機(jī)械機(jī)床畢業(yè)設(shè)計72Z30130X31型鉆床控制系統(tǒng)的PLC改造

第一章引言可編程控制器（ProgrammableController)是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的專用計算機(jī)控制裝置，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的控制設(shè)備。最早的可編程控制器可追溯到1969年。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器ProgrammableLogicController,簡稱PLC，主要作用就是替代繼電器實現(xiàn)邏輯控制。工業(yè)控制領(lǐng)域的快速發(fā)展和不斷增長的新需求。使得目前這種裝置的功能已經(jīng)大大超出邏輯控制的范圍，因此原來的說法已經(jīng)不貼切地表示其功能了。今天我們稱之為可編程控制器，簡稱PC。但為了避免與個人計算機(jī)PersonalComputer的簡稱混淆，還是簡稱PLC。PLC是微電子技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的應(yīng)用非常廣泛，能方便地直接用于機(jī)械制造、化工、電力、交通、采礦、建材、輕工、環(huán)保、食品等各行各業(yè)。即可用于老設(shè)備的技術(shù)改造，也可用于新產(chǎn)品的開發(fā)和機(jī)電一體化。近年來，可編程序控制器的發(fā)展非?？欤粌H應(yīng)用普及非?？欤庐a(chǎn)品的開發(fā)速度也是非?？斓?。隨著我國的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平迅速提高，工作居住條件得到了巨大改善。鉆床作為工業(yè)生產(chǎn)內(nèi)的重要生產(chǎn)工具，與人們的工作和效力的產(chǎn)生息息相關(guān)。對它的性能要求很精確。在此，我們采用了PLC的控制來實現(xiàn)鉆床的運行穩(wěn)定。鉆床的電氣系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)、冷卻泵和電磁吸盤以及照明電路等部分組成。傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用的繼電器邏輯控制由于觸點多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點，正逐漸被淘汰。目前鉆床設(shè)計使用可編程控制器(PLC)，要求功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少。改造后使生產(chǎn)線的效率得到提到，使用壽命更長久等優(yōu)點。改造鉆床是一門專業(yè)知識相當(dāng)廣泛的專業(yè)，它涉及到自動化專業(yè)的多門專業(yè)基礎(chǔ)課：電子技術(shù)、計算機(jī)控制、計算機(jī)接口、自控原理、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)拖動、電氣系統(tǒng)控制、可編程邏輯控制器等。通過這些專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，在此次畢業(yè)設(shè)計中，又使這些課程得到了復(fù)習(xí)、鞏固。掌握所學(xué)知識并解決實際問題的方法和技能。Z30130×31型搖臂鉆床屬于大型立式鉆床，能夠進(jìn)行多種形式的機(jī)械加工，如鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、刮平面以及攻螺紋等。搖臂鉆床的運動部件較多，常采用多臺電動機(jī)拖動，一般采用三相交流鼠籠式異步電動機(jī)拖動，用機(jī)械變速調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)刀量，變速箱為機(jī)械有級調(diào)速，鉆床的主運動和進(jìn)給運動都有較大的調(diào)速范圍。Z30130X31型鉆床的傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)過于復(fù)雜煩瑣。若采用PLC控制進(jìn)行改造后，便線路簡化，可靠性提高，響應(yīng)加快精確更正確，給設(shè)備維護(hù)、檢修帶來方便，同時在成本上也合理，能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。第二章機(jī)床的主要參數(shù)1.機(jī)床的主要參數(shù)（1）最大鉆孔直徑100mm（2）主軸中心線至立柱母線距離：最大3150mm最小570mm（3）主軸箱水平移動距離2580mm（4）主軸端面至底座工作面距離：最大2500mm最小750mm（5）搖臂升降距離（6）搖臂升降速度（7）搖臂回轉(zhuǎn)角度（8）主軸圓錐孔1250mm0.61m/min360度莫氏6號（9）主軸轉(zhuǎn)速范圍8～1000r/min22級（10）主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)（11）主軸進(jìn)給量范圍0.06～3.2mm/r16級（12）主軸進(jìn)給量級數(shù)（13）主軸行程500mm170mm2450N·m49×103.N15kw（14）刻度盤每轉(zhuǎn)鉆孔深度（15）主軸允許最大扭轉(zhuǎn)力矩（16）主軸允許最大進(jìn)給抗力（17）主電機(jī)功率（18）搖臂升降電機(jī)功率（19）主軸箱及搖臂液壓夾緊電機(jī)功率（20）立柱液壓夾緊電機(jī)功率（21）主軸箱水平移動電機(jī)功率3kw0.75k0.75kw0.25kw（22）主軸箱水平移動速度（23）冷卻泵電機(jī)功率1.6m/min0.09kw2.鉆床的機(jī)械及運動形式（一）Z30130x31型搖臂鉆床適用于在重大型零件上鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、刮平面及攻螺紋等工作，在具有工藝裝備的條件下可以進(jìn)行鏜孔。Z30130x31行搖臂鉆床，其零部件通用化程度較高，本機(jī)床具有如下特點：采用液壓預(yù)選變速機(jī)構(gòu)，可節(jié)省輔助時間；主軸正反轉(zhuǎn)、停車（制動）、變速、空擋等動作都用一個手柄控制，操縱輕便；主軸箱、搖臂、內(nèi)外柱采用液壓驅(qū)動的菱形塊夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊可靠；搖臂上導(dǎo)軌、主套筒及內(nèi)外柱回轉(zhuǎn)滾道等處均進(jìn)行淬火處理，可延長使用壽命；主軸箱的移動除手動，還可以機(jī)動；有完善的安全保護(hù)裝置及外柱防護(hù)和自動潤滑裝置。（二）液壓系統(tǒng)的主要特點（1）該液壓系統(tǒng)中工作臺的換向采用了時間控制的換向回路。在換向閥閥芯上的四個控制邊均帶有錐度較小的制動錐，同時可采用單向節(jié)流閥來調(diào)整閥芯的移動速度，使制動過程平穩(wěn)，減小了換向沖擊，這對工作臺運動速度較高、換向要求平穩(wěn)。（2）液壓系統(tǒng)中，采用了進(jìn)油和回油路的雙重節(jié)流調(diào)速回路，并以回油節(jié)流調(diào)速為主，因此，工作臺的運動平穩(wěn)，且可減小工作臺啟動時的前沖現(xiàn)象。（3）具有卸荷回路，機(jī)床不工作時，可使系統(tǒng)卸荷，以減少功率損失和減少油液發(fā)熱。第三章繼電器接觸器控制原理3.1控制線路特點與電氣線路概述3.1.1．控制線路特點（1）電路、控制線路、信號指示燈電路及機(jī)床照明均采用自動空氣斷路器作為電源引入開關(guān)。自動空氣斷路器中的電磁脫扣裝置作為短路保護(hù)電器而取代熔斷器。另外，此斷路器也具有零壓保護(hù)和欠壓保護(hù)作用。（2）由于各臺點動機(jī)的容量不同，在起動時須區(qū)別對待。主軸電動機(jī)容量較大，為降低起動電流，采用了Y—△起動控制線路。其它五臺電動機(jī)采用接觸器直接起動控制線路或開關(guān)直接起動控制線路。（3）控制線路裝有總起動與總停止按鈕，便于操作和在發(fā)生事故時緊急停車。（4）搖臂的上升運動和下降運動有嚴(yán)格的動作順序，由限位開關(guān)SQ3給以保證。（5）每一個主要動作均有指示燈作出指示，便于操作和進(jìn)行電氣維修。（6）主柱的夾緊與松開單獨用一臺電動機(jī)拖動，使控制更為靈活。（7）主軸箱的水平移動單獨用一臺電動機(jī)拖動，降低了操作者的勞動強(qiáng)度。（8）搖臂的上升運動和下降運動可以用主軸箱上的十字開關(guān)操作，也可以裝在立柱下部的控制按鈕操作，屬于兩地控制線路。（9）立柱與主軸箱的松開與夾緊可以同時進(jìn)行操作，也可以單獨進(jìn)行。（10）控制線路采取了可靠的電氣聯(lián)鎖措施，以防止發(fā)生電源短路事故。3.1.2．電氣線路概述主電路由六臺三相交流異步電動機(jī)及其有關(guān)的電氣元件組成。主軸電動機(jī)只有一個旋轉(zhuǎn)方向，因為功率較大，所以采用Y—△起動控制線路。冷卻泵電動機(jī)也只有一個旋轉(zhuǎn)方向，采用開關(guān)直接起動控制線路。其它四臺交流電動機(jī)都有兩個旋轉(zhuǎn)方向，采用交流接觸器起動控制線路。M1為主電動機(jī)，由交流接觸器KM1、KM2和KM3進(jìn)行Y—△起動，KM1和KM3也是M1的停止電器。M1的短路保護(hù)電器是總電源引入開關(guān)——自動空氣斷路器QF1中的電磁脫扣裝置。熱繼電器FR1是M1的過載保護(hù)電器。M2是搖臂升降電動機(jī)。交流接觸器KM4控制M2的正向起動與停止。M2的反向起動與停止由反向交流接觸器KM5控制。M2的短路保護(hù)電器也是自動空氣斷路器QF1中的電磁脫扣裝置。因為M2是短時間工作，所以不設(shè)過載保護(hù)電器。M3是搖臂和主軸箱松開與夾緊電動機(jī)，它實質(zhì)上是液壓油泵電動機(jī)，為搖臂與主軸箱的松開與夾緊提供壓力油。交流接觸器KM6控制M3的正向起動與停止。M3反向轉(zhuǎn)動的起動與停止由交流接觸器KM7控制。自動空氣斷路器QF4中的電磁脫扣裝置是M3的短路保護(hù)器。雖然搖臂與主軸箱的松開與夾緊是短時間的調(diào)整工作，M3并不長期運轉(zhuǎn)，但液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障或行程開關(guān)調(diào)整不當(dāng)時，M3也會處于長時間過載狀態(tài)而造成事故，所以在電路中裝設(shè)了熱繼電器FR2。