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摘 要 XA6132萬能銑床是對工件進(jìn)行特定加工的一種高效率、自動化的專用加工設(shè)備。原有的控制電路為繼電器、接觸器控制，其觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜，使用多年后，故障率高、維修量大、維護(hù)不便、可靠性差、生產(chǎn)率低，并且不適應(yīng)目前小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工，為了充分利用機(jī)床，就需要對機(jī)床進(jìn)行機(jī)電一體改造以提高設(shè)備的自動化水平，提高生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，使得加工精度有所改善。 PLC是一種新型的通用控制裝置，將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、使用方便、體積小、重量輕、功能低等一系列優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟、越來越多設(shè)備的控制都采用PLC控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制、并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：XA6132萬能銑床；PLC應(yīng)用；技術(shù)改造 目 錄 第1章 概述.............................................................1 1.1 可編程控制器的產(chǎn)生..........................................1 1.2 可編程控制器的定義..........................................2 1.3 可編程控制器的發(fā)展趨勢......................................2 1.4 可編程控制器的分類..........................................3 1.5 可編程控制器的特點(diǎn)..........................................3 1.6 可編程控制器的主要功能......................................6 第2章 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理 ............................................7 2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)...............................................7 2.2 PLC的基本工作原理.........................................8 2.2.1 掃描技術(shù)...............................................8 2.2.2 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間.....................................9 第3章 PLC的選用....................................11 3.1 西門子PLC的介紹...........,...................11 3.2 S7-2OO系列的介紹及優(yōu)點(diǎn)....................................13 第4 章 XA6132萬 能 銑 床 的 原 理...........................................1 4 4.1 主 軸 電 機(jī) 控 制 .....................................................1 5 4.2 進(jìn) 給 拖 動 控 制 電 路 ...............................................16 4.3 圓工作臺的控制.........................................................18 4.4 冷卻泵和機(jī)床照明的控制.................................................18 4.5 控制電路的聯(lián)鎖與保護(hù)...................................................19 第5章 基于PLC的XA6132萬能銑床的改造.................................20 5.1 設(shè)計(jì)思路...................................................20 5.1.1 工藝要求..............................................20 5.1.2 原機(jī)床的控制過程.....................................20 5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)...................................................20 5.2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)..........................................21 5.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)............................................23 5.3 調(diào)試過程...................................................25 5.3.1 主軸電動機(jī)控制電路調(diào)試...............................25 5.3.2 進(jìn)給拖動制電路調(diào)試(主軸起動后).......................25 總結(jié)..............................................................26 致謝..............................................................27 參考文獻(xiàn)...........................................................28 第1章 可編程控制器 1.1 可編程控制器的產(chǎn)生 20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位，但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。 