1、1緒論1.1 選題背景和意義近年來，隨著自動化技術的不斷發(fā)展，PLC逐漸代替復雜的電器及接線而成為控制設備的核心。為此削弱電氣控制中復雜的電路分析，加強PLC程序設計來實現(xiàn)控制的地位日益體現(xiàn)。改造后的Z3040型搖臂鉆床簡化了控制線路，使機床功能完善，使用方便，維護簡單，降低了設備運行的故障率，提高了設備運行的使用率，可實現(xiàn)生產過程的高效、節(jié)能和低成本。在工業(yè)上有廣泛的應用前景。1.2 現(xiàn)狀及存在的問題金屬切削機床是用刀具或磨具對金屬工件進行切削加工的機器，在制造業(yè)中，尤其是機械行業(yè)，機床有著非常廣泛的應用。然而鉆削加工仍然在零件加工中占有相當?shù)谋壤瑩?jù)統(tǒng)計在零件加工中鉆孔加工占25%以上。搖

2、臂鉆床仍然是鉆削加工的主要設備之一。作為傳統(tǒng)的老產品搖臂鉆床，有數(shù)百年的發(fā)展歷史，其產品都在不斷地更新，功能也越來越齊全、性能也不斷地完善。Z3040型搖臂鉆床適用于單件或批量生產帶有多孔的大型零件的孔加工，是機械加工車間常用的機床，在機械行業(yè)中得到了廣泛應用。由于傳統(tǒng)繼電器一接觸器控制的搖臂鉆床存在電路接線復雜，觸點多、噪音大、可靠性差、故障診斷與排除困難等缺點，因此對Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)的技術改造是非常必要的。1.3 本文的主要任務本文在分析Z3040型搖臂鉆床繼電接觸控制系統(tǒng)工作原理的基礎上，提出了用可編程控制器（PLC）對搖臂鉆床控制系統(tǒng)進行改造設計。文中介紹了PLC的原理和特點

3、；給出了搖臂鉆床PLC控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件設計；其中包括PLC的選型、輸入/輸出（I/O）地址分配、PLC外部接線圖、PLC梯形圖程序設計；分析了用PLC控制搖臂鉆床的工作過程。2Z3040型搖臂鉆床電氣控制電路分析2.1 搖臂鉆床的主要結構圖2-1搖臂鉆床結構及運動情況示意圖1-底座2-工作臺3-主軸縱向進給4-主軸旋轉主運動5-主軸6-搖臂7-主軸箱沿搖臂徑向運動8-主軸箱9-內外立軸10-搖臂回轉運動11-搖臂上下垂直運動2.2 搖臂鉆床的運動形式及特點(1)機床的運動形式搖臂鉆床一般由底座、內外立柱、搖臂、主軸箱和工作臺等部件組成，如圖所示。內立柱固定在底座的一端，外立柱套在內立柱

4、上，并可繞內立柱同轉360度。搖臂的一端為套筒，它套在外立柱上，借助于升降絲桿的正反向旋轉，搖臂可沿外立柱上下移動。由于升降螺母固定在搖臂上，所以搖臂只能與外立柱一起繞內立柱回轉。主軸箱是一個復合的部件，它由主電動機、主軸和主軸傳動機構、進給和變速機構以及機床的操作機構等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導軌上，通過手輪操作可使主軸箱沿搖臂水平導軌作徑向運動。這樣，主軸5可通過主軸箱在搖臂上的水平移動及搖臂的回轉可方便地調整至機床尺寸范圍內的任意位置。為適應加工不同高度工件的需要，可調節(jié)搖臂在立柱上的位置。Z3040鉆床中，主軸箱沿搖臂的徑向運動和搖臂的回轉運動為手動調整。(2)電力拖動特點搖臂

