用plc改造舊式機床電氣控制系統(tǒng)的一般方法答辯-論文

1、<p><b>　　技師答辯論文</b></p><p>　　用PLC改造舊式機床電氣控制系統(tǒng)的一般方法</p><p>　　用PLC改造舊式機床電氣控制系統(tǒng)的一般方法</p><p>　　摘要：本文詳細介紹了采用PLC改造繼電器控制的舊式機床電氣控制系統(tǒng)的一般方法和改造中一些必須注意的問題，并以T68鏜床為例。</p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：PLC；改造；機床；電氣控制系統(tǒng)</p><p><b>　　1、前言</b></p><p>　　今天繼電器已應(yīng)用到工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也隨之帶來一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴重的后果。

3、再者，對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。</p><p>　　目前采用繼電器控制的舊式普通機床設(shè)備仍在企業(yè)中廣泛使用，特別是在一些工業(yè)欠發(fā)達地區(qū)，這些設(shè)備的使用率還比較高，在企業(yè)中仍然起著較大的作用

4、。由于這些設(shè)備使用多年后故障率高、維修量大、可靠性差；其精度、效率、自動化程度都已不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)需要等原因，嚴重影響了正常的生產(chǎn)。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，使用PLC相對于使用繼電器線路擁有無法比擬的優(yōu)勢:</p><p>　　1、功能強，性能價格比高 </p><p>　　一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，

5、具有很高的性能價格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 </p><p>　　2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強 </p><p>　　可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、大規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC可以直接驅(qū)動

6、一般的電磁閥和交流接觸器。 </p><p>　　3、可靠性高，抗干擾能力強 </p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可大為減少，是繼電器控制系統(tǒng)的1/10--1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 PLC采取了一系列硬件和軟件

7、抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 </p><p>　　4、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 </p><p>　　PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。 </p><

8、;p>　　PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。 PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。 </p><p>&

9、lt;b>　　5、編程方法簡單 </b></p><p>　　梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 </p><p>　　6、維修工作量少，維修方便 </p><p>　　PLC的

10、故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 </p><p>　　由此可見用可編程序控制器（PLC）改造舊機床電控系統(tǒng)，是非?，F(xiàn)實的技術(shù)改造方案。特別是一些加工工藝較特殊的機床設(shè)備，采用PLC實現(xiàn)機床電器系統(tǒng)的控制更有優(yōu)勢。所以對這類普通機床控制系統(tǒng)進行改造是非常必要的

11、。下面介紹采用PLC改造機床電控系統(tǒng)的一般方法和具體步驟。</p><p><b>　　2 改造原則</b></p><p>　　1）應(yīng)最大限度地滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求。充分發(fā)揮PLC的功能最大限度地滿足被控對象的控制要求，是改造控制系統(tǒng)的首要前提，這也是改造中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在改造前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先

12、進的國內(nèi)外資料。同時要注意同現(xiàn)場工程技術(shù)人員，操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決改造設(shè)計中的重點問題和疑難問題。</p><p>　　2）在滿足要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單經(jīng)濟、使用及維修方便。一個新的改造工程固然能夠提高設(shè)備效率，帶來經(jīng)濟效益和社會效益，但工程的投入，技術(shù)的培訓(xùn)，設(shè)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加，這就要求改造不僅應(yīng)該是使控制系統(tǒng)簡單經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便，成本低，不宜盲目追求

13、自動化和高指標。</p><p>　　3）保證控制系統(tǒng)工作安全可靠。保證控制系統(tǒng)能夠長期安全可靠穩(wěn)定運行，是改造控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求在系統(tǒng)設(shè)計，元器件選擇，軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。</p><p>　　4）適應(yīng)發(fā)展的需要。由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將不斷地提高，改造時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要，在選擇PLC，輸入、輸出模塊，I\O點數(shù)和

14、內(nèi)存容量時要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后的發(fā)展和工藝的改進。</p><p><b>　　3 改造流程</b></p><p>　　1）確定控制對象，明確控制任務(wù)和改造設(shè)計要求，要了解工藝過程和機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對電控系統(tǒng)的控制要求，擬定控制系統(tǒng)改造設(shè)計的技術(shù)條件。</p><p>　　要深入、全面了解需改造機床的工作過程，分析整理

