PAGE目錄第1章自動(dòng)銑床的概述 21.1自動(dòng)銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀 21.2銑床的主要結(jié)構(gòu) 3第2章可編程序控制器（PLC）的概況 42.1PLC的概念及發(fā)展 42.1.1PLC發(fā)展回顧 42.1.2PLC發(fā)展過(guò)程 4在中國(guó)的發(fā)展 5的現(xiàn)狀 5的發(fā)展趨勢(shì) 62.1.6軟PLC技術(shù) 72.2可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理 72.2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) 72.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 92.4可編程序控制器與計(jì)算機(jī)之間的通信 9第3章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 11銑床生產(chǎn)流程及控制系統(tǒng)構(gòu)成 12第4章硬件設(shè)計(jì) 134.1可編程序控制器PLC的選型 134.1.1可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)及控制方式的選擇 134.1.2CPU的能力 144.1.3I/O點(diǎn)數(shù)的確定 144.1.4響應(yīng)速度 154.1.5存儲(chǔ)器容量的選擇 154.1.6可編程序控制器的指令系統(tǒng) 164.1.7機(jī)型選擇的其他考慮 164.2電動(dòng)機(jī)的選型 174.2.1主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定 174.2.2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量的確定 174.3銑床電動(dòng)機(jī)組的設(shè)計(jì) 184.4銑床常用電器的選型 194.4.1按鈕 194.4.2刀開(kāi)關(guān) 194.4.3組合開(kāi)關(guān) 194.4.4行程開(kāi)關(guān) 194.4.5接觸器 204.4.6熱繼電器 20中間繼電器 214.4.8熔斷器 214.5系統(tǒng)供電 224.6輸入/輸出接口電路 23第5章軟件設(shè)計(jì) 245.1銑床電力拖動(dòng)和控制任務(wù) 245.2PLC輸入/輸出地址分配 245.3系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 255.3.1控制系統(tǒng)的公共程序 255.3.2控制系統(tǒng)的自動(dòng)程序 26第6章控制面板的設(shè)計(jì) 27第7章PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施 287.1硬件抗干擾措施 287.1.1抑制電源系統(tǒng)引入的干擾 287.1.2抑制接地系統(tǒng)引入的干擾 287.1.3抑制輸入輸出電路引入的干擾 297.1.4抑制外部配線干擾的措施 297.2軟件抗干擾措施 29第8章PLC系統(tǒng)的程序調(diào)試 31第9章銑床常見(jiàn)故障及分析 349.1銑床電機(jī)、電器故障分析 349.1.1電動(dòng)機(jī)故障 34電器故障 349.2銑床電氣線路的故障 359.3人為故障 36附錄A梯形圖 37附錄B指令表 38附錄CPLC外接線圖 41附錄D電動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)接線圖 42參考文獻(xiàn) 43自動(dòng)銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)李張峰PAGE43自動(dòng)銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本篇文章介紹了自動(dòng)銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并且敘述了銑床運(yùn)行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程設(shè)計(jì)步驟。該系統(tǒng)用三菱公司的FX2N系列PLC作為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)采用了一臺(tái)PLC控制，整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)一個(gè)控制室。利用PLC控制銑床運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了銑床啟動(dòng)、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式，從而實(shí)現(xiàn)了銑床運(yùn)行的自動(dòng)化功能。PLC控制的特點(diǎn)使原機(jī)床控制大大的簡(jiǎn)單化,并且維修方便,易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件,使機(jī)床的工作效率更高。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；銑床；電氣控制系統(tǒng)；第1章自動(dòng)銑床的概述隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、電子加工與設(shè)備電氣改造中。銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動(dòng)銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。自動(dòng)銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計(jì)方案也越來(lái)越先進(jìn)，越來(lái)越趨于完美，各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。在我國(guó)70～80年代大多數(shù)銑床中,大多數(shù)的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當(dāng)一部分輔機(jī)系統(tǒng)是采用繼電控制。因此,繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了不利影響,用PLC對(duì)銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢(shì)所趨。1.1自動(dòng)銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀從上世紀(jì)80年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)和自動(dòng)銑床床一直給予較大的關(guān)注。經(jīng)過(guò)九五自動(dòng)車床和加工中心包括自動(dòng)銑床的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成，所生產(chǎn)的中檔普及型自動(dòng)銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但在中高檔自動(dòng)銑床方面與國(guó)外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比仍存在較大差距。這是由于歐美日等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家于80年代先后完成了自動(dòng)機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，其中一些著名機(jī)床公司致力于科技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)引導(dǎo)著數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展，如美國(guó)英格索爾公司和德國(guó)惠勒喜樂(lè)公司對(duì)用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展日本牧野公司對(duì)高效精密加工中心所作的貢獻(xiàn)，德國(guó)瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開(kāi)發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對(duì)高效復(fù)合加工的推進(jìn)等等。相比之下，我國(guó)大部分?jǐn)?shù)近代機(jī)床產(chǎn)品在技術(shù)處于跟蹤階段。表1-1以中擋銑床為例列出國(guó)內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明顯差。表1-1技術(shù)指標(biāo)對(duì)比項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外國(guó)主軸最高轉(zhuǎn)速6000~1000010000~40000快移速度24~3060~90定位精度/mm(全行程)~0.006重復(fù)定位精度/mm0.005~~平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間MTBF/h500~600>1000基于這一現(xiàn)實(shí)為了加速振興我國(guó)的機(jī)床制造業(yè)當(dāng)前宜加強(qiáng)如下五方面的研究和發(fā)展工作1．以高速化為先導(dǎo)提高數(shù)控機(jī)床的綜合性能2．加快數(shù)控機(jī)床向高效柔性化和高精化發(fā)展的步伐推進(jìn)m級(jí)精度機(jī)床工程的規(guī)劃和實(shí)施3．加強(qiáng)發(fā)展多功能復(fù)合加工的數(shù)控機(jī)床來(lái)提高單件和中小批量生產(chǎn)的加工精度和高效柔性化4．對(duì)于中大批量生產(chǎn)發(fā)展快速重組制造系統(tǒng)和可重構(gòu)機(jī)床將是一個(gè)合理的解決5．發(fā)展網(wǎng)絡(luò)制造單元以適應(yīng)數(shù)字化企業(yè)的構(gòu)建1.2銑床的主要結(jié)構(gòu)銑床主要由工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、和自動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成。工作機(jī)構(gòu)的主要部件有底座、床身、主軸、懸梁、縱向工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)盤、床鞍和升降臺(tái)組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由主軸傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。主軸傳動(dòng)是由一臺(tái)7.5KW、1450r/min的主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸旋轉(zhuǎn)方向的改變由主電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)給傳動(dòng)是由一臺(tái)1.5KW、1410r/min的進(jìn)給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，它主要用于工作臺(tái)縱向、橫向和垂直三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速傳動(dòng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要以PLC為核心，配合智能儀表，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)銑床的自動(dòng)控制以及運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)功能和顯示功能。