5、鉆床運動部件較多，為簡化傳動裝置，采用多電動機拖動，分別是主軸電動機、搖臂升降電動機、液壓泵電動機及冷卻泵電動機。搖臂鉆床的主運動與進給運動皆為主軸的運動，為此兩種運動由一臺主軸電動機拖動，分別經主軸傳動機構，經給傳動機構來實現(xiàn)主軸的旋轉與進給。2.3 搖臂鉆床的控制要求(1)4臺電動機容量均較小，采用直接起動方式，主軸要求正反轉，但采用機械方法實現(xiàn)，主軸電動機單向旋轉。(2)升降電動機要求正反轉。液壓泵電動機用來驅動液壓泵送出不同流向的壓力油，推動活塞、帶動菱形塊功作來實現(xiàn)內外立柱的夾緊與放松以及主軸箱和搖臂的夾緊與放松，故液壓泵電動機要求正反轉。(3)搖臂的移動嚴格按照搖臂松開-搖臂移動-

6、移動到位搖臂夾緊的程序進行。因此，搖臂的夾緊放松與搖臂升降應按上述程序自動進行。(4)鉆削加工時，應由冷卻泵電動機拖動冷卻泵，供出冷卻液進行鉆頭冷卻。(5)要求有必要的聯(lián)鎖與保護環(huán)節(jié)。(6)具有機床安全照明電路與信號指示電路。變壓器照明繇I繇I舞I主軸I上升下降延時I松開I夾瞌溫壓泵電此機搖臂升降電動機搖臂松緊FU164才B611921'Ze7s9居MlETsbi5(y電擊沖即泵電動機|主軸電動機LlL2口I5bI"I8I9|in|11n1”14IIfI口口FR1201圖2-2Z3040型搖臂鉆床電氣源理圖2.4 電氣控制電路詳解圖2-2為Z3040型搖臂鉆床電氣原理圖。圖中

7、M1為主軸電動機，M2為搖臂升降電動機，M3為液壓泵電動機，M4為冷卻泵電動機。主軸箱上裝有4個按鈕SB2、SBl、SB3與SB4分別是主電動機起動、停止按鈕，搖臂上升、下降按鈕。主軸箱轉盤上的2個按鈕SB5、SB6分別為主軸箱及立柱松開按鈕和夾緊按鈕。轉盤為主軸箱左右移動手柄，操縱桿則操縱主軸的垂直移動，兩者均為手動。主軸也可機動進給。2.4.1 主電路分析三相電源由低壓斷路器QS控制。Ml為單向旋轉，由接觸器KM1控制。主軸的正反轉是另一套由主軸電動機拖動齒輪泵送出壓力油的液壓系統(tǒng)，經”主軸變速、正反轉及空擋”操作手柄來獲得的。Ml由熱繼電器FR1作過載保護。M2由正反轉接觸器KM2、KM

8、3控制實現(xiàn)正反轉，因搖臂移動是短時的，不用改過載保護，但其與搖臂的放松與夾緊之間有一定的配合關系，這由控制電路去保證。M3由接觸器KM4、KM5控制實現(xiàn)正反轉，設有熱繼電器FR2作過載保護。M4電動機容量小，僅0.125kW,由開關SA1控制起動、停止。2.4.2 控制電路分析(1)主軸電動機控制由按鈕SB2、SB1與接觸器KM1構成主軸電動機起動一停止控制電路，Ml起動后，指示燈HL3亮，表示主軸電動機在旋轉。(2)搖臂升降及夾緊、放松控制搖臂鉆床工作時搖臂應夾緊在外立柱上，發(fā)出搖臂移動信號后，須先松開夾緊裝置，當搖臂移動到應后，夾緊裝置再將搖臂夾緊。本電路能自動完成這一過程。由搖臂上升按鈕