15、其控制的基本方式、完成動作的條件關(guān)系，以及相關(guān)的保護聯(lián)鎖關(guān)系，了解是否需要對現(xiàn)有機床的操作控制加以改進，如有需要，后續(xù)改造設(shè)計中應(yīng)予以實現(xiàn)。根據(jù)整理結(jié)果，確定所需輸入、輸出設(shè)備在保證完成工藝要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單經(jīng)濟，能最大限度地使用原有的輸入、輸出設(shè)備，降低改造成本。</p><p>　　2）制定控制方案，進行PLC選型。</p><p>　　設(shè)備工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的

16、主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的，標準的，按照易于擴充其功能的原則，選型所用PLC應(yīng)是相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域成熟可靠的系統(tǒng)。PLC的系統(tǒng)硬件，軟件配置及功能應(yīng)與設(shè)備規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。因此在選型時應(yīng)詳細分析工藝流程的特點，控制要求，然后根據(jù)控制要求估算輸入輸出I\O點數(shù)，所需存儲器容量，確定所需PLC的功能，最后選擇具有高性價比的PLC。根據(jù)生產(chǎn)工藝和機械運動的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式。通過研究工藝流程和機械運動的各個步驟和狀態(tài)，來

17、確立哪些信號需要輸入PLC，哪些信號要由PLC輸出，哪些負載要由PLC驅(qū)動，分門別類統(tǒng)計出各輸入輸出點。確定I\O點數(shù)時應(yīng)留有15%～20%的余量，為系統(tǒng)改造留有余地。在設(shè)計階段，由于應(yīng)用程序還未編制，程序容量還是未知，為了選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來代替。存儲器內(nèi)存容量的估算大體上都是按照數(shù)字量I\O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I\O點數(shù)的100倍，以此為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%

18、考慮余量。PLC的控制功能包括運算功能，控制功能，通信功能，編程功能，診斷功能和</p><p>　　3）設(shè)計I/O連接。編制I／O分配表、繪制I／O接線圖。同類型的輸入或輸出點盡量集中在一起，連續(xù)分配，這樣有利于程序編寫和閱讀。對PLC的輸入、輸出進行合理地地址編號，會給PLC系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)整帶來很多方便。</p><p><b>　　4）硬件設(shè)計。</

19、b></p><p>　　根據(jù)所選用的PLC產(chǎn)品，了解其使用性能。按隨機提供的資料結(jié)合實際控制需求，同時考慮軟件編程的情況進行外部電路改造設(shè)計，繪制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖，電氣布置圖及電氣安裝圖。</p><p><b>　　5）軟件設(shè)計。</b></p><p>　?、儆脩舫绦虻木帉懀山梃b原有機床繼電器控制電路原理圖加以修改完善，也可

20、根據(jù)控制要求靈活應(yīng)用各種基本指令和功能指令采取別的方法靈活進行PLC的程序設(shè)計，力求程序簡單易讀。</p><p>　　②將設(shè)計好的程序輸入PLC后應(yīng)仔細檢查和驗證，在實驗室模擬調(diào)試，觀察各輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合設(shè)計要求，發(fā)現(xiàn)問題及時修改和調(diào)整程序，直到滿足設(shè)計要求為止。</p><p><b>　　6）現(xiàn)場運行調(diào)試。</b></p>

21、;<p>　　在模擬調(diào)試合格的前提下，將PLC與現(xiàn)場設(shè)備連接?，F(xiàn)場調(diào)試前要全面檢查整個PLC控制系統(tǒng)，包括電源，接地線，設(shè)備連接線，I\O連接等。在保證整個硬件連接正確無誤的情況下才可送電。將PLC的工作方式置為運行。反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場解決，如果系統(tǒng)調(diào)試達不到指標要求，則可對硬件和軟件作調(diào)整，通常只需修改用戶程序即可達到調(diào)整目的。當(dāng)運行一定時間且系統(tǒng)運行正常后，可將程序固化具有長久記憶功能的存儲器中，做好備份。最后將改

