復(fù)雜電氣設(shè)備控制系統(tǒng)改造、設(shè)計與裝調(diào)

復(fù)雜電氣設(shè)備控制系統(tǒng)改造、設(shè)計與裝調(diào)第一頁，共80頁。任務(wù)1應(yīng)用PLC改造X62W型萬能銑床電氣控制系統(tǒng)1.掌握應(yīng)用PLC改造常用機床的原則及工藝流程。2.能應(yīng)用PLC改造常用機床。3.能綜合調(diào)試常用機床PLC控制硬件和軟件系統(tǒng)。第二頁，共80頁。銑床主要用于加工零件的平面、斜面、溝槽等型面，裝上分度頭后可以加工齒輪或螺旋面，裝上回轉(zhuǎn)圓工作臺還可以加工凸輪和弧形槽。X62W型臥式萬能銑床的外形圖第三頁，共80頁。X62W型臥式萬能銑床繼電—接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖第四頁，共80頁。本任務(wù)的主要內(nèi)容是：運用PLC升級改造原X62W型臥式萬能銑床的繼電—接觸器電氣控制系統(tǒng)，并完成模擬安裝和調(diào)試?？刂埔笕缦拢海?）合上電源開關(guān)QS1，接通開關(guān)SA4，照明燈EL亮。（2）主軸電動機M1的控制。1）按下按鈕SB1或SB2，接觸器KM1通電閉合，主軸電動機M1啟動運轉(zhuǎn)。按下按鈕SB5或SB6，主軸電動機M1制動停止。第五頁，共80頁。2）主軸變速盤瞬時壓合行程開關(guān)SQ1，接觸器KM1瞬時通電閉合，主軸電動機M1瞬時啟動運轉(zhuǎn)，對主軸變速齒輪進行沖動。3）將換刀制動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1扳至“換刀”位置，常開觸點SA1-1接通制動電磁離合器YC1線圈的電源，主軸被制動，操作人員可進行換刀操作。第六頁，共80頁。（3）進給電動機M2的控制。1）將工作臺左右進給操作手柄扳至“向左”或“向右”位置，行程開關(guān)SQ5或SQ6壓合，接觸器KM3或KM4通電閉合，進給電動機M2啟動正轉(zhuǎn)或啟動反轉(zhuǎn)，通過機械裝置帶動工作臺向左或向右運動。2）將工作臺上下與前后進給操作手柄扳至“向下”或“向上”位置，行程開關(guān)SQ3或SQ4被壓合，接觸器KM3或KM4通電閉合，進給電動機M2啟動正轉(zhuǎn)或啟動反轉(zhuǎn)，通過機械裝置帶動工作臺向下或向上運動。第七頁，共80頁。3）將工作臺上下與前后進給操作手柄扳至“向前”或“向后”位置，行程開關(guān)SQ3或SQ4被壓合，接觸器KM3或KM4通電閉合，進給電動機M2啟動正轉(zhuǎn)或啟動反轉(zhuǎn)，通過機械裝置帶動工作臺向前或向后運動。4）當(dāng)進給變速盤瞬時壓合行程開關(guān)SQ2時，接觸器KM3瞬時通電閉合，進給電動機M2瞬時啟動正轉(zhuǎn)，對進給變速齒輪進行沖動。第八頁，共80頁。（4）工作臺快速移動的控制。按下點動按鈕SB3或SB4，電磁離合器YC2線圈失電，YC3線圈通電，工作臺可向六個進給方向中任意一個方向快速移動。（5）圓工作臺進給的控制。主軸電動機M1啟動后，將圓工作臺開關(guān)SA2扳至“接通”位置，SA2-1、SA2-3斷開，SA2-2閉合，接觸器KM3通電閉合，進給電動機M2啟動正轉(zhuǎn)，帶動圓工作臺工作。（6）具有短路、過載保護等必要的保護措施。第九頁，共80頁。一、機床改造的原則1.如果在升級改造中不增加新的控制功能，則主電路保持不變，主電路中的電源開關(guān)、斷路器、熔斷器、熱繼電器和電動機保留。2.如果控制電路中的接觸器、電磁閥、電磁離合器等負載線圈的額定電壓為220V及以下，可保留。如果線圈額定電壓為380V，應(yīng)更換線圈電壓為220V及以下。第十頁，共80頁。3.控制電路中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)裝置全部去除，其功能分別由軟元件輔助繼電器M、定時器T、計數(shù)器C實現(xiàn)。4.啟動按鈕、停止按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、熱繼電器等保留，并且仍使用原來的常開或常閉觸頭。5.酌情保留原控制系統(tǒng)的控制變壓器，妥善處理PLC的使用電源。第十一頁，共80頁。6.對于原控制系統(tǒng)的一般聯(lián)鎖功能可以用軟件聯(lián)鎖來實現(xiàn)，但對于正反轉(zhuǎn)接觸器之類的重要互鎖，除軟件互鎖外，還必須具有接觸器觸點的硬件互鎖。7.改造完成后將PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配表、電氣原理圖和安裝接線圖、元器件明細表、PLC程序等作為資料保存，以便于今后維修和保養(yǎng)。第十二頁，共80頁。二、機床改造的流程1.確定控制對象，

