T68鏜床的PLC改造設計論文

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12、eSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinelec1 引 言1.1 可編程序控制器的概況可編程序控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的，以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術、通訊技術等高新技術，而在近年來發(fā)展迅速、應用極廣的一類工業(yè)裝置。早期的可編程序控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制，隨著技術的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍。

13、因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。國際電工委員會(IEC)1987年頒布的可編程序控制器標準草案中對PLC作了定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應用而設計的，它采用一類可編程的存儲器用于其內(nèi)部存儲程序執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，可編程控制器及其有關外部設備都按要求與控制系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?？傊?，可編程控制器一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應

14、用而設計制造的計算機，它是有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力，但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時其硬件需根據(jù)實際需要進行選用、配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。1.2 可編程序控制器的特點和功能可編程序控制器適應工業(yè)環(huán)境，簡單易懂、操作方便，是可靠性較高的新一代通用控制裝置，其特點為：（1）可靠性高，抗干擾能力強。（2）適應性強，應用靈活。（3）編程方便，易于接受。（4）控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試方便。（5）維修方便，維修工作量小。（6）功能完善。主要功能為：（1）開關量控制功能現(xiàn)代可編程序控制器可以取代傳統(tǒng)的繼電器，完成開關量的控制?？删幊绦蚩刂破髦兴?/p>

15、軟繼電器及其觸點數(shù)量很多，可以實現(xiàn)各種簡單和復雜的邏輯控制。（2）模擬量控制可編程序控制器中的微處理器（CPU）只處理數(shù)字量，可編程序控制器中配置了A/D和D/A轉換模塊，把現(xiàn)場輸入的模擬量經(jīng)A/D轉換后送微處理器處理。而微處理器處理結果的數(shù)字量，經(jīng)D/A轉換后，變換成模擬量控制被控設備，以完成對連續(xù)量（溫度、壓力、流量、液位和速度等）的控制。（3）定時控制可編程序控制器可以提供相當數(shù)量的定時器，定時時間可在較大范圍內(nèi)任意設定，使用非常靈活、方便。（4）計數(shù)控制可編程序控制器可以提供眾多計數(shù)器，完全能滿足生產(chǎn)過程的計數(shù)要求。（5）步進控制可編程序控制器設置了一定數(shù)量長度可變的移位寄存器，很容易

16、滿足各種步進控制要求。（6）數(shù)據(jù)處理一般可編程序控制器都設置有四則混合運算指令，可以方便地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行處理。（7）自診斷功能可編程序控制器對電源、程序語法、動作狀態(tài)等作自診斷，并用代碼顯示診斷結果，在發(fā)生異常時能自動終止運作。（8）定位控制可編程序控制器中的軸定位模塊可以組成開環(huán)或閉環(huán)定位控制系統(tǒng)，以控制加工時定位運動、可變速定位運動、強制定位運動和自動找原點等。（9）通信聯(lián)網(wǎng)功能某些控制系統(tǒng)需要多臺可編程序控制器連接起來使用或由一臺計算機與多臺可編程序控制器組成分布式控制系統(tǒng)，可編程序控制器配置的通信模塊可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求。（10）顯示打印功能可編程序控制器可以連接顯示終端和

17、打印機等外部設備，從而實現(xiàn)顯示和打印功能。1.3 可編程序控制器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀PLC生產(chǎn)廠約30多家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。雖然我國在PLC生產(chǎn)方面比較弱，但在PLC應用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售額30多億人民幣，應用的行業(yè)也很廣。在我國，一般按I/O點數(shù)將PLC分為以下級別（但不絕對，國外分類有些區(qū)別）：微型： 32 I/O；小型： 256 I/O；中型：1024 I/O；大型：4096 I/O；巨型：8192 I/O；在我國應用的PLC系統(tǒng)中，I/O 64點以下PLC銷售額占整個P