20世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： (1)編程方便，可現(xiàn)場修改程序 (2)維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) (3)可靠性高于繼電器控制裝置 (4)體積小于繼電器控制盤 (5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) (6)成本可與繼電器控制盤競爭 (7)輸入可以是交流150V以上 (8)輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等 (9)擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小 (10)用戶存儲器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要） 十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 1986年，美國通用汽車公司首先提出了可編程控制器的概念。在1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）終于研制出世界上第一臺PLC。這是由一種新的控制系統(tǒng)代替繼電器的控制系統(tǒng)，它要求盡可能地縮短汽車流水線控制系統(tǒng)的時(shí)間，其核心采用編程方式代替繼電器方式來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的控制。1971年，日本引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，并開始生產(chǎn)自己的PLC。1973年，歐洲一些國家也研制出了自己的 PLC。1974年，我國也開始仿照美國的PLC技術(shù)研制自己的PLC，終于在1977年研制出第一臺具有實(shí)用價(jià)值的PLC。 與DCS的發(fā)展一樣，PLC的發(fā)展也是與計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，正是這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了可編程控制器的發(fā)展。 1. 初級階段 從第一臺PLC問世到20世紀(jì)70年代中期。由于第一代PLC是為了取代繼電器的，因此，主要功能是邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)功能。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路構(gòu)成。主要產(chǎn)品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。第一階段就采用了梯形圖語言作為編程方式，盡管有些枯燥，但卻形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)。 2. 擴(kuò)展階段 從20世紀(jì)70年代中期到70年代末期。這一階段PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴(kuò)展。擴(kuò)展的功能包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運(yùn)算、模擬量的運(yùn)算等功能。這一階段的產(chǎn)品有MODICON的184，284，384，西門子公司的SIMATICS3系列，富士電機(jī)公司的SC系列產(chǎn)品。 3. 通信階段 20世紀(jì)70年代末期到80年代中期，這一階段產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展有關(guān)，形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)。但是，由于各制造商各自為政，通信系統(tǒng)也是各有各的規(guī)范。由于在很短的時(shí)間，PLC已經(jīng)從汽車行業(yè)就迅速擴(kuò)展到其它行業(yè)，作為繼電器的替代品進(jìn)入了食品、飲料、金屬加工、制造和造紙等多個(gè)行業(yè)。其次，產(chǎn)品功能也得到很大的發(fā)展。同時(shí)，可靠性進(jìn)一步提高。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SIMATICS6系列，GOULD公司的M84，884等，富士電機(jī)的MICRO和TI公司的TI530等。 4. 開放階段 從20世紀(jì)80年代中期開始。由于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型OSI，使PLC在開放功能上有較大發(fā)展。主要表現(xiàn)為通信系統(tǒng)的開放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開始標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶得益。此外，PLC開始采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件系統(tǒng)，增加高級語言編程，并完成了編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化工作。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的S7和S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500等。 1.2 可編程控制器的定義 美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。 定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。 1.3 可編程控制器的發(fā)展趨勢 PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1.3.1 向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當(dāng)于一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。 