M4是立柱的松開與夾緊電動機(jī)，也是液壓油泵電動機(jī)，專供立柱松開與夾緊用的壓力油。M4的正反向起動與停止分別由正向交流接觸器KM8與反向交流接觸器KM9控制。M4的短路保護(hù)電器是自動空氣斷路QF4的電磁脫扣裝置。由于M4不是長期運行的電動機(jī)，所以不設(shè)過載保護(hù)電器。M5是主軸箱水平移動電動機(jī)，有兩個旋轉(zhuǎn)方向，由交流接觸器KM10和KM11分別控制其起動與停止。短路保護(hù)電器仍為自動空氣斷路器QF4中的電磁脫扣裝置。由于短時間工作，所以不設(shè)過載保護(hù)電器。M6是冷卻泵電動機(jī)，功率很小，雖然長時間工作，也不設(shè)過載保電器。由自動空氣斷路器QF2控制其起動和停止，并兼作短路保護(hù)電器?？刂凭€路中裝設(shè)了三臺時間繼電器，其中KT1為通電延時型、KT2和KT3為斷電延時型在主軸箱水平移動控制線路中，主軸箱與電動機(jī)之間接入了直流電磁離合器YC1，使控制更為可靠?？刂凭€路電壓為110V，信號等電路電壓為交流6V，均變壓器TC2提供電源。電磁離合器電壓為24V，由控制變壓器TC1供電。照明線路除了裝設(shè)兩臺照明燈外，還裝有電源插座，便于接臨時照明燈。照明電路電壓為24V，由變壓器TC2供電3.2控制原理分析及分立控制線路3.2.1．開車前準(zhǔn)備工作先將自動空氣斷路器QF7~QF8扳到閉合位置，然后扳動總電源開關(guān)QF1，引入三相380V交流電源。這時，電源接通指示燈HL1亮，表示機(jī)床的電氣線路已處于通路狀態(tài)。按下總起動按鈕SB1，中間繼電器KA1的線圈經(jīng)(1-3-5-7-0)線路得電吸合并自鎖，為控制線路提供了電源通路，并為其它電器得電做好準(zhǔn)備。3.2.2．主軸電動機(jī)起動與停止控制線路在中間繼電器KA1得電并自鎖的基礎(chǔ)上，按下起動按鈕SB2，時間繼電器KT1的線圈經(jīng)(1-3-5-7-11-13-2-0)線路通電吸合。接觸器KM1的線圈經(jīng)(1-3-5-7-11-13-2-0)線路通電吸合并自鎖。接觸器KM3。接觸器KM2的線圈經(jīng)(1-3-5-7-11-13-15-17-2-0)線路通電吸合。KM2的主觸點閉合，短路主電動機(jī)三相繞組的末端，將主電動機(jī)接成Y形。由于KM1主觸點閉合，接通M1的三相電源，主軸電動機(jī)在定子繞組接成Y的情況下得電旋轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸電動機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸升高到接近額定轉(zhuǎn)速時，時間繼電器KT1延時開啟的動斷觸點KT1-2(13-15)斷開，接觸器KM2的線圈斷電釋放。KM2的主觸點斷開，使主觸點電動機(jī)定子繞組的末端脫離短路狀態(tài)。與此同時，時間繼電器KT1延時閉合的動合觸點KT1(13-21)閉合，使接觸器KM3的線圈經(jīng)(1-3-5-7-11-13-21-23-2-0)線路通電吸合。KM3的主觸點閉合，將主軸電動機(jī)的定子繞組接成△形并通過已閉合的KM1街道電源上，使M1在額定轉(zhuǎn)速下正常旋轉(zhuǎn)。接觸器KM3得電時，它的動合輔助觸點KM3(605-607)閉合，主軸電動機(jī)旋轉(zhuǎn)指示燈HL2亮。停止主軸電動機(jī)時，按下停止按鈕SB12，時間繼電器KT1、交流接觸器KM1和KM3同時斷電釋放，KM1的主軸觸點斷開，切除三相電源，主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn)。接觸器KM3斷電釋放時，其動合觸點KM3(605-607)斷開，主軸電動機(jī)旋轉(zhuǎn)指示燈HL2滅。3.2.3．搖臂上升控制線路及工作原理在中間繼電器KA1得點吸合并自鎖的情況下，將主軸箱上的十字開關(guān)向上扳動，使SA1-1接通，或按下裝在立柱下部的搖臂上升起動按鈕SB3，中間繼電器KA2的線圈經(jīng)(1-3-5-7-25-27-29-0)線路通電吸合，KA2動斷觸點KA2-4(55-57)斷開，保證KM7無電。同時，動合觸點KA2-3(39-41)和KA2-1(7-37)閉合。前者為交流接觸器KM4得點做好準(zhǔn)備，后后者使時間繼電器KT2的線圈經(jīng)(1-3-5-7-37-0)線路通電吸合。因為KT2是斷電延時型的時間繼電器，所以它的斷電延時開啟的動合觸點KT2-1(7-55)雜通電時瞬時閉合，使時間繼電器KT3的線圈得電吸合。與此同時，時間繼電器KT2的瞬時動作動合觸點KT2-3(7-87)閉合，使電磁鐵YA1的線圈得電動作，打開搖臂松開油腔的進(jìn)油閥門，為搖臂松開做好準(zhǔn)備。由于KT3線圈通電吸合，其斷電延時開啟觸點KT3-2(7-87)瞬時閉合，保證了YA1的線圈在時間繼電器KT2斷電后仍然通電。與此同時，KT3瞬時動作的動合觸點KT3-1(49-51)閉合，使交流接觸器KM6的線圈經(jīng)(1-3-5-7-37-49-51-53-4-0)線路通電吸合。KM6的主觸點閉合，接通M3的電源，主軸箱和搖臂松開與夾緊電動機(jī)通電正向旋轉(zhuǎn)，使壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入搖臂松開油腔，推動活塞和菱形塊，將搖臂松開。這時活塞桿通過彈簧片壓動限位開關(guān)SQ3，使其動斷觸點SQ3-2(37-49)斷開，交流接觸器KM6的線圈斷電釋放。KM6的主觸點斷開，切斷M3的電源，主軸箱和搖臂夾緊與松開電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。與此同時，限位開關(guān)SQ3的動合觸點SQ3-1(37-39)閉合，接觸器KM4的線圈經(jīng)(1-3-5-7-37-39-41-43-0)線路通電吸合，其主觸點接通M2的電源，搖臂升降電動機(jī)正向轉(zhuǎn)動，帶動搖臂上升。當(dāng)搖臂上升到所需要的位置時，扳動十字開關(guān)使SA1-1斷開，或松開起動按鈕SB3，中間繼電器KA2的線圈斷電釋放。KA2的動斷觸點KA2-1(7-37)斷開，時間繼電器KT2和交流接觸器KM4的線圈斷電釋放，搖臂升降電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，搖臂停止上升。KA2釋放時，動斷觸點KA2-4(55-57)閉合，為交流接觸器KM7得電動作做好了準(zhǔn)備KT2斷電釋放時，它的瞬時動作動觸點KT2-3(7-87)斷開，但由于KT3仍然通電，所以電磁鐵YC1仍處于帶電狀態(tài)。經(jīng)過1~3S的延時，KT2延時開啟動合觸點KT2-1(7-55)斷開，但因為限位開關(guān)SQ4閉合，所以并不影響KT3的通電吸合狀態(tài)。同時，KT2的延時閉合動斷觸點KT2-2(59-63)閉合，交流接觸器KM7的線圈經(jīng)(1-3-5-7-55-57-59-63-65-4-0)線路通電吸合。KM7的住觸點接通M3的電源，主軸箱和搖臂夾緊與松開電動機(jī)反向轉(zhuǎn)動，壓力油經(jīng)二為六通閥進(jìn)入搖臂夾緊油腔，推動活塞和菱形塊，將搖臂夾緊。與此同時，活塞桿通過彈簧片壓動限位開關(guān)SQ4，使它的動斷觸點SQ4(7-55)斷開，交流接觸器KM7和時間繼電器KT3的線圈斷電釋放，主軸箱和搖臂夾緊與松開電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。經(jīng)過1~3S的延時，KT3延時開啟的動合觸點KT3-2(7-87)斷開，YC1斷電釋放。3.2.4．搖臂下降的控制線路原理分析搖臂下降的控制線路及其工作原理和搖臂上升的控制線路及工作原理極為相似，只要把搖臂上升線路中的SA1-1改為SA1-2（十字開關(guān)向下扳動），搖臂上升起動按鈕SB3改為搖臂下降起動按鈕SB4，中間繼電器KA2改為KA3，接觸器KM4改為KM5即可。搖臂的上升與下降是短時間調(diào)整工作，所以采用電動方式。行程開關(guān)SQ1和SQ2用來限制搖臂上升和下降的行程。當(dāng)搖臂上升到極限位置時，壓動SQ1，使其動斷觸點SQ1(25-27)斷開。中間繼電器KA2斷電釋放，動合觸點KA2-1(7-37)KA2-3(38-41)斷開，接觸器KM4失電，搖臂升降電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，搖臂停止上升。當(dāng)搖臂下降到極限位置時，壓動限為開關(guān)SQ2，使它的觸點SQ2(31-33)斷開，中間繼電器KA3的動合觸點KA3-1(7-37)和KA3-3(39-45)斷開，KM5斷電，搖臂升降電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，搖臂停止下降。正常工作時，限位開關(guān)SQ1和SQ2的動斷觸點總是閉合的。3.2.5．主軸箱松開與夾緊控制原理分析主軸箱和立柱的松開（或夾緊）即可以同時進(jìn)行，也可以單獨進(jìn)行，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2控制。轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2有三個位置，將SA2扳到中間位置，主柱和主軸箱同時松開（或夾緊）；將SA2扳到左邊位置，立柱單獨松開（或夾緊）；將SA2扳到右邊位置，主軸箱單獨松開（或夾緊）。復(fù)合按鈕SB5是立柱與主軸箱的松開控制按鈕，SB6是夾緊控制按鈕。下面，先分析主軸箱單獨松開的控制線路原理。將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2扳到右邊位置，則觸點SA2(73-51)和SA2(79-55)接通。按下復(fù)合按鈕SB5，接觸器KM6的線圈經(jīng)(1-3-5-7-73-51-53-4-0)線路通電吸合，它的主觸點閉合，接通M3的電源，主軸箱和搖臂的松開與夾緊電動機(jī)起動正向旋轉(zhuǎn)，供應(yīng)壓力油。由于這時電磁鐵YA1處于無電釋放狀態(tài)，所以壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)行主軸箱松開油缸，推動活塞和菱形塊，將主軸箱松開。松開時壓動限位開關(guān)SQ6，使動斷觸點SQ6-2(605-613)閉合，立柱和主軸箱松開指示燈HL3亮。這時，應(yīng)立即松開復(fù)合按鈕SB5，使接觸器KM6斷電釋放，主軸箱和搖臂的松開與夾緊電動機(jī)停轉(zhuǎn)。主軸箱單獨夾緊時，仍將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2扳到右邊位置，使SA2(79-55)接通。按下復(fù)合按鈕SB6，接觸器KM7的線圈經(jīng)(1-3-5-7-79-55-57-59-63-65-4-0)線路通電吸合。