电气控制系统的设计.docx

1 章 绪论1.1 选题 的目 的和 意义由于现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的 要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，他的出现极大的推动了制造业的进步机床的控制系统的优劣与机床的加工 精 度息息相 关，特别是PLC广泛应用于 控制 领域 后，已经 显现出它 的 优越 性 可编程控制器PLC 已广泛应 用于 各行 各业的自 动控制 在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点由于镗床的运动 很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采用传统的继电器控制时， 需要的继电器多、接线复杂，因此故障多维修困难，费工费时，不仅 加 大 了 维 修 成 本 ， 而 且 影 响 设 备 的 功效 采 用 PLC 控 制 可 使 接 线 大为简化，不但安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小 了维修量、提高了功效1.2 关于 课 题的 一些 介绍 和 讨论1.2.1 设 计目标 、 研究内 容和 拟 定解决 的 关键问 题完成对 T6113 机床的整个控制系统的设计改造，控制核心是PLC，并使其加工精度进一步提高，加工范围扩大，控制更可靠。

研究内容： 1) T6113的电气系统(PLQ硬件电路设计和在机床上的布局 2) 2) PLC 程 序的 编制 解决的关键问题：PLC对机床各个工作部分的可靠控制电气电路的安全问题的解决1.2.2 题目的 可行性 分析虽然目前数控机床 以其良好的加工性能得到了人们的 肯定，但 是其昂贵的 价格是一般用户望尘莫及的，所以改造现有的机床以达 到使用要求是比较现实的，也是必须的经过实践证明这样的改造 是可以满足大多数情况下的精度和其他加工要求，并且在实践中已 取得的相当好的效益1.2.3 本项目 的创新 之处利 用 PLC 作为 控制 核心 ， 替代传统 机床 的继电器 控制 ，使 得机 床的控制更加灵活可靠，减少了很多中间的机械故障的可能利用 PLC 的 可编 程功 能 使 得变换和改进控制 系 统成为可 能1.2.4 设计产 品的用 途和应用 领 域镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床通常用于加 工尺寸较大、精度要求较高的孔特别是分布在不同表面上、孔距 和位置精度要求较高的孔，如各种箱体，汽车发电机缸体等零件的 孔一般镗刀的旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动在 镗床上除镗孔外，还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔、锪平面等工件。

因此镗床的工作范围较广它可以应用于机械加工的各个领 域，但因其价格比一般机床贵好多，所以在比较大的加工车间才可见到1.3 电气控制 技术 的发 展电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出 新的要求而迅速发展的，从最早的手动控制到自动控制，从简单的 控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储系统现代电气控制技术综合应用了计算机、自动 控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果作为生产机械的电机拖动，已由最早的采用成组拖动方式，发展到今天无论 是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行 程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统由于这种系 统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至 今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式， 也 是学习先进电气控制的基础 这种控制系统的缺点是采用固定的接线方式，灵活性差，工作频率低，触点易损坏，可靠性差从 20 世纪 30 年代开始，生产企业为了提高生产率，采 用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的产品分别组成生产线。

随着产品 类型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改 变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接 触器控制系统采取固定接线方式，很难适应这个要求大型生产线 的控制系统使用的继电器的数量很多，这种有触点的电器工作频率很低，在频繁动作的情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产线 的运 行可 靠性降低为了解 决这个问 题， 20 世纪 60 年代 初期 利用 电子技术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继 电接触式控制系统对复杂的自动控制系统则采用计算机控制，由 于 这 些 控 制 装 置 本 身 存 在 不 足 ， 因 此 均 未 能 获得 广 泛 应 用 1968 年 美 国 最 大 的 汽 车 制 造 商 通 用 汽 车（ GM ）公司 ，为 适 应 汽 车 型 号 不 断 更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继 电接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合起来， 做成一种能适应工作环境的通用控制装置，并把编程方法输入方法 简化美国数字设备公司（ DEC ）于 1969年率先研制出第一台可编 程控制器（简称PL。

并在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功从此以后，许多国家的著名厂商竟相研制，各自成为系列， 而且品种更新很快， 功能不断增强，从最初的逻辑控制为主发展到 能进行模拟量控制， 具有数字运算、数据处理和通信联网等多种功能PLC另一个突出的优点是可靠性很高，平均无故障运行可达10万小时以上， 可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失 当前 PLC 已经成为电气自 动化控制系统中应用最广泛的核心控制装 置电气控制技术的发展始终是伴随着社会生产规模的扩大，生产水平 的提高而前进的 电气控制技术的进步反过来又促进了社会生产力 的进一步提高 同时， 电气控制技术又是与微电子技术、电力电子 技术、检测传感技术、机械制造技术等紧密联系在一起的 21 世纪 电气控制技术必将给人类带来更加繁荣的明天1.4 PLC 的发 展 史、 优势 及 特点1.4.1 发 展史可 编程 控制器 PLC 诞 生之 前，工业 电气 控制主要 使用 低压电器 构成的继电接触器电路，它是以接线逻辑实现控制功能的这样的 控制设备一经生产出来，功能就固定了，若要改变就必须改变控制 器 内 部 的 硬 件 接 线 ， 使 用 起 来 不 灵 活 ， 也 很 麻 烦 。

