精品論文BA型龍門刨床的PLC改造

1、江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 綜合畢業(yè)實(shí)踐說明書（論文） 標(biāo)題： b2012a 型龍門刨床的 plc 改造 系 別： 電子工程系電子工程系 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化電氣自動(dòng)化 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2006 年 5 月 20 日 摘摘 要要 本文首先介紹了plc的工作原理及其軟件的設(shè)計(jì)方法，分析了b2012a型龍門刨床的 工作原理和控制系統(tǒng)的組成，進(jìn)而利用plc對龍門刨床進(jìn)行控制系統(tǒng)的改造，并根據(jù)繼 電器控制電路的工作原理，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，采用plc對b2012a型龍門刨床工作臺進(jìn)行電 氣控制，確定了plc的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，并進(jìn)行plc型號選擇，i/o地址分配及i/o接線。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行平穩(wěn)可

2、靠，快速，靈活，提高了動(dòng)、靜態(tài)性能。從而完成用plc實(shí) 現(xiàn)對主拖動(dòng)刨臺，左右刀架，垂直刀架等三相電動(dòng)機(jī)的變頻起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、正反 向控制以及過載斷相保護(hù)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：b2012a型龍門刨床，plc，控制系統(tǒng)改造 abstractabstract this thesis presents the control of the b2012a gantry planner by plc and designer methods of software .with the control of program, it could control contactor and frequency

3、converter in order to realize plane platform to pull mainly, controlling the tool carrier, the frequency conversion of three-phase motors such as the vertical tool carrier and the left and right tool carrier ,etc. applying the brake and transferring the speed are positive and negative to control and

4、 overload disconnected to protect plc. it is used to change the traditional electric controller system of the b2012a gantry planner .it is also used to adjust the speed of the determination of plc i/o counts and the selection of plc type. i/o performances are improved. the study includes the followi

5、ng parts: first of all, to be familiar with the process of equipment transform; secondly, to understand the frequency changer, the plc structure and the working principle and selection; thirdly, to complete the hardware system designer of the b2012a gantry planner with plc; finally, to complete the

6、designer of the ladder-graphics and debugging. key words：b2012a gantry planer，plc，improving controller system 目目錄錄 摘摘 要要.i abstractabstract .ii 目目錄錄.iii 引言引言.1 1 1 plcplc 的工作原理及其軟件的設(shè)計(jì)方法的工作原理及其軟件的設(shè)計(jì)方法.2 1.1 可編程控制器的由來及特點(diǎn).2 1.2 可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)與工作原理.2 1.2.1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu).2 1.2.2 可編程控制器的工作原理.3 1.2.3 可編程控制器的順序控

7、制法與順序功能圖.3 1.3 梯形圖的設(shè)計(jì)方法（以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法）.4 2 2 龍門刨床的工作原理龍門刨床的工作原理.5 2.1 龍門刨床的組成.5 2.2 龍門刨床的工作過程分析原理.5 2.3 電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)和調(diào)速.9 2.3.1 電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng).9 2.3.2 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速.9 2.3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇.10 2.4 其他主要電器的選擇.11 3 3 b2012ab2012a 型龍門刨床電氣控制系統(tǒng)的型龍門刨床電氣控制系統(tǒng)的 plcplc 改造設(shè)計(jì)改造設(shè)計(jì).12 3.1 可編程控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).12 3.1.1 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則與主要內(nèi)容.12 3.1.2 plc

8、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟.13 3.2 電氣控制軟硬件系的設(shè)計(jì) .14 3.2.1 主電路圖及各元件說明.14 3.2.2 變頻器的選型.17 3.2.3 plc 控制系統(tǒng)硬件的配置選擇.18 3.2.4 長條形工件平面的加工過程以及順序功能圖.25 結(jié)束語結(jié)束語.26 致致 謝謝.27 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).28 附附錄錄.29 引言引言 目前，由于我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)的不平衡發(fā)展，許多企業(yè)與我公司一樣，所使用的是老 式機(jī)床，這些設(shè)備大多已老化，工作時(shí)易發(fā)生沖擊，這對刀具的使用壽命影響很大。 因此，采用可編程序控制器控制接觸器和變頻器來改造老式機(jī)床，可提高生產(chǎn)效率和 產(chǎn)品質(zhì)量。本文以 b2012a 型龍

9、門刨床作為技改對象，采用 plc 實(shí)現(xiàn)對主拖動(dòng)刨臺， 左右刀架，垂直刀架等三相電動(dòng)機(jī)的變頻起動(dòng)，制動(dòng)，調(diào)速，正反向控制以及過載斷 相保護(hù)，并對其工作臺進(jìn)行電氣控制，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。根據(jù)其繼電器控制電路的工作 原理，進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，快速，靈活，提高動(dòng)、 靜態(tài)性能。為此，本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到如下要求： 1.熟悉設(shè)備改造的過程。 2.了解變頻器、plc 結(jié)構(gòu)和工作原理及其選用。 3.利用 plc 完成對龍門刨床改造的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 4.完成梯形圖的編制及調(diào)試 。 1 1 plcplc 的工作原理及其軟件的設(shè)計(jì)方法的工作原理及其軟件的設(shè)計(jì)方法 1.1 可編程控制器的由來及特點(diǎn)

10、隨著微處理器，計(jì)算機(jī)和數(shù)字通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已擴(kuò)展到了幾乎 所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)可分為幾類，如可編程控制器，基于 pc 總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，基于單片機(jī)的測控裝置，用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調(diào)節(jié) 器，集散控制系統(tǒng)（dcs）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcs）等。可編程控制器是應(yīng)用面最 廣，功能強(qiáng)大，使用方便的通用工業(yè)控制裝置，它已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支 柱之一。 可編程控制器（programmable controller）本來應(yīng)簡稱為 pc，為了與個(gè)人計(jì)算機(jī) （personal computer）的簡稱 pc 相區(qū)別，一般將它簡稱為 plc（programmab

11、le logic controller） 。 可編程控制器的特點(diǎn)：1.功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高；2.硬件配套齊全，用戶使用方 便，適應(yīng)性強(qiáng)；3.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；4 .系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量?。?5.維修工作量小，維修方便；6 體積小，能耗低。 1.2 可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)與工作原理 1.2.1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器主要由 cpu 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組 圖圖 11 plc 控制系統(tǒng)示意圖控制系統(tǒng)示意圖 1.2.2 可編程控制器的工作原理 在數(shù)字控制系統(tǒng)中，變量只有兩種相反的工作狀態(tài)，如高電平和低電平、繼電器 線圈的通電和斷電、觸點(diǎn)的接通和斷開，可用邏輯

