毕业设计（论文）-轧辊车床PLC触摸屏控制系统设计（含全套CAD图纸） .doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计全套cad图纸等，联系 153893706目 录摘 要abstract第1章 绪论11.1 选题背景及研究的目的和意义11.1.1选题背景11.1.2研究的目的与意义21.2 基本内容和拟解决的问题31.2.1基本内容31.2.2拟解决的问题3第2章 轧辊车床的主要结构与控制要求4 2.1轧辊车床的主要结构4 2.2轧辊车床的控制要求42.3继电器电气线路的分析62.3.1主电路分析62.3.2控制电路分析6 2.3.3整机线路联锁与保护72.4 本章小结7第3章 元器件的选择83.1 伺服电动机的选择 8 3.2 直流电机的选择 103.3 本章小结 10第4章 控制系统的硬件设计114.1 确定i/o点数 114.2 plc 的选型 12 4.3 plc i/o 分配表 164.4 plc 控制系统外部接线图设计 174.5 轧辊车床plc与人机界面的连接 174.6 本章小结 18第5章 控制系统的软件设计195.1 控制系统程序设计 195.2 本章小结 27结论28参考文献29致谢31黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论1.1 选题背景及研究的目的与意义1.1.1 选题背景在国内轧辊制造行业使用的重型轧辊车床中,有许多是20世纪60年代和70年代制造的,目前仍作为轧辊加工的主要设备在服役。它们的主拖动普遍采用大功率直流电动机来实现,调速手段除少数延用f一d机组形式外,多数在20世纪80年代完成了第一步改造。利用plc控制单元驱动伺服电动机合理的无级调速范围,代替原来纯机械的有级变速,进而达到在不降低机械传动性能的情况下,简化机械传动系统,改进机床操作性能。成功应用在重型轧辊车床上。现代化生产的水平、产品的质量和经济效益等各项指标，在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气自动化程度。机电一体化技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的。在控制方法上主要是从手动到自动；在控制功能上，是从简单到复杂；在操作上，是由笨重到轻巧。随着新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，又为电气控制技术的发展开拓了新的途径。 传统的机床电气控制是继电器接触式控制系统，由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，实现对机床的启动、停车、有极调速等控制。继电器接触式控制系统的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强、价格低，因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触式控制仍然是机床和其他机械设备最基本的电气控制形式之一。 在实际生产中，由于大量存在用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因而传统的继电器接触式控制系统常不能满足这种要求，因此曾出现了继电器接触控制和电子技术相结合的控制装置，叫做顺序控制器。它能够根据生产的需要改变控制程序，而又远比电子计算机结构简单，价格低廉，它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制的。但它的装置体积大，功能也受到一定限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展及应用，上述控制技术也发生了根本性的变化，在70年代出现了将计算机的存储技术引入顺序控制器，产生了新型工业控制器-可编程序控制器（plc），它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前在世界各国已作为一种标准化通用装置普遍应用于工业控制。 