磨床電氣的PLC改造設計【3張CAD圖紙+PDF圖】

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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 machines 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 grinders 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 controls characteristic causes the original machine tool control big simplification, and services conveniently, easy to inspect. Saves the massive relay element, causes engine beds 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12磨床的概述32.1磨床的介紹32.2世界平面磨床發(fā)展趨勢33可編程控制器的概況53.1PLC的產生和特點及其發(fā)展動向53.1.1PLC的產生53.1.2PLC的定義53.1.3PLC的特點63.1.4PLC的發(fā)展趨勢73.2PLC的系統(tǒng)結構和基本工作原理83.2.1PLC的系統(tǒng)結構83.2.2PLC的系統(tǒng)結構和基本工作原理93.2.3PLC的主要功能103.2.4PLC的應用設計步驟113.3PLC的選型原則124系統(tǒng)的總體設計154.1改造平面磨床的步驟154.1.1改造方案的確定154.1.2改造的技術準備154.1.3改造的實施164.1.4驗收及后期工作174.1.5用PLC改造繼電-接觸式控制系統(tǒng)的步驟184.2控制線路控制改造要求184.3原設備電器的工作原理194.3.1平面磨床主要結構和運動形式194.3.2電氣控制線路分析204.4分析控制對象，進行系統(tǒng)的硬件設計234.5系統(tǒng)的軟件設計245性能測試與分析27結論28致謝29參考文獻30附錄31中文翻譯：31外文翻譯：381 緒論課題背景：現代工業(yè)生產中，中、小批量零件的生產占產品數量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通磨床已經越來越難以適應現代化生產的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產品成本，提高企業(yè)整體效率和質量的競爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產品的競爭，將面臨知識技術產品的更新周期越來越短，產品批量越來越小，而對質量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進的制造技術將成為企業(yè)贏得競爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術和制造自動化技術的結合越來越緊密，作為自動化柔性生產重要基礎的數控機床在生產機床中所占比例將越來越多。但新機床購置費用高，且生產準備周期長。因此對原有機床的現代化改造顯得尤為重要。PLC改造老機床的優(yōu)點：節(jié)省資金，減少投資額，交貨期短 機床的PLC改造可大大減少資金的投入，同購置新機床相比，一般可節(jié)省60 % 80 % 的費用，改造費用低。特別是大型、特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造，只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級，也只需花費購買新機床60 % 的價格?？梢猿浞掷矛F有地基，不必像購入新設備那樣重筑地基。性能穩(wěn)定可靠 因原機床各基礎件經過長期失效，幾乎不會產生應力變形而影響精度，且各部件已經長期磨損，使改造后的機床性能穩(wěn)定可靠，質量好，可作為新設備繼續(xù)長期使用。可充分體現企業(yè)自身的意愿 企業(yè)與改造人員可依照實際需要和機床長期使用的情況，在改造中提出對機床性能、操作與維修等方面的改進意見，有權選擇機械零部件、數控系統(tǒng)、電器設備等的規(guī)格、型號、性能等?？筛鶕夹g革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將機床改造成具有當今水平的設備。更有利于使用和維護 由于改造前機床已使用多年，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短、見效快。改造的機床一經安裝好，就可實現全負荷運轉?？梢圆捎米钚碌目刂萍夹g，提高生產效率。可根據技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。機床經改造后，即可實現加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高37倍。對復雜零件而言，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)約了費用，而且可以縮短生產準備周期。提高產品質量，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，給磨床的安全和經濟運行帶來了不利影響,用PLC對磨床的繼電器式控制系統(tǒng)進行改造已是大勢所趨。所以我們就以平面磨床改造來介紹一下。2 磨床的概述2.1 磨床的介紹磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質合金等；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，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。 隨著高精度、高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產量都在不斷的提高和增長。 磨床是各類金屬切削機床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內圓磨床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。2.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢當今平磨的發(fā)展趨勢是轉向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線表面磨削加工。可以說，平磨是磨床類機床中演變潛力最大的一種機型。我國平磨制造廠應跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維，轉到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上進一步發(fā)展，以形成我們自己特色的技術和產品.據不完全統(tǒng)計，不久前在美國芝加哥舉行的國際制造技術展覽會（IMTS）上有20多家平磨專業(yè)生產廠的60多臺平面磨床以平磨實物形式參展，包括了歐、美、日及我國的主要平磨制造廠。有關專家分析了此次參展的平面磨床的主要特點并預測今后平面磨床的發(fā)展趨勢。1.現代平面磨床的主要特點(1)從規(guī)格上看，以小型平磨為主。