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圖書(shū)分類號(hào)：
密 級(jí)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
磨床電氣的PLC改造
THE PLC OF THE GRINDING MACHINA ELECTRICITY REFORMATION
學(xué)生姓名
劉鴻羽
學(xué)院名稱
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
王樹(shù)臣
2008年
6月
2日
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū)
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
i
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘要
由于工廠企業(yè)中很多磨床年代久遠(yuǎn)，其工作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。因此有必要對(duì)舊式的常規(guī)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，以可編程序控制器取代常規(guī)的繼電器，以達(dá)到磨床的自動(dòng)化控制。本文介紹了用可編程序控制器來(lái)對(duì)平面磨床控制系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，簡(jiǎn)要敘述了老式成型平面磨床的工作原理及用PLC進(jìn)行改造設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)步驟，并給出PLC編程程序梯形圖。改造后的磨床工作安全可靠，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，磨削精度更高；利用PLC控制磨床運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了磨床啟動(dòng)、停止、故障停止、緊急停止的功能，可根據(jù)運(yùn)行要求靈活切換磨床的控制方式；提供過(guò)載，輕載，斷相和電壓不平衡保護(hù)；現(xiàn)場(chǎng)顯示運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。并因所吸工件的不同靈活調(diào)節(jié)電磁吸盤的電流，并且顯示數(shù)值大小。從而實(shí)現(xiàn)了磨床運(yùn)行的自動(dòng)化。PLC控制的特點(diǎn)使原機(jī)床控制大大的簡(jiǎn)單化,并且維修方便,易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件,使機(jī)床的工作效率更高。該項(xiàng)技術(shù)還可推廣應(yīng)用于其他輔機(jī)設(shè)備或其他領(lǐng)域的自動(dòng)化控制改造中。?
關(guān)鍵詞 可編程序控制器；平面磨床；改造
Abstract
Because many grinder ages are remote in the manufacturing division, its work could not achieve the modern production by far the request . So it is necessary to carry on technological transformation to the old-fashioned regular motor control system and replace normal regulations by programmable preface controller of after electric appliances with attain grinding machine of automation control. This text introduced comes with the programmable controller to the surface grinding machine control system to make the modernized transformation, narrated the old style formation surface grinding machine's principle of work briefly and carries on the transformation design with PLC the method and the design procedure, and gives PLC the programming procedure trapezoidal chart . After the reformation of grinding machine work safety credibility, he systems operation situation is good, the grinding precision is higher; Using the PLC control grinder movement, realized the grinder to start, the stop, the breakdown to stop, the emergency stop function, might cut grinder's control mode nimbly according to the movement request; Provides the overload, the underloading, breaks and the voltage is not balanced protects; The scene demonstration running status, realizes the intellectualized monitoring. Because and attracts the work piece the different nimble adjustment magnet chuck electric current, and demonstration value size. Thus has realized the grinder movement automation. The PLC control's characteristic causes the original machine tool control big simplification, and services conveniently, easy to inspect. Saves the massive relay element, causes engine bed's working efficiency to be higher. This technology may also promote applies in other auxiliary engine equipment or in other domain automated control transformation.
