1551-四工位組合機(jī)床的電氣控制

1551-四工位組合機(jī)床的電氣控制,四工位,組合,機(jī)床,電氣控制 電路圖及梯形圖說(shuō)明、您可以將下列各圖放大至 A3 幅面( 或打印)就能看清楚。梯形圖由下列各部分組成：1. 0~11 程序步：20ms 程序掃描 —輸入/ 輸出擴(kuò)展電路電源。2. 12~28 程序步：液壓電機(jī)啟動(dòng)以及循環(huán)控制：自動(dòng)時(shí)系統(tǒng)循環(huán)；手動(dòng)時(shí)工作臺(tái)循環(huán)。3. 29~61 程序步：工作臺(tái)循環(huán)。4. 62~98 程序步：‘鉆’加工循環(huán)。5. 99~135 程序步：‘劃’加工循環(huán)。6. 136~172 程序步：‘?dāng)U’加工循環(huán)。7. 173~179 程序步：冷卻電機(jī)控制。8. 180~209 程序步：電機(jī)過(guò)載檢測(cè)。9. 210~219 程序步：報(bào)警。10. 220~255 程序步：信號(hào)顯示。11. 256 程序步—END：程序結(jié)束。- 1 -1 概述可編程控制系統(tǒng)PLC(LOGO)是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)。LOGO! 是西門子公司研制的通用邏輯模塊。LOGO! 集成有：控制功能；?帶背景光的操作和顯示面板；?電源；?用于擴(kuò)展模塊的接口；?用于程序模塊（插卡）的接口和PC電纜；預(yù)組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)功能，例如接通斷開延時(shí)繼電器、脈沖繼電器和軟鍵； ?定時(shí)器；數(shù)字量和模擬量標(biāo)志；?輸入和輸出，取決于設(shè)備的類型。其通過(guò)特有的指令控制生產(chǎn)過(guò)程。4 工位控制系統(tǒng)在實(shí)際中有很大的應(yīng)用。例如電梯的控制，工業(yè)生產(chǎn)線的準(zhǔn)確定位等。傳統(tǒng)的自動(dòng)控制由繼電器——接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)多，接線復(fù)雜，故障率高，可靠性差，維護(hù)工作量大，而采用 PLC（LOGO）組成的控制系統(tǒng)很好的解決了上述問(wèn)題，它工作可靠性高，靈活性好，通用性高，編程簡(jiǎn)單，使用方便，而且它的抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，它使在實(shí)際中運(yùn)行機(jī)械的更加安全，方便。本文主要通過(guò)提出 4 工位控制系統(tǒng)的基本功能要求，為實(shí)現(xiàn)這幾種功能，我從硬件和軟件兩個(gè)方面入手，硬件方面，主要從ＰＬＣ（LOGO）的選型，內(nèi)存容量計(jì)算，PLC(LOGO) 輸入輸出地址的分配和硬件的設(shè)計(jì)和選型方面考慮；軟件方面，將系統(tǒng)分為啟動(dòng)制動(dòng)部分；顯示部分；判斷部分。- 2 -2. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè) 4 工位 PLC 控制系統(tǒng)。2.2 設(shè)計(jì)要求：①對(duì)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析；②完成控制系統(tǒng)的設(shè)備選型（可以參照現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置） ；③完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；④畫出相應(yīng)的主回路和控制回路。- 3 -3 理論設(shè)計(jì)3.1 方案論證3.1.1 工位控制系統(tǒng)連接框圖及信號(hào)傳輸說(shuō)明。圖 1 為采用 logo 控制的 4 工位控制系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)主要由 logo，變頻器，被控電機(jī)三個(gè)主要部分組成:(如下圖示)LOGO!(PLC)變頻器被控電機(jī)位置信號(hào)圖 3—1:結(jié)構(gòu)框圖呼叫信號(hào)位置顯示① LOGO?。≒LC）的控制信號(hào)主要有：（1）電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)信號(hào)（即:電梯轎箱運(yùn)行方向信號(hào)之上行信號(hào)） 。 （2）電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)信號(hào)（即：電機(jī)運(yùn)行方向信號(hào)右行信號(hào)） （3）電機(jī)制動(dòng)信號(hào)。 （4）電梯樓層的位置反饋（位置開關(guān)采集的信號(hào)） 。 （5）樓層呼叫信號(hào)（目的位置輸入信號(hào)）②位置信號(hào)電梯所處的當(dāng)前位置，由電梯的轎廂位置決定，傳給 LOGO.③位置顯示用于顯示電梯轎廂的當(dāng)前位置。④呼叫信號(hào)即由人為產(chǎn)生，來(lái)控制電梯轎廂到達(dá)人所處的的位置。- 4 -3.1.2：利用限位開關(guān)實(shí)現(xiàn) 4 工位控制如何使電梯達(dá)到精確位置控制的效果，制動(dòng)環(huán)節(jié)在這里起到至關(guān)重要的作用。在我們?cè)O(shè)計(jì)的電梯模型中是利用限位開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動(dòng)的。圖 3—2 限位開關(guān)控制電機(jī)制動(dòng)圖1234我們選擇的 4 個(gè)工位即 4 個(gè)樓層 1，2，3，4.在樓層 2 和 3 上下側(cè)均設(shè)置限位開關(guān)，在樓層 1 的上側(cè)有一個(gè)限位開關(guān)，在 4 層的下側(cè)也有一個(gè)限位開關(guān)（由于轎廂不可能運(yùn)動(dòng)到樓層 1 的下側(cè)，也不可能運(yùn)動(dòng)到樓層 4 的上側(cè)） 。當(dāng)轎廂碰到限位開關(guān)時(shí)便給LOGO?。≒LC）一個(gè)工位信號(hào)，同時(shí) LOGO?。≒LC）也給變頻器一個(gè)制動(dòng)信號(hào)。控制電機(jī)制動(dòng)并準(zhǔn)確定位在 1，2，3，4 這幾個(gè)樓層的位置上，如果在這幾個(gè)位置處電梯轎廂未完全停止。則利用機(jī)械裝置強(qiáng)制使其停止，例如使用傳統(tǒng)電機(jī)制動(dòng)中采用的方法——抱閘。通過(guò)這一控制方式，各個(gè)轎廂停靠的位置確定就基本準(zhǔn)確了。這就是此電梯位置控制模型所采用的基本定位原理。3.1.3：4 工位 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的討論（1）該系統(tǒng)是否能夠完成準(zhǔn)確定位的功能- 5 -由于本系統(tǒng)采用的是可編程邏輯控制器件 LOGO 和變頻器來(lái)控制電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工位的定位，其中 LOGO 采集電機(jī)的信息來(lái)發(fā)出控制信息發(fā)給變頻器。然后通過(guò)變頻器本身控制電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)功能來(lái)控制電機(jī)的準(zhǔn)確定位，只要變頻器參數(shù)設(shè)置的合理該系統(tǒng)是能夠?qū)崿F(xiàn)工位的準(zhǔn)確定位的，因此該系統(tǒng)是可實(shí)現(xiàn)的。（2）特殊情況的處理①若系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中由于機(jī)器故障需馬上停車；則該系統(tǒng)可以通過(guò) LOGO 的控制程序設(shè)置一個(gè)總的開關(guān)來(lái)控制主回路使其變頻器馬上發(fā)出停車信號(hào)來(lái)控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。