

79、9 西門子MM420 變頻器 結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　西門子MM420 是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。該系列有多種型號(hào)，從單相電源電壓，額定功率120W 到三相電源電壓，額定功率11KW 可供用戶選用。</p><p>　　SRS-ME05選用的MM420訂貨號(hào)為6SE6420-2UC17-5AA0，額定參數(shù)為：</p><p>　　電源電壓：22

80、0V～230V，單相交流</p><p>　　額定輸出功率：0.75KW</p><p>　　額定輸入電流：9.9A</p><p>　　額定輸出電流：3.9A</p><p><b>　　外形尺寸：A型</b></p><p>　　操作面板：基本操作板（BOP）</p><p

81、>　　MM420變頻器電路方框圖如圖3-10所示。</p><p>　　進(jìn)行主電路接線時(shí)，變頻器模塊面板上的L1、L2插孔接單相電源，接地插孔接保護(hù)地線；三個(gè)電動(dòng)機(jī)插孔U、V、W連接到三相電動(dòng)機(jī)（千萬不能接錯(cuò)電源，否則會(huì)損壞變頻器）。</p><p>　　MM420變頻器模塊面板上引出了MM420的數(shù)字輸入點(diǎn)：DIN1（端子⑤）；DIN2（端子⑥）；DIN3（端子⑦）；內(nèi)部電源+24

82、V（端子⑧）；內(nèi)部電源0V（端子⑨）。數(shù)字輸入量端子可連接到PLC的輸出點(diǎn)（端子⑧接一個(gè)輸出公共端，例如2L）。當(dāng)變頻器命令參數(shù)P0700=2（外部端子控制）時(shí)，可由PLC控制變頻器的啟動(dòng)/停止以及變速運(yùn)行等。</p><p>　　圖3-10 MM420變頻器方框圖</p><p>　　3.4 西門子S7-200 PLC 簡(jiǎn)介</p><p>　　3.4.1 PLC

83、的選型</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知，PLC點(diǎn)數(shù)的選擇，不管是輸入點(diǎn)數(shù)還是輸出點(diǎn)數(shù)都要留有10%的余量，根據(jù)I/O口分配情況可知：輸入信號(hào)有10個(gè)，輸出信號(hào)有6個(gè)，根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)可選擇西門子S7-200PLC系列可編程控制器，以滿足控制要求，而且輸入輸出都留有一定的余量。</p><p><b>　　3.4.2概述</b></p><p&g

84、t;　　SIMATIC S7-200 Micro 自成一體：別緊湊但是具有驚人的能力－特別是有關(guān)它的實(shí)時(shí)性能－它速度快，功能強(qiáng)大的通訊方案，并且具有操作簡(jiǎn)便的硬件和軟件。但是還有更多特點(diǎn)：SIMATIC S7-200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設(shè)計(jì)－目前不是很大，但是未來不可限量的定制解決方案。這一切都使得SIMATIC S7-200 Micro PLC在一個(gè)緊湊的性能范圍內(nèi)為自動(dòng)化控制提供一個(gè)非常有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。<

85、/p><p>　　3.4.3 應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　SIMATIC S7-200的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴(kuò)展到在單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中更復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。S7-200也越來越多地提供了對(duì)以前曾由于經(jīng)濟(jì)原因而開發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進(jìn)入。</p><p>　　3.4.4 優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)</p><p>　　SIMATIC S7-

86、200發(fā)揮統(tǒng)一而經(jīng)濟(jì)的解決方案。整個(gè)系統(tǒng)的系列特點(diǎn)：</p><p><b>　　強(qiáng)大的性能，</b></p><p>　　最優(yōu)模塊化和開放式通訊。</p><p>　　結(jié)構(gòu)緊湊小巧－狹小空間處任何應(yīng)用的理想選擇</p><p>　?、茉谒蠧PU型號(hào)中的基本和高級(jí)功能，</p><p>　　⑤大

87、容量程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　?、藿艹龅膶?shí)時(shí)響應(yīng)－在任何時(shí)候均可對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行完全控制，從而提高了質(zhì)量、效率和安全性</p><p>　?、咭子谑褂肧TEP 7-Micro/WIN工程軟件－初學(xué)者和專家的理想選擇</p><p>　　⑧集成的 R-S 485接口或者作為系統(tǒng)總線使用</p><p>　?、針O其快速和精確的操作順序和過

88、程控制</p><p>　?、馔ㄟ^時(shí)間中斷完整控制對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的流程</p><p>　　圖 3-11 西門子S7-200 PLC cpu 224</p><p>　　3.4.5 PLC 的硬件組成與各部分的作用</p><p>　　可編程控制器(PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，