12、電路中的和來表示它們。在波 形圖中，用高電平表示狀態(tài)，用低電平表示狀態(tài)。接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理與繼 電器的基本相同，區(qū)別僅在于繼電器的觸點(diǎn)的額定電流較小（如幾十毫安） ，而接觸器 是用來控制大電流負(fù)載的，例如它可以控制額定電流為幾十安培至上千安培的異步電 動(dòng)機(jī)。 可編程控制器有兩種工作方式，即 run（運(yùn)行方式）與 stop（停止）方式。 可編程控制器的工作原理：掃描過程。如圖 1-2 所示 圖圖 1 12 2 掃描過程掃描過程 1.2.3 可編程控制器的順序控制法與順序功能圖 順序控制法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段， 這些階段稱為步（step） ，并用編程元件

13、（例如位存儲(chǔ)器 m 和順序控制繼電器 s）來代 表步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量的 on/of 狀 態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量狀態(tài)是不同的。步的這種劃分方法使代表步的編程元件 的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關(guān)系。 順序功能圖（sequential function chart）是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特 性的一種圖形，也是設(shè)計(jì)可編程控制器的順序控制程序的有力工具。 順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用的語言，可以 供進(jìn)一步設(shè)計(jì)和不同專業(yè)人員之間作技術(shù)交流之用。 1.3 梯形圖的設(shè)計(jì)方法（以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法） 在順序

14、功能圖中，如果某一轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動(dòng)步并且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件， 則轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。即所有有向線段與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步，所有與轉(zhuǎn)換 符號相連的前級步都變?yōu)椴换顒?dòng)步。在以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，用該轉(zhuǎn)換所有前 級步對應(yīng)的存儲(chǔ)器位的常開觸點(diǎn)與轉(zhuǎn)換對應(yīng)的觸點(diǎn)或電路串聯(lián)（即起保停電路中的起 動(dòng)電路） ，作為使所有后續(xù)步對應(yīng)的存儲(chǔ)器位置位（使用置位指令）和使所有前級步對 應(yīng)的存儲(chǔ)器位復(fù)位（使用復(fù)位指令）的條件。在任何情況下代表步的存儲(chǔ)器位的控制 電路都可以用這一原則來設(shè)計(jì)，每一個(gè)轉(zhuǎn)換對應(yīng)一個(gè)這樣的控制置位和復(fù)位電路塊。 這種設(shè)計(jì)方法非常有規(guī)律。在設(shè)計(jì)復(fù)雜的順序功能圖時(shí)既容易掌握，又不容易出

15、錯(cuò)。 使用這種編程方法時(shí)，不能將輸出位的線圈與置位指令和復(fù)位指令并聯(lián)。 2 2 龍門刨床的工作原理龍門刨床的工作原理 2.1 龍門刨床的組成 龍門刨床是制造大型設(shè)備，如大型軋鋼機(jī)、氣輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、礦山設(shè)備等不可缺 少的工作母機(jī)，主要用來加工大型工件的各種平面、斜面和槽。特別適用于加工大型 的、狹長的機(jī)械零件，如機(jī)床的車身、箱體導(dǎo)軌等。應(yīng)用非常廣泛，具有多種控制要 求。龍門刨床的基本結(jié)構(gòu)主要由七部分組成： 床身 是一個(gè)箱形體，其上有 v 形和 u 形導(dǎo)軌，用于安置工作臺。 刨臺 也叫工作臺，下有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可順著床身的導(dǎo)軌作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 橫梁 用于安置垂直刀架，在切削過程中嚴(yán)禁動(dòng)作，僅在更換工件時(shí)移

16、動(dòng)，用以 調(diào)節(jié)刀架的高度。 左右垂直刀架 安裝在橫梁上，可沿水平方向移動(dòng)，刨刀也可以沿刀架本身的導(dǎo) 軌垂直移動(dòng)。 左右側(cè)刀架 安置在立柱上，可上、下沿柱移動(dòng)。 立柱 用于安置橫梁及刀架。 龍門頂 用于緊固立柱。 2.2 龍門刨床的工作過程分析原理 1.工作特點(diǎn) 工作過程 龍門刨床的刨削過程是工件與刨刀作相對運(yùn)動(dòng)的過程。為此，工作臺 與工件須頻繁的進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工件的切削加工僅在工作行程內(nèi)進(jìn)行，而返回行程只 做空運(yùn)轉(zhuǎn)。在切削過程中沒有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，只有在工作臺返回行程轉(zhuǎn)到工作行程的期間 內(nèi)刀架才位移一定的距離。 主運(yùn)動(dòng) 龍門刨床的主運(yùn)動(dòng)是工作臺和工件的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 輔助運(yùn)動(dòng) 是橫梁的上下移動(dòng)以及刀

17、架沿橫梁的左右移動(dòng)，以及側(cè)刀架在立柱上 的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 2.主運(yùn)動(dòng)的工作特點(diǎn)運(yùn)行速度如圖 2-1 所示。 圖圖 2 21 1 時(shí)間工段圖時(shí)間工段圖 （2）各時(shí)間段的工作情況 0-t1 工作臺前進(jìn)啟動(dòng)階段 t1-t2 刀具低速切入階段 t2-t3 加速至正常刨削階段 t3-t4 正常刨削階段 t4-t5 減速退出工件階段 t5-t6 制動(dòng)到退出工件階段 t6-t7 高速后退階段 t7-t8 后退減速階段 t8-t9 后退前進(jìn)階段 （3）主刨臺分析 刀具進(jìn)入工件之前減速的目的是為了防止因撞擊而崩壞工件。同時(shí)也為了減小刀 具在進(jìn)入時(shí)所承受的沖擊，延長刀具的使用壽命，稱為低速切入（t1t2 段） 。

18、進(jìn)入工 件后再加速到規(guī)定的切削速度（t3-t4 段） 。離開工件之前減速的目的是為了防止工件 邊緣的崩裂（t4-t5 段） 。返回過程中不切削工件為提高生產(chǎn)效率，返回時(shí)直接加速到 高速后退速度（t6-t7 段） 。返回行程再反向到工作速度之前，為了減小反向時(shí)因沖力 過大而引起的越位和對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊，還要求有一個(gè)減速過程（t7-t8 段） 。 3 行程開關(guān)的安排 龍門刨床中常見的布置方法，共有 6 個(gè)行程開關(guān)，分別是 sq1sq6；碰撞行程開 關(guān)的是 4 個(gè)擋塊，分別是 1、2、3、4，它們的布置示意所示。假設(shè)：刨臺正處于刨削 過程中，各行程開關(guān)的動(dòng)作順序如下： (1)退出工件段 擋塊 2 碰

