PLC畢業(yè)設(shè)計(jì) 自動(dòng)銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、PLC畢業(yè)設(shè)計(jì) 自動(dòng)銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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42.1 PLC的概念及發(fā)展42.1.1 PLC發(fā)展回顧42.1.2 PLC發(fā)展過(guò)程42.1.3PLC在中國(guó)的發(fā)展52.1.4PLC的現(xiàn)狀52.1.5PLC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)72.3 PLC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)113.1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

2、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134.1.2 CPU的能力144.1.3 I/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17.1 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204.4.7 中間繼電器214.4.8 熔斷器

3、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)245.2 PLC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

4、349.1.1 電動(dòng)機(jī)故障349.1.2 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C PLC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)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)

5、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)7080年代大

6、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

7、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/r.min-16000 1000010000 40000快移速度/m.min-124 3060 90定位精

8、度/mm全行程0.01 0.0160.平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間MTBF/h500 6001000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/

9、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)?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2.1 PLC的概念及發(fā)展可編程控制器Programmable Logic Controller,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)?？?/p>

10、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。2.1.1 PLC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。2.1.2 PLC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

11、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

12、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

13、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。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

14、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、Allen Bradley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。19

15、95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

16、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。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,

17、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?zhèn)鹘y(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):向體積更小

18、、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;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Factory Master數(shù)據(jù)采

19、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

20、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)

21、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

22、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

23、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(xiě)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

24、。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)

25、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

26、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,

27、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

28、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),

29、直觀明了,易于編寫(xiě)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)。2.3 PLC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。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

30、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)。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

31、用的29個(gè)機(jī)器人,每臺(tái)都用一個(gè)PLC控制。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

32、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)。可編程序控制器與計(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。可編程序控制器與計(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

33、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S7-20

34、0系列PLC與裝有STEP 7 Micro/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)

35、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; 7.按照模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序;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3.1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

36、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3-3 PLC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:060,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%

37、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。(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:4.1.1

38、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

39、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。4.1.2 CPU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

40、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。4.1.3 I/O點(diǎn)數(shù)的確定I/O點(diǎn)數(shù)

41、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

42、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

43、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

44、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?不同的控制對(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

45、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

46、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CMOS RAM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

47、的,按下面給出的公式進(jìn)行估算。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

48、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

49、,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?在選擇系統(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

50、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4-1 FX2N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-16MT 8 82432FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT16162432FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT24244864FX2N

51、-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT32324864FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT40404864FX2N-128MR-001?FX2N-128MT646448644.2 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。

52、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0.20.25。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

53、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

54、、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LA18-2

55、2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

56、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)1520次,開(kāi)關(guān)的額定電流一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的1.52.5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

57、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。可實(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4-3 JLXK1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)位大于1.5額定電壓VJLXK1-211M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AJLXK1-411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