1.3.2 向大容量、高速度方向發(fā)展 大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。 1.3.3智能型I/O模塊的發(fā)展 智能型I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。 1.3.4基于PC的編程軟件取代編程器 隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。 1.3.5 PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。 1.3.6 PLC通信的易用化 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。 1.3.7 組態(tài)軟件與PLC的軟件化 個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。 1.3.8 PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合 現(xiàn)場總線I/O與PLC可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。 1.3.9 開發(fā)新型特殊功能模塊 I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。 1.3.10 CPU的處理速度進(jìn)一步加快 目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級。 1.4 可編程控制器的分類 1.4.1按結(jié)構(gòu)分類 PLC按其硬件的結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和組合式。 1.4.2 按控制規(guī)模分類 PLC的控制規(guī)模主要是指開關(guān)量的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)及模擬的輸入/輸出路數(shù)。但主要以開關(guān)量的點(diǎn)數(shù)計(jì)數(shù)，模擬量的路數(shù)可以折算成開關(guān)量的點(diǎn)數(shù)。按照此項(xiàng)進(jìn)行分類主要包括小型、中型和大型。 1.5 可編程控制器的特點(diǎn) 1.5.1抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面： 1. 隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2. 濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進(jìn)行有效的抑制。 3. 對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。 4. 內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。 5. 利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。 6. 對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。 7. 采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 8. 以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。 1.5.2靈活性 PLC的靈活性主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面： 1. 編程的靈活性PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進(jìn)行編程，編程方法的多樣性使編程方便。由于PLC內(nèi)部采用軟連接，因此，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換后，可不必改變PLC的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)和數(shù)字電路控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使PLC成為工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備，在柔性制造系統(tǒng)FMS，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和計(jì)算機(jī)流程工業(yè)系統(tǒng)（CIPS）中，PLC正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。 2. 擴(kuò)展的靈活性PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能，甚至可以與其它的控制系統(tǒng)如DCS或其它上位機(jī)的通信來擴(kuò)展其功能，并與外部的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種擴(kuò)展的靈活性大大方便了用戶。 3. 操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等。 1.5.3 編程方便，易于使用 PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面： 1. 操作方便對PLC的操作包括程序的輸入和程序更改的操作，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改操作。現(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進(jìn)行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號、繼電器編號或接點(diǎn)號等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ?，然后可以在線或離線更改。 2. 編程方面PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可以使用，對現(xiàn)場電氣人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖相似，因此，很容易理解和掌握。采用語句表語言編程時(shí)，由于編程語句是功能的縮寫，便于記憶，并且與梯形圖有一一對應(yīng)的關(guān)系，所有有利于編程人員的編程操作。功能圖表語言以過程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語言編程方法的應(yīng)用尚未普及，但由于它們具有功能清晰，易于理解等優(yōu)點(diǎn)，而且與DCS組態(tài)語言的統(tǒng)一，正受到廣大技術(shù)人員的重視。 