軋輥磨床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、軋輥磨床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要 軋輥磨床是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一種重要設(shè)備，它用于磨削各種具有中凸度或中凹度的軋輥。普通軋輥磨床，其曲線的生成過程大部分都是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)來控制的，由于其加工的軋輥輪廓曲線類型少，加工的軋輥輪廓曲線精度低，改變加工曲線參數(shù)困難，已經(jīng)不能滿足目前產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。近年來，由于冶金、造紙、橡膠、塑料以及印染業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)軋輥磨削的技術(shù)要求也日趨提高。隨著數(shù)控技術(shù)的普及和應(yīng)用，為了適應(yīng)軋輥磨削精密化、高效化和自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也為了適應(yīng)用戶需求和市場(chǎng)的變化，開發(fā)數(shù)控軋輥磨床將很有必要。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，基于IPC機(jī)的開放式數(shù)控系

2、統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前數(shù)控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。為了解決工業(yè)生產(chǎn)中軋輥磨削這一難題，結(jié)合軋輥磨床的特點(diǎn)和當(dāng)前開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，本文構(gòu)建了一種以PC機(jī)為基礎(chǔ)，以PLC為核心的開放式軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng),并對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和軟件體系進(jìn)行了研究。根據(jù)軋輥磨床的特點(diǎn)和軋輥磨削所要實(shí)現(xiàn)的功能，該軋輥磨床的數(shù)控系統(tǒng)能夠控制以下幾個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)：縱向的Z軸運(yùn)動(dòng)，橫向的X軸運(yùn)動(dòng)，中高機(jī)構(gòu)中偏心套的C軸運(yùn)動(dòng)，測(cè)量裝置的X1和X2軸運(yùn)動(dòng)，工件的轉(zhuǎn)動(dòng)和砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。關(guān)鍵詞: 軋輥磨床，電氣控制，可編程序控制器，全數(shù)字直流調(diào)速裝置Electrical Control System of the Roll GrinderAbst

3、ractThe roll grinder is indispensable important equipment in the industry, which grinds all kinds of dished or convex roller. For general roll grinder, its curves are mostly made by machinery structure. Due to its contour curves are few precision is low and changing of curve parameters is difficult,

4、 general roll grinder cannot satisfy the need of product-manufacturing at present. With the rapid development of metallurgy, paper making, latex, plastic, printing and dyeing in the recent years, the technical need for roller grinding is being increased. With the popularization and application of Ca

5、in order to accommodate the development trend of the precision, efficiency and autoimmunization of roller grinding and to meet consumers need and market change, it is necessary to develop a NC roll grinder. Moreover, with the development of computer science and micro-electronics, IPC-based open NC s

6、ystem has been an important direction of NC. To solve the difficult problem of roller grinding in manufacturing industry，considering the characteristics of roll grinder and the development trend of open NC system, an open NC system of roll grinder based on PC and PLC is put forward, and both its har

7、dware and software are studied. According to the characteristics and realized function of the roller grinding, the NC system of the roll grinder can control the movements of Z-axis-axis, C-axis, X1-axis and X2-axis, workpieces running and grinder wheels running.Key words: Roll Grinder，Electrical Con

8、trol，PLC，Total Digital Adjustable-speed Device目 錄1.1 本論文的背景及研究的意義11.1.1 軋輥磨床的特點(diǎn)11.1.2 軋輥磨床的發(fā)展趨勢(shì)21.1.3 軋輥磨床電氣控制改造的必要性21.2 軋輥磨床控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)31.3 本論文的主要工作42.1 PLC的產(chǎn)生和特點(diǎn)及其發(fā)展動(dòng)向52.1.1 PLC的產(chǎn)生52.1.2 PLC的定義52.1.3 PLC的特點(diǎn)622 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理82.2.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)82.2.2 PLC的基本工作原理92.2.3 PLC的主要功能102.3 PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟112.4 PLC的選型

