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

PLC畢業(yè)設(shè)計(jì) 自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄第1章自動銑床的概述21.1 自動銑床的發(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)展過程42.1.3PLC在中國的發(fā)展52.1.4PLC的現(xiàn)狀52.1.5PLC的發(fā)展趨勢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 電動機(jī)的選型17.1 主運(yùn)動電動機(jī)功率的確定174.2.2 進(jìn)給運(yùn)動電動機(jī)容量的確定174.3 銑床電動機(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 刀開關(guān)194.4.3 組合開關(guān)194.4.4 行程開關(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 銑床常見故障及分析349.1 銑床電機(jī)、電器故障分析349.1.1 電動機(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 電動機(jī)組啟動接線圖42參考文獻(xiàn)43自動銑床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要:本篇文章介紹了自動銑床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,整個系統(tǒng)采用了一臺PLC控制,整個控制系統(tǒng)設(shè)一個控制室。利用PLC控制銑床運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了銑床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能,并且有手動控制和自動控制兩種控制方式, 從而實(shí)現(xiàn)了銑床運(yùn)行的自動化功能。PLC控制的特點(diǎn)使原機(jī)床控制大大的簡單化,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。自動銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個很傳統(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)方案也越來越先進(jìn),越來越趨于完美,各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。在我國7080年代大多數(shù)銑床中,大多數(shù)的開關(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)行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢所趨。1.1 自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀從上世紀(jì)80 年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對自動控制技術(shù)和自動銑床床一直給予較大的關(guān)注。經(jīng)過九五自動車床和加工中心包括自動銑床的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成,所生產(chǎn)的中檔普及型自動銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強(qiáng)的市場競爭力。但在中高檔自動銑床方面與國外一些先進(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)國家于80 年代先后完成了自動機(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,如美國英格索爾公司和德國惠勒喜樂公司對用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展日本牧野公司對高效精密加工中心所作的貢獻(xiàn),德國瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對高效復(fù)合加工的推進(jìn)等等。相比之下,我國大部分?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)對比項(xiàng)目國內(nèi)外國主軸最高轉(zhuǎn)速/r.min-16000 1000010000 40000快移速度/m.min-124 3060 90定位精度/mm全行程0.01 0.0160.平均無故障運(yùn)行時間MTBF/h500 6001000基于這一現(xiàn)實(shí)為了加速振興我國的機(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)、傳動機(jī)構(gòu)、和自動控制系統(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、回轉(zhuǎn)盤、床鞍和升降臺組成。傳動機(jī)構(gòu)主要由主軸傳動系統(tǒng)和進(jìn)給傳動系統(tǒng)構(gòu)成。主軸傳動是由一臺7.5KW、1450r/min的主電動機(jī)驅(qū)動,主軸旋轉(zhuǎn)方向的改變由主電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)給傳動是由一臺1.5KW、1410r/min的進(jìn)給電動機(jī)驅(qū)動,它主要用于工作臺縱向、橫向和垂直三個方向的進(jìn)給運(yùn)動和快速傳動。自動控制系統(tǒng)主要以PLC為核心,配合智能儀表,實(shí)?對自動銑床的自動控制以及運(yùn)行狀態(tài)的檢測功能和顯示功能。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)境由美國科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器,其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令,并通過數(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)過程的繼電器控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(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)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場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)展過程1968年,美國通用汽車公司GM為適應(yīng)汽車型號的不斷翻新,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)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,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化,用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程,使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司DEC研制出了世界上策1臺PLC,并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用,獲得成功。