明確控制任務(wù)和設(shè)計要求2.制定控制方案，

進行PLC選型3.設(shè)計PLC連接4.程序設(shè)計5.模擬調(diào)試6.現(xiàn)場調(diào)試第十三頁，共80頁。PLC系統(tǒng)設(shè)計流程圖第十四頁，共80頁。一、分配輸入點和輸出點，寫出I/O地址分配表1.輸入器件（1）原機床所有的按鈕、開關(guān)、熱繼電器等都保留，分別連接PLC輸入端子。（2）為了節(jié)省輸入點數(shù)，熱繼電器KH1、KH2的常閉觸點串聯(lián)后連接到PLC的一個輸入端子。（3）照明燈不受PLC控制，保留原電路，因此不需要另外分配PLC輸入端子。第十五頁，共80頁。2.輸出器件（1）原線圈電壓為110VAC的接觸器可以保留。選用線圈電壓為220VAC的交流接觸器，分別連接PLC輸出端子。（2）原線圈電壓為24VDC的電磁離合器都保留，分別連接PLC輸出端子。（3）照明燈不受PLC控制，保留原電路，因此不需要另外分配PLC輸出端子。第十六頁，共80頁。I/O地址分配表第十七頁，共80頁。二、繪制PLC控制線路圖主電路及照明電路第十八頁，共80頁?？刂齐娐返谑彭?，共80頁。三、設(shè)計梯形圖程序X62W型萬能銑床的梯形圖程序第二十頁，共80頁。X62W型萬能銑床的梯形圖程序（續(xù)）第二十一頁，共80頁。X62W型萬能銑床的梯形圖程序（續(xù)）第二十二頁，共80頁。X62W型萬能銑床的梯形圖程序（續(xù)）第二十三頁，共80頁。四、模擬調(diào)試（1）PLC運行程序時，Y005線圈通電，Y005指示燈點亮。（2）主軸電動機M1的控制1）按下主軸電動機啟動按鈕SB1或SB2，Y000線圈通電，Y000指示燈點亮；按下主軸停止及制動按鈕SB5或SB6，或者閉合換刀制動開關(guān)SA1，或者斷開熱繼電器KH1的常閉觸點，或者斷開熱繼電器KH2的常閉觸點，Y000線圈都斷電，Y000指示燈熄滅。第二十四頁，共80頁。2）壓合主軸變速沖動行程開關(guān)SQ1，Y000線圈通電，Y000指示燈點亮；松開SQ1，Y000線圈斷電，Y000指示燈熄滅。3）閉合換刀制動開關(guān)SA1，Y004線圈通電，Y004指示燈點亮；斷開SA1，Y004線圈斷電，Y004指示燈熄滅。第二十五頁，共80頁。（3）進給電動機M2的控制1）按下主軸電動機啟動按鈕SB1或SB2，Y000線圈通電，Y000指示燈點亮。2）閉合圓工作臺進給轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2-1。3）壓合工作臺向左（或向右）進給行程開關(guān)SQ5（或SQ6），Y001（或Y002）線圈通電，Y001（或Y002）指示燈點亮；松開SQ5（或SQ6），Y001（或Y002）線圈斷電，Y001（或Y002）指示燈熄滅。第二十六頁，共80頁。4）壓合工作臺向下、向前（或向上、向后）進給行程開關(guān)SQ3(或SQ4)，Y001(或Y002)線圈通電，Y001(或Y002)指示燈點亮;松開SQ3(或SQ4)，Y001(或Y002)線圈斷電，Y001(或Y002)指示燈熄滅。5）壓合進給變速沖動行程開關(guān)SQ2，Y001線圈通電，Y001指示燈點亮；松開SQ1，Y001線圈斷電，Y001指示燈熄滅。6）斷開圓工作臺進給轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2-1。第二十七頁，共80頁。（4）工作臺快速移動的控制無論主軸電動機是否啟動，按下工作臺快速移動點動按鈕SB3或SB4，Y006線圈通電，Y006指示燈點亮，同時Y005線圈斷電，Y005指示燈熄滅；松開SB3或SB4，Y005線圈通電，Y005指示燈點亮，同時Y006線圈斷電，Y006指示燈熄滅。第二十八頁，共80頁。（5）圓工作臺進給的控制1）按下主軸電動機啟動按鈕SB1或SB2，Y000線圈通電，Y000指示燈點亮。2）閉合圓工作臺進給轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2-2，Y001線圈通電，Y001指示燈點亮；斷開圓工作臺進給轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2-2，Y001線圈斷電，Y001指示燈熄滅。