維修電工技師答辯論文.

1、技師答辯論文用 PLC 改造舊式機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的一般方法單位：姓名：二 OO 九年七月二十日用 PLC 改造舊式機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的一般方法摘要：本文詳細(xì)介紹了采用PLC 改造繼電器控制的舊式機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的一般方法和改造中一些必須注意的問題，并以T68 鏜床為例。關(guān)鍵詞： PLC；改造；機(jī)床；電氣控制系統(tǒng)1、前言今天繼電器已應(yīng)用到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。 他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也隨之帶來一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。再者，對一個(gè)具體使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)

2、備， 其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。目前采用繼電器控制的舊式普通機(jī)床設(shè)備仍在企業(yè)中廣泛使用， 特別是在一些工業(yè)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，這些設(shè)備的使用率還比較高，在企業(yè)中仍然起著較大的作用。由于這些設(shè)備使用多年后故障率高、維修量大、可靠性差；其精度、效率、自動(dòng)化程度都已不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)需要等原因，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)。隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 相對于使用繼電器線路擁有無法比擬的優(yōu)勢 :1、功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)小

3、型 PLC 內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件， 有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比。 可編程序控制器可以通過通信聯(lián)網(wǎng)， 實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、大規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。3、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易

4、出現(xiàn)故障， PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件， 接線可大為減少，是繼電器控制系統(tǒng)的 1/10-1/100 ，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施， 具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上， 可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場， PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件， 使控制柜的設(shè)計(jì)、 安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。這種編程方法很有

5、規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過 PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。5、編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言， 其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。6、維修工作量少，維修方便PLC的故障率很低，且有完善

6、的自診斷和顯示功能。 PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)， 可以根據(jù) PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因， 用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。由此可見用可編程序控制器（PLC）改造舊機(jī)床電控系統(tǒng)，是非?，F(xiàn)實(shí)的技術(shù)改造方案。特別是一些加工工藝較特殊的機(jī)床設(shè)備，采用 PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)床電器系統(tǒng)的控制更有優(yōu)勢。所以對這類普通機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行改造是非常必要的。 下面介紹采用 PLC改造機(jī)床電控系統(tǒng)的一般方法和具體步驟。2 改造原則1）應(yīng)最大限度地滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求。充分發(fā)揮PLC的功能最大限度地滿足被控對象的控制要求，是改造控制系統(tǒng)的首要前提，這也是改造中最

7、重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在改造前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)外資料。同時(shí)要注意同現(xiàn)場工程技術(shù)人員，操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決改造設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題和疑難問題。2）在滿足要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。一個(gè)新的改造工程固然能夠提高設(shè)備效率，帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但工程的投入，技術(shù)的培訓(xùn)，設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加，這就要求改造不僅應(yīng)該是使控制系統(tǒng)簡單經(jīng)濟(jì)， 而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便，成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。3）保證控制系統(tǒng)工作安全可靠。保證控制系統(tǒng)能夠長期安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行，是改造控制系統(tǒng)的重要原則

8、。這就要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)，元器件選擇，軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。4）適應(yīng)發(fā)展的需要。由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將不斷地提高，改造時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要，在選擇 PLC，輸入、輸出模塊， IO 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。3 改造流程1）確定控制對象，明確控制任務(wù)和改造設(shè)計(jì)要求，要了解工藝過程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對電控系統(tǒng)的控制要求， 擬定控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。要深入、全面了解需改造機(jī)床的工作過程，分析整理其控制的基本方式、完成動(dòng)作的條件關(guān)系，以及相關(guān)的保護(hù)聯(lián)鎖關(guān)系，了解是否需要對現(xiàn)有機(jī)床的操作

9、控制加以改進(jìn)，如有需要，后續(xù)改造設(shè)計(jì)中應(yīng)予以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)整理結(jié)果，確定所需輸入、輸出設(shè)備在保證完成工藝要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單經(jīng)濟(jì)，能最大限度地使用原有的輸入、輸出設(shè)備，降低改造成本。2）制定控制方案，進(jìn)行 PLC選型。設(shè)備工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的， 標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于擴(kuò)充其功能的原則， 選型所用 PLC應(yīng)是相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域成熟可靠的系統(tǒng)。 PLC的系統(tǒng)硬件，軟件配置及功能應(yīng)與設(shè)備規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。 因此在選型時(shí)應(yīng)詳細(xì)分析工藝流程的特點(diǎn)，控制要求，然后根據(jù)控制要求估算輸入輸出IO 點(diǎn)數(shù)，所需存儲(chǔ)器容量，確定所需 PLC的功能，最后選擇具有高性價(jià)比的