從此,這項(xiàng)新技術(shù)便迅速發(fā)展起來。1971年日本從美國引進(jìn)了該項(xiàng)新技術(shù),很快就研制出了日本第1臺PLC。1973?1974年,西德和法國也相繼研制出了自己的第1臺PLC。中國從1974年開始研制,1977年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。限于當(dāng)時的元器件條件和計(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)時期。在這個時期,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、計(jì)數(shù)和順序控制,CPU由中小規(guī)模集成電路組成,存儲器為磁芯存儲器。1974?1977年是PLC的發(fā)展中期。在這個時期,由于8位單片CPU和集成存儲器芯片的出現(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,開始具備自診斷功能。1978一1983年,PLC進(jìn)入成熟階段。這個時期,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)量在國際上每年以30%的遞增量迅速增長。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,編程語言較規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。此外自診斷功能及容錯技術(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,大約從1974年、1975年在北京和上海開始開發(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)。在改革開放剛起步的1979年,在當(dāng)時的機(jī)械部儀表局的推動下,開始從美國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,從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運(yùn)用。遺憾的是,花了很大一筆外匯的這個項(xiàng)目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。自1985年開始,小型PLC首先是日本有關(guān)公司的產(chǎn)品進(jìn)入中國市場。不到3、4年時間,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始大舉進(jìn)入中國市場,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。且至今沒有很大改變。PLC在中國已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的應(yīng)用市場,但并末建立批量生產(chǎn)、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。應(yīng)指出的是:在國內(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)場投運(yùn)的能力,可以說與國際主流水平同步;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。近年來環(huán)保工業(yè)也有廣泛應(yīng)用,發(fā)展勢頭很猛;在國內(nèi)有一支龐大的PLC銷售、服務(wù)、應(yīng)用、系統(tǒng)集成隊(duì)伍,遍布全國大部分地區(qū)。有充足的理由說,PLC在中國已成為工業(yè)控制的一種適用技術(shù)。因此,PLC以及PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131?3的發(fā)展,無可爭辯地成了十分令人關(guān)注的事情。隨著PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3的正式頒布,推動了PLC在技術(shù)上發(fā)動新的突破: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.在編程語言上,文本化和圖形化的語言多樣性,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)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性能價格比的不斷提高,一些過去使用專用計(jì)算機(jī)的場合,也轉(zhuǎn)向使用PLC。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大,可歸納為開關(guān)量的邏輯控制、運(yùn)動控制、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個重要趨勢:向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價格更低的微型化發(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網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。例如:美國GE公司推出的Genettwo工廠全自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時、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、過程控制、遠(yuǎn)程控制等。該系統(tǒng)配置了GE/BASIC語言,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,還可通過下級PLC去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在操作臺上如果配備該公司的Factory Master數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng),Viewaster彩色圖像系統(tǒng),則管理、控制整個工廠十分方便。