为解决占机械总加工量80左右的单件和小批量生产的自动化的难题，50年代出现了数控机床。它综合应用了电子技术、计算机技术、检测技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就，它是典型的机电一体化产品。数控机床经过40年来的发展，品种日益增多，性能不断完善，其中以轮廓控制的数控机床和带有自动换刀装置和工作台能自动转位的数控加工中心发展更为迅速。数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其中伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。1.1.2 研究的目的与意义轧辊车床主要应用与冶金制造行业,它主要是对各类长短不同、重量不同的轧辊外表层进行切削加工。由于在轧辊切削过程中对切削速度、刀架档位及进刀速度有特殊要求，所以控制轧辊车床的plc输入/输出点数也相应增多，同时考虑到余量，可选用欧姆龙中型c200h系列plc。该系列plc集中了“信息化对应控制器”功能的sysmaca系列可编程控制器，实现了工业现场的自动控制。同时，触摸屏的加入使操作更加方便，实时的报警信息是维护和改进更加方便。本文主要介绍了欧姆龙plc及触摸屏在轧辊车床上的应用，通过对轧辊车床基本功能及运动方式的介绍，增加了读者对plc各个通道的地址分配及plc程序设计的认识；通过介绍轧辊车床和人机界面的参数，使我们进一步熟悉了欧姆龙plc、触摸屏及电机选型的方法；对plc各个模块硬件连线图进行了详细说明，目的是进一步了解利用欧姆龙plc如何完成对轧辊车床的控制，并对plc中每个外部接点的含义有了深刻认识，有利于系统掌握plc的硬件组成；按照轧辊车床完成的功能，利用组态图加标注的方法，将轧辊车床的组态任务进行了图解，从而能直观看出每个组态画面所要完成的功能，易于初学者掌握工程中的基本组态；同时强调了一些基本程序指令在实际应用中应注意的问题，使读者在以后应用或设计中能够引起重视；最后介绍plc与触摸屏的通信设置，使我们进一步掌握了plc与触摸屏建立通信的方法。特别加入了梯形图和指令表的描述，用这两种方式对轧辊车床控制程序进行介绍，使得读者能进一步了解梯形图与指令表的区别，并从中掌握一些特殊指令的应用。本文将介绍触摸屏plc控制系统在c84型轧辊车床上的应用，其中包括轧辊车床的组成、参数说明、控制系统构成及选型、扎辊车床的硬件接线、plc输入/输出地址分配、触摸屏画面的组态、plc梯形图程序、指令表程序及plc与触摸屏的通信。通过对轧辊车床plc及触摸屏的介绍，我们将进一步熟悉plc与触摸屏的设计方法及在工程应用中所要注意的问题。1.2 基本内容和拟解决的问题1.2.1 基本内容1选择和确定总体设计方案；2设计电气控制原理框图；3进行plc的选型及i/o分配；4设计plc硬件系统；5. plc控制程序的设计；6. 触摸屏画面组态设计1.2.2 拟解决的问题1. plc及连接plc外围设备选用。2. 触摸屏组件选用,人机界面选用。3. plc输入与输出硬件接线设计,plc与主轴和plc与刀架硬件的接线设计,plc地址分配。4. plc与触摸屏画面的通信设置。第2章 轧辊车床的主要结构与控制要求要想进行plc控制系统的设计，首先必须对控制对象进行调查，搞清楚控制对象的工作特点，明确控制要求以及各阶段的特点和各阶段之间的转换条件。2.1 轧辊车床的主要结构（1）主轴箱。主轴的一端是直流电动机，另一端是由齿轮带动的花盘。主轴箱内主要有各种传动齿轮及液压缸组成。主轴箱功能主要是夹紧轧辊并驱动轧按照设定转速旋转，驱动源为z系列55kw直流电动机，主轴换挡操作都在主轴箱内完成。 （2）液压工作站系统。液压工作站系统主要给主轴箱提供静压油和润滑油。液压站由一个7.5kw液压泵、电磁阀、回油缸及压力表组成。液压站不仅为主轴箱提供静压及润滑，也为尾座提供静压。 （3）刀架。刀架是切削轧辊的主要设备。由刀头、溜板箱及交流伺服电动机组成，溜板箱在滑轨作横向移动，从而完成切削不同部位的轧辊。