1、本科毕业论文（20 届）基于 PLC 的 C650 卧式车床继电器控制改造设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘 要可编程逻辑控制器，简称 PLC；作为通用工业控制计算机，多年来，可编程序控制器从其产生到现在，实现了从接线逻辑到存储逻辑的飞跃，功能由弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步，成为工业控制领域的主流控制设备并且应用的越来越广泛，在各行各业发挥着越来越大的作用。PLC 对 C650 车床继电器控制改造设计，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，分析了 PLC 控
2、制系统与继电器控制系统的区别及特点,用现代工业控制系统 PLC 代替继电器控制系统, 确定 PLC 的输入输出分配，设计出梯形图。这能够加速产品的更新换代,提高自动化流水线的生产效率,并提出了替代的一些具体设计方法和步骤。实践表明，基于 PLC 的控制系统具有可靠性高，使用方便等优点。关键字：PLC，C650 车床，继电器控制改造本科生毕业论文IIAbstractProgrammable logic controller, referred to as the PLC. As a general-purpose industrial control computer, over the yea
3、rs, programmable logic controller from generation to the present, realized from the terminal to the storage logical leap in logic, function from weak to strong, and realized from the digital control logic control to progress, an industrial Control of the mainstream of the field of control devices an
4、d applications more widely, in all walks of life playing an increasingly important role.PLC control system on the relay on the C650 lathe design，Introduced PLC electrical control system based on the transformation process that C650 lathe under the control requirements and characteristics of the PLC
5、control system and relay control system, the differences and characteristics of modern industrial control systems with PLC control system instead of the relay to determine the distribution of the input and output PLC designed ladder.This can speed up the upgrading of products, improve the productivi
6、ty of automated assembly line, and put forward some specific design alternative methods and procedures. Practice shows that the PLC-based control system has high reliability, ease of use.Keywords: PLC, C650 lathe, relay control system on本科生毕业论文III目 录第一章 PLC 概述 .11.1 PLC 的发展历程 .21.2 PLC 的特点 .31.3 PLC
