ca數(shù)控車床plc改造

1、永城職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 論 文 論文題目： CA6140普通車床的PLC改造 專 業(yè)：機(jī)電一體化 班 級(jí)：機(jī)電135 學(xué) 號(hào)：2013125008 學(xué)生姓名：葛軒辰 指導(dǎo)教師：邵文慶 2015年10月 17 日摘 要隨著可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）技術(shù)的發(fā)展，由于其功能強(qiáng)大、容易使用、高可靠性，廣泛的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性和方便的工藝擴(kuò)展性能，PLC在工業(yè)自動(dòng)控制過程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，常常被用來作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)各的控制。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件平臺(tái)工具，在PC機(jī)上可開發(fā)出友好人機(jī)界面，通過PLC可以對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行 “智能”控制。本次設(shè)計(jì)正是在這種背景下，運(yùn)用西門子S7-200P

2、LC對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行的現(xiàn)代化程控改造，討論了控制流的選擇，然后運(yùn)用組態(tài)軟件對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)界面的監(jiān)控。目 錄前 言當(dāng)今我國機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國家相比差距很大，設(shè)備的陳舊，技術(shù)水平的落后，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)力和發(fā)展。我國現(xiàn)有大量可用的普通機(jī)床，采用先進(jìn)的工藝設(shè)備，對(duì)這些機(jī)床進(jìn)行改造已經(jīng)成為我國制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，以PLC控制、變頻調(diào)速、觸摸屏人機(jī)對(duì)話、組態(tài)監(jiān)控為主體的新型控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。尤其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，可編程控制器已成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)，同時(shí)也給工業(yè)控制帶來了前所未有的變化。本次課題是運(yùn)用西門子S7-200PLC把CA61

3、40車床改造程控車床，這種花費(fèi)少、時(shí)間短、針對(duì)性強(qiáng)的改造，能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問題，提高生產(chǎn)效率，是符合我國國情提高機(jī)床數(shù)控化率的一個(gè)主要途徑。由于本人能力和設(shè)計(jì)水平的有限，本論文之中肯定存在不足之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正，在此提前表示誠摯的感謝！第一章 引 言1.1 程控機(jī)床的發(fā)展前景及意義目前我國在世界上是機(jī)床消費(fèi)的第一大國，并正由制造大國向制造強(qiáng)國發(fā)展。但是，我國現(xiàn)在機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國家相比較差距很大，設(shè)備的陳舊，技術(shù)水平的落后，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)力和發(fā)展。我國現(xiàn)在有大量可用的普通機(jī)床，對(duì)這些機(jī)床進(jìn)行程控化改造是用少的投資來提高生產(chǎn)效率、提高效益的有效途徑。迄今為止，我國現(xiàn)有數(shù)以萬計(jì)的

4、陳舊落后的機(jī)床，這些是機(jī)床大修和程控改造實(shí)施的賴以生存的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)之一。簡(jiǎn)單分析有以下幾點(diǎn)：一、機(jī)床設(shè)備造價(jià)高昂，顯著的經(jīng)濟(jì)效益是程控改造行業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。二、一般改造的費(fèi)用僅為購置新設(shè)備費(fèi)用的30%左右。三、通過程控改造可以進(jìn)一步滿足用戶對(duì)設(shè)備的工藝需求，以獲取更大的效益。目前，我國已出現(xiàn)了一批專門從事程控技術(shù)改造的企業(yè)。其實(shí)，維修和改造實(shí)際上是“綠色制造”的一部分，具有廣闊的發(fā)展前景。早期機(jī)床的控制方式是以繼電器控制占主導(dǎo)地位，造成控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)，如：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短，尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成時(shí)

5、間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為此，對(duì)原有機(jī)床利用可編程控制器（PLC）對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造；利用組態(tài)軟件監(jiān)控可編程控制器（PLC）對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造；還有選擇工控機(jī)，自配軟件進(jìn)行改造；等等。這些都是實(shí)現(xiàn)改造的可行性研究，他們體積小、功能強(qiáng)、靈活性和適應(yīng)性好以及模塊化結(jié)構(gòu)的一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到廣大技術(shù)開發(fā)人員和用戶的青睞，他們?cè)诠I(yè)控制領(lǐng)域迅猛發(fā)展，得到越來越廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的支柱之一。因此，程控機(jī)床具有廣闊的發(fā)展前景和極具重要的研究意義，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，起著不可估量的作用。1.2 機(jī)床改造方案的確定及系統(tǒng)的選擇1.2.1 CA6140車床的概述為了

