T4240B镗床传统电气控制系统的改造毕业设计

1、本论文是研究机械加工屮常用的t4240b锤床传统电气控制系统的改造问 题，旨在解决传统继电器一一接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳 定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于plc电气控制系统与继电器一一接 触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高， 抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本论文对 t4240b锤床电气控制系统的改造，将把plc控制技术应用到改造方案屮去，从 而大大提高镇床的工作性能。论文分析了 t4240b锤床的控制原理，制定了可编 程控制器改造t4240b镇床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件 和软件的设计，其

2、中包括plc机型的选择、i/o端口的分配、i/o硬件接线图的 绘制、plc梯形图程序的设计。对plc控制锤床的工作过程做了详细阐述，论述 了采用plc取代传统继电器一一接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的 方法，给出了相应的控制原理图。关键词：可编程控制器；梯形图；电气控制系统abstractthis thesis is to study mechanical processing in commonly used t4240b boring traditional electrical control system, aiming at solving the problem of tr

3、aditional relay contactor electric control system of the existing line complex, poor stability and reliability, fault diagnosis and exclude the difficulty. as a result of the plc control system and electrical relay, contactor electrical control system is compared with simple structure, easy programm

4、ing, debugging, short cycle, high reliability, strong anti-interference ability, low failure rate, the work environment low requirement of a series of advantages. therefore, the transformation of t4240b electrical control system for boring machine, will plc control technology is applied to the trans

5、formation of the program, so as to greatly improve the working performance of the machine. the paper analyzed the control principle of t4240b boring machine of the, making the programming controller reforming t4240b boring machine electrical control system design, completed the design of electrical

6、control system of hardware and software, including the distribution of the plc type choice, the i / o port, i / o wiring diagram of the hardware drawing, plc ladder diagram program design. plc control of the working process of boring machine made in detail, discusses the use of plc to replace tradit

7、ional relay - contactor electrical control system so as to enhance the performance of the machine, gives the corresponding control principle diagram.keywords: programmable controller ； ladder diagram ； eectrical control system摘要iabs trac tii第1章绪论11.1接触器的基本介绍21.2接触器的常见故障和处理方法21.3设计的主要内容31.4设计的目的和意义3第

8、2章plc基本知识介绍42. 1plc的含义及特点42. 2plc的构成及各部分的作用52.3 plc控制系统的优点72.4 plc的工作原理82. 5plc的注意事项102.6plc的应用领域及国内外发展趋势122.7系统故障分析及处理14第3章t4240b立式双柱镇床电气控制解析173. 1 t4240b的工艺特点与控制要求173. 1.1工艺特点173. 12电力拖动及控制要求分析183.2 t4240b电路控制分析说明193. 2.1电气控制线路的特点213.2.2电路分析说明21第4章控制系统总体设计244. 1 plc控制系统设计的基本原则及步骤244. 1. 1控制系统设计的基本

9、原则244. 1. 2 plc控制系统设计的步骤244. 2 plc程序设计方法254. 2.1 plc编程的基本原则254. 2.2 经验设计法264. 2.3顺序设计法264. 2. 4基木指令系统和编程方法274.3 plc机型的选择27第5章t4240b立式双柱铿床的电气控制plc改造295. 1 t4240b改造说明与电路设计295. 2结合t4240b程序设计与说明32第6章结论36致谢37参考文献38附录39附录一 t4240b电气原理图39附录二t4240b plc控制系统梯形图40附录三t4240b l系统控制电路图41第1章绪论随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术

10、和自动控制技术也得 到了迅速发展，单片机技术也已经进入一个崭新的时代，不仅其应用越来越广 泛，而且它是实现工业自动化的重要手段z。经济、技术飞速发展同时也带 动着制造业的迅速发展，这就意味着制造工具和控制系统的革新。令来代替即 可，体现了 plc自动控制技术无与伦比的优越性和控制的可靠性。本设计主 要通过对t4240b立式双柱坐标镇床的电气控制部分进行了以plc为核心的控 制系统改造。通过改造后的t4240b立式双柱坐标镇床，不仅提高了生产效率、 降低工人劳动强度同时还大大降低了相应的维护技术难度，使它的控制系统得 到了简化，工作效率、安全性和稳定性都大大的提高。根据plc的特点以及它 在控制