19、 sq3，使刨削速度降為低速，刨刀準(zhǔn)備退出工件。 (2)高速返回段 擋塊 1 碰 sq4，使刨臺高速返回；如果刨臺因 sq4 發(fā)生故障而未返回，則擋塊 1 將 碰 sq6，迫使刨臺停止運(yùn)行；在返回過程中，sq4 與 sq3相繼復(fù)位。 (3)緩沖段 擋塊 3 碰 sq5，使返回速度降為低速，準(zhǔn)備反向。 (4)切入工件段 擋塊 3 碰 sq6 刨臺反向，低速切入工件；如果刨臺因 sq6 發(fā)生故障而未反向，則 擋塊 4 將碰 sq1，迫使刨臺停止運(yùn)行；在反向過程中，sq6 復(fù)位。 圖圖 2 22 2 傳感器位置與工作行程示意圖傳感器位置與工作行程示意圖 (5)正常切削段 sq1 復(fù)位。刨臺升速為所要

20、求的切削速度。 重復(fù)上述過程。 4.輔助運(yùn)動(dòng)的工作特點(diǎn) 刀架的運(yùn)動(dòng) 龍門刨床的刀架 （1）垂直刀架 有兩個(gè)，裝在橫梁上，由同一臺電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，只能左右移動(dòng)。 （2）側(cè)刀架 有兩個(gè)，左右個(gè)一個(gè)，裝在立柱上，各自有一臺電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，只能 上下移動(dòng)。 對刀架運(yùn)動(dòng)的基本要求： （1）刀架既可以自動(dòng)進(jìn)給，也可以快速移動(dòng)，有進(jìn)刀箱上的機(jī)械手柄的位置來決 定。快速移動(dòng)與自動(dòng)進(jìn)給不能同時(shí)進(jìn)行。 （2）自動(dòng)進(jìn)給在每次刨臺后退結(jié)束時(shí)進(jìn)行，進(jìn)刀量的多少由機(jī)械結(jié)構(gòu)控制。 （3）在刨臺自動(dòng)循環(huán)時(shí)，刀架不能快速移動(dòng)。 （4）刀架的移動(dòng)都有限位控制。 刀架在切削完畢、返回之前，必須“抬刀” ，以免刨刀在返回過程中在工件上留下

21、劃痕，影響光潔度。抬刀動(dòng)作由抬刀電磁鐵來完成。 橫梁的運(yùn)動(dòng) 對橫梁控制的要求： （1）橫梁升降必需在刨臺不工作時(shí)才能進(jìn)行。 （2）橫梁上升和下降時(shí)都有限位控制：上限位防止與龍門頂相撞；下限位防止與 左、右刀架相撞。 （3）橫梁下降到所需位置時(shí)，應(yīng)有極短時(shí)間的反轉(zhuǎn)，以消除橫梁的絲桿與橫梁滑 塊螺母之間的間隙，防止橫梁歪斜。 （4）橫梁在移動(dòng)完了后都要夾緊，夾緊必須適度。 橫梁控制有兩臺電動(dòng)機(jī)： （1）橫梁移動(dòng)電動(dòng)機(jī) 用于控制橫梁的上、下移動(dòng)。 （2）橫梁夾緊電動(dòng)機(jī) 用于將橫梁夾緊在立柱上，橫梁夾緊的程度由電流繼電器 來控制：橫梁在夾緊過程中，電動(dòng)機(jī)的電流將逐漸增大，當(dāng)電流增大到一定程度時(shí)， 電流

22、繼電器動(dòng)作，夾緊運(yùn)動(dòng)停止。 橫梁移動(dòng)的控制過程： 在刨臺運(yùn)動(dòng)停止的前提下，按“橫梁上升” （或“橫梁下降” ）按鈕，則： （1）橫梁夾緊電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，開始放松； （2）放松完畢后，有行程開關(guān)發(fā)出信號，橫梁移動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，開始移動(dòng)； （3）到達(dá)所需位置后，松開“橫梁上升” （或“橫梁下降” ）按鈕； （4）如果橫梁是向下移動(dòng)的，則在松開按鈕后，橫梁移動(dòng)電動(dòng)機(jī)將短時(shí)間反轉(zhuǎn)， 反轉(zhuǎn)時(shí)間則由 plc 內(nèi)的計(jì)時(shí)器控制； （5）與此同時(shí)，橫梁夾緊時(shí)，電流繼電器動(dòng)作夾緊電動(dòng)機(jī)停止，橫梁移動(dòng)完畢。 可見，橫梁的控制電路是比較復(fù)雜的。 2.3 電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)和調(diào)速 2.3.1 電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng) b2012a 型龍門

23、刨床的主拖刨臺電動(dòng)機(jī)、左右刀架電動(dòng)機(jī)和垂直刀架電動(dòng)機(jī)都用變 頻起動(dòng)的。采用變頻調(diào)速，可以通過降低起動(dòng)時(shí)的頻率來減小起動(dòng)電流。同時(shí)，也可 通過逐漸增大頻率以減緩起動(dòng)過程，如在整個(gè)起動(dòng)過程中，使同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn) 差限制在一定的范圍內(nèi)，則起動(dòng)電流也將限制在一定的范圍內(nèi)，另一方面，也減小了 起動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，升速過程將能保持平穩(wěn)，減小對生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。 主電機(jī)的制動(dòng)、左右刀架電動(dòng)機(jī)和垂直刀架電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)都采用變頻制動(dòng)。變頻 制動(dòng)采用直流制動(dòng)，在大多數(shù)情況下，可以采用再生制動(dòng)方式來停止電動(dòng)機(jī)。但對于 某些要求快速制動(dòng)，而再生制動(dòng)又容易引起過電壓的場合，則應(yīng)加入直流制動(dòng)方式為 宜。有的負(fù)載雖然允許

24、制動(dòng)時(shí)間稍長一些，但因?yàn)閼T性較大而停不住，停止后有爬行 現(xiàn)象。這對于某些機(jī)械來說，是不允許的。龍門刨床的刨臺，爬行的結(jié)果將有可能使 刨臺滑出臺面，造成十分危險(xiǎn)的后果，因此必要加入直流制動(dòng)。直流制動(dòng)就是向定子 繞組內(nèi)通如直流電流，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生很強(qiáng)烈的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使拖動(dòng)系統(tǒng)快速停住，此外， 停住后，定子的直流磁場對轉(zhuǎn)子鐵心還有一定的吸住作用，以克服機(jī)械的爬行。 橫梁電動(dòng)機(jī)和油泵電動(dòng)機(jī)不需要頻繁制動(dòng)，所以可用手動(dòng)來操作。 另外，為了停機(jī)準(zhǔn)確，還可以與機(jī)械抱閘同時(shí)使用。 2.3.2 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 1.刨臺的調(diào)速 以 a 系列龍門刨床為例，其最低刨削速度是 4.5m/min，最高刨削速度是 90m/min