6、進(jìn)一步對(duì)程控機(jī)床系統(tǒng)的了解，現(xiàn)以CA6140型號(hào)的車床為例進(jìn)行研究。CA6140型普通車床適合于車削內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、端面及其它旋轉(zhuǎn)面；能夠車削多種公制、英制、模數(shù)及徑節(jié)螺紋，并能作鉆孔、拉油槽等加工。本機(jī)床的主要特點(diǎn)是：     主軸孔徑大(72mm)，變速范圍廣(11-1600轉(zhuǎn)/分)；主軸支承采用雙列向心短柱滾子軸承與60度接觸角雙向推力向心球軸承組合，動(dòng)靜剛度高，抗震型高。     主傳動(dòng)齒輪全部采用淬火磨削；床身采用超音頻淬火，導(dǎo)軌面硬度在HRC45以上；精度保持性好。  

7、0;  床頭箱采用外循環(huán)潤(rùn)滑，有利于散熱、降噪、防泄漏。     操作系統(tǒng)簡(jiǎn)潔適用，指示明晰，定位準(zhǔn)確，手感好。機(jī)床外形美觀。床鞍和橫向拖板可以快速進(jìn)退。尾座可卸荷；尾座套筒直徑大，剛性好。主要技術(shù)參數(shù)：型號(hào)與規(guī)格CA6140最大工件長(zhǎng)度1000mm最大加工長(zhǎng)度950mm最大工件回轉(zhuǎn)直徑床身上400mm拖板上230mm主軸正轉(zhuǎn)范圍(18級(jí))反轉(zhuǎn)范圍(9級(jí))內(nèi)孔直徑72mm內(nèi)孔錐度Metricc system No.100進(jìn)給量縱向范圍(6種)橫向范圍(64種)加工螺紋公制螺紋(57種)1-192mm英制螺紋(57種)2-24tpi模數(shù)螺紋(57

8、種)0.25-48mm徑節(jié)螺紋(57種)1-96DP床鞍刀架橫向最大行程260mm小刀架最大行程130mm刀桿尺寸(寬*高)25*25mm縱向快移速度4.4m/min橫向快移速度1.6m/min尾座套筒最大行程150mm內(nèi)孔錐度Morse No.5套筒直徑80mm電動(dòng)機(jī)主電機(jī)功率Y123M-4  7.5KW快速移動(dòng)電機(jī)功率AOS  5634  0.25KW冷卻泵電機(jī)功率AB-25  0.09KW外形尺寸長(zhǎng)2620mm3120mm寬1050mm1050mm高1250mm1250mm機(jī)床重量?jī)糁?180mm2380mm毛重2680mm2880mm

9、PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用PLC 是先進(jìn)的工業(yè)化國家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱(PLC,CAD/CAM,ROBOT) 之一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用

10、了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。用PLC 控制改造其繼電器控制電路, 可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小，降低了設(shè)備故障率, 提高了設(shè)備使用效率, 運(yùn)行效果良好。隨著我國電力體制改革的深化，電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對(duì)火電廠輔助車間自動(dòng)控制水平提出了更高的要求。經(jīng)過科技人員的不斷引進(jìn)、開發(fā)、研究, 我國大型火電站的輔助系統(tǒng)（輸煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環(huán)水泵房等）已由繼電器控制過渡到完全由PLC 監(jiān)控。PLC 是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無須任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使

11、用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC 的正常運(yùn)行。要提高PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì)PLC 的影響。在新的時(shí)代，PLC 會(huì)有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求，PLC 作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。1.2.3 對(duì)CA6140車床控制系統(tǒng)