组成刀架的电气控制部分通过nt5z型人机界面控制其横向和纵向移动、快速和进给。 （4）尾座。尾座位于车床尾部，由套筒（顶紧轧辊的装置）、液压缸、尾座电动机和套筒电动机组成。他配合主轴夹紧装置-花盘，来完成对整个轧辊的夹紧。 （5）导轨。导轨是刀架及尾座移动的轨道。导轨表面要求保持清洁、光滑并且平整，从而使刀架运行平稳，保持了加工质量。因此应定期清理和润滑导轨表面。导轨底部是机床床身，用来稳定整个机床。（6）机床电气控制部分。机床电气控制部分由主回路和控制回路两部分组成。主回路主要由主轴驱动装置、刀架驱动装置及各种交直流电动机组成；控制回路由c200hs型plc和布于两个刀架的触摸屏、各种电磁阀、限位开关及其他控制电路组成。2.2 轧辊车床的控制要求轧辊车床控制系统主要是由三部分组成：人机界面、plc及连接plc的外围设备。 （1）人机界面通过通信电缆与plc的cpu相连，从而实现了plc与人机界面的双向通信。 （2）根据扎辊车床所要完成的功能及技术要求，plc主要由cpu、电源、数字量输入/输出模块、独立数字量输出模块和模拟量输入模块组成。 （3）plc每一个模块下对应连接有外围电路，它们是plc的输入信号。如按钮、 图2.1 轧辊车床主电路控制原理图行程开关、使能信号和液位开关。同时plc输出相应的控制信号，如控制电磁阀、液压泵及各种信号指示。独立数字量输出模块分别完成主轴及刀架速度给定、使能和锁零等功能。模拟量输入模块主要是对实际转速信号进行测量，并将其显示在触摸屏上。2.3 继电器电气线路的分析轧辊车床主电路控制原理图如图2.1所示:2.3.1主电路分析该机床共配置五台电动机m1、m2和m3、m4、m5。主轴电动机m1（功率为30kw）完成主轴主运动，采用直接启动方式，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气制动停车。为加工调整方便，还具有点动功能。电动机m1控制电路分为四个部分：由正转控制接触器km6和反转控制接触器km7的两组主触点构成电动机的正反转电路。电流表pa经电流互感器ta接在主电动机m1主运动上，以监视电动机绕组工作电流变化。为防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器kt的动断触头，在启动的短时间内将电流表暂时短接。串联电阻限流控制部分，接触器km2的主触点控制限流电阻r的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载而串入了限流电阻r，以保证电路设备正常工作。速度继电器ks的速度检测部分与电动机的主轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触头可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。油泵电动机m2给主轴箱提供静压油和润滑油,而且给左右两个刀架提供静压及润滑，采用直接启动停止方式，为连续工作状态，由接触器km1和km12的主触点控制其主电路的接通与断开。刀架电动机m3由交流接触器km8控制,他可以控制刀架的进给、向左和向右移动。对左右刀架起到控制作用。m4是尾座电动机，m5是套筒电动机，它主要配合主轴花盘完成对整个轧辊的夹紧。为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了采用熔断器的短路保护环节和采用热继电器的电动机过载保护环节。2.3.2控制电路分析电源：由控制变压器tc（380v/110v，36v）的接线和参数标注可知各接触器、继电器线圈电压等级为110v。主电动机m1控制：接通电源sb0。急停总共有sb1、sb2、sb3三个按钮控制，在机床出现大的故障时，分别按下三个按钮中的任何一个都可以使整个车床停止运转。正向点动 sb13km2+（无自保）m1串r正向点动（sb13+表示按sb13并保持）。反向点动sb16km2。正向起动 sb9+km6+,反向起动sb11km7。左1挡纵向 sb21+yc5-，左1挡横向 sb22yc4，左2挡与左1挡类似反向制动 （接sb3）与停车制动（ks-2+）过程与正向类似。