9、原則123.1 直流調(diào)速電機(jī)133.2 直流調(diào)速裝置133.2.1 直流調(diào)速裝置特點(diǎn)133.2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)在軋輥磨床上的應(yīng)用133.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)143.2.4 調(diào)試中注意事項(xiàng)144.1 軋輥磨床電氣控制系統(tǒng)改造的必要性164.2 磨床電氣系統(tǒng)的配置164.3 軋輥磨床系統(tǒng)組成174.4 控制方案174.5 軋輥磨床的電機(jī)控制原理185 控制系統(tǒng)PLC程序與運(yùn)動(dòng)程序設(shè)計(jì)205.1 PLC程序簡(jiǎn)介205.2 PLC各功能的實(shí)現(xiàn)205.3 PLC I/O 端口分配和實(shí)現(xiàn)程序215.3.1 根據(jù)各部分功能的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)PLC I/O 端口分配如下：215.3.2 磨床系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制軟件設(shè)計(jì)245

10、.4 磨床電氣控制系統(tǒng)的主回路原理圖266.1 組態(tài)王軟件介紹29 組態(tài)王（Kingview）軟件概述29 組態(tài)王的使用296.2 組態(tài)畫面設(shè)計(jì)31 建立一個(gè)新的工程31 建立新畫面并繪制各種圖素32 定義外部設(shè)備33 定義變量34 畫面的動(dòng)畫連接366.3 程序與組態(tài)的運(yùn)行與調(diào)試38結(jié) 論39附錄A PLC軟件程序40參考文獻(xiàn)48致 謝491 緒論1.1 本論文的背景及研究的意義軋輥磨床是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一種重要生產(chǎn)設(shè)備，它主要用于磨削軋制機(jī)中的各種具有中凸度或中凹度的圓柱體軋輥。軋輥的中凸度或中凹度是為了在軋制過程中消除軋制件對(duì)于軋輥的作用力所產(chǎn)生的變形和熱膨脹變形，以保證在軋制過程中

11、軋輥間等間隙，使軋制件沿寬度方向等厚。軋輥磨床具有外圓磨床的特點(diǎn)，但這類磨床的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理都比一般的外圓磨床復(fù)雜，它除了能磨削一般的圓柱體工件（平輥）外，還要求能夠磨削具有中凸度或中凹度的軋輥。因此，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)相對(duì)比較復(fù)雜，除要求砂輪與工件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還要求二者在作縱向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，作一定的徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為了形成這樣的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，機(jī)床具有一個(gè)較復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致磨床的機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 軋輥磨床的特點(diǎn)軋輥磨床的結(jié)構(gòu)形式有工作臺(tái)移動(dòng)式和砂輪架移動(dòng)式兩種。若被磨工件的直徑小于630(750mm)時(shí)，一般采用工作臺(tái)移動(dòng)式結(jié)構(gòu)布局；若被磨工件直徑大于630(750mm)時(shí)，則采用砂輪架移動(dòng)式結(jié)構(gòu)布

12、局。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上軋輥磨床與其它磨床相比，其顯著的特點(diǎn)是它具有一個(gè)中高機(jī)構(gòu)，軋輥上的輪廓曲線是通過軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。國(guó)外軋輥磨床上的中高機(jī)構(gòu)有多種不同的結(jié)構(gòu)形式，其中使用最廣泛的是凸輪杠桿機(jī)構(gòu)，采用機(jī)械結(jié)構(gòu)的中高機(jī)構(gòu)雖能滿足軋輥輪廓的精度要求，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，調(diào)整麻煩，而且砂輪架大多為三層結(jié)構(gòu)，剛性較差。為此，國(guó)外有些軋輥磨床制造廠家都在各自的產(chǎn)品中對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并引進(jìn)了CNC設(shè)備。例如納索斯·烏尼恩公司軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)采用偏心套的機(jī)構(gòu)形式。該偏心套軸承與主軸軸線偏心。采用CNC控制中高磨削時(shí)，中高機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)為連續(xù)軌跡控制。磨削時(shí)將軋輥中高長(zhǎng)度編入程序。而

13、中高量則采用電機(jī)或機(jī)械方式通過杠桿機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)。該中高機(jī)構(gòu)適用于磨削具有多種不同曲線特性的軋輥，如：正弦曲線，拋物線以及CVC曲線等。所有這些曲線參數(shù)均可在限定范圍內(nèi)輸入程序。東芝機(jī)械公司KWAC型軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)，取消了由中高凸輪驅(qū)動(dòng)砂輪架繞支點(diǎn)擺動(dòng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，采用了由控制裝置通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪架進(jìn)給絲杠直接進(jìn)給實(shí)現(xiàn)中高磨削，操作鍵盤即可得到設(shè)定的中高量，無需更換凸輪和交換齒輪，以及調(diào)整杠桿間距，縮短了輔助時(shí)間。此外，還將原來由撞塊控制拖板縱向行程和換向，改為鍵盤輸入控制，操作極為方便，特別是一臺(tái)機(jī)床上磨削多種規(guī)格軋輥時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)更為顯著。瓦德里希·濟(jì)根公司的軋輥磨床的中高機(jī)構(gòu)