12、的選擇為了使CA6140車床的控制方式脫離原來的笨重復(fù)雜化，滿足生產(chǎn)的需要，加快生產(chǎn)速度，要求能夠集中控制電機(jī)的自動(dòng)控制、運(yùn)行監(jiān)視、報(bào)警、運(yùn)行管理、瀏覽生產(chǎn)工業(yè)流程圖、作出事故報(bào)警響應(yīng)，根據(jù)所掌握的資料，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)，擬采用PLC技術(shù)、組態(tài)軟件技術(shù)來對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。改造后的控制系統(tǒng)，可通過電腦動(dòng)畫顯示 ,監(jiān)控實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過程 ,使其具有直觀性、靈活性和參與性?？刂葡到y(tǒng)極具自動(dòng)化，有了更多的狀態(tài)，安裝調(diào)試更為簡(jiǎn)單，故障查詢極其方便快捷。 1.3 MCGS簡(jiǎn)介MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造

13、和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。 MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 使用MCGS，用戶無須具備計(jì)算機(jī)編程的知識(shí)，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能全面，維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。 MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交

14、通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu) MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。 圖1-1MCGS組態(tài)軟件（以下簡(jiǎn)稱MCGS）由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。 圖1-2 MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Pr

15、ogram子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。 MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)工程的控制工作。 MCGS組態(tài)軟件五大組成部分 MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 1.主控窗口：是

16、工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。 2.設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 3.用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。 4.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)

17、定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。 5.運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序（ifthen腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。 圖1-3MCGS組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn) 與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，MCGS組態(tài)軟件具有以下特點(diǎn)： 全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，符合中國人的使用習(xí)慣和要求，真正的32位程序，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)。龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫、完備的繪圖工具以及豐富的多媒體支持，您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫等

18、于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫面。全新的ActiveX動(dòng)畫構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計(jì)劃曲線、相對(duì)曲線、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時(shí)可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)；此外，獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。簡(jiǎn)單易學(xué)的類Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構(gòu)件，使您能夠輕而易舉地開發(fā)出復(fù)雜的流程控制系統(tǒng)。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，使您能夠在第一時(shí)間獲得有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。方便的報(bào)警設(shè)置、豐富的報(bào)警類型、報(bào)警存貯與應(yīng)答、實(shí)時(shí)打印報(bào)警報(bào)表以及

19、靈活的報(bào)警處理函數(shù)，使您能夠方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地捕捉到任何報(bào)警信息。完善的安全機(jī)制，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。此外，MCGS 5.1還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運(yùn)行期限等功能，以保護(hù)組態(tài)開發(fā)者的成果。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各種無線網(wǎng)絡(luò)和無線電臺(tái)等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。良好的可擴(kuò)充性，可通過OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機(jī)制，方便地?cái)U(kuò)展MCGS 5.1組態(tài)軟件的功能，并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進(jìn)行連接。提供了WWW瀏覽功能，能夠方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制與企業(yè)管理的集成。在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)，只使用I

20、E瀏覽器就可以在任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上方便地瀏覽與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一致的動(dòng)畫畫面，實(shí)時(shí)和歷史的生產(chǎn)信息，包括歷史趨勢(shì)，生產(chǎn)報(bào)表等等，并提供完善的用戶權(quán)限控制MCGS組態(tài)軟件的工作方式1）CGS如何與設(shè)備進(jìn)行通訊：MCGS通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是由VB、VC程序設(shè)計(jì)語言編寫的DLL（動(dòng)態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來或發(fā)送出去。MCGS負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中的各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過程。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程，達(dá)到互不干擾的目的。2）CGS如何

21、產(chǎn)生動(dòng)畫效果：MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫屬性，如：一個(gè)長(zhǎng)方形的動(dòng)畫屬性有可見度，大小變化，水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫屬性都會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫效果。所謂動(dòng)畫屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。然而，我們?cè)诮M態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運(yùn)行中產(chǎn)生動(dòng)畫效果呢？方法是：圖形的每一種動(dòng)畫屬性中都有一個(gè)“表達(dá)式”設(shè)定欄，在該欄中設(shè)定一個(gè)與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，以此建立相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，MCGS稱之為動(dòng)畫連接。詳細(xì)情況請(qǐng)參閱后面第四講中的動(dòng)畫連接。3）CGS如何實(shí)施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控：MCGS提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過TCP/

22、IP網(wǎng)、Modem網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時(shí)，可利用MCGS提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號(hào)、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。4）對(duì)工程運(yùn)行流程實(shí)施有效控制：MCGS開辟了專用的“運(yùn)行策略”窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策