9、SB3、下降按鈕SB4及正反轉接觸器KM2、KM3組成具有雙重互鎖的電動機正反轉點動控制電路。由于搖臂的升降控制須與夾緊機構液壓系統(tǒng)密切配合，所以與液壓泵電動機的控制密切相關。液壓泵電動機正反轉由正反轉接觸器KM4、KM5控制，拖動雙向液壓泵，送出壓力油，經二位六通閥送至搖臂夾緊機構實現(xiàn)夾緊與放松。下面以搖臂上升為例分析搖臂升降及夾緊、放松的控制。按下?lián)u臂上升點動按鈕SB3,時間繼電器KT通電吸合，瞬動常開觸頭KT(13-14)、KT(1-17)閉合，前者使KM4線圈通電吸合，后者使電磁閥YV線圈通電。于是液壓泵電動機M3正轉起動，拖動液壓泵送出壓力油，經二位六通閥進入搖臂松開油腔，推動活寒和

10、菱形塊，使搖臂松開。同時活塞桿通過彈簧片壓動行程開關SQ2,其常閉觸頭SQ2(6-13)斷開。接觸器KM4斷電釋放，液壓泵電動機停止旋轉，搖臂維持在松開狀態(tài)；同時SQ2常開觸頭SQ2(6-7閉合，使KM2線圈通電吸合，搖臂升降電動機M2起動旋轉，拖動搖臂上升。當搖臂上升到預定位置，松開上升按鈕SB3,KM2、KT線圈斷電，M2依慣性旋轉至停止，搖臂停止上升。經延時，KT(17-18)閉合，KM5線圈通電，使液壓泵電動機M3反轉觸頭KT(1-17)斷開，電磁閥YV斷電。送出的壓力油經另一條油路流入二位六通閥，再進入搖臂夾緊油腔，反向推動活塞與菱形塊，使搖臂夾緊。值得注意的是，在KT斷電延時的1-

11、3s時間內，KM5線圈仍處于斷電狀態(tài)，而YV仍處于通電狀態(tài)，這段延時就確保了橫粱升降電動機在斷開電源依慣性旋轉經1-3s完全停止旋轉后，才開始搖臂的夾緊動作，所以KT延時長短依M2電動機切斷電源到完全停止的慣性大小來調整。當搖臂夾緊后，活塞桿通過彈簧片壓動行程開關SQ3,使SQ3(1-17)斷開，KM5、線圈斷電，M3停止旋轉，搖臂夾緊完成。搖臂夾緊的行程開關SQ3應調整到搖臂央緊后能夠動作，若調整不當搖臂夾緊后仍不能動作，會使液壓泵電動機M3長期工作而過載。為防止由于長期過載而損壞液壓泵電動機，電動機M3雖短時運行，也仍采用熱繼電器作過載保護。搖臂升降的極限保護由組合開關SQ1來實現(xiàn)。SQ1

12、有兩對常閉觸頭，當搖臂上升或下降到極限位置時相應常閉觸頭斷開，切斷對應的上升或下降接觸器KM2與KM3線圈電路，使M2停止，搖臂停止移動，實現(xiàn)極限位置保護。此時可按下反方向移動起動按鈕，使M2反向旋轉，拖動搖臂反向移動。(3)主軸箱與立柱的夾緊、放松控制立柱與主軸箱均采用液壓操縱夾緊與放松，兩者是同時進行的，工作時要求二位六通閥YV不通電。松開與夾緊分別由松開按鈕SB5和夾緊按鈕SB6控制。指示燈HL1、HL2指示其動作。按下松開按鈕SB5時，KM4線圈通電吸合，M3電機正轉，拖動液壓泵送出壓力油，此時電磁閥線圈YV不通電，其提供的高壓油經二位六通電磁閥到另一油路，進入立柱與主軸箱松開油腔，推

13、動活塞和菱形塊使立柱和主軸箱同時松開。當立柱與主軸箱松開后，行程開關SQ4不受壓復位，觸頭SQ4(101-102)閉合，指示燈HL1亮，表明立柱與主軸箱已松開。于是可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動。當移動到位，按下夾緊按鈕SB6時，KM5線圈通電吸合，M3電機反轉，拖動液壓泵送出壓力油至夾緊油腔，使立柱與主軸箱同時夾緊。當確已夾緊，壓下SQ4,觸頭SQ4(101-102撕開，HL1燈滅，觸頭SQ4(101-103)閉合，HL2燈亮，指示立柱與主軸箱均已夾緊，可以進行鉆削加工。(4)冷卻泵電動機M4的控制M4電動機由開關SA1手動控制、單向旋轉。(5)聯(lián)鎖與保護環(huán)節(jié)SQ1行程開關實現(xiàn)搖臂

