机电一体化毕业设计（论文）车床的PLC控制设计

1、车床的 plc 控制设计 the lathe plc control desig 专 业：08 机电一体化大专班 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 武威职业学院工程技术系 摘 要 传统的 c650 车床采用继电器实现电气控制，接线多且复杂，体积大，功耗大， 一旦系统构成，想改变或增加功能很困难，其工作性能已不能达到现代生产的要求。 因此，以 plc 取代常规的继电器，可提高工作性能，并且达到车床的控制要求。 本次设计介绍了 c650 卧式车床电气控制系统的工作原理及其运动形式，编写 了 plc 控制梯形图程序和指令表程序。利用 plc 控制系统，实现了车床启动、正

2、 转反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵在作等一些列功能，改由 plc 控制后， 其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查，节省大量的继电器元件,机床的 各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。 经反复调试，该项技术可推广应用于自动化其他领域的控制系统中，系统运行 情况良好，车削精度更高。 关键词：plc；车床；继电器 abstract the traditional c650 lathe adopts relays electrical control realization .wiring and complex, big volume and power consumptio

3、n .once composition the systems, it is very difficult to change or add function. its performance cannot reach the requirement of modern production. therefore, replace relay of conventional plc, it is can improve the working performance and achieve the lathe control requirements. this design recommen

4、ds c650 horizontal lathes are introduced the working principle of electric control system and the forms of exercise. write a plc control procedures and instructions ladder-diagram form program. using plc control system, realized the lathe, are turning inversion, reverse connect braking, cutter in fa

5、st moving, cooling pump and some function. by plc control, the control system of large and convenient maintenance, simple, easy to check and save a lot of relays, various properties of machine elements have greatly improved, work efficiency was obviously improved. after repeated testing, the technol

6、ogy can be applied to other areas of automation control system, the system operation condition, turning a higher pre key words：plc； lathe；relay 目 录 摘要. .i abstract. .ii 1 前言.1 1.1 c650 型卧式车床简介.2 1.2 plc 在电气控制系统中的应用.3 1.3c650 型卧式车床发展趋势.4 2 系统总设计.4 2.1plc 控制系统的设计基本内容. .5 2.2plc 控制系统设计原则.5 3 系统硬件设计.5 3

7、.1 主要电气的选择. 5 3.1.1 交流接触器和中间继电器的选择.6 3.1.2 保护电器的选择.6 3.1.3 控制器的选择.7 3.2 c650 卧式车床的主要结构和运动形式.7 3.3 c650 卧式车床控制原理电路图概述及原理分析.8 3.4i/o 地址的分配.11 3.5i/o 接线图.12 4 系统软件设计.13 4.1 plc 的系统结构和基本工作原理.13 4.2 plc 的基本功能和基本指令.14 4.21 plc 基本功能.14 4.22 plc 基本指令.15 4.3 plc 控制梯形图.16 5 系统调试.17 5.1 硬件检查.17 5.2 系统综合调试.18 结

8、论.19 致谢.20 参考文献.21 附录.22 1 前言 1.1 c650 型卧式车床简介 c650 普通车床属于中型车床，用于切削工件外圆、内孔和端面等。该车床由主 轴运动和刀具进给运动完成切削加工。主轴由三相异步电动机拖动，主轴通过卡盘 带动工件的旋转运动；进给运动，溜板带动刀架的纵向和横向直线运动，其中纵向 运动是指相对操作者向左或向右的运动，横向运动是指相对于操作者向前或向后的 运动；辅助运动，包括刀架的快速移动、工件的夹紧与松开等。工作过程如下： 1正常加工时一般不需反转，但加工螺纹时需反转退刀，且工件旋转速度与刀 具的进给速度要保持严格的比例关系，为此主轴的转动和溜板箱的移动由同

9、一台电 动机拖动。主电动机 m1（功率为 20kw），采用直接起动的方式，可正反两个方向旋 转，为加工调整方便，还具有点动功能。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯 量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能，c650-2 车床的 正反向停车采用速度继电器控制的电源反接制动。 2电动机 m2 拖动冷却泵。车削加工时，刀具与工件的温度较高，需设一冷却泵 电动机，实现刀具与工件的冷却。冷却泵电动机 m2 单向旋转，采用直接起动、停止 方式，且与主电动机有必要的联锁保护。 3快速移动电动机 m3。为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，利用 m3 带动刀架和溜板箱快速移动。电动机可根