采用控制流程来表达电路的过程具有简单、一目了然的优点。其基本步骤是：各自受控点动作后出现的控制结果（利用坐标标注检索可避免遗漏）。冷却泵电动机 sb5+ km1+（自保）m2起动。sb4+ km1+（自保）m2停止。快速电动机 sq+（刀架手柄压动）km5+m3起动。2.3.3 整机线路联锁与保护由km1与km2各自的常闭触点串接于对方工作电路以实现正反转运行互锁。由fu0及fu1fu6实现短路保护。由fr1与fr2实现m1与m2的过载保护（根据m1与m2额定电流分别整定）。km1km4等接触器采用按钮与自保控制方式，因此使m1与m2具有欠电压与零电压保。2.4 本章小结本章主要介绍了轧辊车床的主要结构和控制要求，还有继电器电器电路分析。其中继电器电气线路分析包括主电路分析和控制电路分析。第3章 系统元器件的选择3.1伺服电机的选择伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 伺服系统（servomechanism）是使物体的位置、方位、 图3.1 伺服电机状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的u/v/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90的绕组，一个是励磁绕组rf，它始终接在交流电压uf上；另一个是控制绕组l，联接控制信号电压uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。该车床使用的交流伺服电动机额定功率为750kw，额定转矩为2.39n.m，额定转速为3000rpm，额定电流为4.78a。3.2 直流电机的选择 识别系统采用的微型直流电机ds-45rp775244500-51k如图3.2，表3.1所示图3.2 直流电机表3.1 直流电机主要参数型 号ds-45rp775244500-51k类型直流电动机额定电压3-24v外形尺寸 齿轮箱直径45（mm）3.6 本章小结元器件的选用是本次设计的重点，元器件的选择对整个系统的运行都有一定的影响，另外还要考虑价格因素。本章所选的元器件有z系列55kw直流电动机；选用80cb075c-010000型号交流伺服电动机。第4章 控制系统硬件设计plc控制系统的硬件设计，主要是根据被控制对象对plc控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的plc类型，并分配i/o点。4.1确定i/o点数根据第2章的主电路分析,统计i/0的点数如表4-1所示:表4-1 i/0点数的统计类 型功能所占点数(个)输入设备m1的停止按钮1m1的点动按钮1m1的正转按钮1m1的反转按钮1m2的停止按钮1m2的启动按钮1m3的限位开关1m1的热继电器动合触电1m2的热继电器动合触电1速度继电器正转触点1速度继电器反转触点1 输出设备m1的正转接触器1m1的反转接触器1m1的制动接触器1m2接触器1m3接触器1电流表接入中间继电器14.2 plc的选择根据设计要求可知，plc点数的选择，不管是输入点数还是输出点数都要留有10%的余量，根据i/o口分配情况可知：输入信号有11个，输出信号有6个，图4.1 plc硬件基本组成的简化框图根据i/o点数可选择fx2n24mr可编程控制器，以满足控制要求，而且输入输出都留有一定的余量。4.2.1 plc的硬件组成与各部分的作用可编程控制器(plc)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。其结构如图4.1:由图可见， plc的硬件是由主机（基本单元）、i/o扩展模块以及各种外部设备组成，通过各自的端口联成一个整体。其主要组成及各部分作用是:1.cpu cpu是plc的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，cpu单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套plc至少有一个cpu，它按plc的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路,2.