1、電氣控制技術在生產實踐中的應用Application of electrical control technology in the production practice.摘要：隨著電子技術，計算機技術及自動化技術的迅猛發展，電氣控制技術也越來越重要，其中尤其可編程序控制器（PLC）的發展也越來越快，越來越重要。世界各國生產PLC的廠家，幾乎年年在推出新的PLC產品，PLC的功能也越來越強，除完成常規的開關，模擬量控制功能外，有增加了許多特殊功能模塊，通信機網絡功能模塊等。在本文中就不著重介紹大家都熟悉說我傳統電氣控制系統了。本文主要介紹了日本三棱公司最新推出的FX系列小型PLC為例、闡述其

2、結構、工作原理、指令系統、編程、特殊模塊主要介紹通信機應用實例等內容。關鍵詞：電氣控制、PLC、應用實例Abstract:With the rapid development of electronic technology, computer technology and automation technology, electrical control technology is more and more important, especially the programmable controller (PLC) is developing more and more quickly,

3、 more and more important. The production of PLC around the world manufacturers, almost every year in the launch of the new PLC products, the PLC function is also more and more strong, in addition to the completion of the conventional switching, analog control function, have increased the number of s

4、pecial module, communication network function module. This paper introduces FX series of small PLC Japanese trigonous company's new as an example, describes its structure, working principle, instruction system, programming, special module introduces communication machine application etc.Keywords

5、:Electrical control;PLC；Application1、引言可編程序控制器（PLC）是電氣控制技術的重要部分，是一種以微處理器為基礎的新型工業控制裝置，它集計算機技術、自動化控制技術、通信技術與一體，具有結構簡單，性能優越，可靠性高，使用、維護方便等優點。因此，PLC一廣泛應用于店里，機械制造、化工、汽車、鋼鐵、建筑、水泥、石油、采礦、紡織、環保、種植、廣告娛樂等各行各業。應用PLC已成為一個世界潮流，學好、用好PLC已顯得越來越重要。2、 電氣控制在生產實踐中的應用電氣控制技術在生產實踐中應用非常廣泛，幾乎大部分與電相關的產品都必須用到電氣控制技術，小到家庭生活，大致航空航

6、天。特別是當今科學技術的發展及應用“機電液”一體化需要，對掌握電氣控制技術基礎知識顯得十分必要。控制部分為兩類:一類為傳統的以繼電器、接觸器為主的電氣控制系統,其控制邏輯完全由硬件構成;另一類為基于可編程控制器P L C的電氣控制系統,其控制邏輯由編程軟件來實現。2.1傳統控制系統 傳統控制系統為以接觸器-繼電器為主的電氣控制，通過選擇接觸器、繼電器、熱繼電器等各種電氣元件,經過布線、接線與調試,完成傳統的硬接線邏輯電路,實現不同的控制要求,如電機起動、正反轉、制動等控制功能、機床執行部件的工作循環等。雖然現在社會科技高速發展，但傳統控制系統仍在生產實踐中得到很大應用，如單相交流電動機的控制，

7、星三角降壓啟動的壓縮機控制，CA6140型臥式車床的電氣控制電路等等。現以半自動車床刀架縱刀、橫進、快退控制電路為例說明傳統控制技術在生產實踐中的應用。如圖1、2分別是半自動車床刀架的液壓系統和電氣控制電路圖。圖中YG1、YG2分別是縱向液壓缸和橫向液壓缸，分別有電磁閥YA1、YA2控制，實現刀架縱向移動和橫向移動及后退。M2為液壓泵電動機，分別有接觸器KM1、KM2控制、KT是時間繼電器，為了進行無進刀切削而設。圖1，液壓系統圖2 ，電氣控制電路圖其工作過程如下：1） 按下SB3，液壓泵啟動工作。2） 按下SB4，中間繼電器K1得電，一是接通KM2，主軸轉動;二是接通電磁閥YA1，刀架縱向移

8、動。3） 當到家縱向移動到預定位置被機械限位，壓合行程開關ST1，是K2得電，七動合觸頭接通YA2，刀架橫向移動進行切削。4） 當刀架橫向移動到預定位置被機械限位，壓合行程開關ST2，時間繼電器KT通電。這時無進刀切削，經過預定延時時間后，KT的延時動合觸頭接通K3，是K1、K2斷電，七動合觸頭是YA1YA2斷電，刀架縱、橫均后退，直至原位被限位。5） 當K1斷電后，其動合觸頭是KM2斷電，主軸電動機停機。按下SB1，液壓泵停止工作；在此之前若按下SB4，則開始有一次循環。上述過程可用工作流程圖表達為：2.2 PLC控制系統2.2.1 PLC的基本組成1、PLC的最小系統有以下四部分組成：（1

