毕业论文-基于plc的组合机床电气控制系统设计与组态

毕业论文-基于plc的组合机床电气控制系统设计与组态内容摘要：

态 — 第二章 11 图 FX2N的基本性能规格图 （ b） 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第二章 12 、 PLC 的 I/O 分配表 本控制系统的 PLC 的输入、输出点数的确定 是 根据控制系统 设计要求和所需控制的现场设备数量加以确定。 （ 1） PLC 的输入端口包括 自动循环工作按钮 、 点动按钮、 油泵启动、总停按钮 、 SA1 等，还包括电动机的热保护继电器输入，输入形式是热继电器的常开触点。 （ 2） PLC 的输出端口包括 运行 指示 灯、交流接触器、继电器等。 PLC 的 I/O 分配表如下所示： 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第二章 13 、 PLC 的 I/O 分配图 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第二章 14 、 变频调速器 、变频器 的概述 变频器是把工频电源 (50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的 控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。 对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路。 变频器的分类 —— 按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为 PAM 控制变频器、 PWM 控制变频器和高载频 PWM 控制变频器；按照工作原理分类，可以分为 V/f 控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、 高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 、变频器原理 变频器的基本构成 变频器分为交 交和交 直 交两种形式。 交 交变频器可将工频交流直接转换成频率、电压均可控制的交流，交 直 交变频器则是先把工频交流通过整流器转换成直流，然后再把直流转换成频率、电压均可控制的交流，其基本构成如图 6 所示。 主要由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成。 整流器主要是将电网的交流整流成直流；逆变器是通过三相桥式逆变电路将直流转换成任意频率的三相交流；中间环节又叫中间储能环节；由于变频器的负载 一般为电动机，属于感性负载，运行中中间直流环节和电动机之间总会有无功功率交换，这种无功功率将由中间环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲；控制电路主要是完成对逆变器的开关控制，对整流图 交 — 直 — 交变频器的基本构成 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第二章 15 器的电压控制以及完成各种保护功能。 变频器的调速原理 三相异步电动机的转速公式： )1(60)1(0 sp fsnn  式中 0n — 同步转速。 f — 电源频率，单位为 Hz。 p — 电动机极对数。 s — 电动机转差率。 从公式可知，改变电源频率即可实现调速。 对异步电动机实行调速时，希望主磁通保持不变，因为磁通太弱，铁芯利用不充分，同样转子电流下转矩减小，电动机的负载能力下降；若磁通太强，铁芯发热，波形变坏。 如何实现磁通不变。 根据三相异步电动机定子每相电动势的有效值为 : mNfE  111 式中 1f — 电动机定子频率，单位为 Hz。 1N — 定子相绕组有效匝 数。 m — 每极磁通量，单位为 Wb。 从公式可知，对 1E 和 1f 进行适当控制即可维持磁通量不变。 因此，异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频器获得电压和频率均可调节的供电电源。 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第二章 16 、变频器的选型 根据设计的机床控制系统对电机的功率 、性能等等的 要求，本机床控制系统设计选择了日本三菱公司生产的 FRF700 系列 通用 变 频 器 中的FRF74022KCHT1。 变频器的参数 —— 变频器用于单纯可变速运行时，可按出厂设定的参数运行即可，若考虑负荷、运行方式时，必须设定必要的参数。 对于三菱FRFR74022KCHT1 变频器的性能参数，可以根据实际需要来设定，文中仅介绍一些常用的参数，有关其他参数，请参考附录或有关设备使用手册。 简单参数一览表 如下 ： 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第二章 17 变频器 的 端子 —— FRF74022KCHT1 型变频器的主接线一般有 6 个端子，其中输入端子 R（ L1）、 S（ L2）、 T（ L3）接三相电源；输出端子 U、 V、 W 接三相电动机，切记不能接反，否则，将损毁变频器，其接线如变频器端子接线图所示。 变频器端子接线 如 图 所示 ： 图 变频器端子接线 图 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第二章 18 、主电路 设计 图 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第三章 19 三、 PLC 控制系统软件设计 PLC 控制系统的设计包括了系统硬件设计和系统软件设计两部分，在上一章已经介绍了本系统的硬件设计。 本章在硬件设计的基础上，将介绍本系统软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件 GXDeveloper 的介绍以及本系统的软件程序设计 等。 、 PLC 的编程语言与编程方法 、 PLC的编程语言 PLC 的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。 目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。 如三菱公司的产品有它自己的编程语言， OMRON 公司的产品也有它自己的语言。 但不管什么型号的PLC， 其编程语言都具有以下特点： 图形式指令结构 、 明确的变量常数 、 简化的程序结构 、 简化应用软件生成过程 、 强化调试手段。 总之， PLC 的编程语 言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。 IEC 中的 PLC 编程语言标准中有五种编程语言：顺序功能图编程语言、梯形图编程语言、功能块图编程语言、指令语句表编程语言、结构文本编程语言。 最常用的就是梯形图编程语言和指令语句表编程语言。 