KM7的主觸點閉合，接通M3的三相電源，主軸箱和搖臂夾緊與松開電動機(jī)起動反向旋轉(zhuǎn)，提供壓力油。由于此時電磁鐵YA1處于電釋放狀態(tài)，所以壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入主軸箱夾緊油缸，推動活塞和菱形塊，使主軸箱夾緊。夾緊時壓動限位開關(guān)SQ6，使它的動合觸點SQ6-1閉合，立柱和主軸箱夾緊指示燈HL4亮，HL3滅。這時，要立即松開復(fù)合按鈕SB6，使接觸器KM7斷電釋放，主軸箱和搖臂松開與夾緊電動機(jī)因斷電而停止轉(zhuǎn)動。3.2.6．立柱單獨松開與夾緊的控制原理分析立柱單獨松開時，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2扳到左邊位置，SA2(73-75)閉合，按下復(fù)合按鈕SB5，接觸器KM8的線圈經(jīng)線路通電吸合，其主觸點閉合，立柱松開與夾緊電動機(jī)M4起動正向旋轉(zhuǎn)，供應(yīng)壓力油。通過液壓機(jī)械系統(tǒng)使立柱夾緊。夾緊時，立柱松開指示燈HL3亮。這時，要立即松開復(fù)合按鈕SB5，使KM8斷電釋放，立柱松開與夾緊電動機(jī)停轉(zhuǎn)。主軸單獨夾緊時，仍然將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2扳向左邊位置，使SA2(79-83)接通吸合。在按下復(fù)合按鈕SB6后接觸器KM9的線圈經(jīng)(1-3-5-7-79-83-85-0)線路通電吸合。KM9的主觸點閉合，接通M4的電源，夾緊時，立柱夾緊指示燈HL4亮，HL3滅。這時，要立即松開復(fù)合按鈕SB6，使KM9斷電釋放，立柱夾緊與松開電動機(jī)停轉(zhuǎn)。3.2.7．立柱和主軸箱同時夾緊的控制原理分析立柱與主軸箱同時進(jìn)行松開控制時，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2扳到中間位置，SA2(73-51)和SA2(79-75)同時接通，按下SB5，KM6和KM8同時得電吸合。它們的主觸點閉合，主軸箱和搖臂松開與夾緊電動機(jī)M3、立柱松開與夾緊電動機(jī)M4得電正向旋轉(zhuǎn)，供應(yīng)壓力油。壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入主軸箱松開油缸，推動活塞和菱形塊，將主軸箱松開。同時，通過液壓系統(tǒng)是立柱松開，指示燈HL3亮。這時，應(yīng)立即松開復(fù)合按鈕SB5，使接觸器KM6和KM8斷電釋放，電動機(jī)M3和M4斷電停轉(zhuǎn)。主軸箱與立柱同時進(jìn)行夾緊控制時，仍將轉(zhuǎn)換開關(guān)放在中間位置，使SA2(73-55)和SA2(79-83)接通。按下SB6，接觸器KM7和KM9同時得電吸合。它們的主觸點閉合，使主軸箱和搖臂松開與夾緊電動機(jī)M3、立柱松開與夾緊電動機(jī)M4反向轉(zhuǎn)動，供應(yīng)壓力油。壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入主軸箱夾緊油缸，推動活塞和菱形塊，將主軸夾緊。同時，液壓系統(tǒng)將立柱夾緊，夾緊指示燈HL4亮。這時，應(yīng)立即松開SB6，使接觸器KM7和KM9斷電釋放。它們的主觸點斷開，使電動機(jī)M3和M4停轉(zhuǎn)。3.2.8．主軸箱的水平移動控制主軸箱的水平移動控制是通過十字開關(guān)SA1實現(xiàn)的。在主軸箱松開的情況下，主軸箱松開與夾緊油缸的活塞桿壓動限位開關(guān)SQ5，使其動合觸點SQ5(7-93)閉合。向右扳動十字開關(guān)，使觸點SA1-3接通。接觸器KM10的線圈經(jīng)(1-3-5-7-93-95-97-0)線路通電吸合。動合觸點KM10(113-115)閉合，電磁離合器YC1通電，接通M5與主軸箱之間的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。同時，KM10的主觸點閉合，接通M5的電源，主軸箱水平移動電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，拖動主軸箱向右移動。如果向左扳動十字開關(guān)，SA1-4(93-101)接通，接觸器KM11的線圈經(jīng)(1-3-5-7-93-101-103-0)線路通電吸合。KM11的動合觸點KM11(113-115)閉合，電磁離合器YC1通電，接通M5與主軸箱與主軸箱之間的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。同時，接觸器KM11的主觸點閉合，接通M5的電源，主軸箱水平移動電動機(jī)反向轉(zhuǎn)動，拖動主軸箱向左移動。3.2.9．冷卻泵電動機(jī)的起動與停止控制扳動自動空氣斷路器QF2，使之處于閉合或斷開狀態(tài)，接通或斷開電源，既可實現(xiàn)冷卻泵電動機(jī)M6的起動停止。第四章PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1電動機(jī)的選型選擇電動機(jī)時，除了正確的選擇功率外，還要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求及工作環(huán)境等，正確的選擇電動機(jī)的種類、型式、電壓和轉(zhuǎn)速.A.電動機(jī)種類的選擇：電動機(jī)的種類分為直流和交流電動機(jī)兩大類。直流電動機(jī)又分為他勵、并勵串勵電動機(jī)等。交流電動機(jī)又分為籠型、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)及同步電動機(jī)等。電動機(jī)種類的選擇主要是從生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)性能的要求來考慮，例如，對于調(diào)速范圍、調(diào)速精度、調(diào)速平滑性、低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)等性能來考慮。凡是不需要調(diào)速的拖動系統(tǒng)，總是考慮采用交流拖動，特別是采用籠型異步電動機(jī)。長期工作、不需要調(diào)速、且容量相當(dāng)大的生產(chǎn)機(jī)械，如空氣壓縮機(jī)、球磨機(jī)等，往往采用同步電動機(jī)拖動，因為它能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。如果拖動系統(tǒng)的調(diào)速范圍不廣，調(diào)速級數(shù)少，且不需要在低速下長期工作，可以考慮采用交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)或變級調(diào)速電動機(jī)。因為目前應(yīng)用的交流調(diào)速范圍拖動，大部分由于低速運行時能量損耗大，鼓一般均不宜在低速下長期運行。對于調(diào)速范圍寬、調(diào)速平滑性要求較高的場合，通常采用支流電動機(jī)拖動，或者采用近年來發(fā)展起來的交流變頻調(diào)速電動機(jī)拖動。.電動機(jī)型式的選擇：各種生產(chǎn)機(jī)械的工作環(huán)境差異很大，電動機(jī)與工作機(jī)械也有各種不同的連接方式，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的生產(chǎn)機(jī)械類型、工作環(huán)境等特點，來確定電動機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，如直立式、臥式、開啟式、封閉式、防滴式、防暴式等各種型式。C.電動機(jī)容量的選擇：1.比那化負(fù)載下電動機(jī)容量的選擇（1）等效電流法等效電流法的基本的基本思想是用一個不變的電流Icq來等效實際上變化的負(fù)載帶暖流，要求在同一個周期內(nèi)，等效電流Icq與實際變化的負(fù)載電流所產(chǎn)生的損耗等。假定電動機(jī)的鐵損耗與繞組電阻不變，損耗只與電流的平方成正比，由此可得等效電流為Icq=It+It+…+In2tn221122t1+t2+…+tn式中，tn為對應(yīng)負(fù)載電流In時的工作時間。求出Icq后，則選用電動機(jī)的額定電流In應(yīng)大雨或等于Icq。采用等效電流法時，必須先求出用電流表示的負(fù)載圖。（2）等效轉(zhuǎn)矩法如果電動機(jī)在運行時，其轉(zhuǎn)矩與電流成正比（如他勵直流電動機(jī)的勵磁保持不變，異步電動機(jī)的功率因數(shù)和氣隙磁通保持不變時），則式（9.3.1）可以改寫成等效轉(zhuǎn)矩公式。Teq=Tt+Tt+…+Tn2tn221122t1+t2+…+tn此時，選用電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩T應(yīng)大于或等于T，當(dāng)然，這時應(yīng)先求出用轉(zhuǎn)矩表示的負(fù)載。等效功率法如果電動機(jī)運行時，其轉(zhuǎn)速保持不變，則功率與轉(zhuǎn)局成正比，于是由式（9.3.1）可得等效功率為Peq=Pt+Pt+…+Pn2tn221122t1+t2+…+tn此時，選用電動機(jī)的功率P大于或等于P即可。必須注意的是用等效法選擇電動機(jī)容量時，要根據(jù)最大負(fù)載來校驗電動機(jī)的過載能力是否要求，如果過載能力不能滿足，應(yīng)當(dāng)按過載能力來選擇較大容量的電動機(jī)。表4-1電動機(jī)選型額定功率PN/KW功率因數(shù)cosψ最大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動矩額定慣量轉(zhuǎn)矩GD/kgm電機(jī)型號編號額定額定轉(zhuǎn)矩電流轉(zhuǎn)速n/r.min重量m/kg電流功率Y160M2-2Y13252-2M1M21532930290029.415.088.286.20.880.882.02.07.07.02.32.30.04490.021612570Y801-2Y801-2Y905-2Y801-2M3M4M5M60.750.750.250.0928302830284028301.811.813.441.81757578750.840.840.850.842.22.22.22.26.56.57.06.52.32.32.32.30.000750.000750.0012161622160.000754.2接觸器的選擇接觸器是用來頻繁的遙控接通或斷開交流住電路及大容量控制電路的自動控制電路。