plc課程設(shè)計C650車床

1、PLC課程設(shè)計一PLC基礎(chǔ)知識1.1 PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于此，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller(PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Prograc Controller（PLC

2、）。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力.能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應用上取代了在過程控制領(lǐng)域處的DCS系統(tǒng)。1.2 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定置。1.3 CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序

3、賦予的功能接收并存貯用戶程序和描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信有關(guān)的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用

4、于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。1.4 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI）輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC

5、，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14b等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或制。1.5 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。1.6 底板或機架大多數(shù)模塊式PLC

6、使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。1.7 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備1.7.1 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。1.7.2 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。1.8 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技

7、術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過PI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。二、 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則2.1 最大限度的滿足被控對象的控制要求。2.2 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護方便。2.3 保證控制系統(tǒng)安全可靠。2.4

8、考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進在選擇PLC容量時應適當留有余量。三、PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言3.1 PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預。用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用PLC的程序語言編制的應用程序（也就是邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。STEP7是用于SIMATIC可制器組態(tài)和編程的標準軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來進行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序在線監(jiān)視。3.2 PLC提供的編程語言3.2.1 標準語言梯形

9、圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點1）它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線。2）梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)計數(shù)器等的狀態(tài)。3） 梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。4） 內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。5） PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出戶程序中可以當做條件使用。3.2.2 語句表語言，類似于匯編語言。3.2.3 邏輯

10、功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。四、 PLC未來展望21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應用于可編程控制器的設(shè)上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)

11、是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)大的作用。五、C650車床的主要結(jié)構(gòu)與控制要求5.1 C650車床的主要結(jié)構(gòu)普通車床是一種應用極為廣泛的金屬切削機床，能夠車削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋和定型表面，并可以通過尾架進行鉆孔、鉸孔、攻螺紋等加工。C650臥式普通車床屬中型車床，加工工件回轉(zhuǎn)直徑最大可達1020mm,長度可達3000mm。其結(jié)構(gòu)主要由床身、主軸變速箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲

12、桿和光桿等部分組成。車床有兩種運動，一是軸卡盤帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，稱為主運動（切削運動），另一種四溜板刀架頂針帶動刀具的直線運動，稱為進給運動。兩種運動由同一電動機帶動并通過各自的變速箱調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速或進給速度。此外，為提高效率、減輕勞動強度、便于對刀和減小輔助工時，C650車床的刀架還能快速移動，稱為輔助運動。C650車床車床由三臺三相籠型異步電動機拖動，即主電動機M1、冷卻電動機M2和刀架快速移動電動機M3。5.2 C650車床的控制要求從車削工藝要求出發(fā)，對各電動機的控制要求主要是：主電動機M1（30KW）：由它完成主運動的驅(qū)動。要求：直接起動連續(xù)運行方式并有點動功能以便調(diào)整；能正反轉(zhuǎn)以滿

13、足螺紋加工需要；由于加工工件轉(zhuǎn)動慣性大，停車時帶有電氣制動，此外，還要顯示電動機的工作電流以監(jiān)視切削狀況。冷卻電動機M2：用以加工時提供冷卻液，采用直接起動、單向運行、連續(xù)工作方式。快速移動電動機M3：單向點動、短時工作方式。要求有局部照明和必要的電氣保護與聯(lián)鎖。5.3 繼電器電氣線路的分析C650車床電氣控制原理圖如圖5.1所示:圖5.1 C650車床電氣控制原理圖5.3.1主電路分析該機床共配置三臺電動機M1、M2和M3。主電動機M1（功率為30kW）完成主軸主運動和刀具進給運動的驅(qū)動，采用直接啟動方式，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可進行正反兩個旋轉(zhuǎn)方向的電氣制動停車。為加工調(diào)整方便，還具有點動

14、功能。電動機M1控制電路分為四個部分：由正轉(zhuǎn)控制接觸器KM1和反轉(zhuǎn)控制接觸器KM2的兩組主觸點構(gòu)成電動機的正反轉(zhuǎn)電路。電流表PA經(jīng)電流互感器TA接在主電動機M1主運動上，以監(jiān)視電動機繞組工作電流變化。為防止電流表被啟動電流沖擊損壞，利用時間繼電器KT的動斷觸頭，在啟動的短時間內(nèi)將電流表暫時短接。串聯(lián)電阻限流控制部分，接觸器KM3的主觸點控制限流電阻R的接入和切除，在進行點動調(diào)整時，為防止連續(xù)的啟動電流造成電動機過載而串入了限流電阻R，以保證電路設(shè)備正常工作。速度繼電器KS的速度檢測部分與電動機的主軸相聯(lián)，在停車制動過程中，當主電動機轉(zhuǎn)速接近零時，其動合觸頭可將控制電路中反接制動的相應電路切斷，