23、略”），使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編程工作。第二章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸入設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期的控制目的與相應(yīng)的控制要求。因比PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括: 了解設(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(dòng)作（動(dòng)作順序，必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作方式（手動(dòng)，自動(dòng)，點(diǎn)動(dòng)，連續(xù)等）。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)，主要

24、為 PLC的選擇，PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型的選擇 、I/O模塊的選擇等。 選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件），以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等），這些設(shè)備屬于一般的電器元件。 根據(jù)控制要求基本確定I/O點(diǎn)數(shù)和模擬量通道數(shù)，進(jìn)行I/O初步分配，繪制I/O接線圖 程序設(shè)計(jì)主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)梯形圖、語句表程序，控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全、可靠的關(guān)鍵。 聯(lián)機(jī)調(diào)試。按照控制電

25、路原理圖連接硬件，將編寫好的控制程序下載至PLC，進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，如果不滿足控制系統(tǒng)的要求，再返回修改程序或檢查接線，直到滿足控制系統(tǒng)的要求為止。2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并 擬定電氣控制方案。 在滿足控制要求的前提下， 力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維護(hù)方便。 保證控制系統(tǒng)安全可靠。 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 的容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。2.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試步驟PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試過程如圖2-1所示。圖 2-1 PLC 控制

26、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試過程2.3 控制要求一臺(tái)CA6140車床，需先啟動(dòng)冷卻泵，然后啟動(dòng)主軸，單按鈕啟動(dòng)工作臺(tái)。工作臺(tái)原點(diǎn)出發(fā)到終點(diǎn)限位自動(dòng)返回2次，再到原點(diǎn)停止，可進(jìn)行正、反點(diǎn)動(dòng)，設(shè)有總停按鈕、工作臺(tái)停止按鈕。 2.4 控制流的選擇邏輯控制流分為以下三種類型。一、順序控制具有良好定義步驟順序的進(jìn)程很容易用SCR段作為示范。例如，考慮一個(gè)有三個(gè)步驟的循環(huán)進(jìn)程，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)步驟完成時(shí)，應(yīng)當(dāng)返回第一個(gè)步驟，如圖2-1所示。狀態(tài)L狀態(tài)M狀態(tài)N轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件 圖2-1 順序控制二、分散控制在很多應(yīng)用程序中，一個(gè)順序狀態(tài)流必須分為兩個(gè)或多個(gè)不同的狀態(tài)流，如圖2-2所示，當(dāng)控制流分為多個(gè)時(shí)，所有的輸出流必須

27、同時(shí)激活。狀態(tài)L狀態(tài)N狀態(tài)M轉(zhuǎn)換條件圖2-2 分散控制三、匯合控制當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)狀態(tài)流必須匯合成一個(gè)狀態(tài)流時(shí)，出現(xiàn)一種與分散控制相似的狀況。當(dāng)多個(gè)狀態(tài)流匯合成一條狀態(tài)流時(shí)，則稱為匯合。當(dāng)狀態(tài)流匯合時(shí)，在執(zhí)行下一個(gè)狀態(tài)之前，所有的輸入流必須完成，如圖2-3所示。狀態(tài)N狀態(tài)M狀態(tài)L轉(zhuǎn)換條件圖2-3 匯合控制 基于本次設(shè)計(jì)的控制要求，系統(tǒng)的控制流方式應(yīng)選擇順序控制和匯合控制。2.5 系統(tǒng)的控制過程一、初始狀態(tài)SB1，SB2，SB5，SB6，SB7都為OFF；電動(dòng)機(jī)M1，M2，M3也都為OFF。二、啟動(dòng)過程上電后系統(tǒng)進(jìn)行初始化，當(dāng)按下按鈕SB1（即SB1=ON），電動(dòng)機(jī)M2開始啟動(dòng)；經(jīng)過2S過后，電