它不同于刀開關(guān)類手動切換電路，因為它具有手動切換電器所不能實現(xiàn)的遙控功能；它也不同于自動空氣開關(guān)，因為它具有一定的斷流能力，但切不具備短路和過載保護(hù)功能。接觸器在電力拖動和自動控制系統(tǒng)中，主要控制對象是電動機(jī)，也可以用于控制電熱設(shè)備，電焊機(jī)、電容器組等其它負(fù)載。接觸器不僅僅能遙控通斷電路，還具有欠電壓、零電壓釋放保護(hù)，操作頻率高、工作、性能穩(wěn)定，使用壽命長、維護(hù)方便等優(yōu)點。接觸器按驅(qū)動觸點系統(tǒng)的動力不同可分為電磁接觸器、氣動接觸器、液壓接觸器等。新型的真空接觸器和晶閘管交流接觸器正在逐步使用。接觸器主觸點通過電流的種類，可分為交流接觸器和直流接觸器。接觸器隨便使用場合及控制對象的不同，其操作條件與工作繁重程度也不同。為盡可能經(jīng)濟(jì)地、正確地使用接觸器。必須對控制對象的工作情況及接觸器的性能有較全面的了解，不能僅看產(chǎn)品的銘牌數(shù)據(jù)，因接觸器上所定的電壓、電流、控制功率等參數(shù)均為某一使用條件下的額定值，選用時應(yīng)根據(jù)具體使用條件正確選擇。1.選擇接觸器的種類通常先根據(jù)接觸器所接觸的電動機(jī)及負(fù)載電流類別來選擇相應(yīng)的接觸器型，即交流負(fù)載應(yīng)使用交流接觸器，直流負(fù)載應(yīng)使用直流接觸器；如果控制系統(tǒng)中主要是交流電動機(jī)，而直流電動機(jī)或直流負(fù)載的容量比較小時，也可全用交流接觸器進(jìn)行控制，但是觸點的額定電流應(yīng)適當(dāng)選擇大一些。2.選擇接觸器主觸點的額定電壓通常選擇接觸器主觸點的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載賄賂的額定電壓。通常電壓等級分為交流接觸器380、660及1140V；直流接觸器220、440、660V。3.選擇接觸器主觸點的額定電流接觸器控制電阻性（如電熱設(shè)備）時，主觸點的額定電流應(yīng)等于負(fù)載的工作電流。CJ20系列交流接觸器額定電流等級有10、16、32、55、80、125、200、315、400、630A。CZ18系列支流接觸器的額定電流等級有40、80、160、315、630、1000A。接觸器控制電動機(jī)時，主觸點的額定電流大雨或稍大雨電動機(jī)的額定電流。接觸器設(shè)計時規(guī)定的使用類別來確定?？筛鶕?jù)經(jīng)驗公式計算選擇：PN×103Ic=（A）KUN式中K——經(jīng)驗系數(shù)，一般取1~1.4；PN——被控電動機(jī)的額定功率，千瓦；UN——電動機(jī)的額定電壓，伏；IC——接觸器主觸點電流，安；經(jīng)驗公式僅適用于CJ0，CJ10系列?？筛鶕?jù)做控制的電動機(jī)的最大功率查看表進(jìn)行選擇接觸器如使用在頻繁啟動，制動和頻繁正反轉(zhuǎn)場合時，容量應(yīng)增大一倍以上去選擇接觸器。4.選擇接觸器吸引線圈的電壓電磁線圈的額定電壓等于控制回路的電源，通常電壓等級分為：交流線圈：36、100、127、220、220、380V直流線圈：24、48、110、220、440V選用時，一般交流負(fù)載用交流吸引線圈接觸器，直流負(fù)載用直流吸引線圈的接觸器，但交流負(fù)載頻繁動作時，可采用支流吸引線圈的接觸器。接觸器吸引線圈電壓若從人身和設(shè)備安全角度考慮，可選擇低一些，但當(dāng)控制電路簡單，線圈功率較小時，為了節(jié)省變壓器，則可選用220或380V。5.選擇接觸器的觸點數(shù)量接觸器的特點數(shù)量應(yīng)滿足控制線路的要求。各種類型的接觸器觸點數(shù)量不同。交流接觸器的主觸點有三對（常開觸點），一般選用四對輔助觸點（兩對常開），最多可達(dá)到六對（三對常開，三對常閉）。直流接觸器主觸點一般有兩對（尚開觸點）；輔助觸點有四對（兩對常開，兩對常閉）。1）額定操作頻率接觸器額定操作頻率是指每小時接通次數(shù)。通常交流接觸器為600次/每小時；直流接觸器為1200次/每小時。PN×10315×10（1）KM1：Ic=KM2：Ic===97AKUN(1～1.4)×110PN×10315×103===97A=97AKUN(1～1.4)×110PN×10315×103KM3：Ic=KUN(1～1.4)×110PN×1033×103（2）KM4：Ic=KM5：Ic===19.6AKUN(1～1.4)×110PN×1033×103==19.6AKUN(1～1.4)×110PN×1030.75×103（3）KM6：Ic=KM7：Ic===4.9AKUN(1～1.4)×110PN×1030.75×103==4.9AKUN(1～1.4)×110PN×1030.75×103（4）KM8：Ic===4.9AKUN(1～1.4)×110PN×1030.75×103KM9：Ic===4.9AKUN(1～1.4)×110PN×1030.25×103（5）KM10：Ic=KM11：Ic===1.62AKUN(1～1.4)×110PN×1031.5×103==1.62AKUN(1～1.4)×110表4-2接觸器的選擇可控制三相異步電額定操動機(jī)的最作頻率大功率繼電器型編號號主觸點輔助觸點線圈次/h(KW)對數(shù)額定電流(A)額定電壓(V)電壓（V）功率(W)額定電壓(V)對數(shù)額定電流(A)均為兩常開兩常閉55555555555大于或等于六百CJ0-100KM1310038053801103329CJ0-100CJ0-100CJ0-20CJ0-20CJ10-5CJ10-5CJ10-5CJ10-5CJ10-5CJ10-5CJ10-5KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8KM9KM10KM11KM1233333333333100100202055555380380380380380380380380380380380380380380380380380380380380380380110110110110110110110110110110110333329291.21.21.21.21.21.21.22.22.23314141414141414554.3自動空氣斷路的選型自動空氣開關(guān)是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動系統(tǒng)中非常重要的一種電器，是一種既有手動開關(guān)作用又能進(jìn)行自動欠壓、失壓、過載和短路保護(hù)的電器，同時也可用于不頻繁地起動電動機(jī)。自動空氣開關(guān)具有操作安全，使用方便、工作可靠、安裝簡單、動作值可調(diào)，分?jǐn)嗄芰^高、兼顧多種保護(hù)功能，工作不需要跟換元件等優(yōu)點。因此獲得廣泛的應(yīng)用。選型的原則如下：1.自動空氣開關(guān)的額定工作電壓≥電路額定電壓2.自動空氣開關(guān)的額定電流≥電路計算負(fù)載電流3.熱脫扣器的整定電流=所控制負(fù)載的額定電流4.電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流＞負(fù)載電路正常工作時的峰值電流單臺電機(jī)：IZ≥Ist·KK取1.5~1.7Ist為電動機(jī)啟動電流多臺電機(jī)：IZ＞K（Istmax+）ΣInK取1.5~1.7Istmax為最大容量的一臺電動機(jī)的啟動電流ΣIn為其余電動機(jī)額定電流的總和。5.自動空氣開關(guān)欠電壓脫扣器的額定電壓=電路額定電壓6.長延時電流整定值等于電動機(jī)額定電流。7.6倍延時電流整定值的可返回時間等于或大于電動機(jī)實際起動時間。按起動時負(fù)載的輕重，可選用可返回時間為1、3、5、8、15S中的某一擋。（1）QF1：IST=（1.7～2.2）×In=2×7=14AIZ≥（1.5～1.7）×（14+33.5）=71.5A（2）QF2：IST=（1.7～2.2）×In=2×6.5=13AIZ≥（1.5～1.7）×13=19.5A（3）QF3：IST=（1.7～2.2）×In=2×7=14AIZ≥（1.5～1.7）×14=21A（4）QF4：IST=（1.7～2.2）×In=2×7=14AIn≥（1.5～1.7）×（14+6.5）=30.75A表4-3自動空氣斷路器選型型號編號QF1類型額定電流相數(shù)三相DZ47-75D/3PDZ47-20D/3PDZ47-30D/3PDZ47-35/3P電機(jī)保護(hù)用電機(jī)保護(hù)用75202535QF2三相QF3三相QF4三相DZ47-6/1PDZ47-6/1PDZ47-20/1PQF5QF6QF766單相單相單相204.4熱繼電器的選用熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)來推動機(jī)構(gòu)是觸點系統(tǒng)閉合或分?jǐn)嗟谋Ｗo(hù)電器。主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相保護(hù)、電流不平衡運行的保護(hù)及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。因此，必須了解電動機(jī)的工作環(huán)境、起動情況、負(fù)載性質(zhì)、工作制及允許的過載能力。應(yīng)使熱繼電器的安秒特性位于電動機(jī)的過載特性之下，并盡可能接近，以便充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，同時對電動機(jī)在短時過載與起動瞬間不受影響。（1）保護(hù)長期工作或間斷的工作的電動機(jī)熱繼電器的選用（2）根據(jù)電動機(jī)的起動時間，選取6In下具有相應(yīng)可返回時間的熱繼電器，一般可返回時間為（0.5~0.7）的繼電器動作時間。（3）一般情況下，按電動機(jī)的額定電流選取，使熱繼電器的整定值為（0.95~1.05）In（In為電動機(jī)的額定工作電流），或選取整定電流范圍的中間值為電動機(jī)的額定工作電流。（4）用熱繼電器作斷相保護(hù)時的選用對于Y接法電動機(jī)，一相斷線后，流過熱繼電器的電流與流過電動機(jī)未斷相的電流增加比例是一致的。（5）三相與兩相熱繼電器的選用在一般故障情況下，兩相熱繼電器與三相熱繼電器具有相同的保護(hù)效果，但制造兩相的節(jié)省材料加工時，調(diào)試也較簡單，所以應(yīng)盡量選用兩相熱繼電器。（6）保護(hù)反復(fù)短時工作電動機(jī)時，僅有一定范圍的適用性，當(dāng)電動機(jī)起動電流倍數(shù)為6倍的額定電流，啟動時間小于5秒，電動機(jī)滿載工作，通電持續(xù)率為60%時，每小時允許操作次數(shù)最高不超過40次。