第2章可編程序控制器（PLC）的概況2.1PLC的概念及發(fā)展可編程控制器(ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC)，是1種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀(jì)60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國(guó)科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，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)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，取代各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的繼電器控制系統(tǒng)。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)的。2.1.1PLC發(fā)展回顧現(xiàn)代社會(huì)要求生產(chǎn)廠家對(duì)市場(chǎng)的需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無(wú)法滿足這一要求，迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。2.1.2PLC發(fā)展過(guò)程1968年，美國(guó)通用汽車公司(GM)為適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，想尋找一種能減少重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時(shí)間的措施，并設(shè)想把計(jì)算機(jī)功能的完備、靈活通用和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用面向控制過(guò)程、面向用戶的“自然語(yǔ)言”編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上策1臺(tái)PLC，并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次使用，獲得成功。從此，這項(xiàng)新技術(shù)便迅速發(fā)展起來(lái)。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)了該項(xiàng)新技術(shù)，很快就研制出了日本第1臺(tái)PLC。1973—1974年，西德和法國(guó)也相繼研制出了自己的第1臺(tái)PLC。中國(guó)從1974年開(kāi)始研制，1977年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。1969—1973年是PLC的初創(chuàng)時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，PLC從有觸點(diǎn)不可編程的硬接線順序控制器發(fā)展成為小型機(jī)的無(wú)觸點(diǎn)可編程邏輯控制器，可靠性比以往的繼電器控制系統(tǒng)有較大提高，靈活性也有所增強(qiáng)。其主要功能限于邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和順序控制，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器。1974—1977年是PLC的發(fā)展中期。在這個(gè)時(shí)期，由于8位單片CPU和集成存儲(chǔ)器芯片的出現(xiàn)，PLC得到了迅速發(fā)展和完善，并逐步趨向系列化和實(shí)用化，普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制。PLC除了原有功能外，又增加了數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)的傳遞和比較、模擬量的處理和控制等功能，可靠性進(jìn)一步提高，開(kāi)始具備自診斷功能。1978一1983年，PLC進(jìn)入成熟階段。這個(gè)時(shí)期，微型計(jì)算機(jī)行業(yè)已出現(xiàn)了16位CPU，MCS—5l系列單片機(jī)也由Intel公司推出，使PLC也開(kāi)始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展，PLC的生產(chǎn)量在國(guó)際上每年以30％的遞增量迅速增長(zhǎng)。在結(jié)構(gòu)上，PLC除了采用微處理器及EPROM，EEPROM，CMCSRAM等LSI電路外，還向多微處理器發(fā)展，使PLC的功能和處理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮點(diǎn)運(yùn)算、平方、三角函數(shù)、相關(guān)數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換等，初步形成了分布式可編程控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有通訊功能和遠(yuǎn)程I/O處理能力，編程語(yǔ)言較規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。此外自診斷功能及容錯(cuò)技術(shù)發(fā)展迅速，使PLC系統(tǒng)的可靠性得到了進(jìn)一步提高。PLC在中國(guó)的發(fā)展在中國(guó)，大約從1974年、1975年在北京和上海開(kāi)始開(kāi)發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應(yīng)用。但一直未能形成批量生產(chǎn)。在改革開(kāi)放剛起步的1979年，在當(dāng)時(shí)的機(jī)械部?jī)x表局的推動(dòng)下，開(kāi)始從美國(guó)MODICON引進(jìn)584的PLC，并首先在電站的輔機(jī)如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應(yīng)用，從而大大推動(dòng)了PLC在我國(guó)工業(yè)的大規(guī)模運(yùn)用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個(gè)項(xiàng)目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。自1985年開(kāi)始，小型PLC首先是日本有關(guān)公司的產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。不到3、4年時(shí)間，小型PLC就形成了大面積的推廣應(yīng)用局面。1990年以后，Siemens、AllenBradley以及其它知名品牌開(kāi)始大舉進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，占據(jù)中、大型的PLC的較大份額。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。且至今沒(méi)有很大改變。PLC在中國(guó)已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，但并末建立批量生產(chǎn)、有持續(xù)開(kāi)發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。應(yīng)指出的是：在國(guó)內(nèi)，PLC的應(yīng)用水平還是不低的，自主設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)的能力，可以說(shuō)與國(guó)際主流水平同步；PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，覆蓋冶金、電力、化工、石油化工、機(jī)械、輕工、電子、電工、建材水泥等工業(yè)，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械和其它應(yīng)用。近年來(lái)環(huán)保工業(yè)也有廣泛應(yīng)用，發(fā)展勢(shì)頭很猛；在國(guó)內(nèi)有一支龐大的PLC銷售、服務(wù)、應(yīng)用、系統(tǒng)集成隊(duì)伍，遍布全國(guó)大部分地區(qū)。有充足的理由說(shuō),PLC在中國(guó)已成為工業(yè)控制的一種適用技術(shù)。因此，PLC以及PLC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131—3的發(fā)展，無(wú)可爭(zhēng)辯地成了十分令人關(guān)注的事情。PLC的現(xiàn)狀隨著PLC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3的正式頒布，推動(dòng)了PLC在技術(shù)上發(fā)動(dòng)新的突破：1．在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，從傳統(tǒng)的單機(jī)向多CPU和分布式及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)展。2．在編程語(yǔ)言上，文本化和圖形化的語(yǔ)言多樣性，創(chuàng)造了更具表達(dá)控制要求、文字處理、通信能力的編程環(huán)境。3．從應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平上，除了繼續(xù)發(fā)展機(jī)械加工自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)外，則是發(fā)展以PLC為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)FMS、安全聯(lián)鎖保護(hù)ESD系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等，全方位地產(chǎn)提高PLC的應(yīng)用范圍和水平。4．在應(yīng)用領(lǐng)域方面，發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)。隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，一些過(guò)去使用專用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合，也轉(zhuǎn)向使用PLC。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，可歸納為開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、機(jī)器人控制和通訊聯(lián)網(wǎng)這幾大方面PLC的發(fā)展趨勢(shì)傳統(tǒng)PLC的發(fā)展趨勢(shì)1．技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代快隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的結(jié)構(gòu)和功能不斷改進(jìn)，生產(chǎn)廠家不斷推出功能更強(qiáng)的PLC新產(chǎn)品，平均3—5a更新?lián)Q代1次。PLC的發(fā)展有2個(gè)重要趨勢(shì)：①向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低的微型化發(fā)展，以適應(yīng)復(fù)雜單機(jī)、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域的控制要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；②向大型化、復(fù)雜化、多功能、分散型、多層分布式工廠全自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。例如：美國(guó)GE公司推出的Genettwo工廠全自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，還具有數(shù)值運(yùn)算、模擬量控制、監(jiān)控、計(jì)算機(jī)接口、數(shù)據(jù)傳遞等功能，而且還能進(jìn)行中斷控制、智能控制、過(guò)程控制、遠(yuǎn)程控制等。