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>　　今天繼電器已應用到工業(yè)控制的各個領域。他們比以往的產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生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，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、安裝和調試。</p><p>　　目前采用繼電器控制的舊式普通機床設備仍在企業(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前生產需要等原因，嚴重影響了正常的生產。隨著PLC技術的發(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，可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，

5、具有很高的性能價格比。可編程序控制器可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。 </p><p>　　2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強 </p><p>　　可編程序控制器產品已經標準化，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萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。 </p><p>　　4、系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 </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、計數器等器件，使控制柜的設計、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計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(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試，輸入信號用小開關來模擬，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，在現場的統(tǒng)調過程中發(fā)現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調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，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術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)行機構發(fā)生故障時，可以根據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實的技術改造方案。特別是一些加工工藝較特殊的機床設備，采用PLC實現機床電器系統(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）應最大限度地滿足被控設備或生產過程的控制要求。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。這就要求設計人員在改造前就要深入現場進行調查研究，收集控制現場的資料，收集相關先

12、進的國內外資料。同時要注意同現場工程技術人員，操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決改造設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)簡單經濟、使用及維修方便。一個新的改造工程固然能夠提高設備效率，帶來經濟效益和社會效益，但工程的投入，技術的培訓，設備的維護也將導致運行資金的增加，這就要求改造不僅應該是使控制系統(tǒng)簡單經濟，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)設計，元器件選擇，軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。</p><p>　　4）適應發(fā)展的需要。由于技術的不斷發(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點數和

14、內存容量時要適當留有裕量，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，明確控制任務和改造設計要求，要了解工藝過程和機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關系和對電控系統(tǒng)的控制要求，擬定控制系統(tǒng)改造設計的技術條件。</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、完成動作的條件關系，以及相關的保護聯鎖關系，了解是否需要對現有機床的操作控制加以改進，如有需要，后續(xù)改造設計中應予以實現。根據整理結果，確定所需輸入、輸出設備在保證完成工藝要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單經濟，能最大限度地使用原有的輸入、輸出設備，降低改造成本。</p><p>　　2）制定控制方案，進行PLC選型。</p><p>　　設備工藝流程的特點和應用要求是設計選型的

16、主要依據。PLC及有關設備應是集成的，標準的，按照易于擴充其功能的原則，選型所用PLC應是相關工業(yè)領域成熟可靠的系統(tǒng)。PLC的系統(tǒng)硬件，軟件配置及功能應與設備規(guī)模和控制要求相適應。因此在選型時應詳細分析工藝流程的特點，控制要求，然后根據控制要求估算輸入輸出I\O點數，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。根據生產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驅動，分門別類統(tǒng)計出各輸入輸出點。確定I\O點數時應留有15%～20%的余量，為系統(tǒng)改造留有余地。在設計階段，由于應用程序還未編制，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。存儲器內存容量的估算大體上都是按照數字量I\O點數的10～15倍，加上模擬I\O點數的100倍，以此為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的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)的硬件設計、軟件設計和系統(tǒng)調整帶來很多方便。</p><p><b>　　4）硬件設計。</

19、b></p><p>　　根據所選用的PLC產品，了解其使用性能。按隨機提供的資料結合實際控制需求，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、根據控制要求靈活應用各種基本指令和功能指令采取別的方法靈活進行PLC的程序設計，力求程序簡單易讀。</p><p>　?、趯⒃O計好的程序輸入PLC后應仔細檢查和驗證，在實驗室模擬調試，觀察各輸入量、輸出量之間的變化關系及邏輯狀態(tài)是否符合設計要求，發(fā)現問題及時修改和調整程序，直到滿足設計要求為止。</p><p><b>　　6）現場運行調試。</b></p>

21、;<p>　　在模擬調試合格的前提下，將PLC與現場設備連接。現場調試前要全面檢查整個PLC控制系統(tǒng)，包括電源，接地線，設備連接線，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。反復調試，發(fā)現問題現場解決，如果系統(tǒng)調試達不到指標要求，則可對硬件和軟件作調整，通常只需修改用戶程序即可達到調整目的。當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、造設備的全部技術資料整理、歸檔。PLC系統(tǒng)設計流程如圖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。</p><p>　　T68鏜床有2臺電動機，主軸電機M1拖動主軸的旋轉和工作進給，M2電動機實現工作臺的快移。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及其之間的相互關系，同時確定哪些信號需要輸入PLC或由PLC輸出，以經濟實用為前提，選擇三菱FX2N-48MR型PLC主機。 </p><p>　　3）根據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）根據控制要求，設計該電氣控制系統(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)的原理圖從本質上相一致，設計方法為參照繼電器原理圖在保持原有控制邏輯基礎上改繪。此控制梯形圖如圖5：</p><p>　　5）進行模擬調試，觀

26、察各輸入量、輸出量之間的變化關系及邏輯狀態(tài)是否符合要求。如果系統(tǒng)調試達不到指標要求，則可對硬件和軟件作調整，直至達到要求。</p><p>　　6）現場調試。以下介紹M1正轉連續(xù)控制的調試：</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－當速度低于100r/min時，KS1復位－X15斷開－Y1、M2、Y3復位置0－KA2、KA4失電－KM2、KM4失電－M1停車制動結束。</p><p><b>　　

29、③M1正轉高速起動</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高速停車：同正轉低速停車類似，采用的是低速反接制動。</p><p>　　其它調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輸出類型應與外圍設備相匹配。</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出現異常，誤操作造成的重大經濟損失和人身傷亡事故，必須在硬、軟件設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，還應設計外部緊急停車電路，使得當系統(tǒng)發(fā)生故障時，能將電源可靠切斷。</p><p>　　保護電路。在設計梯形圖程序的聯鎖保護要與接觸器，繼電器觸點的聯鎖保護相結合，已達到更有效，更穩(wěn)妥的保護。例如，正反轉運轉等可逆操作的控制系統(tǒng)，要在外部設置觸點互鎖保護；往復運動及升降移動的控制系統(tǒng)

33、，要設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二極管。并聯的二極管可選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、經濟、使用及維修方便。</p><p>　　5）應最大限度保證控制系統(tǒng)工作安全可靠。</p><p><b>　　6、結束語</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，生產效率得到明顯提高。使用中間繼電器越多的機床設備采用PLC對其電控系統(tǒng)進行改造越能體現PLC控制的優(yōu)勢。從實際情況考慮，采用PLC對一些舊式機床設備進行改造是有必要的，從經濟和技術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用技術 主編：郁漢琪 東南大學出版社 </p><p>　　2）PLC行業(yè)應用實踐 主編：李方園 中國電力出版社</p><p>　　3）可編程序控制器應用技術 主編：張萬忠 北京化工工業(yè)出版社</p><p>　　4）維修電工實用技術手冊 主編：王兵