9、）中央處理單元（CPU）（2）存儲器（RAM、ROM）（3）輸入輸出單元（I/O接口）（4）電源（開關式穩壓電源）其結構框圖如圖4-1所示2、整體式和模塊式PLC的組成根據物理結構形式的不同，PLC可分為整體式和模塊式二類，其組成如圖4-2和圖4-3所示。3、PLC各部分的作用 1、中央處理單元CPUCPU是PLC的核心部件。小型PLC多用8位微處理器或單片機；中型的PLC多用16位微處理器或單片機；大型的PLC多用雙型位片機。CPU是PLC控制系統的運算及控制中心，它按照PLC的系統程序所賦予的功能完成如下任務：（1）控制從編程器輸入的用戶程序和數據的接收與存儲。（2）診斷電源、PLC內部電

10、路的工作故障和編程中的語法錯誤。（3）用掃描的方式接收輸入設備的狀態（即開關量信號）和數據（即模擬量信號）。（4）執行用戶程序，輸出控制信號。（5）與外部設備或計算機通信。 2、存儲器 存儲器是用來儲存系統程序、用戶程序與數據的，故PLC的存儲器有系統存儲器和用戶存儲器二大類。1）系統存儲器系統存儲器使用EPROM(只讀存儲器)，用于存放系統程序（相當于計算機的操作系統，用戶不能更改）。廣義上講，有了系統程序，單片機組成的系統就變成了PLC！2）用戶存儲器用戶存儲器通常由用戶程序存儲器（程序區）和功能存儲器（數據區）組成。（1）用戶程序存儲器用戶程序存儲器一般用RAM（有后備電池維持），存放用

11、戶程序。但用戶程序調試好以后可固化在EPROM或E2PROM中。（2）功能存儲器功能存儲器用隨機讀寫存儲器RAM，存放PLC運行中的各種數據。如I/O狀態、定時值、計數值、模擬量、各種狀態標志的數據。由于這些數據在PLC運行中是不斷變化的，不需要長久保持，故功能存儲器采用隨機讀寫存儲器RAM。3、I/O接口PLC的I/O接口是PLC與現場生產設備直接連接的端口。PLC的I/O接口與現場工業設備“直接連接”是PLC的特色之一！它用于接收現場的輸入信號（如按鈕、行程開關、傳感器等的輸入信號）；輸出控制信號，直接或間接地控制或驅動現場生產設備（如信號燈、接觸器、電磁閥等），如圖4-1所示。4、電 源

12、PLC配有開關式穩壓電源，供PLC內部使用。與普通電源相比，這種電源輸入電壓范圍寬、穩定性好、抗干擾能力強、體積小、重量輕。有些機型還可向外提供24VDC的穩壓電源，用于對外部傳感器供電。這就避免了由于電源污染或使用不合格電源產品引起的故障，使系統的可靠性提高。5、編程器編程器是PLC最重要的外部設備。利用編程器可編制用戶程序、輸入程序、檢查程序、修改程序和監視PLC的工作狀態。編程器一般分為簡易型和智能型兩種。簡易型編程器常采用在小型PLC上，只能聯機編程，且往往需要將梯形圖程序轉化為語句表程序才能送入PLC中。智能型編程器又稱圖形編程器，可直接輸入梯形圖程序。它可以聯機，也可以脫機編程。常

13、用于大中型PLC的編程。除此之外，在個人計算機上添加適當的硬件接口（如編程電纜）和配置編程軟件包，就可以用個人計算機對PLC編程，且可以向PLC輸入各種類型的程序。既可以聯機編程也可以脫機編程，且能監視PLC的運行狀態，還能進行系統仿真，使用起來非常方便。目前，這種編程方式已非常流行和普遍，可用于各種類型的PLC，尤其是筆記本電腦式的。2.2.2 PLC的工作原理下圖為PLC的應用，可以幫助理解。PLC采用“順序掃描，不斷循環”的工作方式1 每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新。2 輸入刷新過程，當輸入端口關閉時，程序在進行執行階段時，輸入端有新狀態，新狀態不能被讀入。只有程

14、序進行下一次掃描時，新狀態才被讀入。3 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執行，輸出刷新。4 元件映象寄存器的內容是隨著程序的執行變化而變化。5 掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數，現在的PLC掃描速度都是非常快的。6 由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現象，即輸入/輸出響應延遲。2.2.3 PLC的工作過程2.2.4 PLC的應用實例例一：氣動機械手的PLC控制1、概述 氣動機械手的任務大多數是快速，準確的搬動物品或器件。例如將傳送帶A上的物品搬至傳送帶B，或把某元件取來送至印刷線路上，按規定的動作和規律在運行，如下圖1

