《機電傳動控制》課件第8章

8.1概述8.2PLC在機械手搬運控制系統(tǒng)中的應用8.3用PLC技術(shù)改造普通車床的電氣控制系統(tǒng)8.4皮帶傳輸機的PLC控制系統(tǒng)設計小結(jié)習題與思考題8.1.1問題提出

可編程控制器技術(shù)主要應用于自動化控制工程中，可綜合運用前面學過的知識點，根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)。在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般方法。8.1概述8.1.2PLC控制系統(tǒng)設計的基本步驟

1.系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容

(1)擬定控制系統(tǒng)設計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據(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/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖。

(5)根據(jù)系統(tǒng)設計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后用相應的編程語言(常用梯形圖)進行程序設計。

(6)了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關(guān)系。

(7)設計操作臺、電氣柜及非標準電器部件。

(8)編寫設計說明書和使用說明書。

根據(jù)具體任務，上述內(nèi)容可適當調(diào)整。

2.系統(tǒng)設計的基本步驟

可編程控制器控制系統(tǒng)的設計與調(diào)試的主要步驟如下：(1)深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求。

被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。

控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這樣可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。

(2)確定I/O設備。

根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等;常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

(3)選擇合適的PLC類型。

根據(jù)已確定的用戶I/O設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的PLC類型，包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

(4)分配I/O點。

分配PLC的輸入/輸出點，編制出輸入/輸出分配表或者畫出輸入/輸出端子的接線圖。

接著就可以進行PLC程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。

繪制電動機的主電路及PLC外部的其它控制電路圖。注：接在PLC輸入端的電器元件一律為常開觸點，如停止按鈕等。繪制PLC及I/O設備的供電系統(tǒng)圖。注：輸入電路一般由PLC內(nèi)部提供電源，輸出電路根據(jù)負載的額定電壓外接電源。

(5)設計應用系統(tǒng)梯形圖程序。

根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設計出梯形圖，即編程。這一步是整個應用系統(tǒng)設計的最核心部分，也是比較困難的一步。要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。

(6)將程序輸入PLC。

當使用簡易編程器將程序輸入PLC時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。

當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到PLC中去。

(7)進行軟件測試。

程序輸入PLC后，應先進行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。

因此在將PLC連接到現(xiàn)場設備之前，必須進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎，縮短整體調(diào)試的周期。

(8)應用系統(tǒng)整體調(diào)試。

在PLC軟、硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試。如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成的，則應先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試;如果控制程序的步序較多，則先進行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。

(9)編制技術(shù)文件。

系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、PLC梯形圖等。8.1.3PLC硬件系統(tǒng)設計

1.PLC型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用PLC進行控制。在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復雜(需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等)、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理(有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、PID調(diào)節(jié)等)、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用PLC控制是很有必要的。目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列、功能各異的PLC產(chǎn)品可供選擇。

所以，只有全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型時要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮:

(1)輸入/輸出點的選擇。

盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。

要先弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的15%～20％留出備用量(為系統(tǒng)的改造等留有余地)后，確定所需PLC的點數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的60％;PLC每個輸出點的驅(qū)動能力(A/點)也是有限的，有的PLC其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異;一般PLC的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。

PLC的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式等接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種PLC平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的PLC。

(2)存儲容量的選擇。

對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)×10字/點＋輸出總點數(shù)×5字/點來估算;計數(shù)器/定時器按3～5字/個估算;有運算處理時，按5～10字/量估算;在有模擬量輸入/輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入/輸出一路模擬量約需80～100字的存儲容量來估算;有通信處理時按每個接口200字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算容量的50%～100％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。

(3)I/O響應時間的選擇。

PLC的I/O響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲(一般在2～3個掃描周期)等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC和I/O響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮I/O響應問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)，就要考慮這個問題。

(4)根據(jù)輸出負載的特點選型。

不同的負載對PLC的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的PLC有許多優(yōu)點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活(可交流、可直流)且電壓等級范圍大等。所以，動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的PLC。

(5)在線和離線編程的選擇。

離線編程是指主機和編程器共用一個CPU，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇PLC的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)，編程時，CPU只為編程器服務，而不對現(xiàn)場進行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個CPU，主機的CPU完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。

在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。具體采用哪種編程方法，應根據(jù)需要決定。

(6)根據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型。

若PLC控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡，則PLC需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求PLC應具有連接其他PLC、上位計算機及CRT等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。

(7)PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇。

在相同功能和相同I/O點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便(換模塊)，容易判斷故障等優(yōu)點。要按實際需要選擇PLC的結(jié)構(gòu)形式。

