C650型普通卧式车床电气控制系统的PLC改造刘璇教学提纲.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。C650型普通卧式车床电气控制系统的PLC改造刘璇-武汉职业技术学院毕业论文课题名称:C650型普通卧式车床电气控制系统的PLC改造姓名:刘璇学号:09022784班级:JD09302专业:机电一体化技术指导老师:姜新桥时间:2012年4月8日论文标题:C650型普通卧式车床电气控制系统的PLC改造摘要:本设计主要介绍了利用PLC对C650车床的改造,详细介绍了基于PLC的电气控制系统改造过程,即根据C650车床的控制要求和特点,确定PLC的输入输出分配,设计出梯形图。实践表明,基于PLC的控制系统具有
2、可靠性高,使用方便等优点。关键词:车床控制系统PLC目录摘要:2第一章绪论1一、PLC的基础知识1二、PLC工作原理2三、PLC控制系统与电气控制系统的比较3四、电气系统改造为PLC控制的意义4五、PLC相关概述5第二章车床总体改造方案6一、C650车床的主要结构6二、改造方案的确定7三、车床改造方案和要求7第三章PLC对C650卧式车床的改造8一、主电路8二、C650卧式车床PLC改造I/O分配图9三、C650卧式车床PLC改造接线图。(下图2)10四、C650卧式车床PLC改造梯形图11第四章调试14一、M1的正转点动调试15二、M1正转调试16三、反转调试17四、反转制动调试17五、M2
3、的起动调试19六、M2的停止调试19七、M3的起动调试19第五章结论20致谢21参考文献:22-第一章绪论一、PLC的基础知识PLC(即可编程逻辑控制器,ProgrammableLogicController)是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件(图1-1)。是由模仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执
4、行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步起,依次执行到最终步,然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。图1-1可编程序控制器的基本结构PLC用梯形图编程,在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要
5、低一些。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。PLC在实际中用的很多。只要有工业的地方,就有PLC存在的机会。如果你就在机器制造、包装、物料输送、自动装配等行业中工作,那么你可能已经在使用它了。二、PLC工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后,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,可编程逻辑控制器的CP
6、U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,可编程逻辑控制器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映象区中的相应的单元内。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,可编程逻辑控制器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
7、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。在程序执行的过程中如果
8、使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话,输入过程影像寄存器的值不会被更新,程序直接从I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新,这跟立即输入有些区别。3、输出刷新阶段当扫描用户程序结束后,可编程逻辑控制器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,才是可编程逻辑控制器的真正输出。可编程控制器得以迅速发展和广泛使用的原因是由于它具有继电器接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不具有的特点:(1)运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强(2)设计使用和维护方便(3)编程御苑直观易学(4)与
9、网络技术相结合(5)体积小、质量轻、能耗低三、PLC控制系统与电气控制系统的比较PLC控制系统与电气控制系统的比较主要有以下优点:(1)控制方法电气控制系统控制逻辑采用硬件接线,利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑,其连线多且复杂、体积大、功耗大,系统构成后,想再改变或增加功能较为困难。另外,继电器的触点数量有限,所以电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术,其控制逻辑时以程序的方式存放在存储器中的,要改变控制逻辑只需改变程序,因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小,而且PLC所谓的“软继电器”实质上是存储器单元的状态,所以“软继电器”的触
10、点数量是无限的PLC系统的灵活性和可扩展性也较好。(2)工作方式在继电器控制电路中,当电源接通时,电路中所有继电器都处于受制约状态,即该吸合的继电器都同时吸合,不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合,这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序按一定顺序循环执行,所以各继电器都处于周期性循环扫描接通中,受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序,这种工作方式称为串行工作方式。(3)控制速度继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制,工作效率低,机械触点还会出现抖动问题。而PLC时通过程序指令控制半导体电路来实现控制的,速度快,程序指令执行时间在微秒级,且不会出现触点抖动问题。(
11、4)定时和计数控制电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制,时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响,定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路做定时器,时钟脉冲由晶体振荡器产生,精度高,定时范围宽,用户可根据需要在程序中设定时值,修改方便,不受环境的影响,且PLC具有计数功能,而电气控制系统一般不具备计数功能。(5)可靠性和可维护性由于电气控制系统使用了大量的机械触点,存在机械磨损、电弧烧伤等问题,寿命短,系统的连线多,所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,寿命长、可靠性高。PLC还具有自诊断功能,能查出自身的故障,随时显示给操作人员,并能
12、动态地监视控制程序的执行情况,为现场的调试和维护提供了方便。四、电气系统改造为PLC控制的意义传统的继电器接触器控制系统由于其结构简单、容易掌握、价格便宜,在一定的范围内能满足控制要求,因而使用面甚广,在工业控制领域中曾占主导地位,但是继电器接触器控制有着明显的缺点:设备体积大、寿命短、可靠性差、动作速度慢、功能少、程序不可变;因此对于程序固定,控制过程不太复杂的系统还是适合的。但是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统,接线复杂,所以当生产工艺或对象改变时,原有的接线和控制柜就要改接或更改,通用性和灵活性较差。但可编程序控制器(PC)以其完善的功能,很强的通用性,体积少及高可靠性等特点在各工矿企业得
13、到广泛的应用。在工厂自动化系统中,PC被广泛采用为核心的控制器件。它既可组成功能齐全的自控系统控制整个工厂的运行,亦可单独使用作单机自动控制。它还是继电器控制柜的理想替代物。在生产工艺控制、过程控制、机床控制、组合机床自动控制等场合,PC占有举足轻重的地位。特别是在数控机床及大量的机床改造和老设备改造中,PC应用极广。五、PLC相关概述现代化生产的水平,产品质量和经济效益等各项指标在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气化程度.随着大规模集成电路及微型计算机技术的发展,给电气控制技术开辟了新的前景.可编程控制器是近几十年发展起来的一种新兴工业控制器,由于它将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广
14、等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰力强、价格便宜等优点结合起来,而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点,因此在工业生产过程控制中的应用越来越广泛.在实际生产中,由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程,而实际生产工艺和流程又是经常变化的,因而传统的继电接触控制系统常不能满足这种要求.电子计算机控制系统的出现,提高了电气控制的灵活性和通用性,其控制功能和控制精度都得到很大的提高.然而在其初期,存在着系统复杂,使用不便,抗干扰能力差,成本高等缺陷,尤其对上述简单的过程控制有大材小用和不经济等问题.因而,在20世纪60年代出现了一种能够根据生产需要,方便地改变控制程序,而又远
15、比电子计算机结构简单,价格低廉的自动化装置顺序控制器,它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制线路功能的装置.它能满足程序经常改变的控制要求,使控制系统具有较大的灵活性和通用性,但它还是使用硬件手段,装置体积大,功能也受到一定限制.随着大规模集成电路和微处理技术的发展和应用,上述控制技术也发生了根本的变化.在20世纪70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能以微处理器为核心的新型工业控制器可编程控制器,这种器件完全能够适应恶劣的工业环境。由于它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点,故目前在世界各国以作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。PC出现后就受到普遍的重视,其应用发
16、展也十分的迅速,原因在于现有的各种控制方式相比,它有一系列受用户欢迎的特点,主要是:1.可靠性高,抗干扰能力强在恶劣的工业环境下工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。PC是专为工业控制而设计,由于采取了一系列措施,使PC控制系统的平均无故障间隔时间一般能达到45万h,远远超过传统继电器控制和计算机控制系统.可以说,到目前为止尚无任何一种工业控制系统的可靠性能达到和超过PC.保证PC工作的可靠性高、抗干扰能力强的主要措施是:(1)采用循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式。(2)硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可
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