二次工作进给的液压动力滑台的PLC控制系统.docx
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二次工作进给的液压动力滑台的PLC控制系统
设计题目
设计要求是二次工作进给的液压动力滑台的PLC控制系统。
要求能手动控制与自动控制。
手动控制能实现点动，工进，快进，快退及无条件返回，而自动控制能实现单步，单周期和连续操作。
电机工作参数为：
电机
计算功率
供电电压
工作电流
同步转速
动力头电机M1
11KW
380V
19.9A
1450
液压泵电机M2
1.1KW
380V
2.67A
1450
冷却泵电机M3
0.15KW
380V
0.43A
2790
工作状态如下图
YA1
YA2
YA3
快进
+
-
+
工进
+
-
-
暂停
+
-
快退
-
+
-
快进
工进
暂停
快退
ST1ST2ST3
一PLC系统分析和选择
要求能手动控制与自动控制。
手动控制能实现点动，工进，快进，快退及无条件返回，而自动控制能实现单步，单周期和连续操作。
手动控制与自动控制可以通过转换开关选择，
点动，工进，快进，快退可以通过手动控制面版选择。
液压动力滑台的动作过程比较固定，控制过程不复杂，可以通过置位和复位指令和一些基本指令来实现
（一）明确液压动力滑台具体操作方式。
手动操作是对滑台的每一种动作进行单独控制。
例如当选择快进时，按下起动按钮，滑台快进，当选择工进时，按下起动按钮，滑台工进；当选择快退时，按下起动按钮滑台后退单步操作
每按一次起动按钮，滑台完成一步动作后自动停止。
连续操作滑台从原点开始，按下起动按钮，滑台的动作将自动地，连续地周期性循环。
在工作中若按下停止按钮，则滑台动作停止。
重新起动时，须用手动操作方式将滑台移回原点，然后按下起动按钮，滑台又重新开始连续操作。
在工作中若按下复位按钮，则滑台将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。
单周期操作按下起动按钮从原点开始，按下起动按钮，滑台完成一个周期的自动循环后停止。
在工作中若按一下停止按钮，则滑台动作停止。
重新起动时，须用手动操作方式将滑台移回原点，然后按下起动按钮，滑台又重新开始单周期操作。
无条件返回扳道转换开关到无条件返回处，无论液压动力滑台是任何运动方式，都以快退形式回到原点
（二）输入输出设计
按照以上要求输入信号有：
起动按钮，停止按钮；快进，工进，点动，快退和停止限位开关；操作方式选择开关（4位）和手动运动选择开关（4位）。
图是操作面板布置图。
二PLC的机型选择
（一）PLC容量估算
1I/O点数的估算
根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后调整和扩充．一般应加上10％－15％的备用量。
因为液压滑台PLC的总点数为22点（14个输入点，8个输出点），选用PLC的I/O点数为32点
（二）用户存储容量的估算
还没有选择哪种PLC和编程，不知道程序大小，因此采用经验法则公式，这个公式是将I/O的总点数乘以一常数（常数通常在3－8之间选取），24*8=192B
（三）指令系统
使用的指令主要应包括逻辑指令、运算指令和功能指令。
不需要其它功能指令
（四）机型选择的其他考虑
工作环境不是太恶劣，即环境温度在0～40度之间；空气的相对湿度小于85%，电磁干扰小等。
一般的PLC都能满足要求。
（五）是否在线编程
液压动力滑台的动作过程比较固定，不需要在线生产现场调试、修改程序
因此，不需要在线编程。
终合上述：
II/O点数为32点，用户存储容量小，使用的指令主要是逻辑指令、运算指令和功能指令；液压动力滑台的动作过程比较固定，环境条件较好，控制过程不复杂；因为液压动力滑台过程控制是开关量控制的应用系统，而且控制速度不高,在液压动力滑台过程控制中没有模拟量输入，也没有比较环节等，因此不需要A/D转换功能，PID调节功能，闭环控制功能，通信联网功能；液压动力滑台过程控制对PLC的处理速度要求不高，允许执行一条基本指令的时间不超过0.5us；不需要采用高速响应模块。
因此选用整体式结构的小型三菱PLC-FX-2N机型。
三熟悉小型三菱PLC-FX-2N机型一般技术指标
（一）硬件指标
环境
温度
0～55℃
环境
湿度
35﹪～89﹪RH（不接露）
抗振
JISC0911标准10～55Hz0.5mm（最大ZG）3轴方向各3次
抗冲击
JISC0912标准10G3轴方向各3次
抗燥声干扰
用噪声仿真产生电压为1000Vp，噪声脉冲宽度为，脉冲频率为30～100的噪声，在此噪声干扰下PC工作正常
耐压
AC1500V1min
各端子与接地端之间
绝缘
电阻
5000欧以上
接地
第3种接地。
不能接地时，亦可悬空
使用
环境
禁止腐蚀性气体，严禁尘埃
（二）软件指标
FX-2N可编程控制器的各项软件指标