14、也已采用CNC機(jī)構(gòu)。 軋輥磨床的發(fā)展趨勢(shì)近年來，由于冶金、造紙、橡膠、塑料以及印染業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)軋輥磨削的技術(shù)要求也日趨提高。目前，軋輥?zhàn)畲竽ハ髦睆揭堰_(dá)2.4米，工件最大重量達(dá)150噸。為了適應(yīng)用戶需求的變化，國(guó)外軋輥磨床制造廠在70年代末和80年代初，相繼對(duì)各自的產(chǎn)品進(jìn)行了更新，改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)性能、增添自動(dòng)測(cè)量裝置、開發(fā)高性能的自動(dòng)磨削控制裝置等。隨著CNC技術(shù)的普及和應(yīng)用，為了適應(yīng)軋輥磨削精密化、高效化和自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)了CNC軋輥磨床，它們具有下面的特點(diǎn)： 產(chǎn)品系列化和設(shè)計(jì)模塊化當(dāng)代國(guó)外軋輥磨床制造廠大都具備完備的系列化產(chǎn)品，機(jī)床采用模塊化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，使軋輥磨床制造技術(shù)達(dá)

15、到密集化水平。 磨削精度和加工效率要求高軋輥磨床不斷發(fā)展的最終目的是提高磨削精度和加工效率。當(dāng)代國(guó)外軋輥磨床的磨削圓度一般可達(dá)0.0020.005mm，圓柱度（每米）0.0020.003mm，中高精度0.0020.003mm（半徑上的中高量為0.1mm）,表面粗糙度Ra 0.0250.25mm。軋輥的廓形除能磨削正弦曲線外，還可磨削任意曲線，如拋物線、CVC曲線、用戶自定義的特殊曲線等。軋輥磨削的砂輪線速度一般為4050m/s,最高可達(dá)60m/s，據(jù)日本東芝機(jī)械公司資料介紹，高速磨削與普通速度磨削相比，磨削比提高了23倍，而磨削率并沒有降低。 測(cè)量與磨削的自動(dòng)化軋輥磨削自動(dòng)化的關(guān)鍵之一是解決工

16、件的自動(dòng)測(cè)量。東芝機(jī)械公司開發(fā)的圓板式直徑測(cè)量?jī)x，脈沖編碼儀與圓板裝在同一軸上，圓板與軋輥接觸，通過計(jì)算脈沖數(shù)測(cè)知工件大小。由于圓板在磨削過程中與軋輥連續(xù)接觸而產(chǎn)生磨損，故設(shè)有補(bǔ)償裝置，按一定比例增加脈沖數(shù)以補(bǔ)償圓板直徑磨損量。該直徑測(cè)量?jī)x的測(cè)量誤差為0.02mm。CNC技術(shù)與自動(dòng)磨削循環(huán)當(dāng)代國(guó)外軋輥磨床已普遍引進(jìn)CNC技術(shù)，賦予機(jī)床MDI編程，CRT顯示，自動(dòng)測(cè)量、智能故障診斷以及其它先進(jìn)功能，操作者可通過人機(jī)對(duì)話的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)磨削循環(huán)。 軋輥磨床電氣控制改造的必要性以前使用的普通軋輥磨床，其曲線的生成過程大部分都是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)來控制的，已經(jīng)不能滿足目前產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，主要存在以下幾個(gè)方面的

17、問題： 加工的軋輥輪廓曲線類型少，只能加工正弦或者余弦曲線，不能加工常用的錐形曲線和用戶自定義的曲線。 加工的軋輥輪廓曲線的精度低，為了產(chǎn)生軋輥表面的輪廓曲線，要求在橫向和縱向進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，通過機(jī)械方式來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)。經(jīng)過長(zhǎng)期的磨損，傳動(dòng)精度低，導(dǎo)致加工精度的降低。 電氣系統(tǒng)老化，經(jīng)常需要停機(jī)維修，在機(jī)械傳動(dòng)鏈中，過多使用電磁離合器，在加工中需要經(jīng)常改變運(yùn)動(dòng)的方向和速度，因此離合器經(jīng)常失效。此外，因?yàn)殡姎饪刂葡到y(tǒng)的導(dǎo)線浸泡在油液中，潤(rùn)滑控制系統(tǒng)不能按要求噴油，導(dǎo)致機(jī)床導(dǎo)軌的磨損。 改變加工曲線參數(shù)困難，為了改變軋輥輪廓曲線的角度和它的高度，需要拆開機(jī)床齒輪箱，更換齒輪組，來改變傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比，達(dá)