7、 的应用领域 .31.4 PLC 相比于继电器的优势 .41.5 PLC 的执行过程 .71.6 PLC 的基本功能 .8第二章 C650 型卧式车床接触器继电器控制 .92.1 C650 的控制基本要求 .102.2 C650 卧式车床的继电器控制电路 .11第三章 PLC 对 C650 车床的改造方案 .153.1 PLC 总体改造方案 .153.2 电气元件的选择 .183.3 PLC 改造 I/O 分配 .203.4 PLC 改造梯形图 .22总结 .26致谢 .27参考文献 .28本科生毕业论文1第一章 PLC 概述可编程逻辑控制器，简称 PLC；作为通用工业控制计算机，多年来，可编
8、程序控制器从其产生到现在，实现了从接线逻辑到存储逻辑的飞跃，功能由弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步,在半导体技术、计算机技术和通信技术高速发展的今天，PLC 在模拟量的处理，数字运算，人机接口和网络等各方面的能力都已大幅度提高，成为工业控制领域的主流控制设备并且应用的越来越广泛，在各行各业发挥着越来越大的作用.图 1.1PLC 的 实 体 图1.1 PLC 的发展历程前期的 PLC 即大约二十世纪六十年代末到七十年代中期，都被叫为可编程逻辑控制器。这时的可编程逻辑控制器还是有点继电器接触器的类似品的意义，它以准计算机的形式出现在硬件上，它的主要功能一般只用于简单工序的自我调节控制。装置
9、中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用映像存储器。为了适应工业控制现场的要求在 I/O 接口电路上作了改进。为了提高其抗干扰的能力另外还采取了一些措施。采用广大电气机械技术人才所了解的 PLC 控制线路的方式梯形图在软件编程上。所以，前期的继电器控制装置要低于 PLC 的性能，其优点包括小体积，易学易懂，消耗小，安装方便，有能循环使用，故障率低等。二十世纪七十年代一直到八十年代是 PLC 的中期，因为电脑微处理器的出现使可编程逻辑控制器受到了重大的影响。全世界各国先进的国家中一些厂家都开始以微处理器作为 PLC的中央处理单元（CPU）。这样的举动，使他的功能及效率大大提高。在硬
10、件方面，增加了模拟量模块，远程 I/O 模块，各种特殊功能模块，并且保持了其原有的开关模块并扩大了存储器的容量，提供了一定数量的数据寄存器，还使各种逻辑线圈的数量增加。在软件方面，除了增加了数据处理和传送，算术运算，通讯，自诊断等功能以外，还保持其原有的逻辑运算，计时，计数等功能，使 PLC 应用的区域得以大幅增加。二十世纪八十年代到现在，则是近代 PLC 的大发展期，特别是在进入二十世纪后期之后，由于微处理器的市场价格大幅度下跌，迅速发展的超大规模集成电路技术，使得各种类型可本科生毕业论文2编程逻辑控制器的所应用的 CPU 的质量大幅度提高。而且，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片来
11、进一步提高 PLC 的处理速度，提高自身的竞争力。使得 PLC 软硬件功能发生了巨大变化。就整体而言，跨入 21 世纪后，为了谋求立于不败之地在 ERP，MES 和 PCS 的3 层体系结构中，更好地满足工业生产，经营及管理系统不断追求降低成本，快速响应，增强产品竞争力，整体和综合高效的要求。国家 PLC 的引进，应用，研制，生产是伴随着改革开放开始的。不论是硬件还是系统软件包括专用操作系统、编程语言等，以至于联网通信，最初是使用了大量可编程控制器在引进设备中，后来在各种企业的生产设备及产品中不断增加 PLC 的应用范围。无论怎样 PLC 都正在向标准化，规模化方向发展，目前，我国自己已可以生
12、产中小型可编程控制器。国内用的比较多的有西门子，欧姆龙三菱等品牌，AB，松下，日立，光洋的也有少量应用。AB 是 PLC 世界第一大品牌，但在中国普及的不是很好，有些大工程上有运用，但普及率远不如西门子，三菱。1.2 PLC 的特点抗干扰能力高，可靠性强电气控制设备的关键性能是高可靠性。PLC 由于内部电路采取了先进的抗干扰技术，采用严格的生产工艺制造，采用现代大规模集成电路技术，具有非常高的可靠性。现在的 AVR MEGA128 核 PLC 板子可以直接用三菱的软件下载梯形图执行并监控，可以与人机触摸屏通讯，I/O 点可以达到 60 点以上（看怎么扩展地址了）。从 PLC 的硬件电路来说，和
