基于PLC的平面磨床自動控制系統(tǒng)的改造【5張CAD高清圖紙、文檔所見所得】

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緒論現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通磨床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的竟?fàn)?，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的竟?fàn)?，將面臨知識技術(shù)產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時(shí)社會對環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意識不斷加強(qiáng)。因此敏捷先進(jìn)的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得竟?fàn)幒蜕?、發(fā)展的主要手段。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和制造自動化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，作為自動化柔性生產(chǎn)重要基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)機(jī)床中所占比例將越來越多。但新機(jī)床購置費(fèi)用高，且生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長。因此對原有機(jī)床的現(xiàn)代化改造顯得尤為重要。而用PLC改造老機(jī)床有很多優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省資金，減少投資額，交貨期短 機(jī)床的PLC改造，可大大減少資金的投入，同購置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60 % 80 % 的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造，只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級，也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60 % 的價(jià)格。性能穩(wěn)定可靠 因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度，且各部件已經(jīng)長期磨合，使改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量好，可作為新設(shè)備繼續(xù)長期使用。可充分體現(xiàn)企業(yè)自身的意愿 企業(yè)與改造人員可依照實(shí)際需要和機(jī)床長期使用的情況，在改造中提出對機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)意見，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)、電器設(shè)備等的規(guī)格、型號、性能等。可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將機(jī)床改造成具有當(dāng)今水平的設(shè)備。更有利于使用和維護(hù) 由于改造前機(jī)床已使用多年，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短、見效快。改造的機(jī)床一經(jīng)安裝好，就可實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)?？梢圆捎米钚碌目刂萍夹g(shù)，提高生產(chǎn)效率。可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。機(jī)床經(jīng)改造后，即可實(shí)現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。對復(fù)雜零件而言，難度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配方便靈活。因此,繼電器本身固有的缺陷,給床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了不利影響,用PLC對磨床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢所趨1 。所以我們就以平面磨床改造來介紹一下。2 設(shè)計(jì)要求（1）PLC容量和性能要與任務(wù)相適應(yīng)，PLC運(yùn)行速度要滿足實(shí)時(shí)控制的要求；（2）要有原平面磨床控制原理圖、PLC硬件接線圖和梯形圖（3）要有PLC的I/O接口地址分配表；（4）系統(tǒng)具有手動/自動轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場調(diào)試、驅(qū)動通風(fēng)機(jī)的電機(jī)過熱保護(hù)，故障報(bào)警等功能。3 磨床的概述3.1 磨床介紹磨床是利用磨具對工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進(jìn)行加工，如珩磨機(jī)、超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī)等。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)力磨削等。 隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長。 磨床是各類金屬切削機(jī)床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。3.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢當(dāng)今平磨的發(fā)展趨勢是轉(zhuǎn)向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線表面磨削加工?？梢哉f，平磨是磨床類機(jī)床中演變潛力最大的一種機(jī)型。我國平磨制造廠應(yīng)跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維，轉(zhuǎn)到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上進(jìn)一步發(fā)展，以形成我們自己特色的技術(shù)和產(chǎn)品.