25、，調(diào)速范圍為 20。 為了提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，龍門刨床采取兩級齒輪變速箱變速的機(jī)電聯(lián)合調(diào)速 方法。即：45m/min 以下為低速擋，45m/min 以上位高速擋。 刨臺運(yùn)動(dòng)的負(fù)荷性質(zhì) 刨臺的計(jì)算轉(zhuǎn)速 25m/min，具體地說，則： 切削速度 vq25m/min，在這一速度段，由于受刨刀允許切削刀的限制，在調(diào)速過 程中負(fù)荷具有恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。 切削速度 vq25m/min，在這一速度段，由于受橫梁與立柱等機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制， 在調(diào)速過程中負(fù)荷具有恒功率性質(zhì)。其機(jī)械特性如圖 2-3 所示。 圖圖 23 刨臺運(yùn)動(dòng)的機(jī)械特性刨臺運(yùn)動(dòng)的機(jī)械特性 刨床對電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的要求： 龍門刨床在刨削過程中，由于工件

26、表面不平、工件材質(zhì)不均勻，以及工件內(nèi)部存 在砂眼等原因，負(fù)載轉(zhuǎn)矩可能發(fā)生變化。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)、 速變化越小越好，要求電動(dòng)機(jī)有較硬的機(jī)械特性。 龍門刨床把負(fù)荷變化時(shí)引起的轉(zhuǎn)速變化 nm與最低速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速 nol之比 稱為靜差度 s，即 snm/nol100% 。 龍門刨床對靜差度的要求是 s0.050.1 。 對靜差度的要求實(shí)際上也就是對電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬度的要求，即要求電動(dòng)機(jī)的機(jī) 械特性越硬越好。 2.刀架的變頻調(diào)速 由于變頻器能夠十分準(zhǔn)確地控制運(yùn)行頻率和升、降速時(shí)間，而 plc 又能夠準(zhǔn)確地 計(jì)時(shí)。因此，采用 plc 配合變頻調(diào)速來控制進(jìn)刀量，非但機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單了許多

27、，還能 提高控制進(jìn)刀量的精度。 2.3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 1.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 生產(chǎn)機(jī)械具有不同的轉(zhuǎn)速關(guān)系，要求電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與之相適應(yīng)。 2.電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能包括調(diào)速范圍，調(diào)速的平滑性，調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性（設(shè)備成本， 運(yùn)行效率等）諸方面，都應(yīng)該滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。調(diào)速范圍較大，調(diào)速要求平滑的 龍門刨床多選用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)。 3.經(jīng)濟(jì)性 a 系列龍門刨床的主運(yùn)動(dòng)在采用變頻調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)的容量可減小為原用直流電動(dòng) 機(jī)的 3/4，即 45kw 就已經(jīng)足夠。但考慮到異步電動(dòng)機(jī)在額定頻率以上時(shí)，盡管從發(fā)熱 的角度看，其有效轉(zhuǎn)矩具有恒功率的特點(diǎn)，但在高頻時(shí)其過載能力有

28、所下降，為留有 余地，選擇 55kw 的電動(dòng)機(jī)，其最高工作頻率定為 75hz， 一般來說，以選用變頻調(diào)速專用電動(dòng)機(jī)為宜。 主刨臺驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選用 y250m-4 型異步電動(dòng)機(jī)，主要額定數(shù)據(jù)如下： pmn=55kw，imn=105a，tmn=350.1n*m。 2.4 其他主要電器的選擇 1 空氣斷路器： qf1 iqn（1.31.4）128=166.4179.2（a） 選 iqn=170a qf2 iqn（1.31.4）9.7=12.6113.58（a） 選 iqn=15a qf3 iqn（1.31.4）5.5=7.157.7（a） 選 iqn=15a 2 接觸器： km1 ikn128a 選

29、ikn=160a km2 ikn9.7a 選 ikn=10a km5 ikn5.5a 選 ikn=10a。 3 3 b2012ab2012a 型龍門刨床電氣控制系統(tǒng)的型龍門刨床電氣控制系統(tǒng)的 plcplc 改造設(shè)計(jì)改造設(shè)計(jì) 3.1 可編程控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 為了適應(yīng)應(yīng)用 plc 實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的預(yù)期控制，就必須對控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析與 研究，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求提供有效的總體的控制方案與設(shè)計(jì)，在本節(jié)中主要介紹 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與基本控制模式的確定，下面根據(jù)近年來 plc 的應(yīng)用與發(fā)展情況 對此加以簡單的介紹。 3.1.1 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則與主要內(nèi)容 .設(shè)計(jì)的基本原則任何一

30、種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備 或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) plc 控制系統(tǒng) 時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： （1）plc 的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)要求之外，特別應(yīng)指出的是還應(yīng)重點(diǎn)考慮該 公司的產(chǎn)品技術(shù)支持和售后服務(wù)等情況，一般應(yīng)選擇在國內(nèi)特別是所設(shè)計(jì)系統(tǒng)本地有 著較為方便的技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)或較有實(shí)力的代理機(jī)構(gòu)的公司產(chǎn)品，同時(shí)應(yīng)盡量選擇主流 機(jī)型。 （2）最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究， 搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣設(shè)計(jì)方 案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。 （3）在滿足控制要求的

31、前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。 （4）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 （5）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 plc 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 2.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容plc 控制系統(tǒng)是由 plc 與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的， 用以完成預(yù)期的目的與相應(yīng)的控制要求。因此，plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以及提出的各種控制指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)預(yù)算，首先， 進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 根據(jù)控制要求基本確定數(shù)字 i/o 點(diǎn)和模擬量通道數(shù)，進(jìn)行 i/o 點(diǎn)初步分配，繪制 i/o 使用資源圖。 （1）進(jìn)行 plc 系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)，主要為 plc 的選擇，plc