14、上升與下降的限位保護。SQ2行程開關實現(xiàn)搖臂松開到位，開始升降的聯(lián)鎖。SQ3行程開關實現(xiàn)搖臂完全夾緊，液壓泵電動機M3停止運轉的聯(lián)鎖。KT時間繼電器實現(xiàn)升降電動機M2斷開電源、待M2停止后再進行夾緊的聯(lián)鎖。M2電動機正反轉具有雙重互鎖，M3電動機正反轉具有電氣互鎖。SB5、SB6立柱與主軸箱松開、夾緊按鈕的常閉觸頭用接在電磁閥YV線圈電路中，實現(xiàn)立柱與主軸箱松開、夾緊操作時，壓力油只進入立柱與主軸箱夾緊油腔而不進入搖臂夾緊油腔的聯(lián)鎖。熔斷器FU1FU3實現(xiàn)電路的短路保護。熱繼電器FR1、FR2為電動機Ml、M3的過載保護。2.4.3 照明與信號指示電路分析HL1為主軸箱與立柱松開指示燈，燈亮表

15、示已松開，可以手動操作主軸箱沿搖臂移動或推動搖臂回轉。HL2為主軸箱與立柱夾緊指示燈，燈亮表示已夾緊，可以進行鉆削加工。HL3為主軸箱旋轉工作指示燈。EL機床局部照明燈，由控制變壓器TC停供24V安全電壓，由手動開關SA2控制。2.4.4 Z3040型搖臂鉆床電氣控制特點(1)搖臂鉆床是機、電、液的綜合控制。機床有兩套液壓系統(tǒng)：一套是由單向旋轉的主軸電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過操作手柄來操縱機構實現(xiàn)主軸正、反轉、停車制動、空擋、預選與變速的操縱機構液壓系統(tǒng)；二套是由液壓泵電動機拖動液壓泵送出壓力油來實現(xiàn)搖臂的夾緊與松開、主軸箱和立柱的夾緊和放松的夾緊機構液壓系統(tǒng)。(2)搖臂的升降控制與搖臂

16、夾緊放松的控制有嚴格的程序要求，以確保先松開，再移動，移動到位后自動夾緊。所以對M3、M2電動機的控制有嚴格的程序要求，這些由電氣控制電路控制、液壓、機械配合來實現(xiàn)。(3)電路具有完善的保護和連鎖，有明顯的信號指示。3PLC控制系統(tǒng)總體設計3.1 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)生產或生產過程的控制要求和工藝要求，從而提高產品質量和生產效率。因此，在PLC應用系統(tǒng)時，應遵循以下基本要求：(1)從分發(fā)揮PLC功能，最大限量地滿足被控對象的控制要求。(2)在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經濟、使用及維修方便。(3)保障控制系統(tǒng)安全可靠。(4)應考慮生產的發(fā)展

17、和工藝的改進，在選擇PLC的型號、I/O點數(shù)和存儲器容量等內容時，應留有適當?shù)挠嗔浚员憷谙到y(tǒng)的調整和擴充。3.2 控制系統(tǒng)要求電氣控制任務Z3040型搖臂鉆床是一個多臺電動機拖動系統(tǒng)，采用PLC控制時，必須實現(xiàn)如下控制要求：(1)主軸電動機M1的正反轉運；(2)搖臂升降電動機M2的正、反轉運動；(3)搖臂夾緊、放松液壓泵電動機M3的正、反轉運動；(4)完成各種操作之間的互鎖控制及延時控制。冷卻根據(jù)加工任務來選用，冷卻泵電動機控制簡單，故采用手動控制。3.3 PLC的概況3.3.1 PLC的基本知識PLC的定義有許多種。國際電工委員會(IEC)對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作