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，不久前在美國芝加哥舉行的國際制造技術(shù)展覽會（IMTS）上有20多家平磨專業(yè)生產(chǎn)廠的60多臺平面磨床以平磨實(shí)物形式參展，包括了歐、美、日及我國的主要平磨制造廠。有關(guān)專家分析了此次參展的平面磨床的主要特點(diǎn)并預(yù)測今后平面磨床的發(fā)展趨勢3 。3.2.1現(xiàn)代平面磨床的主要特點(diǎn)（1）從規(guī)格上看，以小型平磨為主。臺面寬200mm以下的幾乎占50%，小規(guī)格機(jī)床的運(yùn)輸及布展比較方便；國外平磨不分普通、精密、高精度的精度等級，相對小規(guī)格機(jī)床，精度容易做得很高；在國際市場上，中、小規(guī)格平磨的潛在需求很大。（2）從控制上看，70%以上的為數(shù)控型，有單軸、雙軸及三軸數(shù)控，最多達(dá)五軸控制，尤其是400以上的大規(guī)格機(jī)型，全為數(shù)控型。由于技術(shù)水平的發(fā)展導(dǎo)致功能變化，平磨已從傳統(tǒng)的平面磨向成形磨轉(zhuǎn)變，常規(guī)控制已難以實(shí)現(xiàn)功能的要求。數(shù)控平磨已形成一個(gè)市場潮流。（3）從功能上看，50%以上的平磨不僅僅用于水平平面加工，而且轉(zhuǎn)向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線等表面磨削加工，如ELB、BLM公司以平磨為基礎(chǔ)變化而成的五軸聯(lián)動磨削中心，可實(shí)現(xiàn)非平面型復(fù)雜曲面的磨削；Unison、Trutech公司的柔性磨削系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)成形、無心、外圓、工具、輪廓等磨削工藝；還有裕福、Parker公司等的快速抖動磨等，反映出平磨是磨床類機(jī)床中演變潛力最大的一種機(jī)型。3.2.2 發(fā)展呈現(xiàn)四大變化（1）高速、復(fù)合、高精度、高剛性仍是金切機(jī)床的發(fā)展主調(diào)，但又有新的變化。復(fù)合，已從原來的為復(fù)合而復(fù)合轉(zhuǎn)為從實(shí)用高效考慮為主，如車、銑復(fù)合，車、銑、鉆的復(fù)合，銑床和電火花的復(fù)合；從功能上看，復(fù)合型機(jī)床的針對性很強(qiáng)，針對某類零件考慮；從精度上看，定位精度2m，重復(fù)定位精度1m的機(jī)床已比比皆是；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2kW主軸達(dá)60000r/min，13kW達(dá)42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心。（2）模塊化的設(shè)計(jì)在機(jī)床制造中已應(yīng)用得爐火純青。橫向系列、縱向系列、全系列、跨系列的模塊化設(shè)計(jì)，無論是大隈、牧野等為代表的日本機(jī)床，還是Haas、Cincinnati等為代表的美國機(jī)床，外形上看好象完全一樣，但功能則完全不同，所構(gòu)成的模塊很多則是通用的。（3）全自動的概念已發(fā)生變化。傳統(tǒng)的全自動機(jī)床是用一只氣動或液動的機(jī)械手實(shí)現(xiàn)工件的自動上、下料，而現(xiàn)在采用真正意義的多關(guān)節(jié)串聯(lián)式機(jī)器人，來實(shí)現(xiàn)工件的上、下料，包括完工零件的堆放?？刂频姆秶哟螅M線的靈活性加強(qiáng)，同時(shí)輔助配套的機(jī)械大大減少。（4）環(huán)保要求越來越高。在展出的展品中，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。另一方面，大量的工業(yè)清洗機(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)的展出，亦同時(shí)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。3.2.3 根本在于設(shè)計(jì)創(chuàng)新（1）平磨是磨床類機(jī)床中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臋C(jī)床。在完成傳統(tǒng)的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、臺面、磨頭等大件為基礎(chǔ)，可以演變成外圓、曲線、工具、無心等磨床，如k.o.lee公司的C1020N2外圓磨床和B6062PC2工具磨的基礎(chǔ)就是平磨。我國應(yīng)在完成平磨規(guī)格系列的完善后，跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維轉(zhuǎn)到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上去進(jìn)一步發(fā)展，形成具有我們自己特色的技術(shù)和產(chǎn)品。（2）模塊化設(shè)計(jì)將是貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程的一條主線，無論是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的潮流還是市場競爭的要求；無論是降低成本的需要，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要，都要求我們在今后產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)中，切實(shí)做好模塊化設(shè)計(jì)工作。（3）世界機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，根本一點(diǎn)是設(shè)計(jì)創(chuàng)新理念的發(fā)展。傳統(tǒng)的金屬切削原理，用一種全新的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，結(jié)合先進(jìn)的控制技術(shù)，正在推動機(jī)床技術(shù)發(fā)生重大變化4 可編程序控制器（PLC）的概況4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理4.1.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。