（7）特殊工作制電動機(jī)的保護(hù)正反轉(zhuǎn)及密集通斷工作的電動機(jī)不宜采用熱繼電器來保護(hù)，可選用埋入電動機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護(hù)。(1)FR1：IST=（1.7~2.2）×In=2×7=14AIST14IRN===8.75A(1.6～2)(1.6～2)(2)FR2IST=（1.7~2.2）×In=2×6.5=13AIST14IRN===5.2A(2.5～3)(2.5～3)表4-4熱繼電器的選型型號JR-16JR-16編號額定電壓380額定電流FR1FR210103804.5中間繼電器的選型中間繼電器一般用來控制各種電磁線圈，使信號擴(kuò)大或?qū)⑿盘柾瑫r傳給幾個控制元件。中間繼電器的選擇：中間繼電器一般根據(jù)負(fù)載電流的類型、電壓等級和觸點數(shù)量來選擇.表4-5中間繼電器選型型號動作值或整定值操作頻率機(jī)械壽命（萬電壽命（萬（次/h）次）次）吸引線圈觸點參數(shù)額定電流12W消耗功率額定電壓觸點數(shù)兩常開兩常閉JZ7-221105A85%~105%U12003001004.6萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的選型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要作為控制線路的轉(zhuǎn)換、電氣測量儀表的轉(zhuǎn)換以及配電設(shè)備的遠(yuǎn)距離控制，易可作為小容量電動機(jī)的起動、制動、換向及變速控制。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的選擇1、按額定工作電壓和工作電流選用合適的系列。2、按操作需要選定手柄形式和定位特征。3、按控制要求參照萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)樣本確定觸點數(shù)量和接線圖編號。4、選擇面板形式及標(biāo)志表4-6萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的選型額定電壓額定電流操作頻率型號電壓LW5接通電壓110V分?jǐn)嚯娏?0A觸點檔數(shù)cosφ電流cosφ15A1~16、18、30A0.3~0.421、24、27、12030交流500V0.3~0.4110V4.7電磁鐵的選型電磁鐵是利用電磁吸力來操縱牽引機(jī)械裝置，以完成預(yù)期的動作，或用于鋼鐵零件的吸持固定，鐵磁物體的起重搬運等，因此它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種低壓電器。1．按控制系統(tǒng)電壓選擇電磁鐵的線圈電壓。2．根據(jù)工作需要選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。3．當(dāng)制動器的型號已經(jīng)確定時，應(yīng)根據(jù)規(guī)定正確選配電磁鐵。4．電磁鐵的功率應(yīng)不小于牽引或制動功率。YA1電磁鐵的選型：假設(shè)打開電磁閥力為1.5Kg則選用MQ2-1.54.8按鈕的選型1．根據(jù)使用場合，選擇控制按鈕的種類，如開啟式、保護(hù)式、防水式、防腐式等。2．根據(jù)用途，選用合適的型式，對手把旋轉(zhuǎn)式、鑰匙式、緊急式、帶燈式等。3．根據(jù)控制回路的需要，確定不同的按鈕數(shù)，如單鈕、雙鈕、三鈕、多鈕等。4．按工作狀態(tài)指示忽然工作情況的要求，選擇按鈕和指示燈的顏色。根據(jù)GB5225—85的規(guī)定，按鈕的顏色、信號燈的顏色來選用。表4-8按鈕選型型號編號類型觸點均為一常開，一常閉Y090-11/GSB1平鈕（自復(fù)式）Y090-11/GY090-11/YY090-11/NSB2SB3SB4平鈕（自復(fù)式）平鈕（自復(fù)式）平鈕（自復(fù)式）Y090-11/GY090-11/GSB5-1SB6-2SB11平鈕平鈕Y090-11TS/R急停按紐（推鎖旋轉(zhuǎn)式）4.9位置開關(guān)的選型位置開關(guān)又稱行程開關(guān)或限位開關(guān)。它的作用與按鈕相同，只是其觸點的動作不是靠手動操作，而是利用生產(chǎn)機(jī)械某些運動部件上的擋鐵碰撞其滾輪使觸點動作來實現(xiàn)接通或分?jǐn)嗄承╇娐罚怪_(dá)到一定的控制要求。1．根據(jù)應(yīng)用場合及控制對象選擇種類。2．根據(jù)安裝環(huán)境選擇防護(hù)形式，如開啟式或保護(hù)式。3．根據(jù)控制回路的額定電壓和電流選擇開關(guān)系列。4．根據(jù)機(jī)械與位置開關(guān)的傳力與位移關(guān)系選擇合適的操作頭型式。表4-9位置開關(guān)選型型號編號SQ1SQ2SQ3類型型號編號SQ4SQ5SQ6類型LX1-Z1LX1-Z1LX1-Z1直動式直動式直動式LX1-Z1LX1-Z1LX1-Z1直動式直動式直動式4.10導(dǎo)線的選型電纜導(dǎo)電線芯截面，一般按發(fā)熱條件選擇。當(dāng)電流通過導(dǎo)線時，導(dǎo)線中就會產(chǎn)生電能損耗，使導(dǎo)線發(fā)熱，溫度升高。若溫度過高就會使電纜絕緣老化，甚至損壞。查電路得In=29.4A29.4I’N=——————=34.2A1.0×0.86查表得應(yīng)選用BLV（鋁芯塑料絕緣線），截面積為2.5mm24.11變壓器的選型變壓器是電力系統(tǒng)中一種重要的電氣設(shè)備。為了把發(fā)電廠（站）發(fā)出的電能比較經(jīng)濟(jì)的傳輸、合理的分配以及安全的使用，都要使用變壓器。發(fā)電廠（站）發(fā)出的電壓受發(fā)電機(jī)絕緣條件的限制不可能很高，一般為6.3~27KV左右，而發(fā)電廠（站）又多建在動力資源較豐富的地方，要把發(fā)出的大功率的電能直接送到很遠(yuǎn)的用電區(qū)去，幾乎不可能。因為低電壓大電流輸電，一是在輸電線路上產(chǎn)生很大的損耗，二是在線路上產(chǎn)生的電壓降也足以使電能后送不出去。為此需要采用高壓輸電，即用升壓變壓器把電壓升高到輸電電壓，例如110KV、220KV或500KV等。當(dāng)輸送的功率一定，輸電電壓越高，電流就越小。因而線路上的電壓降和功率損耗明顯減小，線路用銅量也可減小，節(jié)省投資費用。這樣就能比較經(jīng)濟(jì)的把電能送出去。一般來說，輸電距離越遠(yuǎn)，輸送功率越大，則要求的輸電電壓越高。對于用戶來說，由于用電設(shè)備絕緣與安全的限制，需把高壓輸電電壓通過降壓變壓器和配電變壓器降低到用戶所需的電壓等級。通常大型動力設(shè)備采用6KV或10KV，小型動力設(shè)備和照明則用380/220V。這樣，電力系統(tǒng)就采用“低壓”發(fā)電，高壓輸電，“低壓”用電這樣一種“發(fā)變輸變配用”結(jié)構(gòu)，從發(fā)電廠（站）發(fā)出的電能輸送到用戶的整個過程中，通常需要多次變壓，變壓器的安裝容量可達(dá)到發(fā)電機(jī)總裝容量的6~8倍，因此變壓器對電力系統(tǒng)有著極其重要的意義。用于電力系統(tǒng)升、降電壓的變壓器叫做電力變壓器。在電力拖動系統(tǒng)或自動控制系統(tǒng)中，變壓器作為能量傳遞或信號傳遞的元件，也應(yīng)用得十分廣泛。在其他各部門，同樣也廣泛使用各種類型的變壓器，以提供特種電源或滿足特殊的需要。變壓器的基本結(jié)構(gòu)部件有鐵心、繞組、油箱和冷卻裝置、絕緣套管和保護(hù)裝置等。鐵心和繞組是變壓器通過電磁感應(yīng)進(jìn)行能量傳遞的部件，稱為變壓器的器身。油箱用于裝油，同時起機(jī)械支撐、散熱和保護(hù)器身的作用；變壓器油起絕緣的作用，同時也起冷卻作用；套管的作用是使變壓器引線與油箱絕緣；保護(hù)裝置則起保護(hù)變壓器的作用。控制變壓器的選擇：控制變壓器可實現(xiàn)高低壓電路隔離，使得控制電路中的電氣元件，如按鈕、行程開關(guān)和接觸器及繼電器線圈等同電網(wǎng)電壓不直接相接，提高了安全性。另外，各種照明燈、指示燈和電磁閥等執(zhí)行元件的共的供電電壓有多種，有時也需要控制變壓器降壓提供。常用的控制變壓器有BK—50、100、150、200、300、400和1000等型號，其中的數(shù)字為額定功率（VA），一次側(cè)電壓一般為交流380V和220V（220V電壓抽頭適于單相供電時的情況），二次側(cè)電壓一般為交流6.3、12、24、36和127V、（12V電壓也可通過12V和36V抽頭提供）?？刂谱儔浩骶唧w選型時要考慮所需電壓的種類和進(jìn)行容量的計算?？刂谱儔浩鞯娜萘縋可以根據(jù)由它供電的最大工作負(fù)載所需要的功率來計算，并留有一定的余量，這樣可的經(jīng)驗公式：P=K∑Pi式中Pi為電磁元件的吸持功率和燈負(fù)載等其它負(fù)載消耗的功率；K為變壓器的容量儲備系數(shù)，一般取1.1~1.25，雖然電磁線圈在起動吸合時消耗功率較大，但變壓器有短時過載的能力，故式子中，對電磁器件僅考慮吸持功率。對本機(jī)床而言，接觸器KM1~KM11的吸持功率為12W，中間繼電器KA1、KA2、KA3的吸持功率為12W，照明燈的功率是40W，指示燈的功率都是1.575W，易算得總功率為254.3W，若取K為1.25，則算得P約為317.875W，因此控制變壓器TC可選用BK—400VA，380、380V/36、36、6.3V。