10、 PLC。根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式。通過研究工藝流程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各個(gè)步驟和狀態(tài)，來確立哪些信號需要輸入PLC，哪些信號要由 PLC輸出，哪些負(fù)載要由 PLC驅(qū)動(dòng)，分門別類統(tǒng)計(jì)出各輸入輸出點(diǎn)。確定 IO 點(diǎn)數(shù)時(shí)應(yīng)留有 15%20%的余量，為系統(tǒng)改造留有余地。在設(shè)計(jì)階段，由于應(yīng)用程序還未編制，程序容量還是未知，為了選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來代替。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算大體上都是按照數(shù)字量IO 點(diǎn)數(shù)的 1015 倍，加上模擬 IO 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 PLC的控制功

11、能包括運(yùn)算功能，控制功能，通信功能，編程功能，診斷功能和處理響應(yīng)速度等。一般功能越強(qiáng)響應(yīng)速度越快價(jià)格越高，所以要根據(jù)設(shè)備工藝流程和控制要求，合理適當(dāng)?shù)倪x擇其所需功能。 PLC的選型基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對輸入輸出點(diǎn)數(shù)的總需要量是PLC選型的基礎(chǔ)。3）設(shè)計(jì) I/O 連接。編制 I O分配表、繪制 I O接線圖。同類型的輸入或輸出點(diǎn)盡量集中在一起，連續(xù)分配，這樣有利于程序編寫和閱讀。對 PLC的輸入、輸出進(jìn)行合理地地址編號，會(huì)給 PLC系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)整帶來很多方便。4）硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)所選用的 PLC產(chǎn)品，了解其使用性能。按隨機(jī)提供的資料結(jié)合實(shí)際控制

12、需求，同時(shí)考慮軟件編程的情況進(jìn)行外部電路改造設(shè)計(jì)，繪制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖，電氣布置圖及電氣安裝圖。5）軟件設(shè)計(jì)。用戶程序的編寫， 可借鑒原有機(jī)床繼電器控制電路原理圖加以修改完善，也可根據(jù)控制要求靈活應(yīng)用各種基本指令和功能指令采取別的方法靈活進(jìn)行 PLC的程序設(shè)計(jì)，力求程序簡單易讀。將設(shè)計(jì)好的程序輸入 PLC后應(yīng)仔細(xì)檢查和驗(yàn)證， 在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，觀察各輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修改和調(diào)整程序，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。6）現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)試。在模擬調(diào)試合格的前提下，將 PLC與現(xiàn)場設(shè)備連接?，F(xiàn)場調(diào)試前要全面檢查整個(gè) PLC控制系統(tǒng)，包括電源，接地線，設(shè)備連接

13、線， IO 連接等。在保證整個(gè)硬件連接正確無誤的情況下才可送電。將 PLC的工作方式置為運(yùn)行。反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場解決，如果系統(tǒng)調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則可對硬件和軟件作調(diào)整，通常只需修改用戶程序即可達(dá)到調(diào)整目的。當(dāng)運(yùn)行一定時(shí)間且系統(tǒng)運(yùn)行正常后，可將程序固化具有長久記憶功能的存儲(chǔ)器中，做好備份。最后將改造設(shè)備的全部技術(shù)資料整理、歸檔。 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖 1 所示。確定控制對象及控制范圍PLC 型號選擇硬件設(shè)計(jì)及模擬軟件設(shè)計(jì)及模擬現(xiàn)場調(diào)試調(diào)整硬件N是否符合設(shè)N調(diào)整軟件計(jì)要求Y投入運(yùn)行實(shí)例說明圖 1 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程4、以 T68 鏜床的改造為例，采用 PLC改造其電控系統(tǒng)的具體過程如下。

14、1）首先必須對原始資料進(jìn)行詳細(xì)的了解，明確機(jī)床的各控制過程后確定改造方案：原鏜床的工藝加工操作方法不變，主令電器不變基礎(chǔ)上，不改變原控制系統(tǒng)電器操作方法，電氣控制系統(tǒng)控制元件作用與原電氣線路相同，改造原繼電器控制中的硬件接線為 PLC編程實(shí)現(xiàn)。T68 鏜床有 2 臺(tái)電動(dòng)機(jī)，主軸電機(jī)M1拖動(dòng)主軸的旋轉(zhuǎn)和工作進(jìn)給，M2電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的快移。 M1電動(dòng)機(jī)是雙速電動(dòng)機(jī)，低速是 接法，高速是 YY接法，主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給都有齒輪變速，停車時(shí)采用了反接制動(dòng)、主軸和進(jìn)給的齒輪變速采用了斷續(xù)自動(dòng)低速?zèng)_動(dòng)。 T68 鏜床主電路圖如圖 2，繼電器控制電路圖如圖 3：圖 2 T68 鏜床主電路圖圖 3 繼電器控制電路