18、的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30-40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，而且在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。現(xiàn)今，PLC已經具有通用性強、使用方便、適應

19、面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。在可預見的將來，PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的主導地位，是其他控制技術無法取代的。3.3.2 PLC的工作原理PLC雖具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式，而PLC則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中用戶程序按先后順序存放。對每個程序，處理器從第一條指令開始執(zhí)行，直至遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是處理器執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個掃描周期大致可分為輸入/輸出刷新

20、和執(zhí)行指令兩個階段。所謂輸入/輸出刷新是指，PLC先將上一次掃描的執(zhí)行結果送到輸出端，再讀入輸入數(shù)據(jù)并存入輸出狀態(tài)寄存器，輸出狀態(tài)的寄存器內容進行一次更新，故稱為“1（輸入）/0（輸出）刷新”。由于每一個掃描周期只進行一次輸入/輸出刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入與輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入與輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度，由此可見，若輸入變量在輸入/輸出刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應地發(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輸入/輸出刷新期間輸出才會發(fā)生變化。總之，采用循環(huán)掃描的工作方式，是

21、PLC區(qū)別微機和其他控制設備的其他設備的最大特點。3.3.3 PLC的國內外狀況20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)

22、代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產的CF系列

23、、杭州機床電器廠生產的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產的S系列、蘇州電子計算機廠生產的YZ系列等多種產品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產品中獲得了應用。止匕外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產廠家。可以預期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。3.3.4 PLC的應用領域PLC現(xiàn)今已廣泛應用于國內外的鋼鐵，采礦，水泥，化工，電力，石油，汽車裝卸，機械制造，造紙，紡織，環(huán)保及娛樂等各行各業(yè)。它的應用大致可分為以下幾種類型：開關量邏輯控制是PLC最基本應用；閉環(huán)過程控制使PLC做模擬量控制；位置控制實現(xiàn)對各種機械運動時的控制；監(jiān)控系統(tǒng)進

24、行數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的處理，監(jiān)控生產過程；分布控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制的網絡化。PLC與集散系統(tǒng)在數(shù)字處理，程序控制方面有優(yōu)勢，與工業(yè)控制計算機相比通用性強，硬件結構簡單，編程容易，用PLC設計自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。3.4 PLC機型的選擇隨著PLC技術的發(fā)展，PLC產品的種類也越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從德國、日本、美國等引進的PLC產品和國內廠家組裝自行開發(fā)的產品，已有幾十個、上百種型號。PLC的品種繁多，其結構形式、性能、容量、指令系系統(tǒng)、編程方式、價格等各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選擇PLC,對于提高PLC控制系統(tǒng)技術經濟指標有著重要意義。SIMATICS7-

25、200系列可編程序控制器是德國西門子(Siemens公司生產的具有高性能價格比的微型可編程序控制器。由于它具有結構小巧，運行速度高，價格低廉及多功能多用途等特點，因此在工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應用。根據(jù)控制要求，PLC控制系統(tǒng)選用西門子公司的S7-200系列CPU224。PLC種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用PLC實施控制，其實質是按一定算法進行輸入、輸出變換，并將這個變換給以物理實現(xiàn)，應用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入/輸出接口電路組成。PLC結構框圖如圖3-1所示。按鈕繼電器觸點行程開關輸入單元存儲器

26、接觸器電磁閥電源部分<g)導旨示燈編程器或其他編程設備圖3-1PLC結構圖3.4.1 PLC的I/O地址、內部輔助繼電器的分配表表3-1輸入輸出設備與PLC輸入輸出端子分配一覽表輸入端輸出端輸入設備輸入端子輸出設備軸出端了主軸電機停止按鈕SB1I0.0M1單向接觸器KM1Q0.0主軸電機啟動按鈕SB2I0.1M2正轉接觸器KM2Q0.1搖臂上升按鈕SB3I0.2M2反轉接觸器KM3Q0.2搖臂下降按鈕SB4I0.3M3正轉接觸器KM4Q0.3主軸箱松開按鈕SB5I0.4M3反轉接觸器KM5Q0.4主軸箱夾緊按鈕SB6I0.5松開運行指示燈HL1Q0.5M1熱繼電器FR1I0.6夾緊運行指