②若控制系統(tǒng)中的滑塊已到達(dá)指定的工位但是其并未停止；此時(shí)可通過(guò)設(shè)置在該工位的開關(guān)來(lái)控制機(jī)械抱閘裝置來(lái)強(qiáng)制滑塊立即停在該工位。（3）其在現(xiàn)實(shí)中的可行性分析由于 4 工位控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精確定位的系統(tǒng)因此其原理可應(yīng)用到電梯控制系統(tǒng)和流動(dòng)生產(chǎn)線具有一般的經(jīng)濟(jì)意義。3.2 控制系統(tǒng)中各部分的實(shí)驗(yàn)原理及其在本次設(shè)計(jì)中的用途3.2.1：logo 的工作原理及其在 4 工位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用(1)LOGO 的選型Logo 的種類非常繁多，不同種類之間的功能設(shè)置差異很大，這既給 logo 機(jī)型的挑選提供了十分廣闊的空間，同時(shí)也帶來(lái)了一定的難度。機(jī)型選擇的基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的前提下，力爭(zhēng)最好的性價(jià)比，并有一定的升級(jí)空間。考慮到本次設(shè)計(jì)的 4 工位控制系統(tǒng)只有 4 個(gè)工位，且開關(guān)量居多，模擬量較少；對(duì)于開關(guān)量控制為主的系統(tǒng)而言，一般 logo 的響應(yīng)速度足以滿足控制的要求，但是在設(shè)計(jì)活動(dòng)中，經(jīng)常碰到一些估計(jì)的指標(biāo)，在設(shè)計(jì)活動(dòng)中需要進(jìn)行局部調(diào)整，另外模塊式logo 排除故障所需時(shí)間短；我們估算輸入輸出接口比較。因此我們選用 PLC LOGO 24RC 和一個(gè)擴(kuò)展模塊 LOGO DM 8 12/24R 就可以滿足要求。其中 PLC LOGO 24RC 其自身有八個(gè)輸入，四個(gè)輸出（最大 10A，繼電器輸出） 。使用 24V 直流電源。再選用一個(gè)擴(kuò)展模塊 DM8 12/24R 含有八個(gè)輸入（數(shù)字量） ，八個(gè)輸出（繼電器輸出） ，該模塊使用 24V 直流電源。選用以上器件可完成控制裝置的設(shè)計(jì)。(2)LOGO 的一些相關(guān)指標(biāo)LOGO! 標(biāo)識(shí)符提供您各種不同特性的信息：其中 12 表示 12 V DC 型；24 表示 24 V - 6 -DC 型；230 表示 115…240 V AC 型；R 表示繼電器輸出（沒有 R 則為固態(tài)晶體管輸出）；C 表示集成的周定時(shí)器；O 表示無(wú)顯示的型式（ “LOGO! Pure”） ；DM 表示數(shù)字量模塊；AM 表示模擬量模塊；CM 表示通訊模塊（例如 EIB/KNX 模塊） 。通常為了 LOGO 的最優(yōu)性能，首先安裝數(shù)字量模塊，然后安裝模擬量模塊。數(shù)字量模塊只能連接到有相同電壓等級(jí)的設(shè)備?？梢赃B接模擬量模塊和通訊模塊到任何電壓等級(jí)的設(shè)備，LOGO 的電源通常正極經(jīng)一保險(xiǎn)絲（2.0A ）和 LOGO 的 L+相連，負(fù)極 M和電源負(fù)極直接連接。（3）對(duì)所選 LOGO 模塊的特性介紹LOGO DM8 12/24RC 的輸入：輸入：4 個(gè)（數(shù)字量輸入）輸入電壓 12/24VDC輸入電壓電流：信號(hào)狀態(tài) 0：12V DC,>2mA斷路保護(hù)：需要外部保險(xiǎn)絲LOGO DM8 12/24RC 的輸出4 個(gè)繼電器輸出LOGO! 可以識(shí)別、讀取和開關(guān)所有擴(kuò)展模塊的 I/O，而與擴(kuò)展模塊的類型無(wú)關(guān)。按照擴(kuò)展模塊的安裝順序來(lái)表達(dá) I/O。LOGO 24RC 的特殊功能：高速輸入：I5、I6 ，其為高速計(jì)數(shù)輸入，用于連接光電編碼器等設(shè)備用來(lái)計(jì)高速脈沖。模擬量輸入：I7、I8 兩個(gè)端口既可以用來(lái)做模擬量輸入端口，也可以用來(lái)做數(shù)字量輸入端口，具體在編程時(shí)自己定義。輸入 I7/I8 提供數(shù)字量功能和輸入 AI1 以及 AI2 提供模擬量功能LOGO 24RC 計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)：輸入信號(hào)：電壓：L+：信號(hào) 0：12V DC電流：信號(hào) 0：2.5mA輸出類型：繼電器輸出- 7 -輸出電流：最大 0.3A，有短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)，保護(hù)電流約 1A（二）內(nèi)存容量估計(jì)實(shí)驗(yàn)編制的程序和數(shù)據(jù)都保存在內(nèi)存之中，對(duì)所需的內(nèi)存容量要有一個(gè)估算，估計(jì)的太小則會(huì)造成編程和使用的困難，估計(jì)得太大又會(huì)浪費(fèi)資源。我們一般會(huì)從下面幾個(gè)因數(shù)來(lái)估計(jì)內(nèi)存大?。?．內(nèi)存利用率 所謂內(nèi)存利用率，就是一個(gè)程序段中的節(jié)點(diǎn)數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器碼所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值。對(duì)于同一個(gè)程序而言，高利用率可以降低內(nèi)存的使用量，還可以縮短掃描時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。2．開關(guān)量輸入和輸出的點(diǎn)數(shù) 一般系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入與輸出的比為 6：4，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，可以算出所需內(nèi)存的字?jǐn)?shù)：所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量（輸入+輸出）總點(diǎn)數(shù)*10=5903．模擬量輸入和輸出的點(diǎn)數(shù) 對(duì)于模擬量的處理需要用到數(shù)字傳送和運(yùn)算的功能，這部分指令的內(nèi)存利用率比較低，因此需要更多的內(nèi)存容量。下面是一般情況下的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：只有模擬量輸入時(shí)：內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點(diǎn)數(shù)*100=400模擬量輸入/輸出共存時(shí)：內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點(diǎn)數(shù)*200=800 所占內(nèi)存約為 40KB，但是考慮到實(shí)際情況，在本系統(tǒng)控制過(guò)程中不存在此種情況。本次基本上都是開關(guān)量。但考慮到第一次做課程設(shè)計(jì)故多留些空間。3.2.2 變頻器原理及其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位: n＝60 f(1－s)/p （3—1）式中 n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 由式(1)可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在 0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就- 8 -是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。(1)變頻器控制方式的特點(diǎn)低壓通用變頻輸出電壓為 380～650V ，輸出功率為 0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。 1.U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）控制方式該控制方式特點(diǎn)：控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 2.