15、圖2）通過了解電力拖動(dòng)控制要求與控制特點(diǎn)，進(jìn)而詳細(xì)分析了原有電力拖動(dòng)控制線路原理圖， 確定了各種控制信號性質(zhì)及其之間的相互關(guān)系，同時(shí)確定哪些信號需要輸入 PLC或由 PLC輸出，以經(jīng)濟(jì)實(shí)用為前提，選擇三菱 FX2N-48MR型 PLC主機(jī)。3）根據(jù) I 0 分配表繪制 I O接線圖（ IO 分配表略）， I O接線圖如圖 4 所示。KA2KA1KA5KA6KA4KA8KA7KA8圖 4 I/O 接線圖4）根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)該電氣控制系統(tǒng)的PLC控制梯形圖。 PLC的程序可以采用梯形圖、語句表、程序塊等形式表示。為了與繼電器一接觸器系統(tǒng)相承接，采用梯形圖形式對鏜床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。梯形圖與繼

16、電器接觸器系統(tǒng)的原理圖從本質(zhì)上相一致，設(shè)計(jì)方法為參照繼電器原理圖在保持原有控制邏輯基礎(chǔ)上改繪。此控制梯形圖如圖5：5）進(jìn)行模擬調(diào)試，觀察各輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合要求。如果系統(tǒng)調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則可對硬件和軟件作調(diào)整，直至達(dá)到要求。6）現(xiàn)場調(diào)試。以下介紹M1正轉(zhuǎn)連續(xù)控制的調(diào)試：主軸變速桿 SQ1壓下： X5 置 1 進(jìn)給變速桿 SQ3壓下： X7 置 1 正轉(zhuǎn)低速起動(dòng)主軸變速手柄低速SQ不受壓 X11置 0按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕 SB2X1 置 1M0置 1 自鎖 Y2、M3、Y0、M2、 Y3 置 1KA3、KA1、KA4得電 KM3、KM1、KM4得電 M1接成 低速全壓

17、起動(dòng)當(dāng)速度達(dá)到 130r/min 時(shí)， KS1動(dòng)作 (X15 置 1) ，為反接制動(dòng)作準(zhǔn)備。正轉(zhuǎn)低速停車：反接制動(dòng)按停車按鈕 SB1X0 閉合 M3、M0、Y0、Y2、Y3 置 0KA1、KA3、KA4失電 KM1、KM3、KM4失電 ; 同時(shí) Y1、M2、Y3 得電置 1KA2、KA4得電 KM2、KM4得電 M1串電阻 R進(jìn)行反接制動(dòng)當(dāng)速度低于 100r/min 時(shí)， KS1復(fù)位 X15斷開 Y1、M2、Y3 復(fù)位置 0KA2、KA4失電 KM2、KM4失電 M1停車制動(dòng)結(jié)束。 M1正轉(zhuǎn)高速起動(dòng)主軸變速手柄高速 SQ受壓 X11置 1控制過程同低速類似，按下 SB2X1 置 1M0、Y2、

18、M3、M2、Y0、 Y3 置 1，由于 X11置 1，使得 T0 開始延時(shí) KA3、KA1、KA4得電 KM3、KM1、KM4得電 M1接成 低速全壓起動(dòng)延時(shí) 3s 后， T0 動(dòng)作 Y3 復(fù)位 KA4失電 KM4失電，同時(shí) T1 延時(shí) 0.5sY4 置 1KA4失電 KM4失電斷開，同時(shí) KA5、KA6得電 KM5、KM6得電 M1接成 YY高速運(yùn)行當(dāng)速度達(dá)到 130r/min 時(shí)， KS1動(dòng)作 (X15 置 1) ，為反接制動(dòng)作準(zhǔn)備。正轉(zhuǎn)高速停車：同正轉(zhuǎn)低速停車類似，采用的是低速反接制動(dòng)。其它調(diào)試工作過程不作詳細(xì)的描述。5、須注意的幾個(gè)問題1）選擇機(jī)型基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需求，要注

19、意留有余量，為日后的系統(tǒng)修改及工藝變更提供方便。2）在改造中注意所選PLC輸出類型應(yīng)與外圍設(shè)備相匹配。3）為了確保整個(gè)系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下可靠工作，避免由于外部電源發(fā)生故障， PLC出現(xiàn)異常，誤操作造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡事故，必須在硬、軟件設(shè)計(jì)上采取必要的保護(hù)措施。1 急停電路。對于可能對操作人員造成傷害的危險(xiǎn)負(fù)載，除了在控制程序中加以考慮之外，還應(yīng)設(shè)計(jì)外部緊急停車電路，使得當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能將電源可靠切斷。2 保護(hù)電路。在設(shè)計(jì)梯形圖程序的聯(lián)鎖保護(hù)要與接觸器，繼電器觸點(diǎn)的聯(lián)鎖保護(hù)相結(jié)合，已達(dá)到更有效，更穩(wěn)妥的保護(hù)。例如，正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)等可逆操作的控制系統(tǒng)，要在外部設(shè)置觸點(diǎn)互鎖保護(hù)；往復(fù)運(yùn)動(dòng)及升降移動(dòng)的