10、据使用需要，随时手动控制起停。 4采用电流表检测电动机负载情况。 5车削加工时，因被加工的工件材料、性质、形状、大小及工艺要求不同，且 刀具种类也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。车 床大多采用机械方法调速，变换主轴箱外的手柄位置，可以改变主轴的转速。 传统的机床控制系统是硬连线方式的继电一接触器控制系统，但该系统连线复 杂，体积大，可靠性差，自动化水平低，难以满足现代化生产的需求。 现代工业生产中，中小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复 杂性和精度要求迅速提高，传统的普通磨床已经越来越难以适应现代化生产的要求， 制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品

11、成本，提高企业整体效率和质量的竞 争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识技术产品 的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会 对环境保护、绿色制造的意识不断加强，因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得 竞争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧 密，作为自动化柔性生产重要基础的“软”控制系统机床，在生产中所占比例将越 来越高。 20 世纪 70 年代以前，电气自动控制的任务基本上是由继电器控制系统来完成。 继电器控制系统的优点是结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，所以当时应用的十 分广泛，至今仍在许多简单的机械设备中

12、应用。但是，该类控制系统的缺点也十分 明显，它采用固定的硬件接线方式来完成各种逻辑控制，灵活性差；另外机械性触 点的工作频率低，易损坏，因此可靠性较差。 当前，随着科学技术的不断发展及生产工艺上不断提出新的要求，电气控制技 术得到飞速的发展。在控制方法上，主要是从手动到自动控制；在控制功能上，是 从简单的控制设备到复杂的控制系统；在操作方式上，由笨重到轻巧；在控制原理 上，从有触点的继电接触式控制系统到以计算机为核心的“软”控制系统。 plc 的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。 plc 以软件手段实现了各种控制功能，与继电器控制系统相比，灵活性大大提高； 与普通的

13、计算机相比，又具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、组合灵活、扩 展方便、体积小等突出优点，因而在机床电气控制系统中得到广泛的应用。 1.2 plc 在电气控制系统中的应用 plc 是先进的工业化国家通用的标准工业控制设备，在现代工业自动化控制中 是最值得重视的先进控制技术，现在已经成为现代工业控制三大技术支柱 (plc,cad/cam,robot) 之一，可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计 的一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执 行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模 拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程

14、。plc 是微机技术与传统的继 电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复 杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。 用 plc 控制改造其继电器控制电路, 可靠性高、逻辑功能强、体积小，降低了设备 故障率, 提高了设备使用效率, 运行效果良好。随着我国电力体制改革的深化，电力 市场竞争将更加激烈，降低资源损耗和提高管理效益成为各发电企业的迫切需求。 为此，对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高的要求。经过科技人员的不断引 进、开发、研究, 我国大型火电站的辅助系统（输煤、化水、除灰、除渣、燃油泵 房、循环水泵房等）已由继电器控制过

15、渡到完全由 plc 监控。 plc 是一种专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无须任何保护措施就 可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或 安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出， 这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证 plc 的正常运行。要提高 plc 控 制系统可靠性，一方面生产厂家要提高 plc 的抗干扰能力；另一方面，要在设计、 安装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对 plc 的影响。在新 的时代，plc 会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人 机界面、完备的通信设备、成熟

16、的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场 合的需求，plc 作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在我国发 电厂的电气自动化建设中发挥越来越大的作用。 1.3 c650 型卧式车床发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化 的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重 要行业(it、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所 需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。 1. 高速、高精密化 高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品 更新换代速度

17、加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个 复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工 精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、 高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直 线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。 数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的 转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带 和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到 10000r/min 以 上。 直线电机驱

18、动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线 电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙(包括反向间 隙)，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。 直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发 热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。通 过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的 1020m/mim 提高到 6080m/min，甚至高达 120m/min。 2. 高可靠性 数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥 其高性能、高

19、精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。 3. 数控车床设计 cad 化、结构设计模块化。 随着计算机应用的普及及软件技术的发展，cad 技术得到了广泛发展。cad 不仅 可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机 的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模 拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色 彩。采用 cad，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制 周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。 通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应