28、動(dòng)機(jī)M1自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)按下按鈕SB2（即SB2=ON），電動(dòng)機(jī)M3開始啟動(dòng)，然后向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到終點(diǎn)限位開關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)M3改變運(yùn)動(dòng)方向朝另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次后回到原點(diǎn)停止。三、停止及其它狀態(tài)當(dāng)按下按鈕SB6（即SB6=ON），電動(dòng)機(jī)M3停止運(yùn)動(dòng)（即M3=OFF）；當(dāng)按下按鈕SB3或SB4（SB3=ON/SB4=ON），電動(dòng)機(jī)M3進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)（即M3=ON）；當(dāng)按下按鈕SB5（即SB5=ON），電動(dòng)機(jī)M1，M2，M3都停止運(yùn)動(dòng)（即M1=OFF,M2=OFF,M3=OFF）。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)主要由主電路部分，控制部分，監(jiān)控部分和數(shù)據(jù)通信部分組成。一、主電路

29、部分該部分由三相異步電動(dòng)機(jī)，交流接觸器，熱繼電器，熔斷器，刀開關(guān)組成。二、控制部分該部分由西門子S7-200PLC，中間繼電器，操作臺(tái)組成。三、監(jiān)控部分該部分又MCGS嵌入式組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控PLC控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。四、數(shù)據(jù)通訊部分該部分在通訊上，由通訊口（RS232C或RS422/485）讀寫PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)。3.2 主要電氣元件的選擇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)、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，輸出部分包括各種負(fù)載的接觸器線圈。在本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用PLC 代替了繼電

30、器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。在車床的電氣控制系統(tǒng)，所有觸頭，行程開關(guān)，控制按鈕（SB1SB6）等為系統(tǒng)的輸入信號(hào)；接觸器線圈（KM1-KM5），為系統(tǒng)的輸出信號(hào)。3.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇在車床控制系統(tǒng)運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)類型選擇的原則是，在滿足工作機(jī)械對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng)要求的前提下，所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。因此，在選用電動(dòng)機(jī)種類時(shí)，若機(jī)械工作對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)無過高要求，應(yīng)優(yōu)先選用三相交流電異步動(dòng)機(jī)。三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（定子繞組內(nèi)的三相電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)）和轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流）的相互作用。 電動(dòng)機(jī)容量選擇的原則在控制系統(tǒng)運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)的選擇主

31、要是容量的選擇，如果電動(dòng)機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，會(huì)使它過早損壞，同時(shí)還出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。如果電動(dòng)機(jī)的容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費(fèi)用增加，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在輕載下運(yùn)行，運(yùn)行效率和功率因數(shù)都會(huì)下降。選擇電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)根據(jù)以下三項(xiàng)原則進(jìn)行。 發(fā)熱：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最高溫度等于或稍微小于電動(dòng)機(jī)絕緣的允許最高工作溫度，即。 過載能力：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的過載能力。特別是在短期工作時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的熱慣性很大，電動(dòng)機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載功率時(shí)仍可保證，故此時(shí)，決定電動(dòng)機(jī)容

32、量的主要因素不是發(fā)熱而是電動(dòng)機(jī)的過載能力。即所選電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩TL max必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩,即 (一般為0.8 ) (3.1) 啟動(dòng)能力：由于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般較小，為使電動(dòng)機(jī)可靠啟動(dòng)，必須保證 () (3.2) 電動(dòng)機(jī)的種類、電壓和轉(zhuǎn)速的選擇除正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量外，還需要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工作環(huán)境等條件，來正確選擇電動(dòng)機(jī)的種類、電壓和轉(zhuǎn)速。3.2.2 交流接觸器和中間繼電器的選擇 接觸器接觸器是工業(yè)電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動(dòng)開關(guān)。交流接觸器由電磁線圈，靜銜鐵，動(dòng)銜鐵，靜觸點(diǎn)，動(dòng)觸點(diǎn)、滅弧裝置和固定支架等部分組成。其原理是當(dāng)

33、接觸器的電磁線圈通入交流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動(dòng)動(dòng)銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時(shí)，安裝在動(dòng)銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)也隨之與靜觸點(diǎn)閉合，使電氣線路接通。當(dāng)斷開電磁線圈中的電流時(shí)，磁場(chǎng)消失，接觸器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開的狀態(tài)。在工業(yè)電氣中，交流接觸器的型號(hào)很多，電流在5A-1000A的不等，常用交流接觸器的型號(hào)有CJ20、CJX1、CJ1和CJ10等系列。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，采用了CJ10系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的1.11.3倍之間,各接觸器型號(hào)見附錄。 中間繼電器中間繼電器是最常用的繼電器之一，它的結(jié)構(gòu)和接觸器的基本相同，只是電磁系統(tǒng)小些，觸點(diǎn)多一些。常用的繼電器