32、是 plc 控制系統(tǒng)的核心 部件，正確選擇 plc，應(yīng)包括機(jī)型的選擇、電源模塊的選擇等。 （2）選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等） 、輸出設(shè)備 （繼電器、接觸器、信號燈執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對象（電動(dòng)機(jī)、電 磁閥等） ，這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其他的有關(guān)書籍中有介紹。 （3）設(shè)計(jì)控制程序在深入了解與掌握控制要求與主要控制的基本方式以及應(yīng) 完成的基本動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和連鎖等方面的情況之后。對較 復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可用狀態(tài)流程圖的形式全面地表達(dá)出來。必要時(shí)還可以將控制任務(wù) 分成幾個(gè)獨(dú)立部分，這樣可化繁為簡，有利于編程或調(diào)試。程序設(shè)

33、計(jì)主要包括繪制系 統(tǒng)控制流程圖、設(shè)計(jì)梯形圖、繪制語句表程序清單。 控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)的條件，是保證系統(tǒng)工作的安全、可靠的關(guān)鍵。因此， 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 3.1.2 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 在對一個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，最重要的工作就是深入了解和分析系統(tǒng)的控制 要求，只有這樣才可能提出正確的合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各個(gè)階段的設(shè)計(jì)任 務(wù)。 plc 程序設(shè)計(jì)的主要步驟是： （1）對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚的表明動(dòng)作的順 序和條件。對于簡單的控制系統(tǒng)，也可省去這一步。 （2）設(shè)計(jì)梯形圖。這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困

34、難的一步，要設(shè)計(jì)好梯 形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 （3）根據(jù)梯形圖繪制語句表清單。 （4）用編程器將程序鍵入到 plc 用戶程序存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確。 （5）對編程進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 （6）待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行連機(jī)調(diào)試。如不滿足要求，再修改 程序或檢查接線，直到滿足要求為止。 （7）編制技術(shù)文件。 （8）交付使用。 3.2 電氣控制軟硬件系的設(shè)計(jì) 對 b2012a 型龍門刨床的 plc 改造包括硬件電路與軟件的設(shè)計(jì)及器件的選擇等。 3.2.1 主電路圖及各元件說明 b2012a 型龍門刨床電氣原理圖中的各開關(guān)

35、及各功能如下：由電源總開關(guān) km11 來控 制電路的總電源?？傠娐吩O(shè)有過載保護(hù) fu7，用來在電路電流過大時(shí)熔斷進(jìn)行保護(hù)。在 整個(gè)系統(tǒng)中對于七個(gè)電機(jī)分別都設(shè)有熱繼電器 fr1、fr2、fr3、fr4、fr5、fr6、fr7 來防止電機(jī)發(fā)熱。 刨臺電機(jī)、左右刀架電機(jī)和垂直刀架電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)都用變頻器來完成。 橫梁升降和橫梁夾緊電機(jī)由于橫梁移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量較大，且橫梁移動(dòng)對調(diào)速的要求 不高，故一般情況下，從降低改造成本考慮，可不采用變頻調(diào)速故其起動(dòng)依靠 plc 來 控制，制動(dòng)采用反接制動(dòng)方式。 油泵電動(dòng)機(jī)是小功率電動(dòng)機(jī)，也不需要調(diào)速，可以直接起動(dòng)和制動(dòng)。用一個(gè)接觸 器來控制其起制動(dòng)。主電路

36、電氣原理圖如圖 3-1。主要電器元件見表 3-1。 表表 3-13-1 電器元件表電器元件表 符 號 名稱型號規(guī)格用途數(shù) 量 m1 電動(dòng)機(jī) y250m-4 55kw 1480r/min 刨臺拖動(dòng) 1 m2 電動(dòng)機(jī) y90l-4 1.5kw 1400r/min 左刀架拖動(dòng) 1 m3 電動(dòng)機(jī) y90l-4 1.5kw 1400r/min 右刀架拖動(dòng) 1 m4 電動(dòng)機(jī) y90l-4 1.5kw 1400r/min 垂直刀架拖動(dòng) 1 m5 電動(dòng)機(jī) y802-4 0.75kw 1390r/min 橫梁夾緊、放 松 1 m6 電動(dòng)機(jī) y100l1-4 3.0kw1430r/min 橫梁升降 1 m7 電動(dòng)

37、機(jī) jcl22-4 0.25kw 1410r/min 泵油 1 fr1 熱繼電器 jr15-150/2 110a 380v m1 過載保護(hù) 1 fr2 熱繼電器 jr15-10 4.5a 380v m2 過載保護(hù) 1 fr3 熱繼電器 jr15-10 4.5a 380v m3 過載保護(hù) 1 fr4 熱繼電器 jr15-10 4.5a 380v m4 過載保護(hù) 1 fr5 熱繼電器 jr15-10 4.5a 380v m5 過載保護(hù) 1 fr6 熱繼電器 jr15-10 7.2a 380v m6 過載保護(hù) 1 fr7 熱繼電器 jr15-10 3a 380v m7 過載保護(hù) 1 km1 接觸器

38、cj10-150 150a 380v uf1 通/斷電 1 km2 接觸器 cj10-10 10a 380v uf2 通/斷電 1 表表 3-13-1 電器元件表（續(xù)電器元件表（續(xù)） 符號名稱型號規(guī)格用途數(shù) 量 km3 接觸器 cj10-10 10a 380v m2 電機(jī)通/斷電 1 km4 接觸器 cj10-10 10a 380v m3 電機(jī)通/斷電 1 km5 接觸器 cj10-10 10a 380v uf3 通/斷電 1 km6 接觸器 cj10-5 5a 380v m5 正轉(zhuǎn) 1 km7 接觸器 cj10-5 5a 380v m5 反轉(zhuǎn) 1 km8 接觸器 cj10-10 10a 38

39、0v m6 正轉(zhuǎn) 1 km9 接觸器 cj10-10 10a 380v m6 反轉(zhuǎn) 1 km10 接觸器 cj10-5 5a 380v m7 通/斷電 1 km11 接觸器 cj12-250 250a 380v 電源總開關(guān) 1 qf1 空氣開關(guān) dzx10 200a 380v 隔斷電源 1 qf2 空氣開關(guān) dz5 20a 380v 隔斷電源 1 qf3 空氣開關(guān) dz5 20a 380v 隔斷電源 1 qf4 空氣開關(guān) dz5 20a 380v 隔斷電源 1 qf5 空氣開關(guān) dz5 20a 380v 隔斷電源 1 qf6 空氣開關(guān) dz5 20a 380v 隔斷電源 1 qf7 空氣開關(guān)

