基于PLC的普通车床电气控制系统硬件设计1(4)

表2.1 电器元件明细表

本设计主要是采用西门子PLC及其触摸屏装置对普通车床电气控制系统进行控制的，采用西门子的可编程控制器对车床运动进行控制和调节。具体实际操作有：

（1）原车床的工艺加工方法不变；

（2）在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法；

（3）电气控制系统控制元件（包括按钮，行程开关，热继电器和接触器等），作用与原电气线路中作用相同；

（4）主轴和进给启动，制动，低速，高速和变速冲动的操作方法不变；

（5）改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现；

（6）在普通车床电气控制系统中加入触控屏监控系统设计。

3 系统硬件设计及PLC概况和应用

本控制系统硬件设计由PLC控制系统硬件、触摸屏系统硬件以及其他辅助硬件设计组成。在设计中应考虑以下原则:

1.可靠性。可靠性是控制系统的生命，系统不可靠，即使功能再完善，经济性再好也没有用，可靠性不好的设备是没有市场的。在设计中，尽可能选择可靠的元件和产品，虽然初始投资可能多一点但是考虑到因为可靠性不好造成的生产和维修费用，还是值得的。

2.功能完善。在保证控制功能的基础上，尽可能的将自检、报警等功能纳入设计方案。

3.经济性。在保证控制功能和可靠性的基础上，尽可能降低成本。

4.在保证前三条的基础上，考虑系统的先进性和可扩展性。

3.1 PLC的概况

在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫Programmable Controller（PC）。 随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器Programmable Logic Controller（PLC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、

数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

3.2 PLC的特点

1)可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

2)配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

4)体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3.3 PLC的应用

1)PLC开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、普通车床、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2)PLC模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3)PLC数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

4)PLC过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5)PLC通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

3.4 PLC在普通车床电气控制系统中的应用

3.4.1 PLC在数控系统中的作用

在机床的数控系统中，控制部分可分数字控制和顺序控制两大部分。数字控制部分，控制刀具轨迹；而顺序控制部分，控制辅助机械动作，这种辅助动作控制通常称强电控制，它以主轴转速S、刀具选择T和辅助机能M为代码信息，送入数控系统，经

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