3. 維修方便PLC所具有的自診斷功能對維修人員的技術(shù)要求降低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號燈的提示等信息，或通過編程器和HMI屏幕的設(shè)定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間，降低了MTTR。 為便于維修工作的開展，有些PLC制造商提供維修用的專用儀表或設(shè)備，提供故障維修樹等維修用資料；有些廠商還提供維修用的智能卡件或插件板，使維修工作變得十分方便。此外，PLC的面板和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也考慮了維修的方便性。例如，對需要維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號燈設(shè)置在易于觀察的位置，接線端子采用便于接線和更換的類型等，這些 設(shè)計(jì)使維修工作能方便地進(jìn)行，大大縮短了維修時(shí)間。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水作業(yè)，使維修用備品備件簡化等，也使維修工作變得方便。 1.5.4 功能完善 PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。 1.5.5設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短 用繼電器接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 1.5.6 體積小，維護(hù)操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 1.5.7 易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 1.5.8 可實(shí)現(xiàn)三電一體化 為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程的控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化——儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動化三大支柱（PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。 1.6 可編程控制器的主要功能 1.6.1 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。 1.6.2 定時(shí)/記數(shù)控制功能 定時(shí)/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。 1.6.3 數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。 1.6.4 步進(jìn)控制功能 步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。 1.6.5 A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能 A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 1.6.6 運(yùn)動控制功能 運(yùn)動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動控制。 1.6.7 過程控制功能 過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 1.6.8 擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。 1.6.9 遠(yuǎn)程I/O功能 遠(yuǎn)程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 1.6.10通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 1.6.11監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。 第2章 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理 2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) 目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。可編程控制器的硬件組成與微型計(jì)算機(jī)相似，其主機(jī)由CPU、存儲器、輸入/輸出接口、電源等幾大部分組成。 2.1.1 中央處理器 CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： 1. 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。 2. 采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 3. 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 4. 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 5. 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 2.1.2存儲器 可編程控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器兩種。 1. 系統(tǒng)程序存儲器 系統(tǒng)程序存儲器用來存放制造商為用戶提供的監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其他各種管理程序。 2. 用戶存儲器 用戶存儲器是專門提供給用戶存放程序和數(shù)據(jù)的，所以用戶存儲器通常又分為用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩個(gè)部分。 2.1.3 輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 2.1.4 電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 2.1.5 輸入輸出I/O擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。 