40、dz10 250a 380v 隔斷電源 1 fu1 熔斷器 rl1-200 200a 380v 刨臺主拖電路保 險(xiǎn) 3 fu2 熔斷器 rl1-60 20a 380v 左右刀架電路保 險(xiǎn) 3 fu3 熔斷器 rl1-15 10a 380v 垂直刀架電路保 險(xiǎn) 3 fu4 熔斷器 rl1-15 4a 380v 橫梁松緊電路保 險(xiǎn) 3 fu5 熔斷器 rl1-15 15a 380v 橫梁電路保險(xiǎn) 3 fu6 熔斷器 rl1-15 4a 380v 油泵電路保險(xiǎn) 3 fu7 熔斷器 rl1-200 200a 380v 總電路保險(xiǎn) 3 uf1 變頻器安川 cimr-g7am1 的變頻調(diào)速 1 uf2 變

41、頻器森蘭 sb60 6.4kva 9.7am2、m3 的變頻調(diào) 速 1 uf3 變頻器森蘭 sb60 3.6kva 2.2am4 的變頻調(diào)速 1 sb1-sb24 按鈕開關(guān) la2 手動(dòng)開關(guān) 21 sq1-sq25 行程開關(guān) lx19-131 作限位開關(guān)使用 25 kap 電流繼電器定做夾緊故障保護(hù) 1 信號燈信號燈 zsd-38 8w 信號指示 8 m mm m mmm 油泵電機(jī) 橫梁升降橫梁夾緊垂直刀架左右刀架刨臺主拖 qf1 km1 kf1 ka1 ka2 fr1 fr2fr3 ka3 ka4 kf2 km2 qf2 fu1fu2 qf3 fu3 km5 km3km4 fr4 ka5 k

42、a6 qf4 fu4 km6km7 fr5fr6fr7 qf6 fu6 km10 km8km9 qf5 fu5 kf3 km11fu7qf7 r s t u v w fwd revu v w rts fwdrevrevfwdu v w r s t uf1uf2uf3 1 3 23 4 567 3 33 333 圖圖 3-13-1 主電路電氣原理圖主電路電氣原理圖 3.2.2 變頻器的選型 1.采用變頻調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)： （1）減小了靜差度 由于采用了反饋的矢量控制，電動(dòng)機(jī)調(diào)速后的機(jī)械特性很“硬” ，靜差度可小于 3%。 （2）具有轉(zhuǎn)矩限制功能 下垂特性是指在電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載時(shí)，能自動(dòng)地將電流限制在

43、一定范圍內(nèi)，即使堵 轉(zhuǎn)，也能將電流限制住。新系列的變頻器，都具有“轉(zhuǎn)矩限制”功能，十分方便。 （3） “爬行”距離容易控制 各種變頻器在有采用反饋矢量控制的情況下，一般都具有“等速轉(zhuǎn)矩” ，即使工作 變頻是 0hz，也有足夠大的轉(zhuǎn)矩，使負(fù)載的轉(zhuǎn)矩為 0r/min。從而可有效的控制刨臺的 爬行距離，使刨臺不越位。 （4）節(jié)能效果可觀 拖動(dòng)系統(tǒng)的簡化使附加損失大為減少；更兼采用變頻調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩 線十分貼近負(fù)載的機(jī)械特性，進(jìn)一步提高了電動(dòng)機(jī)的效率。所以，節(jié)能效果是十分可 觀的。 2.主拖變頻器的型號選擇 考慮到，龍門刨床本身對機(jī)械特性的硬度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的要求較高，近年來， 龍門刨床常常

44、和銑削或磨削兼用，而銑削或磨削時(shí)的進(jìn)刀速度約只有刨削時(shí)的百分之 一，故要求拖動(dòng)系統(tǒng)具有良好的低速運(yùn)行性能。 今選用日本安川公司生產(chǎn)的 cimr-g7a 系列變頻器，其逆變電路由于采用了三電平 控制方式，因而具有如下主要優(yōu)點(diǎn)： （1）減少了對電動(dòng)機(jī)絕緣材料的沖擊； （2）減少了由載波頻率引起的干擾； （3）減少了漏電流。 除此以外，即使在無反饋矢量控制的情況下，也能在 0.3hz 時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到額 定轉(zhuǎn)矩的 150%。 所以，選用“無反饋矢量控制”的控制方式也已經(jīng)足夠了。 3.變頻器的容量 變頻器的容量只需要和配用的電動(dòng)機(jī)容量相符即可。 主拖電動(dòng)機(jī)為 55kw，則變頻器選 98kva，額定電流

45、為 128a， 4 刀架變頻器型號的選擇 （1）刀架的變頻調(diào)速 由于變頻器能夠十分準(zhǔn)確地控制運(yùn)行頻率和升、降速時(shí)間，而 plc 又能夠準(zhǔn)確地 計(jì)時(shí)。因此，采用 plc 配合變頻調(diào)速來控制進(jìn)刀量，非但機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單了許多，還能 提高控制進(jìn)刀量的精度。 （2）刀架電動(dòng)機(jī)的容量 三臺刀架電動(dòng)機(jī)的容量都是 1.5kw。 （3）刀架電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特點(diǎn) 刀架的移動(dòng)都是在不切削時(shí)進(jìn)行的，因此，刀架電 動(dòng)機(jī)的負(fù)荷大小是比較恒定的。如果更換了刨刀，則更換前后，負(fù)荷的大小將有所變 化，但變化也很小。此外，刀架電動(dòng)機(jī)的負(fù)載屬于短時(shí)負(fù)載，在工作期間，電動(dòng)機(jī)的 發(fā)熱將達(dá)不到穩(wěn)定溫升，因此，電動(dòng)機(jī)可能是在過載狀態(tài)下運(yùn)行。 （

46、4）變頻器型號的選擇 由于刀架電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷變化不大，故即使是 v/f 控制方 式也能滿足要求，選擇變頻器時(shí)應(yīng)主要考慮經(jīng)濟(jì)因素，所以選用國產(chǎn)的森蘭 sb60 系列 變頻器。 （5）刀架電動(dòng)機(jī)的容量的選擇 考慮到刀架電動(dòng)機(jī)可能工作在過載狀態(tài)下，故變 頻器的容量宜適當(dāng)加大。垂直刀架用變頻器選 3.6kva（配 2.2kw 電動(dòng)機(jī)） 、5.5a 的變 頻器；而左右刀架用變頻器則選用 6.4kva、9.7 啊（配 3.7kw 電動(dòng)機(jī)） 。 3.2.3 plc 控制系統(tǒng)硬件的配置選擇 隨著 plc 控制的普及與應(yīng)用，plc 產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多，而且功能也日趨完 善。近年來，從美國、日本、德國等國引進(jìn)

