多工步组合机床的PLC控制系统设计.doc

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1、多工步组合机床的PLC控制系统设计摘要随着社会与科学技术的不断进步和发展，组合机床及其自动化生产线在工业生产当中扮演着越来越重要的角色，其先进性和技术水平在很大程度上决定着相关部门的生产效率。随着机床电气控制技术的不断发展和可编程控制器的广泛应用，可编程序控制技术以其灵活性好，可靠性高，通用性强，逐渐取代了传统继电器控制方式，PLC对组合机床的应用，无疑是当今工业控制的主要发展方向。本文将可编程控制器应用于多工步组合机床的电气控制系统设计，并对设计思想作了详细介绍。通过对多工步组合机床的控制系统的分析，设计好系统的主电路和控制电路， PLC的外部接线图，以及编写好控制程序顺序功能图和梯形图等。

2、关键词：多工步组合机床，PLC，步进顺序控制Design of much work step machine tool control system of PLCABSTRACTAs the development of society and science technology, modular machine tool with its automatic line has play a more and more important role in Industry production, which has largely determined the productivity of

3、 the related department due to its advancement and technical. Along with the electrical control of machinery tools and the wide application of PLC, it has gradually substituted for the traditional relay-control because of its very flexibility, good reliability and great commonality, which is no doub

4、t to be the major direction of the contemporary industry area.this paper mainly introduces the applying of PLC to the many stages drilling modular tool control system and explains the designing idea. By analyzing the control system, finally designed the main circuit and the controlling circuit, draw

5、n out the external wiring diagram of PLC, and completed the sequence functional diagram, ladder diagram of control program etc.KEY WORDS: Many stages drilling modular tool，PLC，Stepping sequence control10目录前言1第1章 组合机床的发展21.1背景21.1.1组合机床国内外现状31.1.2 PLC应用技术的国内外现状41.2 可编程控制器及其应用51.2.1可编程控制器的定义51.2.2可编程控

6、制器的结构61.2.3可编程控制器的工作方式71.2.4西门子S7-200系列PLC及其指令系统91.3 PLC控制系统设计存在的问题9第2章 系统设计的总体方案112.1设计任务和要求112.2设计方案112.2.1系统功能112.2.2实现途径112.2.3实现方法122.2.4技术经济比较122.3系统方案的选定122.4 I/O分配和外部接线图142.5系统的主电路152.6系统的工作流程图152.7系统的工作梯形图162.8程序指令表19第3章 可编程控制器的可靠性分析213.1干扰源分类及其来源213.2电源设计和抗干扰措施233.3可编程控制器的I/O接地、接线与注意事项243.

7、3.1可编程控制器的接地243.3.2输入端子的接线与注意事项253.3.3输出端子的接线与注意事项25第4章 系统安装及调试274.1安装与布线的注意事项274.2 系统调试与维护284.2.1系统的调试运行284.2.2 PLC系统的维护29第5章 系统的组态设计305.1 组态设计305.2 组态王的基本操作305.2.1制作一个工程的一般过程305.2.2创建工程路径305.2.3创建组态画面315.2.4 I/O设备管理与动画连接设备管理33结论34谢 辞35参考文献36外文资料翻译38前言在机床行业中，多工步机床由于其工步及动作多，控制较复杂，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多

8、，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，而且影响了设备的工效。在可编程序控制器问世之前，继电器接触器在工业领域中占主导地位。继电器接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产工艺或生产任务发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便、的有点而设计制造和发展的，这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，使用方便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单、易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单，调试方便、维护工作

9、量小。 第1章 组合机床的发展1.1背景从本世纪30年代开始，机械加工业企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的零件分别组成自动生产线。随着产品机型的更新换代，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流程运行，而传统继电器控制系统是采用固定接线的，体积大，结构复杂，维修不方便，其很难适应当代生产工艺要求。大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，这种有触点的电器工作频率较低，在频繁的动作情况下寿命较短，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，于1969年美国数字设备公司率先研制出第一台可编程控制器，其在

10、通用汽车公司的自动装配线上试用成功，PLC体积小，最突出优点是可靠性高，平均无故障运行时间可达10万h以上，可大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失，当前PLC已经成为在电气控制系统中应用最为广泛的核心装置。组合机床及其PLC电气控制系统是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它具备经济、高效、高质等优点，因此被广泛应用于工程机械、军工、能源、交通、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床电气控制系统主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种