27、示燈HL2Q0.6M3熱繼電器FR2I0.7M1運行指示燈HL3Q0.7升降極限保護開關SQ1I1.0電磁閥YVQ1.0搖臂放松限位SQ2I1.1搖臂夾緊限位SQ3I1.2立柱與主軸箱限位開關SQ4I1.3SirSH2幽SB-1SB5_>rIJJSBti山nu久FR2SQ110,0QO.O10JQOJ10,2Q0.20,3Q0.310.4Q0.410.5Q0.310.6PLCQ0.610,7的7ILOQLOIL1IL2LH.3M圖3-2輸入輸出設備接線圖洶J|KM2mKM5I-圖3-3搖臂鉆床搖臂上升控制流程圖圖3-4搖臂鉆床搖臂下降控制流程圖Network711.110.210.300

28、2IIItI_II/II1111Network8ao.oIIQ0.7(IINetwork9113II_Q0.6II編寫語序表NETWORK1LDI0.2ANI1.0TONT37,+50NETWORK2LDT37OI0.4OT38LPSANI0.7ANI1.1=Q0.3LPPANI0.4ANI1.2=Q1.0NETWORK3LDI1.1ANI0.3AI0.2=Q0.4NETWORK4LDNT37ONT38OI0.5ANQ0.3ANI1.2=Q0.4NETWORK5LDI0.1OQ0.0ANI0.0ANI0.6=Q0.0NETWORK6LDI0.3ANI1.0TONT38,+50NETWORK7L

29、DI1.1ANI0.2AI0.3=Q0.2NETWORK8LDQ0.0=Q0.2NETWORK9LDI1.3按搖臂上升按鈕I0.2電磁閥Q1.0得電，同時M3正轉Q0.3得電圖3-5M3正轉仿真圖11.1 受壓閉合時，Q0.1得電-寫了J2OOProgramaVisualizarConfiguracionPLCVerAyudaSIEMENSSIMATHCS7-2OOa.RUNshtopAULICOPDB1STR!CPU224上升到限位松I0.2,Q0.1、Q1.0失電，同時Q0.4得電-S7_2OOProgramsVisuali2arConffguracionPLCVerAyuda鑒最|警菖|

30、»|尸二|皿eobim4t按搖臂下降按鈕I0.3Q0.3得電搖臂松，同時電磁閥Q1.0得電圖3-7M3反轉仿真圖圖3-8M3正轉、電磁閥閉合仿真圖按I0.4主軸松開按鈕，M3電機正轉-£7_.200ProgramaVisualizarConfiguracionPLCVerAyuda圖3-9M3正轉仿真圖按I0.1主軸電機旋轉Q0.0,同時Q0.7亮。ProgramaVisualizarConfiguracionPLCVerAyudaQ-S7_2OOSIsSIEMEKS圖3-10主軸工作仿真圖3.8 設計的校驗本次調試只對部分較重要的控制部分在S7200_Simulation

31、軟件上進行了仿真調試。通過圖3-7到圖3-10的仿真證明了方案的可行性，說明結果是成功的。說明了設計能滿足各項性能指標的要求，基本上能達到預期效果。3.9 應用中注意事項PLC是專門為工業(yè)生產服務的控制裝置，通常不要取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但是，當生產環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，都不能保證PLC的正常運行，因此在使用中應注意以下問題。(1)工作環(huán)境溫度：PLC要求環(huán)境溫度在055C,安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風散熱的空間應足夠大，基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔；開關柜上、下部應有通風的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過55

32、C,要安裝電風扇強迫通風。濕度：為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于85%(無凝露)。震動：應使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為1055Hz的頻繁或連續(xù)振動。當使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。空氣：避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。電源：PLC供電電源為50Hz、220(10%)V的交流電，對于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴重的環(huán)境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器，