Keywords Programmable logic controller Flat surface grinding machine Reformation
31
目 錄
1 緒論 1
2 磨床的概述 3
2.1 磨床的介紹 3
2.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢(shì) 3
3 可編程控制器的概況 5
3.1 PLC的產(chǎn)生和特點(diǎn)及其發(fā)展動(dòng)向 5
3.1.1 PLC的產(chǎn)生 5
3.1.2 PLC的定義 5
3.1.3 PLC的特點(diǎn) 6
3.1.4 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 7
3.2 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 8
3.2.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8
3.2.2 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 9
3.2.3 PLC的主要功能 10
3.2.4 PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟 11
3.3 PLC的選型原則 12
4 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 15
4.1 改造平面磨床的步驟 15
4.1.1 改造方案的確定 15
4.1.2 改造的技術(shù)準(zhǔn)備 15
4.1.3 改造的實(shí)施 16
4.1.4 驗(yàn)收及后期工作 17
4.1.5 用PLC改造繼電-接觸式控制系統(tǒng)的步驟 18
4.2 控制線路控制改造要求 18
4.3 原設(shè)備電器的工作原理 19
4.3.1 平面磨床主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式 19
4.3.2 電氣控制線路分析 20
4.4 分析控制對(duì)象，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 23
4.5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 24
5 性能測(cè)試與分析 27
結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
附錄 31
中文翻譯： 31
外文翻譯： 38
1 緒論
課題背景：
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來(lái)越高，零件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通磨床已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)已從早期降低勞動(dòng)力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，將面臨知識(shí)——技術(shù)——產(chǎn)品的更新周期越來(lái)越短，產(chǎn)品批量越來(lái)越小，而對(duì)質(zhì)量、性能的要求更高，同時(shí)社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意識(shí)不斷加強(qiáng)。因此敏捷先進(jìn)的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得競(jìng)爭(zhēng)和生存、發(fā)展的主要手段。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和制造自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合越來(lái)越緊密，作為自動(dòng)化柔性生產(chǎn)重要基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)機(jī)床中所占比例將越來(lái)越多。但新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)用高，且生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。因此對(duì)原有機(jī)床的現(xiàn)代化改造顯得尤為重要。
PLC改造老機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)：
⑴節(jié)省資金，減少投資額，交貨期短 機(jī)床的PLC改造可大大減少資金的投入，同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60 % ～80 % 的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造，只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購(gòu)買新機(jī)床60 % 的價(jià)格?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基，不必像購(gòu)入新設(shè)備那樣重筑地基。
⑵性能穩(wěn)定可靠 因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期失效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度，且各部件已經(jīng)長(zhǎng)期磨損，使改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量好，可作為新設(shè)備繼續(xù)長(zhǎng)期使用。
⑶可充分體現(xiàn)企業(yè)自身的意愿? 企業(yè)與改造人員可依照實(shí)際需要和機(jī)床長(zhǎng)期使用的情況，在改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)意見(jiàn)，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)、電器設(shè)備等的規(guī)格、型號(hào)、性能等。可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將機(jī)床改造成具有當(dāng)今水平的設(shè)備。
⑷更有利于使用和維護(hù)? 由于改造前機(jī)床已使用多年，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短、見(jiàn)效快。改造的機(jī)床一經(jīng)安裝好，就可實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
⑸可以采用最新的控制技術(shù)，提高生產(chǎn)效率?？筛鶕?jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。機(jī)床經(jīng)改造后，即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。對(duì)復(fù)雜零件而言，難度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。提高產(chǎn)品質(zhì)量，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配方便靈活。因此,繼電器本身固有的缺陷，給磨床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了不利影響,用PLC對(duì)磨床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢(shì)所趨。所以我們就以平面磨床改造來(lái)介紹一下。
2 磨床的概述
2.1 磨床的介紹
磨床是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進(jìn)行加工，如珩磨機(jī)、超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī)等。
磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)力磨削等。
隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長(zhǎng)。
磨床是各類金屬切削機(jī)床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、無(wú)心磨床、工具磨床等。
2.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢(shì)