11、螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器、数字控制等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。1.1.1组合机床国内外

12、现状近两年虽然组合机床行业产销呈现上升趋势，但行业内一些企业同样存在负债经营的情况，主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求，同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。为此出现如下几点须待改进的现状： 1.提高现代化管理水平。中国加入WTO后，迫切要求企业提高现代化管理水平，进一步深化企业内部改革，建立健全适应市场经济的运行机制，建立企业的科学的管理体制，做到集权有道、分权有序、授权有章、用权有度的责权利内在统一的有机结合，是提高企业控制力所必须的。要彻底改变落后的体制，必须树立全球化经营理念，提高国际市场竞

13、争能力，建立市场快速反应机制，以适应日趋发展的市场需求。 2.亟待提高企业创新能力。企业的生存，关键在于产品的生命力。已步入电子时代的今天，传统的组合机床已经不能适应高速发展的国内外市场需要，这就要求企业必须适应科学技术的飞速发展，建立技术创新体系，推进企业的技术进步，加速向柔性化、数控化、高精度、短周期方向发展，提高组合机床适用范围和市场覆盖面；同时实施名牌战略，争创世界品牌, 加速我国组合机床的发展进程，使我国组合机床行业企业在世界制造领域里立于不败之地。 3.企业发展、技术创新和管理水平的提高都需要高技术人才。在全球化经济格局不断明朗的今天，人才争夺战已渗透到各个领域，组合机床行业应适时

14、把握国际大环境，广招高技术人才、高技能工人。现在企业尤其缺少高技能工人，专家指出，目前我国企业产品平均合格率仅为7成，不良产品每年损失近2000亿元，而其中50%以上系由工人技能不高所致。因此，建立强大的技术生力军，不断更新知识，更新观念，依靠优秀的高技术人才、高技能工人，加快企业信息化建设，是企业发展的必由之路。 综上所述，组合机床行业企业一要开展科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题；二要加强与国外的合资合作，利用和学习国外的先进技术，提高企业的现代化管理水平和技术水平；三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新，开发自己的产品。通过我们的努力，使我国的机械生产的自动化水平提高。 1.1.

15、2 PLC应用技术的国内外现状世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末

16、期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。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

17、PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。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。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展

18、；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的

19、作用。1.2 可编程控制器及其应用1.2.1可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”由定义可以看出，可编程序控制器实质上是一台专为工业环境下运行的工业计算

20、机，由于其面向用户的指令系统，使得它的应用非常方便。还由于它具有数字量或模拟量的输入输出能力，使得它特别适用于各种工业设备的控制。1.2.2可编程控制器的结构不同生产厂家的PLC尽管品种规格各异，各有各的特点，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的实时工业控制计算机系统，都是硬件和软件两部分组成。可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几部分组成，分别是：1.中央处理单元可编程控制器中的常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型，工作电压一般是5V。通用微处理器、单片机、位片式微处理器。可

21、编程控制器的档次越高，CPU的位数越多，运算速度越快，功能指令越强。本课题系统中采用的西门子S7-200系列的可编程控制器。2.存储器可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统管理程序。用户存储器存放用户编制的控制程序。常用的存储器有CMOS RAM、EPROM。CMOSRAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。CMOS RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器。3.输入输出单元输入模块和输出模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。实际生产

22、过程中的信号是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是不同的，而PLC的中央处理单元所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入输出单元来实现这些信号的转换，I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件，输入输出口有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等，其输出器件往往是电磁阀，接触器，继电器等。（1）输入接口电路各种PLC的输入电路大都基本相同，通常有三种类型。直流（12-24）V输入，交流110V或220V输入，交直流（12-24）V输出，外界输入器件可以是无源触点或者是有源传感器的集电极开路的晶体管。这些外部输入器件是通过PLC输入端子

23、与PLC相连的，PLC输入电路有光电耦合隔离，并设有RC滤波器，用以消除触点的抖动和外部噪声干扰。当输入开关闭合时一次电路中流过电流。输入指示灯亮，光电耦合器被激励，三极管从截止状态变为导通状态，这是一个数据输入的过程。（2）输出接口电路PLC的输出有三种：继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。其中继电器输出最常用。当中央处理单元有输出时，接通或者断开输出电路中继电器的线圈，继电器的接点闭合或者断开，通过该接点控制外部负载电路的通断。很显然继电器输出是利用了继电器的接点和线圈将PLC内部电路与外部负载电路进行隔离。1.2.3可编程控制器的工作方式PLC的工作方式有扫描工作方式，其中顺序扫描的工作

