1、 PLC 对 C650 卧式车床的改造第 1 页 共 27 页摘要将以上设计好的 PLC 程序输入到 FX2N32MR 主机后，连接好的输出分配和主电路，按照以上的步骤进行调试，调试过程全部通过，安全满足车床的控制要求:C650 卧式车床原继电器电路经三菱 FX2N 系列 PLC 改造后，虽然一次性投资较大，但改造后的设备大大降低了运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和效率，减轻了工人的劳动强度，降低了日常维护的成本，并可避免因误操作而引起的事故，通过实验运行结果表明，用 PLC 代替传统继电器接触器控制能达到很好的效果，节省大量电器元件，导线与原材料，缩短设计周期，减轻维修工作量，提高加工零
2、件合格率，具有整体技术经济效益，改造后的设备经实际使用表明效果非常好。关键词：PLC，车床；改造。常州工学院（成人教育）第 2 页 共 27 页第 1 章 PLC 的介绍1.1 PLC 的介绍PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺
3、序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并
4、在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。PLC 对 C650 卧式车床的改造第 3 页 共 27 页1.2 PLC 的特点1.2.1 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从PLC 的机外电路来说
5、，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。1.2.2 配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单
6、元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。1.2.3 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。1.2.4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑
7、代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。1.2.5 体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于常州工学院（成人教育）第 4 页 共 27 页150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。PLC 对 C650 卧式车床的改造第 5 页 共 27 页第 2 章 控制方案的选择2.1 为何采用 PLC 控制可编程序控制器 PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控
8、制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。 常州工学院（成人教育）第 6 页 共 27 页2.2 控制继电器存在的缺点控制继电器存在的缺点如作条件下进行的,容易损坏.而且继电器的触点容易产生电弧,甚至会熔
9、在一起产生误操作,引绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工起严重的后果.再者,对一个具体使用的装有上百个继电器的设备,其控制箱将是庞大而笨重的.在全负荷运载的情况下,大的继电器将产生大量的热及噪声,同时也消耗了大量的电能.并且继电器控制系统必须是手工接线、安装,如果有简单的改动,也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试.今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域.他们比以往的产品具有更高的可靠性.但是,这也是随之带来的一些问题.固体继电器的缺点：（1）导通后的管压降大，可控哇或双向控哇的正向降压，可达 12V，大功率晶体管的饱和压降也在 12 之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触
10、点的接触电阻大。（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固体继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，其输出功率与环境和外壳温度有关。（4）电子元、器件的温度特性和电子路线的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。（5）通常固体继电器设计成单刀单掷形式，这样比较容易实现，多组和多组转换结构需要用几个相互连接和适当连锁的固体继电器，这些固体继电器基本上是积木式堆叠在一起，形成一个占地较大空间的复杂装置。大功率固体继电器，由于需用散热片，就进一步增加了所有空间和成本。（6）通常用于功
11、率控制的固体继电器是针对负载或设计成交流输出或设计成直流输出，而不设计成既和用于交流负载，又可用于支流负载。PLC 对 C650 卧式车床的改造第 7 页 共 27 页2.3 可编程序控制器的优势、特点及功能可编程控制器以体积小功能强大所著称,它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系,从而实现生产过程的自动控制.特别是现在,由于信息、网络时代的到来,扩展了PLC 的功能,使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业.（1）生产过程的监控和管理 PLC 可以通过通讯接口与显示终
12、端和打印机等外设相连.显示器作为人机界面(HMI)是一种内含微处理芯片的智能化设备,它与 PLC 相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯,及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排.所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行.PLC 可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理,并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII 字符等方式进行显示.在显示画面上,通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态,如阀门的开与关,电机的启动与停止,位置开关的状态等.PID 回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化,操作人员通过参数设定可进行参数调整,通过数据
13、查询可查找任一时刻的数据记录,通过打印可保存相关的生产数据,为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利.（2）闭环过程控制以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的 PID 模拟调节器来实现开、闭环控制.而现在完全可以采用 PLC 控制系统,选用模拟量控制模块,关于时间继电器的用途,其功能由软件完成,系统的精度由位数决定,不受元件影响,因而可靠性更高,容易实现复杂的控制和先进的控制方法,可以同时控制多个控制回路和多个控制参数.例如生产过程中的温度、流量、压力、速度等.常州工学院（成人教育）第 8 页 共 27 页（3）顺序控制 顺序控制是 PLC 最基本、应用最广泛的领域.所谓的顺序控制,就是
14、按照工艺流程的顺序,在控制信号的作用下,使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作.由于它还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点,所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统.它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号,控制机械运动部件进行相应的操作,从而达到了自动化生产线控制.比较典型应用在自动电梯的控制、管道上电磁伐的自动开启和关闭、皮带运输机的顺序启动等.例如我分厂的原料混料系统就是利用了 PLC 的顺序控制功能. （4）运动位置控制PLC 可以支持数控机床的控制和管理,在机械加工行业,可编程控制器与
15、计算机数控(CNC)集成在一起,用以完成机床的运动位置控制,它的功能是接受输入装置输入的加工信息,经处理与计算,发出相应的脉冲给驱动装置,通过步进电机或伺服电机,使机床按预定的轨道运动,以完成多轴伺服电机的自控.目前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削磨削等应用中.PLC 对 C650 卧式车床的改造第 9 页 共 27 页2.4 PLC 与继电器控制两种控制方法的不同之处（1）控制方式：继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC 采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变
16、控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。（2）控制速度继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。（3）延时控制继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。PLC 用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。常州工学院（成人教育）第 10 页 共 27 页2.5 PLC(可编程控制器)与 MC(微机)控制的区别微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的基础上发展起来的，其最
17、大特点是运算速度快，功能强，应用范围广，在科学计算，科学管理和工业控制中都得到广泛应用。所以说，MC 是通用计算机。而 PLC 是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机。但人工业控制的角度来看，PLC又是一种通用机，只要选配对应的模块便可适用于各种工业控制系统，而用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统的具体控制要求。而 MC 就必须根据实际需要考虑抗干扰问题及硬件软件的设计，以适应设备控制的专门需要。所以说 MC 是通用的专用机。基于以上理解，便可以得出 MC 与 PLC 具有以下几点区别： （1）PLC 抗干扰性能为 MC 高 （2）PLC 编程比 MC 编程简单 （3）PLC 设计调试周期短 （4）PLC 的 I/0 响应速度慢，有较大的滞后现象（MS），而 MC 的响应速度快（US）。 （5）PLC 易于操作，人员培训时间短；而 MC 则较难人员培训时间长； （6）PLC 易于维修，MC 则较困难 随着 PLC 技术的发展，其功能越来越强；同时 MC 也逐渐提高和改进两者之间将相互渗透，使 PLC 与 MC 的差距越来越小，但在今后很长一段时间内，两者将继续共存。在一个控制系统中，PLC 将集中于功能控制上，而MC 将集中于信息处理上。