其中 PLC各部分的作用如下： (1)中央處理器 1）診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。 2）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 3）按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 4）將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 5）應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 (2)存儲器 PLC的存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 (3)輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 (4)電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5)輸入輸出I/O擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。圖1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖4.1.2 PLC的基本工作原理 PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。PLC的工作過程如圖1所示。 （1）輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （2）程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （3）輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響7 。4.1.3 PLC的主要功能（1）條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。 （2）定時(shí)/記數(shù)控制功能 定時(shí)/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。 （3）數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。 （4）步進(jìn)控制功能 步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。 （5）A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能 A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 （6）運(yùn)動控制功能 運(yùn)動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動控制。 （7）過程控制功能 過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 （8）擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。 （9）遠(yuǎn)程I/O功能 遠(yuǎn)程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 （10）通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 （11）監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。 4.2 PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時(shí)間將用在軟件設(shè)計(jì)，即程序設(shè)計(jì)上。PLC程序設(shè)計(jì)可遵循以下六步進(jìn)行：（1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序。（2）分配輸入輸出設(shè)備 即確定哪些外圍設(shè)備是送信號到PLC，哪些外圍設(shè)備是接受來自PLC信號的。并將PLC的輸入輸出口與之進(jìn)行分配。（3）設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。 梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。（4）實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對PLC的梯形圖的直接編程。（5）對程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場）。（6）保存已完成的程序。顯然，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，即可進(jìn)行編程的第二步-分配輸入輸出設(shè)備。在分配了PLC的輸入輸出點(diǎn)，內(nèi)部輔助繼電器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊開始的邏輯行必須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下裝到PLC進(jìn)行模擬調(diào)試，修改直至符合控制要求，這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。4.3 PLC的選型原則當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。 對第一個(gè)問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點(diǎn)的晶體管輸出的PLC了。 對第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： （1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （2）價(jià)格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。4.3.1 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品-FP1-C24介紹經(jīng)過從功能方面和價(jià)格方面兩個(gè)方面的考慮，發(fā)現(xiàn)松下電工可編程序控制器產(chǎn)品FP1-C24比較適合。因?yàn)樗且环N功能很強(qiáng)的小型機(jī)，在設(shè)計(jì)的過程中采用先進(jìn)的方法及組件使其通常只有在大型PLC中才具有的功能，且具有其他控制器所不具備的功能。