89、用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。具體組成及作用說明：</p><p><b>　　圖 3-1 </b></p><p><b>　　基本單元</b>&l

90、t;/p><p>　　S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用.</p><p>　　CPU ：CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入

91、裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。</p><p><b>　　擴(kuò)展單元</b></p><p>　　S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接

92、使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù).</p><p><b>　　編程器</b></p><p>　　PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡(jiǎn)易型和智能型。</p><p>　　簡(jiǎn)易型編程器是袖珍型的，

93、簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場(chǎng)編程及監(jiān)測(cè)工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。</p><p><b>　　程序存儲(chǔ)卡</b></p><p>　

94、　為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。</p><p>　　存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器, 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器

95、和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩種，前者用于存放用戶程序，后者用來存放用戶程序執(zhí)行過程中使用NO/OFF狀態(tài)量或數(shù)值量，以生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)。用戶存儲(chǔ)器內(nèi)容由用戶根據(jù)控制需要可讀可寫，可任意修改、刪除。可采用高密度、低功耗的CMOS RAM或EPROM與EEPROM。他在PLC技術(shù)指標(biāo)中的內(nèi)存容量系指用戶存儲(chǔ)器容量，是PC等級(jí)的一項(xiàng)重要指標(biāo)；系統(tǒng)存儲(chǔ)器用于固化PLC生產(chǎn)廠家編寫的各種系統(tǒng)工作程序，相當(dāng)于單片機(jī)的監(jiān)控程序或個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，在很大程度上他決

96、定該種PC的性能和質(zhì)量，用戶無法更改或調(diào)用。</p><p><b>　　寫入器</b></p><p>　　寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)LC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過寫入器傳送到RAM區(qū)。</p><p><b>　　文本顯示器</b>&

97、lt;/p><p>　　文本顯示器TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。TD200面板上的8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。</p>&

98、lt;p>　　輸入部分：是指各類按鈕、行程開關(guān)、傳感器等接口電路，它收集并保存來自被控對(duì)象的各種開關(guān)量、模擬量信息和來自操作臺(tái)的命令信息等。</p><p>　　邏輯處理部分：用于處理輸入部分取得的信息，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，并把運(yùn)算結(jié)果以某種形式輸出。</p><p>　　輸出部分：是指驅(qū)動(dòng)各種電磁線圈、交/直流接觸器、信號(hào)指示燈等執(zhí)行元件的接口電路，它向被控對(duì)象提供動(dòng)作信息。

99、</p><p>　　通訊及編程接口——采用RS-485或RS-422串行總線</p><p>　　作用：連接專用編程器；</p><p>　　連接個(gè)人電腦（PC），實(shí)現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；</p><p>　　連接工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；</p><p>　　連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊；</p&

100、gt;<p>　　連接打印機(jī)等計(jì)算機(jī)外設(shè)。</p><p><b>　　圖 3-2</b></p><p>　　I/O擴(kuò)展接口——采用并行通訊方式</p><p>　　作用：擴(kuò)展I/O模塊；</p><p><b>　　擴(kuò)展位置控制模塊；</b></p><p>

101、;<b>　　擴(kuò)展通訊模塊；</b></p><p>　　擴(kuò)展模擬量控制模塊。</p><p>　　3.4.6 PLC 的一些技術(shù)參數(shù)指標(biāo)</p><p>　　CPU224的接線·DC輸入DC輸出：  </p><p>　　DC輸入端由1M、0.0…0.7為第１組，2M、1.0…1.5為第２

102、組，1M、2M分別為各組的公共端。 </p><p>　　24V DC的負(fù)極接公共端1M或2M。輸入開關(guān)的－端接到24V DC的正極，輸入開關(guān)的另－端連接到CPU224各輸入端。 </p><p>　　DC輸出端由1M、1Ｌ+、0.0…0.4為第１組，2M、2Ｌ+、0.5…1.1為第2組組成。1L+、2L+分別為公共端。 </p>

103、;<p>　　第1組24V DC的負(fù)極接1M端，正極接1L+端。輸出負(fù)載的－端接到1M端，輸出負(fù)載的另－端接到CPU224各輸出端。第2組的接線與第1組相似。 ·DC輸入繼電器輸出：  </p><p>　　DC輸入端與CPU224的DC輸入DC輸出相同。 </p><p>　　繼電器輸出端由3組構(gòu)成，其中N(-)、