13、同等样式的继电器接触器系统相比，使用 PLC 构成控制系统，电气接线及开关接点已大幅度的减少，就连故障也大大降低。此外，PLC 带有自我检测硬件故障功能，发现故障时可快速发出警报信息。在应用软件中，使用者还可以使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，只要编入故障自诊断程序就可以了。这样，整个控制系统就具有极强的可靠性。体积小，重量轻，以小型能耗低的 PLC 为例，最新的出产品种只有零点几瓦的功耗，顶部尺寸小于 50mm，体积小于 100cm*100cm。他的体积很小装入机械内部非常容易，实现机电一体化的理想控制设备就是必要的条件。套件齐全，可广泛使用，功能完善。近年来 PLC
14、 的功能在多方面得到应用，涉及到了温度控制、时间控制、位置控制、亮度控制等各种实际生活中。PLC 又和不断发展的电子技术及不断发展的人机技术，让由 PLC 组成的各种产品和装置变得非常容易和简单。PLC 发展到现在，早就形成了超大，大、中、小，微小各种规模的各个系列化产品。可以于各种规模的控制工业场合使用。除了用于各种数字控制技术，逻辑处理技术以外，现代 PLC 还基本具有完善的数据运算能力。易使用易学习，PLC 深受技术人员欢迎，作为通用工业控制计算机，是面向企业的工业控制设备。它容易接口，工程技术人员易于接受编程语言。继电器电路图的图形符号与表达方式和梯形图语言相当接近，方便地实现继电器电
15、路的功能可以只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令。为不懂计算机原理、不熟悉电子电路和汇编语言的人使用 PLC 从事工业控制打开了学习之门。系统的建造、设计的工作量非常小，维护极其方便，PLC 改造用存储逻辑代替接线逻辑，大为缩短控制系统设计及建造的周期，控制设备外部的接线大大减少了，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。这很适合大量品种使本科生毕业论文3用的生产场合。1.3 PLC 的应用领域当前，PLC 在我国已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC
16、 产品有很大的应用空间，如机械行业 80%以上的设备仍采用传统的继电器接触器进行控制。因此，PLC 在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。 中国加入 WTO 后越来越多的国际公司把其制造基地转移到中国。同时，中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。中国正在努力成为世界新的制造业基地。制造业的控制主要以离散控制为主，PLC 是该领域控制系统的首选。制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用 PLC，从而为 PLC 的应用提供广阔的应用前景。 自 2001 年以来，作为基础工业之一的机械工业成为我国工业发展新的增长点，年均增长率超过 20%。与流程工业对模拟量的反馈调节
17、不同，机械工业需对开关量进行连锁及顺序控制，因此 PLC 成为其控制产品的首选。机械行业的高速增长和自动化现状为 PLC 应用提供了巨大的市场空间。 我国在“十五“规划中已明确提出了“用信息化带动工业化“的发展计划，大量传统产业的自动化改造将为 PLC 的应用提供巨大的发展空间。 我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，按目前的经济形势分析，我国将迎来一个 PLC 市场高速增长的时期。 基于上述原因和中国经济高速增长的现状，今后若干年内中国 PLC 市场将保持持续高速增长。综合相关资料提供的数据，并分析目前中国 PLC 市场主要厂商的经营数据，初步估计目前在我国本土销售
18、的 PLC 总量为 30-40 亿元人民币（不含随进口主设备配套的 PLC），年增长率为 15-20%。 巨大的市场需求为发展 PLC 业务提供了难得的历史机遇，国内有实力的自动化公司应充分利用在市场、技术、行业影响和品牌等方面的积累，大力拓展 PLC 业务，使国产 PLC 早日成为中国 PLC 市场的主要参与者之一。 目前中国 PLC 市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc 等国际大公司，欧美公司在大、中型 PLC 领域占有绝对优势，日本公司在小型 PLC 领域占据十分重要的位置，韩国和中国台湾的公司在小型 PL
