T4240B镗床传统电气控制系统的改造问题研究-毕业设计正文

.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象﹐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，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1—1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，甚至出现不导通现象。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：①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。②如果是银或银基合金触头，③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，也只能用细锉清除四周溅珠或毛刺，切勿锉修过多，以免影响触头寿命。对于铜质触头，若烧伤程度较轻，只需用细锉把凸凹不平处修理平整即可，但不允许用细砂布打磨，以免石英砂粒留在触头间，而不能保持良好的接触；若烧伤严重，接触面低落，则必须更换新触头。④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立式双柱坐标镗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[4]。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。在设计的过程中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。1.4设计的目的和意义根据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立式双柱坐标镗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立式双柱坐标镗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2.1PLC的含义及特点PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController），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（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“可编程控制器(ProgrammableController)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(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC[5]。PLC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[6]。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，出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、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生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(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。2.2PLC的构成及各部分的作用从结构上分，PLC分为固定式和组合式（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：(1)CPU运算和控制中心起“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将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，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3-5年。(3)输入/输出接口①输入接口：光电耦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。②输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，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、交直流负载晶体管输出：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的电源在整个系统中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%(+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2-1所示：图2-1PLC的结构图2.3PLC控制系统的优点(1)实时性。由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，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[7]。(2)高可靠性。所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，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10-20ms。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，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，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。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直接运行。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查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。2.4PLC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中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I(输入)/O(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生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的输入/输出刷新期间输出才会发生变化。