2.分配輸入/輸出點

一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的，分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線(如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián))，然后接到輸入點。

(1)確定I/O通道范圍。

不同型號的PLC，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的，應根據(jù)所選PLC型號，查閱相應的編程手冊，決不可“張冠李戴”。

(2)內(nèi)部輔助繼電器。

內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器/計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。

未分配模塊的輸入/輸出繼電器區(qū)以及未使用1∶1鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設計的需要，應合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器。在設計說明書中應詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。

(3)分配定時器/計數(shù)器。

PLC的定時器/計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。8.1.4PLC軟件系統(tǒng)設計

軟件設計就是編寫滿足生產(chǎn)控制要求的PLC用戶程序，即繪制梯形圖或編寫語句表。

軟件設計的原則：

(1)邏輯關(guān)系要簡單明了，易于編程。

如繼電器的觸點可使用無數(shù)次，只要在實現(xiàn)某個邏輯功能所需要的地方，可隨時使用，使編制的程序具有可讀性，但要避免使用不必要的觸點。

(2)在保證程序功能的前提下盡量減少指令和程序的運行時間。

調(diào)試略。8.1.5PLC控制系統(tǒng)設計的注意事項

1.輸入信號處理

(1)輸入設備采用兩線式傳感器(如接近開關(guān))時，由于漏電流比較大，可能會產(chǎn)生錯誤的輸入信號。因此，要在輸入端并聯(lián)一旁路電阻。

(2)輸入信號由晶體管提供，要求晶體管截止電阻大于10kΩ，導通電阻小于800Ω。

2.PLC的安全保護及提高可靠性的措施

1)短路保護

如果負載發(fā)生短路，則很容易燒壞PLC。因此，與繼電器控制線路一樣，在負載回路中要裝熔斷器。

2)感性輸入/輸出的處理

I/O端口接有感性元件時：

①對直流電路，應在兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，如圖8-1(a)所示。

通常續(xù)流二極管可選擇1A的管子，額定電壓應大于電源電壓的3倍。

②對交流電路，應并聯(lián)阻容電路，以抑制電路斷開時產(chǎn)生的電弧對PLC的影響，如圖8-1(b)所示。

電阻取50～120Ω，電容取0.1～0.47μF，電容的額定電壓應大于電源峰值電壓。圖8-1感性負載的處理

3)安裝與布線

PLC應遠離強干擾源，如大功率可控硅裝置、高頻焊機等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC應遠離動力線(二者間距應大于200mm)。與PLC裝在同一開關(guān)柜內(nèi)的不是由PLC控制的電感性元件，如接觸器的線圈，應并聯(lián)RC消弧電路。

4)PLC的接地

PLC應與其它設備分開接地，或接到同一接地端，禁止通過其它設備接地，以免產(chǎn)生干擾。

接地線的截面應大于2mm2。8.2.1機械結(jié)構(gòu)和控制要求

圖8-2所示是一個將工件由A處傳送到B處的機械手示意圖，機械手的上升/下降和左移/右移的執(zhí)行是由雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成的。其中，上升與下降對應電磁閥的線圈分別為YV1與YV2，左行與右行對應電磁閥的線圈分別為YV3與YV4。8.2PLC在機械手搬運控制系統(tǒng)中的應用當某個電磁閥線圈通電時，就一直保持現(xiàn)有的機械動作，直到相對的另一線圈通電為止。氣動機械手的夾緊、松開的動作由只有一個線圈的兩位電磁閥驅(qū)動的氣缸完成，線圈YV5斷電夾住工件，線圈YV5通電松開工件，以防止停電時工件跌落。機械手的工作臂都設有上、下限位和左、右限位的位置開關(guān)SQ1、SQ2和SQ3、SQ4，夾持裝置不帶限位開關(guān)，它是通過一定的延時來表示其夾持動作的完成。機械手