18、到改變曲線參數(shù)的目的。由于齒輪組個(gè)數(shù)有限，因此曲線的參數(shù)變化受到限制。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率和降低成本，不斷地引進(jìn)新的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)行技術(shù)革新和改造。1.2 軋輥磨床控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)近年來，由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、微電子技術(shù)以及伺服控制技術(shù)的迅速發(fā)展和以現(xiàn)代控制理論、智能控制技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度、高速響應(yīng)交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，使控制系統(tǒng)性能日臻完善，各項(xiàng)性能指標(biāo)大為提高，主要具有以下的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展特點(diǎn)： 高速、高精度化。 數(shù)控系統(tǒng)智能化、信息化。 開放式數(shù)控系統(tǒng)。 編程簡(jiǎn)化和能進(jìn)行圖形仿真。 高可靠性。 有完善的監(jiān)控和診斷能力。 通訊聯(lián)網(wǎng)功能不斷加強(qiáng)。 復(fù)合化。 多種插

19、補(bǔ)和補(bǔ)償功能。 良好的人機(jī)界面。1.3 本論文的主要工作近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，基于PC機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前數(shù)控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。結(jié)合軋輥磨床的特點(diǎn)和當(dāng)前開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，本文構(gòu)建了一種以PC機(jī)為平臺(tái),以PLC、6RA70 直流調(diào)速控制為核心的開放式軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng)，并對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和軟件體系進(jìn)行了研究。本論文的主要工作內(nèi)容有：(1) 理解軋輥磨床的工作原理和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多次到某機(jī)床廠學(xué)習(xí)、調(diào)研和查閱相關(guān)資料，充分理解軋輥磨床的工作原理和它的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及軋輥磨削的工藝過程，為數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制軟件的開發(fā)做了必要的準(zhǔn)備。(2) 軋輥磨床數(shù)控

20、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的分析與研究對(duì)軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng)硬件組成進(jìn)行了分析和研究，并分析了系統(tǒng)的工作過程，對(duì)各個(gè)元器件的性能和原理進(jìn)行了細(xì)致的研究。(3) 軋輥磨床磨削工藝的分析通過對(duì)軋輥磨床工作原理以及工件磨削過程的分析，編寫了軋輥磨削的工藝路線，并將其集成到控制軟件中，以實(shí)現(xiàn)磨削過程的自動(dòng)化。(4) 系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計(jì)與編寫采用結(jié)構(gòu)清晰、功能強(qiáng)大的PLC，實(shí)現(xiàn)了軋輥磨床I/O控制，工件和砂輪以及各軸電機(jī)的手動(dòng)控制，系統(tǒng)狀態(tài)顯示和其它功能，數(shù)控加工程序自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)安全保護(hù)和系統(tǒng)故障診斷、報(bào)警功能。(5) 系統(tǒng)的調(diào)試2 可編程序控制器2.1 PLC的產(chǎn)生和特點(diǎn)及其發(fā)展動(dòng)向 PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)20年代起

21、，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易掌握、價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。 20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)

22、整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （1） 編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序（2） 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) （3） 可靠性高于繼電器控制裝置 （4） 體積小于繼電器控制盤 （5） 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) （6） 成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng) （7） 輸入可以是交流150V以上 （8） 輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等 （9） 擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變

23、最小 （10） 用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要） 十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。2.1.2 PLC的定義美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？杀槌绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原

24、則而設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。 定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。2.1.3 PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)

25、驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面： 1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號(hào)。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對(duì)于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2）濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。 3）對(duì)內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，

26、保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。 4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。 5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。 6）對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。 7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。 8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作

27、循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。 （2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 （3）編程方便，易于使用 PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。 （4）功能完善 PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序

28、、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。 （5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短 用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可

29、同時(shí)進(jìn)行。 （6）體積小，維護(hù)操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào) 的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 （7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 （8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其高的CPU也不過80486，將來會(huì)全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)