22、造設(shè)備的全部技術(shù)資料整理、歸檔。PLC系統(tǒng)設(shè)計流程如圖1所示。</p><p><b>　　4、實例說明</b></p><p>　　以T68鏜床的改造為例，采用PLC改造其電控系統(tǒng)的具體過程如下。</p><p>　　1）首先必須對原始資料進行詳細的了解，明確機床的各控制過程后確定改造方案：原鏜床的工藝加工操作方法不變，主令電器不變基礎(chǔ)上，不

23、改變原控制系統(tǒng)電器操作方法，電氣控制系統(tǒng)控制元件作用與原電氣線路相同，改造原繼電器控制中的硬件接線為PLC編程實現(xiàn)。</p><p>　　T68鏜床有2臺電動機，主軸電機M1拖動主軸的旋轉(zhuǎn)和工作進給，M2電動機實現(xiàn)工作臺的快移。M1電動機是雙速電動機，低速是Δ接法，高速是YY接法，主軸旋轉(zhuǎn)和進給都有齒輪變速，停車時采用了反接制動、主軸和進給的齒輪變速采用了斷續(xù)自動低速沖動。T68鏜床主電路圖如圖2，繼電器控制電路

24、圖如圖3：</p><p>　　2）通過了解電力拖動控制要求與控制特點，進而詳細分析了原有</p><p>　　電力拖動控制線路原理圖，確定了各種控制信號性質(zhì)及其之間的相互關(guān)系，同時確定哪些信號需要輸入PLC或由PLC輸出，以經(jīng)濟實用為前提，選擇三菱FX2N-48MR型PLC主機。 </p><p>　　3）根據(jù)I／0分配表繪制I／O接線圖（I\O分配表略），I／O

25、接線圖如圖4所示。</p><p>　　4）根據(jù)控制要求，設(shè)計該電氣控制系統(tǒng)的PLC控制梯形圖。PLC的程序可以采用梯形圖、語句表、程序塊等形式表示。為了與繼電器一接觸器系統(tǒng)相承接，采用梯形圖形式對鏜床電氣控制系統(tǒng)進行編程。梯形圖與繼電器—接觸器系統(tǒng)的原理圖從本質(zhì)上相一致，設(shè)計方法為參照繼電器原理圖在保持原有控制邏輯基礎(chǔ)上改繪。此控制梯形圖如圖5：</p><p>　　5）進行模擬調(diào)試，觀

26、察各輸入量、輸出量之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合要求。如果系統(tǒng)調(diào)試達不到指標要求，則可對硬件和軟件作調(diào)整，直至達到要求。</p><p>　　6）現(xiàn)場調(diào)試。以下介紹M1正轉(zhuǎn)連續(xù)控制的調(diào)試：</p><p>　　主軸變速桿SQ1壓下：X5置1進給變速桿SQ3壓下：X7置1</p><p><b>　?、僬D(zhuǎn)低速起動</b></p>

27、<p>　　主軸變速手柄—低速—SQ不受壓－X11置0</p><p>　　按下正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2－X1置1－M0置1自鎖－Y2、M3、Y0、M2、Y3置1－KA3、KA1、KA4得電—KM3、KM1、KM4得電－M1接成Δ低速全壓起動－當(dāng)速度達到130r/min時，KS1動作(X15置1)，為反接制動作準備。</p><p>　?、谡D(zhuǎn)低速停車：反接制動</p>

28、<p>　　按停車按鈕SB1－X0閉合－M3、M0、Y0、Y2、Y3置0－KA1、KA3、KA4失電－KM1、KM3、KM4失電;同時Y1、M2、Y3得電置1－KA2、KA4得電－KM2、KM4得電－M1串電阻R進行反接制動－當(dāng)速度低于100r/min時，KS1復(fù)位－X15斷開－Y1、M2、Y3復(fù)位置0－KA2、KA4失電－KM2、KM4失電－M1停車制動結(jié)束。</p><p><b>　　