該系統(tǒng)配置了GE／BASIC語(yǔ)言，向上能與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，向下不僅能直接控制CNC數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人，還可通過(guò)下級(jí)PLC去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在操作臺(tái)上如果配備該公司的FactoryMaster數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，Viewaster彩色圖像系統(tǒng)，則管理、控制整個(gè)工廠十分方便。2．開(kāi)發(fā)各種智能模塊，增強(qiáng)過(guò)程控制功能智能I/O模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件。它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主機(jī)CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。智能模塊主要有模擬量I/O、PID回路控制、通信控制、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制等，高速計(jì)數(shù)、中斷輸入、BASIC和C語(yǔ)言組件等。智能I/O的應(yīng)用，使過(guò)程控制功能增強(qiáng)。某些PLC的過(guò)程控制還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時(shí)間減少，控制精度提高。3．與個(gè)人計(jì)算機(jī)相結(jié)合目前，個(gè)人計(jì)算機(jī)主要用作PLC的編程器、操作站或人/機(jī)接口終端，其發(fā)展是使PLC具備計(jì)算機(jī)的功能。大型PLC采用功能很強(qiáng)的微處理器和大容量存貯器，將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算和通訊功能緊密結(jié)合在一起。這樣，PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、集散控制系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透，使控制系統(tǒng)的性能價(jià)格比不斷提高。4．通訊聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強(qiáng)PLC的通訊聯(lián)網(wǎng)功能使PLC與PLC之間，PLC與計(jì)算機(jī)之間交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。5．發(fā)展新的編程語(yǔ)言，增加容錯(cuò)功能改善和發(fā)展新的編程語(yǔ)言、高性能的外部設(shè)備和圖形監(jiān)控技術(shù)構(gòu)成的人/機(jī)對(duì)話技術(shù)，除梯形圖、流程圖、專用語(yǔ)言指令外，還增加了BASIC語(yǔ)言的編程功能和容錯(cuò)功能。如：雙機(jī)熱備、自動(dòng)切換I/O、雙機(jī)表決(當(dāng)輸入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯(cuò)時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)該輸出)、I/O三重表決(對(duì)I/O狀態(tài)進(jìn)行軟硬件表決，取2臺(tái)相同的)等，以滿足極高可靠性要求。6．不斷規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化PLC廠家在對(duì)硬件與編程工具不斷升級(jí)的同時(shí)，日益向制造自動(dòng)化協(xié)議(MAP)靠攏，并使PLC的基本部件(如輸入輸出模塊、接線端子、通訊協(xié)議、編程語(yǔ)言和編程工具等)的技術(shù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，使不同產(chǎn)品互相兼容、易于組網(wǎng)，以真正方便用戶，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)的自動(dòng)化。2.1.6軟PLC技術(shù)進(jìn)入90年代后期，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)PLC（也稱硬PLC)自身存在著這樣那樣的缺點(diǎn)：由于傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)廠商之間的產(chǎn)品互相不兼容，缺少明確一致的標(biāo)準(zhǔn)，造成難以構(gòu)建開(kāi)放的硬件體系結(jié)構(gòu)；各廠商產(chǎn)品的編程方法差別很大，技術(shù)專有性較強(qiáng)，工作人員必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法；傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)被幾家廠商所壟斷，造成PLC的性價(jià)比增長(zhǎng)很緩慢。這些問(wèn)題都成了制約傳統(tǒng)PLC發(fā)展的因素，工控領(lǐng)域的研究人員也一直在尋求解決這些問(wèn)題的途徑。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，一項(xiàng)打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來(lái)了，這項(xiàng)技術(shù)就是軟PLC技術(shù)。于是PLC進(jìn)入了其發(fā)展的第4階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開(kāi)放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等。采用各種相關(guān)的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能，這就是國(guó)際上出現(xiàn)的高新技術(shù)--軟PLC技術(shù)。2.2可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理可編程序控制器(ProgrammableController)簡(jiǎn)稱PC,是近代在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置,它是按照用戶控制要求編寫的程序來(lái)工作的。和繼電——接觸器控制相比較,繼電——接觸器控制是將各自獨(dú)立的器件及觸點(diǎn)以固定接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求,而PC將控制要求以程序的形式(軟件編程)存儲(chǔ)在其內(nèi)部。送入存儲(chǔ)器中的程序內(nèi)容就相當(dāng)于繼電——接觸器控制的各種線圈、觸點(diǎn)和接線,這種存儲(chǔ)程序的控制,當(dāng)需要改變控制要求時(shí),只要改變程序,而不用改變接線。因而增加了控制的靈活性和通用性。2.2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器一般由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出組件、編程器及電源五部分組成。存儲(chǔ)器是可編程序控制器的重要組成部分,有了它可編程序控制器才能有記憶功能,才能預(yù)先把待解決問(wèn)題的一步步操作,用命令的形式——即一條條指令保存起來(lái)。實(shí)現(xiàn)一定功能的若干條指令組成一個(gè)程序,根據(jù)程序作用的不同,可編程序控制器的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩種。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器主要存儲(chǔ)系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序,并能對(duì)用戶程序作編譯處理。其永久保留在可編程序控制器中,不因關(guān)機(jī)、停電或其他部分出現(xiàn)故障等而改變其內(nèi)容。用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)由編程器或磁帶輸入的用戶控制程序。用戶控制程序是根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編制的,可以通過(guò)編程器修改或增刪。中央處理器簡(jiǎn)稱CPU,是PC的大腦。其主要的用途是處理和運(yùn)行用戶程序,針對(duì)外部輸入信號(hào)作出正確的邏輯判斷,并將結(jié)果輸給有關(guān)部門,以控制生產(chǎn)機(jī)械按既定程序工作。另外CPU還對(duì)其內(nèi)部工作進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),并協(xié)調(diào)PC各部分工作,如有差錯(cuò),它立即停止運(yùn)行。輸入、輸出部分是PC與被控設(shè)備連接起來(lái)的部件。用戶設(shè)備需要輸入PC的各種控制信號(hào),如位置開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等,通過(guò)輸入部件將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出部件將中央處理器送出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)所需要的強(qiáng)電信號(hào)并輸出,以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。編程器是開(kāi)發(fā)、維護(hù)PC自動(dòng)控制系統(tǒng)不可缺少的外部設(shè)備。PC需要用編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序,也用以監(jiān)視PC的工作情況?？删幊绦蚩刂破鞯墓ぷ髟砜删幊绦蚩刂破鲗?duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)程采用循環(huán)掃描的工作方式。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下,順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài),按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理,然后順序向各輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。為了提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,并及時(shí)接收外來(lái)的控制命令,PC(在每次掃描期間,還進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器的通訊,其工作主要分以下五個(gè)階段。1.自診斷階段。PC在每次掃描用戶程序以前,都先執(zhí)行故障自診斷程序,一般包括輸入輸出、存儲(chǔ)器、CPU等部分的故障判斷。一旦發(fā)現(xiàn)異常,PC立即起動(dòng)關(guān)機(jī)程序,保留現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài),把所有的輸出點(diǎn)置成“OFF&”狀態(tài)后停機(jī),并發(fā)出報(bào)警信號(hào)和顯示出錯(cuò)誤信號(hào)。若自診斷正常,則繼續(xù)向下掃描。2.與編程器等通訊階段。自診斷后,如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障,PC即檢查是否有編程器等的通訊請(qǐng)求,若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。3.讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)階段。