臺面寬200mm以下的幾乎占50%，小規(guī)格機床的運輸及布展比較方便；國外平磨不分普通、精密、高精度的精度等級，相對小規(guī)格機床，精度容易做得很高；在國際市場上，中、小規(guī)格平磨的潛在需求很大。(2)從控制上看，70%以上的為數控型，有單軸、雙軸及三軸數控，最多達五軸控制，尤其是400以上的大規(guī)格機型，全為數控型。由于技術水平的發(fā)展導致功能變化，平磨已從傳統(tǒng)的平面磨向成形磨轉變，常規(guī)控制已難以實現功能的要求。數控平磨已形成一個市場潮流。(3)從功能上看，50%以上的平磨不僅僅用于水平平面加工，而且轉向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線等表面磨削加工，如ELB、BLM公司以平磨為基礎變化而成的五軸聯動磨削中心，可實現非平面型復雜曲面的磨削；Unison、Trutech公司的柔性磨削系統(tǒng)，可實現成形、無心、外圓、工具、輪廓等磨削工藝；還有裕福、Parker公司等的快速抖動磨等，反映出平磨是磨床類機床中演變潛力最大的一種機型。2.發(fā)展呈現四大變化(1)高速、復合、高精度、高剛性仍是金切機床的發(fā)展主調，但又有新的變化。復合，已從原來的為復合而復合轉為從實用高效考慮為主，如車、銑復合，車、銑、鉆的復合，銑床和電火花的復合；從功能上看，復合型機床的針對性很強，針對某類零件考慮；從精度上看，定位精度2m，重復定位精度1m的機床已比比皆是；從主軸轉速來看，8.2kW主軸達60000r/min，13kW達42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現可加工60HRC硬度材料的加工中心。(2)模塊化的設計在機床制造中已應用得爐火純青。橫向系列、縱向系列、全系列、跨系列的模塊化設計，無論是大隈、牧野等為代表的日本機床，還是Haas、Cincinnati等為代表的美國機床，外形上看好象完全一樣，但功能則完全不同，所構成的模塊很多則是通用的。(3)全自動的概念已發(fā)生變化。傳統(tǒng)的全自動機床是用一只氣動或液動的機械手實現工件的自動上、下料，而現在采用真正意義的多關節(jié)串聯式機器人，來實現工件的上、下料，包括完工零件的堆放。(4)環(huán)保要求越來越高。在展出的展品中，絕大部分的機床產品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現象。3.根本在于設計創(chuàng)新(1)平磨是磨床類機床中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臋C床。在完成傳統(tǒng)的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、臺面、磨頭等大件為基礎，可以演變成外圓、曲線、工具、無心等磨床，如k.o.lee公司的C1020N2外圓磨床和B6062PC2工具磨的基礎就是平磨。我國應在完成平磨規(guī)格系列的完善后，跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維轉到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上去進一步發(fā)展，形成具有我們自己特色的技術和產品。(2)模塊化設計將是貫穿產品設計全過程的一條主線，無論是機床技術發(fā)展的潮流還是市場競爭的要求。3 可編程控制器的概況3.1 PLC的產生和特點及其發(fā)展動向3.1.1 PLC的產生20世紀20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結構簡單、容易掌握、價格便宜，在一定范圍內能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領域中一直占主導地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難以實現較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產工藝或對象改變時，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60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(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，適應白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （1）編程方便，可現場修改程序 （2）維修方便，采用插件式結構 （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）數據可直接送入管理計算機 （6）成本可與繼電器控制盤競爭 （7）輸入可以是交流150V以上 （8）輸出為交流115V，可直接驅動接觸器，電磁閥等 （9）擴展時原系統(tǒng)改變最小 （10用戶存儲器至少能擴張到4KB（適應當時汽車裝配過程的需要） 十項指標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，實現大規(guī)模生產線的流程控制。3.1.2 PLC的定義美國國際電工委員會（IEC）在1987年對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)境下應用而設計的數字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可遍程序控制器及其相關外部設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 定義強調了PLC應直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 定義還強調了PLC是“數字運算操作的電子系統(tǒng)”，它也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數和算術運算等操作，它還具有“數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)聯成一體”，易于“擴充”。3.1.3 PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性好 PLC在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸取了生產廠家長期積累的生產控制經驗，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)設計有完善的通道保護與信號調節(jié)電路；在結構上對耐熱、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傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內部電路之間避免了電的聯系，可有效的抑制外部干擾源對于PLC的影響，同時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主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有效的抑制。 3）對內部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保護供電質量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。 