雖然是小型機(jī)，但是其功能較完善，性能價(jià)格比高，較適合改造要求。 現(xiàn)在就對FP1-C24的組成各部分和技術(shù)性能做一個(gè)簡單介紹。在松下電工公司生產(chǎn)的FP系列產(chǎn)品中，F(xiàn)P1屬于小型PLC產(chǎn)品，其中C24是具有高級處理功能的型號。從型號可以看出FP1-C24可編程控制器的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)（即I/O點(diǎn)）之和為24。（1）FP1-C24的組成各部分如下：1）RS232 該口能于PC機(jī)通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。 2）運(yùn)行監(jiān)視指示燈 當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，“RUN”指示燈亮； 當(dāng)控制單元中止執(zhí)行程序時(shí)，“PROG”指示燈亮； 當(dāng)發(fā)生自診斷錯(cuò)誤時(shí)，“ERR”指示燈亮； 當(dāng)檢測到異常的情況時(shí)或出現(xiàn)“Watchdog”定時(shí)故障時(shí)，“ALARM”指示燈亮。 3）工作方式選擇開關(guān) 工作方式選擇開關(guān)共有3個(gè)工作方式檔位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”。 “RUN”工作方式 當(dāng)開關(guān)扳到這個(gè)檔位時(shí)，控制單元運(yùn)行程序。 “REMOTE”工作方式 在這個(gè)工作方式下，可以使用編程工具改變可編程控制器的工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式。 “PROG”工作方式 在此方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯(cuò)對待?？删幊炭刂破鼬Q響報(bào)警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“PROG”工作方式。 輸出端子 C24形的輸出端子有8點(diǎn)。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 直流電源輸出端子 在FP1系列主機(jī)內(nèi)部均配有一個(gè)供輸入端使用的24V直流電源。 輸入端子 C24型的輸入端子有16點(diǎn)。輸入電壓范圍為直流1224V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 編程工具連接插座（RS422口） 可用此插座經(jīng)專用外設(shè)電纜連接編程工具。 波特率選擇開關(guān) 有19200bps和9600bps兩檔，當(dāng)可編程控制器與外部設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的外設(shè)選定波特率。 電位器（V0、V1） 這兩個(gè)電位器可用螺絲刀進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)定。當(dāng)調(diào)節(jié)該電位器時(shí)，PLC內(nèi)部對應(yīng)的特殊數(shù)據(jù)寄存器 DT9040和DT9041的內(nèi)容在0255之間變化，相當(dāng)與輸入外部可調(diào)的模擬量。C24有兩個(gè)（V0、V1）。 I/O點(diǎn)狀態(tài)指示燈和擴(kuò)展單元接口插座 用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)輸入觸點(diǎn)閉合時(shí)，對應(yīng)于這個(gè)觸點(diǎn)編號的輸入指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮（下一排）； 當(dāng)某個(gè)輸出繼電器接通時(shí)，對應(yīng)這個(gè)輸出繼電器編號的輸出指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮（上一排）。擴(kuò)展單元接口插座用于連接FP1擴(kuò)展單元及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。 （2）技術(shù)性能 FP1-C24的主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為16/8；最大I/O點(diǎn)數(shù)為104；運(yùn)行速度為1.6s/步；容量為2720步；基本指令數(shù)為80；高級指令數(shù)為111；內(nèi)部繼電器為1008點(diǎn)；特殊內(nèi)部繼電器為64點(diǎn)；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為144點(diǎn)；數(shù)據(jù)寄存器為1660字；特殊數(shù)據(jù)寄存器為70字；索引寄存器為2字；主控指令為32點(diǎn)；跳轉(zhuǎn)標(biāo)記數(shù)為64點(diǎn)；步進(jìn)數(shù)為128級；子程序個(gè)數(shù)為16個(gè)；中斷個(gè)數(shù)為9個(gè)程序；輸入濾波時(shí)間為1128ms10 。5 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)5.1 改造平面磨床的步驟5.1.1 改造方案的確定 改造的可行性分析通過以后，就可以針對自動磨床床的現(xiàn)況確定改造方案，一般包括： （1）機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合 一般來說，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求、范圍、內(nèi)容；也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求、內(nèi)容；還要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。 （2）先易后難、先局部后全局 確定改造步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè)電氣部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，如輸入部分、邏輯部分、輸出部分、面板控制與強(qiáng)電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯(cuò)。