30、程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。 22 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理2.2.1 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的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種

31、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。其中 PLC各部分的作用如下： (1) 中央處理器 CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。控制器的作用是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。 采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 按用戶程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)

32、求。 (2) 存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 (3) 輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。 (4) 電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5) 輸入輸出I/O擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)

33、不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。 2.2.2 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

34、入對(duì)應(yīng)的內(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。 顯然掃描周期的長(zhǎng)短主要取決與程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描

35、的I/O刷新期間輸出才會(huì)發(fā)生變化。這對(duì)于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對(duì)于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。2.2.3 PLC的主要功能（1）條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或

36、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)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。 （2）定時(shí)/記數(shù)控制功能 定時(shí)/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。 （3）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。 （4）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。 （5）A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能 A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過A/

37、D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 （6）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。 （7）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。 （8）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。 （9）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)。 （10） 通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信

38、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。 （11） 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)。 2.3 PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時(shí)間將用在軟件設(shè)計(jì)，即程序設(shè)計(jì)上。PLC程序設(shè)計(jì)可遵循以下六步進(jìn)行：1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。2）分配輸入輸出設(shè)備 即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到PLC，哪些外圍

39、設(shè)備是接受來自PLC信號(hào)的。并將PLC的輸入輸出口與之進(jìn)行分配。3） 設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。4）實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的梯形圖的直接編程。5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場(chǎng)）。6）保存已完成的程序。顯然，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，即可進(jìn)行編程的第二步-分配輸入輸出設(shè)備。在分配了PLC的輸入輸出點(diǎn)，內(nèi)部輔助繼電器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊開始的邏輯行必

40、須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下裝到PLC進(jìn)行模擬調(diào)試，修改直至符合控制要求，這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。2.4 PLC的選型原則當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。 對(duì)第一個(gè)問題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的P

41、LC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點(diǎn)的晶體管輸出的PLC了。 對(duì)第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： （1）功能方面   所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與P

42、LC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （2）價(jià)格方面  不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。3 直流調(diào)速電機(jī)和6RA70直流調(diào)速裝置3.1 直流調(diào)速電機(jī)直流電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)工件和砂輪的旋轉(zhuǎn)，通過直流調(diào)速器對(duì)它的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以

43、滿足加工的要求。3.2 直流調(diào)速裝置直流調(diào)速裝置用于對(duì)直流調(diào)速電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，使電機(jī)達(dá)到所要求的速度，從而控制機(jī)床主軸按照一定的速度運(yùn)行。我們所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)選用的是西門子公司6RA70直流調(diào)速裝置。3.2.1 直流調(diào)速裝置特點(diǎn)SIMOREG 6RA70系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，用于可調(diào)速直流電機(jī)電樞和勵(lì)磁供電，裝置額定電流范圍為15至2000A，并可通過并聯(lián)SIMOREG整流裝置進(jìn)行擴(kuò)展。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，可選擇單象限或四象限工作的裝置，裝置本身帶有參數(shù)設(shè)定單元，不需要其它的任何阻力。設(shè)備即可完成參數(shù)的設(shè)定。所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微

44、處理器來實(shí)現(xiàn)?？蛇x擇給定值和反饋值為數(shù)字量或模擬量。SIMOREG 6RA70系列整流裝置特點(diǎn)為體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。裝置的門內(nèi)裝有一個(gè)電子箱，箱內(nèi)裝入調(diào)節(jié)板，電子箱內(nèi)可裝用于技術(shù)擴(kuò)展和串行接口的附加板。各個(gè)單元很容易拆裝使裝置維修服務(wù)變得簡(jiǎn)單、易行。外部信號(hào)連接的開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入、輸出，脈沖發(fā)生器等，通過插接端子排實(shí)現(xiàn)。裝置軟件存放閃(flash）EPPOM，使用基本裝置的串行接口通過寫入可以方便地更換。6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置用2個(gè)功能強(qiáng)大的微處理器來實(shí)現(xiàn)所有的開、閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制及通信功能，通過配置參數(shù)，將軟件所提供的程序塊“連接” 來實(shí)現(xiàn)所需的驅(qū)動(dòng)控制功能。它所提供的功能非常強(qiáng)大