當(dāng)今平磨的發(fā)展趨勢(shì)是轉(zhuǎn)向成形、臺(tái)階、切入、快速抖動(dòng)、三維空間曲線表面磨削加工?？梢哉f(shuō)，平磨是磨床類機(jī)床中演變潛力最大的一種機(jī)型。我國(guó)平磨制造廠應(yīng)跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維，轉(zhuǎn)到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上進(jìn)一步發(fā)展，以形成我們自己特色的技術(shù)和產(chǎn)品.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，不久前在美國(guó)芝加哥舉行的國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)（IMTS）上有20多家平磨專業(yè)生產(chǎn)廠的60多臺(tái)平面磨床以平磨實(shí)物形式參展，包括了歐、美、日及我國(guó)的主要平磨制造廠。有關(guān)專家分析了此次參展的平面磨床的主要特點(diǎn)并預(yù)測(cè)今后平面磨床的發(fā)展趨勢(shì)。
1.現(xiàn)代平面磨床的主要特點(diǎn)
(1)從規(guī)格上看，以小型平磨為主。臺(tái)面寬200mm以下的幾乎占50%，小規(guī)格機(jī)床的運(yùn)輸及布展比較方便；國(guó)外平磨不分普通、精密、高精度的精度等級(jí)，相對(duì)小規(guī)格機(jī)床，精度容易做得很高；在國(guó)際市場(chǎng)上，中、小規(guī)格平磨的潛在需求很大。
(2)從控制上看，70%以上的為數(shù)控型，有單軸、雙軸及三軸數(shù)控，最多達(dá)五軸控制，尤其是400以上的大規(guī)格機(jī)型，全為數(shù)控型。由于技術(shù)水平的發(fā)展導(dǎo)致功能變化，平磨已從傳統(tǒng)的平面磨向成形磨轉(zhuǎn)變，常規(guī)控制已難以實(shí)現(xiàn)功能的要求。數(shù)控平磨已形成一個(gè)市場(chǎng)潮流。
(3)從功能上看，50%以上的平磨不僅僅用于水平平面加工，而且轉(zhuǎn)向成形、臺(tái)階、切入、快速抖動(dòng)、三維空間曲線等表面磨削加工，如ELB、BLM公司以平磨為基礎(chǔ)變化而成的五軸聯(lián)動(dòng)磨削中心，可實(shí)現(xiàn)非平面型復(fù)雜曲面的磨削；Unison、Trutech公司的柔性磨削系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)成形、無(wú)心、外圓、工具、輪廓等磨削工藝；還有裕福、Parker公司等的快速抖動(dòng)磨等，反映出平磨是磨床類機(jī)床中演變潛力最大的一種機(jī)型。
2.發(fā)展呈現(xiàn)四大變化
(1)高速、復(fù)合、高精度、高剛性仍是金切機(jī)床的發(fā)展主調(diào)，但又有新的變化。復(fù)合，已從原來(lái)的為復(fù)合而復(fù)合轉(zhuǎn)為從實(shí)用高效考慮為主，如車、銑復(fù)合，車、銑、鉆的復(fù)合，銑床和電火花的復(fù)合；從功能上看，復(fù)合型機(jī)床的針對(duì)性很強(qiáng)，針對(duì)某類零件考慮；從精度上看，定位精度＜2μm，重復(fù)定位精度≤±1μm的機(jī)床已比比皆是；從主軸轉(zhuǎn)速來(lái)看，8.2kW主軸達(dá)60000r/min，13kW達(dá)42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心。
(2)模塊化的設(shè)計(jì)在機(jī)床制造中已應(yīng)用得爐火純青。橫向系列、縱向系列、全系列、跨系列的模塊化設(shè)計(jì)，無(wú)論是大隈、牧野等為代表的日本機(jī)床，還是Haas、Cincinnati等為代表的美國(guó)機(jī)床，外形上看好象完全一樣，但功能則完全不同，所構(gòu)成的模塊很多則是通用的。
(3)全自動(dòng)的概念已發(fā)生變化。傳統(tǒng)的全自動(dòng)機(jī)床是用一只氣動(dòng)或液動(dòng)的機(jī)械手實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)上、下料，而現(xiàn)在采用真正意義的多關(guān)節(jié)串聯(lián)式機(jī)器人，來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的上、下料，包括完工零件的堆放。
(4)環(huán)保要求越來(lái)越高。在展出的展品中，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對(duì)沒(méi)有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。
3.根本在于設(shè)計(jì)創(chuàng)新
(1)平磨是磨床類機(jī)床中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臋C(jī)床。
在完成傳統(tǒng)的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、臺(tái)面、磨頭等大件為基礎(chǔ)，可以演變成外圓、曲線、工具、無(wú)心等磨床，如k.o.lee公司的C1020N2外圓磨床和B6062PC2工具磨的基礎(chǔ)就是平磨。我國(guó)應(yīng)在完成平磨規(guī)格系列的完善后，跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維轉(zhuǎn)到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上去進(jìn)一步發(fā)展，形成具有我們自己特色的技術(shù)和產(chǎn)品。
(2)模塊化設(shè)計(jì)將是貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過(guò)程的一條主線，無(wú)論是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的潮流還是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求。
3 可編程控制器的概況
3.1 PLC的產(chǎn)生和特點(diǎn)及其發(fā)展動(dòng)向
3.1.1 PLC的產(chǎn)生
20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易掌握、價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。
20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開(kāi)展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)通用汽車公司公開(kāi)向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來(lái)是：
（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序
（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)
（3）可靠性高于繼電器控制裝置
（4）體積小于繼電器控制盤
（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)
（6）成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)
（7）輸入可以是交流150V以上
（8）輸出為交流115V，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等
（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小
（10用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過(guò)程的需要）
十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。
3.1.2 PLC的定義
美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可遍程序控制器及其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。
定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。