47、的 plc 產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的 產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列，上百種型號。因此，plc 的種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、 指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有自己的特點(diǎn)，實(shí)用場合也各有側(cè)重。因此，合理選 擇 plc，對于提高 plc 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。 選擇恰當(dāng)?shù)?plc 產(chǎn)品去控制一臺機(jī)器或一個(gè)過程時(shí)，不僅應(yīng)考慮應(yīng)用系統(tǒng)目前需 求，還應(yīng)考慮到那些包含于工廠未來發(fā)展目標(biāo)的需要。如果能考慮到未來的發(fā)展將會(huì) 用最小的代價(jià)對系統(tǒng)進(jìn)行革新和增加新功能。若考慮周到，則存儲(chǔ)器的擴(kuò)充需求也許 只要再安裝一個(gè)存儲(chǔ)器模塊即可滿足；如果具有可用的通訊口就能滿足增加一個(gè)外圍 設(shè)備的需要。對局域網(wǎng)

48、的考慮可允許在將來將單個(gè)控制器集成一個(gè)廠級通信網(wǎng)。若未 能合理估計(jì)現(xiàn)在和將來的目標(biāo)，plc 控制系統(tǒng)也會(huì)很快變?yōu)椴贿m宜的和過時(shí)的。 1. plc 機(jī)型的選擇 對于工業(yè)過程比較固定，環(huán)境條件較好的場合，往往選用整體式的 plc 機(jī)型為好。 反之，應(yīng)考慮選用模塊單元式機(jī)型。機(jī)型選擇的基本原則是在功能滿足要求的前提下， 保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的功能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的要求： （1）性能與任務(wù)相適應(yīng)。 對于開關(guān)量的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對控制速度要求不高如小 型泵的順序控制、單臺機(jī)械的自動(dòng)控制等時(shí)，可選用小型 plc 就能滿足要求。 對于以開關(guān)量控制為主，帶有部分模擬量的控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如工

49、業(yè)生產(chǎn)中遇到 的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有 a/d 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊 和帶 d/a 轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變壓器和驅(qū)動(dòng)裝置，并且選擇 運(yùn)算功能較強(qiáng)的小型 plc。特別應(yīng)提出的，西門子公司的 s7-200 系列的微型 plc 在進(jìn) 行小型數(shù)字模擬混合系統(tǒng)控制時(shí)具有較高的性能價(jià)格比，實(shí)施起來也較為方便。 對于比較復(fù)雜、控制系統(tǒng)功能要求較高的，如需要 pid 調(diào)節(jié)、閉環(huán)控制、通信連 網(wǎng)等功能時(shí)，可選用中大型 plc。西門子公司的 s7-300、s7-400 等產(chǎn)品。 （2） plc 的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求。 plc 工作時(shí)，從輸入信號到輸出 控制存

50、在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在 12 掃描周期之后才能反映到輸出 端，這對于一般的工業(yè)控制是允許的。但有些設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求很高，不允許有較大 的滯后時(shí)間。通常 plc 的 i/o 點(diǎn)數(shù)在幾十到幾千點(diǎn)范圍內(nèi)，用戶應(yīng)用程序的長短也有 較大的差別，但滯后時(shí)間一般應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)（相當(dāng)于普通繼電器的動(dòng)作時(shí)間） 。 （3）plc 機(jī)型盡可能統(tǒng)一。 一個(gè)大型企業(yè)，應(yīng)盡量做到機(jī)型的統(tǒng)一。因?yàn)橥?機(jī)型的 plc，其模塊可以互為備用，便于備品備件的采購和管理，這不僅使模塊的通用 性好，減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，也給擴(kuò)展系統(tǒng)升級留有余地； 其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)

51、、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；其 外部設(shè)備通用，資源可共享。 （4）指令系統(tǒng)。 由于 plc 應(yīng)用的廣泛性，各機(jī)型具備的指令系統(tǒng)也各不相同。 應(yīng)做合理選擇。 （5）機(jī)型的其他考慮。在考慮上述性能后，還要根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)際，考慮其他 因素。這些因素包括： 性能價(jià)格比，備品備件的統(tǒng)一考慮，技術(shù)支持。 鑒于以上的各方面，b2012a 型龍門刨床的 plc 應(yīng)選用 s7-200 或 s7-300 的機(jī)型。 2. plc 容量估算 plc 容量包括兩個(gè)方面：一是 i/o 的點(diǎn)數(shù)，二是用戶存儲(chǔ)器容量。 （1）i/o 點(diǎn)數(shù)的估算在設(shè)計(jì)過程中選用 plc，除滿足工藝過程控制的要求外， 還要留有適當(dāng)?shù)脑Ａ恳宰鰝溆?/p>

52、?？紤]到價(jià)格的因素，通常存儲(chǔ)器容量一般可按實(shí)際需 要的 25%考慮裕量。i/o 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量，目前 i/o 點(diǎn)的價(jià)格平均每點(diǎn)為 90-120 元，如果備用 i/0 點(diǎn)的數(shù)據(jù)太多就會(huì)使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信 號的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到 i/o 點(diǎn)數(shù)今后調(diào)整或擴(kuò)充，可按實(shí)際需要的 1015%考慮裕量。 b2012a 型龍門刨床的 plc 輸入點(diǎn)數(shù)54110%約為 62 點(diǎn)。 b2012a 型龍門刨床的 plc 輸出點(diǎn)數(shù)35110%約為 40 點(diǎn)。 （2）用戶存儲(chǔ)器容量估算用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素（如 i/o 的 點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等）有關(guān)存儲(chǔ)器容量的

53、選擇一般有兩種方法： 1）根據(jù)編程實(shí)際使用的結(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算。這種方法可精確的計(jì)算佃戶存儲(chǔ)器實(shí)際使用 容量，缺點(diǎn)是要編完程序之后才能計(jì)算。 2）估算法。 用戶根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按下面的公式進(jìn)行估算。 開關(guān)量輸入：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)輸入點(diǎn)數(shù) 開關(guān)量輸出：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)輸出點(diǎn)數(shù) 定時(shí)器計(jì)數(shù)器：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)定時(shí)器數(shù)量計(jì)數(shù)器數(shù)量2 模擬量：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)模擬量通道數(shù)100 通信接口：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)接口個(gè)數(shù)300 根據(jù)存儲(chǔ)器的總字?jǐn)?shù)再加上一個(gè)備用量。 生產(chǎn)企業(yè)通常為其每個(gè)產(chǎn)品提供一條經(jīng)驗(yàn)法則公式，可用于對存儲(chǔ)器容量做近似 估計(jì)。這個(gè)公式是將 i/o 的總數(shù)乘以一個(gè)常數(shù)（常數(shù)通常在 3 到 8 之間?。?。