11、系统屮的优势地位，提出利用plc对t4240b立式双柱坐标锤床的电气 控制部分进行改造和分析，最后利用plc实现车床控制电路的改造，使t4240b 立式双柱坐标镇床控制线路大大简化，克服了继电器一接触器控制系统触点多、 线路复杂、故障多、操作人员维修困难等缺点，提高了设备操作的可靠性和安 全性。同时本文也介绍了 plc在控制过程中的优劣势及应该注意的问题。所以 在设计过程屮，针对车床的控制要求进行分析，完成了 plc的选型、分配点、 i/o接口图的绘制、梯形图的编译以及程序的编写。通过利用plc的部分改造, 降低了对工人的强度，提高了安全性，最终使其实现自动化。但是鉴于plc的 成本较高，而且

12、要求工人有一定的技术水平，这就为冃前plc的广泛应用设置 了一定的障碍。但由于plc的使用使机床功能完善，使用方便，维护简单，降 低了设备运行的故障率，提高了设备运行的使用率，可实现生产过程的高效、 节能和低成本。因此，plc在工业领域的应用也越来越广泛，逐渐代替了继电 器在电气控制方面的使用，也就使plc拥有更广泛市场前景，同时也就意味着 工业的自动化的逐渐到來。1.1接触器的基本介绍在电工学上，因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流 控制(某些型别可达800安培)电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制 对彖，也可用作控制工厂设备、电热器、工作母机和各样电力机组等电力负载,

13、接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制 容量大，适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生 的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触 点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁 在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流 接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。图11接触器1.2接触器的常见故障和处理方法触头接触不牢靠会使动静触头间接触电阻增大，导致接触面温度过高，使面接触变成点接触，真至出现不导通现象

14、。造成此 故障的原因有：(1) 触头上有油污、花毛、异物；(2) 长期使用，触头表面氧化；(3) 电弧烧蚀造成缺陷、毛刺或形成金属屑颗粒等；(4) 运动部分有卡阻现象。处理方法有： 对于触头上的油污、花毛或异物，可以用棉布蘸酒精或汽油擦洗即可。 如果是银或银基合金触头， 其接触表面生成氧化层或在电弧作用下形成轻微烧伤及发黑时，一般不 影响工作，可用酒精和汽油或四氯化碳溶液擦洗。即使触头表面被烧得凸凹不 平，也只能用细锂清除四周溅珠或毛刺，切勿锂修过多，以免影响触头寿命。对于铜质触头，若烧伤程度较轻，只需用细锂把凸凹不平处修理平整即可， 不允许用细砂布打磨，以免石英砂粒留在触头间，而不能保持良好

15、的接触； 若烧伤严重，接触面低落，则必须更换新触头。 运动部分有卡阻现象，可拆开检修。1.3设计的主要内容随着可编程控制器(plc)控制系统应用越来越广泛，本文通过对可编程控制 器(plc)的工作原理以及特点的介绍，并以此为基础对t4240b立式双柱坐标锤 床的电气控制部分进行改造，从而逐步代替接触器控制，逐步实现自动化。本 文对车床改造的过程运用到了 plc的许多知识，其中包括对机型的选择、i/o地 址分配、梯形图绘制等相关知识。在设计的过程屮让我们熟练掌握电气控制电 路的基本环节，具备阅读和分析电气控制电路的能力；通过设计让我们熟悉plc 的基本工作原理以及plc的程序设计方法。14设计的

16、目的和意义根据plc的特点以及它在控制系统中的优势地位，提出利用plc对t4240b 立式双柱坐标铿床的电气控制部分进行改造和分析，最后利用plc实现车床控 制电路的改造，使t4240b立式双柱坐标镇床控制线路大大简化，克服了继电器 接触器控制系统触点多、线路复杂、故障多、操作人员维修困难等缺点，提 高了设备操作的可靠性和安全性。同时本文也介绍了 plc在控制过程中的优劣 势及应该注意的问题第2章plc基本知识介绍2.1 plc的含义及特点plc即可编程控制器(programmable logic controller),是指以计算机技术 为基础的新型工业控制装置。plc主要是指数字运算操作电