45、， 參數(shù)選擇的多樣性使應(yīng)用非常靈活。對(duì)于該直流調(diào)速系統(tǒng)， 我們用以電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、電壓環(huán)為外環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)。3.2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)在軋輥磨床上的應(yīng)用 砂輪、主軸、拖板、進(jìn)刀均采用6RA70系列電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速器，該調(diào)速器使用交流1 10500 V的三相標(biāo)準(zhǔn)電壓，提供直流輸出電壓和電流，用于電樞和勵(lì)磁，適合于直流他激電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)的控制 。由于有人機(jī)接口顯示，起動(dòng)和診斷故障極為方便，并能與PLC相結(jié)合，可實(shí)時(shí)指示傳動(dòng)裝置和主要輸人輸出的狀態(tài)?？刂蒲b置有再生和非再生兩種形式：非再生控制裝置由一個(gè)全控晶閘管構(gòu)成，具有瞬時(shí)過載保護(hù)和配套的電子控制電路，在一個(gè)選定旋轉(zhuǎn)方向上，提供精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制

46、。再生控制裝置，由兩個(gè)全控晶閘管和高級(jí)的電子控制裝置構(gòu)成，在兩個(gè)選定旋轉(zhuǎn)方向上，能控制加速和減速，以及速度和轉(zhuǎn)矩。頭架電動(dòng)控制裝置為非再生控制，頭架電動(dòng)裝置在啟動(dòng)運(yùn)行接觸器吸合情況下，接線端得到信號(hào)(+24V)，速度給定輸入，進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)四臺(tái)直流電機(jī)采用四套互相獨(dú)立的Siemens SIMOREG D 6RA70系列直流調(diào)速裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，為了防止四臺(tái)調(diào)速裝置之間相互干擾，在調(diào)速器進(jìn)線加裝電抗器。在調(diào)速器控制上采用反電動(dòng)勢(shì)電流雙閉環(huán)模式?？刂圃砣鐖D3.1所示。圖3.1控制原理圖 調(diào)試中注意事項(xiàng)（）沖觸發(fā)的測(cè)取方式不同（）主回路與同不信號(hào)不存在定向問題。勵(lì)磁回路必須接在U,W兩

47、相上。（）必須有不合調(diào)節(jié)器，空送主回路電壓，觀察整流器所有元件有無異?，F(xiàn)象，如有響聲、氣味等。若情況正常，再測(cè)量三相進(jìn)線電壓是否正常。晶閘管交流測(cè)是否起作用。（）模擬調(diào)試時(shí)，相應(yīng)的控制數(shù)字要改。如P469 9；646 206；正組運(yùn)行P704改為0；反組運(yùn)行時(shí)P704改為；正組運(yùn)行是，反組電流限幅設(shè)為0,即P172 ；正組電流限幅由小到大：P171第一步設(shè)為50 第二步設(shè)為75 第三步設(shè)為90逐步放開。(5)常用的數(shù)字地址應(yīng)熟記。P155:電樞電流調(diào)節(jié)器P的增益；P156:電樞電流調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間；P154:電樞電流調(diào)節(jié)器的I分量置零；P225:速度調(diào)節(jié)器的P增益；P226:速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)

48、間；P083:速度實(shí)際值顯示；P051:訪問權(quán)限等級(jí)。掌握相應(yīng)授權(quán)（口令）后才能進(jìn)入界面修改參數(shù)值。4 軋輥磨床的電氣控制系統(tǒng)4.1 軋輥磨床電氣控制系統(tǒng)改造的必要性在60年代或者70年代從國(guó)外引進(jìn)的軋輥磨床,其曲線的生成過程大部分都是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)來控制的, 經(jīng)過幾十年的使用, 已經(jīng)不能滿足目前產(chǎn)品生產(chǎn)的要求, 主要存在問題是電氣系統(tǒng)老化, 經(jīng)常需要停機(jī)維修, 在機(jī)械傳動(dòng)鏈中, 過多使用電磁離合器, 在加工中需要經(jīng)常改變運(yùn)動(dòng)的方向和速度, 因此離合器經(jīng)常失效。此外, 因?yàn)殡姎饪刂葡到y(tǒng)的導(dǎo)線浸泡在油液中, 潤(rùn)滑控制系統(tǒng)不能按要求噴油, 導(dǎo)致機(jī)床導(dǎo)軌的磨損。而輥 磨床一旦出現(xiàn)設(shè)備故障 ,機(jī)組的生產(chǎn)