完成和外界通訊后,PC即開(kāi)始掃描各輸入點(diǎn),讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并把這些數(shù)據(jù)按順序?qū)懭氲酱鎯?chǔ)器的狀態(tài)表中,供執(zhí)行用戶程序時(shí)使用。因此該階段也稱輸入采樣階段。4.執(zhí)行用戶程序階段。一般是從用戶程序存儲(chǔ)器的最低地址所存放的第一條程序指令開(kāi)始執(zhí)行。在無(wú)中斷和跳轉(zhuǎn)控制的前提下,按存儲(chǔ)器地址遞增的方向依次執(zhí)行(掃描)用戶程序。直到用戶程序結(jié)束或用戶程序的末地址為止。在這種工作方式下工作,每掃描一次,所有的用戶程序都被執(zhí)行一次。5.輸出控制信號(hào)階段。PC在執(zhí)行用戶程序的同時(shí),更新輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容。程序執(zhí)行完畢,CPU即發(fā)出信號(hào),把緩沖區(qū)的內(nèi)容按規(guī)定的次序,通過(guò)輸出模塊把內(nèi)部邏輯信號(hào)變換成與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相適應(yīng)的電信號(hào)輸出,驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制任務(wù)。依次完成上述五步操作,稱為一個(gè)掃描周期,之后PC又從自診斷開(kāi)始進(jìn)行下一次掃描。就這樣不斷反復(fù)循環(huán),完成生產(chǎn)的連續(xù)控制,直到收到停止操作命令、停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。由于PC,采用了反復(fù)掃描的工作方式,使之與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器需要反復(fù)執(zhí)行一系列操作的工作方式相似。因此PC的程序可以與機(jī)器的動(dòng)作一一對(duì)應(yīng),直觀明了,易于編寫和修改,所以成為現(xiàn)代工業(yè)電氣自動(dòng)化的領(lǐng)先技術(shù)。2.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC在自動(dòng)控制技術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要1.開(kāi)關(guān)邏輯控制開(kāi)關(guān)邏輯控制是PLC的基本控制功能，可用它來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，如機(jī)床的電氣控制、電動(dòng)機(jī)的控制等；也可以取代順序控制和程序控制，如高爐上料系統(tǒng)、電梯控制、輸送貨物控制、自動(dòng)化生產(chǎn)線作業(yè)流程控制等。2.閉環(huán)過(guò)程控制早期的PLC只具有簡(jiǎn)單的邏輯控制功能，現(xiàn)代的PLC功能日益強(qiáng)大，大型PLC都具有模擬量控制單元，具有用于過(guò)程控制的各種專用模塊或子程序（如PID控制模塊等）。A-B公司的1771-CFM可組態(tài)流量計(jì)模塊，可用于電力管理、自動(dòng)化、食品飲料和石油與天然氣中各種流量的測(cè)試和控制。此外，還有1771-QH力矩控制模塊、1771-TCM溫度控制模塊等。GE公司的PROLOOP過(guò)程控制器，可執(zhí)行PID控制、比例控制和級(jí)聯(lián)控制，且有單回路、多回路和自動(dòng)調(diào)試的三種方式。3.機(jī)械加工的數(shù)字控制PLC和機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）組成一體，實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM10、11、12系列，已將CNC功能與PLC融為一體，專家預(yù)言，CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制與管理系統(tǒng)。4.機(jī)器人控制隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的形成，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，機(jī)器人的控制同樣可用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，如美國(guó)JEEP公司焊接自動(dòng)生產(chǎn)線上使用的29個(gè)機(jī)器人，每臺(tái)都用一個(gè)PLC控制。5.構(gòu)成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外正在興起工廠自動(dòng)化（FA）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，許多著名的PLC制造商都建立了自己的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，并開(kāi)始逐步向制造自動(dòng)化通信協(xié)議MAP靠攏。多級(jí)分布式控制系統(tǒng)一般分為四級(jí)：第一級(jí)為實(shí)時(shí)控制，主要是順序控制；第二級(jí)為協(xié)調(diào)控制，用于協(xié)調(diào)各種機(jī)械的配合問(wèn)題；第三極為PLC的裝入、管理數(shù)據(jù)的采集與之調(diào)度；第四極為數(shù)據(jù)處理，由上位計(jì)算機(jī)處理各種數(shù)據(jù)。2.4可編程序控制器與計(jì)算機(jī)之間的通信確定了PLC的型號(hào)，還要考慮到PLC為計(jì)算機(jī)通信的問(wèn)題。由于設(shè)計(jì)者的水平和設(shè)計(jì)要求等其他的原因，在此設(shè)計(jì)中并為牽涉PLC為計(jì)算機(jī)通信，只在此稍作敘述。在工程自動(dòng)化中，計(jì)算機(jī)的通信功能作為各級(jí)之間接口是十分必要的?？删幊绦蚩刂破髋c計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的綜合系統(tǒng)，可使可編程序控制器與計(jì)算機(jī)互補(bǔ)功能的不足。對(duì)于控制，可編程序控制器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)備都極為方便，對(duì)打印圖表，圖形顯示，中文輸出就遜色一些，而這些功能正是計(jì)算機(jī)的特長(zhǎng)?？删幊绦蚩刂破髋c計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，計(jì)算機(jī)通常僅用于編程，修改參數(shù)，系統(tǒng)管理方面，而不直接參與控制過(guò)程，而可編程序控制器在第一線脫機(jī)運(yùn)行，即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，也不會(huì)影響生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行?？删幊绦蚩刂破髋c計(jì)算機(jī)之間的通信一般是通過(guò)RS－485口和RS－232C口進(jìn)行的，信息交換的方式為字符串方式，運(yùn)用RS－485和RS－232C通信，容易配置一個(gè)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的系統(tǒng)。將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由可編程序控制器送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)采集這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，用計(jì)算機(jī)改變可編程控制器設(shè)備的初始值和設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)可編程控制器的直接控制，一旦確定了可編程控制器的控制指令格式就能很方便地與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，可以這樣說(shuō)，凡具有RS－232口并能輸入輸出字符串地計(jì)算機(jī)都可以用于通信。為了適應(yīng)聯(lián)網(wǎng)，幾乎所有地PLC都開(kāi)發(fā)了與計(jì)算機(jī)通信的接口，例如S7－200系列PLC上都配備有專用于RS－485通信的標(biāo)準(zhǔn)插座?？删幊炭刂破髋c計(jì)算機(jī)通信的形式有多種多樣，如1.PC/PPI網(wǎng)絡(luò)，利用西門子公司的PC/PPI電纜，將S7－200系列PLC與裝有STEP7Micro/WIN軟件的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，可方便地組成PC/PPI網(wǎng)絡(luò)。2.多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)。3.令牌網(wǎng)絡(luò)。它是多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一種特殊情況。4.DP網(wǎng)絡(luò)。在S7－200系列PLC中，只有CPU215支持DP協(xié)議，且只能作從機(jī)使用。第3章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)使用可編程序控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖所示，與常用的繼電器控制邏輯設(shè)計(jì)比較，組件的選擇代替了原來(lái)的部件選擇，程序設(shè)計(jì)代替了原來(lái)的硬件邏輯設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中的銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的因素有：1.系統(tǒng)組成方案與網(wǎng)絡(luò)通信方式；2.系統(tǒng)總的I/O點(diǎn)數(shù)。以此選擇PLC框架個(gè)數(shù)和I/O模塊數(shù)量；3.控制系統(tǒng)的工藝流程，復(fù)雜程度。根據(jù)控制的復(fù)雜程度選定存儲(chǔ)器容量；4.輸入/輸出設(shè)備規(guī)格。包括控制信號(hào)類型、大小，負(fù)載設(shè)備的性質(zhì)。以此確定輸入/輸出模塊類型；5.CPU選擇。由存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和模塊類型、運(yùn)算功能和運(yùn)算速度等因素選擇合適的PLC機(jī)型；6.根據(jù)輸入信號(hào)和輸出控制設(shè)備類型，選擇合適的I/O模塊；硬件設(shè)計(jì)分析控制要求軟件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)分析控制要求軟件設(shè)計(jì)確定I/O設(shè)備選擇PLC分配I/O點(diǎn)數(shù)繪制流程圖I/O接線圖的設(shè)計(jì)控制面板的設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)梯形圖繪制程序指令表輸入程序并檢測(cè)調(diào)試試試選擇外部設(shè)備在保證系統(tǒng)性能和可靠性的前提下，組成性能價(jià)格比高的控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)總體思路如圖3-1所示：圖3-1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟銑床生產(chǎn)流程及控制系統(tǒng)構(gòu)成普通銑床由銑刀盤、液壓泵、潤(rùn)滑泵、冷卻泵、電磁閥和電控系統(tǒng)組成。自動(dòng)操作過(guò)程是由按鈕和限位信號(hào)控制電機(jī)和電磁閥來(lái)完成。銑床工作流程見(jiàn)圖3-2，PLC控制系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖3-3。