29、③M1正轉(zhuǎn)高速起動</b></p><p>　　主軸變速手柄－高速－SQ受壓－X11置1</p><p>　　控制過程同低速類似，按下SB2－X1置1－M0、Y2、M3、M2、Y0、Y3置1，由于X11置1，使得T0開始延時－KA3、KA1、KA4得電－KM3、KM1、KM4得電－M1接成Δ低速全壓起動－延時3s后，T0動作－Y3復(fù)位－KA4失電－KM4失電，同時T1延時0.5

30、sY4置1－KA4失電－KM4失電斷開，同時KA5、KA6得電－KM5、KM6得電－M1接成YY高速運行－當(dāng)速度達到130r/min時，KS1動作(X15置1)，為反接制動作準備。</p><p>　?、苷D(zhuǎn)高速停車：同正轉(zhuǎn)低速停車類似，采用的是低速反接制動。</p><p>　　其它調(diào)試工作過程不作詳細的描述。</p><p>　　5、須注意的幾個問題</p

31、><p>　　1）選擇機型基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需求，要注意留有余量，為日后的系統(tǒng)修改及工藝變更提供方便。</p><p>　　2）在改造中注意所選PLC輸出類型應(yīng)與外圍設(shè)備相匹配。</p><p>　　3）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，誤操作造成的重大經(jīng)濟損失和人身傷亡事故，必須在硬、軟件設(shè)計上采取必要的保護措

32、施。 </p><p>　　急停電路。對于可能對操作人員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(yīng)設(shè)計外部緊急停車電路，使得當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，能將電源可靠切斷。</p><p>　　保護電路。在設(shè)計梯形圖程序的聯(lián)鎖保護要與接觸器，繼電器觸點的聯(lián)鎖保護相結(jié)合，已達到更有效，更穩(wěn)妥的保護。例如，正反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)等可逆操作的控制系統(tǒng)，要在外部設(shè)置觸點互鎖保護；往復(fù)運動及升降移動的控制系統(tǒng)

33、，要設(shè)置外部限位保護電路。</p><p>　　4）系統(tǒng)控制精度要求高時對輸出負載要采取必要的抗干擾措施。</p><p>　　PLC外接感性負載時，為防止其誤動作或瞬間干擾，對感性負載要加入抗干擾措施。若是直流感性負載則在其兩端并聯(lián)二極管。并聯(lián)的二極管可選1A的管子，其耐壓值大于電源電壓的5～10倍，并且接線時要注意二極管的極性。若是交流感性負載則在其兩端并聯(lián)阻容吸收電路。阻容吸收電路的

34、電阻可選50～120歐姆，功率在2W以上，電容可選0.1～0.47μF，耐壓大于電源電壓的峰值電壓。</p><p>　　4）系統(tǒng)改造力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。</p><p>　　5）應(yīng)最大限度保證控制系統(tǒng)工作安全可靠。</p><p><b>　　6、結(jié)束語</b></p><p>　　從上例可看出，通過使用P

35、LC改造該機床電氣系統(tǒng)后，中間硬件環(huán)節(jié)的減少使線路簡化，電氣故障減少，維修費用得以降低，生產(chǎn)效率得到明顯提高。使用中間繼電器越多的機床設(shè)備采用PLC對其電控系統(tǒng)進行改造越能體現(xiàn)PLC控制的優(yōu)勢。從實際情況考慮，采用PLC對一些舊式機床設(shè)備進行改造是有必要的，從經(jīng)濟和技術(shù)角度考慮也是可行的。實踐證明，利用PLC對舊機床進行改造的確是一種行之有效的手段。 </p><p><b>　　7參考文獻</b

36、></p><p>　　1）電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) 主編：郁漢琪 東南大學(xué)出版社 </p><p>　　2）PLC行業(yè)應(yīng)用實踐 主編：李方園 中國電力出版社</p><p>　　3）可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) 主編：張萬忠 北京化工工業(yè)出版社</p><p>　　4）維修電工實用技術(shù)手冊 主編：王兵