18、LC的47%，64點至256點的占31%，合計占整個PLC銷售額的78%。在我國應用的PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢，但從行業(yè)上分，有各自的勢力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美PLC，居多，小型控制系統(tǒng)、機床、設備單體自動化及OEM產(chǎn)品采用日本的PLC居多。歐美PLC在網(wǎng)絡和軟件方面具有優(yōu)勢，而日本PLC在靈活性和價位方面占優(yōu)勢。我國的PLC供應渠道，主要有制造商、分銷商（代理商）、系統(tǒng)集成商、OEM用戶、最終用戶。其中，大部分PLC是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達到最終用戶的。典型的PLC產(chǎn)品有：施耐德公司，Quantum、Premium、Momentum等；羅克韋爾（A-B公司

19、），SLC、MicroLogix、Control Logix等；西門子公司，SIMATIC S7-400/300/200系列；GE公司；日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。1.4 可編程序控制器技術的發(fā)展趨勢 可編程序控制器最新發(fā)展動態(tài)主要在以下四個方面： （1）可編程序控制器向大型化、網(wǎng)絡化發(fā)展 多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性?？删幊绦蚩刂破骶W(wǎng)絡化技術的發(fā)展，其中有兩個趨勢，一方面，可編程序控制器網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌可編程序控制器除了形成自己各具特色的可編程序控制器網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成設備控制任務以外，還可以與上位計算機管

20、理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息交流，成為整個信息、管理系統(tǒng)的一部分。另一方面，現(xiàn)場總線技術得到廣泛的采用，可編程序控制器與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設備，比如智能化儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅(qū)動執(zhí)行機構等，通過一根傳輸介質(zhì)（比如雙膠線、同軸電纜、光纜）連接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構成一個現(xiàn)場工業(yè)控制網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡與單純的可編程序控制器遠程網(wǎng)絡相比，配置更靈活，擴容更方便，造價更低，性能價格比更好，也更具開放意義。（2）可編程序控制器向高性能小型化發(fā)展可編程序控制器的功能正越來越豐富，而體積卻越來越小。比如三菱的FX-ON系列可編程序控制器最小的機種，體積僅為609070mm，相當于

21、一個繼電器，但卻具有高速計數(shù)、交替輸出及16位四則運算等能力，還具有可調(diào)電位器時間設定功能?？删幊绦蚩刂破饕巡辉偈窃缙谀欠N只能進行開關量邏輯運算的產(chǎn)品了，而是具有越來越強的模擬量處理能力，以及其它過去只有計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數(shù)運算，PID調(diào)節(jié)，精確定位，步進驅(qū)動，報表統(tǒng)計等，從這種意義上說，可編程序控制器系統(tǒng)與DCS（集散控制系統(tǒng)）的差別已經(jīng)越來越小。用可編程序控制器同樣可以構成一個過程控制系統(tǒng)。（3）可編程序控制器系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進一步地相互滲透和結合。可編程序控制器與計算機已成功結合并廣泛應用，可編程序控制器不再說是單獨的一個控制裝置，它已成為控制系統(tǒng)中的一個重要的

22、組成部分和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計算機技術的進一步發(fā)展，可編程序控制器與工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)、嵌入式計算機等系統(tǒng)進一步滲透和結合，這將更進一步拓寬可編程序控制器的應用領域和空間。（4）實現(xiàn)軟、硬件的標準化長期以來，可編程序控制器走的是專門化的道路，因此制定可編程序控制器的國際標準有如下5種：11311:General Information（一般信息）；11312:Equipment Characteristics and Test Requirement（設備特性與測試要求）；11313:Programming Language（編程語言）；11314:User Guidelines（

23、用戶向?qū)В?1315:MMS Companion Standard（制造信息規(guī)范伴隨標準）。2 設計項目的目的和意義2.1 設計項目的目的隨著工業(yè)技術的不斷完善，各種新型技術在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用，使勞動人員從勞動條件差、任務繁重、單一、重復、高溫、危險等工作中得以解脫，并且提高工作效率。傳統(tǒng)的鏜床控制系統(tǒng)采用繼電接觸器控制系統(tǒng),不但接觸觸點多而且接線復雜 ,而且經(jīng)常出現(xiàn)故障 ,可靠性較差，因此許多工廠應用PLC可編程控制器對現(xiàn)有的機械加工設備的電氣控制系統(tǒng)進行改造。2.2 鏜床改造的意義本設計利用三菱公司FX系列PLC對T68型臥式鏜床的改造, 其改造過程包括可編程控制器的機型選擇、輸入輸出