電壓空間矢量（SVPWM ）控制方式它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。3.矢量控制（VC）方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia、Ib、Ic 、通過(guò)三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 Im1、It1（Im1 相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流） ，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。- 9 -4.直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC ）方式1985 年，德國(guó)魯爾大學(xué)的 DePenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。5.矩陣式交— 交控制方式VVVF 變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為 l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體方法是： ——控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器方式； ——自動(dòng)識(shí)別（ID）依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對(duì)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別； ——算出實(shí)際值對(duì)應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制； ——實(shí)現(xiàn) Band—Band 控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 Band—Band 控制產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，對(duì)逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。 矩陣式交—交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（<2ms） ，很高的速度精度（ ±2％，無(wú) PG 反饋） ，高轉(zhuǎn)矩精度（<＋3 ％） ；同時(shí)還具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(shí)（包括 0 速度時(shí)） ，可輸出 150％～200％轉(zhuǎn)矩。由于本實(shí)驗(yàn)的控制方式比較簡(jiǎn)單，對(duì)控制的精度要求也不是很高。因此選用第一種控制方式即：U/F=C 的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式比較合理。(2)變頻器在變頻器的主要結(jié)構(gòu)組成- 10 -變頻器主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動(dòng)電路、逆變電路和檢測(cè)取樣電路部分組成。1）驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路是將主控電路中 CPU 產(chǎn)生的六個(gè) PWM 信號(hào)，經(jīng)光電隔離和放大后，作為逆變電路的換流器件（逆變模塊）提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的各種要求，因換流器件的不同而異。同時(shí)，一些開發(fā)商開發(fā)了許多適宜各種換流器件的專用驅(qū)動(dòng)模塊。有些品牌、型號(hào)的變頻器直接采用專用驅(qū)動(dòng)模塊。但是，大部分的變頻器采用驅(qū)動(dòng)電路。這里介紹較典型的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路由隔離放大電路、驅(qū)動(dòng)放大電路和驅(qū)動(dòng)電路電源組成。三個(gè)上橋臂驅(qū)動(dòng)電路是三個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電源電路，三個(gè)下橋臂驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)公共的驅(qū)動(dòng)電源電路。2）保護(hù)電路當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常時(shí)，為了使變頻器因異常造成的損失減少到最小，甚至減少到零。每個(gè)品牌的變頻器都很重視保護(hù)功能，都設(shè)法增加保護(hù)功能，提高保護(hù)功能的有效性。在變頻器保護(hù)功能的領(lǐng)域，廠商可謂使盡解數(shù)，作好文章。這樣，也就形成了變頻器保護(hù)電路的多樣性和復(fù)雜性。有常規(guī)的檢測(cè)保護(hù)電路，軟件綜合保護(hù)功能。有些變頻器的驅(qū)動(dòng)電路模塊、智能功率模塊、整流逆變組合模塊等，內(nèi)部都具有保護(hù)功能。3）開關(guān)電源電路開關(guān)電源電路向操作面板、主控板、驅(qū)動(dòng)電路及風(fēng)機(jī)等電路提供低壓電源。直流高壓P 端加到高頻脈沖變壓器初級(jí)端，開關(guān)調(diào)整管串接脈沖變壓器另一個(gè)初級(jí)端后，再接到直流高壓 N 端。開關(guān)管周期性地導(dǎo)通、截止，使初級(jí)直流電壓換成矩形波。由脈沖變壓器耦合到次級(jí)，再經(jīng)整流濾波后，獲得相應(yīng)的直流輸出電壓。它又對(duì)輸出電壓取樣比較，去控制脈沖調(diào)寬電路，以改變脈沖寬度的方式，使輸出電壓穩(wěn)定。4）主控板上通信電路當(dāng)變頻器由可編程（PLC）或上位計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面等進(jìn)行控制時(shí)，必須通過(guò)通信接口相互傳遞信號(hào)。變頻器通信時(shí)，通常采用兩線制的 RS485 接口。西門子變頻器也是一樣。兩線分別用于傳遞和接收信號(hào)。變頻器在接收到信號(hào)后傳遞信號(hào)之前，這兩種信號(hào)都經(jīng)過(guò)緩沖器 A1701、75176B 等集成電路，以保證良好的通信效果。5）外部控制電路變頻器外部控制電路主要是指頻率設(shè)定電壓輸入，頻率設(shè)定電流輸入、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)及停止運(yùn)行控制，多檔轉(zhuǎn)速控制。頻率設(shè)定電壓（電流）輸入信號(hào)通過(guò)變頻器內(nèi)- 11 -的 A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入 CPU。其他一些控制通過(guò)變頻器內(nèi)輸入電路的光耦隔離傳遞到 CPU中。變頻器的核心部分——控制電路組成控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運(yùn)算電路、主電路的電壓、電流檢測(cè)電路、電動(dòng)機(jī)的速度檢測(cè)電路、將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路。無(wú)速度檢測(cè)電路為開環(huán)控制。在控制電路增加了速度檢測(cè)電路，即增加速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制。1)運(yùn)算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。2)電壓、電流檢測(cè)電路與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。3)驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路，它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。