圖3-2銑床工作流程圖圖3-3PLC控制系統(tǒng)圖第4章硬件設(shè)計(jì)PLC工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，各功能模塊配套方便，可減少大量的繼電器，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器控制難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制，可充分利用PLC軟件，使電器控制嚴(yán)格執(zhí)行互鎖，對(duì)許多涉及安全問(wèn)題或比較重要的互鎖不易采用軟件互鎖而應(yīng)盡量采用硬件互鎖，提高系統(tǒng)的可靠性。PLC硬件應(yīng)用的要求：要應(yīng)用好PLC，防止產(chǎn)生不應(yīng)有的損壞，其硬件必須符合和滿足如下應(yīng)用的要求：1.物理環(huán)境（1）環(huán)境溫度：0～60℃，最好40℃，在PLC安裝處，要安裝一個(gè)通風(fēng)排氣扇散熱。（2）環(huán)境濕度：一般在35％～85％以下并無(wú)凝結(jié)現(xiàn)象。（3）止空氣中含有金屬粉塵或腐蝕性氣體以及太陽(yáng)紫外線直射，將控制柜進(jìn)行封閉。（4）免PLC主機(jī)直接受到震動(dòng)或撞擊，遠(yuǎn)離震動(dòng)、沖擊源。2.電氣環(huán)境（1）音措施：采取屏蔽電纜線、屏蔽層和遠(yuǎn)離帶噪音的電磁開(kāi)關(guān)等。（2）磁波干擾：采取可靠接地和封閉方法。4.1可編程序控制器PLC的選型從以上PLC的出現(xiàn)到PLC的發(fā)展過(guò)程，以及其自身的特點(diǎn)和與繼電器控制邏輯的比較，都充分體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制的必然。在實(shí)際中適用于工程應(yīng)用的可編程序控制器種類繁多，性能各異，可編程序控制器PLC的選用在應(yīng)用設(shè)計(jì)的開(kāi)始即可根據(jù)工藝提供的資料及控制要求等預(yù)先進(jìn)行。一般可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)及控制方式的選擇根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式。整體式每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程序控制器。模塊式的可編程序控制器的功能擴(kuò)展方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)等的選擇，比整體式可編程序控制器靈活的多，模塊式可編程序控制器還具備多種特殊I/O模塊供用戶選用，可完成各種特殊的控制任務(wù)，在判斷故障范圍和維修時(shí)更換模塊等也很方便。因此較復(fù)雜，要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式可編程序控制器。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應(yīng)、高速計(jì)數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運(yùn)動(dòng)控制等特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的可編程序控制器計(jì)數(shù)，也可以選用內(nèi)置相應(yīng)功能的整體式可編程序控制器。控制方式可分為獨(dú)立式、集中式和分布式等，而在本次輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了兩臺(tái)PLC控制，按其所要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)中采用的是集中式控制方式。4.1.2CPU的能力CPU的能力是可編程序控制器最重要的性能指標(biāo)，也是機(jī)械選擇時(shí)首要考慮的問(wèn)題。實(shí)際上I/O點(diǎn)數(shù)，響應(yīng)速度和軟件功能都屬于CPU的能力，后面分點(diǎn)提出，這里只說(shuō)明除此之外的CPU能力?？删幊绦蚩刂破鞯腃PU能力還應(yīng)包括處理器的個(gè)數(shù)，根據(jù)處理器的個(gè)數(shù)和位數(shù)就可粗略了解該可編程序控制器的基本特征；CPU的存儲(chǔ)器的性能，存儲(chǔ)器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方，從使用角度考慮存儲(chǔ)器的性能主要是可供用戶使用的存儲(chǔ)器能力。它應(yīng)包括存儲(chǔ)器的最大容量，可擴(kuò)展性，存儲(chǔ)器的種類。存儲(chǔ)器的容量選擇在下一點(diǎn)將單獨(dú)提出，存儲(chǔ)器擴(kuò)展性和種類多少則體現(xiàn)了系統(tǒng)構(gòu)成的方便和靈活；中間標(biāo)志，計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器的能力，這一性能實(shí)際上也體現(xiàn)了軟件功能。中間標(biāo)志的多少和類型對(duì)系統(tǒng)的使用性能具有一定關(guān)系，如果構(gòu)成的系統(tǒng)龐大，控制功能復(fù)雜，就需要較多的中間標(biāo)志。對(duì)于計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器不但要知道它們的多少，還要知道它們的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)范圍。其它的性能參數(shù)，包括電流消耗，工作環(huán)境要求，壽命時(shí)間等?？傊?，CPU的能力是一種綜合的性能指標(biāo)，而且要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，以滿足工作應(yīng)用的要求。I/O點(diǎn)數(shù)的確定I/O點(diǎn)數(shù)是可編程序控制器的一個(gè)簡(jiǎn)單明了的性能參數(shù)，也是應(yīng)用計(jì)算機(jī)賽最直接的參數(shù)。在機(jī)型選擇時(shí)必須注意一下問(wèn)題：產(chǎn)品手冊(cè)上給出的最大I/O點(diǎn)數(shù)的確卻含義，由于各公司的習(xí)慣不同，所給出的最大I/O點(diǎn)數(shù)含義并不完全一樣，有的給出的時(shí)I/O總點(diǎn)數(shù)，即包括輸入也包括輸出，也就是手冊(cè)上給出的點(diǎn)數(shù)是輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)之和，有的則分別給出最大輸入點(diǎn)數(shù)和最大輸出點(diǎn)數(shù)。要分清模擬量I/O點(diǎn)數(shù)和數(shù)字量I/O點(diǎn)的關(guān)系。有的產(chǎn)品模擬量I/O點(diǎn)數(shù)要占數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)，有的產(chǎn)品則分別獨(dú)立給出且互相并無(wú)影響。遠(yuǎn)程I/O的考慮，對(duì)于較大的控制系統(tǒng)，控制對(duì)象較為分散，一般都要采用遠(yuǎn)程I/O，在選擇機(jī)型時(shí)，要注意可編程序控制器是否具有遠(yuǎn)程I/O的能力和能驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)數(shù)。智能I/O的考慮，在機(jī)型選擇考慮I/O點(diǎn)數(shù)的同時(shí)，還要考慮智能I/O的能力，具有智能I/O模板可方便的解決高速計(jì)數(shù)，閉環(huán)控制等特殊的控制功能。I/O點(diǎn)數(shù)的余量，無(wú)論如何，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中要留有充分的I/O點(diǎn)數(shù)作為備用，這主要時(shí)基于二方面的考慮，一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更改，如果不留有充分的余量，一旦系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整，控制功能增加，就要全部推翻原有設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)，造成不必要的損失；二是手冊(cè)上給出的最大I/O點(diǎn)數(shù)都是在理想情況下獲得的參數(shù)，一旦滿負(fù)荷運(yùn)行，就要影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性，給系統(tǒng)帶來(lái)不良的影響，為了保證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，建議根據(jù)實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)留有20％～30％的余量。4.1.4響應(yīng)速度對(duì)于數(shù)字量控制為主的工程應(yīng)用項(xiàng)目，可編程序控制器的響應(yīng)速度都可滿足實(shí)際需要，不必給以特殊的考慮。對(duì)于模擬量控制的系統(tǒng)，特別是具有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)則必須考慮可編程序控制器的響應(yīng)速度?？紤]響應(yīng)速度主要是從二個(gè)方面考慮。一是可編程序控制器程序的語(yǔ)句處理時(shí)間，另一個(gè)是可編程序控制器的掃描周期。一般手冊(cè)上都給出語(yǔ)句處理時(shí)間，而且是以處理1K的語(yǔ)句所需時(shí)間計(jì)算的。在實(shí)際應(yīng)用中要注意邏輯處理指令和字處理主令所需時(shí)間是不同的，有的產(chǎn)品中給出每條指令的處理時(shí)間。在PLC中給出的掃描周期都是最大的掃描周期時(shí)間，而系統(tǒng)中實(shí)際運(yùn)行的掃描周期則與系統(tǒng)所連接設(shè)備的多少和應(yīng)用軟件的多少及復(fù)雜程序有關(guān)。在機(jī)型選擇時(shí)還應(yīng)該注意最大的掃描周期是否可以重新設(shè)定，如果可以重新設(shè)定，適應(yīng)性則更強(qiáng)。在有個(gè)特殊響應(yīng)速度要求的情況下，還要考慮系統(tǒng)中斷處理和直接控制I/O功能，這些功能可以隨時(shí)處理，而不變掃描周期的限制，當(dāng)然這些功能都是有一定的具體要求的，有的也與系統(tǒng)硬件配置有關(guān)。整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度還與輸入輸出有關(guān)，因?yàn)槿魏屋斎胼敵瞿０宥加幸欢ǖ臅r(shí)間滯后?？傊煌目刂茖?duì)象對(duì)響應(yīng)速度有不同的要求，要根據(jù)實(shí)際需要選擇可編程序控制器，控制對(duì)象信號(hào)變化速度快，則要求響應(yīng)速度快，控制對(duì)象信號(hào)變化速度慢，則要求響應(yīng)的速度就不同。4.1.5存儲(chǔ)器容量的選擇在初步估算時(shí)，對(duì)于僅需開(kāi)關(guān)量控制的系統(tǒng)，將I/O點(diǎn)數(shù)乘以8，就是所需的存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)，這一要求一般都能滿足，在只有模擬量輸入，沒(méi)有模擬量輸出的系統(tǒng)中，一般要對(duì)模擬量信號(hào)作數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)濾波和比較運(yùn)算等操作。估算時(shí)可為每路模擬量準(zhǔn)備100個(gè)存儲(chǔ)器字，在既有模擬量輸入又有模擬量輸出的系統(tǒng)中，一般要對(duì)模擬量作閉環(huán)控制，涉及的運(yùn)算相當(dāng)復(fù)雜，需要的用戶存儲(chǔ)器比只有模擬量輸入時(shí)要多一些，估算時(shí)可為每路模擬量準(zhǔn)備200個(gè)存儲(chǔ)器字，當(dāng)模擬量路數(shù)較少時(shí)，應(yīng)將系統(tǒng)適當(dāng)增大，反之則應(yīng)將系統(tǒng)適當(dāng)減小。由于本人編程水平有限，在考慮存儲(chǔ)器的容量時(shí)，多留了一些裕量。在自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)存儲(chǔ)和對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)日?chǎng)合，對(duì)存儲(chǔ)器的要求是很大的，有時(shí)甚至要求可編程序控制器有十幾K字的甚至幾十K字的存儲(chǔ)容量。