存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器, 用户存储器包括用户程序存储器和数据存储器两种，前者用于存放用户程序，后者用来存放用户程序执行过程中使用no/off状态量或数值量，以生成用户数据区。用户存储器内容由用户根据控制需要可读可写，可任意修改、删除。可采用高密度、低功耗的cmos ram或eprom与eeprom。他在plc技术指标中的内存容量系指用户存储器容量，是pc等级的一项重要指标；系统存储器用于固化plc生产厂家编写的各种系统工作程序，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统，在很大程度上他决定该种pc的性能和质量，用户无法更改或调用。3.输入、输出单元（i/o单元） i/o口单元称为i/o接口电路，plc程序执行过程中需要用的各种开关量、数字量或模拟量等各种外部设备或设定量，都通过输入电路进入plc。而程序执行结果又是通过输出电路送到控制现场实现外部控制功能。由于生产过程当中的信号电平、频率是多种多样的，外部执行机构所需的电平、频率也是千差万别的，而cpu处理的信号只是标准电平，其工作节拍又与外部环境不一样。所以plc与通用计算机i/o电路有着类似的作用，即电平变换、速度匹配、驱动功率放大、信号隔离等。不同的是，pc产品的i/o单元是顾及其工作环境和各种要求而经过精心设计和制造的。通用计算机则要求拥护根据使用条件自行开发，其可靠性、抗干扰能力往往达不到系统要求。(1).输入接口电路各种plc输入电路大致相同，其输入方式有三种类型：一种是直流输入（dc12v或24v），另一种是交流输入（ac100120v或200240v），第三种是交直流输入（交直流12v或24v）。外部输入器件可以是无源触点，如按钮、行程开关、主令开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、集电极开路的晶体管接近开关、光电开关等。在plc内部电源容量允许前提下，有源输入器件可采用plc输出电源，否则必须外设电源。当输入信号为模拟量时，信号必须经过专用的模拟量输入模块进行a/d转换，然后通过输入电路进行plc。输入信号是通过输入断子经rc滤波、光电隔离进入内部电路。(2).输出接口电路为适应不同负载需求，各类plc的输出有三种方式，即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。继电器输出最常用，适用交直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率和响应速度慢。晶体管适应直流负载，其特点是动作频率高，响应速度快，但带负载能力小。晶闸管输出使用交流负载，响应速度快，带载能力不大。外部负载直接与plc输出端子相联，输出电路的负载电源由用户根据负载要求自行分配。输出电路仅是提供输出通道。同时考虑不同类型，不同性质负载的接线要求，通常plc输出端口的公共端子是分组设置的。每4-8点共一个com端子，各组相互隔离。在实际应用中应该注意各类plc输出端子的输出电流不能超出其额定值，同时还要注意输出电流与负载性质有关，例如fx2型plc继电器输出的负载能力在电源电压250v以下时，电阻性负载为2a/点；感性负载为80va/点，灯负载为100w/点。4. 电源单元 plc对供电电源要求不高，可直接采用普通单相交流电。允许电源电压额定值在+10%-15%范围内波动。也有用直流24v供电。plc内部有一个高质量开关型稳压电源，用于对cpu、i/o单元供电，还可以为外部传感器提供dc24v电源。4.2.2 pc的技术指标1.fx2系列小型pc一般技术指标 一般技术指标主要是指plc产品的工作条件与一般工作环境的适应程度。plc是专为工业控制设计的，充分考虑了工业环境种种恶劣因数。其技术指标如表4-2所示。