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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业M7120型平面磨床电控系统分析与改造机械电子专业学生 xxx指导教师 xxx摘要：本次毕业设计的内容要求主要是分析M7120型平面磨床电气控制系统组成构建，然后利用PLC控制对M7120型平面磨床的电气控制部分进行改造。为了更加清楚的认识和改造M7120型平面磨床的电气控制系统以便解决传统继电器-接触器电气控制系统存在的线路复杂，故障诊断和排除困难等难题。由于PLC极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实现特性，因此，使M7120平面磨床在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩张能力强等特
2、点。关键词：电控系统；分析与改造；平面磨床；PLC控制M7120 type planar grinder control system analysis and improvementStudent majoring in Mechatronics Engineering xxxTutor xxxAbstract: the content of this graduation design is mainly required analysis of type M7120plane grinding machine electric control system construction, t
3、hen the use of PLC control on M7120type planar grinder electric control part of the transformation. In order to more clearly understand and transform of type M7120plane grinding machine electrical control system in order to solve the traditional relay - contactor electrical lines exist in a complex
4、control system, fault diagnosis and rule out the difficulty. Because PLC high reliability, extremely rich set of instructions, easy control, convenient operation, rich built-in integrated function, realize the characteristic, therefore, the M7120plane grinding machine at the completion of the origin
5、al features, but also has the advantages of easy installation, good stability, easy to repair, expansion capability and characteristics.Key words: electric control system; Analysis and improvement; grinder; PLC control1 引言在注重改变零部件外部几何形态和机械性能的制造工业和通过各种变化将原材料转化成产品为目的的过程工业中，通过大量的开关量顺序控制，按外部逻辑条件进行顺序动作，并
6、按照逻辑关系控制连锁保护动作，及大量离散量生产数据的采集。传统意义上，生产厂家都是通过气动和电气控制来实现这些顺序控制及数据采集功能的。随着产品机型的更新换代，车间生产线对应的加工对象也随之发生改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械制造设备按照新的工艺要求进行加工，而传统的继电接触器控制系统是固定接线式控制器，很难适应随时更新生产工艺要求。较大型自动生产线的控制系统使用了过多的继电器，这种触点式电器工作频率较低，在频繁动作的生产情况下寿命较短，从而容易引发系统故障，大大降低生产运行的可靠性。现代生产工艺中，PLC的出现解决了这一问题。PLC在数字运算能力、处理模拟数据量能力、人机接口能力和
7、网络连接能力等方面较大幅度的提高了生产要求，PLC逐渐进入过程控制领域，在很多生产运行应用中取代了在过程控制领域处于主导地位的DCS系统。1.1 国内外平面磨床的发展现状及趋势第23届日本国际机床展览会是继德国汉诺威、美国芝加哥之后的一个大型国际机床展览会，此次展览会主题定义为“Mono-Zukuri in-novation”（制造业的创新）。此次展会展现出，平面磨床现今已不再局限于平面的磨削，已延拓到了表面的磨削，成形磨削方式大行其道，得到了制造商和用户的大力推崇、开发及认可，磨削精度也越来越高。当今随着科技的高速发展高精度、超精度成形磨床应用范围越来越广，其机构布置形式以高刚性、T字布置为