49、則基本處于癱瘓狀態(tài)。電控系統(tǒng)正常與否 ,不但制約著生產(chǎn)產(chǎn)量 ,而且直接影響著薄板的軋制質(zhì)量 ,由于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行 ,設(shè)備老化 ,接線較多 ,而且觸點(diǎn)接觸不良及連鎖功能差等原因 ,使得故障率相對(duì)較高 ,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。因此說磨床電控系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行。 4.2 磨床電氣系統(tǒng)的配置軋輥磨床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，機(jī)床工作精度要求也較高，砂輪、頭架、拖板均采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，如用三相可控硅調(diào)速系統(tǒng)控制 ，繼電器系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，給維護(hù)、檢修帶來許多困難。系統(tǒng)穩(wěn)定性出現(xiàn)問題，故障隨之增多，因此造成軋輥磨床生產(chǎn)效率低，加工精度下降。為了提高加工精度、生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度，需要對(duì)軋輥磨床電氣部分進(jìn)行改造

50、。隨著科技發(fā)展的日新月異，PLC等先進(jìn)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，通常情況下PLC系統(tǒng)可以平均無故障工作達(dá)2萬小時(shí)以上,6RA70直流調(diào)速器調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行穩(wěn)定。本文設(shè)計(jì)的軋輥磨床電氣控制系統(tǒng)，采用了PLC系統(tǒng)代替原繼電器控制系統(tǒng)；主軸、砂輪進(jìn)給、行走直流電機(jī)采用6RA70直流調(diào)速器該調(diào)速裝置由于有人機(jī)接口顯示，起動(dòng)和診斷故障極為方便，并能與PLC相結(jié)合，可實(shí)時(shí)指示傳動(dòng)裝置和主要輸人輸出的狀態(tài)；大拖板、磨架移動(dòng)軸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，來滿足軋輥磨削的要求。軋輥磨床的PLC控制PLC選擇西門子公司產(chǎn)品S7200CPU226可編程序控制器，該產(chǎn)品具有24點(diǎn)24v的數(shù)字輸入，16點(diǎn)繼電器輸出，PLC的輸出控制24V

51、中間繼電器實(shí)現(xiàn)PLC與強(qiáng)電的隔離，是一種緊湊的高速可編程序控制器，是具有先進(jìn)控制操作性能的系統(tǒng)。4.3 軋輥磨床系統(tǒng)組成本磨床共有電動(dòng)機(jī)5臺(tái)，其中直流電機(jī)4臺(tái)，分別驅(qū)動(dòng)主軸、砂輪、拖板、進(jìn)刀。交流電機(jī)11臺(tái)，分別為主軸電機(jī)風(fēng)機(jī)、砂輪潤(rùn)滑電機(jī)、砂輪風(fēng)機(jī)、床身潤(rùn)滑電機(jī)、主軸起動(dòng)電機(jī)、水泵電機(jī)、行走風(fēng)機(jī)、磁過濾器電機(jī)、快移電機(jī)、尾部電機(jī)。本系統(tǒng)的核心部分主要為PLC和直流調(diào)速裝置對(duì)4臺(tái)直流電機(jī)的控制。軋輥磨床主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖如圖.1所示。圖.1 軋輥磨床主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖4.4 控制方案軋輥磨床電氣操作元件大部分集中在砂輪架上的大操作臺(tái)上。為了操作方便，將砂輪架快進(jìn)、快退以及拖板向左、向右按鈕集中設(shè)在

52、拖板進(jìn)給箱上的小操作臺(tái)上；尾架及頂尖套筒的控制按鈕集中設(shè)在尾架的操作板上。將轉(zhuǎn)換開關(guān)置“運(yùn)行”位置上，接觸器吸合，PLC準(zhǔn)備工作。軋輥磨床在其主軸靜壓泵、導(dǎo)軌潤(rùn)滑泵、油泵風(fēng)冷電機(jī)、磁性分離器電機(jī)、頭架輔助電機(jī)及抽泵均開始工作，故障保護(hù)繼電器正常，靜壓油泵開始工作情況下，且主軸腔內(nèi)油壓達(dá)到一定壓力后，電接點(diǎn)壓力表s閉合，使壓力檢測(cè)正常，潤(rùn)滑指示繼電器吸合，開車準(zhǔn)備工作完成，軋輥磨床開始工作。軋輥磨床頭架電機(jī)啟動(dòng)方式有兩種：一種是當(dāng)工件較重時(shí)，需采用交流電機(jī)幫助主電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)；另一種是工件較輕時(shí)可直接用主電機(jī)啟動(dòng)，由轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)此目的，即在 “有”啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，主電機(jī)的交流啟動(dòng)電機(jī)及輔助電機(jī)同時(shí)接通