定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，它也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。
3.1.3 PLC的特點(diǎn)
（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好
PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)節(jié)電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面：
1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來(lái)傳遞信號(hào)。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對(duì)于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。
2）濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。
3）對(duì)內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。
4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。
5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。
6）對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。
7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。
8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。
（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)
PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。
（3）編程方便，易于使用
PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語(yǔ)言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。
（4）功能完善
PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。
（5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短
用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。
（6）體積小，維護(hù)操作方便
PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
（7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化
PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
（8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化
PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。
3.1.4 PLC的發(fā)展趨勢(shì)
PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
（1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當(dāng)與一本精裝本書(shū)的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來(lái)大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。
（2）向大容量、高速度方向發(fā)展
大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲(chǔ)容量大大增加。
（3）智能型I/O模塊的發(fā)展
智能型I/O模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。
（4）基于PLC的編程軟件取代編程器
隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來(lái)越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對(duì)PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。
（5）PC編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化
與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開(kāi)放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問(wèn)題，IEC制定了可遍程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語(yǔ)言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語(yǔ)言，這使編程能夠選擇不同的語(yǔ)言來(lái)適應(yīng)特殊的工作。
（6）PLC通信的易用化
PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。
（7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化
個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。
（8）PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合
現(xiàn)場(chǎng)總線I/O與PLC可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。
（9）開(kāi)發(fā)新型特殊功能模塊
I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。
(10) CPU的處理速度進(jìn)一步加快
目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，將來(lái)會(huì)全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。
3.2 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理
3.2.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見(jiàn)，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。其中 PLC各部分的作用如下：
(1) 中央處理器
CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下：
① 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。
② 采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。
③ 按用戶程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。
④將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。
⑤應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。
(2) 存儲(chǔ)器
PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分：
?一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。
?二大部分是用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。
(3) 輸入輸出接口電路
PLC通過(guò)輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過(guò)PLC的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。
(4) 電源
PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。
(5) 輸入輸出I/O擴(kuò)展接口