34、型號(hào)有JZ7、JZ14等。3.2.3 保護(hù)電器的選擇 熔斷器熔斷器在電路中主要起短路保護(hù)作用，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)及過載保護(hù)。 熱繼電器熱繼電器主要用于電氣設(shè)備（電動(dòng)機(jī)）的過負(fù)荷保護(hù)。熱繼電器勢(shì)利用一種電流熱效應(yīng)原理工作的電器，它具有與電動(dòng)機(jī)容許過載特性相近的反時(shí)限動(dòng)作特性，主要與接觸器配合使用，用于對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷和斷相保護(hù)。三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過電流(過載和斷相)現(xiàn)象，如果過電流不嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴(yán)

35、重，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置。熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，使用中應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，等因素。星形接法的電動(dòng)機(jī)可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，三角形接法的電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。熱繼電器的動(dòng)作電流整定值一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.051.1倍。3.2.4 控制電器的選擇 選擇開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔式控制多回路的開關(guān)電器。一般用于各種配電裝置的遠(yuǎn)距離控制，也可作為電器測(cè)量?jī)x表的轉(zhuǎn)向開關(guān)或用作小容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速和換向的控制，用途廣泛，故稱萬能轉(zhuǎn)

36、換開關(guān)。常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有LW8、LW6和LA18系列。 控制按鈕控制按鈕在控制電路中常用作遠(yuǎn)距離手動(dòng)控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路，也可用于電器連鎖等電路中。目前常用的按鈕有LA10、LA18、LA19、LA20等系列產(chǎn)品。各電氣元件的型號(hào)及規(guī)格、用途和數(shù)量見附錄I。3.3 CA6140車床控制原理電路圖概述及原理分析 CA6140車床控制電路原理圖如圖3-1所示。圖中主要分為主電路，冷卻電路，快速移動(dòng)電路等三部分。 主電路分析從圖3-1中可以看出，斷路器QF將三相電源引入，F(xiàn)U1為主電動(dòng)機(jī)M1的短路保護(hù)用熔斷器，F(xiàn)R1為M1電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器。為防止在連續(xù)點(diǎn)動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流造成

37、電動(dòng)機(jī)過載，點(diǎn)動(dòng)時(shí)也加入限流電阻R。通過互感器TA接入電流表A以監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)繞組的電流。熔斷器FU2為M2、M3電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，接觸器KM1、圖3-1 CA6140車床控制電路原理圖KM2為M2、M3電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用接觸器。FR2為M2電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，因快速電動(dòng)機(jī)M3短時(shí)工作，所以不設(shè)過載保護(hù)。 控制電路分析(1) 主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制電路中KM3為M1電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，KM為M1電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)動(dòng)接觸器，KA為中間繼電器。M1電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕SB6控制。按下按鈕SB6，接觸器KM3得電吸合，他的主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的定子繞組限流電阻R與電源接通，電動(dòng)機(jī)在較低速下起動(dòng)。(2) 主電動(dòng)機(jī)的正反

38、轉(zhuǎn)控制電路主電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕SB1控制。按下按鈕SB1時(shí)，接觸器KM首先得電動(dòng)作，他的主觸點(diǎn)閉合將限流電阻短接，接觸器KM的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合使中間繼電器KA得電，它的觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM3得電吸合。KM3的主觸點(diǎn)將三相電源接通，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3的動(dòng)合輔助觸點(diǎn)和KA的動(dòng)合觸點(diǎn)的閉合將KM3線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)用反向起動(dòng)按鈕SB2，按下SB2，同樣是接觸器KM得電，然后接通接觸器KM4和中間繼電器KA，于是電動(dòng)機(jī)在滿壓下反轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)和KM4的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分別串在對(duì)方接觸器線圈的回路中，起到電動(dòng)機(jī)正傳和反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。(3) 主軸電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控