4）內部設置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現故障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘（WDT）規(guī)定時間（預示程序進入了死循環(huán)），立即報警，以保證CPU可靠運行。 5）利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護和恢復措施。 6）對用戶程序及動態(tài)工作數據進行電池備份，以保障停電后有關狀態(tài)或信息不丟失。 7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結構，以適應工作現場的惡劣環(huán)境。 8）以集成電路為基本元件，內部處理過程不依賴于機械觸點，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)結構簡單，通用性強 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是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮到現場工程技術人員的技能和習慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內學會。 （4）功能完善 PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應與任何形式和性質的開關量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、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，它能夠很方便地實現延時、鎖存、比較、跳轉、和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術運算、數制轉換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。 （5）設計、施工、調試的周期短 用繼電接觸器控制完成一項控制工程，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，進行安裝調試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，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到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。 （6）體積小，維護操作方便 PLC體積小，質量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 （7）易于實現網絡化 PLC可連成功能很強的網絡系統(tǒng)。 （8）可實現三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結（運動控制）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)，以適應各種工業(yè)控制的需要。3.1.4 PLC的發(fā)展趨勢PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現在以下幾個方面。 （1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結構更為緊湊，相當與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、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，可同時進行多任務操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數據處理的功能。另外，存儲容量大大增加。 （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器為基礎的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，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 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設置硬件的結構和參數，例如設置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數、各串行通行接口的參數等。 （5）PC編程語言的標準化 與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結構都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可遍程序控制器標準。標準中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應特殊的工作。 （6）PLC通信的易用化 PLC的通信聯網功能使它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現分散控制和集中控制。 （7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化 個人計算機（PC）的價格便宜，有很強的數學運算、數據處理、通信和人機交互的功能。 （8）PLC與現場總線相結合 現場總線I/O與PLC可以組成功能強大的、廉價的DCS系統(tǒng)。 （9）開發(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的處理速度進一步加快 目前，PLC的處理速度與計算機相比還比較慢，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進行處理、分時處理或分任務處理方式，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的處理速度達到納秒級。 3.2 PLC的系統(tǒng)結構和基本工作原理3.2.1 PLC的系統(tǒng)結構目前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)控制的專用計算機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等。其內部也是采用總線結構來進行數據和指令的傳輸。 PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結構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是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術邏輯單元，它的功能就是進行算術運算和邏輯運算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： 診斷PLC電源、內部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并送入PLC的寄存器中。 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務完成各種運算和操作。 將存于寄存器中的處理結果送至輸出端。 應各種外部設備的工作請求。 (2) 存儲器 PLC的存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內部數據。