在每個(gè)子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，使人的注意力能集中到關(guān)鍵地方。 （3）根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng) 針對平面磨床，確定它的環(huán)境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線，甚至有否鼠害等外界使用條件，這對選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能等可提供正確的依據(jù)，使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證。當(dāng)然，電氣系統(tǒng)的選擇必須考慮成熟產(chǎn)品，性能合理、實(shí)用，有備件及維修支持，功能滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等。 （4）改造范圍與周期的確定 有時(shí)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機(jī)床全部電氣系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測定和分析決定其改造范圍。改造的周期，根據(jù)實(shí)際情況確定，考慮因素有技術(shù)水平、準(zhǔn)備工作充分程度、新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度等。 5.1.2 改造的技術(shù)準(zhǔn)備改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù)準(zhǔn)備包括： （1）機(jī)械部分準(zhǔn)備 為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測量、計(jì)算、設(shè)計(jì)、繪圖、零件制作等應(yīng)先期完成。同時(shí)對停機(jī)后需拆、改、加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個(gè)改造工作銜接得當(dāng)。 （2）新系統(tǒng)電氣資料消化 新系統(tǒng)有許多新功能、新要求、新技術(shù)，因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料，包括系統(tǒng)原理說明、線路圖、PLC梯形圖及文本、安裝調(diào)試說明、使用手冊、編程手冊等。要有充裕的時(shí)間來對上述資料進(jìn)行翻譯(進(jìn)口系統(tǒng))、消化、整理、核對，做到思路清晰，層次分明。 （3）新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 根據(jù)每臺設(shè)備改造范圍不同，需事先設(shè)計(jì)接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)電轉(zhuǎn)換接口、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點(diǎn)、參數(shù)測量點(diǎn)、維修位置等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、中小連接點(diǎn)少，強(qiáng)弱電干擾最小，備有適當(dāng)裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，必要時(shí)需自行制作轉(zhuǎn)換接口。 5.1.3 改造的實(shí)施準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造的實(shí)施階段。實(shí)施階段內(nèi)容按時(shí)間順序分為： （1）原機(jī)床的全面保養(yǎng) 機(jī)床經(jīng)長期使用后，會不同程度地在機(jī)械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣既可對改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時(shí)作對比分析用。 （2）保留的電氣部分最佳化調(diào)整 若對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強(qiáng)電部分的零件更換，電機(jī)的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風(fēng)冷卻裝置的清洗，伺服驅(qū)動裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。只有對保留的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整工作，才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。 （3）原系統(tǒng)拆除 原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細(xì)進(jìn)行，及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用。還有一定使用價(jià)值的，可作其他機(jī)床備件用。切忌大手大腳，亂扔亂放。 （4）合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗(yàn)，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。 （5）調(diào)試 調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜，隨時(shí)記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈，無多余物品；各運(yùn)動坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗(yàn)的，先空載后加載；能模擬試驗(yàn)的，先模擬后實(shí)動；能手動的，先手動后自動。 5.2 用PLC改造繼電-接觸式控制系統(tǒng)的步驟用PLC改造繼電-接觸式控制系統(tǒng)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：（1）了解系統(tǒng)改造的要求。