4)I/0 輸入輸出電路為了變頻器更好人機(jī)交互，變頻器具有多種輸入信號(hào)的輸入(比如運(yùn)行、多段速度運(yùn)行等)信號(hào)，還有各種內(nèi)部參數(shù)的輸出“比如電流、頻率、保護(hù)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)等)信號(hào)。5)速度檢測(cè)電路以裝在異步電動(dòng)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器 (TG、PLG 等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。6)保護(hù)電路檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值變頻器使用中應(yīng)該注意的一些問(wèn)題當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩變化*1:工頻電源由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源（商用電源）*2:起動(dòng)電流當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng)。我們經(jīng)常聽到下面的說(shuō)法："電機(jī)在工頻電源供電時(shí)（*1）時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)和加速?zèng)_擊- 12 -很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些"。如果用大的電壓和頻率起動(dòng)電機(jī)，例如使用工頻電網(wǎng)直接供電，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)沖擊（大的起動(dòng)電流(*2)） 。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉(zhuǎn)矩值。所以變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)起動(dòng)電流要小些。通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說(shuō)明。通過(guò)使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)變頻器調(diào)速到大于 60Hz 頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低。通常的電機(jī)是按 50Hz(60Hz)電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.(T=Te,P<=Pe) 變頻器輸出頻率大于 50Hz 頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于 60Hz 頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在 100Hz 時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到 50Hz 時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的 1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速.(P=Ue*Ie)本次設(shè)計(jì)需要使用到變頻器的制動(dòng)功能，因此還需要了解一些制動(dòng)的相關(guān)原理。變頻器制動(dòng)的情況制動(dòng)的概念指電能從電機(jī)側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。 負(fù)載的能量分為動(dòng)能和勢(shì)能. 動(dòng)能(由速度和重量確定其大?。╇S著物體的運(yùn)動(dòng)而累積。當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí)，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。 機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動(dòng)裝置把物體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。而在本次設(shè)計(jì)中同時(shí)應(yīng)用了機(jī)械抱閘裝置，提高了定位精度。對(duì)于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)過(guò)程. 由制動(dòng)產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負(fù)載,在下降時(shí), 能量(勢(shì)能)也要返回到變頻器(或電源)側(cè), 進(jìn)行制動(dòng)。這種操作方法被稱作“再生制動(dòng)”，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動(dòng)。在減速期間，產(chǎn)生的功率如果不通過(guò)熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做“功率返回再生方法”。在實(shí)際中，這種應(yīng)用需要“能量回饋單元”選件。在本次實(shí)驗(yàn)中主要應(yīng)用變頻器的啟動(dòng)和制動(dòng)功能，利用變頻器實(shí)現(xiàn)下圖的電機(jī)運(yùn)行曲線：- 13 -圖 3—3 電機(jī)運(yùn)行曲線利用變頻器在 OA 段實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)滑塊碰到限位開關(guān)時(shí)電機(jī)開始制動(dòng)在 BE 段實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，完成定位。其中制動(dòng)時(shí)間根據(jù)制動(dòng)的距離而定。在本次實(shí)驗(yàn)中采用能耗制動(dòng)方式。3.2.3: 實(shí)驗(yàn)用電機(jī)型號(hào)及其參數(shù)選擇本次實(shí)驗(yàn)所用電機(jī)為香港東方電機(jī)型號(hào)為 M425—402。其參數(shù)如下：P W=25W，f=50/60HZ，n=90～1400/90～1700,U N=200/220IN=0.4A將其參數(shù)出入到變頻器中實(shí)現(xiàn)變頻器的控制。- 14 -4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 基于常用電氣的原理圖設(shè)計(jì)4.1.1 主回路接線原理系統(tǒng)圖所設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)一共四層，每一個(gè)樓層均有層指示燈，每層均設(shè)有呼叫開關(guān)；工作中的電梯控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)各種呼叫信號(hào)和當(dāng)前的位置狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，再確定下一個(gè)位置狀態(tài)。具體設(shè)計(jì)步驟如下： （1） 開始時(shí)，轎箱位于一層（2） 當(dāng)外部用戶發(fā)出去某個(gè)樓層的呼叫信號(hào)時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，當(dāng)碰到該樓層的限位開關(guān)是電機(jī)開始制動(dòng)，到達(dá)該層時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轎箱停在該層，若該層是四層，則再次發(fā)出去另一個(gè)層的信號(hào)時(shí)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，當(dāng)碰到要去的樓層的限位開關(guān)是電機(jī)開始制動(dòng)，直到定在該樓層：若上次停的不是四層，則要首先判斷電機(jī)應(yīng)該正轉(zhuǎn)啟動(dòng)還是反轉(zhuǎn)啟動(dòng)。