2.開發(fā)各種智能模塊,增強(qiáng)過程控制功能 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)動控制等,高速計(jì)數(shù)、中斷輸入、BASIC和C語言組件等。智能I/O的應(yīng)用,使過程控制功能增強(qiáng)。某些PLC的過程控制還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能,使調(diào)試時間減少,控制精度提高。3.與個人計(jì)算機(jī)相結(jié)合 目前,個人計(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)展新的編程語言,增加容錯功能 改善和發(fā)展新的編程語言、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)對話技術(shù),除梯形圖、流程圖、專用語言指令外,還增加了BASIC語言的編程功能和容錯功能。如:雙機(jī)熱備、自動切換I/O、雙機(jī)表決當(dāng)輸入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時,自動斷開該輸出、I/O三重表決對I/O狀態(tài)進(jìn)行軟硬件表決,取2臺相同的等,以滿足極高可靠性要求。6.不斷規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化 PLC廠家在對硬件與編程工具不斷升級的同時,日益向制造自動化協(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)的自動化。2.1.6 軟PLC技術(shù)進(jìn)入90年代后期,人們逐漸認(rèn)識到,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)過較長時間的專業(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的性價比增長很緩慢。這些問題都成了制約傳統(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題的途徑。近年來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面的國際標(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)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),采用開放的通信接口,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)。全部用軟件來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能,這就是國際上出現(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)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置,它是按照用戶控制要求編寫的程序來工作的。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在其內(nèi)部。送入存儲器中的程序內(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,這種存儲程序的控制,當(dāng)需要改變控制要求時,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、存儲器、輸入輸出組件、編程器及電源五部分組成。存儲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)先把待解決問題的一步步操作,用命令的形式?即一條條指令保存起來。實(shí)現(xiàn)一定功能的若干條指令組成一個程序,根據(jù)程序作用的不同,可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩種。系統(tǒng)程序存儲器主要存儲系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序,并能對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。用戶程序存儲器用來存儲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)過程和工藝要求編制的,可以通過編程器修改或增刪。中央處理器簡稱CPU,是PC的大腦。其主要的用途是處理和運(yùn)行用戶程序,針對外部輸入信號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還對其內(nèi)部工作進(jìn)行自動檢測,并協(xié)調(diào)PC各部分工作,如有差錯,它立即停止運(yùn)行。輸入、輸出部分是PC與被控設(shè)備連接起來的部件。用戶設(shè)備需要輸入PC的各種控制信號,如位置開關(guān)、按鈕、傳感器等,通過輸入部件將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號。輸出部件將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場所需要的強(qiáng)電信號并輸出,以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。編程器是開發(fā)、維護(hù)PC自動控制系統(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τ脩舫绦虻膱?zhí)行過程采用循環(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。為了提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,并及時接收外來的控制命令,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、存儲器、CPU等部分的故障判斷。一旦發(fā)現(xiàn)異常,PC立即起動關(guān)機(jī)程序,保留現(xiàn)場的工作狀態(tài),把所有的輸出點(diǎn)置成“OFF&”狀態(tài)后停機(jī),并發(fā)出報警信號和顯示出錯誤信號。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,如果沒有發(fā)現(xiàn)故障,PC即檢查是否有編程器等的通訊請求,若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。3.讀入現(xiàn)場信號階段。完成和外界通訊后,PC即開始掃描各輸入點(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ζ鞯臓顟B(tài)表中,供執(zhí)行用戶程序時使用。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器的最低地址所存放的第一條程序指令開始執(zhí)行。