24、地址分配、輸入輸出端接線圖及可編程控制器梯形圖程序設計，分析了用可編程序控制器控制鏜床的工作過程。運用其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、質(zhì)量輕、功能強和價格低廉等特點，將機械加工設備的功能、效率、柔性提高到一個新的水平 ,改善產(chǎn)品的加工質(zhì)量 ,降低設備故障率 ,提高生產(chǎn)效率 ,其經(jīng)濟效率顯著。2.3 鏜床的分類及選用鏜床是一種精密加工機床，主要用于加工精密的孔和各孔間相互位置要求較高的零件。鏜床按結構和被加工對象一般可分為： （1）臥式鏜床：這種機床應用廣泛且比較經(jīng)濟，它主要用于箱體(或支架)類零件的孔加工及其與孔有關的其它加工面加工。 （2）坐標鏜床：具有精

25、密坐標定位裝置的鏜床，它主要用于位置精度要求較高的孔系，也可用于精密坐標測量、樣板劃線、刻度等工作。 （3）精鏜床：用金剛石或硬質(zhì)合金等刀具，進行精密鏜孔的鏜床。（4）深孔鏜床：用于鏜削深孔的鏜床。（5）落地鏜床：工件安置在落地工作臺上，立柱沿床身縱向或橫向運動。根據(jù)本設計任務要求所知，本設計采用T68型臥式鏜床。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，要求自動化程度較高，因此大量使用到了臥式鏜床。3 T68型臥式鏜床電氣控制電路3.1 鏜床的主要結構，運動形式和控制要求3.1.1 臥式鏜床的主要結構T68臥式鏜床的結構如圖1,主要由床身、前立柱、鏜頭架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板、工作臺等部分組成。圖1 T68型

26、臥式鏜床的結構床身是一個整體的鑄件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直導軌上裝有鏜頭架，鏜頭架可沿導軌垂直移動。鏜頭架上裝有主軸、主軸變速箱、進給箱與操縱機構等部件。切削刀具固定在鏜軸前端的錐形孔里，或裝在平旋盤的刀具溜板上。在鏜削加工時，鏜軸一面旋轉，一面沿走軸向做進給運動。平旋盤只能旋轉，裝在其上的刀具溜板做徑向進給運動，因此獨自旋轉，也可以不同轉速同時旋轉。在床身的另一端裝有后立柱，后立柱可沿床身導軌在鏜主向方向調(diào)整位置。在后立柱導軌上安裝有尾座，用來支持鏜軸的末端，尾座與鏜頭架同時升降，保證二者的軸心在同一水平線上。安裝工件的做工臺安放在床身中部的導軌上，它由下溜板、上溜板與可轉動

27、的做工臺組成。下溜板可沿床身導軌做縱向運動，上溜板可沿下溜板的導軌做橫向運動，工作臺相對于下溜板可做回轉運動。3.1.2 臥式鏜床的運動形式（1）主運動為鏜軸和平旋盤的旋轉運動。（2）進給運動為鏜軸的軸向進給、平旋盤刀具溜板的徑向進給、鏜頭架的垂直進給、工作臺的縱向進給和橫向進給。（3）輔助運動為工作的回轉、后立柱的軸向移動、尾座的垂直移動及各部分的快速移動等。3.1.3 臥式鏜床的控制要求（1）主軸旋轉與進給量都有較寬的調(diào)速范圍，主運動與進給運動由一臺電動機拖動，為簡化傳動機構采用雙速籠型異步電動機。（2）由于各種進給運動都有正反不同方向的運轉，故主電動機要求正、反轉。（3）為滿足調(diào)整工作需