表4-2 一般技术指标环境温度055环境湿度35%85%rh（不结露）抗震jis c0911标准 1055hz 0.55mm（最大2g）3轴方向各2h抗冲击jis c0912标准 10g 3轴方向各3个抗噪音干扰用噪音仿真器产生电压为1000vp-p,噪音脉冲宽度为1s,频率为30100hz噪音，在此噪音干扰下plc正常工作耐压1500ac 1min绝缘电压5m以上，500v dc接地第3种接地，不能接地时，亦可浮空使用环境禁止腐蚀性气体，严禁尘埃2.性能技术指标性能技术指标标志某种plc在硬件和软件反面所具备功能。不同机型差异较大，在plc选型时要逐一考虑该项技术指标能否满足要求。plc的性能包括：输入指标、输出指标和电源指标方面。如表4-3、4-4、4-5所示。表4-3 输入技术指标输入电压24v dc隔离光电耦合输出电流7ma响应时间10ms表4-4 输出技术指标项目继电器输出ssr输出晶体管输出外部电源250v ac，30v dc85242v ac530v dc最大负载电阻负载2a/点0.3a/点，0.8a/4点0.5a/1点，0.8a/4点感性负载80va15va/100v ac 30va/240v ac12w/24v dc灯负载100w30w1.5w/24v dc开路漏电流_1ma/100v ac 2.4ma/240v ac0.1ma/30v dc最小负载_0.4va/100v ac 2.3va/240v ac_响应时间off-no约10ms1ms以下0.2ms以下no-off约10ms最大10 ms0.2ms以下隔离方式继电器隔离光电晶闸管隔离晶体管隔离表4-5 电源技术指标项目fx-16mfx-24mfx-32m fx-32efx-48mfx-48efx-64mfx-80m电源电压（100240v）+10%-15%ac 50/60hz(120/240v电源系瞬间断电允许时间对于10ms以下的瞬间断电控制动作不受影响电源熔丝250v 2a，5mm*20mm250v 5a,5mm*20mm电力消耗/va303540506070传感器无扩展模块电源有扩展模块24v dc 250ma以下24v dc 100ma以下（扩展16点时）24v dc 400 ma以下 24v dv 150 ma（扩展32点时）4.3 plc i/0分配表根据所统计的i/o口与所选的plc的型号可列出其i/o分配如表4-6所示:表4-6 plc i/o分配表输入设备plc输入继电器输出设备plc输出继电器代号功能代号功能sb0m1的停止按钮x0km1m1的正转接触器y0sb1m1的点动按钮x1km2m1的反转接触器y1sb2m1的正转按钮x2km3m1的制动接触器y2sb3m1的反转按钮x3km4m2接触器y3sb4m2的停止按钮x4km5m3接触器y4sb5m2的启动按钮x5ka电流表接入中间继电器y5sqm3的限位开关x6fr1m1的热继电器动合触电x7fr2m2的热继电器动合触电x10ks1速度继电器正转触点x11ks2速度继电器反转触点x124.4 plc控制系统外部接线图的设计图4.2 外部接线图4.5 轧辊车床plc与人机界面的连接为了建立plc与触摸屏画面的通信，要知道人机界面和plc的窜口及如何进行通信设置。对于plc与人机界面连线，采用com1口，其协议为rs232。它按照从右至左，从上到下依次排序。其中端子2为接受数据端（rxd），端子3为发送数据端（txd），端子5为接地端子（gnd），端子7为请求发送端（rts），端子8为允许发送端（cts），其余为空端子。控制器通信口需要与触摸屏的通信口一致,设为com1口.同时,人机界面通信口也要保持一致,统一设定为rs232,波特率为9600。其余参数为人机默认值。plc采用相应的9针d型串口线，其接线方式如图4.3所示。图4.3为接线端子rs232协议连接方式：人机发送端（3）对应连接plc的接收端（3）、plc的发送端（2）对应连接人机接收端（2）、人机的接线（5）与plc的地线（9）相连、plc的端子4和5短接，其余空接。 