3）按下主軸停止及制動按鈕SB5或SB6，Y000線圈斷電，Y000指示燈熄滅；同時，Y004線圈通電，Y004指示燈點亮。第二十九頁，共80頁。五、線路安裝與調(diào)試聯(lián)機調(diào)試記錄表第三十頁，共80頁。第三十一頁，共80頁。第三十二頁，共80頁。第三十三頁，共80頁。提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施產(chǎn)生外部干擾的原因可能有：（1）控制系統(tǒng)供電電源的波動以及電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。（2）其他設(shè)備或空中強電場通過分布電容的耦合竄入控制系統(tǒng)引起的干擾。（3）鄰近的大容量電氣設(shè)備啟動和停機時，因電磁感應(yīng)引起的干擾。（4）信號線絕緣性能降低，通過導(dǎo)線絕緣電阻引起的干擾。第三十四頁，共80頁。1.電源的抗干擾措施電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的，各種大功率用電設(shè)備（特別是大功率變頻器）是主要的干擾源。在干擾較強或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱龊?，可以在PLC的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。其中，隔離變壓器可以抑制從電源線竄入的外來干擾，低通濾波器可以吸收電源中的大部分高頻干擾信號。第三十五頁，共80頁。2.感性負載的處理（1）PLC的輸入端或輸出端接有感性元件時，應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管（對于直流電路，如圖a所示）或阻容電路（對于交流電路，如圖b所示），以抑制電路斷開時產(chǎn)生的電弧對PLC的影響。輸入/輸出電路的處理a)直流電路b)交流電路第三十六頁，共80頁。（2）如果輸入信號由晶體管提供，其截止電阻應(yīng)大于10kΩ，導(dǎo)通電阻應(yīng)小于800Ω。當(dāng)接近開關(guān)、光電開關(guān)這一類兩線式傳感器的漏電流較大時，可能出現(xiàn)錯誤的輸入信號，可以在PLC的輸入端并聯(lián)旁路電阻，以減小輸入電阻。PLC的輸入端并聯(lián)旁路電阻第三十七頁，共80頁。3.安裝與布線的抗干擾措施（1）安裝的抗干擾措施開關(guān)量信號可以選用一般電纜。信號傳輸距離較遠時，可以選用屏蔽電纜。（2）PLC的接地良好的接地是PLC安全可靠運行的重要條件。（3）PLC輸出的可靠性措施第三十八頁，共80頁。4.抗干擾的軟件措施（1）對于含有較強干擾信號的開關(guān)量輸入，可以采用軟件延時20ms，兩次或兩次以上讀入同一信號，結(jié)果一致才確認輸入有效。（2）某些干擾是可以預(yù)知的，在容易產(chǎn)生這些干擾的時間內(nèi)，可用軟件封鎖PLC的某些輸入信號，在干擾易發(fā)期過去后，再取消封鎖。第三十九頁，共80頁。（3）故障的檢測與診斷。PLC的可靠性很高，本身有很完善的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找到故障的部位與部件，更換后就可以恢復(fù)正常工作。1）超時檢測。2）邏輯錯誤檢測。第四十頁，共80頁。任務(wù)2應(yīng)用PLC設(shè)計雙面鉆孔組合機床電氣控制系統(tǒng)1.了解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和主要內(nèi)容。2.掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試步驟。3.能理解較復(fù)雜的工業(yè)自動化控制設(shè)備的動作順序和控制要求。4.能應(yīng)用順序控制設(shè)計法設(shè)計較復(fù)雜的工業(yè)自動化設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)。第四十一頁，共80頁。雙面鉆孔組合機床主要用于在工件的兩相對表面上鉆孔，該機床的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。