20、市场，缩短产品开发设计周期。 4. 功能复合化 功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至 最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、 一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣 为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的 cx25y 数控车铣复 合中心，该机床同时具有 x、z 轴以及 c 轴和 y 轴。通过 c 轴和 y 轴，可以实现平面 铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式 电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹 即可完成

21、全部加工，极大地提高了效率。 2 系统总设计 2.1 plc 控制系统的设计基本内容 plc 控制系统是由 plc 与用户输入、输入设备连接而成的，用以完成预期的控 制目的与相应的控制要求。因比 plc 控制系统设计的基本内容应包括: 了解设备电器的工作原理。根据生产的工艺过程分析控制要求，如需要完成 的动作（动作顺序，必需的保护和联锁等），操作方式（手动，自动，点动，连续 等）。根据控制要求确定系统控制方案，进行系统的总体设计。 进行 plc 控制系统配置的设计，主要为 plc 的选择，plc 是 plc 控制系 统的核心部件，正确选择 plc 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要

22、 的作用。选择 plc，应包括机型的选择 、i/o 模块的选择等。 选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、行程开关等）、输出设备 （继电器、接触器、信号灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动 机、电磁阀等），这些设备属于一般的电器元件。 根据控制要求基本确定 i/o 点数和模拟量通道数，进行 i/o 初步分配，绘制 i/o 接线图 程序设计主要包括绘制控制系统流程图、设计梯形图、语句表程序，控制程 序是控制整个系统工作的核心条件，是保证系统工作正常，安全、可靠的关键。 联机调试。按照控制电路原理图连接硬件，将编写好的控制程序下载至 plc，进行软硬件联调，如果不满足控制系统的

23、要求，再返回修改程序或检查接线， 直到满足控制系统的要求为止。 2.2 plc 控制系统设计原则 最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前应深入现场进行调查研究， 搜集资料，并 拟定电气控制方案。 在满足控制要求的前提下， 力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便。 保证控制系统安全可靠。 考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择 plc 的容量时，应适当留有裕量。 3 系统硬件设计 3.1 主要电气的选择 任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。 系统输入部分由所有行程开关、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由 各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线

24、路，输出部分包括各种负载 的接触器线圈。在本次控制系统设计中用 plc 代替了继电器控制系统中的逻辑线路 部分。在车床的电气控制系统，所有触头，行程开关，控制按钮（sb1sb6）等为 系统的输入信号；接触器线圈（km1-km5），为系统的输出信号。 3.1.1 交流接触器和中间继电器的选择 接触器 接触器是工业电气中用按钮或其他方式来控制其通断的自动开关。交流接触器 由电磁线圈，静衔铁，动衔铁，静触点，动触点、灭弧装置和固定支架等部分组成。 其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时，会产生很强的磁场使装在线圈中心的 静衔铁吸动动衔铁，当两组衔铁合拢时，安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点 闭合，

25、使电气线路接通。当断开电磁线圈中的电流时，磁场消失，接触器在弹簧的 作用下恢复到断开的状态。 在工业电气中，交流接触器的型号很多，电流在 5a-1000a 的不等，常用交流 接触器的型号有 cj20、cjx1、cj1 和 cj10 等系列。在这次控制系统硬件的设计中， 采用了 cj10 系列的交流接触器，其额定电流应在控制电流的 1.11.3 倍之间,各接 触器型号见附录。 中间继电器 中间继电器是最常用的继电器之一，它的结构和接触器的基本相同，只是电磁 系统小些，触点多一些。常用的继电器型号有 jz7、jz14 等。 3.1.2 保护电器的选择 熔断器 熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于

26、保护线路。熔断器的熔体串接于被 保护的电路中，熔断器以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短 路保护及过载保护。 热继电器 热继电器主要用于电气设备（电动机）的过负荷保护。热继电器势利用一种电 流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性， 主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。 三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流(过 载和断相)现象，如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电 流是允许；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至 会烧毁电动机，因此，在电动机回路中

27、应设置电动机保护装置。 热继电器的选型原则：热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电 动机的工作环境、起动情况、负载性质，等因素。星形接法的电动机可选用两相或 三相结构的热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置三相结构的热继 电器。热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的 1.051.1 倍。 3.1.3 控制器的选择 选择开关 万能转换开关是一种多档式控制多回路的开关电器。一般用于各种配电装置的 远距离控制，也可作为电器测量仪表的转向开关或用作小容量电动机的启动、制动、 调速和换向的控制，用途广泛，故称万能转换开关。常用的万能转换开关有 lw8、lw6 和 la18 系