15、。氣動機械手有規律的運動若采用PLC來進行控制，是比較方便的。2、工藝過程和控制要求氣動機械手搬運物品工作示意圖如下，傳送帶A為步進式傳送，每當機械手從傳送帶A上取走一個物品時，該傳送帶向前進一步距離，將使機械手下一個工作循環取走距離。機械手的動作流程圖如下圖2，。 圖1中傳送帶A,B分別有電動機M1、M2驅動，機械手的回轉運動由氣動閥Y1、Y2控制，機械手的上下運動由氣動閥Y3、Y4控制，機械手的加緊與放松由氣動閥Y5控制。有關到位信號分別是：右旋到位行程開關為SQ1，左旋到位開關為SQ2，手臂上升到開關為SQ3，下降至到位開關為SQ4.用PLC控制后，氣動機械手的動作要求如圖2:圖1 圖2

16、 (1) 機械手在原始位置SQ1動作，按下啟動按鈕，機械手爪松開，傳送帶B開始運動，機械手臂開始上升。(2) 機械手臂上升到上限位置，到位開關SQ3動作，上升動作結束，機械手開始左旋。(3) 機械手左旋到左線位置，到位開關SQ2動作，左旋動作結束，機械手開始下降。(4) 機械手下降到下限位置，到位開關SQ4動作下降動作結束，傳送帶A啟動。(5) 傳送帶A向物品方向前進一個物品距離后停止，機械手開始抓物。(6) 機械手抓物，延遲1s左右時間，機械手開始上升。(7) 機械手上升到上線位置。到位開關SQ3動作，上升動作結束，機械手開始右旋。(8) 機械手中旋到中位位置，到位開關SQ1動作，右旋動作結

17、束，機械手開始下降。(9) 機械手下降到下限位置，到位開關SQ4動作，機械手松開，放下物品。(10) 機械手放下物品經過適當延時，一個工作過程完成。(11) 機械手的工作方式為單步循環。3、 輸入輸出地址表如下根據氣動機械手的控制要求，PLC輸入輸出地址表如下表所示：輸入輸出器件代號地址號功能說明器件代號 地址號功能說明SQ1X0回轉缸磁性開關YV1Y1汽缸右旋SQ2X1YV2Y2汽缸左旋SQ3X2手臂上/下氣缸磁性開關YV3Y3手臂上升SQ4X3YV4Y4手臂下降開關0X4單步YV5Y5夾緊與放松開關1X5循環M1（KA1）Y0傳送帶A開關2X6手動啟動M2（KA2）Y6傳送帶B開關3X7手

18、動復位開關4X8手動到原點開關5X9緊急停止4、 I/O電氣接口圖 氣動機械手的PLC I/O電氣接口如下圖。SQ1SQ4四個磁性開關，開關05分別接PLC的X0X7、X10、X11十個輸入，輸出Y1Y5分別接電磁閥的YV1YV5。PLC選用FX系列任意型號均可。氣動控制回路使用注意以下幾點：（1） 先將氣泵啟動，待壓力到整定值時，可以分別在氣閥的倆頭加上24V電壓，觀察上下氣缸、機械手抓氣缸及回旋氣缸動作正常與否。如不正常說明氣缸或氣閥有問題。（2） 各部分沒有問題，按接口電路連接，并檢驗電路連接與否。（3） 輸入程序檢查無誤后，開啟電源運行。5、 控制程序氣動 機械手控制程序圖如下圖。由于

19、機械手的動作過程是順序過程，每一步工藝是在前一步工藝的基礎上完成的，在進行下一步的操作，所以程序采用可步進順控指令編程法。此外，氣動機械手的啟動必須在原狀態下才能啟動，故必須是Y3、Y1、Y4先斷電，使氣缸均回到原點狀態，程序中使用了RST Y1、RST Y3 、RST Y4等指令時Y1、Y3、Y4復位。例二：PLC在雙面鉆銑組合機床中的應用1、加工工藝流程雙面二工位鉆銑組合機床是由雙面銑床和雙面鉆床組合而成，具體加工對象是對較大型殼體零件的粗加工。組合機床為臥式，設置液壓動力滑臺為移動工作臺，采用行程控制和液壓傳動，可作半自動循環加工和手動調整。在一次半自動循環中，工件經過兩個工位進行銑、鉆