15、完成停車制動。電動機M2提供切削液，采用直接啟動停止方式，為連續(xù)工作狀態(tài)，由接觸器KM4的主觸點控制其主電路的接通與斷開?？焖僖苿与妱訖CM3由交流接觸器KM5控制，根據(jù)使用需要，可隨時手動控制啟停。為保證主電路的正常運行，主電路中還設(shè)置了采用熔斷器的短路保護環(huán)節(jié)和采用熱繼電器的電動機過載保護環(huán)節(jié)。5.3.2 控制電路分析電源：由控制變壓器TC（380V/110V，36V）的接線和參數(shù)標注可知各接觸器、繼電器線圈電壓等級為110V，而照明為36V安全電壓由主令開關(guān)SA控制。主電動機M1控制：接通電源QS+。正向點動 SB1+KM1+（無自保）M1串R正向點動（SB1+表示按SB1并保持）正向起動

16、 SB2+KM3+, KT+短接R, KA+ KM1+ (自保) M1全壓正向起動(當n120r/min時) KS-1+ (KT延時到,起動完成) 轉(zhuǎn)速達n,電流表A接入正向停止制動 SB0+KM1-，KM3-，KT-，KA-（當KS-1+時）KM2+M1串R反接制動 n(當n100r/min時) KS-1- KM2-。反向制動 （接SB3）與停車制動（KS-2+）過程與正向類似。采用控制流程來表達電路的過程具有簡單、一目了然的優(yōu)點。其基本步驟是：各自受控點動作后出現(xiàn)的控制結(jié)果（利用坐標標注檢索可避免遺漏）。冷卻泵電動機 SQ6+ KM4+（自保）M2起動?？焖匐妱訖C SQ+（刀架手柄壓動）K

17、M5+M3起動。5.3.3 整機線路聯(lián)鎖與保護 由KM1與KM2各自的常閉觸點串接于對方工作電路以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行互鎖。由FU及FU1FU6實現(xiàn)短路保護。由FR1與FR2實現(xiàn)M1與M2的過載保護（根據(jù)M1與M2額定電流分別整定）。KM1KM4等接觸器采用按鈕與自保控制方式，因此使M1與M2具有欠電壓與零電壓保護。六、C650車床改造為PLC控制的硬件設(shè)計6.1 統(tǒng)計I/0的點數(shù)根據(jù)主電路分析,統(tǒng)計I/0的點數(shù)如表6-1所示:表6-1 I/0點數(shù)的統(tǒng)計類 型功能所占點數(shù)(個)輸入設(shè)備M1的停止按鈕1M1的點動按鈕1M1的正轉(zhuǎn)按鈕1M1的反轉(zhuǎn)按鈕1M2的停止按鈕1M2的啟動按鈕1M3的限位開關(guān)1M1

18、的熱繼電器動合觸電1M2的熱繼電器動合觸電1速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點1速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點1 輸 出設(shè)備M1的正轉(zhuǎn)接觸器1M1的反轉(zhuǎn)接觸器1M1的制動接觸器1M2接觸器1M3接觸器1電流表接入時間繼電器1輔助繼電器16.2 I/0分配表根據(jù)所統(tǒng)計的I/O口與所選的PLC的型號可列出其I/O分配如表6-2所示:表6-2 PLC I/O分配表輸入設(shè)備PLC輸入繼電器輸出設(shè)備PLC輸出繼電器代號功能代號功能SB0M1的停止按鈕X0KM1M1的正轉(zhuǎn)接觸器Y0SB1M1的點動按鈕X1KM2M1的反轉(zhuǎn)接觸器Y1SB2M1的正轉(zhuǎn)按鈕X2KM3M1的制動接觸器Y2SB3M1的反轉(zhuǎn)按鈕X3KM4M2接觸器Y3SB4M2的停止按鈕X4KM5M3接觸器Y4SB5M2的啟動按鈕X5KA輔助繼電器Y5SQM3的限位開關(guān)X6KT時間繼電器Y6FR1M1的熱繼電器動合觸電X7FR2M2的熱繼電器動合觸電X10KS1速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點X11KS2速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點X126.3 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖的設(shè)計圖6-2 外部接線圖七