17、子系统的可编程逻 辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称 缩写。在1987年国际电工委员会(international electrical committee)颁布的plc 标准草案中对plc做了如下定义："可编程控制器(programmable controller)是计算机家族中的一员，是为工业控 制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，简称plc, 它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经 大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称pc。 但是为了避免与个人计算机(perso

18、nal computer)的简称混淆，所以将可编程控制 器简称plc5oplc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、 计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工 业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。plc特点如下：(1) 可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取 了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠

19、性。例如三菱公司生产的f系列plc平 均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时 间则更长从plc的机外电路来说，使用plc构成控制系统，和同等规模的 继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故 障也就大大降低，同时也大大提高了安全性和稳定性。此外，plc带有硬件故障 自我检测功能，岀现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可 以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc以外的电路及设备也获得 故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。(2) 配套齐全，功能完善，适用性强。plc发展到今天，已经形成了大、中

20、、 小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理 功能以外，现代plc大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 近年来plc的功能单元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc 等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用plc 组成各种控制系统变得非常容易。(3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎。plc作为通用工业控制计算机，是 面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量 开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为

21、不熟悉电子电路、 不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。(4) 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。plc用存储逻辑代 替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期 大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改 变牛产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的牛产场合。(5) 体积小，重量轻，能耗低。以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺 寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小容易装入机械内部, 是实现机电一体化的理想控制设备。2. 2 plc的构成及各部分的作用从结构上分，plc分为固定式

22、和组合式(模块式)两种。固定式plc包括 cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的 整体。模块式plc包括cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架， 这些模块可以按照一定规则组合配置。plc的各部分作用如下：(l) cpu运算和控制屮心起“心脏”作用。纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中， 然后cpu根据系统所赋予的功能(系统程序存储器的解释编译程序)，把用户程 序翻译成plc内部所认可的用户编译程序。横：输入状态和输入信息从输入接 口输进，cpu将z存入工作数据存储器屮或输入映象寄存器。然后由cpu把数 据和程序有机地结合在一起。把结果存

23、入输出映彖寄存器或工作数据存储器屮, 然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成：cpu由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。cpu通过地址总线、数据总线与i/o接口电路相连接。(2) 存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程 序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译 处理的解释编译程序。由只读存储器、rom组成。厂家使用的，内容不可更改， 断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器 (ram)组成。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。(3) 输入/输出接口 输入接口：光电耦

24、合器由两个发光二极管和光电三极管组成。发光二极管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产 生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三极管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在 光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照 射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。 向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成plc 内部所能接受的数字信号。 输出接口plc的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输击数字信号1,有电流 流过，继电器线圈有电流，然

25、后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。 当内部电路输出数字信号0,则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开 触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电 路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型：继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交肓流负载晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载(4) 编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持 编程器。二种是通过plc的rs232接口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过nstp-gr软件(或windows下软件)向plc内部输入程序。(5) 电源plc的电源在整个系

26、统屮起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可 靠的电源系统是无法正常工作的，因此plc的制造商对电源的设计和制造也十 分重视。一般交流电压波动在+10%什15%)范围内，可以不采取其它措施而将plc 直接连接到交流电网上去。plc种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用plc实施控制，其实质 是按一定算法进行输入、输出变换，并将这个变换给以物理实现，应用于工业 现场。plc专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由cpu、 电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路组成。plc结构框图如图21所示:按钮继电器竝点存储器行程开关输 出 单 元接触器电源部分编程器或其他编程设备

27、图2-1 plc的结构图2.3 plc控制系统的优点(1) 实时性。由于控制器产晶设计和开发是基于控制为前提，信号处理吋间 短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，plc经常用于处理工业控制装置 的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。(2) 高可靠性。所有的i/o输入输出信号均釆用光电隔离，使工业现场的外 电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用r-c滤波器，其滤波 时间常数一般为10-20mso各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。采用性能 优良的开关电源。对采用的元器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦 电源或其他软，硬件发牛异常情况，cpu立即采取有效