用PLC替換原繼電-接觸式控制電路，盡可能的留用原繼電-接觸式控制系統(tǒng)中可用的元器件，在滿足控制要求的情況下，盡可能的采用便宜的PLC，要預(yù)留一些輸入，輸出點(diǎn)，以備添加功能時(shí)使用。（2）了解原設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動作（動作順序，必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作方式（手動，自動，連續(xù)，單周期，單步等）。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案。根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成方案和工藝要求確定系統(tǒng)運(yùn)行方式（3）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機(jī)、電磁閥等）。據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖。（4）PLC的選擇 PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇、）電源模塊選擇等。（5）設(shè)計(jì)控制程序?？刂瞥绦蚴钦麄€(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)安全、可靠的關(guān)鍵。因此控制系統(tǒng)的程序應(yīng)經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。令編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。（6）聯(lián)機(jī)調(diào)試 如不滿足要求，在返回修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。5.3 控制線路控制改造要求（1）成形平面磨床的砂輪采用液壓驅(qū)動，其傳動較平穩(wěn)，磨削工件時(shí)精度高。（2）機(jī)床的電氣控制部分采用FP1-24可編程序控制器,實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的自動磨削、液壓閥的控制及電磁吸盤的控制。（3）動作要求：1）磨頭的垂直進(jìn)給。2）工作臺的縱向進(jìn)給。3）工作臺的橫向進(jìn)給。以上三種運(yùn)動均采用手動和自動兩種控制方式。4）電磁吸盤不工作時(shí)可以手動調(diào)整機(jī)床。（4）為保證安全生產(chǎn)，電磁盤與工作臺，拖板及磨頭垂直進(jìn)給采用聯(lián)鎖控制裝置，即電磁盤電流小于1A時(shí)，吸力不足時(shí)機(jī)床要停止工作。（5）電磁吸盤具有充、退磁功能。（6）冷卻泵電機(jī)、吸塵電機(jī)為了方便運(yùn)輸可選用分離式插拔接頭。（7）工作臺的縱向運(yùn)行較頻繁，磨頭的垂直進(jìn)給要求精度較高，應(yīng)采用接近開關(guān)。（8）編程控制器及電磁閥所需的是220V交流電源。 （9）能反映電源、砂輪電機(jī)、油泵電機(jī)、充磁電源、充、退磁的工作情況，以及PLC內(nèi)部電源的指示。（10）由于所吸工件不同，要求電磁吸盤的電流可以調(diào)節(jié)，并且有顯示。（11）電路中所有斷路后能儲存能量的電器要有保護(hù)。5.4 原設(shè)備電器的工作原理5.4.1 平面磨床主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式平面磨床主要由床身，垂直進(jìn)給手輪，工作臺，位置行程擋塊，砂輪修正器，橫向進(jìn)給手輪，拖板，磨頭和驅(qū)動工作臺手輪等部件組成。此平面磨床共有四臺電動機(jī)，砂輪電動機(jī)是主運(yùn)動電動機(jī)，直接帶動砂輪旋輪，對工件進(jìn)行磨削加工；砂輪升降電動機(jī)使拖板沿立柱導(dǎo)軌上下移動，用以調(diào)整砂輪位置；工作臺和砂輪的往復(fù)運(yùn)動是靠液壓電動機(jī)進(jìn)行液壓傳動的，液壓傳動較平穩(wěn)，能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，換向時(shí)慣性小，換向平穩(wěn)；冷卻泵電動機(jī)帶動冷卻泵供給砂輪和工件冷卻液，同時(shí)利用冷卻液帶走磨下的鐵屑17 。5.4.2 電氣控制線路分析M7120平面磨床的電氣控制線路包含：主電路，控制電路，電磁工作臺控制電路及照明與指示燈電路四部分。（1）主電路分析主電路共有四臺電動機(jī)如圖1所示，其中M1是液壓電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)工作臺的往復(fù)運(yùn)動；M2是砂輪電動機(jī)，帶動砂輪轉(zhuǎn)動來完成磨削加工工件；M3是冷卻泵電動機(jī)；它們只要求單向旋轉(zhuǎn)，分別用接觸器KM1，KM2控制。冷卻泵電機(jī)M3只有在砂輪電機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)后才能運(yùn)轉(zhuǎn)。M4是砂輪升降電動機(jī)，用于磨削過程中調(diào)整砂輪與工件之間的位置。M1，M2，M3是長期工作的，所以都裝有過載保護(hù)。M4是短期工作的，不設(shè)有過載保護(hù)。整個(gè)線路有一組總?cè)蹟嗥髯龆搪繁Ｗo(hù)，M1，M2主電路分別由熔斷器FU2，F(xiàn)U3做短路保護(hù)；變壓器TC由熔斷器FU4作短路保護(hù)，機(jī)床控制線路，指示電路，照明電路分別由FU5，F(xiàn)U6，F(xiàn)U7作短路保護(hù)，電磁工作臺控制電路由熔斷器FU8做短路保護(hù)。（2）控制電路分析1）液壓泵電動機(jī)M1的控制合上總開關(guān)QS后，整流變壓器一個(gè)副邊輸出135伏交流電壓，經(jīng)橋式整流器VC整流后得到直流電壓，使電壓繼電器KUV獲電動作，其常開觸頭閉合，為啟動電機(jī)作好準(zhǔn)備。如果KUV不能正?？煽抗ぷ?，各電機(jī)均無法運(yùn)行，因?yàn)槠矫婺ゴ驳墓ぜ恐绷麟姶盼P的吸力將工件吸牢在工作臺上，只有具備可靠的直流電壓后，才允許啟動砂輪和液壓系統(tǒng)，以保證安全。當(dāng)KUV吸合后，按下啟動按鈕SB3，接觸器KM1通電吸合并自鎖，液壓油泵電機(jī)M1啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，HL2燈亮。若按下停止按鈕SB2，接觸器KM1線圈斷電釋放，電動機(jī)MI斷電停轉(zhuǎn)。2）砂輪電動機(jī)M2及冷卻泵電動機(jī)M3的控制 按下起動按鈕SB5，接觸器KM2線圈獲電動作，砂輪電動機(jī)M2啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。