24、方式是PLC的基本工作方式，现以循环扫描的工作方式加以说明，其扫描过程如图1-1所示。整个扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段 ，全过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。在通信服务阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。当PLC处于停止（STOP）状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行（RUN）状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。1.输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断

25、电状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器。在此输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，在程序执行时，输入映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容不会发生改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。图1-1 PLC的内部扫描过程2.程序执行根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左右后上下的步序，逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令时则根据跳转条件是否满足决定程序的跳转地址。用户程序涉及到输入输出状态时，PLC输出映像寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态。根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中，对每个器件而言，器件映像寄存器中所

26、存的内容，会随着程序执行过程而变化。3.输出处理程序执行完毕后，将输出映像寄存器，即器件映像寄存器中的寄存器状态。在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。1.2.4西门子S7-200系列PLC及其指令系统西门子常用指令表如表1-1所示。表1-1指令表指令名称指令助记号功 能取指令LD运算开始取反指令LDI运算开始与AND串联接点与非ANI串联接点或OR并联接点或非ORI并联接点电路块与ALD电路块串联

27、电路块或OLD电路块并联输出=线圈驱动置位SET线圈接通保持空操作NOP0GGG无动作1.3 PLC控制系统设计存在的问题PLC作为通用工业控制计算机，是面向工控企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。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。这些数据可以与存储在存储器中的参考值

28、比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。虽然PLC拥有上述许多优点，并且在很多领域PLC的控制技术也是世界上控制技术最高的电气控制技术，但是在组合机床上的电气控制系统还不是相当的完善，还有很多的发展前景。组合机床是许多工业生产中不可缺少的零件加工机器。拥有高技术，高效率，高精度的加工技术对一个机床的加工企业来说无疑是关系企业生死存亡的关键大事，而要真正改变机床的加工技术，电气控制系统的设计就成为组合机床开发的主要目标，所以现在许多厂

29、家都开始注重电气控制系统的合理设计及优化改造。现代组合机床的发展与现代力学传动及其控制书的发展密切相关。根据加工工件的加工要求不同，组合机床也有很大的不同，而组合机床在传动方式上又分为液动和气动。我所设计的组合机床采用液压传动的方式。在电气控制系统中PLC的选取由为重要，我所设计的电气控制系统采用日本三菱系列的可编程控制器。因为在所有教材资料中对三菱系列的可编程控制器介绍的相当稀少，所以现在对三菱系列的可编程控制器认识还不是特别全面，可能会影响设计的最终效果，但我的想法是把三菱系列的可编程控制器多应用到实际生产当中。但是理论上的设计总是与实际生产之间有一定的差异，要真正的做到理论与实践精确的结

30、合确实存在着很大的困难，本次设计因为对实际组合钻床缺少实际的开发与试用，在设计电气控制系统时一定会存在精确度上的问题，希望老师再次批评指正。第2章 系统设计的总体方案2.1设计任务和要求1根据本课题要求，采用PLC控制，试设计该控制程序，画出I/O电气接口图。2调试程序，模拟运行。2.2设计方案2.2.1系统功能本次课题的设计的功能是实现对棉纺锭子锭脚加工过程的控制，加工棉纺锭子锭脚的是多工步机床，它对零件加工前的实习坯件利用七把刀具分为七步：钻孔，车平面钻深孔，车外圆及钻孔，粗绞双节孔及倒角，精绞双节孔和绞锥角。利用慢速电动机和快速电动机实现快慢速的进退，电子气阀实现快慢速电动机的转换。加工

31、时，工件由主轴上的夹头夹紧，并由主轴电动机M1带动作旋转运动。大拖板载着六角回转工位台作横向进给运行，其进给速度由工进电动机(慢速电动机)M2、快进电动机(快速电动机)M3经电磁气阀(YV2)离合器带动丝杆控制。小拖板的纵向运动由电磁气阀(YV2)气压驱动。除第2把刀是由小拖板纵向运动切削外，其余6把刀均由大拖板载着六角回转工作台横向运动切削，每进行完一个工步，六角回转工位台转动一个工位，进行下一工步的切削。2.2.2实现途径实现对加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制有两种方法，一个是利用传统的继电器的途径实现；一个是利用可编程控制器编程途径实现。两者都有各自的优缺点。具体利用哪一种途径，需要对目的