在無中斷和跳轉(zhuǎn)控制的前提下,按存儲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.輸出控制信號階段。PC在執(zhí)行用戶程序的同時,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,把緩沖區(qū)的內(nèi)容按規(guī)定的次序,通過輸出模塊把內(nèi)部邏輯信號變換成與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相適應(yīng)的電信號輸出,驅(qū)動生產(chǎn)現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制任務(wù)。依次完成上述五步操作,稱為一個掃描周期,之后PC又從自診斷開始進(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)器的動作一一對應(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在自動控制技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣泛,主要開關(guān)邏輯控制是PLC的基本控制功能,可用它來代替?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、自動化生產(chǎn)線作業(yè)流程控制等。早期的PLC只具有簡單的邏輯控制功能,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、自動化、食品飲料和石油與天然氣中各種流量的測試和控制。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過程控制器,可執(zhí)行PID控制、比例控制和級聯(lián)控制,且有單回路、多回路和自動調(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)。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的形成,工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,機(jī)器人的控制同樣可用PLC來實(shí)現(xiàn),如美國JEEP公司焊接自動生產(chǎn)線上使用的29個機(jī)器人,每臺都用一個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,國外正在興起工廠自動化(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分布式控制系統(tǒng),并開始逐步向制造自動化通信協(xié)議MAP靠攏。多級分布式控制系統(tǒng)一般分為四級:第一級為實(shí)時控制,主要是順序控制;第二級為協(xié)調(diào)控制,用于協(xié)調(diào)各種機(jī)械的配合問題;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,還要考慮到PLC為計(jì)算機(jī)通信的問題。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。在工程自動化中,計(jì)算機(jī)的通信功能作為各級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。對于控制,可編程序控制器對現(xiàn)場,對設(shè)備都極為方便,對打印圖表,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。可編程序控制器與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時,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,也不會影響生產(chǎn)過程的正常運(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,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,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。可編程控制器與計(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STEP 7 Micro/WIN軟件的計(jì)算機(jī)連接起來,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的部件選擇,程序設(shè)計(jì)代替了原來的硬件邏輯設(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)雜程度選定存儲器容量; 4.輸入/輸出設(shè)備規(guī)格。包括控制信號類型、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、潤滑泵、冷卻泵、電磁閥和電控系統(tǒng)組成。自動操作過程是由按鈕和限位信號控制電機(jī)和電磁閥來完成。銑床工作流程見圖3-2,PLC控制系統(tǒng)框圖見圖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,對許多涉及安全問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,要安裝一個通風(fēng)排氣扇散熱。(2)環(huán)境濕度:一般在35%85%以下并無凝結(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)直接受到震動或撞擊,遠(yuǎn)離震動、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方面來考慮:4.1.1 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)械選擇時首要考慮的問題。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)包括處理器的個數(shù),根據(jù)處理器的個數(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的存儲器的性能,存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方,從使用角度考慮存儲器的性能主要是可供用戶使用的存儲器能力。它應(yīng)包括存儲器的最大容量,可擴(kuò)展性,存儲器的種類。存儲器的容量選擇在下一點(diǎn)將單獨(dú)提出,存儲器擴(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。對于計(jì)時器和計(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)是可編程序控制器的一個簡單明了的性能參數(shù),也是應(yīng)用計(jì)算機(jī)賽最直接的參數(shù)。