28、列。 控制按钮 控制按钮在控制电路中常用作远距离手动控制接触器、继电器等有电磁线圈的 电路，也可用于电器连锁等电路中。目前常用的按钮有 la10、la18、la19、la20 等系列产品。 3.2 c650 卧式车床的主要结构和运动形式 c650卧式车床属于中型车床，床身的最大工件回转半径为1020mm，最大工件 长度为3000mm。主电动机功率为30kw，为提高工作效率，该机床采用了反接制动。 为了减少制动电流，制动时在定子回路串入了限流电阻r。拖动溜板箱快速移动的 2.2kw电动机是为了减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间而专门设计的。对车床 的电气控制要求是，车床加工工件时，首先由主轴上

29、的夹头夹紧工件，然后由主电 动机驱动旋转，待冷却液喷流到加工位置后，再进刀进行切削加工。加工完毕，将 刀具退回原位，关闭冷却液，待主轴停转后，取下工件，完成加工工艺。由此可见， 车床的运动主要有两种：主运动和进给运动。主运动由主电动机m1 完成，为了保证 启动平稳，采用y/降压启动方式。km1 控制主电动机正转，km2 控制主电动机反 转，km3 控制主电动机y 启动运行，km4 控制主电动机启动运行。m2 拖动冷却泵， 在加工时提供冷却液采用直接启动及停止方式，km5 控制冷却泵电动机。进给运动 有步进电机m3 拖动刀架快速移动，根据c650卧式车床运动情况及加工需要,本研究 采用3台三相鼠

30、笼型异步电动机拖动，即:主轴与进给电动机m1、冷却泵电动机m2和 溜板箱快速移动电动机m3。从车削加工工艺出发,对各台电动机的控制要求如下： (1)主轴与进给电动机m1,功率为30 kw,允许在空载下直接起动。其要求能实现 正、反转, ,从而经主轴变速箱实现主轴的正、反转, ,或通过挂轮箱传给溜板箱来拖动 刀架以实现刀架的横向左、右移动。为便于进行车削加工前的对刀, ,则要求主轴拖动 工件作调整点动, ,所以要求主轴与进给电动机能实现单方向旋转的低速点动控制。主 电动机停车时, ,由于加工工件转动惯量较大, ,需采用反接制动。 (2)冷却泵电动机m2,功率为0. 15 kw,用于在车削加工时,

31、供出冷却液,对工件与 刀具进行冷却。 图 3-1 卧式车床的结构 3.3 c650 卧式车床控制原理电路图概述及原理分析 c650 卧式车床控制电路原理图所示。图中主要分为主电路，冷却电路，快速移 动电路等三部分。 1 主电路分析 如图所示主电路中有三台电动机，隔离开关 qs 将 380v 的三相电源接入。电动 机 m1 的电路接线分为三部分：第一部分由正转控制交流接触器 km1 和反转控制交 流接触器 km2 的两组主触点构成电动机的正反转接线；第二部分为电流表 a 经电 流互感器 ta 接在主电动机 m1 的主回路上，以监视的电动机绕组工作时的电流变 化。为防止电流表被起动电流冲击损坏，利

32、用时间继电器 kt 的延时动断触点，在 起动的短时间内将电流表暂时短接掉；第三部分为一串联电阻控制部分，交流接触 器 km3 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 的起动电流造成电动机过载，串入限流电阻 r，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同轴相联，在停车制动过程中，当主轴电动 机转速低于速度继电器 ks 的动作值时，其常开触点可将控制电路中反接制动的相 应电路切断，完成停车制动。 电动机 m2 由交流接触器 km4 的主触点控制其电路的接通断开，电动机 m3 由 交流接触器 km5 的主触点控制。 为保证电路的正常运行，主

33、电路中还设置了熔断器保护环节和热继电器的过载 保护环。 2 控制电路分析 控制电路可分为主电动机 m1 的控制电路和电动机 m2 及 m3 的控制电路两部 分。由于主电动机控制电路比较复杂，因而还可以进一步将主电动机控制电路分为 正、反转起动、点动和停车制动等局部控制电路它们的控制电路如图 3-2 所示。各 部分控制电路分析如下。 (1)主电动机正、反转起动与点动控制 由图 3-2 可知，当正转起动按钮 sb3 压下时，其两常开触点同时闭合，一常开 触点接通交流接触器 km3 的线圈电路和时间继电器 kt 的线圈电路，时间继电器的 常闭触点在主电路中与电流表 a 短接，以防止电流对电流表的冲击