8、主。立柱全移动式布局和工作台固定式布局，突破了传统的工作台移动形式，实现了平磨布局形式的一大创新。未来平面磨床的发展将更加注重创新的应用，主要表现在以下几个方面： 1、 配合数控技术的发展和普及，各平磨生产厂也积极推广数控系统的二次开发应用。并与数控系统开发商共同开发出具有自己特色的数控系统，符合平磨行业规范的基础上，利于打造自己的品牌，同时开发适应自身机床的工作控制程序。2、实现超精度平磨，垂直、横向最小进给量0.1m的超精度机床在国际上已相当普遍，日本0.01m的超精度平磨也已投入实际使用，如长濑公司超精平磨用于成形磨削导光板，亦可以进行超精密非球面、平面、以及成形加工，精度可达0.4m/
9、1500mm。在一定条件下磨削铝、铜材料时，最高磨削精度可达0.0010.01m（1nm10nm）。 3、实现复合化（成套成线产品）的加工生产，两台及两台以上机床根据零件加工工艺路线及工厂布置，将几台甚至几十台机床联合，利用输送线形成某一零件或某类零件加工线（FMS），或集成磨削、测量等多种不同的工艺过程。利用复合生产线，可以大大降低生产成本，还可以满足全球倡导的环保生产理念，同时复合生产线还可将加工过程中各机床的诸多优越性能和完善特点进行有效整合，提供用户全套的工艺解决方案。提供成套成线产品、提供生产线专用配套产品将是磨床发展的又一大趋势。 4、实现专机产品的生产，为满足用户特殊零件的加工要
10、求，生产特定的磨床日益为用户所接受。 5、磨床技术上加强创新，技术创新是技术进步的源泉，各著名生产厂都注重技术创新。静压导轨、静压轴承的应用，直线电机、直线导轨的应用等都为平面磨床的发展提供了丰富的精密的功能部件，使机床的结构、精度、功能等可根据实际需求有机结合在一起，为用户提供高精度高规格的产品。功能部件因机床的布局变化而发展，功能部件因机床的发展而齐全。如MAEGERLE公司的MMS系列平磨，结构采用小巧的龙门式。 6、生产中注重环保、注重细节，在磨削机床的设计中更加注意环保，防止油、冷却液、磨屑的污染。在细节方面应更加人性化，操作简易，省时省力并减少误操作率，降低噪音，防止冷却液飞溅等等
11、。1.2 目前PLC控制系统的应用现状目前我国应用的PLC控制系统中，I/O 64点以下PLC销售份额占整个PLC的销售额度的47%。在我国应用的PLC控制系统，几乎涵盖了世界所有的PLC品牌，但从行业规范上划分，又有各自的势力范围。一般大中型控制系统中采用欧美PLC的居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本PLC的居多。欧美PLC在网络连接和软件兼容方面具有优势，而日本PLC在灵活性和成本价位方面占优势。目前我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商到达最终用户的。1.3 M7120型平面磨床中
12、PLC应用的发展趋势 1、控制操作界面更加友好可编程逻辑控制器（PLC）制造商纷纷通过收购或联合软件制作企业、或软件发展产业，较大的提高了其软件制作水平，多数PLC品牌拥有与之相匹配的软件开发平台和组态软件程序，软件和硬件的兼容结合，大大提高了控制系统的性能，同时，为用户软件的再次开发和常规维护降低了成本，使之更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC、网络、IPC、CRT四位一体的控制模式被广泛应用。（工控机：英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。工控机有以下几大特点：1：机箱采用钢结构，拥有较高的防磁、防
13、尘、防冲击的能力。2：机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3：机箱内有专门电源，电源拥有较强的抗干扰能力。）2、 网络兼容通讯效能大大加强PLC制造商在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了多种通讯接口，而且提供与之对应的完整通讯网络。由于近年来数据通讯技术发展很快，用户对开放性操作要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也随之高速发展。3、 开放性和互操作性深度发展PLC在发展过程中，各PLC制造商为了实现技术垄断和扩大市场，处于妥协与竞争阶段，各自开发自己的标准，导致相互间兼容性差，这给用户使用带来很大的不便，并增加了系统维护成本。开放性是发展的
14、必然趋势，这一状况已被各PLC制造商所认知，形成了长期妥协与竞争的局面，并且这一过程还在继续。开放的过程，主要反映在以下几个方面：（1） IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，行业人士说，多种标准就是没有标准，但这毕竟是一个经过激烈的争论与妥协后的成果。统一标准推出后，各制造商为了快速适应这些标准，实现正常生产运行，积极开发研究与之相对应的新产品。（2） IEC制定了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。（3） OPC基金会推出了OPC（OLE for P
15、rocess Control）标准，这进一步增强了软件与硬件之间的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。（4） PLC的功能进一步增强，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，应用范围越来越广泛。（5） 工业以太网的发展对PLC有重要影响。在工业自动化控制领域，PLC的地位还是无出其右。即使受金融危机的冲击，自2009年后市场规模略有萎缩，但其发展势头依然强劲，即使危机当道，众多