28、要，主電動機應能實現(xiàn)正、反轉的點動控制。（4）保證主軸停車迅速、準確，主電動機應有制動停車環(huán)節(jié)。（5）主軸變速與進給變速可在主電動機停車或運轉時進行。為便于變速時齒輪嚙合，應有變速低速沖動過程。（6）為縮短輔助時間，各進給方向均能快速移動，配有快速移動電動機拖動，采用快速電動機正、反轉的點動控制方式。（7）主電動機為雙速電機，有高、低兩種速度供選擇，高速運轉時應先經(jīng)低速起動。（8）由于運動部件多，應設有必要的聯(lián)鎖與保護環(huán)節(jié)。3.2 電氣控制電路分析T68型臥式鏜床電氣原理圖見附錄I ，電氣元件明細表見附錄II。3.2.1 電動機配置情況及其控制T68型臥式鏜床由兩臺三相籠形感應電動機驅(qū)動，主軸

29、電動機M1拖動機床的主運動和進給運動，快速移動電動機M2實現(xiàn)主軸箱與工作臺的快速移動。主軸電動機M1為雙速電動機，由5只接觸器控制，其中KM1和KM2控制M1的正反轉；KM3在主軸電動機M1正常運行時短接R；KM4,KM5（雙線圈接觸器）控制M1的高、低速運行。R為反接制動電阻，熔斷器FU1和熱繼電器FR1分別作M1的短路和長期過載保護。與主軸電動機M1主軸相連接的速度繼電器KS用于M1的反接制動控制?？焖僖苿与妱訖CM2由KM6、KM7控制其正反轉，用熔斷器FU2作其短路保護。由于M2是短時工作，因此未設過載保護。3.2.2 控制電路的分解圖2 主電動機M1的控制電路（1）如圖2所示，根據(jù)電動

30、機M1主電路控制電器主觸頭文字符號KM1KM5,在圖區(qū)1521及13中找到KM1KM5的線圈電路，其中有KA1和KA2的動合觸頭,在圖區(qū)11、12中找到KA1和KA2的線圈電路,這樣可分解出主電動機M1的控制電路,如圖2所示.圖中有行程開關SQ、SQ1SQ6和速度繼電器KS的觸頭KS1(14-17)16 、KS2(14-15)15。SQ為主軸電動機M1的高速、低速選擇開關，SQ1為主軸變速時自動停車與啟動開關。SQ4為進給變速齒輪齒合沖動開關，SQ5、SQ6為主軸自動進刀與工作臺自動進給間的互鎖開關。這些行程開關由各相應操作手柄聯(lián)動壓合與松開。因此，行程開關SQ1、SQ1SQ6在控制過程中觸頭

31、工作狀態(tài)的變化，就成為分析該電路的第一個關鍵點，而各相操作手柄如何通過聯(lián)系機構壓合與松開相應行程開關，就成為分析該電路的第二個關鍵點。主軸速度選擇開關SQ有主軸速度選擇手柄聯(lián)動壓合與松開。當將速度選擇手柄置于“低速”擋時，與速度選擇手柄有關聯(lián)的行程開關SQ不受壓，其觸頭SQ（11-13）14斷開，當將主軸速度選擇置于“高速”擋時，經(jīng)聯(lián)動機構將行程開關SQ壓下時觸頭SQ（11-13）閉合。 當主運動和進給運動都處于非變速狀態(tài)時，各自的變速手柄通過聯(lián)動機構使SQ1、SQ3受壓，而行程開關SQ2、SQ4不受壓。T68型臥式鏜床主運動與進給運動的速度變換，是通過“變速操作盤”改變傳動比來實現(xiàn)的。它可在