在最上面、最左邊且除松開的電磁線圈YV5通電外，其它線圈全部斷電的狀態(tài)為機械手的原位。圖8-2機械手示意圖圖8-3機械手操作面板示意圖

機械手的操作面板分布情況如圖8-3所示。機械手具有手動、單步、單周期、連續(xù)和回原位五種工作方式，用開關(guān)SA進行選擇。手動工作方式時，用各操作按鈕(SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10、SB11)來點動執(zhí)行相應的各動作;單步工作方式時，每按一次啟動按鈕(SB3)，向前執(zhí)行一步動作;單周期工作方式時，機械手在原位，按下啟動按鈕SB3，自動地執(zhí)行一個工作周期的動作，最后返回原位(如果在動作過程中按下停止按鈕SB4，機械手將停在該工序上，再按下啟動按鈕SB3，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位);連續(xù)工作方式時，機械手在原位，按下啟動按鈕(SB3)，機械手就連續(xù)重復進行工作(如果按下停止按鈕SB4，機械手運行到原位后停止);返回原位工作方式時，按下回原位按鈕SB11，機械手自動回到原位狀態(tài)。8.2.2PLC的I/O分配

圖8-4所示為PLC的I/O接線圖，選用FX2N-48MR的PLC，系統(tǒng)共有18個輸入設備和5個輸出設備，分別占用PLC的18個輸入點和5個輸出點。為了保證在緊急情況下(包括PLC發(fā)生故障時)能可靠地切斷PLC的負載電源，設置了交流接觸器KM。在PLC開始運行時按下電源按鈕SB1，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點接通，給輸出設備提供電源;出現(xiàn)緊急情況時，按下急停按鈕SB2，KM觸點斷開電源。圖8-4PLC的I/O接線圖8.2.3PLC程序設計

1.程序的總體結(jié)構(gòu)

圖8-5所示為機械手系統(tǒng)的PLC梯形圖程序的總體結(jié)構(gòu)，將程序分為公用程序、自動程序、手動程序和回原位程序四個部分。其中自動程序包括單步、單周期和連續(xù)工作的程序，這是因為它們的工作都是按照同樣的順序進行的，所以將它們合在一起編程更加簡單。梯形圖中使用跳轉(zhuǎn)指令使得自動程序、手動程序和回原位程序不會同時執(zhí)行。

假設選擇“手動”方式，則X0為ON、X1為OFF，此時PLC執(zhí)行完公用程序后，將跳過自動程序到P0處，由于X0常閉觸點為斷開，故執(zhí)行手動程序，執(zhí)行到P1處，由于X1常閉觸點為閉合，所以又跳過回原位程序到P2處;假設選擇“回原位”方式，則X0為OFF、X1為ON，跳過自動程序和手動程序執(zhí)行回原位程序;假設選擇“單步”、“單周期”或“連續(xù)”方式，則X0、X1均為OFF，此時執(zhí)行完自動程序后，跳過手動程序和回原位程序。圖8-5機械手系統(tǒng)PLC梯形圖的總體結(jié)構(gòu)圖

2.各部分程序的設計

1)公用程序

公用程序如圖8-6所示，左限位開關(guān)X12、上限位開關(guān)X10的常開觸點和表示機械手松開的Y4的常開觸點的串聯(lián)電路接通時，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機械手在原位。公用程序用于自動程序和手動程序相互切換的處理，當系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應的輔助繼電器(M11~M18)復位，同時將表示連續(xù)工作狀態(tài)的M1復位，否則當系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。當機械手處于原點狀態(tài)(M0為ON)，在開始執(zhí)行用戶程序(M8002為ON)、系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或回原點狀態(tài)(X0或X1為ON)時，初始步對應的M10將被置位，為進入單步、單同期和連續(xù)工作方式做好準備。如果此時M0為OFF狀態(tài)，M10將被復位，初始步為不活動步，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。圖8-6公用程序

2)手動程序

手動程序如圖8-7所示。手動工作時，用X14～X21對應的6個按鈕控制機械手的上升、下降、左行、右行、松開和夾緊。為了保證系統(tǒng)的安全運行，在手動程序中設置了一些必要的聯(lián)鎖，例如：上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖;上升、下降、左行、右行的限位;上限位開關(guān)X10的常開觸點與控制左、右行的Y2和Y3的線圈串聯(lián)，使得機械手升到最高位置后才能左右移動，以防止機械手在較低位置運行時與別的物體碰撞。圖8-7手動程序