如此響應(yīng)用戶請(qǐng)求完成電梯位置控制。（3） 當(dāng)轎廂在去某個(gè)工位的過(guò)程中，又有令一個(gè)樓層請(qǐng)求則其先響應(yīng)以前的請(qǐng)求信號(hào)，當(dāng)轎廂到達(dá)前一個(gè)目的樓層后再連續(xù)響應(yīng)第二個(gè)樓層請(qǐng)求。②主回路接線原理系統(tǒng)圖（為使全圖看起來(lái)更加明晰，電源省略未畫）- 15 -圖（4—1）4 工位控制系統(tǒng)實(shí)物接線圖4.1.2 控制回路原理接線圖控制回路符號(hào)說(shuō)明：到某位置輸入開關(guān) SB1,SB2,SB3,SB4層下接近開關(guān) STX2,STX3,STX4層上接近開關(guān) STS1,STS2,STS3位置開關(guān) ST1,ST2,ST3,ST4電梯上行接觸器 KM1 電梯下行接觸器 KM2層指示繼電器 KA1,KA2,KA3,KA4中間繼電器 KA0,KA5,KA6,KA7,KA8,KA9,KA10- 16 -一層二層三層四層位置開關(guān) ST4位置開關(guān) ST4層上接近開關(guān)STS3層下接近開關(guān)STX4位置開關(guān) ST3層下接近開關(guān)STX3層下接近開關(guān)STX2層上接近開關(guān)STS2位置開關(guān) ST2層上接近開關(guān)STS1圖 4—2 四層電梯位置控制示意圖- 17 -NLST3ST4ST4KA4KA4ST2ST1ST4KA0KA3ST3KA0KA2ST1 ST2 ST4KA2ST3ST1ST2KA0KA1KA1ST3ST2ST1KA0ST3ST3ST2KA0ST1KA3- 18 -KA8KA8KA4SB4KA7KA3SB3KA6SB2 KA2KA6KA5SB1KA5KA1KA7- 19 -KA7 KA4KA4KA3KA6KA5 KM2KM1KA9KA8KA2KA7 KA1KM1KM2KA9KA1KA6- 20 -KA10KA8STX4STX3KA7STS3STX2STS2 KA6KA5STS1KA9KA10KA9SB4SB3SB2SB1- 21 -4.2 編程過(guò)程其用梯形圖和語(yǔ)句表編制的程序如下輸入：到某位置的輸入開關(guān) ： SB1 SB2 SB3 SB4工位右接近開關(guān)： ST X2 STX3 STX4工位左接近開關(guān)： ST S1 STS2 STS3位置開關(guān)： ST 1 ST2 ST3 ST4 輸出：電梯左行接觸器 ： Y5電梯右行接觸器 ： Y6工位指示繼電器 ： Y 1 Y2 Y3 Y4接口也所對(duì)應(yīng)的開關(guān)或者繼電器：SB 1 （I0.4） SB 2 (I0.5) SB3 (I0.6)SB4 (I0.7); STX2 (I1.3) STX3 (I1.4) STX4 （I1.5）;STS1 （I1.0） STS2 （I1.1） ST S3 (I1.2); ST1 (I0.0)ST2 （I0.1） ST 3 (I0.2) ST4(I0.3)Y5(Q1.0) Y6(Q1.1) Y1（Q1.2） Y2(Q1.3) Y3(Q1.4) Y4（Q1.5）梯形圖- 22 -- 23 -- 24 -- 25 -將去轉(zhuǎn)化成語(yǔ)句表語(yǔ)言如下- 26 -- 27 -- 28 -- 29 -4.3 編程結(jié)果的可行性分析（1）現(xiàn)在要求 4 工位控制系統(tǒng)中的轎廂去工位 1，則閉合 ST1 即閉合 I0.0 此時(shí) Q0.0 閉合此時(shí)位置顯示電路中的去工位 1 的繼電器 Y1 閉合顯示要去 1 工位。則首先判斷轎廂當(dāng)前位置若其就在工位 1，此時(shí)常閉觸點(diǎn)一、Y1 斷開，此時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)轎廂位于原來(lái)位置不動(dòng)。若此時(shí)其不在工位 1，則右行通路開通電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)當(dāng)碰到工位 1 的限位開關(guān)是電機(jī)開始制動(dòng)停車在工位 1 定位，若在工位 1 并未定位則啟動(dòng)抱閘裝置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。（2）現(xiàn)要求轎廂去工位 2，則閉合 ST2 此時(shí) Q0.0 仍熱閉合此時(shí)位置顯示電路中的去工位2 的繼電器 Y2 閉合顯示去 2 工位。此時(shí)仍然先判斷此時(shí)轎廂所處的工位若其位于工位2，則電機(jī)不轉(zhuǎn)，若其位于工位 1 則電機(jī)開始正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，若其位于工位 3 或者是位于工位 4 則電機(jī)開始反轉(zhuǎn)啟動(dòng)。當(dāng)碰到工位 2 的限位開關(guān)時(shí)電機(jī)開始制動(dòng)停車，工位 3 的情況和工位 2 的情況類似。（3）若要求轎廂去工位 4，其與去工位 1 的情況大體類似，只不過(guò)此時(shí)電機(jī)開始正轉(zhuǎn)啟動(dòng)同樣，遇到工位 4 的限位開關(guān)開始制動(dòng)停車。- 30 -5 結(jié)論及課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)是在徐林老師的指導(dǎo)下完成的。在本次 4 工位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中徐林老師給了我們悉心的指導(dǎo)，告訴了我們?nèi)绾尾拍軌蚝芎玫耐瓿蛇@次課程設(shè)計(jì)。教會(huì)了我們?nèi)绾螐膶?shí)際中找到實(shí)例來(lái)幫助設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)。謹(jǐn)此像徐林老師致以衷心的感謝。在本次課程設(shè)計(jì)中，我擔(dān)任組長(zhǎng)，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)我們深刻了解了 4 工位控制系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用。雖然未曾通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)我們課程設(shè)計(jì)的可行性，但通過(guò)理論分析，我們理解了電梯是如何工作的以及各個(gè)信號(hào)之間是怎么傳遞和控制的，特別是對(duì)可編程控制器 PLC（LOGO）有了深刻的了解，體會(huì)到了這種裝置的優(yōu)越性。對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)有了很大的幫助。- 31 -6 參考文獻(xiàn)『1』 張根銀 張智杰 LOGO!在變頻器控制中的應(yīng)用 The Application of LOGO! in the Control of the Frequency Converter 《Electrotechnical Application》 2002 年第七期『2』 熊幸明 工廠電氣控制技術(shù) 2005 清華大學(xué)出版社『3』 孫振強(qiáng) 可編程控制器原理及應(yīng)用教程 2005 清華大學(xué)出版社『4』 王小曼 《通用變頻器選型、應(yīng)用與維護(hù) 2005 人民郵電出版社『5』 史信芳 《電梯技術(shù)原理、維修、管理》1989 電子工業(yè)出版社『6』 芮靜康 《電梯電氣控制技術(shù)》 2005 中國(guó)建筑工業(yè)出版社『7』 喬?hào)|凱 徐長(zhǎng)青 基于 PLC 控制交流變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)的研究 吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文 2006 9『8』 師素文 張廣紅 基于 PLC 的電梯控制模型設(shè)計(jì) 《 機(jī)械工程與自動(dòng)化》 2006 年 4 月第二期『9』 顧德仁 徐匯剛 郭文華 基于 PLC 的電梯高精度位置控制的實(shí)現(xiàn) 《微計(jì)算機(jī)信息》2007 年第 23 卷第 5-1 期『10』 孫厚環(huán) 白崇哲 基于 PLC 脈沖選層的電梯控制系統(tǒng) 《電氣傳動(dòng)》 2003 年第一期 - 32 -7 附錄在本次課程設(shè)計(jì)中，我重點(diǎn)負(fù)責(zé)可編程控制器件 LOGO 的原理及應(yīng)用，通過(guò)對(duì)LOGO 的研究我深刻體會(huì)到了 LOGO 的優(yōu)越行，其比原始的控制器件更加優(yōu)越，可通過(guò)編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，控制精度得到了很大的提高。