32、電動機M1啟動運行前進行變速，也可在運行過程中進行變速。其變速操作過程是，主軸變速時，首先將變速操作盤上的主軸變速操縱手柄向外拉出，然后轉動主軸變速盤，選擇所需的速度，最后將變速操作手柄推回原位。在拉出與推回變速操縱手柄的同時，與其聯(lián)動的行程開關SQ1、SQ2相應動作，即手柄向外拉出時，SQ1不受壓而SQ2受壓；推回時，SQ2不受壓而SQ1受壓。進給變速操縱過程與主軸變速操縱過程相似。進給變速時，首先將進給變速手柄向外拉出，然后轉動進給變速盤，選擇所需要的進給速度，最后將變速操作手柄推回原位。在拉出或推回變速手柄的同時，與其聯(lián)動的行程開關SQ3、SQ4相應動作，即手柄向外拉出時，SQ3不受壓而

33、SQ4受壓，推回手柄時，SQ3受壓而SQ4不受壓。與主軸電動機M1主軸相連的速度繼電器KS，用于實現(xiàn)M1的反接制動控制。KS1（14-19）19 、KS2（14-15）15分別為正、反轉的動合觸頭，KS1(14-17)16為動斷觸頭。當電動機M1的正反轉速度達到一定值時，KS1(14-19)或KS2(14-15)閉合，而KS1(14-17)斷開。（2）根據(jù)進給電動機M2主電路控制電器主觸頭文字符號KM6、KM7，在圖區(qū)22、23中找到KM6、KM7的線圈電路，圖中有行程開關SQ7和SQ8。SQ7為快速移動正轉行程開關，SQ8為快速移動反轉行程開關，它們均由快速移動操作手柄通過相應的傳動機構控制

34、。3.2.3 主軸電動機M1控制電路的分解 （1）主軸電動機M1的正、反轉控制如圖2所示 當主運動和進給運動處于非變速狀態(tài)時，各自的變速手柄使行程開關SQ1、SQ3受壓，而行程開關SQ2、SQ4不受壓。主軸電動機M1由接觸器KM1、KM2進行正、反轉控制。在圖區(qū)17、18中可找到KM1、KM2的線圈電路，與KM1、KM2線圈串聯(lián)的動合按鈕SB4、SB5兩端分別串聯(lián)有KM3、KA1、KA2的動合觸頭KM3（5-18）-KA1(15-18) 、KM3(5-18)-KA2(18-19),也就是說串聯(lián)動合觸頭切斷了KM1、KM2的自鎖電路，因此判定SB4、SB5為電動機M1的正反轉電動按鈕。在主電路中

35、，電阻R兩端并聯(lián)有KM3的主觸頭，在圖區(qū)13中可找到KM3線圈電路，可見，KM1、KM2得電吸合，對KM3線圈電路無影響，因此電動時串接電阻R。在主電路中，還有接觸器KM4、KM5，在圖區(qū)20、21中可找到KM4、KM5的線圈電路，由于KM1、KM2得電吸合，其動合觸頭KM1（4-14）或KM2(4-14)閉合（注意，此時SQ3（4-14）已斷開），時KM4得點吸合，其主觸頭閉合。由上述分析可得，主電動機M1正反轉點動控制電路如圖3所示，電動機串入減壓電阻R、三相定子繞組接成三角形，進行低速點動。圖3 主軸電動機M1的點動控制電路由上訴分析可知，若使KM1、KM2得電吸合并自鎖，應使KM3（5

36、-18)-KA1（15-18）或者KM3（5-18)-KA2（18-19）閉合，也就是使KA1、KM3或KA2、KM3得電吸合。在圖區(qū)11、12、13中可找到KA1、KA2和KM3線圈電路。當KA1或KA2得電吸合時，觸頭KA1（12-0）或KA2（12-0）閉合，此時變速手柄置于原位，主軸變速行程開關SQ1和變速行程開關SQ3均被壓下，即SQ1（5-10）和SQ1（10-11）閉合，使 KM3得電吸合。由此可得如圖4所示電動機M1的低速控制電路，SB1、SB2 為正反轉啟動按鈕，KA1、KA2為正反轉啟動中間繼電器，主軸電動機M1在接法下全壓啟動并以低速運行。圖4 主軸電動機M1正反轉低速運