nt5z接线端 plc接线端 9针d型(rs232) 9针d型(rs232)rxd(2)txd(3)gndtxd(2)rxd(3)sg(9)rg(4)cs(5) 图4.3 rs232协议端子定义4.6 本章小结本章论述的是plc控制系统的硬件设计，根据被控制对象对plc控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备，选择合适的plc类型，并分配i/o点。还介绍了plc外部接线图，plc与人机界面的连接等。第5章 控制系统的软件设计5.1 控制系统程序设计5.1.1主轴控制部分(1)急停部分程序机床急停就是在故障发生后快速停止整个车床运转,以避免故障扩大。如图5.1所示，当按下“急停”按钮，并且主轴油泵启动按钮断开后，plc接通急停中继并自锁。同时接通急停定时器tim000和tim001，分别延时1.5s和0.5s，执行互锁il（02）指令，并直接转入il(03)的下一条指令执行。联锁指令il(02)和il(03)一起使用，并建立联锁功能。联锁和采用tr位类似都可用于分叉处理。在il(02)指令执行条件不满足（off）时，处于il（02）和ilc(03)之间的指令处理与tr的处理结果不同。如果il(02)执行条件为off，程序直接转入il（03）的下一条指令执行；执行条件满足（on），从il(02)所处的指令点到下一个ilc(03)指令间的每一行指令允许执行。图5.1 急停程序段设计图(2)主轴油泵启动及故障程序段图5.2给出了主轴油泵启动程序。在无主轴故障下，主轴油泵接通并自锁，同时接通风机。接通定时器tim002延时10s。油压过载或主轴装置故障时输出主轴故障中继，同时主轴故障延时1.5s和0.5s后使主轴油泵自动断开（见图5.2）。 图5.2 主轴油泵启动及故障程序(3)主轴各状态运行程序段图5.3给出了主轴启停、点动、正转/反转和正转方向输出程序的设计。主轴正转条件：油泵接通、主轴在挡位、无主轴故障、无急停输出及反向联锁，接通正转中继工作位并自锁。在正向点动或接通换挡脉冲中继时，主轴正点中继工作位接通。无论主轴处于正点中继接通，还是主轴正转状态，程序将输出主轴正向信号，同时输出主轴运行中继工作位。主轴启动条件：主轴油泵接通、主轴无故障、无急停输出。同样，如图5.3所示，主轴反转条件为：油泵接通、主轴在挡位、无主轴故障、无急停输出及反向联锁，接通反转中继工作位并自锁。在反向点动或接通换挡脉冲中继时，主轴反向点动中继工作接通。无论主轴处于反向点动，还是主轴反转，程序将输出主轴反向信号，同时输出主轴运行中继工作位。图5.3 主轴运行程序指示(4)主轴换挡工作指示程序段如图5.4所示，主轴选择1挡后，主轴在1挡的两个行程开关闭合，即主轴挡位信号2和主轴挡位信号3接通，同时主轴 在1挡中继接通，并输出主轴在1挡指示。在主油泵接通时，plc输出主轴1挡给定工作位103.04，也可通过换挡脉冲中继输出给定工作位103.04，输出1挡给定工作位103.4的目的是为了与主轴2挡3挡给定构成联锁。2挡和3挡给定及在挡位显示程序与1挡类似。图5.4 主轴在挡位工作程序图(5)主轴换挡程序段如图5.5所示，在主轴油泵接通并且主轴不在挡位时，plc则以1s为周期触发换挡指示，并间断性闪烁。主轴换1挡中继接通条件为：主轴选择1挡、主轴不在长车运行下、主轴1挡与2挡和3挡互锁。在主轴油泵接通时，同时接通主换挡电磁阀2和3进行换挡。当主轴在1挡断开时，启动定时器tim005，经过4s后，tim005被置位，接通换挡脉动中继，于此同时tim006延时4s后被置位，则tim005复位，同时tim006也被复位。如果主轴在1挡仍是断开，重复以上操作，进行脉冲换挡。主轴换2挡和主轴换3挡程序设计与主轴换1挡类似。在主轴换2挡时，主换挡电磁阀1和主换挡电磁阀3接通；在主轴换3挡时，主换挡电磁阀2和主换挡电磁阀4接通。图5.5 主轴换挡位程序设计图(6)主轴警报程序段对于主轴故障报警，如图5.6所示，如果油压异常，在主轴油泵延时10s后接通油压故障指示，同时接通tim007，经过2s延时后置位，输出主轴故障报警，与此同时接通tim008，tim008经过2s后置位，并对tim007进行复位，如果故障仍未解除，重复以上动作，主轴故障报警将一直工作。