表4-10變壓器選型型號編號TC1TC2額定容量（VA）BK-400380/36VBK-200380/24V/110V400200YC1電磁離合器的選型：假設(shè)額定轉(zhuǎn)矩不少于2.5Kg/米則選用DLMO-2.5照明燈EL1EL2的選型：JC-2540W指示燈HL1～HL4的選型：XD1In=20～50mAPLC選型輸入點數(shù)：22輸出點數(shù)：17FX2N-48MR-001輸入+輸出=22+17=39小于48“M”———單元類型“R”———繼電器輸出（有接點，隨負(fù)荷兩用）環(huán)境條件——P4表項目規(guī)格環(huán)境溫度環(huán)境溫度抗振動抗沖擊耐噪音接地0～55℃——使用時，-20~+70℃——保存時35～85%（不結(jié)露）——使用時JIS節(jié)C0911為依據(jù)，10～55HZ0.5mm（最大2G）3軸方向各2小時，但裝有DIn導(dǎo)軌時0.5GJISC0912為依據(jù)10G3軸方向各3次噪聲電壓1000VP-P噪聲幅值1us頻率30～100HZ的噪聲模擬實驗第三種接地（100Ω以下）不可強(qiáng)電系統(tǒng)公共接地AC1500V1分鐘耐電壓全部端子與地線端子間接地用絕緣阻抗DC500V搖表5MΩ以上照明燈EL1EL2的選型：JC-2540W指示燈HL1-HL4的選型：XD1In=20~50mA表4-11Z30100X31型搖臂鉆床的電氣元件目錄表符號M1M2M3M4M5M6KM主軸電動機(jī)起動與停止接觸器KM2主軸電動機(jī)定子繞組Y形接法接觸器KM3主軸電動機(jī)定子繞組△形接法接觸器KM4搖臂上升接觸器名稱及用途符號QF5QF6QF7QF8YA1KA1KA2KA3名稱及用途整流電路電源自動空氣斷路器照明電路電源自動空氣斷路器控制線路電源自動空氣斷路器信號燈電路電源自動空氣斷路器主軸箱、搖臂松開與夾緊電磁鐵總起動中間繼電器搖臂上升中間繼電器搖臂下降中間繼電器控制用十字開關(guān)主軸箱、立柱松開與夾緊轉(zhuǎn)換開關(guān)照明燈開關(guān)主軸電動機(jī)過載保護(hù)熱繼電器主軸箱、搖臂松開與夾緊電動機(jī)過載保護(hù)熱繼電器主軸電動機(jī)搖臂升降電動機(jī)主軸箱和搖臂松開與夾緊電動機(jī)立柱松開與夾緊電動機(jī)主軸箱水平移動電動機(jī)冷卻泵電動機(jī)SA1SA2SA3FR1KM5搖臂下降接觸器KM6主軸箱及搖臂松開接觸器KM7主軸箱及搖臂夾緊接觸器FR2KM8立柱松開接觸器KM9立柱夾緊接觸器TC1TC2整流變壓器控制變壓器KM10主軸箱向右移動接觸器KM11主軸箱向左移動接觸器KT1主軸電動機(jī)Y-△起動時間繼電器KT2主軸箱和搖臂夾緊時間繼電器KT3主軸箱和搖臂松開時間繼電器SQ1搖臂上升極限限位開關(guān)SQ2搖臂下降極限限位開關(guān)SQ3搖臂松開限位開關(guān)SB1總起動按鈕主軸電動機(jī)起動按鈕搖臂上升起動按鈕搖臂下降起動按鈕主軸箱與立柱松開按鈕主軸箱與立柱夾緊按鈕總停止按鈕主軸電動機(jī)停止按鈕機(jī)床照明燈SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8EL1，EL2SQ4搖臂夾緊限位開關(guān)SQ5主軸箱松開限位開關(guān)HL1～HL4工作狀態(tài)指示燈SQ6指示燈轉(zhuǎn)換開關(guān)VC1YC1XS硅整流橋QF1總電源自動空氣斷路器QF2冷卻泵電源自動空氣斷路器QF3搖臂升降電動機(jī)電源自動空氣斷路器主軸箱水平移動電磁離合器外接照明燈電源插座可調(diào)電阻R主軸箱及搖臂松緊電動機(jī)、立柱松緊電QF4動機(jī)、主軸箱移動電動機(jī)電源自動空氣斷路器4.12機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的工藝設(shè)計工藝設(shè)計的目的是為了滿足電氣控制設(shè)備的制造和使用要求。工藝設(shè)計的依據(jù)是電氣原理圖及電氣元件目錄表。工藝設(shè)計時，一般先進(jìn)行電氣設(shè)備總體配置設(shè)計。而后進(jìn)行電氣元件布置圖、接線圖，再進(jìn)行各類元器件及材料清單的匯總，最后還要編寫設(shè)計說明書個使用說明書，從而形成一套完整的技術(shù)文件。1、電氣設(shè)備總體配置設(shè)計各種電動機(jī)及各類電器元件根據(jù)各自的作用，都有一定的裝配位置，在構(gòu)成一個完整的電氣控制系統(tǒng)時，必須劃分組件，同時要解決組件之間，以及電器箱與被控制裝置之間的接線問題。通?？煞譃橐韵录薪M件：2、機(jī)床電器組件拖動電動機(jī)與各種執(zhí)行元件(電磁閥、電磁鐵和電磁離合器等)以及各種檢測元件（行程開關(guān)及壓力、速度和溫度繼電器等）必須安裝在機(jī)床的相應(yīng)部位，它們構(gòu)成可機(jī)床電器組件。3、器板和電源板組件各種控制電器（接觸器、中間繼電器和施加繼電器等）以及保護(hù)電器（熔斷器、熱繼電器和過電流繼電器等）安裝在電器箱內(nèi)，構(gòu)成一塊或多塊電器板（主板），而要控制變壓器及整流、濾波元件也安裝在電器箱內(nèi)，構(gòu)成電源板組件。4、控制面板組件各種控制開關(guān)、按鈕、指示燈、指示儀表和需經(jīng)常調(diào)節(jié)的電位器等，必須安裝在控制臺面板上，構(gòu)成控制面板組件。各組件板和機(jī)床電器互相之間的接線一般采用接線端子板，以便接折?？傮w配置設(shè)計是以電氣系統(tǒng)的總裝置配圖與總接線圖形式來表達(dá)的，圖中應(yīng)以意形式反映出各電氣元件（如電器箱、電動組件、機(jī)床電器等）的位置及接線關(guān)系，以及走線方式和使用管線要求等。4.13電氣元件布置圖的繪制電器元件布置圖是某些電器元件按一定原則的組合。同一組件中電器元件的布置應(yīng)注意：1、體積大和較重的元件應(yīng)安裝和電器板的下面（一般電器板在電器箱被垂直安裝以便通風(fēng)散熱、接線和維修），而發(fā)熱元件應(yīng)裝在電器板的上面。2、需要經(jīng)常維護(hù)、檢修和調(diào)整的電器元件的位置不不宜過高過低。3、電器元件布置不宜過密，對易產(chǎn)生飛弧的接觸和自動開關(guān)尤其要注意。若采用板前走線槽配線方式，應(yīng)適當(dāng)加大各排電器間距，以利于布線合和維護(hù)。還應(yīng)考慮整齊、美觀。4、原理圖中靠近的電器元件，應(yīng)盡量布置近一些，以縮短接線。布置圖是根據(jù)電器元件的外行繪制，并標(biāo)出各各元件間距尺寸，每個電器元件的安裝尺寸及公范圍，應(yīng)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)出，作為底板加工依據(jù)，以保證各電器的順利安裝。在電器布置圖設(shè)計中，還要根據(jù)本組件進(jìn)出線的數(shù)量和采用導(dǎo)線規(guī)格，選擇進(jìn)出線方式，并采選用適當(dāng)接線端子板或接插件，按一定順序標(biāo)上進(jìn)出線的接線號。4.14電氣接線圖的繪制電氣接線圖是根據(jù)電氣原理圖及電氣元件布置圖繪制的，它一方面表示出各電氣組件（電器板、電源板、控制面板和機(jī)床電器）之間的接線情況，另一方面表示出各電器組件板上電器元件之間的接線情況。因此，進(jìn)行電器元件配線和檢修查線的依據(jù)。機(jī)床電器（電動機(jī)和行程開關(guān)等）可先接線到裝在機(jī)床上的分線盒，在從分線盒接線到電器內(nèi)電器板上的接線端子板上，也可不用分線盒直接線接到電器箱。電器箱上各電器板、電源板和控制面板之間要通過接線端子板接線。接線圖的繪制還應(yīng)注意以下幾點。1、電器元件元件按外行繪制，并與布置圖一致，偏差不要太大。與電器原理圖不同，在接線圖中同一電器元件的各個部分（線圈、觸點等）必須畫在一起。2、所有電器元件及其引線應(yīng)標(biāo)注與電氣原理圖相一致的文字符號及接線回路標(biāo)號。3、電器元件之間的接線可直接連接，也可采用單線表示法繪制，實含幾根線可從電器元件上標(biāo)注的接線回路標(biāo)號數(shù)看出來。當(dāng)電器元件數(shù)量較多和接線較復(fù)雜時，也可不畫各元件間的界限，但是在各元件的各接線端子回路標(biāo)號處應(yīng)標(biāo)注另一元件的文字符號，以便識別，方便接線。電氣組件之間的接線也采用單線寶石法繪制，含線數(shù)可從端子板上的回路標(biāo)號數(shù)看出來。4、接線圖中應(yīng)標(biāo)出配線用的各種導(dǎo)線的型號、截面積及顏色等。規(guī)定交流或直流動力電路用黑色線，交流輔助電路為紅色，支流輔助電路為藍(lán)色，地線為黃綠雙色，與電線連接的電路導(dǎo)線以及電路中的中性線用白色線。還應(yīng)標(biāo)出組件間連線的護(hù)套材料。4.15可編程控制器4.15.1緒論微機(jī)技術(shù)已經(jīng)并繼續(xù)在改變世界。以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程控制器也正在改變著工廠自動控制的面貌。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器以其可靠性極高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗，使用極方便的巨大優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)工業(yè)自控領(lǐng)域，成為工業(yè)自動控制的首選產(chǎn)品，與機(jī)器人、CAD/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱?？删幊炭刂破饕呀?jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器，可以說只有可編程控制器才是真正的工業(yè)控制計算機(jī)。初期可編程控制器只是用于邏輯控制的場合，用于代替繼電控制盤，但現(xiàn)在可編程控制器已進(jìn)入包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。在保留了原來邏輯控制器的所有優(yōu)點的同時,它吸收發(fā)展了其它控制設(shè)備（如過程儀表、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等）的優(yōu)點，在許多場合只需可編程控制器即可構(gòu)成包括邏輯控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集及控制和圖形工作站的經(jīng)濟(jì)合算、體積小巧、設(shè)計調(diào)試方便的綜合控制系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）1987年頒布的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于擴(kuò)展及功能的原則而設(shè)計。所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達(dá)到所設(shè)計的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛。我公司生產(chǎn)的GZPK100系列高速旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)就采用PLC的控制方式。PLC的可靠性：進(jìn)口PLC采用的CPU都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)過嚴(yán)格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗而特別設(shè)計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。PLC的可擴(kuò)展性：要增加一個功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對應(yīng)的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。