37、轉控制電路在主電動機M1正反轉低速控制電路的基礎上，將主軸速度選擇開關SQ置于高速檔，此時主軸速度選擇手柄經(jīng)聯(lián)動機構將行程開關SQ壓合，即SQ(11-13) 接通，將通電延時時間繼電器KT接入，可得如圖5所示的主軸電動機M1正反轉高速控制電路。利用KT按時間原則進行高低速切換，低速時KM4得電吸合，KM5失電釋放；高速時，KM5得電吸合，KM4失電釋放。圖5 主軸電動機M1正反轉高速控制電路在圖2所示的電路中，電動機M1啟動運行后，按下停止按鈕 SB1，其動斷觸頭SB1(4-5)斷開，使KA1、KA2、KM3、KM1(或KM2)、KM4（低速）或 KM5（高速）失電釋放，切斷了電動機M1的正序

38、（反相序）電源，限流電阻R串入M1的定子繞組。此時M1雖與電源斷開，但由于慣性作用， M1仍以較高速度正向或反相旋轉，速度繼電器KS 的正轉動合觸頭KS1(14-19)或反轉動合觸頭KS2(14-15)仍閉合。SB1的動合觸頭SB1(4-14)15閉合，經(jīng)觸頭 KS1(14-19)或KS2(14-15) ，使KM2或KM1得電吸合，并使KM4得電吸合，主電動機M1經(jīng)限流電阻R在連接下進行反接制動。由此可得圖所示的電動機圖6停車及反接制動電路。圖6 主軸電動機M1停車及反接制動電路（2）主電動機M1主運動和進給運動的變速控制主軸運行中變速控制。主軸變速時，進給運動仍保持變速工作狀態(tài)，即SQ3受壓

39、、SQ4不受壓。主軸變速手柄拉出，SQ1不受壓，SQ2受壓；主軸變速手柄推回，則SQ1受壓，SQ2不受壓。這樣，根據(jù)圖2可得主軸變速時，變速手柄拉出和推回時的控制電路，如圖7所示。進給速度時，主軸變速保持非變速狀態(tài)，即SQ1受壓、SQ2不受壓；進給變速手柄拉出，則SQ3不受壓、SQ4受壓，而進給變速手柄推回，則SQ3受壓、SQ4 不受壓。因此，進給變速控制電路與主軸變速控制電路相似，將圖7中的 SQ1(4-14)換成SQ3(4-14) ,SQ2(15-17)換成SQ4(15-17)，即可得進給變速控制電路。圖7 主軸運行中的變速控制電路4 電器元件、設備的選擇4.1 可編程序控制器的機型選擇根

40、據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)功能的要求，可進行PLC型號的選定。進行PLC選型時，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要兼顧維修、備件的通用性。對開關量控制的系統(tǒng)，當控制速度要求不高時，一般的小型PLC都可以滿足要求。如對小型泵的順序控制，單臺機械的自動控制等；當控制速度要求較高，輸出有高速脈沖信號等情況時，要考慮輸入/輸出點的形式，最好采用晶體管形式輸出；對帶有部分模擬量控制的應用系統(tǒng)，如工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應該選擇具有所需功能的PLC；還要根據(jù)需要，選擇相應模塊，配備相應的傳感器、變送器和驅(qū)動裝置等。輸入、輸出的點數(shù)可以衡量PLC規(guī)模大小。準確統(tǒng)計被控

41、對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴充，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)的基礎上，一般應另上10%-20%的備用點數(shù)。此外，還應考慮用戶存儲器的容量、PLC的處理速度是否能滿足實時控制要求等等。目前市場上PLC產(chǎn)品很多。最具有代表性的有日本立石公司(歐姆龍OMRON)，德國西門子以及日本三菱公司的PLC系列產(chǎn)品。OMRON公司的PLC產(chǎn)品指令系統(tǒng)功能強大，處理復雜控制的功能強；編程語言梯形圖和指令助記符并重，編程簡單、易掌握、特殊功能模塊和智能模塊品種多，使用方便；網(wǎng)絡配置簡單、實用、價格低；具有明顯的價格優(yōu)勢及良好的售后服務系統(tǒng)。其中OMRON的PLC以小型產(chǎn)品最受歡迎。本設計采用