若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過(guò)此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。
3.2.2 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理
PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。
①輸入刷新階段
在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。
②程序執(zhí)行階段
在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。
③輸出刷新階段
當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過(guò)一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。
顯然掃描周期的長(zhǎng)短主要取決與程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見(jiàn)，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會(huì)發(fā)生變化。這對(duì)于一般的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全允許的，不但不會(huì)造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對(duì)于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。
3.2.3 PLC的主要功能
（1）條件控制功能
條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
（2）定時(shí)/記數(shù)控制功能
定時(shí)/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。
（3）數(shù)據(jù)處理功能
數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。
（4）步進(jìn)控制功能
步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。
（5）A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能
A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過(guò)A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。
（6）運(yùn)動(dòng)控制功能
運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過(guò)高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動(dòng)控制。
（7）過(guò)程控制功能
過(guò)程控制功能是指通過(guò)PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。
（8）擴(kuò)展功能
擴(kuò)展功能是指通過(guò)連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來(lái)增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過(guò)附加各種智能單元及特殊功能單元來(lái)提高PLC的控制功能。
（9）遠(yuǎn)程I/O功能
遠(yuǎn)程I/O功能是指通過(guò)I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。
（10）通信聯(lián)網(wǎng)功能
通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過(guò)PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。
（11）監(jiān)控功能
監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。
3.2.4 PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟
PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來(lái)體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時(shí)間將用在軟件設(shè)計(jì)，即程序設(shè)計(jì)上。PLC程序設(shè)計(jì)可遵循以下六步進(jìn)行：
1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。
2）分配輸入輸出設(shè)備? 即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到PLC，哪些外圍設(shè)備是接受來(lái)自PLC信號(hào)的。并將PLC的輸入輸出口與之進(jìn)行分配。
3）設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。
4）實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的梯形圖的直接編程。
5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場(chǎng)）。
6）保存已完成的程序。
顯然，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來(lái)，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，即可進(jìn)行編程的第二步---分配輸入輸出設(shè)備。在分配了PLC的輸入輸出點(diǎn)，內(nèi)部輔助繼電器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊開(kāi)始的邏輯行必須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下裝到PLC進(jìn)行模擬調(diào)試，修改直至符合控制要求，這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。
3.3 PLC的選型原則
當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來(lái)完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。
對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的PLC了。
對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)方面要考慮：
（1）功能方面?? 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。
（2）價(jià)格方面? 不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。
PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。
三菱電工可編程序控制器產(chǎn)品--- FX2N-32介紹
經(jīng)過(guò)從功能方面和價(jià)格方面兩個(gè)方面的考慮，發(fā)現(xiàn)三菱電工可編程序控制器產(chǎn)品FX2N-32比較適合。因?yàn)樗且环N功能很強(qiáng)的小型機(jī)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中采用先進(jìn)的方法及組件使其具有通常只有在大型PLC中才具有的功能，且具有其他控制器所不具備的功能。雖然是小型機(jī)，但是其功能較完善，性能價(jià)格比高，較適合改造要求。
現(xiàn)在就對(duì)FX2N-32的組成各部分和技術(shù)性能做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。在三菱電工公司生產(chǎn)的FP系列產(chǎn)品中，F(xiàn)X2N-32屬于小型PLC產(chǎn)品，是具有高級(jí)處理功能的型號(hào)。從型號(hào)可以看出FX2N-32可編程控制器的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)（即I/O點(diǎn)）之和為32.