39、制當(dāng)速度接近于零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號(hào)切斷電動(dòng)機(jī)電源。速度繼電器與被控電動(dòng)機(jī)是同軸相連的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS1閉合；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2閉合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器KM3和KM，繼電器KA都處于得電動(dòng)作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1也是閉合的，這樣就為電動(dòng)機(jī)正傳時(shí)的反接制動(dòng)做好了準(zhǔn)備。需要停車時(shí)，按下停止按鈕SB4接觸器KM失電，其主觸點(diǎn)斷開，電阻R串入主回路，與此同時(shí)KM3也失電，斷開了電動(dòng)機(jī)電源，同時(shí)KA失電，KA的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合。在松開SB4后就使反轉(zhuǎn)接觸器KM4的線圈得電，電動(dòng)機(jī)的電源反接，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)

40、機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí)，速度繼電器KS的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1斷開，切斷了接觸器KM4的通電回路，電動(dòng)機(jī)脫離電源停止。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)相似。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2是閉合的，這時(shí)按一下停止按鈕SB4，在SB4松開后正轉(zhuǎn)接觸器線圈得電，正轉(zhuǎn)接觸器KM3吸合將電源反接使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)后停止。(4) 刀架的快速移動(dòng)和冷卻泵控制刀架的快速移動(dòng)是由轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開關(guān)SQ來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動(dòng)SQ后，接觸器KM2得電吸合，M3電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。如果車削加工需要冷卻液時(shí)按下SB6，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3動(dòng)作，KM4線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2工作，需要停止時(shí)按下

41、按鈕SB5即可。3.4 PLC的選型PLC 是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇PLC對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)起著重要的作用。選型的基本原則是：所選的 PLC 應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。選型的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面： PLC 結(jié)構(gòu)的選擇在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的情況下，整體式 PLC 比模塊式 PLC 價(jià)格低。 PLC 輸出方式的選擇不同的負(fù)載對(duì) PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。繼電器輸出型的 PLC 可以帶直流負(fù)載和交流負(fù)載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載。 I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇PLC 的響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時(shí)間延

42、遲。 聯(lián)網(wǎng)通信的選擇若 PLC 控制系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則所選用的 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其它 PLC 、上位計(jì)算機(jī)及 CRT 等接口的能力。 PLC 電源的選擇電源是 PLC 干擾引入的主要途徑之一，因此應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)電源以助于提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性。一般可選用畸變較小的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓器的電源，使用直流電源時(shí)要選用橋式全波整流電源。  I/O 點(diǎn)數(shù)及 I/O 接口設(shè)備的選擇 存儲(chǔ)容量的選擇 PLC 程序存儲(chǔ)器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲(chǔ)器的容量可以作粗略的估算。一般情況下用戶程序所需的存儲(chǔ)器容量可按照如下經(jīng)驗(yàn)公式

43、計(jì)算：程序容量 =K ×總輸入點(diǎn)數(shù) / 總輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)， K=6 ；若為普通系統(tǒng)， K=8 ；若為較復(fù)雜系統(tǒng)， K=10 ；若為復(fù)雜系統(tǒng)，則 K=12 。在選擇內(nèi)存容量時(shí)同樣應(yīng)留有裕量，一般是運(yùn)行程序的 25% 。不應(yīng)單純追求大容量，在大多數(shù)情況下，滿足 I/O 點(diǎn)數(shù)的 PLC ，內(nèi)存容量也能滿足。 車床電氣控制系統(tǒng)所需的I/ O 點(diǎn)總數(shù)在256以下，屬于小型機(jī)的范圍. 控制系統(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單功能。主要用來實(shí)現(xiàn)條件控制和順序控制。為實(shí)現(xiàn)CA6140車床上述的電氣控制要求，所以PLC 可以選擇西門子公司的S7 - 200 系列。它的價(jià)格低，體積小，非常適用于單機(jī)自動(dòng)