由于冷卻泵電動機(jī)M3通過接插器X1和M2聯(lián)動控制，所以M2和M3同時(shí)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)不需要冷卻時(shí)，可將插頭拔出，按下停止按鈕SB4時(shí)，接觸器KM2線圈斷電釋放，M2與M3同時(shí)斷電停轉(zhuǎn)。兩臺電動機(jī)的熱繼電器FR2和FR3的常閉觸頭都串聯(lián)在KM2控制線路中，只要有一臺電動機(jī)過載，就使KM2線圈失電。因冷卻液循環(huán)使用，經(jīng)?；煊形酃鸽s質(zhì)，很容易引起電動機(jī)M3過載，故用熱繼電器FR3進(jìn)行過載保護(hù)。圖2 主控電路3）砂輪升降電動機(jī)M4的控制，砂輪升降電動機(jī)只有在調(diào)整工件和砂輪之間位置時(shí)使用，所以用點(diǎn)動控制，當(dāng)按下點(diǎn)動按鈕SB6，接觸器KM3線圈獲電吸合，電動機(jī)M4啟動正傳，砂輪上升。達(dá)到所需位置時(shí)，松開SB6，KM3線圈斷電釋放，電動機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升。按下點(diǎn)動按鈕SB7，接觸器KM4線圈獲電吸合，電動機(jī)M4啟動反傳，砂輪下降。達(dá)到所需位置時(shí)，松開SB7，KM4線圈斷電釋放，電動機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止下降。為防止電動機(jī)M4的正反轉(zhuǎn)線路同時(shí)接通，故在對方線路中串入接觸器KM4和KM3的常閉觸頭進(jìn)行聯(lián)鎖控制。（3）電磁吸盤電路分析 電磁吸盤是固定加工工件的一種夾具。利用通電導(dǎo)體在鐵心中產(chǎn)生的磁場吸牢鐵磁材料的工件，以便加工。他與機(jī)械夾具比較，具有加緊迅速，不損傷工件，一次能吸牢若干個(gè)小工件，以及工件發(fā)熱能自由伸縮等優(yōu)點(diǎn)，因而電磁吸盤在平面磨床上用的十分廣泛。電磁吸盤結(jié)構(gòu)如圖3所示 圖3 電磁吸盤結(jié)構(gòu)電磁吸盤的外殼是鋼制箱體，中部的芯體上繞有線圈，吸盤的蓋板用鋼板制成，鋼制蓋板用非磁性材料如鉛錫合金隔離成若干小塊。當(dāng)線圈通上直流電后，吸盤的芯體被刺化，產(chǎn)生磁場，磁通便以芯體和工件作回路，工件被牢牢吸住16 。電磁吸盤的控制電路包括整流裝置、控制裝置和保護(hù)裝置三個(gè)部分，如圖4所示。整流裝置由變壓器TR和橋式整流器VC組成，供給110伏直流電源?？刂蒲b置由按鈕SB7、SB8、SB9和接觸器KM5、KM6組成。充磁過程如下：按下充磁按鈕SB8，接觸器KM5線圈獲電吸合，KM5主觸頭閉合，電磁吸盤YH獲電，工作臺充磁吸住工件。同時(shí)其自鎖觸頭閉合，聯(lián)鎖觸頭斷開。磨削加工完畢，在取下加工好的工件時(shí)，先按SB7，切斷電磁吸盤YH的直流電源，由于吸盤和工件都有剩磁，所以需要對吸盤和工件進(jìn)行去磁。圖4 電磁吸盤電路去磁過程如下：先按點(diǎn)動按鈕SB9，接觸器KM6線圈獲電吸合，KM6的兩副主觸頭閉合，電磁吸盤通入反向直流電，使工作臺和工件去磁。去磁時(shí)，為防止因時(shí)間過長使工作臺反向磁化，再次吸住工件，因而接觸器KM6采用點(diǎn)動控制。保護(hù)裝置有放電電阻R和電容C以及零壓繼電器KUV組成，電阻R和電容C的作用是：電磁吸盤是一個(gè)大電感，在充磁吸工件時(shí)，存儲有大量磁場能量。當(dāng)它脫離電源的一瞬間，吸盤YH的的兩端產(chǎn)生較大的自感電動勢，會使線圈和其他電器損壞，故用電阻和電容組成放電回路。利用電容C兩端的電壓不能突變的特點(diǎn)，使電磁吸盤線圈兩端的電壓變化趨于緩慢。阻R消耗電磁能量。如果參數(shù)選配得當(dāng)，此時(shí)R-L-C電路可以組成一個(gè)衰減震蕩電路，利用電對去磁將是非常有用的零壓繼電器KUV的作用是在加工過程中，若電源電壓不足，則電磁吸盤將吸不牢工件，會導(dǎo)致工件被砂輪打出，造成嚴(yán)重事故。因此在電路中零壓繼電器KUV將其線圈并聯(lián)在直流電源上，其常開觸頭串聯(lián)在液壓泵電動機(jī)和砂輪電機(jī)的 控制電路中，若電磁吸盤將吸不牢工件，KUV就會釋放，使液壓泵電動機(jī)和砂輪電機(jī)停轉(zhuǎn)，保證了安全 。 （4）照明和指示燈電路分析圖5中EL為照明燈，其工作電壓為24伏，由變壓器TR供給，SQ2為照明負(fù)荷隔離開關(guān)。HL、HL1、HL2、HL3、HL4為指示燈，其工作電壓為6伏，也由變壓器TR供給，6個(gè)指示燈的作用是：HL燈亮，表示電源正常，不亮，表示電源有故障。HL1燈亮，表示油泵電機(jī)M1處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，工作臺正在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動；不亮，表示M1停轉(zhuǎn)。圖5 指示和照明電路HL2燈亮，表示砂輪電動機(jī)M2和冷卻泵電動機(jī)M3處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；不亮，表示M2和M3停轉(zhuǎn)。HL3燈亮，表示砂輪升降電動機(jī)M4處于工作狀態(tài)，不亮，表示M4停轉(zhuǎn)。HL4燈亮，表示電磁吸盤YH處于充磁狀態(tài)，不亮，表示電磁吸盤未工作。HL4燈亮，表示電磁吸盤YH處于退磁狀態(tài)，不亮，表示電磁吸盤未工作。5.5 分析控制對象，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個(gè)部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系統(tǒng)輸入部分由所有行程開關(guān)、儀表觸點(diǎn)、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點(diǎn)組成的實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出部分包括電磁閥線圈，指示燈和接通各種負(fù)載的接觸器線圈。在控制系統(tǒng)中使用PLC 就是代替繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分，保持原電磁吸盤電路不變。原平面磨床的電氣系統(tǒng)，所有轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1,控制按鈕(SB1-SB9)等為系統(tǒng)的輸入信號；而接觸器線圈（KM1-KM6），指示燈HL和（HL1-HL4）等為系統(tǒng)的輸出信號。