16、PLC厂商依然看好PLC的发展前景，不断加大投入。2 M7120型平面磨床的型号含义与基本概述2.1机床的型号含义M7120M：磨床（机床）；7：平面（工作表面）；1：卧轴柜台式；20：工作台工作面宽200mm2.2.基本概述M7120平面磨床共有四台电动机，为砂轮电动机、砂轮升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。砂轮电动机（提供砂轮动力）用来直接带动砂轮旋转，对工件进行磨削加工，在M7120型平面磨床中，砂轮的速度一般不要求调动，所以通常采用笼型异步电动机来实现带动，这是平面磨床的主运动；砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作垂直运动，用以调整砂轮与工件的位置间距。工作台和砂轮的往复运动是靠液
17、压泵电动机进行液压传动实现，液压传动相对比较平稳，能实现无级调整，换向平稳。M7120型平面磨床工作台的往返运动采用液压传动，能保证加工精度。由液压电动机带动液压泵，经液压传动装置实现工作台的往复运动。冷却泵电动机带动冷却泵供给砂轮和磨削工件冷却液，同时利用冷却液带走磨削下来的铁屑，防止磨削污染，保证磨削环境。3 M7120型平面磨床的主要结构及功能3.1 M7120型平面磨床的结构示意 M7120型平面磨床的基本结构如图所示：它由1床身、2工作台、3电磁吸盘、4砂轮箱、5砂轮箱横向移动手轮、6滑座、7立柱、8工作台换向撞块、9工作台往复运动换向手柄、10活塞杆、11砂轮箱垂直进刀手轮 图3-
18、1 M7120 平面磨床的结构示意图3.2 M7120型平面磨床的主要结构及作用 1、砂轮架安装砂轮并带动砂轮作高速旋转，砂轮架可沿滑座的燕尾导轨作手动或液动的横向间隙运动。 2、滑座安装砂轮架并带动砂轮架沿立柱导轨作上下垂直运动。 3、立柱支承滑座及砂轮架。 4、工作台安装工件并由液压系统带动做往复直线运动，有效工作面积为630200（工作台工作面宽）毫米。工作面及中央T型槽侧面经过精细的磨削，其精度和光洁度较高，是安装工件或夹具的重要基面，应小心使用和加以保护。 5、床身支承工作台、安装其它结构部件，用以安装立柱、工作台、液压系统、电气元件和其它操作结构。 6、冷却液系统向磨削区提供冷却液
19、（皂化油）。 7、液压传动系统其组成有： （1）动力元件为油泵，供给液压传动系统压力油； （2）执行元件为油缸，带动工作台等部件运动； （3）控制元件为各种阀，控制压力、速度、方向等； （4）辅助元件如油箱、压力表等。液压传动与机械传动相比具有传动平稳，拥有过载保护，可以在较大范围实现无级调速等优点。4 M7120型平面磨床传统继电器接触器控制与PLC控制的比较4.1 传统继电器接触器控制的优缺点4.1.1 传统控制中的优点1、能满足电动机的动作要求（起动、制动、正反转等）。2、各电气元件可按一定的顺序准确动作，抗干扰性强，不易发生误动作。3、设有安全保护电路，在电路发生故障时能实现保护，防止
20、事故扩大化。4、可采用自动和手动两种控制方式，维护和操作方便。5、线路短，结构易懂，故障率低，经济性好。4.1.2 传统控制中的缺点 传统继电器-接触器电气控制系统存在线路复杂，故障诊断和排除困难。M7120型平面磨床是一种中型磨床，能够用来完成外圆、孔、平面以及齿轮、螺纹等成形表面的精加工，也可以磨削各种切削刀具。目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍在使用，由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难。主要存在以下几个问题：1.触点易被电弧烧坏而导致接触不良；2.机械方式实现的触点控制反映速度慢；3.继电器的控制功能被固定在线路中，存在功能单一、灵活性差等缺点，从而影响正常生产运行
21、。4.需要的元器件较多。控制系统体积大，耗电量大。4.2 PLC电气控制的特点电气控制系统性能稳定，它的抗干扰能力比较突出，可以用在比较恶劣的工作环境中。主要有以下几大特点：1.实时性由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2.高可靠性所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。采用性能优良的开关电源。对采用
22、的元器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。3.系统配置简单灵活控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。4.丰富的I/O卡件控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如
23、：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。5.控制系统采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。6.价格优势质优价廉，性价比高。7.安装简单，维修方便可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均