并且 LOGO 還有相應(yīng)的擴(kuò)展模塊，使功能得到了相應(yīng)的擴(kuò)展。自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：4 工位 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 自動(dòng)化 053 班 學(xué) 號(hào)： 20052582 姓 名： 杜超 指導(dǎo)教師： 徐林 李繼學(xué) 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2008.6.16-----2008.7.4 I摘 要4 工位 PLC 控制系統(tǒng)在實(shí)際中有很大的應(yīng)用與其直接相關(guān)的就是電梯控制系統(tǒng)，因此本次設(shè)計(jì)的大體思路和電梯控制有很多相似之處，都是控制準(zhǔn)確定位的系統(tǒng)。文章闡述了以四層電梯為模型的假想四工位控制的基本原理，介紹了四工位控制系統(tǒng)的總體程序設(shè)計(jì)方案，介紹了 4 工位 PLC （LOGO）控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)過(guò)程，列出了具體的主要硬件電路和控制電路，工位的控制梯形圖以及工位控制的語(yǔ)句表，給出了系統(tǒng)組成框圖，并分析了系統(tǒng)在實(shí)際工作過(guò)程中出現(xiàn)的具體情況并進(jìn)行了仔細(xì)的分析和說(shuō)明。同時(shí)文章也對(duì)在本次設(shè)計(jì)中用到的 LOGO 和變頻器的原理以及使用方法做了詳盡的描述，在分析邏輯信號(hào)的基礎(chǔ)上指出了 PLC(LOGO)的編程方法，作出了系統(tǒng)程序的梯形圖和語(yǔ)句表。該系統(tǒng)采用限位開關(guān)和抱閘，兩種控制定位的裝置，增強(qiáng)了系統(tǒng)定位的準(zhǔn)確性。關(guān) 鍵 字：4 工位控制 PLC（LOGO） 程序設(shè)計(jì) 梯形圖 語(yǔ)句表II目 錄摘要 …………………………………………………………… Ⅰ1 概述……………………………………………………………12 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……………………………………………12.1 設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………12.2 設(shè)計(jì)要求…………………………………………………13 理論設(shè)計(jì) …………………………………………………13.1 方案論證 …………………………………………………13.1.1 工位控制系統(tǒng)連接框圖及信號(hào)傳輸說(shuō)明…………………………13.1.2：利用限位開關(guān)實(shí)現(xiàn) 4 工位控制 ………………………………23.1.3：4 工位 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的討論 ………………………33.2 控制系統(tǒng)中各部分的實(shí)驗(yàn)原理及其在本次設(shè)計(jì)中的用途 ……………43.2.1：logo 的工作原理及其在 4 工位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ………………43.2.2：變頻器原理及其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用……………………………63.2.3: 實(shí)驗(yàn)用電機(jī)型號(hào)及其參數(shù)選擇 ………………………………124 系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………124.1 基于常用電氣的原理圖設(shè)計(jì)………………………………………124.1.1 主回路接線原理系統(tǒng)圖 …………………………………………124.1.2 控制回路原理接線圖……………………………………………134.2 編程過(guò)程 …………………………………………………………19 4.3 編程結(jié)果的可行性分析 …………………………………………27 5 結(jié)論及課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) …………………………………………27III6 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………287 附錄 ……………………………………………………………29課程設(shè)計(jì)報(bào)告院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)械電子工程 班級(jí)： 0601 學(xué)號(hào)： 03 學(xué)生姓名： 童 海 峰 指導(dǎo)教師姓名： 吳晨曦 黃菊生 日期： 2009 年 6 月 08 日—6 月 19 日 設(shè)計(jì)題目：四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄一.設(shè)計(jì)要求及任務(wù)二.進(jìn)度安及完成時(shí)間三.四工位組合機(jī)床工作原理與過(guò)程分析四.程序控制方案五.PLC 的硬件接線圖，I/O 分配表，操作面板。六.電氣原理圖七.液壓控制圖八.相關(guān)元器件的選擇九.部分程序的分析十.心的體會(huì)參考資料 附件：程序一.設(shè)計(jì)要求及任務(wù)1.設(shè)計(jì)要求（1）用 PLC 進(jìn)行控制；（2）單周期與手動(dòng)兩種工作方式（3）能急停操作（4）程序調(diào)試。2.設(shè)計(jì)任務(wù)(1)分析工作原理與過(guò)程，程序控制方案；(2)繪制工作流程圖或順序功能圖；(3)繪制 PLC 的硬件接線圖及電氣原理圖，液壓控制圖；(4)相關(guān)元器件的計(jì)算與選型，制定明細(xì)表與 I/O 分配表；(5)編寫程序梯形圖或指令表；(6)編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。二.進(jìn)度安及完成時(shí)間1.設(shè)計(jì)時(shí)間兩周，2009 年 06 月 08 日至 2009 年 06 月 19 日2.進(jìn)度安排第 17 周：布置設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱資料，熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)，軟硬件設(shè)計(jì)。第 18 周：調(diào)試程序，整理資料，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。答辯，交設(shè)計(jì)作業(yè)。三.四工位組合機(jī)床工作原理與過(guò)程分析本機(jī)床對(duì)零件的進(jìn)行鉆孔,擴(kuò)孔,攻絲等工序的加工,采用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳送零件,按照工藝流程分三個(gè)工位進(jìn)行加工,并安排一個(gè)裝卸工位來(lái)裝卸工件.當(dāng)用人工將一個(gè)工件安裝在夾具上,且三個(gè)加工工位的動(dòng)力頭已加工完成,并退回到原位后,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自動(dòng)微抬.抬起到位,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)吊自動(dòng)轉(zhuǎn)位.