28、措施，以防止故障扩大。 大型控制器还可以采用由双cpu构成冗余系统或有三位cpu构成表决系统，以及 实现电源模块冗余、i/o模块冗余，使可靠性更进一步提高。(3) 系统配置简单灵活。控制器产品种类繁多，规模可分大、中、小等。i/o 卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。满足 控制工程需要前提下，i/o卡件可灵活组合。(4) 丰富的i/o卡件。控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交 流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等，有相 应的i/o模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感 器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接

29、。另外为了提高操作性能，它还有多 种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模 块，等等。(5) 控制系统采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的 小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包 括cpu,电源，i/o等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系 统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。(6) 价格优势。质优价廉，性价比高。(7) 安装简单，维修方便。可以在各种工业环境下肓接运行。使用时只需将 现场的各种设备与plc相应的i/o端相连接，即可投入运行。各种模块上均有 运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和

30、查找故障。由于采用模块化结 构，因此一旦某模块发牛故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢 复运行。2. 4 plc的工作原理plc虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机 一般采用等待命令的工作方式，而plc则采用循环扫描工作方式。在plc屮用 户程序按先后顺序存放。对每个程序，处理器从第一条指令开始执行，直至遇 到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描 周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是处理器执行指令的速度； 二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期大 致可分为输入/输出刷新和执行指令两个阶段。所

31、谓输入/输出刷新是指，plc先将上一次扫描的执行结果送到输出端，再 读入输入数据并存入输出状态寄存器，输出状态的寄存器内容进行一次更新， 故称为1（输入）/0 （输出）刷新。由于每一个扫描周期只进行一次输入/输出刷新, 即每一个扫描周期plc只对输入与输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输 入与输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度，由此可见，若输 入变量在输入/输出刷新期间状态发牛变化，则木次扫描期间输出会相应地发牛 变化。反之，若在木次刷新之后输入变量才发生变化，则木次扫描输出不变， 而要到下一次扫描的输入/输出刷新期间输出才会发牛变化。总之，采用循环扫描的工作方式，是plc区别

32、微机和其他控制设备的其他 设备的最大特点。当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序 执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行 期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1）输入采样阶段 在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状 态和数据，并将它们存入i/o映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入 用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变 化，i/o映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲 信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，

33、 该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯 形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控 制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运 算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状 态；或者刷新该输击线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该 梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在i/o 映象区内的状态和数据不会发牛变化，而其他输出点和软设备在i/o映象区或系 统ram存储区内的状态和数据都有可能发牛变化，而且

34、排在上面的梯形图，其程 序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反， 排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期 才能对排在其上面的程序起作用。(3) 输出刷新阶段当扫描用户程序结朿后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应 的外设。这时，才是plc的真正输出。2. 5 plc的注意事项plc是专门为工业生产服务的控制装置，通常不要取什么措施，就可以直 接在工业环境屮使用。但是，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安 装使用不当，都不能保证plc的正常运行，

35、因此在使用屮应注意以下问题。(1) 工作环境温度：plc要求坏境温度在055°c,安装时不能放在发热量大的元件下面， 四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元z间要有30mm以上间隔; 开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过 55°c,要安装电风扇强迫通风。湿度：为了保证plc的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85% (无凝露)。震动：应使plc远离强烈的震动源，防止振动频率为1055hz的频繁或连 续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。空气：避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有 较多粉尘

36、或腐蚀性气体的环境，可将plc安装在封闭性较好的控制室或控制柜 屮，并安装空气净化装置。电源：plc供电电源为50hz、220 (1±10%) v的交流电，对于电源线来 的干扰，plc本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干 扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1： 1的隔离变压器，以减 少设备与地z间的干扰。还可以在电源输入端串接lc滤波电路。(2) 安装与布线动力线、控制线以及plc的电源线和i/o线应分别配线，隔离变压器与plc 和i/o z间应采用双胶线连接。plc应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能 与高压电器安装在同一个开