19、C 领域也有一定市场份额，中国大陆 PLC 厂商的市场份额几乎可以忽略。 大型 PLC 的目标用户在选用 PLC 时一般不会把价格作为首要考虑因素，而是更关注产品性能、质量和品牌，对价格不是十分敏感，故日本产品很难进入该领域。韩国和中国台湾的产品从一开始就是模仿日本产品，基本沿袭日本产品的技术路线，其在中国的市场策略、行业影响基本是步日本厂商的后尘，只不过比日本产品滞后一段时间。 对中、小型 PLC 的目标用户而言，市场上主要厂商的 PLC 产品均能满足其要求，所以在产品选型时价格是十分重要的因素。因此，日本产品在该领域占有绝对优势。Siemens 在推出新一代小型 PLC 产品 S7200
20、后其价格与日本产品相差不大，最近几年其小型 PLC 的市场增本科生毕业论文4长迅速，已经与日本主要产品（Mitsubishi 和 Omron）在小型 PLC 领域取得了类似的市场地位。近年来，由于具有明显的价格优势，中国台湾的部分 PLC 厂商在小型 PLC 领域发展势头十分强劲，抢占了原来日本产品的一部分低端市场。1.4 PLC 相比于继电器的优势第一 使用广泛，性价比高 一台 PLC 装置有上千万个可供用户使用的有很强的功能的编程元件，可以实现极其繁琐=的控制功能。与相同价格相同水平的继电器相比，具有很高的性价比。可编程序控制器可以通过电子技术，实现多途径的控制和各种各样的功能。第二 硬件
21、配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 第三 无传统触点，可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。旦由于其接触的方式不好，在工作中非常容易出错，而 PLC 把大量的各个类型的继电器用软件替代，只有一些不得不用的硬件才使用电气元件，多数接线直接减少到传统接触器继电器控制系统的一成，所以它因触
22、点接触不良造成的故障得到了极大的降低。 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均安全使用时间达到几年或更久，在工作环境极差的作业现场也能够正常运行，它是当今世界公认的最安全最可靠的控制系统之一。 第四 控制系统的前期编程工作简单快捷 PLC 把大量的各个类型的继电器用软件替代，其中中间继电器、时间继电器、计数器等易出错的器件均不在使用，使控制系统的人工工作大幅度减少，使 PLC 使用更加方便。 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程的方法具有规律性，很容易使用来编程。早复杂的编程过程中，梯形图的设计比设计接触器继电器控制系统的电路图快的多得多。 PL
23、C 的程序可以在非常简易的工作室就能模拟调试，机构均用开关控制， ，安全无危险，通过发光二极管的光暗可观察是否有输出信号。完成了控制系统的安装后，在现场的就可以简单的调试并发现其中的问题，调试时间比继电器控制系统少得多，也方便的多。 第五 梯形图绘制简单梯形图是使用得最多最广的可编程序控制器的编程语言，他的电路符号和使用方式与继电器控制电路图的使用原理几乎相同，梯形图语言简单明了，易学易懂，层次分明了解继电器控制电路的工作人员马上就能熟悉并使用之。 梯形图语言实际上是对广大技术人员都能通用的语言，PLC 在扫描梯形图的程序时，可用 CPU 将它迅速叙述成汇编语言后再去执行。 PLC 的维修工作
24、简易，故障率低，同时还拥有明确的自我诊断自我显示功能，方便技术本科生毕业论文5人员调试，当输入装置和执行机构发生故障时，可以根据自我诊断功能上的提供的地址迅速地查明故障的原因，用更换外部少量硬件的方法进行完善。 第六 占地方少，节省能源PLC 的体积是公认的小，对比与动辄就占地极大的接触器继电器控制系统来说，PLC 可说是最优良的替代产品，PLC 可将控制系统的体积缩小到比原来的继电器控制系统的配线小得多，让资源有效利用，同时节省下大量的附件资金，减少大量的人工安装工时。还有，PLC 的能耗要比同性能的迪电器控制系统来的小的多，在这个电费越来越贵的年代具有一定的优势。第七 优异的工作方式当电源
25、接通后 ,继电器控制线路中各继电器都处于一种受约状态。他的时间浪费的很多而 PLC 控制系统中 ,各继电器都在连续的被扫描中 ,整体上而言 ,PLC 的继电器工作效率更高，而继电器控制则因触点的机械原因，不及 PLC。第八 PLC 可同步运行继电器控制系统依靠效率较低的触点机械远东实现控制功能,触点的开闭动作一般在0.10.9 秒之间，机械触点同时会引起机械抖动的一系列问题，这在精密工作中是非常危险的， 而 PLC 控制系统则是由软件系统的 CPU 来代替触点的开闭动作,不仅速度快,而且无机械抖动等各种常见问题，指令的执行时间的精度也比触点高 23 个数量级，拥用极高的同步效率，让原来的各种难