2.2 PLC的基本工作原理 最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的： 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會立即同時(shí)動作。 PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。 為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式——掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。 PLC的掃描全過程如圖2-1所示。 圖2-1 PLC的掃描全過程 2.2.1掃描技術(shù) 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 1. 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2. 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 3. 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。 2.2.2 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間 為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。 以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長。 以上是一般的PLC的工作原理，但在現(xiàn)代出現(xiàn)的比較先進(jìn)的PLC中，輸入映像刷新循環(huán)、程序執(zhí)行循環(huán)和輸出映像刷新循環(huán)已經(jīng)各自獨(dú)立的工作，提高了PLC的執(zhí)行效率。在實(shí)際的工控應(yīng)用之中，編程人員應(yīng)當(dāng)知道以上的工作原理，才能編寫出質(zhì)量好、效率高的工藝程序。 如圖2-2所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本控制部分輸入和輸出組成。 ag 圖2-2 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖 第3章 PLC的選用 3.1 西門子PLC的介紹 西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200(CN)，S7-1200, S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。 　　 1．SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7-200 PLC可提供4個(gè)不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。 　　2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú) 西門子PLC的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。 　　3． SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。 　　 4． 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò) 通訊網(wǎng)絡(luò)是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡(luò)平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。 　　 5． 人機(jī)界面（HMI）硬件 HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。 　　 6． SIMATIC S7工業(yè)軟件 西門子的工業(yè)軟件分為三個(gè)不同的種類： 　　 （1）編程和工程工具 編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護(hù)等控制所需的工具。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護(hù)的項(xiàng)目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運(yùn)行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。 　　 （2）基于PC的控制軟件 基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為可編程序控制器（PLC）運(yùn)行用戶的程序，運(yùn)行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機(jī)或其它任何商用機(jī)。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計(jì)算機(jī)上作為視窗任務(wù)運(yùn)行。另一種是插槽PLC（在用戶計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè)PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運(yùn)行在WinAC上，也可運(yùn)行在S7系列處理器上。 　　 （3）人機(jī)界面軟件 人機(jī)界面軟件為用戶自動化項(xiàng)目提供人機(jī)界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺。人機(jī)界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機(jī)器級的ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級的WinCC。 ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標(biāo)準(zhǔn)PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)PC和所有西門子HMI產(chǎn)品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運(yùn)行版也用于Windows平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。 WinCC是一個(gè)真正開放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)PC上運(yùn)行。