总之，采用循环扫描的工作方式，是PLC区别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，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；或者刷新该输出线圈在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生变化，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生变化，而且排在上面的梯形图，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束后，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。2.5PLC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中使用。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，因此在使用中应注意以下问题。(1)工作环境温度：PLC要求环境温度在0~55℃，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之间要有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℃，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10~55Hz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中，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，以减少设备与地之间的干扰。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之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1/10。PLC基本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。交流输出线和直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)I/O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，并且连接至端子板，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。采用继电器输出时，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的输出负载可能产生干扰，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，避免由于外部电源发生故障、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发生故障时，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：对于易发生重大事故的场所，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，可以避免偶然发生的电压冲击危害。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平方毫米，接地电阻小于100Ω；如果要用扩展单元，其接地点应与基本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PLC。2.6PLC的应用领域及国内外发展趋势PLC的应用领域目前，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中，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）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。[10]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直线运动的控制。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[8]。这个阶段的另一个特点是世界上生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生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生产的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生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已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生产厂家。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、散热中，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之一[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[10]。目前PLC的主存储器大多采用可擦写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中控制室的管理水平，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，谨防人为的对主机系统造成损害。(2)PLC的I/O端口

PLC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中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控制系统的日常维护中，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，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、电气失灵是故障产生的主要原因，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生在开关、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。如该生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，所以接近开关触点出现变形、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生在PLC系统中的子设备，如接线盒、线端子、螺栓螺母等处。这类故障产生的原因除了设备本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，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日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—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立式双柱镗床电气控制解析3.1T4240B的工艺特点与控制要求3.1.1工艺特点坐标镗床是一种高精度机床。它具有测量坐标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，所以它主要用来镗削精密的孔（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0.002-0.01mm），如钻模、镗模等的精密孔。坐标镗床的工艺范围很广，除镗孔、钻孔、扩孔、铰孔、精铣平面和沟槽外，还可以进行精密刻线和划线，以及孔距和直线尺寸的精密测量等工作。坐标镗床过去主要用于工具车间作单件生产，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。坐标镗床按其布局和形式的不同，可分为立式单柱式坐标镗床、立式双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床等主要类型。(1)坐标测量装置坐标镗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、结构上采取防止爬行（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—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—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①表面成形运动。镗孔时，需要两个成形运动，一个是主轴套筒中的主轴作旋转运动，使镗刀进行切削，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。铣削加工时，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。②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的调整运动。(3)机床的传动系统①主运动传动链：由主轴电动机到主轴。②主轴轴向进给传动链：由主轴到齿轮轮条。③工作台纵向仅给传动链：由纵向进给电动机到工作台丝杠。④主轴箱横向进给传动链：有横向进给电动机到主轴箱丝杠。⑤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立式双柱坐标镗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M1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，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。3.2T4240B电路控制分析说明T4240B立式双柱坐标镗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，下面分析其工作过程。T4240B的电气原理图如图3-1所示，低压电气元件见表3-2：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M1主轴电动机SB4、SB5横梁电动机控制按钮M2冷却电动机SB6～SB8工作台电动机控制按钮M3横梁电动机SB9～SB11溜班电动机控制按钮M4工作台电动机SB12、SB13纵、横向光屏控制按钮M5溜板电动机SQ1横梁电动机控制按钮FR1～FR5热续电器SQ2、SQ3横梁电动机上、下行程开光FU1～FU4主电路熔断器SQ4工作台电动机微动开关TC控制变压器SQ5、SQ6工作台电动机前、后行程开关KT1,KT2通电延时时间继SQ7溜班电动机微动电器开关EL照明灯SQ8、SQ9溜板电动机左右行程开关SA3照明开关KM1主轴、冷却电动机接触器KA1、KA2中间续电器KM2、KM3横梁电动机正、反转接触器SA2冷却电动机开关KM4、KM5工作台电动机正反转接触器3.2.1电气控制线路的特点(1)用行程开关SQ1、SQ4、SQ7分别作为工作台、横梁、溜板的卡紧联锁装置，只有当各部分放松后，其相应的行程开关闭合，才能通过电气控制移动。(2)用行程开关SQ2、SQ3作为横梁上升与下降的极限位置保护开关。用SQ5、SQ6作为工作台向前与与向后的极限位置保护开关。用SQ8、SQ9作为溜板向左与向右的极限位置保护开关。(3)过载保护利用了热继电器FR1～FR5,它们分别作为主轴电动机、冷却电动机、横梁电动机、工作台电动机、溜板电动机的过载保护(4)短路保护利用了熔断器FU1～ＦU4，它们分别作为主电路和控制电路的电源短路保护。3.2.2电路分析说明(1)主轴控制按下按钮SB3，其常开触点闭合，常闭触点断开，切断KM1线圈的自锁回路，KM1线圈得电，主轴电动机M1转动，同时KM1的辅助常开触点闭合，指示灯HL1亮。松开开关按钮SB3，KM1线圈失电，电动机停止转动，主轴停止，从而实现主轴的点动，主轴电动机只需要实现正传，主轴电动机的电动控制，主要满足对刀、调整的需要。按下按钮SB2，KM1线圈得电吸合并自锁，KM1常开触点闭合，主轴电动机主电路接通，M1转动，通过传动系统使主轴回转。在电动机M1工作时，按下按钮SB1，其常开触点断开，KM1线圈断电，KM1常开触点断开，电动机M1停止，主轴也停止转动，指示灯HL1熄灭。(2)冷却电动机的转动只有当主轴电动机启动后，接触器KM1主触点闭合，冷却电动机M2才能启动，主轴电动机停止，冷却电动机也停止。主轴电动机起动后，将转换开光SA2调到开启位置，冷却电动机主电路接通，为切削加工提供切削液。(3)横梁的移动先放松锁紧位置，行程开关SQ1复位，常闭触点闭合，这时按下按钮SB4，线圈KM2得电吸合，横梁电动机M3正转，通过传动系统实现横梁的上升运动，同时指示灯HL2亮。当横梁运动至行程开关SQ2，使电路断开，横梁电动机停止转动，实现极限形成保护。KM2常闭触点断开，与KM3实现互锁保护。当按下按钮SB5，线圈KM3得电吸合，横梁电动机反转，通过传动系统实现横梁的下降运动，指示灯HL3亮。当横梁运动至行程开关SQ3处时，压下SQ3，使KM3线圈电路断电，横梁电动机停止转动，实现下行极限形成保护。(4)工作台的移动先放松锁紧装置，行程开关SQ4复位，其常开触点闭合。这时，按下按钮SB6，接触器KM4线圈得电吸合并自锁，工作台电动机M4正转，通过传动系统实现工作台的向后运动，同时指示灯HL4亮。