42、三菱FX2N系列PLC的系統(tǒng)配置。4.2 可編程序控制器的編程語言選擇可編程序控制器一般有多種編程語言，供用戶選用。各廠家的PLC編程語言有所區(qū)別，用戶需了解多種編程語言。PLC的編程語言是面向用戶的，簡單易學，操作方便，對使用者要求低。最常用的編程語言是梯形圖和指令（語句）表。梯形圖直觀易懂，而指令（語句）表便于實驗。若指令（語句）句與梯形圖配合，就更能互相補充、圖文并茂，無論是邏輯操作還是復雜的數(shù)據(jù)處理操作，都能表達得十分清楚。（1）梯形圖語言梯形圖語言是一種最受工廠電氣工程技術人員歡迎的編程語言。梯形圖與繼電接觸器控制圖相似。PLC梯形圖是通過PLC的內(nèi)部器件如輸入、輸出、輔助繼電器、定

43、時器/計數(shù)器等實現(xiàn)控制的，并用其在梯形圖中的圖形符號表示，它表明了PLC的輸入、輸出之間的邏輯關系。梯形圖是PLC的一種圖形編輯語言和程序。梯形圖很容易從電氣控制電路轉化而來，但梯形圖是用軟件實現(xiàn)的，它簡化了符號，加強了許多功能，使用靈活的指令，結合計算機的特點，它是融邏輯操作、控制于一體，是一種圖形化的編程語言，非常直觀、易于理解，適合于工程電氣人員使用。這種語言形式可完成全部電氣控制功能。其使用方便，修改靈活，是電器控制線路無法比擬的。用計算機編程軟件編程，可在計算機上直接顯示梯形圖，編程更方便。（2）指令（語句）表這種編程語言像計算機的匯編語言，以助記符指令為基礎結構的編程語言形式，各種

44、操作都由相應的指令來管理，能完成全部的控制、運算功能。這種編程語言形式適合于具有計算機專業(yè)知識的技術人員。其中操作碼指定要執(zhí)行操作的信息，要求PLC用什么來執(zhí)行操作。（3）功能圖編程語言這種編程語言是以方框圖的形式來表示操作功能，是由數(shù)字電子電路設計演變而來的，用像控制系統(tǒng)流程圖一樣的功能圖表達一個控制過程，適合于有一定專業(yè)知識的系統(tǒng)設計人員使用。這種語言形式一般只能完成邏輯控制功能。（4）高級語言。 在有些系列PLC中已引入計算機高級語言（如BASIC、FORTRAN、C語言等）進行程序設計。這些高級語言應用在對一些特殊功能模塊（如通信模塊、操作站等）的編程上。由于這些控制模塊本身配有微處理

45、器，有較強的計算機功能，用高級語言編程比較方便，能更好地發(fā)揮組態(tài)軟件的作用。如用戶要求實現(xiàn)復雜的數(shù)學運算、統(tǒng)計分析和高級控制策略時，就會體會到這些非梯形圖指令的強大功能，指令的數(shù)目和實現(xiàn)的難度都大大降低。本設計采用的編程語言是梯形圖語言。4.3 改造方案的確定（1）原鏜床的工藝加工方法不變；（2）在保留主電路的原有元件的基礎上，不改變原控制系統(tǒng)電氣操作方法； （3）電氣控制系統(tǒng)控制元件（包括按鈕、行程開關、熱繼電瑞、接觸器），作用與原電氣線路相同；（4）主軸和進給起動、制動、低速、高速和變速沖動的操作方法不變；（5）改造原繼電器控制中的硬件接線，改為 PLC 編程實現(xiàn)。5 應用PLC對T68型