WinCC操作簡單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進(jìn)入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。它的設(shè)計(jì)適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其最新的WinCC5.0支持在辦公室通過IE瀏覽器動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過程。 本設(shè)計(jì)中選用的是西門子S2-700系列的PLC： S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 　1.極高的可靠性 　2.極豐富的指令集 　3.易于掌握 　4.便捷的操作 　5.豐富的內(nèi)置集成功能 　6.實(shí)時(shí)特性 　7.強(qiáng)勁的通訊能力 8.豐富的擴(kuò)展模塊 適用范圍：S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)。 第4章 XA6132萬能銑床的原理 圖4-1 XA6132臥式萬能銑床電氣控制原理圖 4.1 圖4-1是XA6132臥式萬能銑床的電氣控制原理圖。圖中M1為主軸電機(jī)，M2為工作臺進(jìn)給電機(jī)，M3為冷卻泵電動機(jī)。該電路的一個(gè)特點(diǎn)是采用電磁離合器控制，另一個(gè)特點(diǎn)是機(jī)械操作和電氣操作密切配合進(jìn)行。因此，在分析電氣原理圖時(shí)，應(yīng)對機(jī)械操作手柄與相應(yīng)電器開關(guān)動作關(guān)系，對各開關(guān)的作用及指令開關(guān)狀態(tài)弄清楚。 (1) 主軸電動機(jī)的起動控制 主軸電動機(jī)M1由正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2來實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)全壓起動，而由主軸換向開關(guān)SA4來預(yù)選電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。由停止按鈕SB1或SB2，起動按鈕SB3或SB4與KM1、KM2構(gòu)成主軸電動機(jī)正反轉(zhuǎn)兩地操作控制電路。起動時(shí)，應(yīng)將電源引入開關(guān)QF1閉合，再把換向開關(guān)SA4扳到主軸所需的旋轉(zhuǎn)方向，然后按下起動按鈕SB3或SB4，中間繼電器KA1線圈通電并自鎖，觸頭KA1閉合，使KM1或KM2線圈通電吸合，其主觸頭接通主軸電動機(jī)，M1實(shí)現(xiàn)全壓起動。而KM1或KM2的一對輔助觸頭KM1或KM2斷開，主軸電動機(jī)制動電磁摩擦離合器線圈YC1電路斷開。繼電器的另一觸頭KA1閉合，為工作臺的進(jìn)給與快速移動作好準(zhǔn)備。 (2)主軸電動機(jī)的制動控制 由主軸停止按鈕SB1或SB2，正轉(zhuǎn)接觸器KM1或反轉(zhuǎn)接觸器KM2以及主軸制動電磁摩托離合器YC1構(gòu)成主軸制動停車控制環(huán)節(jié)。電磁離合器YC1安裝在主軸傳動鏈中與主軸電動機(jī)相聯(lián)的第一根傳動軸上，主軸停車時(shí)，按下SB1或SB2，KM1或KM2線圈斷電釋放，主軸電動機(jī)M1斷開三相交流電源；同時(shí)YC1線圈通電，產(chǎn)生磁場，在電磁吸力作用下將摩擦片壓緊產(chǎn)生制動，使主軸迅速制動。當(dāng)松開SB1或SB2時(shí)，YC線圈斷電，摩擦片松開，制動結(jié)束。這種制動方式迅速、平衡，制動時(shí)間不超過0.5s。（3)主軸上刀換刀時(shí)的制動控制 在主軸上刀或更換銑刀時(shí)，主軸電動機(jī)不得旋轉(zhuǎn)，否則將發(fā)生嚴(yán)重人身事故。為此，電路設(shè)有主軸上刀制動環(huán)節(jié)，它是由主軸上刀制動開關(guān)SA2控制。在主軸上刀換刀前，將SA2扳到“接通”位置。觸頭SA2斷開，使主軸起動控制電路斷電，主軸電動機(jī)不能起動旋轉(zhuǎn)；而另一觸頭SA2閉合，接通主軸制動電磁離合器YC1線圈，使主軸處于制動狀態(tài)。上刀換刀結(jié)束后，再將SA2扳至“斷開”位置，觸頭SA2斷開，解除主軸制動狀態(tài)，同時(shí)，觸頭SA2閉合，為主電動機(jī)起動作準(zhǔn)備。（4）主軸變速沖動控制 主軸變速操縱箱裝在床身左側(cè)窗口上，變速應(yīng)在主軸旋轉(zhuǎn)方向預(yù)選之后進(jìn)行。變換主軸轉(zhuǎn)速的操作順序如（圖2-2）下： ① 將主軸變速手柄壓下，使手柄的榫塊自槽中滑出，然后拉動手柄使榫塊落到第二道槽內(nèi)為止。 ② 轉(zhuǎn)動變速刻度盤，把所需轉(zhuǎn)速對準(zhǔn)指針。 ③ 把手柄推回原來位置，使榫塊落進(jìn)槽內(nèi)。 在將變速手柄推回原位置時(shí)，將瞬間壓下主軸變速行程開關(guān)SQ5，使觸頭閉合，觸頭SQ5斷開。于是KM1或KM2線圈瞬間通電吸合。其主觸頭瞬間接通主軸電動機(jī)瞬時(shí)點(diǎn)動，利于齒輪嚙合，當(dāng)變速手柄榫塊落入槽內(nèi)時(shí)SQ5不再受壓，觸頭SQ5斷開，切斷主軸電動機(jī)瞬時(shí)點(diǎn)動電路，主軸變速沖動結(jié)束。 主軸變速行程開關(guān)SQ5的觸頭SQ5是為主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行變速而設(shè)的，此時(shí)無需按下主軸停止按鈕，只需將主軸變速手柄拉出，壓下SQ5斷開，于是斷開了主軸電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)接觸器線圈電路，電動機(jī)自然停車，爾后再進(jìn)行主軸變速操作，電動機(jī)進(jìn)行變速沖動，完成變速。變速完成后尚需再次起動電動機(jī)，主軸將在新選擇的轉(zhuǎn)速下起動旋轉(zhuǎn) 4.2進(jìn)給拖動控制電路 工作臺進(jìn)給方向的左右縱向運(yùn)動，前后的橫向運(yùn)動和上下的垂直運(yùn)動，都是由進(jìn)給電動機(jī)M2的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。而正、反轉(zhuǎn)接觸器KM3、KM4是由行程開關(guān)SQ1、SQ3、與SQ2、SQ4來控制的，行程開關(guān)又是由兩個(gè)機(jī)械操作手柄控制的。這兩個(gè)機(jī)械操作手柄，一個(gè)是縱向機(jī)械操作手柄，另一個(gè)是垂直與橫向操作手柄。扳動機(jī)械操作手柄，在完成相應(yīng)的機(jī)械掛檔同時(shí)，壓合相應(yīng)的行程開關(guān)，從而接通接觸器，起動進(jìn)給電動機(jī)，拖動工作臺按預(yù)定方向運(yùn)動。