32、系统进行详细和全方位的分析。2.2.3实现方法两种途径在实现的方法上也不相同。在利用传统继电器实现时，主要利用经验法，设计时思维对象是具体的继电器，利用各种功能的继电器实现控制电路。在利用PLC实现时，有两种方法，一个是利用定时和基本指令组合实现。一个是利用步控指令实现。用基本逻辑指令实现较复杂的顺序控制，其梯形图比较复杂，而且不太直观。步控指令使复杂的顺序控制程序能够方便地实现。2.2.4技术经济比较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，不仅加大了修理成本，而且影响了设备的工效；采用PLC实现无需复杂的接线，而且实现起来方便，不费时。无需大量继电

33、器，只需PLC芯片，基本无修理成本。2.3系统方案的选定 上面分析过了实现加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制有两种途径，各有优缺点。而加工棉纺锭子锭脚多工步机床控制过程复杂，工步多，分为七步，每一步又可以再细分解成更多的操作。采用传统的继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂，实现起来很困难，而且可靠性不高。PLC正适合这种工序复杂的场合，编程方便，也方便维护。考虑到此系统是按顺序工作的，适合利用顺步控制指令来实现，每个操作可以看成是一个特定的状态。经过分析，我们选择PLC利用步控指令来实现系统控制。整个机械加工过程由七把刀具分别按照七个工步要求依次进行切削，其加工步如表2-1所示。要求中的工步表中

34、不同的工步中的一些行程开关是一样的，分析一下就可以知道，在实际的加工过程中不同工步的一些行程开关的位置一定是不一样的。比如第一工步的工进过程中遇到的行程开关和第二工步的工进过程中遇到的行程开关的位置应该是不一样的，第二工步钻孔深度比第一工步钻孔深度要深。所以这两个地方应该使用不同的行程开关。但可以看出，在对这两个工步利用步控指令编程时，它们的过程和内容都一样。所以为了简化课程设计的工作量，我把一些相同操作的工步，只取其中的一个，其它的都删去。在第二三工步里，有一个纵进纵退的过程，在此过程中小拖板有电磁气阀(YV2)气压驱动，虽然在实际加工的过程中纵进纵退和横向前进后退动作不一样，但在编程时，和

35、第一工步是一样的。因此我把它也省去了。在做了长时间的分析后，为了减少重复工作，我们只设计第一工步和第四工步。其他的工步都省去了。表2-1 多工步机床加工工步表2.4 I/O分配和外部接线图通过分析可得出输入点数的确定如表2-2所示。表2-2 I/O分配表输入输出I0.0启动开关Q0.0电动机M1接触器KM1I0.1停止按钮Q0.1电动机M2接触器KM2I0.2行程开关SQ1Q0.2电动机M3接触器KM3I0.3行程开关SQ2 Q0.5电动机M3接触器KM4I0.4行程开关SQ3 I0.5行程开关SQ4系统外部接线图如图2-1所示。图2-1 I/O接线图2.5系统的主电路系统的主电路包括三个电动

36、机，四个接触器，一个电磁阀，和一个开关。其中电动机M1是主轴电动机受KM1控制，工进电动机和快进电动机受KM2、KM3、KM4控制。KM2实现正转相当于前进，KM3实现反转相当与后退。电磁阀YV2受KM4控制。YV2接通实现工进，YV2断开和KM4一起实现快进，如图2-2所示。图2-2 系统的主电路图2.6系统的工作流程图根据工步列表可以很方便的画出流程图。要说明的是流程图中，相邻的两个状态的转换条件没有被列出。之所以画出流程图是为了以后方便画状态转移图，他们两者有许多相似的地方。所以画流程图可以说是给状态转移图先打个草稿。加工棉纺锭子锭脚多工步机床的流程就是加工工序，启动后拖板快进工进延时快

37、退。快退到初始位置后紧接着又快进工进延时工退快退，如图2-3所示。图2-3 系统的流程图2.7系统的工作梯形图根据画出的系统流程图，画出的梯形图如图2-4所示。图2-4 系统的工作梯形图2.8程序指令表20LD SM0.0S Q0.0, 1LD Q0.0A I0.0SCRT S0.1SCRELSCR S0.1LD SM0.0S Q0.1, 1S Q0.5, 1LD I0.2SCRT S0.2SCRELSCR S0.2LD SM0.0S Q0.1, 1LD I0.5S M0.1, 1LD I0.3SCRT S0.3SCRELSCR S0.3LD SM0.0TON T37, 10LD T37SCR