54、 3. plc 輸入輸出模塊的選擇 1.）輸人模塊的選擇 輸人模塊的作用是接收現(xiàn)場的輸入信號，并將輸人的高電平信號轉(zhuǎn)換 plc 內(nèi)部的 低電平信號。選擇輸人模塊應(yīng)注意: (1)電壓的選擇:輸入模塊的種類，按電壓分類有直流 5v/12v/24v/48v/60v;交流 115 v/220v.選擇時(shí)一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備和模塊這間的距離來考慮電壓等級。 5v,12v,24v 屬低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如 5v 模塊最遠(yuǎn)不得超過 10 米，距離越 遠(yuǎn)選用的模塊的電壓等級就越高。 (2)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù):高密度的輸人模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸人電壓和環(huán)境溫 度。一般來講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超過輸人點(diǎn)數(shù)的

55、60%. (3)門檻電平:為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，必須考慮門檻電平的大小。門檻電平 越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)，但價(jià)格較貴。 2.）輸出模塊的選擇 選擇輸出模塊應(yīng)注意從輸出方式、輸出電流、同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)綜合考慮來選擇。 4. b2012a 型龍門刨床的 plc 選擇 鑒于設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場工作的需要，本刨床的 plc 選擇西門子公司的 s7-200，cpu 選 擇 cpu224。 5. plc 的外部輸入輸出及其說明 (1)、輸入 開始按鈕，即為起動(dòng)按鈕，當(dāng)工件被安好后需要加工時(shí)，按下此按鈕進(jìn)入選位和 加工過程。 主電機(jī)正反轉(zhuǎn)按鈕用于控制主電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)刨臺刨削方向，主要用于手動(dòng)程序 （

56、略） 。 緊急停車按鈕，用于任何工作狀態(tài)時(shí)緊急停車使用，以提高加工的安全性，相當(dāng) 于中斷。 變頻器起動(dòng)按鈕給變頻器一個(gè)動(dòng)作命令。 熱繼電器 fr1、fr2、fr3、fr4、fr5、fr6 串聯(lián)，以保證主電機(jī)、左右刀架電機(jī)、 垂直刀架電機(jī)和油泵泵電機(jī)任何一臺發(fā)熱時(shí)切斷電源。保證加工的安全性。fr7 串聯(lián)， 保護(hù)主拖供電系統(tǒng)。 主刨臺還設(shè)定了一系列的行程開關(guān)上、下、左、右、前、后用來做工作臺的限位 用。 運(yùn)行行程開關(guān) 6 個(gè)，前極限位 1，后極限位 1。用于加工時(shí)，快慢速切換以及用限 位開關(guān)起制動(dòng)各電機(jī)。增加自動(dòng)化程度。 uf1 是主刨臺所用的變頻器，uf2 是左、右刀架共用的變頻器，uf3 是垂

57、直刀架用 變頻器；可以用一個(gè)三位切換開關(guān) sa1 來控制，sa1 的三個(gè)位置分別是：左刀架、右刀 架和左右刀架同時(shí)移動(dòng)。正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是控制電機(jī)的運(yùn)行方向。 sb6 和 sb7 是控制變頻器 uf1 的按鈕開關(guān)，sb8 和 sb9 是控制 uf2 的按鈕開關(guān), sb12 和 sb13 是控制變頻器 uf3 的按鈕開關(guān)。 kf1、kf2 和 kf3 分別是 uf1、uf2 和變頻器 uf3 的故障信號。 左右刀架和垂直刀架都有相應(yīng)的行程開關(guān)來限制刀架的運(yùn)行，防止越位出現(xiàn)事故。 由于橫梁移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量較大，且橫梁移動(dòng)對調(diào)速的要求不高，故一般情況下， 從降低改造成本考慮，可不采用變頻調(diào)速。但如果采用

58、plc 控制，則控制電路可以大 為簡化。電流繼電器 kap 用語控制橫梁的夾緊程度；形成開關(guān) sq25 用于反映橫梁的放 松狀態(tài)，當(dāng)橫梁放松完畢后，sq25 閉合，允許橫梁移動(dòng)。 sb20 和 sb21 是油泵的按鈕開關(guān)，kf4 是油泵的故障開關(guān)。 (2)、輸出定義 q0.0、q0.1、q0.2 分別控制 uf1 變頻器的外接輸入端子的不同組合 q0.3 控制繼電器 km1，用來給 uf1 變頻器供電。 q0.4 控制繼電器 ka1，用來控制主拖刨臺電機(jī)正轉(zhuǎn)。 q0.5 控制繼電器 ka2，用來控制主拖刨臺電機(jī)反轉(zhuǎn)。 q0.6 控制 uf1 變頻器通電指示。 q0.7 控制 uf1 變頻器故障

59、信號。 q1.1、q1.2、q1.3 分別控制 uf2 變頻器的外接輸入端子的不同組合 q1.4 控制繼電器 km2，用來給 uf2 變頻器供電 q1.5 控制繼電器 ka3，用來控制左右刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)。 q1.6 控制繼電器 ka4，用來控制左右刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)。 q1.7 控制繼電器 km3，用來控制右刀架電機(jī)。 q2.0 控制繼電器 km4，用來控制左刀架電機(jī)。 q2.1 控制 uf2 變頻器通電指示。 q2.2 控制 uf2 變頻器故障信號。 q2.4、q2.5、q2.6 分別控制 uf3 變頻器的外接輸入端子的不同組合 q2.7 控制繼電器 km5，用來給 uf3 變頻器供電。 q3.0

60、控制繼電器 ka5，用來控制垂直刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)。 q3.1 控制繼電器 ka6，用來控制垂直刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)。 q3.2 控制 uf3 變頻器通電指示。 q3.3 控制 uf3 變頻器故障信號。 q3.4 控制抬刀繼電器 kve，用來控制刀頭活動(dòng)。 q3.5 控制繼電器 km6，用來控制橫梁夾緊電機(jī)的正轉(zhuǎn)。 q3.6 控制繼電器 km7，用來控制橫梁夾緊電機(jī)的反轉(zhuǎn)。 q3.7 控制繼電器 km8，用來控制橫梁升降電機(jī)的正轉(zhuǎn)。 q4.0 控制繼電器 km9，用來控制橫梁升降電機(jī)的反轉(zhuǎn)。 q4.1 控制繼電器 km10，用來給油泵電機(jī)供電。 q4.2 控制油泵故障信號。 q4.3 控制繼電器 km11，