项目
性能指标
注释
操作控制方式
反复扫描程序
有逻辑控制器LSI执行
I/O刷新方式
批处理方式（在END指令执行时成批刷新）
有直接I/O指令及输入滤波器时间常数调整指令
操作处理时间
基本指令:
0.74us/步
功能指令:
几百微妙/秒
输入继电器
DC输入
24VDC,7Ma,光电隔离
X0～X177（8进制）
I/O电数一共128点
＿
＿
输出继电器
继电器
250AVAC,30VDC,2A（电阻负载）
Y0～Y177（8进制）
双向晶闸管
242AC,0.3A/点,0.8A/4点
晶体管
30VDC,0.5A/点,0.8A/4点
辅助继电器
通用型
M0～M499（500点）
范围可通过参数设置来改变
锁存型
电池后备（保持）
M500～M1023（524点）
特殊型
M8000～M8255（256点）
四I/O模块
（一）输入电压
PLC自带的输入口电源一般为直流24V.输入口每一点的电流定额一7mA,这个电流是输入口短接时产生的最大电流（端口本身纯存在阻抗）.当输入口上接有一定阻抗的负载时,其流过的电流就要减少,PLC输入口信号传递所需的最小电流一般为2mA左右,这样就规定了输入口接人的最大阻抗.为了保障最小有效电流,输入口所接器件的总阻抗要小于2000欧.从另一方面说,输入口机内电源功率一般只有几瓦,当输入口所接的传感器所需功耗较大时,需另配专用电源供电.
工作电压采用直流电压24V，因为输入信号与plc输入模块距离较近，不超过六米。
（二）输出方式的确定
输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号，转换为外部所需电平的输出信号，以驱动外部负载。
输出模块有三种输出方式：
继电器输出、双向晶闸管输出、达林顿晶体管输出。
这几种输出形式均有各自的特点，用户可根据系统的要求加以确定。
继电器输出价格便宜，使用电压范围广．通电压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。
但继电器有触点；寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交直流负载。
当驱动感性负载时，最大操作频率不得超过IHz。
双向晶闸管输出（交流）和达林顿晶体管输出（直流》都属干无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。
感性负载在断开瞬间会产生较高的反向电压，必须采取抑制措施。
另外．这两种形式的输出均不具备明确的输出开关断点，因此对于有此要求的使用场合会受到限制。
因此采用继电器输出。
输出电流的选择：
模块的输出电流必须大于负载电流的额定值．如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中键放大环节。
对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时右冲击电流，要留有足够的裕量。
允许同时接通的输出点数：
在选用输出模块时，不但要看一个输出点的驱动能力，还要看整个输出模块的满负载能力．即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流。
五PLC接线图及元件选择
（一）PLC接线图
（二）熔断器的选择
为了保护电路（短路保护）需要有熔断器FU,选择的依据是熔体的额定电流IR等于PLC输出口正常工作时，COM端电流最大值I（I=2A）的（1.1～1.3）倍，取I=1.2I=1.2×2=2.4A。
所以选择RL1-15，熔体额定电流等级为2.4A。
（三）电磁铁的选择
选择交流电磁铁MQ1-1.5N,额定吸力15N，额定行程20mm，额定交流电压220V。
电流约为0.5A
（四）按钮开关的选择
本系统的按钮开关是短时切换小电流控制电路的开关。
停止按钮用红的，起动按钮用黄色的；停止按钮LAY8，额定电压为24V，额定电流为1.1A，起动按钮LAY8，额定电压为24V，额定电流为1.1A，不具有自锁作用。
（五）组合开关的选择
选择LW22系万能转换开关，额定电压为24V，额定电流为1.4A，四极
（六）行程开关的选择
根据加工概况，可以选择普通JW2-11B直动滚轮行程开关。
六输入输出口及端口设备的安全保护
PLC输入口电压定额一般为接有直流24V。
有一些输入口是不接电源的（如感性元件两端加接保护元件.对于直流电源,应并三菱系列）输出口的电压定额常接工频低压交流电源和直流电源..当输入口端连接电感类设备时,为了防止电路关断时刻产生高电压对输入输出口造成破坏,应在接续流二极管,对于交流电路应并接阻容电路.阻容电路中电阻可取51~120欧,电容可以取0.1~0.47uF.电容的额定电压应大于电源的峰值电源,续流二极管可以选1A的管子,其额定电压应大于电源电压的3倍。