46、臥式鏜床的電氣改造的設計5.1 利用三菱PLC對T68型臥式鏜床的改造 T68鏜床主電路有2臺電動機，主軸電機 M1拖動主軸的旋轉和工作進給，M2電動機實現(xiàn)工作臺的快移，M1電動機是雙速電動機，低速是接法，高速是 YY 接法，主軸旋轉和進給都由齒輪變速，停車時采用了反接制動，主軸和進給的齒輪變速采用了斷續(xù)自動低速沖動。5.2 I/O分配輸入/輸出的點數(shù)可以衡量PLC規(guī)模大小。準確統(tǒng)計被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴充，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)的基礎上，一般應另上10%-20%的備用點數(shù)，其I/O分配如表1。表1 I/O分配表輸入設備PLC輸入繼電器輸出設備代號功能代號

47、功能SB1M1的正轉按鈕X1KM1M1的正轉接觸器Y0SB2M1的反轉按鈕X2KM2M1的反轉接觸器Y1SB3M1的正轉點動按鈕X3KM3限流電阻制動接觸器Y2SB4M1的反轉點動按鈕X4KM4M2的正轉接觸器Y3SB6M1停止按鈕X0KM5M2的反轉接觸器Y4SQ高低速轉換行程開關X5KM6M1高速三角形接觸器Y5SQ1主軸變速行程開關X6KM7M1高速YY接觸器Y6SQ2主軸變速行程開關X7KM8M1高速YY接觸器Y7SQ3給進變速行程開關X10SQ4給進變速行程開關X11SQ5工作臺或主軸機動進給限位X12SQ6主軸或主軸箱機動進給限位X13SQ7快速電動機M2的正轉限位X14SQ8快速

48、電動機M2的反轉限位X15FRM1的熱繼電器動合觸點X16KS1速度繼電器正轉觸點X17KS2速度繼電器反轉觸點X20 5.3 接線圖圖8是T69臥式鏜床的PLC的輸入輸出端接線圖。圖8 接線圖5.4設計梯形圖梯形圖語言是一種最受工廠電氣工程技術人員歡迎的編程語言。梯形圖與繼電接觸器控制圖相似。PLC梯形圖是通過PLC的內(nèi)部器件如輸入、輸出、輔助繼電器、定時器/計數(shù)器等實現(xiàn)控制的，并用其在梯形圖中的圖形符號表示，它表明了PLC的輸入、輸出之間的邏輯關系。設計梯形圖如下：上圖 3 11部分： 圖9 梯形圖梯形圖是PLC的一種圖形編輯語言和程序。梯形圖很容易從電氣控制電路轉化而來，但梯形圖是用軟件

49、實現(xiàn)的，它簡化了符號，加強了許多功能，使用靈活的指令，結合計算機的特點，它是融邏輯操作、控制于一體，是一種圖形化的編程語言，非常直觀、易于理解，適合于工程電氣人員使用。這種語言形式可完成全部電氣控制功能。其使用方便，修改靈活，是電器控制線路無法比擬的。用計算機編程軟件編程，可在計算機上直接顯示梯形圖，編程更方便。首先用“化整為零”的方法，按被控制的對象和各個控制功能，逐一設計出主軸電機M1梯形圖和電機M2的梯形圖，再“積零為整”完善相互關系，設計出整體控制梯形圖見圖9。5.5 編程語言LDIX12 初始化啟動ORIX13ANIX16MCN0主控指令N0M110LDIX0主控指令N1MCN1M100LDX0M1的低速，高速控制ORIX7ORIX11ORY0ORY1OUTM103MCN1M100LDX1M1正轉啟動輔助繼電器ORM101ANIM102ANIY1OUTM101LDX2M1反轉啟動輔助繼電器制ORM102ANIM101ANIY0OUTM102LDM101M1正轉啟動延時OUTT0K0.5LDM102M1反轉啟動延時OUTT1K0.5LDT0M1正轉運行，正轉點動，反接制動ANIY2LDX