33、以減少設備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端用接LC濾波電路。(2)安裝與布線動力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙膠線連接。PLC應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備，不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關量與模擬量也要分開敷設。模擬量信號的傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩端接地，接地電阻應小于屏蔽層電阻的1/10。PLC基本單元與擴展單元以及功能模塊的連接線纜應單獨敷設，以防止外界信號的干擾。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。(3)I/O

34、端的接線輸入接線：輸入接線一般不要超過30米。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。輸出連接：輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板，因此，應用熔絲保護輸出元件。采用繼電器輸出時，所承受的電感性負載的大小，會影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負載

35、時選擇繼電器工作壽命要長。PLC的輸出負載可能產生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。(4)外部安全電路為了確保整個系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下可靠工作，避免由于外部電源發(fā)生故障、PLC出現(xiàn)異常、誤操作以及誤輸出造成的重大經濟損失和人身傷亡事故，PLC外部應安裝必要的保護電路。急停電路：對于能使用戶造成傷害的危險負載，除了在控制程序中加以考慮之外，還應設計外部緊急停車電路，使得PLC發(fā)生故障時，能將引起傷害的負載電源可靠切斷。保護電路：正反向運轉等可逆操作的控制系統(tǒng)，要設置外部電器互鎖保護；往復運行及升降移動的控制系統(tǒng)，要設

36、置外部限位保護電路。可編程控制器有監(jiān)視定時器等自檢功能，檢查出異常時，輸出全部關閉。但當可編程控制器CPU故障時就不能控制輸出，因此，對于能使用戶造成傷害的危險負載，為確保設備在安全狀態(tài)下運行，需設計外電路加以防護。電源過負荷的防護：如果PLC電源發(fā)生故障，中斷時間少于10秒，PLC工作不受影響，若電源中斷超過10秒或電源下降超過允許值，則PLC停止工作，所有的輸出點均同時斷開；當電源恢復時，若RUN輸入接通，則操作自動進行。因此，對一些易過負載的輸入設備應設置必要的限流保護電路。重大故障的報警及防護：對于易發(fā)生重大事故的場所，為了確保控制系統(tǒng)在重大事故發(fā)生時仍可靠的報警及防護，應將與重大故障

37、有聯(lián)系的信號通過外電路輸出，以使控制系統(tǒng)在安全狀況下運行。(5)PLC的接地良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。PLC的接地線與機器的接地端相接，接地線的截面積應不小于2平方毫米，接地電阻小于100Q;如果要用擴展單元，其接地點應與基本單元的接地點接在一起。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給PLC接上專用地線，接地點應與動力設備(如電機)的接地點分開；若達不到這種要求，也必須做到與其它設備公共接地，禁止與其它設備用連接地。接地點應盡可能靠近PLCo3.10系統(tǒng)故障分析及處理(1) PLC主機系統(tǒng)PLC主機系統(tǒng)最容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)和通

38、訊網絡系統(tǒng)，電源在連續(xù)工作、散熱中，電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。通訊及網絡受外部干擾的可能性大，外部環(huán)境是造成通訊外部設備故障的最大因素之一。系統(tǒng)總線的損壞主要由于現(xiàn)在PLC多為插件結構，長期使用插拔模塊會造成局部印刷板或底板、接插件接口等處的總線損壞，在空氣溫度變化、濕度變化的影響下，總線的塑料老化、印刷線路的老化、接觸點的氧化等都是系統(tǒng)總線損耗的原因。所以在系統(tǒng)設計和處理系統(tǒng)故障的時候要考慮到空氣、塵埃、紫外線等因素對設備的破壞。目前PLC的主存儲器大多采用可擦寫ROM,其使用壽命除了主要與制作工藝相關外，還和底板的供電、CPU模塊工藝水平有關。而PLC的中央處理器目前都采用高性能的