1) FX2N-32的組成各部分如下：
(1) RS232
?? ?該口能與PC機(jī)通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。
(2) 運(yùn)行監(jiān)視指示燈
?? ①當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，“RUN”指示燈亮；
?? ②當(dāng)控制單元中止執(zhí)行程序時(shí)，“PROG”指示燈亮；
?? ③當(dāng)發(fā)生自診斷錯(cuò)誤時(shí)，“ERR”指示燈亮；
?? ④當(dāng)檢測(cè)到異常的情況時(shí)或出現(xiàn)“Watchdog”定時(shí)故障時(shí)，“ALARM”指示燈亮。
(3) 工作方式選擇開(kāi)關(guān)
? ??工作方式選擇開(kāi)關(guān)共有3個(gè)工作方式檔位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”。
?? ① “RUN”工作方式
?? ?當(dāng)開(kāi)關(guān)扳到這個(gè)檔位時(shí)，控制單元運(yùn)行程序。
?? ② “REMOTE”工作方式
?在這個(gè)工作方式下，可以使用編程工具改變可編程控制器的工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式。
?? ③ “PROG”工作方式
?在此方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯(cuò)對(duì)待?？删幊炭刂破鼬Q響報(bào)警，提示編程者將方式選擇開(kāi)關(guān)切換至“PROG”工作方式。
④ 輸出端子
?FX2N-32的輸出端子有16點(diǎn)。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。
⑤ 直流電源輸出端子
在FX2N-32系列主機(jī)內(nèi)部均配有一個(gè)供輸入端使用的24V直流電源。
⑥ 輸入端子
FX2N-32型的輸入端子有16點(diǎn)。輸入電壓范圍為直流12～24V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。
⑦ 編程工具連接插座（RS422口）
可用此插座經(jīng)專用外設(shè)電纜連接編程工具。
⑧ 波特率選擇開(kāi)關(guān)
有19200bps和9600bps兩檔，當(dāng)可編程控制器與外部設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的外設(shè)選定波特率。
⑨ 電位器（V0、V1）
這兩個(gè)電位器可用螺絲刀進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)定。當(dāng)調(diào)節(jié)該電位器時(shí)，PLC內(nèi)部對(duì)應(yīng)的特殊數(shù)據(jù)寄存器 DT9040和DT9041的內(nèi)容在0～255之間變化，相當(dāng)與輸入外部可調(diào)的模擬量。FX2N-32有兩個(gè)（V0、V1）。
⑩ I/O點(diǎn)狀態(tài)指示燈和擴(kuò)展單元接口插座
用來(lái)指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)輸入觸點(diǎn)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)于這個(gè)觸點(diǎn)編號(hào)的輸入指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮（下一排）；
當(dāng)某個(gè)輸出繼電器接通時(shí)，對(duì)應(yīng)這個(gè)輸出繼電器編號(hào)的輸出指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮（上一排）。擴(kuò)展單元接口插座用于連接FX2N-32擴(kuò)展單元及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。
4 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
4.1 改造平面磨床的步驟
4.1.1 改造方案的確定
改造的可行性分析通過(guò)以后，就可以針對(duì)自動(dòng)磨床的現(xiàn)況確定改造方案，一般包括：
1） 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合
一般來(lái)說(shuō)，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求、范圍、內(nèi)容；也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求、內(nèi)容；還要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。
2） 先易后難、先局部后全局
確定改造步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè)電氣部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，如輸入部分、邏輯部分、輸出部分、面板控制與強(qiáng)電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯(cuò)。在每個(gè)子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，使人的注意力能集中到關(guān)鍵地方。
3） 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)
針對(duì)平面磨床，確定它的環(huán)境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線，甚至有否鼠害等外界使用條件，這對(duì)選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過(guò)濾性能等可提供正確的依據(jù)，使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證。當(dāng)然，電氣系統(tǒng)的選擇必須考慮成熟產(chǎn)品，性能合理、實(shí)用，有備件及維修支持，功能滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等。
4） 落實(shí)參與改造人員和責(zé)任
改造是一個(gè)系統(tǒng)工程，人員配備十分重要。除了人員的素質(zhì)條件外，根據(jù)項(xiàng)目的大小，合理地確定人數(shù)與分工是關(guān)鍵。人員太少不利于開(kāi)展工作，人員太多也容易引起混亂。根據(jù)各個(gè)劃分開(kāi)的子系統(tǒng)，確定人員職責(zé)，有主有次，便于組織與協(xié)調(diào)。如果項(xiàng)目采用對(duì)外合作形式，更需在目標(biāo)明確的前提下，界定分工，確定技術(shù)協(xié)調(diào)人。
5） 改造范圍與周期的確定