PLC的可維護(hù)性：PLC本身有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設(shè)計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單。操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。PLC的產(chǎn)生已有30余年的歷史，其發(fā)展大致可分為三個階段。20世紀(jì)70年代的PLC，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器控制裝置完成的順序控制、定時、計數(shù)等。20世紀(jì)80年代，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器市場價格大幅下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，不少PLC制造商還紛紛研制開發(fā)出了專用邏輯處理芯片，使得PLC的功能發(fā)生了巨大變化。20世紀(jì)90年代，PLC的發(fā)展趨勢有兩大特點：其一是向體積小、速度更快功能更強(qiáng)、價格更便宜的微小型PLC方向發(fā)展；其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性、編程向IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。20世紀(jì)90年代日本三菱電機(jī)公司推出的A系列PLC及西門子公司推出的S7-400系列PLC都屬于大型PLC。21世紀(jì)的PLC將向更加開放性的方向發(fā)展。從技術(shù)看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多的應(yīng)用于PLC的設(shè)計及制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能化更強(qiáng)的產(chǎn)品出現(xiàn)。我國PLC的研制和生產(chǎn)也有近30年的歷史。最初在引進(jìn)設(shè)備中大量使用PLC。通過技術(shù)引進(jìn)，消化吸收，國產(chǎn)化PLC的生產(chǎn)廠家在1990年就有近30個，品種也有20余個。目前國產(chǎn)PLC已具有相當(dāng)規(guī)模。原中外合資光洋電子（無錫）有限公司生產(chǎn)的PLC有超小型機(jī)PL系列；小型機(jī)SN系列、SM系列、SN系列、SZ系列、SR系列；中型機(jī)系列DL350、SU系列。其中SU-5M/6M最大I/O可達(dá)2048點。大連組合機(jī)床研究生產(chǎn)的S系列PLC、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列PLC等產(chǎn)品都具有一定規(guī)模并在工業(yè)控制中獲得了廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)期，隨著我國工業(yè)化、信息化進(jìn)程的加快，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用。4.15.2、按控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個方面。1、用于開關(guān)量邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，即可用于單臺設(shè)備控制，又可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如組合機(jī)床、磨床、注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)、包裝流水線。2、用于模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量，其通過模擬量I/O模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，也即A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。幾乎各主要PLC制造廠商都有配套的A/D和D/A模塊，使PLC可很方便地用于模擬量控制。3、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC幾乎都具有數(shù)學(xué)運算（含邏輯運算、函數(shù)運算、距陣運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析、處理及顯示。這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，也可以將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于較復(fù)雜的大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、化工、食品工業(yè)的一些大型控制系統(tǒng)。4、運動控制PLC可以用于直線運動或圓周運動的控制。其具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機(jī)數(shù)控（CNC）緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字控制。早期直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。幾乎各主要PLC制造廠商都有運動控制功能。廣泛用于各種機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。5、用于通信聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可實現(xiàn)PLC與PLC、PLC與遠(yuǎn)程I/O、PLC與上位計算機(jī)之間的通信，從而可形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化（FA）網(wǎng)絡(luò)。因此，使用PLC可以很方便地構(gòu)成集中管理、分散控制的分布式控制系統(tǒng)，是實現(xiàn)工廠自動化的理想設(shè)備。4.15.3PLC的特點PLC是面向用戶的工業(yè)控制計算機(jī)，具有許多明顯的特點。1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)過程對控制設(shè)備的可靠性提出了很高的要求，因為工業(yè)生產(chǎn)過程往往是晝夜連續(xù)生產(chǎn)，一般的生產(chǎn)裝置幾個月、甚至幾年才大修一次。工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾特別嚴(yán)重，針對這一情況，PLC采取了一系列措施，使PLC能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均故障間隔時間（MTBF）高，故障恢復(fù)時間短，其中主要包括：屏蔽對電源變壓器、中央處理單元、編程器等主要部件和模塊，均采用導(dǎo)電良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防止輻射干擾。濾波各輸入端均采用R-C濾波器，濾波時間常數(shù)一般為10~20ms，對于一些高速輸入端則采用數(shù)字濾波，其濾波時間常數(shù)可以用指令設(shè)定。隔離所有的輸入/輸出（以下均用簡稱I/O）接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離，減少故障和誤動作。電源調(diào)整與保護(hù)對于微處理器所需的+5V電源，采用性能良好的開關(guān)電源，多級濾波和調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。元件篩選PLC所采用的元器件進(jìn)行嚴(yán)格的老化和篩選。模塊化結(jié)構(gòu)PLC模塊化結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復(fù)，一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。同時也有助于加快查找故障原因。自診斷功能軟件定期地檢查外界環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。信息保護(hù)和恢復(fù)當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時，不破壞PLC內(nèi)部的信息；一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作，所以PLC在檢測到故障條件，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進(jìn)行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。一旦故障條件消失，就可以恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作，所以PLC在檢測到故障條件時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進(jìn)行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。一旦檢測到外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。雙CPU冗余系統(tǒng)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成的冗余系統(tǒng)或由三CPU構(gòu)成的表決式系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高。由于采取了上述一系列措施，PLC的MTBF時間已達(dá)幾十萬小時。2.豐富的I/O接口模塊由于PLC是工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)中的一個控制中樞，要實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制，它還必須與各種工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備相連接，才能完成控制任務(wù)。