20、加工（每個工位都經過快速進給和工作進給兩步），兩個工位各完成一道加工工序。第一工位為雙面銑床，在工作滑臺由快進轉為工進時，安裝在工作臺上的左右銑刀對工作滑臺上工件銑削加工。雙銑頭銑削后，工作滑臺攜夾緊的工件繼續前進至死擋鐵停止。第二工位為雙面鉆床，銑削后工件前進至死擋鐵停止，左右鉆頭箱（各兩臺電動機）先進行空操作的快進，到位后快進電動機斷電，鉆頭電動機得電，對工件進行工進鉆削，加工圖 組合機床的工藝流程圖完畢后鉆頭電動機斷電，鉆頭箱快速退回。當左、右鉆頭箱全部退到原位后，液壓工作臺快速退回原位。工件松開并卸下工件后，進行第二個殼體零件的加工。被加工零件的夾緊（放松）由液壓控制系統完成。機床可以

21、采用自動與手動調整的工作方式。手動調整的特點是按住某個調整按鈕后，系統相關環節動作，松開后關斷。組合機床的工藝流程如圖所示。雙面二工位銑鉆組合機床采用機械、液壓、電氣相結合的控制方式。其中機械設計是機床的基礎，液壓控制保證了工作臺的進給和被加工工件的夾緊放松，電氣控制設計起著神經中樞的作用。液壓控制回路電磁閥及壓力繼電器動作表如表所示。表 液壓控制回路電磁閥及壓力繼電器動作表工步元件YV1YV2YV3YV4YV5SP1原位工件夾緊滑臺快進滑臺工進死擋鐵滑臺快退工件松開2、控制系統硬件設計 根據生產工藝的要求，組合機床采用行程控制和液壓控制傳動，可作半自動循環加工和手動調整。設置液壓動力滑臺為移

22、動工作臺，采用液壓控制系統夾緊（放松）被加工零件。機床的主電路由7臺Y系列三相交流異步電動機及控制元器件組成，由于各電動機均在7kw以下，允許采用直接起運控制。本系統主電路供電電壓為交流380V；控制電路電壓110V；直流控制電路為橋式全波整流，電壓24V。1.PLC選型及分配根據機床工藝及控制要求，選擇FX2N-48MR型PLC作為組合機床PLC控制系統的機型。PLC的分配見表2。表2 FX2N-48MR分配表名稱輸入點名稱輸入、出點啟動按鈕SB0X0液壓泵電動機繼電器KM0Y0滑臺快進限位SQ1X1左銑電動機繼電器 KM1Y1滑臺工進限位壓力繼電器SP1X2右銑電動機繼電器 KM2Y2左鉆

23、頭箱快進限位SQ3X3左鉆頭箱快進繼電器KM3Y3左鉆頭工進限位SQ4X4左鉆頭箱快退繼電器KM4Y4左鉆頭箱快退限位SQ5X5左鉆頭工進繼電器KM5Y5右鉆頭箱快進限位SQ6X6右鉆頭箱快進繼電器KM6Y6右鉆頭工進限位SQ7X7右鉆頭箱快退繼電器KM7Y7右鉆頭箱快退限位SQ8X10右鉆頭工進繼電器KM8Y10滑臺快退限位SQ9X11滑臺進給電磁閥YV1Y11手動滑臺快進SB2X12滑臺快退電磁閥YV2Y12手動滑臺工進SB3X13滑臺進給電磁閥YV3Y13手動鉆頭箱快進SB4X14工件夾緊電磁閥YV4Y14手動鉆頭箱快退SB5 X15工件松開電磁閥YV5Y15手動鉆頭工進SB6X16手動/自動轉換開關SA1X20手動滑臺快退SB7X17停止按鈕SB1X213. 雙面二工位鉆銑組合機床PLC控制外部接線圖圖2 PLC外部接線圖雙面鉆銑組合機床根據控制的要求，PLC外部接線如圖2 所示，對左右鉆頭箱的快進、快退控制采用接器硬件互鎖，增加了可靠性，接觸器采用交流110V電壓，電磁閥采用直流24V電壓驅動。四、控制系統軟件設計雙面二工位鉆銑組合機床根據生產工藝和控制的要求，機床的控制方式可分為半自動循環工作方式和手動調整方式，選擇自動方式時，按下起動按鈕 工件夾緊并延時 滑臺快進 滑臺工件 左右鉆頭箱快進 鉆頭工進鉆削 左右鉆頭箱快退 滑臺快退 松開工件，一個工作周期結束。選擇手動