为了保护电路（短路保护）需要有熔断器FU,选择的依据是熔体的额定电流IR等于PLC输出口正常工作时，COM端电流最大值I（I=2A）的（1.1～1.3）倍，取I=1.2I=1.2×2=2.4A。
所以选择RL1-15，熔体额定电流等级为2.4A，经计算电磁铁两端连接的电阻和电容分别为70欧，0.30微法。
下面是端子分配表
操作方式
对应按钮
起动
X200
SB1
停止
X205
SB2
手动操作
X206
SA1-1
自动
单步
X207
SA1-2
单周期
X210
SA1-3
连续
X211
SA1-4
手动操作
方式选择
快进
X214
SA2-1
工进
X212
SA2-2
暂停
X213
SA2-3
快退/返回
X215
SA2-4
点动
X200
SB1
行程
开关
工进
X201
ST2
暂停
X202
ST3
快退
X203
原位停
X204
ST1
输出
快进电磁
铁
Y230
YA1
Y231
YA3
快进灯
Y330
HL1
工进电磁
铁
Y230
YA1
工进灯
Y331
HL2
快退
电磁铁
Y232
YA2
快退灯
Y332
HL3
七PLC控制系统软件设计
（一）程序设计前的准备工作
了解系统概况，形成整体概念。
因为设计要求是工作进给的液压动力滑台的PLC控制系统。
要求能手动控制与自动控制。
手动控制能实现点动，工进，快进，快退及无条件返回，而自动控制能实现单步，单周期和连续操作。
电机工作参数为：
动力头电机M1计算功率11KW供电电压380V工作电流19.9A同步转速1450；液压泵电机M2计算功率1.1KW电压380V工作电流2.67A同步转速1450；冷却泵电机M2计算功率0.15KW供电电压380V工作电流0.43A同步转速2790。
工作状态如下图
YA1
YA2
YA3
快进
+
-
+
工进
+
-
-
暂停
+
-
快退
-
+
-
（二）设计程序流程图
使用的指令主要应包括逻辑指令、运算指令和功能指令，现给出PLC程序流程图
（三）程序结构设计
为了便于编程先绘出整个控制程序的机构框图，在该结构框图中，当操作方式选择开关置于“手动”时X206=1，使CJP700断开，不跳转而顺序执行CJ下面程序。
此时，由于X207，X210，X211=0，，不执行单步，单周期和连续操作程序。
当操作开关至于“单步”，单周期或连续时X207，X210，X211之一为1，X206=1使CJ不断开，跳转（此时，X206=1，手动程序被跳转），执行自动程序。
在执行自动程序时，如操作选择开关”连续”，使X211=1，储程序自动反复循环。
操作开关置于“单步”时，X207=1，程序也可循环，但必须是没按一次按钮执行一步。
若操作开关置于“单周期”，X211=1，程序执行完一周期自动在原位停。
由于手动程序和自动程序采用的跳转指令，因而在这两个程序段中可以采用同样一套输出继电器。
（四）编写程序
手动操作可按一般继电器控制线路来设计。
各运动选择均用启动按钮点动来实现。
选择工进时X212=1，只接通Y230；选择快进时X214=1，应使Y230和Y231同时接通.快进和工进都采用快退的转换信号X215常闭触点作限位保护，所以在Y230和Y231的电路中串入了X215的常闭触点。
同理，快退用X203作限位保护。
进，退的连锁用Y232和Y231的常闭触点相互串联来实现。
梯形图见附录三，指令程序见附录四。
（五）程序测试
经过电路双线圈检查和电路错误检查，语法错误检查后都正确无误。
经系统仿真满足液压动力滑台的各种动作要求。
八其它外围设备
（一）电机的选择
动力头电机M1：
Y160M11KW380V19.9A1450r/min。
液压泵电机M2：
Y90S1.1KW380V2.67A1450r/min。
冷却泵电机M3：
JCB—220.15KW380V0.43A2790r/min
（二）主电路的设计
主电路采用开关控制，电路图见附录。
九参考文献：
1．《可编程控制器原理及其应用教程》李树雄主编，北京航空航天大学出版社出版
2．《机床电气控制技术》燕山大学齐占庆主编，机械工业出版社出版
3．《西门子PLC与工业控制网络应用》高鸿斌、孔美静、赫孟合，电子工业出版社出版
4．《机床电气自动控制》陈远龄、黎亚天、傅国强主编，重庆大学出版社出版
5．《可编程序控制器原理及应用》郁汉琪主编，中国电力出版
十附录：
（一）附录一：
主电路图
L1L2L3
FU1
QS
FU3
FU2
KM1KM2KM4
KM3
R
FR1FR2FR3
PE动力头电机冷却泵电动机液压泵电动机
（二）附录二：
控制电路图
FR3FR2FR1
SB1SB2SB3
SB5
KM4KM3KM4
SB4
SB6SB7KM1
KM2
KM1KM2
KM4KM3KM2KM1
控制电路图
（三）附录三：
梯形图
手动程序
自动程序
自动程序
（四）附录四：
指令程序
升级会员 