图5.6 主轴故障报警程序设计图5.1.2 左刀架程序部分(1)左刀架油泵程序段如图5.7所示，左刀架溜板箱油泵有输出信号的条件为：启动左刀架油泵和左油泵不过载，该信号接通后自锁。左刀架在快速或进给运行时，tim010定时器接通，并且其经过3min延时后置位。同时左刀架油泵接通后,tim011定时器接通经过10s延时后置位，并对tim010复位，从而使左刀架油泵断开，复位tim011。如果左刀架继续运转，将重复以上动作。直至左刀架停止运转或左刀架溜板箱油泵停止。图5.7 左刀架油泵程序设计图(2)左刀架上电及工作指示程序段如图5.8所示，左刀架溜板箱油泵接通后，在左刀架装置准备好后输出左刀架装置上电指示。左刀架快速指示输出的条件为：左刀架选择快速、左刀架溜板箱油泵接通、与左刀架选择进给指示形成互锁；左刀架进给指示输出的条件为：左刀架选择进给、左刀架溜板箱油泵接通、与左刀架选择快速指示形成互锁。同时在左刀架运行状态下plc自锁。图5.8 左刀架上电及指示程序设计图(3)左刀架运行输出程序段如图5.9所示，左刀架运行输出即左刀架向左或向右运行。左刀架作进给运动即左刀架向左进给或左刀架向右进给。同样，左刀架选择快速指示下，左刀架快速输出，无进给输出。图5.9 左刀架运行输出程序设计图(4)左刀架左向运行程序段如图5.10所示，在左刀架程序部分中第8条程序表示第一行程序未完，紧接第二行箭头所指部分。左刀架快速左转输出的条件为：选择左刀架向左、选择快速、左刀架装置无故障、溜板箱油泵接通。左刀架左转进给运行的条件是：左刀架选择进给、主轴长车中继工作位为on、与左进给向右形成互锁、主轴无故障，并且其他条件不变情况下输出左刀架进给左转。左刀架左转输出条件为：快速左转中继工作位或左进给左转工作位为on、未达到左限位、与左刀架右转输出互锁。左刀架向左速度指示输出条件为：选择左刀架快速和左刀架左转有输出。图5.10 左刀架左向运行程序设计图(5)左刀架右向运行程序段如图5.11所示，左刀架程序段部分中第12条程序表示第一行程序未完，紧接第二行箭头所指部分。左刀架快速右转中继工作位接通条件为：选择左刀架向右、选择快速、左刀架装置无故障和溜板箱油泵接通。左刀架进给右转输出条件为：左刀架选进给、主轴长车中继工作位为on、与左刀架进给向左互锁、主轴无故障，并且其他条件不变。左刀架右转指令输出条件为：快速右转中继工作位或进给右转工作位为on、与左刀架左转输出互锁及在没有选择左刀架快速时，plc接通刀架右向速度指示。图5.11 左刀架右向运行程序设计图(6)左刀架短接零输出程序段如图5.12所示，在左刀架处于停止状态下，并且接通左刀架溜板箱油泵后，plc输出一个左刀架锁零输出工作位和左刀架短接给定输出，tim012计时，并在1s后断开，左刀架锁零输出。开锁输出的目的就是使刀架能准确地区分当前刀架所处的状态，有利于刀架准确定位。图5.12 左刀架短接零输出程序设计图(7)左刀架挡位选择及指示程序段图5.13给出了挡位在不同方向上的指示程序。输出左刀架1挡纵向指示的条件为：左刀架1挡纵向指示为on、左刀架处于运行状态、左刀架溜板箱油泵通、与其他挡位及各个方向形成互锁。左刀架1挡纵向指示接通后并自锁。同样，也可输出1挡横向、2挡纵向和2挡横向指示。在选择挡位和方向时，各档位和方向上的离合器也相应有输出（见图5.14）。轧辊车床上刀架横向/纵向和挡位选择通过离合器吸合来实现（见图5.14）。左刀架1挡离合器吸合条件为：左刀架1挡横向或纵向指示为on、左刀架无快速输出、与左刀架2挡离合器互锁。左刀架2挡离合器吸合条件为：左刀架输出为快速、与左刀架1挡离合器互锁。对于左刀架纵向离合器，其吸合条件为：左刀架1挡有纵向输出或左刀架2挡纵向有输出、与左刀架横向离合器互锁。左刀架横向离合器吸合条件正好与刀架纵向离合器相反。对于左刀架纵向制动离合器，其吸合条件有两种情况：第一种为纵向运行停止后的快速制动，即接通离合器制动中继，该中继工作位可以持续导通，同时左刀架运转中继为off状态；第二种是在左刀架横向运行时纵向制动离合器吸合。左刀架横向制动离合器的吸合条件有两种情况，与左刀架纵向制动离合器的吸合条件相反。右刀架程序与左刀架类似。图5.13 左刀架挡位及方向指示程序设计图图5.14 左刀架离合器输出程序设计