因此，PLC除了具有計算機(jī)的基本部分外，還要有豐富的I/O接口模塊。PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號（如交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、強(qiáng)電或弱電等），有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備（如按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等）直接連接。為了提高操作性能和直觀性，它還有多種人一機(jī)對話的接口模塊；為組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通信聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等。3.編程簡單PLC的梯形圖編程語言類似于繼電器控制線路的梯形圖，它繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到工程技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣，易于接受，因此受到普遍歡迎。在最初的梯形圖編程語言中，主要有人們熟悉的常開觸點和線圈、定時、計數(shù)等符號組成，對于使用者來說，不需要具備計算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員甚至技術(shù)工人理解和掌握?，F(xiàn)在，PLC的功能大大增強(qiáng)，眾多的功能指令也可以用梯形圖語言來描述，也很容易使初用戶接受。4.安裝簡單、維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，系統(tǒng)便可投入運行。PLC的各種模塊上均設(shè)有運行和故障指示裝置，便于用戶了解PLC的運行情況和查找故障。為適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各部件都采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架或?qū)к壖半娎|將各模塊連接起來。由于PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。5.配套齊全、功能完善PLC發(fā)展到今天，已形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以適用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。PLC除了邏輯功能外，現(xiàn)代PLC幾乎都有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來，由于PLC智能化單元模塊的大量涌現(xiàn)，使PLC的應(yīng)用滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中，加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。6.體積小、重量輕、能耗低目前的超小型PLC，其底部尺寸小于100mm×100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于PLC體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。7.系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試周期短PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，與傳統(tǒng)的繼電器控制方式比，大大地減少了控制設(shè)備的外接線；PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計任務(wù)僅僅是依據(jù)對象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造周期大大縮短了。4.15.4、PLC的分類PLC的產(chǎn)品很多，型號規(guī)格也不統(tǒng)一，通?？梢苑忠韵氯N情況分類：1、按PLC的結(jié)構(gòu)形式不同可分為整體式和模塊式。2、按PLC的I//O點數(shù)分類可分為大、中、小三個等級。3、按PLC的功能不同，有可分為高、中、低檔三種。4.15.5、PLC系統(tǒng)的組成PLC是以CPU為核心的電子系統(tǒng)，實質(zhì)上它是一種工業(yè)控制用的專用計算機(jī)。PLC系統(tǒng)的組成與微機(jī)系統(tǒng)基本相同，它是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。一般小型PLC的基本單元主要由CPU、存儲器、輸入輸出模塊、電源模塊、I/O擴(kuò)展接口、外設(shè)I/O接口以及編程器等部分組成PLC的軟件系統(tǒng)也包括系統(tǒng)程序和用戶程序。4.15.6、PLC的工作原理1、PLC的工作方式PLC采用的是周期性循環(huán)掃描的工作方式。用戶首先要根據(jù)某一具體的要求編制好程序，然后輸入到PLC的用戶程序存儲器中。用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。PLC運行工作時。CPU對用戶程序作周期循環(huán)掃描，在無跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU從第一條指令開始順序逐條的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束，然后有返回第一條指令，開始新的議一輪掃描。在每次掃描過程中，還有完成對輸入信號的采集和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC就是這樣周而復(fù)始的重復(fù)上述的掃描循環(huán)。2、PLC的工作過程PLC的工作過程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段。PLC的工作過程上按這樣三個階段周期性循環(huán)掃描的。3、PLC對輸入/輸出的外理原則根據(jù)上述PLC的工作過程的特點，可得出PLC對輸入輸出的外理規(guī)則：（1）輸入映象寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板上各輸入點在上一個刷新期間的狀態(tài)。（2）輸出元件映象寄存器的內(nèi)容由程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。（3）輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個工作周期輸出刷新階段的輸出映象寄存器的數(shù)據(jù)確定。（4）輸出端子板上各輸出端的ON/OFF狀態(tài)，由輸出鎖存器的內(nèi)容來確定。（5）程序執(zhí)行過程中所需輸入、輸出狀態(tài)，由輸出映象寄存器和輸出映象寄存器讀出。4.15.7、PLC程序的表達(dá)方式1、梯形圖（LD）梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語言。梯形圖由觸點、線圈和應(yīng)用指令等組成。觸點代表邏輯輸入條件，如外部的開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的輸出標(biāo)準(zhǔn)位等2、語句表（IL）又叫指令表，類似于計算機(jī)匯編語言的形式。PLC的指令表是與微機(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（Instuctionlist）程序。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設(shè)計時一般使用梯形圖語言。3、功能塊圖（FBD）用來表達(dá)一個順序控制的過程這是一種位于其他編程語言之上的圖形編程語言，用來繪制順序控制程序。順序功能有圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中可以用別的語言嵌套編程。順序功能圖用來描述開關(guān)量控制系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地畫出順序控制梯形圖程序。4、結(jié)構(gòu)文本（ST）4.15.8可編程控制器的選擇1、可編程控制器的類型PLC分為整體式PLC和模塊式PLC，OMRON的C20P、C40P、CMP1A、CMP2A，MITSUBISHI的F、F1、F2、FX0、FX1N、FX2N和A、Q系列，日本松下的FP，都屬于整體式PLC。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖4-1PLC的結(jié)構(gòu)示意圖整體式PLC是將CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）、電源電路和通信端口等組裝在同一機(jī)體內(nèi)。而模塊式PLC是將上述幾個單元分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時根據(jù)控制要求插在基架上，各個模塊間通過基架上的總線相互聯(lián)系。同時這種PLC的系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性較高，可以構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PLC，但同時價格也較高。其基本結(jié)構(gòu)框圖如下：圖4-2PLC的基本框架圖FX2系列可編程控制器是三菱小型PLC的典型產(chǎn)品，具有85條功能指令。分為程序控制、傳送比較、數(shù)據(jù)操作、高速處理、方便指令、外部I/O處理及功能塊控制等基本類型。三菱PLC的新產(chǎn)品——FX2N系列可編程控制器FX2型功能指令的基礎(chǔ)上，又增加了浮點數(shù)運算、觸電形比較及時鐘功能等指令，數(shù)量可達(dá)到128種298條。本次設(shè)計中，輸入點22個，輸出點17個，則系統(tǒng)的核心部分由FX2N—48MR基本單元一臺和FX2N—48EX擴(kuò)展單元一臺組成。按控制功能來分，簡單可編程控制器通常只有邏輯運算、計數(shù)和計時功能，常用于一般的邏輯控制和簡單的順序控制系統(tǒng)。普通可編程序控制