当工作台运动至行程开光SQ5处时，压下行程开光SQ5，KM4线圈电路断开，工作台电动机M4停止转动，实现向后极限行程保护。KM4常闭触点断开，与触点断开，与接触器KM5实现互锁保护。按下按钮SB7，接触器KM5线圈得电吸合并自锁，工作台电动机M4反转，通过传动系统实现工作台的向前运动，KM5的常开触点闭合，指示灯HL5亮。当工作台运动至行程开关SQ6处时，压下SQ6，使KM5线圈电路断开，工作台电动机停止转动，实现前进方向的极限形成保护。按下按钮SB8，接触器KM4和KM5线圈电路断开，线圈KM4、KM5均失电，工作台电动机M4停止转动。(5)溜板的移动先放松锁紧装置，行程开关SQ7复位，常闭触点闭合。这时按下按钮SB10，KM6线圈得电吸合并自锁，KM6主触点闭合，溜板电动机M5正转，通过传动系统实现溜板的向右运动，KM6的常开触点闭合，指示灯HL6亮。当工作台运动至行程开光SQ8处时，压下SQ8，使接触器KM6线圈电路断开，溜板电动机停止转动，实现向右极限形成保护。KM6常闭触点断开，与接触器KM7实现互锁保护。按下按钮SB11，KM7线圈得电吸合并自锁，溜板电动机M5反转，通过传动系统实现溜板的向左运动，指示灯HL7亮，当工作台运动至行程开光SQ9处时，压下SQ9，使KM7线圈电路断开，电动机M5停止转动，实现向左极限形成保护。按下按钮SB9，接触器KM6、KM7线圈电路均失电，溜板电动机停止转动。(6)光屏的控制①纵向光屏的控制。按下按钮SB12，中间继电器KA1线圈得电吸合并自锁，KA1常开触点闭合，纵向光屏灯亮。同时时间继电器KT1线圈得电吸合，待定时间到，KA1线圈失电，其常开触点断开，纵向光屏灯熄灭。②横向光屏的控制。按下按钮SB13，中间继电器KA2线圈的电吸合并自锁，KA2常开触点闭合，横向光屏灯亮。同时时间继电器KT2线圈得电吸合，定时完成以后，KA2线圈失电，其常开触点断开，横向光屏灯熄灭。③圆转台光屏的控制。圆转台光屏灯是通过插销座实现的，CX6接电后，圆转台光屏灯亮，断电后熄灭。(7)照明灯的控制照明灯的开停是由转换开关SA3控制的。第4章控制系统总体设计4.1PLC控制系统设计的基本原则及步骤4.1.1控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现生产设备或者生产过程的控制要求和工艺要求，从而提高产品质量和生产效率。因此，在设计PLC应用系统时，应遵循以下基本原则：(1)充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。(2)在满足要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便。(3)保证控制系统安全可靠。(4)应该考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充[11]。4.1.2PLC控制系统设计的步骤设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控制对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。PLC控制系统设计可以按照以下步骤进行。(1)熟悉被控对象，制定控制方案。分析被控对象的工作过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的要求。(2)确定I/O设备。根据系统的控制要求，确定用户所需的输入（如按钮、行程开关、选择开关等）和输出设备（如接触器、电磁阀、信号指示灯等），由此确定PLC的I/O点数。(3)选择PLC。选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。(4)分配PLC的I/O地址。根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号，列出输入/输出设备与PLC输入输出端子对照表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。(5)设计软件和硬件。进行PLC程序设计，进行控制柜台等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行现场施工设计。(6)联机调试。联机调试就是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。开始时，先带上输出设备(接触器线圈、信号指示灯等)，不带负载进行调试。利用编程器的监控功能，采用分段调试的方法进行。各部分都调试正常后，再带上负载运行。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需要修改部分程序即可。(7)整理技术文件。包括设计说明书、电气安装图、电器元件明细表及使用说明书。4.2PLC程序设计方法PLC在控制系统的应用中，外部硬件接线部分较简单，对被控制对象的控制作用都体现在PLC的程序上。因此，PLC程序设计的质量，直接影响控制系统的性能。PLC在逻辑控制系统中的程序设计方法主要有经验设计法、顺序设计法。4.2.1PLC编程的基本原则(1)外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等软元件的触点可重复使用，没有必要特意采用复杂程序结构来减少触点的使用次数。(2)梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在最右边。在继电器控制原理图中，继电器的触点可以放在线圈的右边，但在梯形图中触点不允许放在线圈的右边。(3)线圈不能直接与左母线相连，也就是说线圈输出作为逻辑结果必须有条件。必要时可以使用一个内部继电器的动断触点或内部特殊继电器来实现。(4)同一编号的线圈在一个程序中使用两次以上称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，这时前面的输出无效，只有最后的输出才有效。但该输出线圈对应触点的动作，要根据该逻辑运算之前的输出状态来判断。如图3所示，由于M1双线圈输出，所以，M1输出随最后一个M1输出变化，Y1随第一个M1线圈变化，而Y2随第二个M1输出变化。所以，一般情况下，应尽可能避免双线圈输出。(5)梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下执行，如不符合顺序执行的电路不能直接编程。(6)梯形图中串、并联的触点次数没有限制，可以无限制的使用。(7)两个或两个以上的线圈可以并联输出[12]。4.2.2经验设计法经验设计法实际上沿用了传统继电器系统电气原理图的设计方法，即在一些典型单元电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复调试和修改梯形图，增加很多辅助触点和中间编程元件，最后才能得到一个较为满意的结果。这种设计方法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果也是因人而异，不是唯一的。