104、1L、0.0…0.3為第1組，N(-)、2L、0.4…0.6為第２組，N(-)、3L、0.7…1.1為第3組。各組的公共端為1L、2L和3L。 </p><p>　　第1組負(fù)載電源的一端N接負(fù)載的N(-)端，電源的另外一端L(+)接繼電器輸出端的1L端。負(fù)載的另一端分別接到CPU224各個(gè)繼電器輸出端子。第2組、第3組的接線與第1組相似。</p><p><b>　　注

105、意：</b></p><p>　　M 字母代表的是母線的意思就是英文Mother的縮寫。（意思就是公共線的意思）</p><p>　　CPU本身輸出的電源為標(biāo)號(hào)M和L+,M是24V的正 L+是24V的負(fù)極 而輸入端上有兩個(gè)公共端他們分別是1M和2M 1M作用范圍為I0.0-I0.7 2M作用范圍為I1.0-I1.5</p&

106、gt;<p>　　1M和2M與剛才說的M和L+是沒有關(guān)系的。也就是說你可以使用CPU自帶的電源，也可以使用外部提供的DC24V電源。而且是不分正反的</p><p>　　也就是說：如果在1M上接24V+ 那么在I0.0上輸入為0V時(shí)，則I0.0常開點(diǎn)就閉合 </p><p>　　同樣 如果在1M上接0V 那么在I0.0上輸入為24V+時(shí)

107、 則I0.0常開點(diǎn)就閉合 其他公共端和輸入端與上面的一樣包括擴(kuò)展模塊上的數(shù)字輸入端也一樣。</p><p>　　3.5 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖</p><p>　　圖 3-3 PLC 外部端子接線圖</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　在本章中，將這次設(shè)計(jì)中需要

108、用的元器件列舉出來了，有OMRON-24V繼電器、西門子-420變頻器、西門子S7-200 PLC，并且進(jìn)行了詳細(xì)的說明介紹，將使用到的器件的使用說明或者是使用手冊(cè)一一進(jìn)行列舉，在我們進(jìn)行對(duì)其使用的時(shí)候能知道該器件型號(hào)是什么，各個(gè)管腳或者各個(gè)接線端口的標(biāo)號(hào)和功能是什么，器件的使用注意事項(xiàng)有什么，和其他相關(guān)的內(nèi)容。</p><p>　　通過本章將系統(tǒng)的輸入輸出通過表格的形式進(jìn)行說明，能清楚的知道在設(shè)計(jì)時(shí)候，I/O分

109、配是針對(duì)的哪個(gè)器件，該器件在電路中的功能或作用是什么，可以一目了然。</p><p>　　第4章 基于PLC的C650車床仿真平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 S7－200PLC編程軟件STEP7-Micro/WIN的簡(jiǎn)介 </p><p>　　S7－200可編程控制器使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程。</p

110、><p>　　STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用于開發(fā)程序，也可用于適時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可在全漢化的界面下進(jìn)行操作。 </p><p>　　STEP7-Micro/WIN32編程軟件包括Microwin3.1；Microwin3.1的升級(jí)版本軟件Microwin3.1 SP1；Toolbox（包括Uss

111、協(xié)議指令：變頻通信用，TP070：觸摸屏的組態(tài)軟件Tp Designer V1.0設(shè)計(jì)師）工具箱；以及Microwin 3.11 Chinese（Microwin 3.11 SP1和Tp Designer的專用漢化工具）等編程軟件。</p><p>　　4.2 梯形圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 機(jī)床工作指示燈開關(guān)控制的梯形圖設(shè)計(jì)</p><p&g

112、t;　　機(jī)床工作指示燈EL由SA控制指示燈的開關(guān)，對(duì)應(yīng)的I/O接口為I0.7，并由Q0.5作為輸出，在梯形圖中I0.7是帶有自鎖功能的按鈕開關(guān)，如圖4-1所示。</p><p>　　圖 4-1 工作指示燈開關(guān)控制 </p><p>　　4.2.2 電動(dòng)機(jī)M1正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1～KM3控制，在使用PLC進(jìn)行控制改造

113、中，省去了KM3，PLC控制的KM1～KM2的輸出繼電器分別為Q0～Q1，分別位于梯形圖的第4、5、6、7網(wǎng)絡(luò)中。</p><p>　　在網(wǎng)絡(luò)4、網(wǎng)絡(luò)7中分別由內(nèi)部繼電器M0.1和內(nèi)部繼電器M0.2控制輸出，在此說明一下，網(wǎng)絡(luò)4控制的輸出是給變頻器是信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)5中，則是控制輸出線圈的，即是控制24V繼電器線圈的，網(wǎng)絡(luò)7中則是直接由內(nèi)部輸出M0.2控制輸出Q0.1（輸入到變頻器中）和Q0.7控制24V繼電器。在網(wǎng)絡(luò)