24、有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。4.3 传统的继电器接触器控制与PLC控制的区别传统的继电控制系统，是由（按钮、开关等）、（由各类继电器、接触器、而成，执行某种功能的线路）和（接触器线圈、指示灯等）三部分组成。这是一种由物理器件连接而成的控制系统。 PLC的虽与继电接触器相类似，但其控制和工作方式是不一样的，主要区别有以下几个方面。1、元器件不同 接触器控制电路是由各种硬件组成，而PLC梯形图中输入继电器、输出继电器、等软继电器是由软件来实现的，不是真实的硬件继电器。2、方式不同
25、 电接触器控制电路工作时，电路中硬件继电器都处于状态，凡符合条件吸合的硬件继电器都同时处于吸合状态，受各种约束条件不应吸合的硬件继电器都同时出在断开状态。PLC梯形图中软件继电器都处于周期性循环扫描工作状态，受同一条件制约的各个软继电器的动作顺序取决于程序扫描顺.3、点数量的不同 硬件继电器的触电数量有限，一般只有4-8对，PLC梯形图中软件继电器的触点数量在编程时可无限制使用，可常开又可常闭。4、制电路实施方式不同 继电接触器控制电路是通过各种硬件继电器之间接线来实施，控制功能固定，当要修改控制功能时，必修重新接线。PLC控制电路由来实施，可以灵活变化和在线修改。5 M7120型平面磨床的电
26、气控制原理及电气原理图5.1 M7120型平面磨床的电气控制原理M7120型平面磨床的工作原理是，当电源电压通入磨床后，线路无故障时，欠压继电器动作，其常开触点KA闭合，为KM1、KM2接触器吸合做好准备，当按下SB1按钮后，接触器KM1的线圈得电吸合，液压泵电动机开始运转，由于接触器KM1的吸合，自锁点自锁使M1电动机在松开按钮后继续运行，如工作完毕按下停止按钮，KM1失电释放，M1便停止运行。如需砂轮电动机以及冷却泵电动机工作时，按下按钮SB3后，接触器KM2便得电吸合，此时砂轮机和冷却泵电动机可同时工作，正向运转。停车时只需按下停止按钮SB4，即可使这两台电动机停止工作。在工作中，如果需
27、操作升降电动机做升降运动时，按下点动按钮SB5或SB6即可升降；停止升降时，只要松开按钮即可停止工作。如需操动电磁工作台时，把工件放在工作台上，按下按钮SB7后接触器KM5吸合，从而把直流电110V电压接入工作台内部线圈中，使磁通与工件形成封闭回路因此就把工件牢牢地吸住，以便对工件进行加工。当按下SB8后，电磁工作台便失去吸力。有时其本身存在剩磁，为了去磁可按下按钮SB9，使接触器KM6得电吸合，把反向直流电通入工作台，进行退磁，待退完磁后松开SB9按钮即可将工件拿出。 图5-1 电柜内电器元件接线示意图5.2 M7120型平面磨床电气原理图电源开关及保护液压泵电动机砂轮电动机冷却泵电动机砂轮
28、升降电动机控制电源及保护液压泵控制砂轮冷却砂轮电磁吸盘上升下降充磁去磁5-2 M7120型平面磨床的电气原理图6 M7120型平面磨床的电气控制线路分析M7120型平面磨床电气控制线路由主电路、控制电路、电磁吸盘控制电路和辅助电路四部分组成。6.1 主电路分析主电路中共有4台电动机。其中M1为液压泵电动机，用来拖动工作台和砂轮的往复运动，由KM1主触点控制；M2为砂轮电动机，用来带动砂轮做高速旋转；M3为冷却泵电动机，用以供给砂轮和磨削工件冷却液，同时带走磨削屑，保证磨削环境，同由KM2的主触点控制；M4为砂轮箱升降电动机，控制砂轮做上下垂直运动，由KM3、KM4的主触点分别控制。FU1对4台
29、电动机和控制电路进行短路保护，FR1、FR2、FR3分别对M1、M2、M3进行过载保护。砂轮升降电动机因运转时间很短，所以不设置过载保护。6.2 控制电路分析 当电源正常时，合上电源总开关QS1，电压继电器KV的常开触点闭合，可进行操作。6.2.1 液压泵电动机M1控制其控制电路位于7、8区。启动过程为：按下SB3KM1得电M1启动；停止过程为：按下SB2KM1失电M1停转。运动过程中若M1过载，则FR1常闭触点分断，M1停转，起到过载保护作用。6.2.2 砂轮电动机M2的控制其控制电路位于9区、10区。启动过程为：按下SB5KM2得电M2启动；停止过程为：按下SB4KM2失电M2停转。6.2
30、.3 冷却泵电动机M3控制冷却泵电动机M3通过接触器KM2控制，因此M3于砂轮电动机M2是联动控制。按下SB5时M3与M2同时启动，按下SB4时M3与M2同时停止。FR2与FR3的常闭触点串联在KM2线圈回路中。M2、M3中任一台过载时，相应的热继电器动作，都将使KM2线圈失电，M2、M3同时停止。6.2.4 砂轮升降电动机控制 其控制电路位于11区、12区，采用点动控制。砂轮上升控制过程为：按下SB6KM3得电M4启动正转。当砂轮上升到预定位置时，松开SB6KM3失电M4停转。砂轮下降控制过程为：按下SB7KM4得电M4启动反转。当砂轮下降到预定位置时，松开SB7KM4失电M4停转。6.3电