在工作進(jìn)人時(shí)，由于快速移動繼電器KM2線圈處于斷電狀態(tài)，而進(jìn)給移動電磁離合器YC2線圈通電，工作臺的運(yùn)動是工作進(jìn)給。 縱向機(jī)械操作手柄有左、中、右三個(gè)位置，垂直與橫向機(jī)械操作手柄有上、下、前、后、中五個(gè)位置。SQ1、SQ2為縱向機(jī)械操作手柄有機(jī)械聯(lián)系的行程開關(guān)；SQ3、SQ4為與垂直、橫向操作手柄有機(jī)械聯(lián)系的行程開關(guān)。當(dāng)這兩個(gè)機(jī)械操作手柄處于中間位置時(shí)，SQ1－SQ4都處在未被壓下的原始狀態(tài)，當(dāng)扳動機(jī)械操作手柄時(shí)，將壓下相應(yīng)的行程開關(guān)。 SA3為圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)，其有“接通”與“斷開”兩個(gè)位置，三對觸頭。當(dāng)不需要圓工作臺時(shí)，SA3置于“斷開” 位置，此時(shí)觸頭SA3，SA3閉合，SA3斷開。當(dāng)使用圓工作臺時(shí)，SA3置于“接通”位置，此時(shí)SA3，SA3斷開，SA3閉合。 在起動進(jìn)給電動機(jī)之前，應(yīng)先起動主軸電動機(jī)，即合上電源開關(guān)QF1，按下主軸起動按鈕SB3或SB4，中間繼電器KA1線圈通電并自鎖，其觸頭KM1閉合，為起動進(jìn)給電動機(jī)作準(zhǔn)備。 1）工作臺縱向進(jìn)給運(yùn)動的控制，若需工作臺向右工作進(jìn)給，將給向進(jìn)給操作手柄扳向右側(cè)，在機(jī)械上通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)接通縱向進(jìn)給離合器，在電氣上壓下行程開關(guān)SQ1，觸頭SQ1閉合，SQ1斷開，后者切斷通往KM3、KM4的另一條通路，前者使進(jìn)給電動機(jī)M2的接觸器KM3線圈通電吸合，M2正向起動旋轉(zhuǎn)，拖動工作臺向右工作進(jìn)給。 向右工作進(jìn)給結(jié)束，將縱向進(jìn)給操作手柄由右位扳到中間位置，行程開關(guān)SQ1不再受壓，觸頭SQ1斷開，KM3線圈斷電釋放，M2停轉(zhuǎn)，工作臺向右進(jìn)給停止。 工作臺向左進(jìn)給的電路與向右進(jìn)給時(shí)相仿。此時(shí)是將縱向進(jìn)給操作手柄扳向左側(cè)，在機(jī)械掛檔的同時(shí)，電氣上壓下的行程開關(guān)SQ2，反轉(zhuǎn)接觸器KM4線圈通電，進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向左進(jìn)給，當(dāng)將縱向操作手柄由左側(cè)扳向進(jìn)給操作手柄扳回中間位置時(shí)，向左進(jìn)給結(jié)束。 2）工作臺向前與向下進(jìn)給運(yùn)動的控制 將垂直與橫向進(jìn)給操作手柄扳到“向前”位置，在機(jī)械上接通了橫向進(jìn)給離合器，在電氣上壓下行程開關(guān)SQ3，觸頭SQ3閉合，SQ3斷開，正轉(zhuǎn)接觸器KM3線圈通電吸合，進(jìn)給電動機(jī)M2正向轉(zhuǎn)動，拖動工作臺向前進(jìn)給。向前進(jìn)給結(jié)束，將垂直與橫向進(jìn)給操作手柄扳回中間位置，SQ3不再受壓，KM3線圈斷電釋放，M2停止旋轉(zhuǎn)，工作臺向前進(jìn)給停止。 工作臺向下進(jìn)給電路工作情況與“向前”時(shí)完全相同，只是將垂直與橫向操作手柄扳到“向下”位置，在機(jī)械上接通垂直進(jìn)給離合器，電氣上仍壓下行程開關(guān)SQ3，KM3線圈通電吸合，M2正轉(zhuǎn)，拖動工作臺向下進(jìn)給。 3）工作臺向后與向上進(jìn)給的控制，電路情況與向前或向下進(jìn)給運(yùn)動的控制相仿，只是將垂直與橫向操作手柄扳到“向右”或“向上”位置，在機(jī)械上接通垂直或橫向進(jìn)給離合器，電氣上都是壓下行程開關(guān)SQ4，反向接觸器KM4線圈通電吸合，進(jìn)給電動機(jī)M2反向起動旋轉(zhuǎn)，拖動工作臺實(shí)現(xiàn)向后或向上的進(jìn)給運(yùn)動。當(dāng)操作手柄扳回中間位置時(shí)，進(jìn)給結(jié)束。 4）進(jìn)給變速沖動控制，進(jìn)給變速沖動只有在主軸起動后，縱向進(jìn)給操作手柄，垂直與橫向操作手柄置于中間位置時(shí)才可以進(jìn)行。 進(jìn)給變速箱是一個(gè)獨(dú)立部件，裝在升降臺的左邊，進(jìn)給速度的變速是由進(jìn)給操作箱來控制，進(jìn)給操作箱位于進(jìn)給變速箱前方。進(jìn)給變速的操作順序是： ① 將蘑菇形手柄拉出。 ② 轉(zhuǎn)動手柄，把刻度盤上所需的進(jìn)給速度值對準(zhǔn)指針。 ③ 把蘑菇形手柄向前拉到極限位置，此時(shí)借變速孔盤推壓行程開關(guān)SQ6. ④ 將蘑菇形手柄推回原位，此時(shí)SQ6不再受壓。 就在蘑菇形手柄向前拉于極限位位置，在反向推回之前，SQ6壓下，觸頭SQ6閉合，SQ6斷開。此時(shí)，正向接觸器KM3線圈瞬時(shí)通電吸合，進(jìn)給電動機(jī)瞬時(shí)正向旋轉(zhuǎn)，獲得變速沖動。如果一次瞬間點(diǎn)動時(shí)齒輪仍未進(jìn)行嚙合狀態(tài)，此時(shí)變速手柄不能復(fù)原?？稍俅卫鍪直⒃俅瓮苹?。實(shí)現(xiàn)再次瞬間點(diǎn)動，直到齒輪嚙合為止。 5）進(jìn)給方向快速移動的控制，進(jìn)給方向的快速移動是由電磁離合器改變傳動鏈來獲得的。先開動主軸，將進(jìn)給操作手柄扳到所需移動方向?qū)?yīng)位置，則工作臺按操作手柄選擇的方向以選定的進(jìn)給速度作工作進(jìn)給。此時(shí)如按下快速移動按鍵SB5或SB6，接通快速移動繼電器KA2電路，而觸頭KA2閉合，快速移動電磁離合器YC3線圈通電，工作臺按原運(yùn)動方向作快速移動。松開SB5或SB6，快速移動立即停止，仍以原進(jìn)給速度繼續(xù)進(jìn)給，所以，快速移動為點(diǎn)動控制。 4.3 圓工作臺的控制 圓工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是由進(jìn)人電動機(jī)經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的，使用工作臺時(shí)，首先把圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3扳到“接通”位置。按下主軸起動按鍵SB3或SB4，KA1或KM2線圈通電吸合，主軸電動機(jī)起動旋轉(zhuǎn)。接觸器KM3線圈經(jīng)SQ1－SQ4行程開關(guān)閉觸頭和SA3觸頭通電