1968 年 ， 美 国 最 大 的汽 车 制 造 商 —— 通用汽车公司（GM ）为了适应生产工艺不断更新的需要，要寻找一种 比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的 十大条件，立即引起了开发热潮1969 年， 美国数字设备公司（DEC） 研制出了第一台可编程控制器PDP——14，在美国通用汽车公司的生产线上适用成功， 并取 得了满意的效果， 可编程控制 器 由此诞生可编程控制器自问世以来，发展极为迅速 1971 年，日本开始生产可编程控制器， 1973 年， 欧洲开始生产可编程控制 器， 到现在， 世界各国的一些著名的电器工厂几乎都在生产可编程控制 器可编 程控制 器已作为一个独立的工业设备被列入生产中， 成为当代电控装置的主导早期的可编程控制 器主要由分立元件和中小规模集成电路组成， 它采用了 一 些计算机技术， 但简化了 计算机的内部电路， 对工业现 场环境适应性较好， 指令系统简单， 一般只具有 逻辑计算的功能 随 着微 电子 技 术和 集成 电路 的发展， 特别 是微处理 器 和 微计算 机的 迅 速发 展， 在 20 世纪 70 年代 中期，美、日 、德等国 的一 些厂 家在 可编程控制 器中开始更多地引入微机技术， 微处理器及其他大规模集成电路芯片成为其核心部件，使可编程控制器具有了 自诊断功能， 可靠性有了 大幅提高， 性能价格比产生了 新的突破。

到 20 世纪 80 年代，可编程控制器都采用了微处理器（ CPU） 、 只读存储器（ ROM） 、 随机存储器（ RAM）或是单片机作为其核心， 处理速度大大提高， 不仅增加了 多种特殊功能， 体积还进一步缩小 20 世纪 90 年代末， PLC 几乎 完全计算 机化， 其速度 更快 ， 各 种 智能 模块 不 断被开 发出 来， 使其不断地扩展着它在各类工业控制中的作用现在， PLC 不仅能进行逻辑控制 ，在模拟量闭环控制、数字量的 智能控制、数据采集、 监控、 通信联网及集散控制 系统等各方面都得到了 广泛应用如 今，大 、中 型，甚 至小型 PLC 都配有 A/D 、 D/A 转 换及 算术 运算功能， 有的还具有 PID 功能 这些 功能 使 PLC 在模 拟量闭环控制、运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多 PLC 具 有 输 出 和 接 收 高 速 脉 冲 的 功 能 ， 配 合 相 应 的传 感 器 及 伺 服 设 备 ， PLC 可实 现 数 字 量 的 智 能 控 制 ； PLC 配 合 可 编 程 终 端 设 备 ，可 实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、研究工作提供 依据 ， 利 用 PLC 的 自 检 信 号 还 可 以 实 现 系统 监 控 ； PLC 具 有 较强 有利的通信功能，可以与计算机或其他智能装置进行通讯及联网， 从 而能 方 便 地 实 现 集 散 控 制 。

功 能完 备 的 PLC 不 仅 能 满 足 控制 要 求 ， 还能满足现代化大生产管理的需要近 年 来，可 编 程 控 制 器 的 发 展 更 为 迅 速 展 望 未 来 ，可 编程 控 制 器在规模和功能上将向两大方向发展：一是大型可编程控制器向高 速、大容量和高性能方向发展；二是发展简易经济的超小型可编程控制器，以适应单机控制及小型自动化设备的需要另外，不断增 强 PLC 工 业 过 程控 制 的 功能（ 模 拟 量 控 制 能 力 ），研 制 采 用 工业 标 准 总线，使同一工业控制系统中能连接不同的控制设备，增强可编程控制器的联网通信功能，便于分散系统与集中控制的实现，大力开发 智能 I/O 模 块 、 增 强 可 编程 控 制 器 的 功 能 等 也 具有重要意义1.4.2 PLC 的 优势 和 特 点1. 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性往往是用户选择控制装置的首要条件在继电器接触 器控制系统中，由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等 现象 大 大 降 低 了 系 统的 可 靠 性 而 在 PLC 系 统 中 ， 大量 的 开 关动 作 是由 无 触 点 的 半 导 体 电 路 来 完 成 的 ， 加 上 PLC 充 分 考虑 了 工 业 生 产环境电磁、粉尘、温度等各种干扰，在硬件和软件上采取了一系 列 抗 干 扰措 施 ， PLC 有 极 高 的 可 靠 性 。

根 据 有 关 资 料 统 计 ，目 前 个 生 产厂 家 生 产 的 PLC ， 其 平 均 无 故 障 时间 都 大 大超 过 了 IEC 规 定的 10 万 小时 ， 有 的 甚 至达 到 了 几十 万 小 时 2. 适应性强，应用灵活由 于 PLC 产品 均 成 系 列化 生 产 ， 品 种 齐 全 ， 多数 采 用 模块式 的 硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以 满 足 系 统 大 小 不 同 及 功 能 繁 简 各 异 的 控 制 要 求 更 重 要 的 是 ， PLC 系 统相对继电器接触器控制系统，接线很少3. 编程方便，容易使用PLC 。