37、关柜内。plc的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量 信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层 电阻的l/10oplc基木单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外 界信号的干扰。交流输出线和盲流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和 动力线，避免并行。(3) 1/0端的接线输入接线：输入接线一般不要超过30米。但如果环境干扰较小，电压降不 大时，输入接线可适当长些。输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分 开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图 一致，便于阅读。输出连接：输出端接线分

38、为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不 同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电 压等级的电源。由于plc的输出元件被封装在印制电路板上，并h连接至端子 板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护 输出元件。采用继电器输击时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器 的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。plc的输出 负载可能产牛干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交 流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。(4) 外部安全电路为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部

39、电源发牛故障、 plc出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故，plc 外部应安装必要的保护电路。急停电路：对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考 虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得plc发牛故障时，能将引起伤害的 负载电源可靠切断。保护电路：正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护； 往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。 但当可编程控制器cpu故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害 的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。电源过

40、负荷的防护：如果plc电源发生故障，中断时间少于10秒，plc工 作不受影响，若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值，则plc停止工作， 所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若run输入接通，则操作自动进行。 因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。重大故障的报警及防护：对于易发牛重大事故的场所，为了确保控制系统 在重大事故发生时仍可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外 电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。(5) plc的接地良好的接地是保证plc可靠工作的重要条件，可以避免偶然发牛的电压冲 击危害。plc的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2

41、平方毫 米，接地电阻小于100q；如果要用扩展单元，其接地点应与基木单元的接地点 接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给plc接上专用地 线，接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开；若达不到这种要求，也必 须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近 plco2.6 plc的应用领域及国内外发展趋势plc的应用领域冃前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械 制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可 归纳为如下几类。(1) 开关量的逻辑控制这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现

42、逻 控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水 线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水 线等。(2) 模拟量控制在工业生产过程当屮，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位 和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(analog) 和数字s(digital)之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d 和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。(3) 运动控制plc可以用于圆周运动或肓线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直 接用于开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的

43、运动控 制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各 主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器 人、电梯等场合。(4) 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计 算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭 环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型 plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在 冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。国内外发展趋势20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算

44、机技术已 全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体 积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、pid功能及极高的性价比奠定了它 在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获 得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、 产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上牛产可编程控制器的国家日益增 多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从 控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞 生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温

45、度、转速、位移等各式各样的控 制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应 用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械 制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。 最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的牛产设备 及产品中不断扩大了 plc的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控 制器。上海东屋电气有限公司牛产的cf系列、杭州机床电器厂生产的dkk及d 系列、大连组合机床研究所牛产的s系列、苏州电子计算机厂牛产的yz系列等 多种

46、产品己具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公 司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的plc牛产厂家。可以预 期，随着我国现代化进程的深入，plc在我国将有更广阔的应用天地。2. 7系统故障分析及处理(1) plc主机系统plc主机系统最容易发生故障的地方一般在电源系统和通讯网络系统，电 源在连续工作、散热屮，电压和电流的波动冲击是不可避免的。通讯及网络受 外部干扰的可能性大，外部环境是造成通讯外部设备故障的最大因素z 9】。系 统总线的损坏主要由于现在plc多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部 印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的

47、影 响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗 的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线 等因素对设备的破坏。目前plc的主存储器大多釆用可擦写rom,其使用寿 命除了主要与制作工艺相关外，还和底板的供电、cpu模块工艺水平有关。而 plc的中央处理器目前都采用高性能的处理芯片，故障率已经大大下降。对于 plc主机系统的故障的预防及处理主要是提高集屮控制室的管理水平，加装降 温措施，定期除尘，使plc的外部环境符合其安装运行要求；同时在系统维修 时，严格按照操作规程进行操作，谍防人为的对主机系统造成损害。(2) plc 的 i/o 端口pl