有時(shí)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機(jī)床全部電氣系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測(cè)定和分析決定其改造范圍。停機(jī)改造的周期，根據(jù)各企業(yè)的實(shí)際情況確定，考慮因素有生產(chǎn)緊張程度、人員技術(shù)水平、準(zhǔn)備工作充分程度、新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度，甚至還包括天氣情況等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上陣，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。
4.1.2 改造的技術(shù)準(zhǔn)備
改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù)準(zhǔn)備包括：
1） 機(jī)械部分準(zhǔn)備
為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械改造應(yīng)先期完成，同時(shí)對(duì)停機(jī)后需拆、改、加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個(gè)改造工作銜接得當(dāng)。
2） 新系統(tǒng)電氣資料消化
新系統(tǒng)有許多新功能、新要求、新技術(shù)，因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料，包括系統(tǒng)原理說(shuō)明、線路圖、PLC梯形圖及文本、安裝調(diào)試說(shuō)明、使用手冊(cè)、編程手冊(cè)等。要有充裕的時(shí)間來(lái)對(duì)上述資料進(jìn)行翻譯(進(jìn)口系統(tǒng))、消化、整理、核對(duì)，做到思路清晰，層次分明。
3） 新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)
根據(jù)每臺(tái)設(shè)備改造范圍不同，需事先設(shè)計(jì)接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)電轉(zhuǎn)換接口、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點(diǎn)、參數(shù)測(cè)量點(diǎn)、維修位置等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、中小連接點(diǎn)少，強(qiáng)弱電干擾最小，備有適當(dāng)裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，必要時(shí)需自行制作轉(zhuǎn)換接口。
4） 操作、編程人員的技術(shù)培訓(xùn)
機(jī)床電氣系統(tǒng)改造后，必然對(duì)操作、編程人員帶來(lái)新的要求。因此提前對(duì)操作人員和編程人員進(jìn)行新系統(tǒng)知識(shí)培訓(xùn)十分重要，否則將影響改造后的機(jī)床迅速投入生產(chǎn)。培訓(xùn)內(nèi)容一般應(yīng)包括新的操作面板配置、功能、指示含義；新系統(tǒng)的功能范圍、使用方法及與舊系統(tǒng)的差別；維護(hù)保養(yǎng)要求；編程標(biāo)準(zhǔn)與自動(dòng)化編程等等。重點(diǎn)是弄懂、弄通操作說(shuō)明書(shū)和編程說(shuō)明書(shū)。
5） 調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定
新的電氣系統(tǒng)改造完以后，怎樣進(jìn)行調(diào)試以及確定合理的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán)。調(diào)試工作涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、傳感等，因此必須由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行，其它人員配合。調(diào)試步驟可從簡(jiǎn)到繁，從小到大，從外到里進(jìn)行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)新系統(tǒng)的考核，制定時(shí)必須實(shí)事求是，過(guò)高或過(guò)低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。標(biāo)準(zhǔn)一旦確定下來(lái)，不能輕易修改，因?yàn)樗鼱可娴秸麄€(gè)改造工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。
4.1.3 改造的實(shí)施
準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造的實(shí)施階段。實(shí)施階段內(nèi)容按時(shí)間順序分為：
1） 原機(jī)床的全面保養(yǎng)
機(jī)床經(jīng)長(zhǎng)期使用后，會(huì)不同程度地在機(jī)械、液壓、潤(rùn)滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對(duì)機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測(cè)量，記錄在案。這樣既可對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時(shí)作對(duì)比分析用。
2） 保留的電氣部分最佳化調(diào)整
若對(duì)電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對(duì)保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強(qiáng)電部分的零件更換，電機(jī)的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風(fēng)冷卻裝置的清洗，伺服驅(qū)動(dòng)裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。只有對(duì)保留的電氣部分做好過(guò)細(xì)的最佳化調(diào)整工作，才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。
3） 原系統(tǒng)拆除
原系統(tǒng)的拆除必須對(duì)照原圖紙，仔細(xì)進(jìn)行，及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過(guò)拆(局部改造情況下)。在拆的過(guò)程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬(wàn)一改造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用。還有一定使用價(jià)值的，可作其他機(jī)床備件用。切忌大手大腳，亂扔亂放。