雙面鉆孔組合機床的結(jié)構(gòu)簡圖1—側(cè)底座2—刀具電動機3—工件定位夾緊裝置4—主軸箱及鉆頭5—動力滑臺第四十二頁，共80頁。雙面鉆孔組合機床的工作循環(huán)圖第四十三頁，共80頁。本任務(wù)要求應(yīng)用PLC設(shè)計雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)，并完成安裝和調(diào)試。（1）雙面鉆孔組合機床共有4臺電動機。1）M1為液壓泵電動機。M1應(yīng)先啟動，使系統(tǒng)正常供油后，其他電動機的控制電路及液壓系統(tǒng)的控制電路才能通電工作。2）M2、M3分別為左、右機的刀具電動機。刀具電動機應(yīng)在滑臺進給循環(huán)開始時啟動運轉(zhuǎn)，滑臺退回原位后停止運轉(zhuǎn)。3）M4為切削液泵電動機?？梢允謩涌刂茊雍屯Ｖ?，也可以在滑臺工進時自動啟動，在工進結(jié)束后自動停止。第四十四頁，共80頁。（2）雙面鉆孔組合機床動力滑臺和工件定位、夾緊裝置由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。其電磁閥線圈動作狀態(tài)如下：（3）組合機床能分別在自動和手動兩種工作方式下運行。（4）具有短路、過載保護等必要的保護措施。第四十五頁，共80頁。一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和主要內(nèi)容1.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有余量。第四十六頁，共80頁。2.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容（1）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形式來確定，它是整個設(shè)計的依據(jù)。（2）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)。（3）選定PLC的型號。（4）編制PLC的輸入/輸出地址分配表，繪制輸入/輸出端子接線圖。第四十七頁，共80頁。（5）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后用相應(yīng)的編程語言（常用梯形圖）進行程序設(shè)計。（6）進行軟件測試。（7）設(shè)計操作臺、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電氣元部件。（8）現(xiàn)場系統(tǒng)調(diào)試。（9）編寫設(shè)計說明書和使用說明書。第四十八頁，共80頁。二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試步驟第四十九頁，共80頁。1.深入分析被控制系統(tǒng)這一步是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。設(shè)計前應(yīng)熟悉圖樣資料，深入調(diào)查研究，與工藝、機械方面的技術(shù)人員和現(xiàn)場操作人員密切配合，共同討論，解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題。這一階段應(yīng)確定哪些信號需要輸入給可編程序控制器，哪些負載由可編程序控制器驅(qū)動，分類統(tǒng)計出各輸入量和輸出量的性質(zhì)，是數(shù)字量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓的等級。第五十頁，共80頁。2.與硬件有關(guān)的設(shè)計（1）確定系統(tǒng)輸入器件和輸出器件的型號。（2）根據(jù)設(shè)備的操作任務(wù)和操作方式，確定操作面板所需的元件，如指示燈、數(shù)字顯示裝置、開關(guān)和按鈕等。（3）列表統(tǒng)計可編程序控制器的輸入信號和輸出信號，在表中標(biāo)明各信號的意義和類型，如信號是數(shù)字量還是模擬量以及模擬信號的范圍等。第五十一頁，共80頁。（4）確定可編程序控制器的型號和硬件配置，如確定CPU模塊的型號、擴展模塊的型號和塊數(shù)等。（5）給各輸入、輸出變量分配地址，梯形圖中物理地址與可編程序控制器的外部接線端子號是一致的。這一步是為繪制硬件接線圖作準(zhǔn)備，也是為梯形圖的設(shè)計作準(zhǔn)備。