3)自動程序

圖8-8所示為機械手系統(tǒng)自動程序的功能表圖。使用通用指令的編程方式設計出的自動程序如圖8-9所示。系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期(非單步)工作方式時，X2的常閉觸點接通，使M2(轉(zhuǎn)換允許)為ON狀態(tài)，串聯(lián)在各步電路中的M2的常開觸點接通，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。假設選擇的是單周期工作方式，此時X3為ON，X1和X2的常閉觸點閉合，M2為ON，允許轉(zhuǎn)換。在初始步時按下啟動按鈕X5，在M11的電路中，M10、X5、M2的常開觸點和X12的常閉觸點均接通，使M11為ON，系統(tǒng)進入下降步，Y1為ON，機械手下降;機械手碰到下限位開關(guān)X11時，M12變?yōu)镺N，轉(zhuǎn)換到夾緊步，Y4被復位，工件被夾緊;同時T0得電，2s以后T0的定時時間到，其常開觸點接通，使系統(tǒng)進入上升步。系統(tǒng)將這樣一步一步地往下工作，當機械手在步M18返回最左邊時，X4為ON，因為此時不是連續(xù)工作方式，M1處于OFF狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件M1[TX-]·X12滿足，系統(tǒng)返回并停留在初始步M10。在連續(xù)工作方式時，X4為ON，在初始狀態(tài)按下啟動按鈕X5，與單周期工作方式時相同，M11變?yōu)镺N，機械手下降，與此同時，控制連續(xù)工作的M1為ON，往后的工作過程與單周期工作方式相同。當機械手在步M18返回最左邊時，X12為ON，因為M1為ON，轉(zhuǎn)換條件M7·X4滿足，系統(tǒng)將返回步M11，反復連續(xù)地工作下去。按下停止按鈕X6后，M1變?yōu)镺FF，但是系統(tǒng)不會立即停止工作，而是在完成當前工作周期的全部動作后，在步M18返回最左邊，左限位開關(guān)X12為ON，轉(zhuǎn)換條件·X12滿足，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。圖8-8自動程序的功能圖表圖8-9自動程序如果系統(tǒng)處于單步工作方式，則X2為ON，它的常閉觸點斷開，“轉(zhuǎn)換允許”輔助繼電器M2在一般情況下為OFF，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。設系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，M10為ON，按下啟動按鈕X5，M2變?yōu)镺N，使M11為ON，系統(tǒng)進入下降步。放開啟動按鈕后，M2馬上變?yōu)镺FF。在下降步，Y0得電，機械手降到下限位開關(guān)X11處時，與Y0線圈串聯(lián)的X11的常閉觸點斷開，使Y0的線圈斷電，機械手停止下降。X11的常開觸點閉合后，如果沒有按啟動按鈕，則X5和M2處于OFF狀態(tài)，一直要等到按下啟動按鈕，M5和M2變?yōu)镺N，M2的常開觸點接通，轉(zhuǎn)換條件X11才能使M12接通，M12得電并自保持，系統(tǒng)才能由下降步進入夾緊步。以后在完成某一步的操作后，都必須按一次啟動按鈕，系統(tǒng)才能進入下一步。在輸出程序部分，X10～X13的常閉觸點是為單步工作方式設置的。以下降為例，當小車碰到限位開關(guān)X11后，與下降步對應的輔助繼電器M11不會馬上變?yōu)镺FF，如果Y0的線圈不與X11的常閉觸點串聯(lián)，則機械手不能停在下限位開關(guān)X11處，還會繼續(xù)下降，這種情況下可能造成事故。

4)回原點程序

圖8-10所示為機械手自動回原點程序的梯形圖。在回原點工作方式(X1為ON)下，按下回原點啟動按鈕X7，M3變?yōu)镺N，機械手松開和上升，升到上限位開關(guān)時X10為ON，機械手左行，到左限位處時，X12變?yōu)镺N，左行停止并將M3復位。這時原點條件滿足，M0為ON，在公用程序中，初始步M0被置位，為進入單周期、連續(xù)和單步工作方式做好了準備。圖8-10回原位程序

3.程序綜合與模擬調(diào)試

由于在各部分程序設計時已經(jīng)考慮了各部分之間的相互關(guān)系，因此只要將公用程序(圖8-6)、手動程序(圖8-7)、自動程序(圖8-9)和回原位程序(圖8-10)按照機械手程序總體結(jié)構(gòu)(圖8-5)綜合起來，即為機械手控制系統(tǒng)的PLC程序。模擬調(diào)試時，各部分程序可先分別調(diào)試，然后進行全部程序的調(diào)試，也可直接進行全部程序的調(diào)試。8.3.1C650普通車床的電氣控制要求

C650型車床是一種使用廣泛的金屬切削機床，圖8-11是該車床的電氣主電路圖。其中M1是主軸電動機;M2為冷卻泵電動機;M3為刀架快速移動電動機;KM～KM4為交流接觸器;FR1～FR2為熱繼電器的熱元件;KS為速度繼電器;FU1～FU3為熔斷器。8.3用PLC技術(shù)改造普通車床的電氣控制系統(tǒng)其電氣控制要求如下：