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數據存儲區(qū)。 (3) 輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現與外圍設備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉換成CPU所能接受和處理的數字信號。 (4) 電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電經過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內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擴展接口 若主機單元的I/O點數不能滿足輸入輸出點數需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴展單元與主機單元相連接。 3.2.2 PLC的系統(tǒng)結構和基本工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。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。完成后關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 輸出刷新階段 當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度。由此可見，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相應地發(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刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設隔離的。而工業(yè)現場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應較慢，往往要幾個掃描周期才響應一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后等不良影響。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、并聯極其他各種邏輯連接，進行開關控制。 （2）定時/記數控制功能 定時/記數控制功能指用PLC提供的定時器、記數器指令實現對某種操作的定時或記數控制，以取代時間繼電器和記數繼電器。 （3）數據處理功能 數據處理功能是指PLC能進行數據傳送、比較、移位、數制轉換、算術運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 （4）步進控制功能 步進控制功能是指用步進指令來實現在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。 （5）A/D與D/A 轉換功能 A/D與D/A 轉換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數字量之間的轉換。 （6）運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。 （7）過程控制功能 過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現對溫度、壓力、速度、流量等物理參數的閉環(huán)控制。 （8）擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。 （9）遠程I/O功能 遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 （10）通信聯網功能 通信聯網功能是指通過PLC之間的聯網、PLC與上位機的鏈接等，實現遠程I/O控制或數據交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復雜控制。 （11）監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調整、修改控制程序中的定時器、記數器等設定值或強制I/O狀態(tài)。 3.2.4 PLC的應用設計步驟PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來體現其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設計，即程序設計上。PLC程序設計可遵循以下六步進行：1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序。2）分配輸入輸出設備 即確定哪些外圍設備是送信號到PLC，哪些外圍設備是接受來自PLC信號的。并將PLC的輸入輸出口與之進行分配。3）設計PLC程序畫出梯形圖。梯形圖體現了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關系。4）實現用計算機對PLC的梯形圖的直接編程。5）對程序進行調試（模擬和現場）。6）保存已完成的程序。顯然，在建立一個PLC控制系統(tǒng)時，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關系。確定控制上的相互關系之后，即可進行編程的第二步-分配輸入輸出設備。在分配了PLC的輸入輸出點，內部輔助繼電器，定時器，計數器之后，就可以設計PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時要注意每個從左邊開始的邏輯行必須終止于一個繼電器線圈或定時器，計數器，與實際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計算機并下裝到PLC進行模擬調試，修改直至符合控制要求，這便是程序設計的整個過程。3.3 PLC的選型原則當某一個控制任務決定由PLC來完成后，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。 對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量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)輸出點的類型非常關鍵，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的輸出點數有可能大于實際電數。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載負載使用。則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，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，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。 對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： （1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或對PLC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或對PLC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。 （2）價格方面 不同廠家的PLC產品價格相差很大，有些功能類似、質量相當、I/O點數相當的PLC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數。 PLC主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應的配套模塊也就選定了。三菱電工可編程序控制器產品- FX2N-32介紹經過從功能方面和價格方面兩個方面的考慮，發(fā)現三菱電工可編程序控制器產品FX2N-32比較適合。因為它是一種功能很強的小型機，在設計的過程中采用先進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，但是其功能較完善，性能價格比高，較適合改造要求。 現在就對FX2N-32的組成各部分和技術性能做一個簡單介紹。在三菱電工公司生產的FP系列產品中，FX2N-32屬于小型PLC產品，是具有高級處理功能的型號。從型號可以看出FX2N-32可編程控制器的輸入和輸出點數（即I/O點）之和為32.1) FX2N-32的組成各部分如下：(1) RS232 該口能與PC機通信編程，也可連接其他外圍設備。 (2) 運行監(jiān)視指示燈 當運行程序時，“RUN”指示燈亮； 當控制單元中止執(zhí)行程序時，“PROG”指示燈亮； 當發(fā)生自診斷錯誤時，“ERR”指示燈亮； 當檢測到異常的情況時或出現“Watchdog”定時故障時，“ALARM”指示燈亮。 (3) 工作方式選擇開關 工作方式選擇開關共有3個工作方式檔位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”。 “RUN”工作方式 當開關扳到這個檔位時，控制單元運行程序。 “REMOTE”工作方式 在這個工作方式下，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。 “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，則按出錯對待?？删幊炭刂破鼬Q響報警，提示編程者將方式選擇開關切換至“PROG”工作方式。 輸出端子 FX2N-32的輸出端子有16點。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 直流電源輸出端子 在FX2N-32系列主機內部均配有一個供輸入端使用的24V直流電源。 輸入端子 FX2N-32型的輸入端子有16點。輸入電壓范圍為直流1224V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 編程工具連接插座（RS422口） 可用此插座經專用外設電纜連接編程工具。 波特率選擇開關 有19200bps和9600bps兩檔，當可編程控制器與外部設備進行通信時，應根據不同的外設選定波特率。 電位器（V0、V1） 這兩個電位器可用螺絲刀進行手動調節(jié)，實現外部設定。當調節(jié)該電位器時，PLC內部對應的特殊數據寄存器 DT9040和DT9041的內容在0255之間變化，相當與輸入外部可調的模擬量。FX2N-32有兩個（V0、V1）。 I/O點狀態(tài)指示燈和擴展單元接口插座 用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當某個輸入觸點閉合時，對應于這個觸點編號的輸入指示發(fā)光二極管點亮（下一排）； 當某個輸出繼電器接通時，對應這個輸出繼電器編號的輸出指示發(fā)光二極管點亮（上一排）。擴展單元接口插座用于連接FX2N-32擴展單元及A/D、D/A轉換單元、鏈接單元。 4 系統(tǒng)的總體設計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以后，就可以針對自動磨床的現況確定改造方案，一般包括： 1） 機械修理與電氣改造相結合 一般來說，需進行電氣改造的機床，都需進行機械修理。要確定修理的要求、范圍、內容；也要確定因電氣改造而需進行機械結構改造的要求、內容；還要確定電氣改造與機械修理、改造之間的交錯時間要求。機械性能的完好是電氣改造成功的基礎。 2） 先易后難、先局部后全局 確定改造步驟時，應把整個電氣部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進行，如輸入部分、邏輯部分、輸出部分、面板控制與強電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統(tǒng)工作中，應先做技術性較低的、工作量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，使人的注意力能集中到關鍵地方。 3） 根據使用條件選擇系統(tǒng) 針對平面磨床，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，這對選擇電氣系統(tǒng)的防護性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能等可提供正確的依據，使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證。當然，電氣系統(tǒng)的選擇必須考慮成熟產品，性能合理、實用，有備件及維修支持，功能滿足當前和今后若干年內的發(fā)展要求等。 4） 落實參與改造人員和責任 改造是一個系統(tǒng)工程，人員配備十分重要。除了人員的素質條件外，根據項目的大小，合理地確定人數與分工是關鍵。人員太少不利于開展工作，人員太多也容易引起混亂。根據各個劃分開的子系統(tǒng)，確定人員職責，有主有次，便于組織與協調。如果項目采用對外合作形式，更需在目標明確的前提下，界定分工，確定技術協調人。 5） 改造范圍與周期的確定 有時數控機床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機床全部電氣系統(tǒng)，應根據科學的測定和分析決定其改造范圍。停機改造的周期，根據各企業(yè)的實際情況確定，考慮因素有生產緊張程度、人員技術水平、準備工作充分程度、新系統(tǒng)大小與復雜程度，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 改造的技術準備改造前的技術準備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術準備包括： 1） 機械部分準備 為配合電氣改造而需進行的機械改造應先期完成，同時對停機后需拆、改、加工的部分等應事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個改造工作銜接得當。 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，因此改造前應熟悉技術資料，包括系統(tǒng)原理說明、線路圖、PLC梯形圖及文本、安裝調試說明、使用手冊、編程手冊等。要有充裕的時間來對上述資料進行翻譯(進口系統(tǒng))、消化、整理、核對，做到思路清晰，層次分明。 3） 新舊系統(tǒng)接口的轉換設計 根據每臺設備改造范圍不同，需事先設計接口部分轉換，若全部改造的，應設計機電轉換接口、操作面板控制與配置、互聯部分接點、參數測量點、維修位置等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、中小連接點少，強弱電干擾最小，備有適當裕量等。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、數模轉換等，必要時需自行制作轉換接口。 