44、化控制系統(tǒng). 該機(jī)床的輸入信號(hào)是開關(guān)量信號(hào)，輸出是負(fù)載三相交流電動(dòng)機(jī)接觸器等。車床電氣控制系統(tǒng)需要9 個(gè)外部輸入信號(hào)，5 個(gè)輸出信號(hào)。PLC 所具有的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余30 % ，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為12 個(gè),輸出點(diǎn)為7 個(gè)?，F(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的S7 - 200 系列的CPU224 型PLC ，24V 直流14 點(diǎn)輸入。I/O地址的分配根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求，輸入輸出設(shè)備，確定了I/O點(diǎn)數(shù)。根據(jù)需要控制的開關(guān)、設(shè)備大約輸入點(diǎn)為12 個(gè),輸出點(diǎn)為7 個(gè)需進(jìn)行控制，現(xiàn)將I/O地址分配如表3-1所示。表3-1 PLC控制系統(tǒng)I/O分配表輸入信號(hào)PLC

45、地址輸出信號(hào)PLC地址反接制動(dòng)按鈕SB1I0.0主電動(dòng)機(jī)M1 正轉(zhuǎn)KM1Q0.0主軸電動(dòng)機(jī)M1 的正轉(zhuǎn)按鈕SB2I0.1主電動(dòng)機(jī)M1 反轉(zhuǎn)KM2Q0.1主軸電動(dòng)機(jī)M1 的反轉(zhuǎn)按鈕SB3I0.2短接制動(dòng)電阻KM3Q0.2主軸電動(dòng)機(jī)M1 的點(diǎn)動(dòng)按鈕SB4I0.3冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2 起、停KM4Q0.3冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2 停止按鈕SB5I0.4快速電動(dòng)機(jī)M3 起、停KM5Q0.4冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)按鈕SB6I0.5快速電動(dòng)機(jī)M3 起、停位置開關(guān)SQI0.6速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭KS1I0.7速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭KS2I1.0I/O接線圖根據(jù)PLC I/O端子的分配，畫出了CA6140車床PLC控制

46、系統(tǒng)I/O接線圖如圖3-2所示。圖3-2 PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理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(chǔ)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(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)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

47、對(duì)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。 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(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)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。 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。 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(duì)應(yīng)的

48、內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 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(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。4.1.3 PLC編程語言與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。各廠家PLC的變成語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方式也不一致，有的甚至有相當(dāng)大的差異，因此各廠家的PLC互不兼容。IEC（國際電工委員會(huì)）是為電子技術(shù)的所有領(lǐng)域制定全球標(biāo)準(zhǔn)的世界性組織。IEC于1994年5月公布了PLC標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61131）,該標(biāo)準(zhǔn)為可編程控制系統(tǒng)定義了5種語言：順序功能圖（Sequenti

49、al Function Chart）、梯形圖（Ladder Diagram）、功能塊圖（Function Block Diagram）、指令表（Instruction List）、結(jié)構(gòu)文本（Structured Text）。其中，梯形圖是使用最多的PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電器人員掌握，特別是適用于數(shù)字量邏輯控制，有時(shí)也把梯形圖稱為電路或程序。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方塊表示的功能塊組成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來控制外部設(shè)備。功能塊用來表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算附加指令。觸點(diǎn)和線圈組成的

50、獨(dú)立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，使用編程軟件可以直接生成和編譯梯形圖，并將它下載到PLC。S7系列PLC將指令表稱為語句表。PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語句表程序。在這次控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中，分別采用了梯形圖和語句表兩種編程語言編寫了該系統(tǒng)的控制程序。4.2 PLC的基本功能和基本指令4.2.1 PLC的基本功能 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)及其它各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)

51、或計(jì)數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和計(jì)數(shù)繼電器。 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。 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。 運(yùn)動(dòng)控制功能 運(yùn)動(dòng)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(dòng)控制。 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(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 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

52、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。 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(hào)、傳出輸出信號(hào)。 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。 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(duì)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(dòng)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)。 間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能成熟，維護(hù)量小并

53、且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。5.2.2 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成MCGS軟件系統(tǒng)包括MCGS組態(tài)環(huán)境和MCGS運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。圖5-6 MCGS組態(tài)環(huán)境MCGS組態(tài)環(huán)境（如上圖4-6所示）是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組

54、態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)工程的控制工作。MCGS組態(tài)軟件五大組成部分MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。一、主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一

55、個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。二、設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。三、用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。四、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。五、運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序（ifthen腳本程序），選用各種功能構(gòu)件