(1)主軸電機選用籠型異步電動機，采用直接啟動。

(2)主軸要求有正、反轉(zhuǎn)，為了調(diào)整對刀，還需實現(xiàn)點動控制。

(3)停車時和點動完畢均要反接制動。為了防止在頻繁點動時，大電流造成電動機過載以及限制反接制動電流，在點動和反接制動主電路中串接了限流電阻R。

(4)車削加工時，刀具及工件溫度過高，有時需要冷卻，因而需配冷卻泵電動機。

(5)刀架快速移動，由另一臺電動機拖動。

(6)主軸電動機和冷卻電動機有短路保護和過載保護。因快移電動機只需短時間工作，故不設置過載保護。

(7)為了監(jiān)視主軸電動機負載情況，在主軸電路中通過互感器接入電流表。圖8-11電氣主電路圖8.3.2PLC控制電路

為實現(xiàn)C650車床上述的電氣控制要求，現(xiàn)選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N-24MR型PLC。

1.I/O地址分配表(如表8-1)

表8-1I/O地址分配表

2.輸入/輸出端接線圖(如圖8-12所示)

3.C650普通車床的PLC梯形圖(如圖8-13所示)

1)PLC梯形圖控制分析

(1)調(diào)整對刀過程：合上QS，按下SB2，X2接通，Y1動作使KM1吸合，M1串電阻限流點動，松開SB2，X2斷開，M1停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)點動調(diào)整車床位置。圖8-12輸入/輸出端接線圖圖8-13PLC梯形圖

(2)刀架快移過程：合上QS，扳動進給操縱手柄壓合位置開關(guān)SQ，X7接通，Y4動作，KM4吸合，M3啟動運行，刀架向指定方向快速移動。

(3)車床工作過程：合上QS，按下SB3，X3接通，Y0動作，KM3吸合短接電阻R，同時M10動作，Y1動作，KM1吸合，M1正轉(zhuǎn)啟動運行，開始車削加工。要停車時，按下SB1，X1接通，X1的常閉觸頭斷開，所有線圈除M1、M2外均釋放。松開SB1，由于慣性，SR1常開觸點仍閉合，X10接通，使M1線圈接通，Y2線圈接通，KM2吸合，主軸電動機M1電源反接并串限流電阻R實現(xiàn)反接制動，當速度接近零時，SR1常開觸點斷開，KM2釋放，M1停轉(zhuǎn)。

(4)當車削加工過程中，工件需要使用冷卻液時，按下SB6，X6接通，Y3線圈得電，KM3工作，M2工作，開始供給冷卻液。要停車按下SB5即可。

(5)當電動機過載時，F(xiàn)R1或FR2常閉觸點斷開，切斷電源，電動機停止工作。

(6)反轉(zhuǎn)工作過程與正轉(zhuǎn)相同。2)梯形圖的特點

梯形圖主要有以下特點:

(1)為了避免M1電動機正反轉(zhuǎn)時造成相間短路，除在程序上采用軟繼電器的觸點聯(lián)鎖外，

還在KM1和KM2的線圈支路上采用了接觸器常閉觸點的電路聯(lián)鎖。

(2)為了防止合上QS后有人轉(zhuǎn)動卡盤，使速度繼電器的常開觸點X10(或X11)

閉合，造成Y1或Y2吸合，M1突然轉(zhuǎn)動起來造成事故，特引入內(nèi)部輔助繼電器的M1、

M2，在M1或M2沒有接通的情況下，SR的常開觸點即使閉合，電機M1也不可能運

轉(zhuǎn)。皮帶運輸機又稱帶式輸送機，既是一種連續(xù)運輸機械，也是一種通用機械。皮帶運輸機被廣泛應用在港口、電廠、鋼鐵、水泥、糧食及輕工業(yè)的生產(chǎn)線，既可運送散狀物料，也可運送成件物品。在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中，PLC已成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領域中應用前景極其廣泛。8.4皮帶運輸機的PLC控制系統(tǒng)設計8.4.1皮帶運輸機的控制要求

圖8-14為原材料皮帶運輸機的示意圖。原材料從料斗經(jīng)過PD1、PD2兩臺皮帶運輸機送出;由電磁閥M0控制從料斗向PD1供料;PD1、PD2分別由電動機M1和M2控制。圖8-14原材料皮帶運輸機的示意圖

1.控制要求

1)初始狀態(tài)