38、T S0.4SCRELSCR S0.4LD SM0.0S Q0.2, 1S Q0.5, 1LD I0.4SCRT S0.5SCRELSCR S0.5LD SM0.0S Q0.1, 1S Q0.5, 1LD I0.2SCRT S0.6SCRELSCR S0.6LD SM0.0S Q0.1, 1LD I0.5S M0.1, 1LD I0.3SCRT S0.7SCRELSCR S0.7LD SM0.0TON T38, 10LD T38SCRT S1.0SCRELSCR S1.0LD SM0.0S Q0.2, 1LDN I0.2SCRT S1.1SCRELSCR S1.1LD SM0.0S Q0.2,

39、 1S Q0.5, 1LD I0.4SCRT S0.0SCRE洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 可编程控制器的可靠性分析尽管PLC（可编程序控制器）自身已具备较好的抗干扰能力，但在PLC 控制系统的工程设计、应用和维护过程中，系统抗干扰能力仍然是系统可靠运行的关键。在生产实践中常了解到PLC会因干扰而不能正常工作的情形。因自动化系统中所使用的各种类型PLC 大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求在工程设计、安装施工和使用维护中高度重视，多方配合才能解决问题，有效地增强系统的抗干扰能力。3.1干

40、扰源分类及其来源对PLC系统而言，常采用共模干扰和差模干扰的分类方法。共模干扰主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130 V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏，这就是一些系统I/0模件损坏率较高的主要原因。这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰主要由空间电磁场在信号间涡合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。此外，按噪声产生的原因，分为放电噪声、浪

41、涌噪声、高频振荡噪声等;按噪声的波形、性质，分为持续噪声、偶发噪声等。PLC控制系统的主要干扰来源有：1.来自空间的辐射干扰。空间的辐射电磁场(EMI)主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。其影响主要通过两条路径:一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰;二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小及频率有关。2.来自电源的干扰。因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，更换隔离性能好的PLC电源，才能解决问题。PLC系统的正常供电电源均由

42、电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但因其结构及制造工艺使其隔离性并不理想。3.来自信号线引入的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起1/0信号工作

43、异常，大大降低测量精度，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成1/0模件损坏相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。4.来自接地系统混乱的干扰。PLC控制系统正确的接地是为了抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。这样会引起各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地如果电缆屏蔽层两端A

44、,B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常情况时，地线电流将更大。屏蔽层、接地线和大地也有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的涡合干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起信号测控失真和误动作。5.来自PLC系统内部的干扰。主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生。如逻辑电路相互辐射及其

45、对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。3.2电源设计和抗干扰措施电源是干扰进人可编程序控制器和外围电路的主要途径之一，电源干扰多数是通过供电线路的阻抗藕合产生的。各种大功率用电设备是主要的干扰源。针对干扰来源，电源设计主要采取以下措施:1.在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在可编程序控制器的交流电源输人端加接屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，隔离变压器可以抑制从电源线窜人的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力，屏蔽层应可靠接地。2.低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”，其中电感是用等长的导线反向绕在同一磁环上的，5

46、0HZ的工频电流在磁环中产生的磁通互相抵消，磁环不会饱和。两根线中共模干扰电流在磁环中产生的磁通是叠加的，共模干扰被电感阻挡。电容可用来滤除共模干扰电压和差模干扰电压。压敏电阻，其击穿电压略高于电源正常工作时的最高电压，平常相当于开路。遇尖峰干扰脉冲时被击穿，干扰电压被压敏电阻钳位，这时压敏电阻的端电压等于其击穿电压。3.高频干扰信号不仅通过变压器绕组的藕合，而且通过初级，次级绕组间的分布电容传递。在初级，次级绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁心一起接地，可以减少绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力。也可以选用电源滤波器产品，如北京中石公司的电源滤波器，具有良好的共模滤波，差模滤波性能和高频干扰抑制能力，能有效抑制线与线之间和线与地之间的干扰，也可用于交流单相、三相电源和直流电源。如:电力监控，消防报警，医用电子，单片机和可编程序控制器等微机控制系统。4.在电力系统中，使用220V的直流电源(蓄电池)给可编程序控制器供电，可以显著地减少来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，也能保证可编程序控制器的正常工作。某些可编程序控制器(如FX系列可编程序控制