轉(zhuǎn)位到位后,自動(dòng)定位夾緊.夾緊后,即向各工位發(fā)出向前主令,各工位動(dòng)力頭按自己的程序進(jìn)行加工.與此同時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)自動(dòng)復(fù)位,為下次轉(zhuǎn)位做準(zhǔn)備.各工位加工完成,向系統(tǒng)匯報(bào)完成信號(hào).同時(shí)各工位動(dòng)力頭自動(dòng)退回原位,回到原位后,即向系統(tǒng)匯報(bào)原位信號(hào).當(dāng)所有工位動(dòng)力頭都回到原位,裝卸工位又裝好了新的工件時(shí),則系統(tǒng)又開始進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的加工.各單機(jī)工作原理1. 回轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理按下回轉(zhuǎn)臺(tái)工作按鈕后，電磁閥 S01 通電，使得回轉(zhuǎn)臺(tái)微抬，碰到行程開關(guān) SQ02，電磁閥 S01, S03 通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)開始回轉(zhuǎn)，當(dāng)碰到行程開關(guān) SQ03，電磁閥 S01, S03, S05 通電，使得回轉(zhuǎn)臺(tái)低回；離開行程開關(guān) SQ03 電磁閥 S01, S04, S05 通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)反靠；碰到行程開關(guān) SQ04,電磁閥 S02 通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊；當(dāng)壓力繼電器 KP1 發(fā)出信號(hào)，電磁閥 S02, S06 通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)脫離；碰到行程開關(guān) SQ05，電磁閥 S02, S04, S06 通電，回轉(zhuǎn)臺(tái)返回；碰到行程開關(guān) SQ01，回轉(zhuǎn)液壓缸返回原位等待下一次循環(huán)。2. 鉆孔工作原理按下鉆孔工作按鈕，電磁閥 S11, S13 通電，鉆孔工位快進(jìn)；當(dāng)碰到行程開關(guān) SQ12,電磁閥 S11,接觸器線圈 KM3 通電，鉆孔工位轉(zhuǎn)為工進(jìn)，同時(shí)鉆孔電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)碰到行程開關(guān) SQ13，電磁閥 S12, S13 通電，鉆孔工位快退；當(dāng)碰到行程開關(guān) SQ11,接觸器線圈 KM3 斷電，鉆孔電動(dòng)機(jī)停止，鉆孔工位返回到了原位。3. 擴(kuò)孔工作原理當(dāng)工作臺(tái)夾緊后，S05 、1DP 發(fā)出信號(hào)，電磁鐵 10YA 帶電，擴(kuò)孔液壓桿快進(jìn)，碰到行程開關(guān) S22，電磁鐵 13YA 帶電，液壓桿工進(jìn)。碰到行程開關(guān)S23，10YA、 13YA 斷電，11YA 帶電，液壓桿快退。碰到 S21,11YA 斷電，擴(kuò)孔工位回原位。4. 攻絲工作原理按下攻絲工作按鈕，電磁閥 S31 通電，攻絲工位快進(jìn)；碰到行程開關(guān) SQ32,工位停止，接觸器線圈 KM5 通電，攻絲電動(dòng)機(jī)正傳開始；碰到行程開關(guān)SQ33，接觸器線圈 KM6 通電，攻絲電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；碰到行程開關(guān) SQ34，攻絲電動(dòng)機(jī)停止，電磁閥 S32 通電，工位快退；碰到行程開關(guān) SQ31,攻絲工位返回原位停止，等待下次循環(huán)。四.程序控制方案四工位機(jī)床的控制方案可以用下面的順序功能圖表示 五.PLC 的硬件接線圖，I/O 分配表，操作面板。1. PLC 的硬件接線圖KM6KM5KMKMAC220V緊急停車 微抬夾緊快速回轉(zhuǎn)反響定位慢回鉆孔快進(jìn)鉆孔快退擴(kuò)孔快進(jìn)擴(kuò)孔快退鉆孔工進(jìn)擴(kuò)孔工進(jìn)攻絲快進(jìn)攻絲快退攻絲正轉(zhuǎn)攻絲反轉(zhuǎn)負(fù)載電源KM KMFX2N-80MR-001X0 手動(dòng)攻絲反轉(zhuǎn)X1 啟動(dòng) X2 快速回轉(zhuǎn)X3 反向開關(guān)X4 反靠開關(guān)X5 離合器開關(guān)X6 2DP 壓力繼電器 L X7 1DP 壓力繼電器X10 手動(dòng)攻絲正轉(zhuǎn) N X11 工位原點(diǎn)X12 已快進(jìn) COM1X13 已工進(jìn) COM2 X14 手動(dòng)攻絲快進(jìn)X15 手動(dòng)鉆孔快退 Y1X16 手動(dòng)擴(kuò)孔快進(jìn) Y2X17 手動(dòng)擴(kuò)孔工進(jìn)Y3 X35 齒條原位X21 工位原點(diǎn) Y4X22 已快進(jìn)X23 已工進(jìn) Y5X24 手動(dòng)X25 回原點(diǎn) Y6X26 半自動(dòng)X27 手動(dòng)擴(kuò)孔快退 Y7X30 停止X31 工位原點(diǎn) Y10X32 已快進(jìn)及正向攻絲X33 反向攻絲 Y11 X34 已快退X40 手動(dòng)攻絲快退 Y12 X41 微抬X42 手動(dòng)回轉(zhuǎn) Y13X43 手動(dòng)反向X44 手動(dòng)夾緊 Y20X45 手動(dòng)返回X46 手動(dòng)鉆孔快進(jìn) Y21X47 手動(dòng)鉆孔工進(jìn) Y22COM Y232. I/O分配表輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn)X1 啟動(dòng) Y1 微抬X2 快速回轉(zhuǎn) Y3 快速回轉(zhuǎn)X3 反向開關(guān) Y5 慢回X4 反靠開關(guān) Y4 反響定位X6 2DP 壓力繼電器 Y2 夾緊X5 離合器開關(guān) Y6 鉆孔快進(jìn)X35 齒條原位 Y12 鉆孔工進(jìn)X7 1DP 壓力繼電器 Y7 鉆孔快退X12 已快進(jìn) Y10 擴(kuò)孔快進(jìn)X13 已工進(jìn) Y13 擴(kuò)孔工進(jìn)X11 工位原點(diǎn) Y11 擴(kuò)孔快退X23 已工進(jìn) Y20 攻絲快進(jìn)X21 工位原點(diǎn) Y22 攻絲正轉(zhuǎn)X32 已快進(jìn)及正向攻絲 Y23 攻絲反轉(zhuǎn)X33 反向攻絲 Y21 攻絲快退X34 已快退X31 工位原點(diǎn)X41 手動(dòng)微抬X42 手動(dòng)回轉(zhuǎn)X43 手動(dòng)反向X44 手動(dòng)夾緊X45 手動(dòng)返回X46 手動(dòng)鉆孔快進(jìn)X47 手動(dòng)鉆孔工進(jìn)X15 手動(dòng)鉆孔快退X16 手動(dòng)擴(kuò)孔快進(jìn)X17 手動(dòng)擴(kuò)孔工進(jìn)X27 手動(dòng)擴(kuò)孔快退X14 手動(dòng)攻絲快進(jìn)X10 手動(dòng)攻絲正轉(zhuǎn)X0 手動(dòng)攻絲反轉(zhuǎn)X40 手動(dòng)攻絲快退X41 手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)X20 啟動(dòng)X26 半自動(dòng)X24 手動(dòng)X25 回原點(diǎn)X30 停止3.操作面板操作面板手動(dòng)半自動(dòng) 回原點(diǎn)X41 X42 X45 X46 X47 X15 X16 微抬 回轉(zhuǎn) 返回 鉆孔快進(jìn) 鉆孔工進(jìn) 鉆孔快退 擴(kuò)孔快進(jìn) X17 X27 X14 X10 X0 X40 X41 擴(kuò)孔工進(jìn) 擴(kuò)孔快退 攻絲快進(jìn) 攻絲正轉(zhuǎn) 攻絲反轉(zhuǎn) 攻絲快退 啟動(dòng) 負(fù)載電源緊急停車六.電氣原理圖FU2M1 M2 M3FU1 FU3KM1 KM2 KM3FR1 FR2 FR3UVWL1L2L3380VU1 V1 W1 U3 V2 W2 U3 V3 W3U 1V 1W1 U 2V 2W2U 3V 3W3七.