（6）給輸入/輸出變量分配好地址后，畫出可編程序控制器的外部硬件接線圖，以及其他電氣原理圖和接線圖。第五十二頁，共80頁。（7）畫出操作站和控制柜面板的機械布置圖和內(nèi)部的機械安裝圖。（8）建立符號表。符號表用來給存儲器內(nèi)的絕對地址命名，可對物理輸入/輸出信號和程序中用到的其他存儲單元命名。建立符號表后可以在程序中顯示各絕對地址的符號名，有利于程序的設(shè)計和閱讀。第五十三頁，共80頁。3.梯形圖程序的設(shè)計根據(jù)總體要求和控制系統(tǒng)的具體情況，確定用戶程序的基本結(jié)構(gòu)，畫出程序流程或數(shù)字量控制系統(tǒng)的順序功能圖。它們是編程的主要依據(jù)，應(yīng)盡可能地準(zhǔn)確和詳細。較簡單系統(tǒng)的梯形圖可以用經(jīng)驗法設(shè)計，復(fù)雜系統(tǒng)的梯形圖一般采用順序控制設(shè)計法。第五十四頁，共80頁。4.梯形圖程序的模擬調(diào)試一般先對用戶程序做模擬調(diào)試，根據(jù)順序功能圖，用小開關(guān)和按鈕來模擬可編程序控制器實際的輸入信號，如用它們發(fā)出操作指令，或在適當(dāng)?shù)臅r候用它們來模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。通過模塊上各輸出位對應(yīng)的發(fā)光二極管，觀察各輸出信號的變化是否滿足設(shè)計的要求。第五十五頁，共80頁。5.現(xiàn)場調(diào)試完成上述工作后，將可編程序控制器安裝在控制現(xiàn)場，接入實際的輸入信號和負載。在聯(lián)機總調(diào)試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和接線等硬件方面的問題，以及可編程序控制器的外部接線圖和梯形圖設(shè)計中的問題，發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)盡可能在現(xiàn)場加以解決，直到完全符合要求。第五十六頁，共80頁。6.編寫技術(shù)文件（1）可編程序控制器的外部接線圖和其他電氣圖樣。（2）可編程序控制器的編程元件表，包括程序中使用的輸入/輸出位、存儲器位、計數(shù)器、順序控制繼電器等的地址、名稱、功能，以及定時器、計數(shù)器的設(shè)定值等。（3）順序功能圖、帶注釋的梯形圖和必要的總體文字說明。第五十七頁，共80頁。一、系統(tǒng)硬件配置通過對任務(wù)控制要求分析可知，控制系統(tǒng)交直流均可輸出，故選用繼電器輸出型PLC，由PLC組成的雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)共有輸入信號22個；共有輸出信號15個；因控制系統(tǒng)需求并考慮留有余量以滿足以后增加系統(tǒng)功能的需要，PLC的輸入和輸出點數(shù)選用48點，故控制系統(tǒng)的PLC選用FX2N-48MR。第五十八頁，共80頁。二、分配輸入點和輸出點，寫出I/O地址分配表第五十九頁，共80頁。第六十頁，共80頁。三、繪制PLC控制線路主電路及照明電路第六十一頁，共80頁。控制電路第六十二頁，共80頁。四、程序設(shè)計雙面鉆孔組合機床的控制程序總框圖第六十三頁，共80頁。1.手動控制程序第六十四頁，共80頁。2.自動控制程序機床自動工作順序功能圖第六十五頁，共80頁。雙面鉆孔組合機床自動控制的梯形圖程序第六十六頁，共80頁。雙面鉆孔組合機床自動控制的梯形圖程序（續(xù)）第六十七頁，共80頁。雙面鉆孔組合機床自動控制的梯形圖程序（續(xù)）第六十八頁，共80頁。雙面鉆孔組合機床自動控制的梯形圖程序（續(xù)）第六十九頁，共80頁。五、模擬調(diào)試六、線路安裝與調(diào)試聯(lián)機調(diào)試記錄表第七十頁，共80頁。第七十一頁，共80頁。第七十二頁，共80頁。PLC系統(tǒng)調(diào)試、維護與檢修1.系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試時首先按照原理圖及規(guī)定接線方式連接硬件電路，

接入電源，

將程序傳入PLC中，并把開關(guān)撥向RUN方式，檢查PLC有無異常情況。若有則首先檢查電源，然后檢查系統(tǒng)的連接，再檢查程序是否錯誤，特別是模擬量輸入模塊、輸入/輸出指令及參數(shù)是否錯誤，最后檢查外圍元器件是否損壞等。第七十三頁，