设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大关系。4.2.3顺序设计法由上可知，用经验设计法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计系统的梯形图时，往往用大量的中间单元来完成记忆、连锁和互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它往往交织在一起，分析起来很困难，并且很容易遗漏一些应该考虑的问题。因此在复杂的控制系统中一般采用顺序设计法设计。所谓顺序设计法，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动有序地进行操作。使用顺序控制设计法时首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。顺序设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些分阶段称为步，并用编程元件来代表各步。步是根据输出量的状态变化来划分的。在任何一步之内，各输出量ON/OFF状态不变，但相邻两步输出量的状态时不同的。步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可以使外部的输入信号，如按钮、主令开关、限位开关的接通/断开等；也可以是可编程控制器内部产生的信号，如定时器、计数器常开触点的接通等。转换条件还可以是若干个信号的与、或、非逻辑组合。顺序设计法用转化条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制可编程控制器的各输出位。4.2.4基本指令系统和编程方法基本指令系统特点：PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言[13]。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：(1)图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎。(2)明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定(3)简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。(4)简化应用软件生成过程：使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。(5)强化调试手段：无论是汇编程序，还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。4.3PLC机型的选择PLC输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，每一点的输出容量较大（可达2A），在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制[14]。晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应带宽快，寿命长，但是过载能力差，每1点的输出量只有0.5A，4点同时输出的总容量不得超过2A。由于T4240B立式双柱镗床控制对象对PLC输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本课题选用继电器输出模块，结合T4240B立式双柱坐标镗床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大于22个，输出点数大于17个。综上所述，为了使T4240B立式双柱坐标镗床在改造后能够良好工作，确认日本三菱公司生产的FX2N—48MR型PLC能够满足上述要求，该类PLC是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中较高档次的超小形程序装置。超高速的运算速度(0.08μs/step)，丰富的软件元件，程序容量:内置8000步，最大可扩充至16000步[15]。其总输入点数为25点，总输出点数为21点，最大可扩展到256点。采用各种特殊功能模块，可达到高性能的高速计数，定位控制，温度控制等功能。第5章T4240B立式双柱镗床的电气控制PLC改造5.1T4240B改造说明与电路设计根据T4240B立式双柱坐标镗床的工作过程和已有的继电器控制的电器参数，选择FX2N可编程控制器进行改造，主要电路不变，原来的低压电气元件尽量保留，用于PLC改造。输出端口采用继电器输出方式，输出总点数，选用FX2N—48MR能够满足要求。主要措施如下：(1)所有接触线圈和指示灯负载都直接与PLC的输出端口相连。(2)去掉控制光屏的中间继电器，直接用光屏指示灯对应的输出继电器控制。(3)需要互锁的接触器在PLC的输出控制回路中实现互锁。(4)冷却泵控制不变。经过改造和控制程序设计后的T4240B立式双柱镗床电路图如图5-2所示，主电路不变，如图5-1所示，低压电气元件与逻辑元件之间的对应关系见表5-1。图5-1T4240B电气原理图图5-2PLC改造T4240B镗床电路图表5-1端口分配表电气元件作用逻辑元件SB1主轴、冷却电动机总停按钮X0SB2主轴、冷却电动机总停按钮X1SB3主轴、冷却电动机总停按钮X2SB4横梁电动机正传起动按钮X6SB5横梁电动机反传起动按钮X7SB6工作台电动机起动按钮X10SB7工作台电动机起动按钮X14SB8工作台电动机总停按钮X15SB9溜板电动机总停按钮X16SB10溜板电动机正转起动按钮X22SB11溜板电动机反转起动按钮X23SB12纵向光屏控制按钮X24SB13横向光屏控制按钮X25SQ1横梁电动机微动开关X3SQ3横梁电动机行程开关（上）X4SQ4横梁电动机行程开关（下）X5SQ6工作台电动机微动开关X11SA1-1工作台电动机行程开关（后）X12SA2-1工作台电动机行程开关（前）X13SQ7溜板电动机微动开关X17SQ8溜板电动机行程开关（右）X20SQ9溜板电动机行程开关（左）X21KM1主轴、冷却电动机起动接触器Y0KM2横梁电动机正传接触器Y1KM3横梁电动机反传接触器Y2KM4工作台电动机正传接触器Y3KM5工作台电动机反传接触器Y4KM6溜板电动机正传接触器Y5KM7溜板电动机反传接触器Y6HL1主轴开启指示灯Y10HL2横梁上升指示灯Y11HL3衡量下降指示灯Y12HL4工作台向后指示灯Y13HL5工作台向前指示灯Y14HL6溜板向右指示灯Y15HL7溜板向左指示灯Y165.2结合T4240B程序设计与说明结合T4240B的工作特点、控制要求、PLC输入/输出端口分配情况，设计得到T4240B立式双柱镗床的PLC控制梯形图，如图5-1所示。（1）主轴控制按下按钮SB3,输入继电器X2为ON，使输出继电器Y0线圈回路导通，Y0为ON，驱动接触器KM1线圈电路闭合，KM1主触点闭合，主轴电动机M1得电转动，通过传动系统使主轴回转。