48、c最大的薄弱环节在i/o端口。plc的技术优势在于其i/o端口，在主 机系统的技术水平相差无几的情况下，i/o模块是体现plc性能的关键部件，因 此它也是plc损坏中的突出环节。要减少i/o模块的故障就要减少外部各种干 扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行使用，不可随意减少其外部保护设 备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。(3) 现场控制设备在整个过程控制系统屮最容易发生故障地点在现场，最容易出故障的几个 方面。第一类故障点(也是故障最多的地点)在继电器、接触器。如该生产线plc 控制系统的口常维护屮，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。主 要原因除产品本身外，

49、就是现场环境比较恶劣，接触器触点易打火或氧化，然 后发热变形直至不能使用。在该生产线上所有现场的控制箱都是选用密闭性较 好的盘柜，其内部元器件较其他采用敞开式盘柜内 元器件的使用寿命明显要长。 所以减少此类故障应尽量选用高性能继电器，改善元器件使用环境，减少更换 的频率，以减少其对系统运行的影响。第二类故障多发点在阀门或闸板这一类的设备上，因为这类设备的关键执 行部位，相对的位移一般较大，或者要经过电气转换等几个步骤才能完成阀门 或闸板的位置转换，或者利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、 电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。长期使用缺乏维护，机 械、电气失灵是故障产牛的

50、主要原因，因此在系统运行时要加强对此类设备的 巡检，发现问题及时处理。我厂对此类设备建立了严格的点检制度，经常检查 阀门是否变形，执行机构是否灵活可用，控制器是否有效等，很好地保证了整 个控制系统的有效性。第三类故障点可能发牛在开关、极限位置、安全保护和现场操作上的一些 元件或设备上，其原因可能是因为长期磨损，也可能是长期不用而锈蚀老化。 如该牛产线窑尾料球储库上的布料行走车来回移动频繁，而且现场粉尘较大， 所以接近开关触点击现变形、氧化、粉尘堵塞等从而导致触点接触不好或机构 动作不灵敏。对于这类设备故障的处理主要体现在定期维护，使设备时刻处于 完好状态。对于限位开关尤其是重型设备上的限位开关

51、除了定期检修外，还要 在设计的过程中加入多重的保护措施。第四类故障点可能发牛在plc系统中的子设备，如接线盒、线端子、螺栓 螺母等处。这类故障产牛的原因除了设备木身的制作工艺原因外还和安装工艺 有关，如有人认为电线和螺钉连接是压的越紧越好，但在二次维修时很容易导 致拆卸困难，大力拆卸时容易造成连接件及其附近部件的损害。长期的打火、 锈蚀等也是造成故障的原因。根据工程经验，这类故障一般是很难发现和维修 的。所以在设备的安装和维修中一定要按照安装要求的安装工艺进行，不留设 备隐患。第五类故障点是传感器和仪表，这类故障在控制系统中一般反映在信号的 不正常。这类设备安装时信号线的屏蔽层应单端可靠接地，

52、并尽量与动力电缆 分开敷设，特别是高干扰的变频器输出电缆，而且要在pic内部进行软件滤波。 这类故障的发现及处理也和日常点巡检有关，发现问题应及时处理。第六类故障主要是电源、地线和信号线的噪声（干扰），问题的解决或改善主 要在于工程设计时的经验和h常维护中的观察分析。要减小故障率，很重要的一点是要重视工厂工艺和安全操作规程，在日常 的工作中要遵守工艺和安全操作规程，严格执行一些相关的规定，如保持集中 控制室的环境等等，同时在生产中也要加强这些方面的霄理。第3章t4240b立式双柱铿床电气控制解析3. 1 t4240b的工艺特点与控制要求3.1.1工艺特点坐标镇床是一种高精度机床。它具有测量坐标

53、位置的精密测量装置，而且 这种机床的主要零部件的制造和装配精度很高，并有良好的刚性和抗振性，所 以它主要用来镇削精密的孔（it级或更高）和位置精度要求很高的孔隙（定位 精度要求达到0. 002-0. olnim）,如钻模、铿模等的精密孔。坐标铿床的工艺范围很广，除镇孔、钻孔、扩孔、较孔、精铳平面和沟槽 外，还可以进行精密刻线和划线，以及孔距和肓线尺寸的精密测量等工作。坐 标镇床过去主要用于工具车间作单件牛产，近年来也逐渐应用到生产车间，成 批地加工要求精密孔距的零件，如飞机、汽车、拖拉机、内燃机和机床等行业 中加工某些箱体类零件的轴承孔。坐标镇床按其布局和形式的不同，可分为立式单柱式坐标镇床、