為了節(jié)省輸出點(diǎn)數(shù)，各狀態(tài)指示燈并聯(lián)在相應(yīng)線圈兩端；為了保護(hù)PLC輸出繼電器，在電磁閥兩端并聯(lián)一只二極管，防止在電感性負(fù)載斷開時(shí)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢或浪涌電流對PLC輸出點(diǎn)及內(nèi)部電源的沖擊，二極管的額定電流通常選為1A，額定電壓大于電源電壓的3倍。5.6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)機(jī)床要求磨頭的垂直進(jìn)給、工作臺的縱向進(jìn)給、工作臺的橫向進(jìn)給三種運(yùn)動均能采用手動和自動兩種控制方式。由萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1選擇。用PLC改造后,此部分的接線要重新安排，可選用轉(zhuǎn)換開關(guān)的兩組觸點(diǎn)SA11和SA12(對應(yīng)PLC輸入端子X9和X10)作為手動和自動控制旋鈕。（1）確定I/O點(diǎn)數(shù)。找出PLC控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號，共有11個(gè)輸入信號，6個(gè)輸出信號，如表1所示。表1 I/O端子分配表輸入信號輸入端子號輸出信號輸出端子號電動機(jī)M1停止按鈕SB2X0接觸器KM1Y0電動機(jī)M1啟動按鈕SB1X1接觸器KM2Y1電動機(jī)M2停止按鈕SB3X2接觸器KM3Y2電動機(jī)M2啟動按鈕SB4X3接觸器KM4Y3砂輪電機(jī)M4上升按鈕SB5X4接觸器KM5Y4砂輪電機(jī)M4下降按鈕SB6X5接觸器KM6Y5電磁吸盤充退磁總停止按鈕SB7X6電磁吸盤充磁按鈕SB8X7電磁吸盤退磁按鈕SB9X8手動程序啟動SA1-1X9自動程序啟動SA1-2X10（2）繪制I/O端子接線圖。根據(jù)表1 I/O分配表結(jié)果，繪制I/O端子接線圖。I/O接線圖如圖6所示，在端子接線圖中熱繼電器和保護(hù)信號仍采用常閉觸頭，主令電器的常閉觸頭可改用常開觸頭作輸入，使編程簡單。編程控制器和電磁閥線圈用交流220V電源供給。圖6 PLC 外部I/O接線圖（3）程序基本結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)繼電-接觸式控制系統(tǒng)工作原理，結(jié)合PLC編程特點(diǎn)，PLC控制程序基本結(jié)構(gòu)如圖7所示。 圖7 程序基本結(jié)構(gòu)（4）編制梯形圖 根據(jù)圖6及圖7編制梯形圖，部分梯形圖如圖8所示。圖8 梯形圖6 磨床改造后的調(diào)試在調(diào)試前我們需要對線路進(jìn)行檢查，按照接線圖檢查電源線和接地線是否可靠，主線路和控制線路連接是否正確，絕緣是否良好，各開關(guān)是否處于“0”位，插頭和各插接件是否全部插緊；檢查工作臺等部件的位置是否合適，防止通電時(shí)發(fā)生碰撞。在完成通電前的準(zhǔn)備工作后，便可接上設(shè)備的工作電源，開始通電調(diào)試（試車）了。（1）確認(rèn)輸入電源。合上為機(jī)床供電的電源開關(guān)，用萬用表測量機(jī)床總電源開關(guān)進(jìn)線端的電壓，看一看電壓是否正常，有無斷相或三相電壓特別不平衡的現(xiàn)象。如果一切正常，便可合上機(jī)床的總電源開關(guān)，并用萬用表測量電源能供到的各支路終端的電壓是否正常。有無斷相。（2）調(diào)試PLC由于用PLC改造原機(jī)床電氣系統(tǒng)是以不改變原控制功能為前提，此時(shí)可對原線路進(jìn)行分塊處理，對于平面磨床，可分成輸出處理程序，輸入處理程序和順序控制邏輯程序，這種處理對于程序調(diào)試和設(shè)備維修都有很大的方便，根據(jù)手動和自動兩種工作方式分別進(jìn)行模擬運(yùn)行。使用IO表在輸出表中“強(qiáng)制”調(diào)試,即檢查輸出表中輸出端口為“1”狀態(tài)時(shí),外部設(shè)備是否運(yùn)行；為“0”狀態(tài)時(shí),設(shè)備是否真的停止.也可以交叉做“1”與“0”的“強(qiáng)制”，觀察輸出端點(diǎn)指示燈在一個(gè)工作循環(huán)里的狀態(tài)變化，并與工藝過程對照。進(jìn)行模擬調(diào)試完成后,要對現(xiàn)場做一次完整的檢查.其主要目的是去掉多余的中間檢查用的臨時(shí)配臨時(shí)布置的信號,將現(xiàn)場處于真正的使用狀態(tài).7 結(jié)束語用可編程控制器改造舊機(jī)床電氣系統(tǒng)，在現(xiàn)有企業(yè)里是非?，F(xiàn)實(shí)的技術(shù)改造方案，具有投資省、見效快的特點(diǎn)。通過使用PLC改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機(jī)床的中間繼電器，時(shí)間繼電器等等，使線路簡化,維修方便。同時(shí)，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還有信號指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。 致謝在這篇論文完成之際，我衷心的感謝我的指導(dǎo)老師。感謝老師在百忙之抽出時(shí)間來為我指導(dǎo)講解，悉心指教，在我的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，程序編程，論文撰寫的過程中給我提出了許多寶貴的意見和建議，使我順利的完成了所有的工作。并且得到其他幾位老師和同學(xué)的關(guān)心和幫助在此一并謹(jǐn)致謝忱。在即將離開學(xué)校之際，再次衷心感謝我系所有老師對我的幫助，謝謝你們?yōu)槲业拇髮W(xué)生活劃上一個(gè)完滿的句號！參考文獻(xiàn)1常斗南.可編程序控制器M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.2 2侯玉秀.用PLC改造M8820軸承磨床的電氣控制系統(tǒng)J.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，27(3)：28303林春方.可編程控制器及其應(yīng)用M.上海:上海交通大學(xué)出版社，2003.4廖常初.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)(第4版)M.重慶:重慶大學(xué)出版社，2002. 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