在選擇可編程序控制器的型號(hào)是不應(yīng)盲目追求過(guò)高的性能指標(biāo)，在I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方面應(yīng)留有一定的裕量。作為單機(jī)小規(guī)?？刂剖褂玫膱?chǎng)合，由于工藝簡(jiǎn)單、程序固定，多數(shù)使用EPROM存儲(chǔ)器或EPROM+RAM存儲(chǔ)器。對(duì)于大、中規(guī)模的可編程序控制器，往往用于工藝比較復(fù)雜且多變的場(chǎng)合，程序改變較多，因此一般都使用CMOSRAM存儲(chǔ)器，且有后備電池，以便關(guān)機(jī)時(shí)存儲(chǔ)信息。存儲(chǔ)器的選擇有兩種方法：一種是根據(jù)編程實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算，這種方法可精確地計(jì)算出存儲(chǔ)器實(shí)際使用容量，缺點(diǎn)是要編完程序之后才能計(jì)算；另一種方法，也是我們常用的方法是估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按下面給出的公式進(jìn)行估算。代替繼：(4.1)模擬量控制：(4.2)多路采樣控制：(4.3)需開(kāi)關(guān)量控制：(4.4)式中，DI—數(shù)字（開(kāi)關(guān)量）輸入信號(hào)DO—數(shù)字（開(kāi)關(guān)量）輸出信號(hào)AI—模擬量輸入信號(hào)Km—每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占有存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)M—存儲(chǔ)器容量4.1.6可編程序控制器的指令系統(tǒng)由于可編程序控制器應(yīng)用的廣泛性，各種機(jī)型所具備的指令系統(tǒng)也不完全相同，現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來(lái)越強(qiáng)，內(nèi)部元件的個(gè)數(shù)也越來(lái)越多。任何一種可編程序控制器都可以滿足開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的要求，如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，PID閉環(huán)控制，運(yùn)動(dòng)控制等工作，可編程序控制器應(yīng)有算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送等功能，有時(shí)甚至要求有開(kāi)方、對(duì)數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等功能。在機(jī)型選擇時(shí)，從指令系統(tǒng)方向應(yīng)注意下述內(nèi)容：指令系統(tǒng)的總語(yǔ)句數(shù)，這一點(diǎn)反映了整個(gè)指令所包括的全部功能；指令系統(tǒng)的種類，主要應(yīng)包括邏輯指令，運(yùn)算指令和控制指令，具體的要求則與實(shí)際要完成的控制功能有關(guān)；指令系統(tǒng)的表達(dá)方式，指令系統(tǒng)的表達(dá)方式有多種；應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)圖，程序結(jié)構(gòu)有模塊化的程序結(jié)構(gòu)，有子程序式的程序結(jié)構(gòu)；軟件開(kāi)發(fā)手段。在考慮指令系統(tǒng)這一性能時(shí)，還要考慮到軟件的開(kāi)發(fā)手段，一般的廠家對(duì)可編程序控制器都配有專用的編程器，提供較強(qiáng)的軟件開(kāi)發(fā)手段，有的廠家在此基礎(chǔ)上還開(kāi)發(fā)了專用軟件，可利用通用的微型機(jī)作為軟件開(kāi)發(fā)手段，這樣就更加方便了用戶的需要。4.1.7機(jī)型選擇的其他考慮在考慮上述性能后，還要根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)際考慮其它一些因素，包括：性能價(jià)格比，毫無(wú)疑問(wèn)，高性能的機(jī)型必然需要較高的價(jià)格，在考慮滿足需要的性能后，還要根據(jù)工作的投資狀況來(lái)確定機(jī)型；備品備件的統(tǒng)一考慮，無(wú)論什么樣的設(shè)備，投入生產(chǎn)以后都要具有一定數(shù)量的備品備件，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于一個(gè)工廠來(lái)說(shuō)應(yīng)盡量與原有設(shè)備統(tǒng)一機(jī)型們這樣就可減少備品備件的種類和資金積壓，同時(shí)還有考慮備品備件的來(lái)源，所選機(jī)型要有可靠的訂貨來(lái)源；計(jì)數(shù)支持，選定機(jī)型時(shí)還要考慮有可靠的計(jì)數(shù)支持，這些支持包括必要的技術(shù)培訓(xùn)，設(shè)計(jì)指導(dǎo)，系統(tǒng)維修等內(nèi)容?？傊谶x擇系統(tǒng)機(jī)型時(shí)要依據(jù)前面所述的根據(jù)，按照可編程序控制器本身的性能指標(biāo)對(duì)號(hào)入座，選擇合適的系統(tǒng)。以此為依據(jù)，我選用三菱公司的FX2N系列可編程序控制器。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程序控制器，完全符合此設(shè)計(jì)的要求。由以上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析可知：自動(dòng)銑床PLC控制系統(tǒng)共有15個(gè)輸入點(diǎn)，6個(gè)輸出點(diǎn)，所以根據(jù)它的輸入輸出點(diǎn)數(shù)我選用FX2N-16MR型號(hào)的PLC。FX2N系列基本單元如表4-1所示。表4-1FX2N系列基本單元型號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)繼電器輸出可控硅輸出晶體管輸出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT8824～32FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT161624～32FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT242448～64FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT323248～64FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048～64FX2N-128MR-001——FX2N-128MT646448～644.2電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)機(jī)床的負(fù)載功率就可以選擇電動(dòng)機(jī)的容量。然而機(jī)床的載荷是經(jīng)常變化的，而每個(gè)負(fù)載的工作時(shí)間也不盡相同，這就產(chǎn)生了使電動(dòng)機(jī)的功率如何經(jīng)濟(jì)的滿足機(jī)床負(fù)載功率的的問(wèn)題。4.2.1主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定多數(shù)機(jī)床負(fù)載情況比較復(fù)雜，切削用量變化大，尤其是通用機(jī)床負(fù)載種類更多，不易準(zhǔn)確的確定其負(fù)載情況。因此通常采用通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)類比或采用分析計(jì)算想結(jié)合的方法來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的功率。主軸電動(dòng)機(jī)M1，空載時(shí)直接啟動(dòng)，為滿足順銑和逆銑工作方式的要求，能夠正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)率，采用電磁制動(dòng)器進(jìn)行停車制動(dòng)，同時(shí)從安全和操作方便考慮，換刀時(shí)主軸也處于制動(dòng)狀態(tài)。4.2.2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量的確定機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功率也是由有效功率和功率損失兩部分組成的。一般進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的有效功率都是比較小的，但由于進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率很低，實(shí)際需要的進(jìn)給功率約為主運(yùn)動(dòng)：銑床為0.2～0.25。有時(shí)甚至更低。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用同一電機(jī)時(shí)，只計(jì)算主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率即可。對(duì)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)沒(méi)有嚴(yán)格內(nèi)在聯(lián)系的車床，如銑床，為了使用方便和減少電能的消耗，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般采用單獨(dú)電機(jī)傳動(dòng)，該電機(jī)除傳動(dòng)進(jìn)給外還傳動(dòng)工作臺(tái)的快速移動(dòng)。由于快速移動(dòng)所需要的功率比進(jìn)給大的多，因此電動(dòng)機(jī)的功率通常是由快速移動(dòng)所需要決定的。工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2，直接啟動(dòng)，為滿足縱向、橫向、垂直方面的往返運(yùn)動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)率，要求行程時(shí)可快速移動(dòng)。從設(shè)備的安全考慮，各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間必須聯(lián)鎖，并由手柄操作機(jī)械離和選擇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。電動(dòng)機(jī)M3拖動(dòng)冷卻泵，在銑削加工時(shí)提供切削液。各電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)對(duì)照表如下表4-2所示：表4-2電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)對(duì)照表符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格M1主軸電動(dòng)機(jī)Y160L-411KV、380伏、1460轉(zhuǎn)/分M2進(jìn)給電動(dòng)機(jī)Y100L1-42.2KV、380伏、1430轉(zhuǎn)/分M3冷卻泵電動(dòng)機(jī)Y801-20.8KV、380伏、2830轉(zhuǎn)/分4.3銑床電動(dòng)機(jī)組的設(shè)計(jì)圖4-1為銑床電動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)電路圖，該銑床有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，主軸電動(dòng)機(jī)M1用來(lái)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行縱向，橫向和垂直三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與快速移動(dòng)。冷卻電動(dòng)機(jī)M3驅(qū)動(dòng)冷卻液泵，銑削時(shí)把冷卻液送到工件、刀具上進(jìn)行冷卻。