料斗、皮帶PD1和皮帶PD2全部處于關(guān)閉狀態(tài)。

2)啟動操作

啟動時，為避免在前段運輸皮帶上造成物料堆積，要求逆送料方向按一定的時間間隔順序啟動。其操作步驟為：皮帶PD2→延時5s→皮帶PD1→延時5s→料斗M0。

3)停止操作

停止時，為使運輸機皮帶上不留剩余物料，要求順物料流動的方向按一定時間間隔順序停止。

其停止順序為：料斗→延時10s→皮帶PD1→延時10s→皮帶PD2。

4)故障停車

在皮帶運輸機的運行中，若皮帶PD1過載，則應把料斗和皮帶PD1同時關(guān)閉，皮帶PD2應在皮帶PD1停止10s后停止;若皮帶PD2過載，則應把皮帶PD1、皮帶PD2(M1、M2)的料斗M0都關(guān)閉。

5)要求采用FX系列PLC實現(xiàn)控制

2.I/O地址分配及指令表

I/O地址分配及指令表如表8-2所示。表8-2I/O地址分配及指令表8.4.2PLC程序設計

用步控指令根據(jù)皮帶運輸機控制要求設計的功能圖如圖8-15所示。

皮帶運輸機的PLC梯形圖如圖8-16所示。

指令語句表如表8-3所示。圖8-15皮帶運輸機的程序順序圖圖8-16皮帶運輸機的PLC等效梯形圖表8-3指令語句表本章介紹了PLC控制系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容，設計的基本步驟：深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求;確定I/O設備;選擇合適的PLC類型;分配I/O點;設計應用系統(tǒng)

梯形圖程序;將程序輸入PLC;進行軟件測試;應用系統(tǒng)整體調(diào)試;編制技術(shù)文件。通過三個例子“PLC在機械手搬運控制系統(tǒng)中的應用”，“用PLC技術(shù)改造普通車床的電氣控制系統(tǒng)”，“皮帶運輸機的PLC控制系統(tǒng)設計”，進一步解釋了以上內(nèi)容。小結(jié)

8-1設計彩燈順序控制系統(tǒng)。控制要求如下：

(1)A亮1s，滅1s;B亮1s，滅1s;

(2)C亮1s，滅1s;D亮1s，滅1s;

(3)A、B、C、D亮1s，滅1s;

(4)循環(huán)三次。

8-2設計電動機正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。

控制要求：正轉(zhuǎn)3s，停2s，反轉(zhuǎn)3s，停2s，循環(huán)3次。習題與思考題

8-3用PLC對自動售汽水機進行控制。工作要求：

(1)此售貨機可投入1元、2元硬幣，投幣口為LS1，LS2;

(2)當投入的硬幣總值大于等于6元時，汽水指示燈L1亮，此時按下汽水按鈕SB，則汽水口L2出汽水，12秒后自動停止。

(3)不找錢，不結(jié)余，下一位投幣又重新開始。

請：(A)設計I/O口，畫出PLC的I/O口硬件連接圖并進行連接;

(B)畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或梯形圖。

8-4有一3臺皮帶運輸機傳輸系統(tǒng)，分別用電動機M1、M2、M3帶動?？刂埔笕缦拢?/p>

按下啟動按鈕，先啟動最末一臺皮帶機M3，經(jīng)5s后再依次啟動其它皮帶機。正常運行時，M3、M2、M1均工作。按下停止按鈕時，先停止最前一臺皮帶機M1，待料送完后，再依次停止其它皮帶機。

(1)寫出I/O分配表;

(2)畫出梯形圖。

8-5某系統(tǒng)有兩種工作方式，手動和自動。現(xiàn)場的輸入設備有：6個行程開關(guān)(SQ1~SQ6)和2個按鈕(SB1~SB2)僅供自動程序使用，6個按鈕(SB3~SB8)僅供手動程序使用，4個行程開關(guān)(SQ7~SQ10)為手動、自動兩程序共用?，F(xiàn)有CPM1A-20CDR型PLC，其輸入點12個(00000~00011)，是否可以使用？若可以，請畫出相應的外部輸入硬件接線圖。

8-6設計一個汽車庫自動門控制系統(tǒng)，具體控制要求是：當汽車到達車庫門前，超聲波開關(guān)接收到車來的信號，開門上升，當升到頂點碰到上限開關(guān)，門停止上升，當汽車駛?cè)胲噹旌?，光電開關(guān)發(fā)出信號，門電動機反轉(zhuǎn)，門下降，當下降碰到下限開關(guān)后，門電動機停