39、處理芯片，故障率已經大大下降。對于PLC主機系統(tǒng)的故障的預防及處理主要是提高集中控制室的管理水平，加裝降溫措施，定期除塵，使PLC的外部環(huán)境符合其安裝運行要求；同時在系統(tǒng)維修時，嚴格按照操作規(guī)程進行操作，謹防人為的對主機系統(tǒng)造成損害。(2) PLC的I/O端口PLC最大的薄弱環(huán)節(jié)在I/O端口。PLC的技術優(yōu)勢在于其I/O端口，在主機系統(tǒng)的技術水平相差無幾的情況下，I/O模塊是體現(xiàn)PLC性能的關鍵部件，因此它也是PLC損壞中的突出環(huán)節(jié)。要減少I/O模塊的故障就要減少外部各種干擾對其影響，首先要按照其使用的要求進行使用，不可隨意減少其外部保護設備，其次分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進行隔離或處

40、理。(3) 現(xiàn)場控制設備在整個過程控制系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障地點在現(xiàn)場，最容易出故障的幾個方面。第一類故障點(也是故障最多的地點)在繼電器、接觸器。如該生產線PLC控制系統(tǒng)的日常維護中，電氣備件消耗量最大的為各類繼電器或空氣開關。主要原因除產品本身外，就是現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，接觸器觸點易打火或氧化，然后發(fā)熱變形直至不能使用。在該生產線上所有現(xiàn)場的控制箱都是選用密閉性較好的盤柜，其內部元器件較其他采用敞開式盤柜內元器件的使用壽命明顯要長。所以減少此類故障應盡量選用高性能繼電器，改善元器件使用環(huán)境，減少更換的頻率，以減少其對系統(tǒng)運行的影響。第二類故障多發(fā)點在閥門或閘板這一類的設備上，因為這類設備的關鍵

41、執(zhí)行部位，相對的位移一般較大，或者要經過電氣轉換等幾個步驟才能完成閥門或閘板的位置轉換，或者利用電動執(zhí)行機構推拉閥門或閘板的位置轉換，機械、電氣、液壓等各環(huán)節(jié)稍有不到位就會產生誤差或故障。長期使用缺乏維護，機械、電氣失靈是故障產生的主要原因，因此在系統(tǒng)運行時要加強對此類設備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。我廠對此類設備建立了嚴格的點檢制度，經常檢查閥門是否變形，執(zhí)行機構是否靈活可用，控制器是否有效等，很好地保證了整個控制系統(tǒng)的有效性。第三類故障點可能發(fā)生在開關、極限位置、安全保護和現(xiàn)場操作上的一些元件或設備上，其原因可能是因為長期磨損，也可能是長期不用而銹蝕老化。如該生產線窯尾料球儲庫上的布料行走車

42、來回移動頻繁，而且現(xiàn)場粉塵較大，所以接近開關觸點出現(xiàn)變形、氧化、粉塵堵塞等從而導致觸點接觸不好或機構動作不靈敏。對于這類設備故障的處理主要體現(xiàn)在定期維護，使設備時刻處于完好狀態(tài)。對于限位開關尤其是重型設備上的限位開關除了定期檢修外，還要在設計的過程中加入多重的保護措施。第四類故障點可能發(fā)生在PLC系統(tǒng)中的子設備，如接線盒、線端子、螺栓螺母等處。這類故障產生的原因除了設備本身的制作工藝原因外還和安裝工藝有關，如有人認為電線和螺釘連接是壓的越緊越好，但在二次維修時很容易導致拆卸困難，大力拆卸時容易造成連接件及其附近部件的損害。長期的打火、銹蝕等也是造成故障的原因。根據(jù)工程經驗，這類故障一般是很難發(fā)現(xiàn)和維修的。所以在設備的安裝和維修中一定要按照安裝要求的安裝工藝進行，不留設備隱患。第五類故障點是傳感器和儀表，這類故障在控制系統(tǒng)中一般反映在信號的不正常。這類設備安裝時信號線的屏蔽層應單端可靠接地，并盡量與動力電纜分開敷設，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在