31、磁吸盘控制电路分析 图6-1 电磁吸盘的工作原理图 1-钢制洗盘体 2-线圈 3-钢制盖板 4-隔磁层 5-工件 电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。它是利用通电线圈产生磁场的特性吸牢铁磁性材料的工件，便于磨削加工。电磁吸盘的内部装有凸起的磁极，磁极上绕有线圈。吸盘的面板也用钢板制成，在面板和磁极之间填有绝磁材料。当吸盘内的磁极线圈通以直流电时，磁极和面板之间形成两个磁极，既N极和S极，当工件放在两个磁极中间时，使磁路构成闭合回路，因此就将工件牢固地吸住。1、电磁吸盘的组成工作电路包括整流、控制和保护三个部分。整流部分由整流变压器和桥式整流器VC组成，输出110V直流电压。2、电磁吸盘充磁的控制
32、过程 按下SB9KM5得电（自锁）YC充磁。3、电磁吸盘退磁的控制过程工件加工完毕需取下时，先按下SB8，切断电磁吸盘的电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以必须对吸盘和工件退磁。退磁过程为：按下SB8、SB10KM6得电YC退磁，此时电磁吸盘线圈通入反向的电流，以消除剩磁。由于去磁时间太长会使工件和吸盘反向磁化，因此去磁采用点动控制。松开SB10则去磁结束。 电磁吸盘是一个比较大的电感，当线圈断电瞬间，将会在线圈中产生较大的自感电动势。为防止自感电动势太高而破坏线圈的绝缘，在线圈两端接有RC组成的放电回路，用来吸收线圈断电瞬间释放的磁场能量。当电源电压不足或整流变压器发生故障时，吸盘的吸力不足，
33、这样在加工过程中，会使工件高速飞离而造成事故。为防止这种情况，在线路中设置了欠电压继电器KV，其线圈并联在电磁吸盘电路中，其常开触点串联在控制线路中。当电源电压不足或为零时，KV常开触点断开，使KM1、KM2断电，液压泵电动机和砂轮电动机停转，确保安全生产。6.4辅助电路分析辅助电路主要是信号指示和局部照明电路。其中，HL6为局部照明灯，由变压器TC供电，工作电压为24V，由手动开关QS2控制。其信号灯也由TC供电，工作电压为6V。HL1为电源指示灯；HL2为M1运转指示灯；HL3为M2运转指示灯；HL4为M4运转指示灯；HL5为电磁吸盘工作指示灯。7 电气控制系统的设计改造电气控制系统由PL
34、C、电气箱、控制箱、接线盒、行程开关、电磁铁等组成的控制回路，用来控制工作台、砂轮的运动、工件的夹紧等，使之按一定的工作程序来实现正常磨削循环。电气控制系统与液压传动系统密不可分。7.1 PLC简介可编程序控制器（PLC）从广义上来说也是一种计算机控制系统，只不过它比计算机具有更强的与工业现场相连的接口，具有更直接的适用于控制要求的编程语言。所以，它与一般的计算机控制系统一样，具有CPU、存储器、I/0接口等部。7.1.1 PLC的硬件系统典型的PLC控制系统的硬件组成框图，如图7-1所示。被 控 对 象开关输入模块采样设备模拟量输入块开关量输出快模拟量输出块其他模块执行装置检测装置系 统 总
35、 线主控模块（CPU，内存，用户内存，通信接口等）电源模块编 程 器计算机可接终端或外围设备PLC 图7-1 PLC控制系统硬件组成框图PLC控制系统的硬件是由PLC、输入/输出(I/O)电路及外围设备组成的。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。1、主控模块包括CPU、内存、通讯接口等部分。2、输入/输出模块：对于输入/输出模块有:数字量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、交流量输入/输出模块、220V交流量输入/输出模块。还有智能模块。3、源模块：该模块将交流电源转换成供CPU内存等所需的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心。4、I/O电路：PLC的基本
36、功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是对被控对象进行监测、采集、转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮、开关等也可以向PIC送控制指令。输出电路的功能就是接受PIC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。5、PLC外围设备：常用的有编程器、可编程终端、打印机、条形码读入机等等。7.1.2 PLC的软件系统及软元件介绍PLC控制系统的软件主要是有系统软件、应用软件、编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。PLC系统软件是PLC工作所必需的软件。在系统软件的支持下，PLC对用户程序进行逐条解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始
37、又开始新一轮的扫描。PLC的这种工作方式就成为循环扫描。但在PLC中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所以只有扫描到“线圈”的触点是，才会有动，没有扫描到时，触点就不会动作。并且PLC扫描一次用户程序的时间周期长短与用户的长短和扫描速度有关。S7-200PLC中有众多类型的软元件，具体软元件介绍如下：1.输入继电器(I)：只能由输入元件驱动，不可由程序驱动，实际点数不可超过PLC规定的点数。2.输出继电器(Q)：用来存放等待输出的控制信号。3.通用辅助继电器(M)：主要用来在程序设计中处理逻辑控制任务。4.特殊继电器(SM):具有特殊功能或用来存储系统的状态变量、有关的控制参数和信息，如高速计