54、立式双柱 式坐标铿床和卧式坐标铿床等主要类型。（1）坐标测量装置坐标镇床可以获得准确的定位精度和高精度和高的表面加工质量，除了主 要零部件制造精度较高、结构上釆取防止爬行（采用滚动导轨）、足够高的刚度、 减少变形等措施以外，精密的测量装置对保证机床的加工机床的加工精度起了 重大的作用。常见的坐标测量有三种：带校正尺的机密丝杠坐标测量装置、光 屏一金属刻线尺光学坐标测量装置及光栅坐标测量装置。t4240b所用的坐标测 量装置是光屏一金属刻线尺光学坐标测量，其原理是精密线纹尺固定在工作台 上，并作为滑板和工作台上移动的长度基准，通过一系列光学系统装置，将线 纹尺的线纹间距放大，并成像在光屏上，当移

55、动工作台时，被放大的线纹尺上 的刻线也在光屏中移动，这样在光屏中的分划板上 即可精确地测定工作台移动的距离。（2）机床的运动 表面成形运动。镇孔时，需要两个成形运动，一个是主轴套筒中的主轴 作旋转运动，使镇刀进行切削，称为主运动；另一个是主轴套筒带动主轴作轴 向移动，称为轴向进给运动。铳削加工时，除了主轴旋转（主运动外），还有两个方向的进给运动，一个 是纵向进给运动，由工作台沿床身导轨作纵向移动来完成；另一个是横向进给 运动，由主轴箱沿横梁横向运动来完成。这两个进给运动也用来实现两个坐标 的精确定位。 辅助运动，为了使主轴箱的位置适应不同高度工件加工的需要，装有主 轴箱的横梁可沿导轨作垂直方向

56、的调整运动。(3) 机床的传动系统 主运动传动链：由主轴电动机到主轴。 主轴轴向进给传动链：由主轴到齿轮轮条。 工作台纵向仅给传动链：由纵向进给电动机到工作台丝杠。 主轴箱横向进给传动链：有横向进给电动机到主轴箱丝杠。 横梁升降传动链：:由电动机到横梁丝杠。3.1.2电力拖动及控制要求分析t4240b立式双柱坐标锂床上配置五台三相笼型异步电动机，各电动机的控制 要求如下：(1) 主电动机的控制要求主电动机11完成主轴运动的拖动。主轴运动要求电动机能够直接起动，为 加工、调整方便，需要具有点动功能。制动方式为机械制动。(2) 冷却泵电动机的控制要求冷却泵电动机m2在加工时带动冷却泵工作提供切削液

57、，采用直接起动，并 为连续工作状态。冷却电动机必须在主电动机起动后才能起动。(3) 横梁电动机的控制要求横梁电动机m3用于拖动横梁上、下运动，采用直接起动，并能实现正、反 转。(4) 工作台电动机的控制要求工作台电动机m4用于拖动工作台的前后运动，采用直接起动，并能实现正、 反转。(5) 溜板电动机的控制要求快速移动电动机m5用于拖动溜板箱带动刀架左右移动，采用直接起动，并 能实现正、反转。3. 2 t4240b电路控制分析说明t4240b立式双柱坐标镇床的电气控制系统电路图3-1所示，图示所用的电 气元件符号与功能说明见表3-1,下而分析其工作过程。t4240b的电气原理图如图3-1所示，低压电气元件见表3-2 :7冷二代<er.jewxw5te<rrliesrjf<sc評 i卜i 二".i "x 1 etx 1 :"图3-1t4240b电气原理图表3-1低压电器元件表符号名称及作用符号名称及作用ml主轴电动机sb4、sb5横梁电动机控制 按钮m2冷却电动机sb6七b8工作台电动机控 制按钮m3横梁