53、，以達(dá)到用交流啟動(dòng)電機(jī)輔助主電機(jī)啟動(dòng)之目的。對(duì)于直流電機(jī)采用西門子6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置代替原有的調(diào)速系統(tǒng)。6RA70是三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，用于直流電機(jī)電樞和勵(lì)磁供電完成調(diào)速任務(wù)。這一裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：本身帶有參數(shù)設(shè)定單元，不需要其他任何附加設(shè)備即可完成參數(shù)的設(shè)定，并且所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微處理器來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流系統(tǒng)，6RA70與PLC采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制方式?？刂品虐溉鐖D4.2所示。圖4.2 軋輥磨床控制方案4.5 軋輥磨床的電機(jī)控制原理如上圖所示軋輥磨床的四個(gè)直流電機(jī)由進(jìn)行邏輯聯(lián)鎖控制和調(diào)速，而11個(gè)輔助電機(jī)是由PLC進(jìn)行

54、直接控制的，輔助電機(jī)的電氣控制原理圖如圖.3所示。如圖.3 輔助電機(jī)的電氣控制原理圖5 控制系統(tǒng)PLC程序與運(yùn)動(dòng)程序設(shè)計(jì)PLC程序和運(yùn)動(dòng)程序是數(shù)控軋輥磨床系統(tǒng)控制軟件的重要組成部分，它們和上位機(jī)應(yīng)用程序一起共同完成軋輥的磨削工作。PLC程序完成機(jī)床的順序邏輯控制，也可以對(duì)運(yùn)動(dòng)程序的起停進(jìn)行控制。運(yùn)動(dòng)程序就是軋輥的加工程序，通過PLC運(yùn)行這些程序控制電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而完成特定輪廓曲線軋輥的加工。這里我們用的是西門子公司的SIMATIC-S7200型PLC5.1 PLC程序簡(jiǎn)介軋輥磨床控制系統(tǒng)的控制功能是通過PLC程序來實(shí)現(xiàn)的。這種PLC程序不僅能夠用軟件的方式完成一般意義上的PLC

55、控制，而且具有運(yùn)動(dòng)程序的起?？刂乒δ?。所以在軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng)中我們采用PLC程序完成加工的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)和電氣控制。5.2 PLC各功能的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)主要核心是對(duì)4臺(tái)直流電機(jī)的控制，通過對(duì)PLC輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)6RA70控制其啟動(dòng)、加速、減速、停止。由于工藝的要求，各個(gè)電機(jī)的控制方式各有其特點(diǎn)，主軸不僅要實(shí)現(xiàn)其正常工作時(shí)的正向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，還需要對(duì)其進(jìn)行正反點(diǎn)動(dòng)控制，便于安裝軋輥時(shí)低速調(diào)整其位置。砂輪的控制要求其達(dá)到單向高速運(yùn)轉(zhuǎn)，其方向和主軸工作方向配合達(dá)到磨軋輥的目的。拖板的控制相對(duì)比較復(fù)雜，需要實(shí)現(xiàn)拖板南北手動(dòng)和自動(dòng)往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，由于工藝要求砂輪自動(dòng)往復(fù)磨軋輥和拖板停止要達(dá)到高的精度，在拖板的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)加入編碼器來實(shí)現(xiàn)拖板移動(dòng)的準(zhǔn)確性，這些都需要的程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式。在軋輥磨床的電氣控制系統(tǒng)中需要實(shí)現(xiàn)的功能很多，經(jīng)過分析我們可以將由PLC程序控制的功能分為以下幾個(gè)部分： 工件和砂輪主軸：主要包括主軸起動(dòng)、主軸停止、砂輪起動(dòng)、砂輪停止等。 Z、X、C、X1、X2軸電機(jī)功能：包括各個(gè)軸電機(jī)正、負(fù)向點(diǎn)動(dòng)、增量（固定步長(zhǎng)）運(yùn)動(dòng)等。 系統(tǒng)功能：包括系統(tǒng)上電、緊急停止、冷