圖4-1電動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)原理圖4.4銑床常用電器的選型4.4.1按鈕按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的主令電器。在低壓控制電路中，用于手動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)。按鈕是由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼組成，通常做成復(fù)合式，即具有常閉觸點(diǎn)和常開(kāi)觸點(diǎn)。按鈕在系統(tǒng)中有啟動(dòng)﹑停止﹑復(fù)位﹑清零﹑選擇等作用。一般性的按鈕可選用LA18-22型，其中-常開(kāi)-常閉觸頭各兩個(gè)；緊急按鈕可選用LA18-22J型；當(dāng)按鈕作為選擇開(kāi)關(guān)時(shí)可選用帶指示燈的按鈕，可選用LA19-11B/D。4.4.2刀開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)和小容量電機(jī)非頻繁啟動(dòng)的操作開(kāi)關(guān)。由操作手柄、刀片、觸頭座和底板等組成。刀開(kāi)關(guān)安裝時(shí)，手柄要向上，不得倒裝或平裝。接線時(shí)，應(yīng)將電源接在上端，負(fù)載接在下端，作用在電弧上的電動(dòng)力和熱空氣的上升方向一致，就能使電弧迅速拉長(zhǎng)而且熄滅，這樣拉閘后刀片與電源隔離，可防止意外事故的發(fā)生。適用于各皮帶機(jī)、破碎機(jī)、給煤機(jī)、通風(fēng)機(jī)的電源開(kāi)關(guān)。根據(jù)系統(tǒng)的工作情況選用HR1-60型膠刀開(kāi)關(guān)。4.4.3組合開(kāi)關(guān)組合開(kāi)關(guān)主要是作為電源引入開(kāi)關(guān)，所以也稱為電源隔離開(kāi)關(guān)。它也可以起停5KW以下的異步電動(dòng)機(jī)，但每小時(shí)的接通次數(shù)不宜超過(guò)15～20次，開(kāi)關(guān)的額定電流一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5～2.5倍。組合開(kāi)關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)數(shù)及電動(dòng)機(jī)容量進(jìn)行選用。常用的組合開(kāi)關(guān)為HZ-10系列，額定電流分為10、25、60和100A四種。適用于交流380以下，直流220以下的電氣設(shè)備中。4.4.4行程開(kāi)關(guān)行程開(kāi)關(guān)也稱限位開(kāi)關(guān)。用于控制電路的自動(dòng)限位切換。據(jù)控制功能及安裝位置、控制路數(shù)，選擇觸頭種類、數(shù)量、結(jié)構(gòu)型號(hào)及安裝尺寸。機(jī)床常用行程開(kāi)關(guān)有LX2、LX19、JKXK1及LXW-11、JLXK1-11型等系列產(chǎn)品。行程開(kāi)關(guān)的額定電壓：交流500V、直流440V，額定電流5A。操作頻率1200-2400次/小時(shí)。LX19型及JLXK1型行程開(kāi)關(guān)均有一對(duì)動(dòng)和和一對(duì)動(dòng)斷觸頭、且有自動(dòng)復(fù)位和非自動(dòng)復(fù)位兩類。LXW-11型及JLXK1型是微動(dòng)開(kāi)關(guān)，體積小、動(dòng)作靈敏，機(jī)床中應(yīng)用較多。LW2型為組合行程開(kāi)關(guān)，最多可備有5對(duì)動(dòng)和、5對(duì)動(dòng)斷公10對(duì)觸頭?？蓪?shí)現(xiàn)多路控制。下表列出JL；JLXK1系列行程開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)形式及有關(guān)參數(shù)。表4-3JLXK1系列行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)參數(shù)基本型號(hào)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及復(fù)位方式動(dòng)作力(kg)觸頭對(duì)數(shù)JLXK1-111單輪防護(hù)式能自動(dòng)復(fù)位大于1動(dòng)和動(dòng)斷JLXK1-111M單輪密封式能自動(dòng)復(fù)位11JLXK1-211雙輪防護(hù)式非自動(dòng)復(fù)位額定電壓(V)JLXK1-211M雙輪密封式非自動(dòng)復(fù)位交流直流JLXK1-311直動(dòng)防護(hù)式能自動(dòng)復(fù)位大于2500440JLXK1-311M直動(dòng)密封式能自動(dòng)復(fù)位額定電流(A)JLXK1-411直動(dòng)滾輪防護(hù)式能自動(dòng)復(fù)位大于25JLXK1-411M直動(dòng)滾輪密封式能自動(dòng)復(fù)操作頻率1200次/h4.4.5接觸器接觸器分為直流、交流兩種。機(jī)床中應(yīng)用最多的是交流接觸器。交流接觸器的型號(hào)：如接觸器CJ10-20，要想正確地選擇接觸器，就必須了解接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。其主要數(shù)據(jù)有：1.電源種類：交流或直流；2.主觸點(diǎn)額定電壓、額定電流；3.輔助觸點(diǎn)的種類、數(shù)量及觸點(diǎn)的額定電流；4.電磁線圈的電源種類、頻率和額定電壓；5.額定操作頻率，即允許每小時(shí)接通的最多次數(shù)；機(jī)床常選用的是CJ10系列接觸器，電源種類為交流，主觸點(diǎn)最大電壓500V，最大電流150A。4.4.6熱繼電器熱繼電器的種類很多，應(yīng)用最廣泛的是基于雙金屬片的熱繼電器，其主要由熱元件、雙金屬片、觸頭三部分組成。雙金屬片是熱繼電器的感應(yīng)元件，它由兩種不同線膨脹系數(shù)的金屬機(jī)械輾壓而成。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電器，在電路中作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常遇到過(guò)載情況，過(guò)載時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，繞組溫升超過(guò)了允許值是將會(huì)加劇繞組絕緣老化，縮短電機(jī)的使用年限，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)闺姍C(jī)繞組燒壞。因此，凡電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，都需要對(duì)其過(guò)載提供保護(hù)裝置。選用熱繼電器主要應(yīng)考慮的因素有：額定電流或熱元件的整定電流要求均應(yīng)大于被保護(hù)電路或設(shè)備的正常工作電流。作為電動(dòng)機(jī)保護(hù)時(shí)，要考慮其型號(hào)、規(guī)格和特性、正常啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)電流、負(fù)載的性質(zhì)等。在接線時(shí)對(duì)星型聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選擇帶斷相保護(hù)的熱繼電器。所選用的熱繼電器的整定電流通常與電動(dòng)機(jī)的額定電流相等。在此系統(tǒng)中選用JR16-20型的熱繼電器。4.4.7中間繼電器中間繼電器主要在電路中起信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換的作用，用它可實(shí)現(xiàn)多路控制，并可將小功率的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為大容量的觸點(diǎn)動(dòng)作，以驅(qū)動(dòng)電氣執(zhí)行元件工作。中間繼電器觸點(diǎn)多，可擴(kuò)充其他電器的控制作用。在機(jī)床上常用的中間繼電器型號(hào)有JZ7系列、JZ8系列兩種。JZ7系列，適用于交流電壓550V，電流5A以下的控制電路。JZ8系列為為交直流兩用電器，其觸點(diǎn)額定電流為5A。其線圈電壓有直流：12V、24V、48V、110V、220V、；交流110V、127V、220V、380V等等級(jí)。觸點(diǎn)有（常開(kāi)/常閉）：6/2、4/4、2/6等組成形式。而且觸點(diǎn)簧片反裝可使常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)相互轉(zhuǎn)換，以滿足設(shè)計(jì)的要求。選用中間繼電器，主要依據(jù)控制電路的電壓等級(jí)，同時(shí)還要考慮觸點(diǎn)的數(shù)量、種類及容量、滿足控制線路的要求。4.4.8熔斷器熔斷器是一種簡(jiǎn)單而有效的保護(hù)電器。在使用時(shí)，熔斷器串接在所保護(hù)的電路中，作為電路及用電設(shè)備的短路和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)，主要用做短路保護(hù)。熔斷器的容體與被保護(hù)的電路串聯(lián)，當(dāng)電路正常工作時(shí)，容體允許通過(guò)一定大小的電流而不熔斷。當(dāng)電路發(fā)聲短路或嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，熔體中流過(guò)很大的故障電流，當(dāng)電流產(chǎn)生的熱量達(dá)到熔體的熔點(diǎn)時(shí)，熔斷器斷切電路，從而達(dá)到保護(hù)電路的目的。1.熔器類型的選擇其類型應(yīng)根據(jù)線路的要求、使用場(chǎng)合和安裝條件來(lái)選擇。例如用于電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)設(shè)時(shí)，一般要求熔斷器容量不大，也不要求限流，但希望其安秒特性平穩(wěn)；用于配電時(shí)，如短路電流較大，則選高分?jǐn)嗄芰蛞髱蘖髯饔玫?，如RT0系列；在經(jīng)常發(fā)生故障的地方，最好選用可折式，如RC1A、RL1、RM10等系列；在易燃品的地方，當(dāng)然禁止選用敞開(kāi)式的，并且其快速性應(yīng)該很好等。2.熔斷器額定電壓的選擇其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。3.熔斷器的額定電流的選擇其額定電流必須大于或等于所裝的熔體的額定電流。4.熔體的額定電流的選擇熔體的額定電流可按以下幾種情況選擇：（1）對(duì)于電爐、照明等阻性負(fù)載的短路保護(hù)，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流，即（）式中，Ifu為熔體的額定電流；I為電路的工作電流。（2）保護(hù)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，考慮到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)沖擊電流的影響，應(yīng)按下式計(jì)算（）式中，IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流。（3）保護(hù)多臺(tái)電機(jī)時(shí)，則應(yīng)按下式計(jì)算（）式中，INmax為容量最大的一臺(tái)電機(jī)的額定電流；∑IN為其余電動(dòng)機(jī)的額定電流的總和。（4）要依據(jù)動(dòng)作特性校驗(yàn)所選擇熔斷器以及上下級(jí)的配合，前者是熔斷器自身特性于保護(hù)對(duì)象的匹配問(wèn)題，后者是熔斷器之間的配合問(wèn)題，在要求時(shí)才進(jìn)行校驗(yàn)?！?=16.4A可選用NGT0020A型的電機(jī)；11KW的電機(jī)22.5×2=45A可選用NGT0050A型的熔斷器；15KW的電機(jī)29.5×2=59A可選用NGT0063A型的熔斷器；同理30KW的電機(jī)可選用NGT1125A型的熔斷器、37KW的電機(jī)可選用NGT1160A型的熔斷器、45KW的電機(jī)84.5×2=169A可選用NGT1160A型、5.5KW的電機(jī)可選用NGT0025A、7.5KW的電機(jī)可選用NGT0035A的熔斷器；對(duì)于總的電路的熔斷器選擇，可根據(jù)公司計(jì)算的，可選擇NGT41000A型的熔斷器。