26、题不在难。第九 定时准，不易受影响继电器控制系统控制时间是利用时间继电器的滞后动作,定时的精度较低不说 ,还有定时得时间也常受到工作环境中的温度湿度的影响、在精密的时间控制中几乎不可能。而 PLC控制系统则使用二极管，三极管组成的集成电路作时间控制 ,用脉冲等精度很高的微量时间单元做定时装置,其定时的准确性可想而知 ,定时时间不受各种环境的影响。技术人员在使用时只能简单的输入想要的定时时间就可以了。最后一点 高效灵活继电器控制系统的控制线路繁琐复杂，接线多，使用和维护都需要专业的人员才能做到，且工作时间长，能耗巨大，在系统已经确定的电路李 ,很难改变原有的功能。另外 ,继电器输入输出点的数量往
27、往不多 ,一般只有 48 对触点 ,非常的不灵活，也没有什么扩展能力。而 PLC 控制系统采用梯形图扫描的方法 ,通过编程无硬件接线的方法来实现控制功能 ,只需改变其控制程序就能改变其所有的功能，想增加或减少功能非常容易。而且 PLC 的输入输出点的数量因为是软件实现，完全不用担心他的数量会不足。其灵活性远超继电器控制系统。接下来我们再来看一下继电器的工作原理以明白他的缺陷。继电器是一种电子控制器件，它有输入和输出回路两个系统构成，在常用的电子控制线路中作为控制元件使用，我们可以把他看做一种对微小电流的感应器和对大电流的一种自动开关。它能进行自动控制和自动调节。一般的继电器有电磁式继电器和固态
28、继电器。电磁式继电器一般由触点簧片、衔铁、线圈、铁芯等组成的。通过在线圈的两级上加上一定的电压，让其产生电磁效应，衔铁会因为电磁力作用克服触点弹簧的拉力互相吸合，从而使上下两个触点连接到一起，这样继电器的功能就能得以实现。而一旦线圈失电后，电磁效应产生的吸力也就马上消失，衔铁会重新返回原来的位置，使的上触点（常开）与下触点本科生毕业论文6（常闭）分开。这样吸合、分开的过程中，电流达到了在电路中的导通、断开的目的。再说下常开和常闭的触点，区分实际上很简单：继电器的电路在通电时处于吸合状态的静触点，称为“常闭触点” ，而处于断开状态的静触点称为“常开触点” 。固态继电器则是拥用两个常开两个常闭的四
29、端继电器，再用一定的隔离装置进行隔离的器件。固态继电器按电源的不同分为交流和直流两种。按开关的不同可分为常开和常闭两种。按隔离类型的不同又可分为光电隔离型、混合型和变压器隔离型，而这其中又以光电隔离型为最多。 上诉内容可见，如果用 PLC 改造继电器控制系统，将大大提高整个工业环境的效率，节省许许多多不必要的开支。完成 PLC 改造的方案刻不容缓，当然我们也要看到原有的继电器控制系统经过长时间的使用和考验，已经被证明是能完成系统要求的控制功能的，而 PLC 电路也存在价格较高的问题，我们把继电器电路图翻译成梯形图，可以减少改造的成本。可以看到原有的外部硬件接线图和梯形图有很多相似之处。PLC
30、的设计方法一般不需要改动控制面板，保持了控制系统原有的功能和特点，让技术人员在 PLC 改造后也能迅速适应不同的操作方法，不需要改变太多就能上手。1.5 PLC 的执行过程PLC 的三步执行程序为：第一步 输入扫描及处理在输入扫描及处理的过程中，PLC 按顺序对所有输入接口的输入信号进行扫描，处理过程为：先把扫描到的信号存入其内部的映象寄存器中，此时刷新其输入映象寄存器的数据。之后进入程序处理阶段，在程序的任何阶段期间，即使其输入的信号发生任何改变，寄存器里的内容也不会因此而变化，输入信号的改变必须到下一次扫描周期才能再次被处理第二步 处理执行程序在执行程序时，PLC 先对程序实现顺序扫描。如
31、果程序用梯形图来表示的话，就是按先上后下，先左后右的顺序进行扫描。当遇到需要执行的程序时，先确定是否要执行该程序，如果是，就按该程序执行；如果否，就跳过读下一跳指令，当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC 从输入输出寄存器中读出数据，根据编制的程序进行一步一步的运算，最后，运算的结果再存入元件映象寄存器中。也就是说，最后的元件映象寄存器中的数据并像输入映象寄存器一样，他会不停的更换数据，记录运算的结果。第三步 驱动输出当程序全部运行完毕，得出最后的结果。则在这一时期，PLC 将最后的输出结果从映象寄存器转存到输出锁存器中（一种结果储存器） ，并通过输出设备按一定的方式输出，驱动外部设备，实现程序的最后处理过程。