34、，经延时断开后， 电流表接入电路正常工作。km3 的主触点将电路中限流电阻短接，其辅助动合触点 同时将中间继电器 ka 的线圈电路接通，ka 的常闭触点将停车制动的基本电路切 除，其动合触点与 sb3 的动合触点均在闭合状态，控制主电动机的交流接触器 km1 的线圈电路得电工作并自锁，其主触点闭合，电动机 m1 正向直接起动并结束。 km1 的自锁回路由它的常开辅助触点和 km3 线圈上方的 ka 的常开触点组成自锁 回路，来维持 km1 的通电状态。反向直接起动控制过程与其相同，只是起动按钮为 sb4。 sb2 为主电动机点动控制按钮。按下 sb2 点动按钮，直接接通 km1 的线圈电 路，

35、电动机 m1 正向直接起动，这时 km3 线圈电路并没有接通，因此其主触点不闭 合，限流电阻 r 接入主电路限流，其辅助动合触点不闭合，ka 线圈不能得电工作， 从而使 km1 线圈电路形不成自锁，松开按钮，m1 停转，实现了主电动机串联电阻 限流的点动控制。 (2)主电动机反接制动控制电路 由图 3-2 中主电动机反接制动控制电路可知，c650 型卧式车床采用反接制动的 方式进行停车制动，停车按钮按下后开始制动过程。当电动机转速接近零时，速度 继电器的触点打开，结束制动。下面以原工作状态为正转时进行停车制动过程为例， 说明电路的工作过程。当电动机正向转动时，速度继电器 ks 的动合触点 ks

36、2 闭合， 制动电路处于准备状态，压下停车按钮 sb1，切断控制电源，km1、km3、ka 线 圈均失电，此时控制反接制动电路工作与不工作的 ka 动断触点恢复原状闭合，与 ks1 触点一起，将反向起动交流接触器 km2 的线圈电路接通，电动机 m1 接入反向 序电流，反向起动转矩将平衡正向惯性转动转矩，强迫电动机迅速停车。当电动机 速度趋近于零时，速度继电器触点 ks2 复位打开，切断 km2 的线圈电路，完成正 转的反接制动。在反接制动过程中，km3 失电，所以限流电阻 r 一直限制反接制动 电流的作用。反接时的反接制动工作过程与此相似，此时反接状态下，ks1 触点闭 合，制动时，接通交流

37、接触器 km1 的线圈电路，进行反接制动。 (3)刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制 刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动位置开关 qs，接通快速移动电动机 m3 的控制接触器 km5 的线圈电路，km5 的主触点闭合，m3 电动机起动运行，经传动 系统驱动溜板箱带动刀架快速移动。 冷却泵电动机 m2 由起动按钮 sb6、停车按钮 sb5 和 km4 辅助触点组成自锁 回路，并控制接触器 km4 线圈电路的通断，来实现电动机 m2 的控制。 开关 sa 可控制照明灯 el，el 的电压为 36v 的安全照明电压。 3.4 i/o 地址的分配图 根据该系统的控制要求，输入输出设备，确定了 i/o

38、点数。根据需要控制的开 关、设备大约输入点为 12 个,输出点为 7 个需进行控制，现将 i/o 地址分配如图所 示。 图 3-2 i/o 地址分配图 输入信号 plc 地址 输出信号plc 地址 反接制动按钮 sb1 i0.0 主电动机 m1 正转 km1q0.0 主轴电动机 m1 的正转按钮 sb2 i0.1 主电动机 m1 反转 km2q0.1 主轴电动机 m1 的反转按钮 sb3 i0.2 短接制动电阻 km3q0.2 主轴电动机 m1 的点动按钮 sb4 i0.3 冷却泵电动机 m2 起、停 km4 q0.3 冷却泵电动机 m2 停止按钮 sb5 i0.4 快速电动机 m3 起、停