4） 合理安排新系統(tǒng)位置及布線
根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗(yàn)，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無(wú)誤、可靠美觀。
5） 調(diào)試
調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜，隨時(shí)記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)必須清理干凈，無(wú)多余物品；各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗(yàn)的，先空載后加載；能模擬試驗(yàn)的，先模擬后實(shí)動(dòng)；能手動(dòng)的，先手動(dòng)后自動(dòng)。
4.1.4 驗(yàn)收及后期工作
驗(yàn)收工作應(yīng)聘請(qǐng)有關(guān)的人員共同參加，并按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。改造的后期工作也很重要，它有利于項(xiàng)目技術(shù)水平的提高和使設(shè)備盡早投產(chǎn)。驗(yàn)收及后期工作包括：
1） 機(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收
經(jīng)過(guò)機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求，幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。
2） 電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收
電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常，靈敏可靠。控制精度應(yīng)用系統(tǒng)本身的功能(如步進(jìn)尺寸等)與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具(如激光干涉儀、坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等)對(duì)照檢查，達(dá)到精度范圍之內(nèi)。同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度作出對(duì)比，獲得量化的指標(biāo)差。
3） 試件磨削驗(yàn)收
可以參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床磨削試件標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操作工、編程人員配合下進(jìn)行試磨削。試件磨削可驗(yàn)收機(jī)床剛度、切削力、噪聲、運(yùn)動(dòng)軌跡、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。
4） 圖紙、資料驗(yàn)收
機(jī)床改造完后，應(yīng)及時(shí)將圖紙(包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)、資料(包括各類說(shuō)明書(shū))、改造檔案(包括改造前、后的各種記錄)匯總、整理、移交入檔。保持資料的完整、有效、連續(xù)，這對(duì)該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。
5） 總結(jié)、提高
每次改造結(jié)束后應(yīng)及時(shí)總結(jié)，既有利于提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平，也有利于整個(gè)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步
4.1.5 用PLC改造繼電-接觸式控制系統(tǒng)的步驟
用PLC改造繼電-接觸式控制系統(tǒng)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：
1）了解系統(tǒng)改造的要求。用PLC替換原繼電-接觸式控制電路，盡可能的留用原繼電-接觸式控制系統(tǒng)中可用的元器件，在滿足控制要求的情況下，盡可能的采用便宜的PLC，要預(yù)留一些輸入，輸出點(diǎn)，以備添加功能時(shí)使用。
2）了解原設(shè)備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求，如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序，必需的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作方式（手動(dòng)，自動(dòng)，連續(xù)，單周期，單步等）。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案。根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成方案和工藝要求確定系統(tǒng)運(yùn)行方式
3）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖。
4）PLC的選擇。PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇、）電源模塊選擇等。
5）設(shè)計(jì)控制程序?？刂瞥绦蚴钦麄€(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)安全、可靠的關(guān)鍵。因此控制系統(tǒng)的程序應(yīng)經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。
6）聯(lián)機(jī)調(diào)試 如不滿足要求，在返回修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。
4.2 控制線路控制改造要求
（1）我們分析控制對(duì)象，確定磨床運(yùn)動(dòng)要求如下：
1、成形平面磨床的砂輪采用液壓驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)較平穩(wěn)，磨削工件時(shí)精度高。
2、機(jī)床的電氣控制部分采用FX2N-32可編程序控制器,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的自動(dòng)磨削、液壓閥的控制及電磁吸盤的控制。
3、動(dòng)作要求：
a、磨頭的垂直進(jìn)給。
b、工作臺(tái)的縱向進(jìn)給。
c、工作臺(tái)的橫向進(jìn)給。
以上三種運(yùn)動(dòng)均采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。
d、電磁吸盤不工作時(shí)可以手動(dòng)調(diào)整機(jī)床。
4、為保證安全生產(chǎn)，電磁盤與工作臺(tái)，拖板及磨頭垂直進(jìn)給采用聯(lián)鎖控制裝置，即電磁盤電流小于1A時(shí)，吸力不足時(shí)