4.5系統(tǒng)供電為了避免各種干擾通過(guò)電源線進(jìn)人PLC．系統(tǒng)的動(dòng)力部分、控制部分、PLC和I／O電源分別配線．用帶屏蔽層的隔離變壓器給PLC供電，隔離變壓器與PLC之間采用雙絞線連接，隔離變壓器一次側(cè)接380V，避免地電流的干擾．為了保證人身和設(shè)備的安全，設(shè)置獨(dú)立于PLC的緊急停車控制裝置，在緊急停止時(shí)，PLC的輸出電路可在PLC外部切斷，如圖4-2所示：圖4-2PLC系統(tǒng)供電方式4.6輸入/輸出接口電路輸入接口電路的常閉觸點(diǎn)如停車按鈕，作為PLC的輸入信號(hào)時(shí)，其實(shí)際觸點(diǎn)的初始狀態(tài)與對(duì)應(yīng)的PLC內(nèi)部虛擬觸點(diǎn)(也叫“軟觸點(diǎn)”)之間存在邏輯相反的關(guān)系．為了保持梯形圖與繼電器原理圖對(duì)應(yīng)，SBl和SB3均采用常開(kāi)按鈕．從人身和設(shè)備的安全考慮，輸出電路保留的原來(lái)的電氣互鎖．采用原來(lái)127V的交流供電電源。為了抑制電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的電弧對(duì)PLC的影響，在接觸器線圈兩端并聯(lián)阻容吸收電路．阻容吸收電路的電阻取100～120Q，電容取0．1pF，電容的額定電壓大于等于250V．圖4-3PLC外部接線圖第5章軟件設(shè)計(jì)5.1銑床電力拖動(dòng)和控制任務(wù)主要對(duì)電機(jī)M1、M2、M3的控制。手動(dòng)控制銑床照明燈的線路可用外接電路解決，不必通過(guò)PLC控制，采用FX2N型PLC來(lái)控制系統(tǒng)。FX2N系列基本單元如表3所示。對(duì)電動(dòng)機(jī)M1的具體控制要求是：M1的啟動(dòng)控制；全電壓正反轉(zhuǎn)控制；停車時(shí)要求反接制動(dòng)，并串入限流電阻，有過(guò)載和短路保護(hù)。對(duì)電動(dòng)機(jī)M2的具體控制要求是：M2的啟動(dòng)控制：快速進(jìn)給控制和過(guò)載、短路保護(hù)。對(duì)電動(dòng)機(jī)M3的具體控制要求是：M3有單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制；有過(guò)載和短路保護(hù)。5.2PLC輸入/輸出地址分配根據(jù)控制過(guò)程的分析，在選擇PLC規(guī)格時(shí)，對(duì)機(jī)床的原有輸入信號(hào)及負(fù)載情況進(jìn)行了分析綜合。對(duì)機(jī)床的可引入PLC的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行壓縮處理，把三個(gè)電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)串人陜電回路，將主軸正反轉(zhuǎn)接觸器及進(jìn)給正反轉(zhuǎn)瞎觸器的觸點(diǎn)在外部硬接線上直接互鎖，而不阼為PLC的輸入信號(hào)引入PLC。經(jīng)處理，引入PLC的輸入信號(hào)只剩下15個(gè)，需要PLC控制輸出的點(diǎn)數(shù)為5個(gè)．具體有以下輸入控制信號(hào)：主軸啟動(dòng)按鈕SB0、SB1，主軸停止按鈕SB2和SB3，快速進(jìn)/退開(kāi)關(guān)SB5、SB6，以及自動(dòng)調(diào)整開(kāi)關(guān)SB4，及各種限位開(kāi)關(guān)SQ1～SQ7共15個(gè)輸入控制信號(hào)．輸出信號(hào)有分別驅(qū)動(dòng)接觸器KMl～KM5的6個(gè)輸出信號(hào)．所有的信號(hào)均為開(kāi)關(guān)量．根據(jù)以上輸入輸出控制信號(hào)的分析，選用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC來(lái)控制系統(tǒng)。就可以滿足要求。其I/O分配表如下：表5-1I/O分配表I/O地址號(hào)輸入信號(hào)外部功能I/O地址號(hào)輸出信號(hào)外部功能X0SB0主軸停止Y1KM1主軸運(yùn)動(dòng)接觸器X1SB1主軸停止Y2KM2主軸制動(dòng)接觸器X2SB2主軸啟動(dòng)Y3KM3進(jìn)給反轉(zhuǎn)接觸器X3SB3主軸啟動(dòng)Y4KM4進(jìn)給正轉(zhuǎn)接觸器X4SB4自動(dòng)調(diào)整開(kāi)關(guān)Y5KM5快速進(jìn)給接觸器X5SB5快速進(jìn)開(kāi)關(guān)Y6M500沖動(dòng)記憶X6SB6快速退開(kāi)關(guān)X7KS主軸制動(dòng)速度繼電器X10SQ1主軸變速?zèng)_動(dòng)限位X11SQ2進(jìn)給沖動(dòng)限位開(kāi)關(guān)X12SQ3向下限位開(kāi)關(guān)X13SQ4向上限位開(kāi)關(guān)X14SQ5右行限位開(kāi)關(guān)X15SQ6左行限位開(kāi)關(guān)X16SQ7快速進(jìn)給限位開(kāi)關(guān)5.3系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)根據(jù)銑床控制線路我們?cè)O(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的整個(gè)程序，系統(tǒng)程序的邏輯關(guān)系表明機(jī)床工作原理、動(dòng)作順序、操作方式等。所以軟件部分的設(shè)計(jì)主要是自動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，將其分為公共程序、銑床運(yùn)行自動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)程序的示意框圖如圖5-1所示：圖5-1系統(tǒng)程序示意框圖5.3.1控制系統(tǒng)的公共程序公用程序用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換的處理，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位，同時(shí)將表示連續(xù)工作的繼電器復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。其公用程序見(jiàn)下圖5-2。圖5-2系統(tǒng)公用程序當(dāng)銑床處于處于原點(diǎn)狀態(tài)，Y1的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，“原點(diǎn)條件”輔助繼電器M5變?yōu)镺N，在開(kāi)始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（X4為ON）時(shí)，初始步對(duì)應(yīng)的M0將被置位，為進(jìn)入連續(xù)工作做好準(zhǔn)備。如果此時(shí)M5為OFF狀態(tài)，M0將被復(fù)位，初始步不為活動(dòng)步，系統(tǒng)不能在連續(xù)工作方式工作。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器（M20-M25）復(fù)位。5.3.2控制系統(tǒng)的自動(dòng)程序1．梯形圖和指令程序根據(jù)原有電氣線路工作原理，我們?cè)O(shè)計(jì)了機(jī)床PLC控制梯形圖，機(jī)床控制梯形圖如圖所示。在梯形圖的設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能保持了梯形圖與原有線路形式的上一致性，梯形圖盡可能采用現(xiàn)場(chǎng)工人容易熟悉理解的程序語(yǔ)句，以便工人容易掌握理解，便于維修檢查。梯形圖中，M500線圈為斷電保持輔助繼電器，作為主軸換檔的沖動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)記憶。（銑床PLC控制梯形圖及指令程序表見(jiàn)附錄）第6章控制面板的設(shè)計(jì)控制面板是實(shí)現(xiàn)銑床手動(dòng)操作的基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和銑床運(yùn)行的要求，經(jīng)分析銑床操作面板主要有以下幾個(gè)按鈕組成：銑床主軸電機(jī)的啟動(dòng)及停止（SB0～SB3），進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的快慢轉(zhuǎn)換（SB5～SB6），器開(kāi)始運(yùn)行時(shí)按下“負(fù)載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM主觸點(diǎn)接及自動(dòng)調(diào)整開(kāi)關(guān)（SB4），為了保證在緊急情況下（包括可編程序控制器發(fā)生故障時(shí)）能可靠的地缺斷可編程序控制器的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM（見(jiàn)圖）在可編程序控制通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時(shí)用“緊急剎車”按鈕斷開(kāi)負(fù)載電源。操作板具體示意圖如圖6-1：圖6-1控制面板圖第7章PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件往往比較惡劣,PLC雖然本身具有一定抗干擾能力,但其構(gòu)成的控制系統(tǒng),由于受到各類干擾信號(hào)的影響而出現(xiàn)問(wèn)題,因此必須對(duì)ＰＬＣ的安裝環(huán)境和不利條件作調(diào)查,以選擇采用合理的抗干擾措施7.1硬件抗干擾措施7.1.1抑制電源系統(tǒng)引入的干擾1.采用濾波和屏蔽。為了防止外界噪聲干擾及電源電壓波動(dòng)對(duì)CPU的影響,須采用隔離變壓器抑制電源系統(tǒng)的干擾。如圖所示。同時(shí)要使屏蔽良好接地,次級(jí)連接線要使用雙鉸線,隔離變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組應(yīng)分別加屏蔽層,初次級(jí)間再加屏蔽層。圖7-1電源的濾波和屏蔽示意圖2.采用交流穩(wěn)壓。為抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng),保持交流供電電壓的穩(wěn)定,對(duì)交流電源在濾波前,應(yīng)采用穩(wěn)壓,如圖7-2所示。圖7-2交流穩(wěn)壓示意圖3.分離供電系統(tǒng)?？刂破骱停?Ｏ系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電,并與主電源分開(kāi),這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電不會(huì)影響控制器的供電,各個(gè)變壓器的次級(jí)繞組的屏蔽層接點(diǎn)應(yīng)分別接入各繞組電路的地。根據(jù)系統(tǒng)的需要,選擇必要和合適的公共接點(diǎn),以達(dá)到最佳的屏蔽效果。7.1.2抑制接地系統(tǒng)引入的干擾1.控制系統(tǒng)與電網(wǎng)的接地方式。有共地、浮地以及機(jī)殼共地和電路浮地三種方式。共地接地方式是將控制系統(tǒng)中的電路的接地點(diǎn)Ｇｃ、機(jī)殼的接地點(diǎn)Ｇｂ與電網(wǎng)地線的接地點(diǎn)Ｇｏ連在一起,整個(gè)系統(tǒng)以大地為電位參考,是目前采用較多的一種方式。如果在大地電位變化較大的場(chǎng)所,電路易受到共模干擾,且容易轉(zhuǎn)成差模干擾,應(yīng)采用浮地方式。此方式是將控制系統(tǒng)中電路的接地點(diǎn)Ｇｃ與機(jī)殼的接地點(diǎn)Ｇｂ連在一起,但不與電網(wǎng)的接地點(diǎn)Ｇｏ相連。一般在機(jī)柜與地之間用絕緣膠墊隔開(kāi),交流進(jìn)線也要加強(qiáng)絕緣。但因系統(tǒng)浮地,機(jī)殼容易積累靜電,操作不太安全,這樣可采用機(jī)殼共地和電路浮地的方式,這種接地方式是上兩種方式的折衷。由于機(jī)殼的接地點(diǎn)Ｇｂ與電網(wǎng)的接地點(diǎn)Ｇｏ連在一起,因此操作比較安全,通常將電路的插件柜架用絕緣支撐與外部機(jī)架、機(jī)殼隔開(kāi),保持電路部件與機(jī)殼的良好絕緣。2.控制系統(tǒng)的一般接地方式?？刂葡到y(tǒng)的一般接地方式有三種:一是專用接地,即控制器和其它設(shè)備分別接地方式,此方式