39、km5q0.4 冷却泵电动机 m2 起动按钮 sb6 i0.5 快速电动机 m3 起、停位置开关 sq i0.6 速度继电器正转常开触头 ks1 i0.7 速度继电器正转常开触头 ks2 i1.0 3.5 i/o 接线图 图 3-3 i/o 接线图 4 系统软件设计 4.1 plc 的系统结构和基本工作原理 4.1.1plc 的系统结构 目前 plc 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心 用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机 相似。主要包括中央处理单元 cpu、存储器 ram 和 rom、输入输出接口电路、电 源、i/o 扩展接口、外

40、部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的 传输。 plc 控制系统由输入量plc输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信 号、传感器检测的各种信号均作为 plc 的输入量，它们经 plc 外部输入端子，作 为 plc 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，plc 的基本结构有控制部分 输入和输出组成。 4.12plc 的基本工作原理 plc 采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，cpu 从第一条指令开始执行， 按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开 始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不 断循环，每一个循环称为

41、一个扫描周期。 输入刷新阶段 在输入刷新阶段，cpu 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。 完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相 应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并 通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成 plc 的实际输出。 4.2 plc 的基本功能和基本指令 4.21 plc 基本功能 条件控制功能 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 plc 的与、或

42、、非指令取代 继电器接触的串联、并联及其它各种逻辑连接，进行开关控制。 定时/计数控制功能 定时/计数控制功能指用 plc 提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时 或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。 数据处理功能 数据处理功能是指 plc 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、 逻辑运算以及编码和译码等操作。 步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道 工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 运动控制功能 运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控 制。 过程控制功能

43、过程控制功能是指通过 plc 的 pid 控制指令或模块实现对温度、压力、速度、 流量等物理参数的闭环控制。 扩展功能 扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即 i/o 扩展单元）模块来增加输入 输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 plc 的控制功能。 远程 i/o 功能 远程 i/o 功能是指通过 i/o 单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与 plc 主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 通信联网功能 通信联网功能是指通过 plc 之间的联网、plc 与上位机的链接等，实现远程 i/o 控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。 监控功能 监控功

44、能是指 plc 能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常 情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时 器、记数器等设定值或强制 i/o 状态。 4.22 plc 基本指令 标准触点指令 常开触点对应的存储器地址为 1 状态时，该触点闭合，在语句表中，分别用 ld、and、or 指令表示开始、串联和并联的常开触点。 常闭触点对应的存储地址为 0 状态时，该触点闭合，在语句表中分别用 ldn、ani、ori 来表示开始、串联和并联的常闭触点。 输出指令 输出指令与线圈相对应，驱动线圈的触点电路接通时，线圈流过“能流 4.3 plc 控制梯形图 5 系统调试

45、 在调试前我们需要对线路进行检查，按照接线图检查电源线和接地线是否可靠， 主线路和控制线路连接是否正确，绝缘是否良好，各开关是否处于“0”位，插头和各 插接件是否全部插紧；检查工作台等部件的位置是否合适，防止通电时发生失误。 在检查完各部分正确无误后，便可接上设备的工作电源，开始通电调试了。 5.1 硬件检查 合上实验台上供电的电源开关，用万用表测量系统总电源开关进线端的电压， 看一看电压是否正常，有无断相或三相电压特别不平衡的现象。如果一切正常，便 可合上总电源开关 sb1，并用万用表测量电源能供到的各支路终端的电压是否正常。 有无断相。 用万用表测量各硬件的接线情况，看是否有短接，断接和虚

46、连的情况，并与电 路控制原理图一一对照，看是否有无接错的地方。各部分都正确无误的情况下进行 软硬件联调。 5.2 系统综合调试 将编写好的 plc 程序进行编译，下载至 plc，由于控制系统运行电压是在 220v，为了保证安全只好先在实验台上分步模拟，观察各步的动作都正确无误后， 按照 plc 控制系统接线图在实验台上整体模拟，输出部分（接触器，电动机，快速 移动刀架）用实验台上的指示灯代替, 观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状 态变化，并与工艺过程对照。在对照前由于忘记对 plc 进行复位，虽然程序正确当 没达到控制效果，所以在调试前应先进行复位操作。 在实验台上整体模拟无误后，将检查完毕的硬件连接电路（各电动机连接的电路） 与 plc 连接在一起，分别观察各电动机的工作状态，分步运行无误后，将所有的电 动机按照 plc 接线图连接在一起，分别观察各个电动机的运行状态，并与工艺过程 比较，没有发现什么问题。