4） 操作、編程人員的技術培訓 機床電氣系統(tǒng)改造后，必然對操作、編程人員帶來新的要求。因此提前對操作人員和編程人員進行新系統(tǒng)知識培訓十分重要，否則將影響改造后的機床迅速投入生產。培訓內容一般應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；維護保養(yǎng)要求；編程標準與自動化編程等等。重點是弄懂、弄通操作說明書和編程說明書。 5） 調試步驟與驗收標準的確定 新的電氣系統(tǒng)改造完以后，怎樣進行調試以及確定合理的驗收標準，也是技術準備工作的重要一環(huán)。調試工作涉及機械、液壓、電氣、控制、傳感等，因此必須由項目負責人進行，其它人員配合。調試步驟可從簡到繁，從小到大，從外到里進行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進行。驗收標準是對新系統(tǒng)的考核，制定時必須實事求是，過高或過低的標準都會對改造工作產生負面影響。標準一旦確定下來，不能輕易修改，因為它牽涉到整個改造工作的各個環(huán)節(jié)。 4.1.3 改造的實施準備工作就緒后，即可進入改造的實施階段。實施階段內容按時間順序分為： 1） 原機床的全面保養(yǎng) 機床經長期使用后，會不同程度地在機械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進行全面保養(yǎng)。其次，應對機床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣既可對改造工作起指導參考作用，又可在改造結束時作對比分析用。 2） 保留的電氣部分最佳化調整 若對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應對保留電氣部分進行保養(yǎng)和最佳化調整。如強電部分的零件更換，電機的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風冷卻裝置的清洗，伺服驅動裝置的最佳化調整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。只有對保留的電氣部分做好過細的最佳化調整工作，才能保證改造后的機床有較低的故障率。 3） 原系統(tǒng)拆除 原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細進行，及時在圖紙上作出標記，防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會發(fā)現一些新系統(tǒng)設計中的欠缺之處，應及時補充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時恢復使用。還有一定使用價值的，可作其他機床備件用。切忌大手大腳，亂扔亂放。 4） 合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據新系統(tǒng)設計圖紙，合理進行新系統(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，有人復查檢驗，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。 5） 調試 調試必須按事先確定的步驟和要求進行。調試人員應頭腦冷靜，隨時記錄，以便發(fā)現和解決問題。調試中首先試安全保護系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設備事故發(fā)生。調試現場必須清理干凈，無多余物品；各運動坐標拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試驗的，先模擬后實動；能手動的，先手動后自動。 4.1.4 驗收及后期工作 驗收工作應聘請有關的人員共同參加，并按已制定的驗收標準進行。改造的后期工作也很重要，它有利于項目技術水平的提高和使設備盡早投產。驗收及后期工作包括： 1） 機床機械性能驗收 經過機械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機床的各項機械性能應達到要求，幾何精度應在規(guī)定的范圍內。 2） 電氣控制功能和控制精度驗收 電氣控制的各項功能必須達到動作正常，靈敏可靠。控制精度應用系統(tǒng)本身的功能(如步進尺寸等)與標準計量器具(如激光干涉儀、坐標測量儀等)對照檢查，達到精度范圍之內。同時還應與改造前機床的各項功能和精度作出對比，獲得量化的指標差。 3） 試件磨削驗收 可以參照國內外有關數控機床磨削試件標準，在有資格的操作工、編程人員配合下進行試磨削。試件磨削可驗收機床剛度、切削力、噪聲、運動軌跡、關聯動作等，一般不宜采用產品零件作試件使用。 4） 圖紙、資料驗收 機床改造完后，應及時將圖紙(包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)、資料(包括各類說明書)、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)，這對該設備的今后穩(wěn)定運行是十分重要的。 5） 總結、提高 每次改造結束后應及時總結，既有利于提高技術人員的業(yè)務水平，也有利于整個企業(yè)的技術進步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)，應按以下步驟進行：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，要預留一些輸入，輸出點，以備添加功能時使用。2）了解原設備電器的工作原理。根據生產的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動作（動作順序，必需的保護和聯鎖等），操作方式（手動，自動，連續(xù)，單周期，單步等）。根據控制要求確定系統(tǒng)控制方案。根據系統(tǒng)構成方案和工藝要求確定系統(tǒng)運行方式3）根據控制要求確定所需的用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設備驅動的控制對象（電動機、電磁閥等）。據此確定PLC的I/O點數。分配I/O點，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對保證整個控制系統(tǒng)的技術經濟指標起著重要的作用。選擇PLC應包括機型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇、）電源模塊選擇等。5）設計控制程序?？刂瞥绦蚴钦麄€系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)安全、可靠的關鍵。因此控制系統(tǒng)的程序應經過反復調試、修改，直到滿足要求為止。6）聯機調試 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）我們分析控制對象，確定磨床運動要求如下：1、成形平面磨床的砂輪采用液壓驅動，其傳動較平穩(wěn)，磨削工件時精度高。2、機床的電氣控制部分采用FX2N-32可編程序控制器,實現對機床的自動磨削、液壓閥的控制及電磁吸盤的控制。3、動作要求：a、磨頭的垂直進給。b、工作臺的縱向進給。c、工作臺的橫向進給。以上三種運動均采用手動和自動兩種控制方式。d、電磁吸盤不工作時可以手動調整機床。4、為保證安全生產，電磁盤與工作臺，拖板及磨頭垂直進給采用聯鎖控制裝置，即電磁盤電流小于1A時，吸力不足時