同时输出继电器Y10为ON，指示灯HL1亮。松开按钮SB3，输出继电器X2为OFF，输出继电器Y0为OFF，KM1线圈失电，电动机停止转动。当按下按钮SB2，输出继电器X1为ON，使输出继电器Y0线圈逻辑回路导通，Y0为ON，并自锁，驱动负载接触器KM1，线圈得电吸合，KM1主触点闭合，主轴电动机得电转动，为长动工作，通过传动系统使主轴回转。同时，指示灯KL1亮。主轴电动机制动时，先按下按钮SB1，输出继电器X0为ON，其常闭触点为OFF，使输出继电器Y0线圈逻辑回路接触器KM1线圈失电，KM1主触点断开，电动机失电停止转动，主轴也停止转动。（2）冷却电动机的转动只有当主轴电动机启动后，冷却电动机才能启动，主轴电动机停止，冷却电动机也停止。通过PLC控制接触器KM1得电后，KM1主触点闭合，这时直接将开关SA2闭合，冷却泵工作。（3）横梁的移动横梁上升时，先放松锁紧装置，行程开关SQ1复位，常开触点断开，输入继电器X3为OFF，取反后的常闭触点为ON，这时按下按钮SB4，输入继电器X6为ON，输出继电器Y2逻辑回路导通，Y2为ON，驱动负载接触器KM2线圈得电吸合，其主触点闭合，横梁电动机正转，通过传动系统实现横梁的上升运动，同时指示灯HL2亮。当横梁电动机至行程开关SQ2处时，压下SQ2，输出继电器X4为ON,取反后的常闭触点断开，Y2为OFF，使接触器KM2电路断开，横梁电动机停止转动，从而实现上行极限位置保护。横梁下降时，按下按钮SB5，输入继电器X7为ON，输出继电器Y3线圈逻辑回路导通，驱动接触器KM3线圈得电吸合，其主触点闭合，M3主电路两相对调，横梁电动机反转，通过传动系统实现横梁的下降运动，同时指示灯HL3亮。当横梁运动至行程开关SQ3处时，压下SQ3，输出继电器X5为ON，取反后的常闭触点断开，使电动机M3电路断开，停止转动，从而实现下行极限位置保护。（4）工作台的移动工作台向后运动时，先放松锁紧装置，行程开关SQ4断开，输入继电器X6为OFF，取反后的常闭触点为ON，这时按下按钮SB7，输入继电器X14为ON，其常闭触点闭合，输出继电器Y3逻辑回路导通，得电并自锁，驱动接触器KM4线圈得电吸合，其主触点闭合，接通工作台电动机，工作台电动机正转，通过传动系统实现工作台的先后运动，同时指示灯HL4亮。当工作台运动至行程开关SQ5处时，压下SQ5，输入继电器X12为ON，取反后为OFF，工作台电动机停止转动，从而实现极限向后位置保护。工作台向前运动时，按下按钮SB8，输入继电器X15为ON，输出继电器Y4为ON,驱动接触器线圈KM5得电吸合，KM5主触点闭合，工作台电动机反转，通过传动系统实现工作台的向前运动，同时指示灯HL5亮。当工作台运动至行程开关SQ6处时，压下SQ6，输入继电器X13为OFF，使Y4逻辑回路断开，工作台电动机停止转动，从而实现极限位置保护。按下按钮SB6，输入继电器X10为ON，线圈KM1、KM5均失电，工作台电动机停止转动。（5）溜板的移动溜板向右移动时，放松锁紧装置，行程开关SQ7断开，输入继电器X17为ON，这时按下按钮SB10，输入继电器X22为ON，输出继电器Y5逻辑回路导通并自锁，驱动接触器线圈KM6得电，KM6主触点闭合，溜板电动机正转，通过传动系统实现溜板的向右运动，同时指示灯HL6亮。当工作台运动至行程开关SQ8处时，压下SQ8，输入继电器X20为ON,使溜板电动机停止转动，从而实现向右极限位置保护。溜板向左移动时，按下按钮SB11，输入继电器X23为ON，输出继电器Y6逻辑回路为ON并自锁，驱动接触器线圈KM7得电吸合，溜板电动机反转，通过传动系统实现溜板的向左运动，同时指示灯HL7亮。当工作台运动至行程开关SQ9处时，压下SQ9，输入继电器X21常闭触点断开,使电路断开，工作台电动机停止转动，从而实现极限行程保护。按下按钮SB9，输入继电器X16为ON，取反后为OFF，线圈KM6、KM7均失电，溜板电动机停止转动。（6）光屏的控制纵向光屏的控制时，按下按钮SB12，输入继电器X24为ON，输出继电器Y20逻辑回路导通，Y20为ON并自锁，纵向光屏灯HL9亮起。同时定时器T1为ON，计时开始，当定时完成以后T1常闭触点断开，输出继电器Y20失电，纵向光屏HL9熄灭。横向光屏的控制时，按下按钮SB13，输入继电器X25为ON，输出继电器Y21逻辑回路导通并自锁，横向光屏灯HL10亮。同时，时间继电器T2线圈得电，定时开始，当定时完成以后T2常闭触点断开，输出继电器Y21断开，横向光屏HL10熄灭。图5-2PLC改造T4240B的控制梯形图第6章结论毕业设计是我们在大学学习阶段一次非常难得的理论与实践相结合的机会。通过这次对T4240B标镗床的PLC控制系统设计，使我们摆脱了单纯的理论学习，让我们利用所学的知识与实际相结合。在解决问题的过程中，通过查阅文献资料、设计手册及上网收集相关信息，丰富了我们的知识面，锻炼了我们动手能力。这次毕业设计不仅是我们对所学知识的总结，还能让我们的能力提高。我想这是我们都希望看到的，也正是我们做毕业设计的目的所在。本论文在论述了PLC发展过程及国内外发展现状的基础上，进行了方案论证，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，并对基于PLC的镗床的控制系统的构成进行了详尽的论述。本设计的最大特点就是把书本知识与实际有效地结合，在原有的控制方式中进行了大胆的改进。通过仿真，可以看出是达到了预期效果，说明了设计方案的可行性，达到了PLC代替传统继电器、交流接触器的目的。PLCB总的来说，在此次具体的设计过程中，通过老师和同学的帮助及自己的不断摸索，掌握了不少设计方法，同时也使我有了工程设计的思路，为以后的工作打下了一定的基础。PLCB致谢时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。值此本科学位论文完成之际，首先要感谢我的导师马晓娜老师。马晓娜老师从一开始论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误。马晓娜老师诲人不倦的工作作风，一丝不苟的工作态度，严肃认真的治学风格给我留下深刻的影响，值得我永远学习。在此，谨向导师马晓娜老师致以崇高的敬意。最后衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参与答辩的各位老师。参考文献[1]许缪.电气控制与PLC应用[M].北京：机械工业出版社，2007.[2]高勤.电气与PLC控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002.[3]李建兴.可编程序控制器及运用技术[M].北京：机械工业出版社，1999.[4]殷洪义.可编程控制器选择设计与维护[M].北京：机械工业出版社，2004.[5]袁任光.可编程控制器选择手册[M].北京：机械工业出版社，1997.[6]陈远龄.机床电气自动控制[M]重庆大学出版社，1997.[7]吕景泉.可编程序控制器及其应用[M]北京：机械工业出版社，2001.

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