液壓控制圖八.相關(guān)元器件的選擇1：PLC 的選擇（要求：輸入點(diǎn)數(shù) 39 點(diǎn)、輸出點(diǎn)數(shù) 15 點(diǎn)、275 條程序指令） 選 FX2N-80MR-001 型號(hào)的 PLC。2：因?yàn)楣ぷ鞴β什皇窍嗖詈艽?，故選擇三個(gè)型號(hào)相同的電機(jī)。所以熱繼電器、接觸器、和熔斷器額型號(hào)都相同。(1)電動(dòng)機(jī)的選擇：估計(jì)液壓泵的功率：P=q*p=8*1440*80/60=15.5kw(1)熱繼電器的選擇：(2)接觸器的選擇：電動(dòng)機(jī)名稱 M1 M2 M3電機(jī)型號(hào) JQ2-64-4 JQ2-64-4 JQ2-64-4功率 17KW 17KW 17KW額定電流 32.9A 32.9A 32.9 A額定轉(zhuǎn)速 1460r/min 1460r/min 1460r/min額定效率 89% 89% 89%額定功率因素 0.88 0.88啟動(dòng)電流/額定電流 7A 7A 7A啟動(dòng)電流/額定電流 1.3A 1.3A 1.3A最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2N.m 2N.m 2N.m熱繼電器名稱 FR1 FR2 FR3型號(hào) LR1-D4053 LR1-D4053 LR1-D4053額定電流 40A 40A 40A熱元件號(hào)（規(guī)格數(shù)） 2 種 2 種 2 種電流調(diào)節(jié)范圍 23—40A 23—40A 23—40A接觸器名稱 KM1 KM2 KM3(3)熔斷器的選擇：3：液壓元器件的選擇吸油過(guò)濾器 YCX 型箱外自封式過(guò)濾器限壓式變量泵 YBP 型 10MPa直通式單向閥 AD 型直通式單向閥減壓閥 YJF3 溢流減壓閥順序閥 X2F 直控式順序閥溢流閥 YF 溢流閥三位五通電磁換向閥 DSG 型兩位四通電磁換向閥 DSG 型液壓缸 C—LA—1—125—C—中壓—R型號(hào) B65 B65 B65約定發(fā)熱電流 80A 80A 80A額定工作電壓 380V 380V 380V額定工作電流 65A 65A 65A熔斷器的名稱 FU1 FU2 FU3型號(hào) NT1 NT1 NT1額定電壓 500V 500V 500V額定電流 250A 250A 250A九. 部分程序的分析初始化程序：該系的初始化程序用來(lái)設(shè)置初始狀態(tài)位置和原點(diǎn)位置條件.IST 指令中 S20和 S53 用來(lái)指定在自動(dòng)操作中用到的最低和最高狀態(tài)的狀態(tài)繼電器元件。 IST中的源程序操作數(shù)可以取 X.Y 和 M，梯形圖中 M30 用來(lái)指定與工作方式有關(guān)的輔助繼電器首元件，它實(shí)際上指定了 M30---M37 具有以下意義：M30(X24):手動(dòng)M31(X25):回原點(diǎn)M32(M8000):單步M33(X28)：?jiǎn)沃芷冢ò胱詣?dòng)）M34(M8000)：連續(xù)運(yùn)行（全自動(dòng)）M35(X20):回原點(diǎn)起動(dòng)M36(X20): 自動(dòng)操作起動(dòng)M37(X30):停止相應(yīng)的工作方式由 X24、X25、X28 來(lái)確定。X24、X25 、X28 是由一個(gè)三個(gè)觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)只能有一個(gè)工作方式。IST 指令的執(zhí)行條件滿足時(shí)，初始狀態(tài)繼電器 S0—S2 和下列特殊輔助繼電器被自動(dòng)指定為以下功能，以后使用 IST 指令的執(zhí)行條件變?yōu)?OFF 時(shí)，這些元件的功能仍保持不變：M8040: 禁止轉(zhuǎn)換M8041: 轉(zhuǎn)換起動(dòng)（從初始狀態(tài)的轉(zhuǎn)換被允許）M8042：起動(dòng)脈沖（按下啟動(dòng)按鈕時(shí)的脈沖輸出）M8043: 回原點(diǎn)完成M8044：原點(diǎn)條件M8047：STL 監(jiān)控有效S0： 手動(dòng)操作的初始轉(zhuǎn)太繼電器S1: 回原點(diǎn)操作的初始狀態(tài)繼電器S2: 自動(dòng)操作的初始狀態(tài)繼電器如果改變了當(dāng)前選擇的工作方式，在“回原點(diǎn)完成”標(biāo)志變?yōu)?ON 之前，所有的輸出繼電器將變?yōu)?OFF。十.心得體會(huì)2009 年 06 月 08 日至 2009 年 06 月 19 日，我們進(jìn)行了為期二周的課程設(shè)計(jì)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我拓寬了知識(shí)面，鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到較大提高。安排課程設(shè)計(jì)的基本目的，在于通過(guò)理論與實(shí)際的結(jié)合、人與人的溝通，進(jìn)一步提高思想覺悟。尤其是觀察、分析和解決問(wèn)題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計(jì)雖然安排在二周進(jìn)行，但并不具有絕對(duì)獨(dú)立的意義。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過(guò)綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。對(duì)我們計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科生來(lái)說(shuō)，實(shí)際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實(shí)際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓我們找出自身狀況與實(shí)際需要的差距，并在以后的學(xué)習(xí)期間及時(shí)補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，為求職與正式工作做好充分的知識(shí)、能力準(zhǔn)備，從而縮短從校園走向社會(huì)的心理轉(zhuǎn)型期。課程設(shè)計(jì)促進(jìn)了我系人才培養(yǎng)計(jì)劃的完善和課程設(shè)置的調(diào)整。近年來(lái)，我系為適應(yīng)學(xué)生的實(shí)踐需要陸續(xù)增設(shè)與調(diào)整了一系列課程，受到同學(xué)的歡迎，其中這次的設(shè)計(jì)很受同學(xué)們的喜歡。課程設(shè)計(jì)達(dá)到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過(guò)對(duì)軟件開發(fā)流程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣，并能夠結(jié)合實(shí)際存在的問(wèn)題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。參考資料：（1）：可編程控制器原理與應(yīng)用 2006 年 8 月第 1 版 主編：范次猛 北京理工大學(xué)出版社（2）：可編程控制器原理與應(yīng)用 2005 年 1 月第 1 版 王立權(quán)、王宗義、王淑鈞、徐景編 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社（3）：工廠常用電氣手冊(cè)（下冊(cè)） 1986 年 5 月第 1 版 水利電力出版社（4）：FX 系列 PLC 編程及應(yīng)用 2008 年 4 月第 1 版 主編:廖常初 機(jī)械工業(yè)出版社（5）：組合機(jī)床設(shè)計(jì)（第三冊(cè) 電氣部分） 1976 年 3 月第 1 版 機(jī)械工業(yè)出版社（6）：液壓與氣動(dòng)技術(shù) 2006 年 9 月第 1 版主編：杜來(lái)林 北京大學(xué)出版社（7）：液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集 2003 年 8 月第 1 版主編：周士昌 機(jī)械工業(yè)出版社附件：