在機(jī)型選擇時必須注意一下問題:產(chǎn)品手冊上給出的最大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I/O總點(diǎn)數(shù),即包括輸入也包括輸出,也就是手冊上給出的點(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)立給出且互相并無影響。遠(yuǎn)程I/O的考慮,對于較大的控制系統(tǒng),控制對象較為分散,一般都要采用遠(yuǎn)程I/O,在選擇機(jī)型時,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,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,就要影響整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性,給系統(tǒng)帶來不良的影響,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,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。考慮響應(yīng)速度主要是從二個方面考慮。一是可編程序控制器程序的語句處理時間,另一個是可編程序控制器的掃描周期。一般手冊上都給出語句處理時間,而且是以處理1K的語句所需時間計(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間是不同的,有的產(chǎn)品中給出每條指令的處理時間。在PLC中給出的掃描周期都是最大的掃描周期時間,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間滯后。總之,不同的控制對象對響應(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,控制對象信號變化速度快,則要求響應(yīng)速度快,控制對象信號變化速度慢,則要求響應(yīng)的速度就不同。4.1.5 存儲器容量的選擇在初步估算時,對于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng),將I/O點(diǎn)數(shù)乘以8,就是所需的存儲器的字?jǐn)?shù),這一要求一般都能滿足,在只有模擬量輸入,沒有模擬量輸出的系統(tǒng)中,一般要對模擬量信號作數(shù)據(jù)傳送,數(shù)據(jù)濾波和比較運(yùn)算等操作。估算時可為每路模擬量準(zhǔn)備100個存儲器字,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,需要的用戶存儲器比只有模擬量輸入時要多一些,估算時可為每路模擬量準(zhǔn)備200個存儲器字,當(dāng)模擬量路數(shù)較少時,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,在考慮存儲器的容量時,多留了一些裕量。在自動測量,自動存儲和對系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)日龊?對存儲器的要求是很大的,有時甚至要求可編程序控制器有十幾K字的甚至幾十K字的存儲容量。在選擇可編程序控制器的型號是不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo),在I/O點(diǎn)數(shù)和存儲器容量方面應(yīng)留有一定的裕量。作為單機(jī)小規(guī)?？刂剖褂玫膱龊?由于工藝簡單、程序固定,多數(shù)使用EPROM存儲器或EPROM+RAM存儲器。對于大、中規(guī)模的可編程序控制器,往往用于工藝比較復(fù)雜且多變的場合,程序改變較多,因此一般都使用CMOS RAM存儲器,且有后備電池,以便關(guān)機(jī)時存儲信息。存儲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。式中,DI?數(shù)字(開關(guān)量)輸入信號DO?數(shù)字(開關(guān)量)輸出信號AI?模擬量輸入信號Km?每個節(jié)點(diǎn)所占有存儲器字節(jié)數(shù)M?存儲器容量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越強(qiáng),內(nèi)部元件的個數(shù)也越來越多。任何一種可編程序控制器都可以滿足開關(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,有時甚至要求有開方、對數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等功能。在機(jī)型選擇時,從指令系統(tǒng)方向應(yīng)注意下述內(nèi)容:指令系統(tǒng)的總語句數(shù),這一點(diǎn)反映了整個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);軟件開發(fā)手段。在考慮指令系統(tǒng)這一性能時,還要考慮到軟件的開發(fā)手段,一般的廠家對可編程序控制器都配有專用的編程器,提供較強(qiáng)的軟件開發(fā)手段,有的廠家在此基礎(chǔ)上還開發(fā)了專用軟件,可利用通用的微型機(jī)作為軟件開發(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:性能價格比,毫無疑問,高性能的機(jī)型必然需要較高的價格,在考慮滿足需要的性能后,還要根據(jù)工作的投資狀況來確定機(jī)型;備品備件的統(tǒng)一考慮,無論什么樣的設(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,對于一個工廠來說應(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,同時還有考慮備品備件的來源,所選機(jī)型要有可靠的訂貨來源;計(jì)數(shù)支持,選定機(jī)型時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)對號入座,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:自動銑床PLC控制系統(tǒng)共有15個輸入點(diǎn),6個輸出點(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-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT32324864FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT40404864FX2N-128MR-001?FX2N-128MT646448644.2 電動機(jī)的選型根據(jù)機(jī)床的負(fù)載功率就可以選擇電動機(jī)的容量。