梯形图编程语言：是在原继电器 — 接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。 它是目前用得最多的 PLC 编程语言。 注意：梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓 “ 软接线 ”。 它们 并非是物理实体，而是“软继电器”。 每个“软继电器”仅对应 PLC 存储单元中的一位。 该位状态为“ 1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“ 0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。 梯形图编程格式： （ 1）梯形图按行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。 PLC 程序执行基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第三章 20 顺序与梯形图的编写顺序一致。 （ 2）梯形图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。 每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于继电器线圈或终止母线（有些 PLC 终止母线可以省略）。 （ 3）梯形图的起始母线与线圈 之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。 指令语句表编程语言：助记符语言类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达 PLC 的各种指令。 同一厂家的 PLC 产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。 助记符语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境中。 、 PLC的编程方法 在设计 PLC 程序时，可以根据自己的实际情况，采用下列不同的方法。 经验法 即是运用自己的或别人的经验进行设计，设计前选择与设计要求相类似的成功的例子，并进行修改，增删部分功能 或运用其中部分程序，直至适合自己的情况。 在工作过程中，可收集与积累这样成功的例子，从而可不断丰富自己的经验。 解析法 可利用组合逻辑或时序逻辑的理论，并运用相应的解析方法，对其进行逻辑关系的求解，然后再根据求解的结果，画成梯形图或直接写出程序。 解析法比较严密，可以运用一定的标准，使程序优化，可避免编程的盲目性，是较有效的方法。 图解法 图解法是靠画图进行设计。 常用的方法有梯形图法、时序图（波形图）法及流程图法。 梯形图法是基本方法，无论是经验法还是解析法，若将 PLC 程序转化成梯形图后，就要用到梯形图 法。 时序图（波形图）法适合于时间控制电路，将对应信号的波形画出后，再依时间逻辑关系去组合，就可很容易把电路设计出。 基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第三章 21 流程图法是用框图表示 PLC 程序执行过程及输入条件与输出关系，在使用步进指令的情况下，用它设计是很方便的。 图解法和解析法不是彼此独立的。 解析法要画图，图解法也要列解析式，只是两种方法的侧重点不一样。 技巧法 技巧法是在经验法和解析法的基础上，运用技巧进行编程，以提高编程质量。 还可以使用流程图做工具，讲巧妙的设计形式化，进而编制所需要的程序。 该方法是多种编程方法的综合应用。 计算机辅 助设计 计算机辅助设计是利用 PLC 通过上位链接单元与计算机实现链接，运用计算机进行编程。 该方法需要有相应的编程软件。 、 PLC 编程软件概述 三菱 PLC 编程软件 GXDeveloper 是三菱通用性较强的编程软件，它能够完成 Q 系列、 QnA 系列、 A 系列（包括运动控制 CPU）、 FX 系列 PLC 梯形图、指令表、SFC 等的编辑。 该编程软件能够将编辑的程序转换成 GPPQ、 GPPA 格式的文档，当选择 FX 系列时，还能将程序存储为 FXGP（ DOS）、 FXGP（ WIN）格式的文档，以实现与 FXGP/WINC 软件的文件互 换。 该编程软件能够将 Excel、 Word 等软件编辑的说明性文字、数据，通过复制、粘贴等简单操作导入程序中，使软件的使用、程序的编辑更加便捷。 此外， GXDeveloper 编程软件还具有以下特点。 （ 1）操作简便 ①标号编程。 用标号编程制作程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。 用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。 ②功能块。 功能块是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。 把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易，此外， 零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序使得顺序输入错误。 ③宏。 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令，就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵基于 PLC的组合机床电气控制系统设计与组态 — 第三章 22 活利用了。 （ 2）能够用各种方法和可编程控制器 CPU 连接 ①经由串行通信口与可编程控制器 CPU 连接； ②经由 USB 接口与可编程控制器 CPU 连接； ③经由 MELSEC NET/10（ H）与可编程控制器 CPU 连接； ④经由 MELSEC NET（ II）与可编程控制器 CPU 连接； ⑤经由 CCLink 与可编程控制器 CPU 连 接； ⑥经由 Ether 与可编程控制器 CPU 连接； ⑦经由计算机接口与可编程控制器 CPU 连接； （ 3）丰富的调试功能 ①由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。 通过该软件可进行模拟在线调试，不需要与可编程控制器连接。 ②在帮助菜单中有 CPU 出错信息、特殊继电器 /特殊寄存器的说明等内容，所以对于在线调试过程中发生错误，或者是程序编辑中想知道特殊继电器 /特殊寄存器的内容的情况下，通过帮助菜单可非常简便的查询到相关信息。 ③程序编辑过程中发生错误时，软件会提示错误信息或错误原因，所以能大幅度 缩短程序编辑的时间。 GXDeveloper 编程软件的操作界面为图 7所示 ，该操作界面大致由下拉菜单、工具条、编程区、工程数据列表、状态条等部分组成。 这里需要特别注意的是在FXGP/WINC 编程软件里称编辑的程序为文件，而在 GXDeveloper 编程软件中称之为工程。 与 FXGP/WINC 编程软件的操作界面相比，该软件取消了功能图、功能键，并将这两部分内容合并，作为梯形图标记工具条；新增加了工程参数列表、数据。