然而機(jī)床的載荷是經(jīng)常變化的,而每個負(fù)載的工作時間也不盡相同,這就產(chǎn)生了使電動機(jī)的功率如何經(jīng)濟(jì)的滿足機(jī)床負(fù)載功率的的問題。4.2.1 主運(yùn)動電動機(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)合的方法來確定電動機(jī)的功率。主軸電動機(jī)M1,空載時直接啟動,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,采用電磁制動器進(jìn)行停車制動,同時從安全和操作方便考慮,換刀時主軸也處于制動狀態(tài)。4.2.2 進(jìn)給運(yùn)動電動機(jī)容量的確定機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動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)動的有效功率都是比較小的,但由于進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳動效率很低,實(shí)際需要的進(jìn)給功率約為主運(yùn)動:銑床為0.20.25。有時甚至更低。當(dāng)主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動采用同一電機(jī)時,只計(jì)算主運(yùn)動電動機(jī)功率即可。對主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動沒有嚴(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)動一般采用單獨(dú)電機(jī)傳動,該電機(jī)除傳動進(jìn)給外還傳動工作臺的快速移動。由于快速移動所需要的功率比進(jìn)給大的多,因此電動機(jī)的功率通常是由快速移動所需要決定的。工作臺進(jìn)給電動機(jī)M2,直接啟動,為滿足縱向、橫向、垂直方面的往返運(yùn)動,要求電動機(jī)能正反轉(zhuǎn),為提高生產(chǎn)率,要求行程時可快速移動。從設(shè)備的安全考慮,各進(jìn)給運(yùn)動之間必須聯(lián)鎖,并由手柄操作機(jī)械離和選擇進(jìn)給運(yùn)動的方向。電動機(jī)M3拖動冷卻泵,在銑削加工時提供切削液。各電動機(jī)型號參數(shù)對照表如下表4-2所示:表4-2電動機(jī)型號參數(shù)對照表 符號名稱型號規(guī)格M1主軸電動機(jī)Y160L-411KV、380伏、1460轉(zhuǎn)/分M2進(jìn)給電動機(jī)Y100L1-42.2KV、380伏、1430轉(zhuǎn)/分M3冷卻泵電動機(jī)Y801-20.8KV、380伏、2830轉(zhuǎn)/分4.3 銑床電動機(jī)組的設(shè)計(jì)圖4-1為銑床電動機(jī)組啟動電路圖,該銑床有三臺電動機(jī),主軸電動機(jī)M1用來帶動主軸旋轉(zhuǎn)。進(jìn)給電動機(jī)M2用來驅(qū)動工作臺進(jìn)行縱向,橫向和垂直三個方向的進(jìn)給運(yùn)動與快速移動。冷卻電動機(jī)M3驅(qū)動冷卻液泵,銑削時把冷卻液送到工件、刀具上進(jìn)行冷卻。圖4-1電動機(jī)組啟動原理圖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)簡單、應(yīng)用廣泛的主令電器。在低壓控制電路中,用于手動發(fā)出控制信號。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)和常開觸點(diǎn)。按鈕在系統(tǒng)中有啟動?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-常閉觸頭各兩個;緊急按鈕可選用LA18-22J型;當(dāng)按鈕作為選擇開關(guān)時可選用帶指示燈的按鈕,可選用LA19-11B/D。4.4.2 刀開關(guān)開關(guān)和小容量電機(jī)非頻繁啟動的操作開關(guān)。由操作手柄、刀片、觸頭座和底板等組成。刀開關(guān)安裝時,手柄要向上,不得倒裝或平裝。接線時,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力和熱空氣的上升方向一致,就能使電弧迅速拉長而且熄滅, 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)的電源開關(guān)。根據(jù)系統(tǒng)的工作情況選用HR1-60型膠刀開關(guān)。4.4.3 組合開關(guān)組合開關(guān)主要是作為電源引入開關(guān),所以也稱為電源隔離開關(guān)。它也可以起停5KW以下的異步電動機(jī),但每小時的接通次數(shù)不宜超過1520次,開關(guān)的額定電流一般取電動機(jī)額定電流的1.52.5倍。組合開關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級、所需觸點(diǎn)數(shù)及電動機(jī)容量進(jìn)行選用。常用的組合開關(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 行程開關(guān)行程開關(guān)也稱限位開關(guān)。用于控制電路的自動限位切換。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)型號及安裝尺寸。機(jī)床常用行程開關(guān)有LX2、LX19、JKXK1及LXW-11、JLXK1-11型等系列產(chǎn)品。行程開關(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。LX19型及JLXK1型行程開關(guān)均有一對動和和一對動斷觸頭、且有自動復(fù)位和非自動復(fù)位兩類。LXW-11型及JLXK1型是微動開關(guān),體積小、動作靈敏,機(jī)床中應(yīng)用較多。LW2型為組合行程開關(guān),最多可備有5對動和、5對動斷公10對觸頭。可實(shí)現(xiàn)多路控制。下表列出JL;JLXK1系列行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)形式及有關(guān)參數(shù)。表4-3 JLXK1系列行程開關(guān)結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)參數(shù)基本型號傳動結(jié)構(gòu)及復(fù)位方式動作力kg觸頭對數(shù)JLXK1-111單輪防護(hù)式 能自動復(fù)位大于1動和動斷JLXK1-111M單輪密封式 能自動復(fù)位 11JLXK1-211雙輪防護(hù)式 非自動復(fù)位大于1.5額定電壓VJLXK1-211M雙輪密封式 非自動復(fù)位交流直流JLXK1-311直動防護(hù)式 能自動復(fù)位大于2500440JLXK1-311M直動密封式 能自動復(fù)位額定電流AJLXK1-411直動滾輪防護(hù)式 能自動復(fù)位大于25JLXK1-411M直動滾輪密封式 能自動復(fù)操作頻率