38、数和中断等等。5.变量存储器（V）：用来存储变量的值，常用于数据处理或使用大量存储逻辑时。6.局部变量存储器(L):用来存放局部变量。7.顺序控制继电器(S):用于顺序控制或步进控制中。8.定时器（T）：工作过程与继电接触式控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。9.计数器(C):用于累计输入脉冲的个数。10.模拟量输入映像寄存器（AI）、模拟量输出映像寄存器（AQ）:AI用以实现模拟量/数字量（A/D）之间的转换，而AQ用以实现数字量/模拟量（D/A）之间的转换。11.高速计数器（HC）：用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲。12.累加器（AC）：用来暂时
39、存储数据。PLC内部工作流程如图7-2所示。合上电源内部单元处理I/O输入处理外设、CPU、总线通信服务CPU运行执行程序输出处理执行自诊断PLC正常否？存放自诊断错误结果CPU强制为STOP致命错误更新时钟、特殊寄存器STOPYNY 图7-2 PLC内部工作运行框图7.2 PLC控制系统设计的一般流程 控制系统设计的一般步骤与的器接触器控制系统的设计相比较，组件的代替了原来的器件，程序设计代替了原来的设计。1、根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。工艺流程的特点和要求是开发控制系统的主要依据，所以必须详细
40、分析、认真研究，从而明确控制任务和范围。如需要完成的动作（动作时顺、动作条件，相关的保护和联锁等）和应具备的操作方式（手动、自动、连续、单周期，单步等）。2、确定所需的用户输入设备（按钮、操作、限位、器等）、输出设备（器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（、电磁阀等），估算PLC的I/O点数；分析控制对象与PLC之间的信号关系，信号性质，根据控制要求的复杂程度，控制精度估算PLC的用户存储器容量。3、选择PLC。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的各项技术、指标起着重要的作用，PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、模块的选择
41、等。选择PLC的依据是输入输出形式与点数，控制方式与速度、控制精度与分辨率，用户程序容量。4、分配、定义PLC的I/O点，绘制I/O连接图。根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助、定时器、计数器。数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义专用的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。5、PLC控制程序设计。包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。控制程序是控制整个系统的软件，是保证系统正常，。可靠的关键，因此，控制程序的设计必须经过反复。修改，直到满足要求为止。6、控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计
42、的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。在设计控制系统时，必须在控制线路设计完成后，才能进行控制柜（台）设计和现场施工。可见，采用PLC控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。如果需要的话，尚需设计操作台、电气柜、盘和非标准电器元部件。7、试运行、验收、交付使用，并编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件包括书、设计书和使用说明书、电器图及电器元件明细表等。7.3 PLC控制系统的设计要求的电器图，一般包括电器原理图、电器布置图及电器安装图。在PLC控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图
43、”。它在传统电器图的基础上增加了PLC部分，因此在电器原理图中应增加PLC的I/O连接图。此外，在PLC控制系统的电器图中还应包括程序图（梯形图），可以称它为“软件图”。向用户提供“软件图”，可便于用户发生发展或工艺进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。根据具体任务，上述内容可适当调整。7.4 PLC的选型S7-200是德国西门子公司生产的一种小型PLC,其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型的PLC一样，因此，它一经推出，即受到广泛的关注。西门子最早的小型PLC产品是上世纪末推出的S7-200CPU21*系列的PLC，但很快就被CPU22*系列的产品所取代了。由于它具
44、有多种功能模块和人机界面（HIMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。现在最新版的S7-200系列PLC是在2004年推出的，它的主要特点是：较高的可靠性、丰富的指令集、丰富的内置集成功能、实时性强和强大的通信能力。根据控制要求，本系统选用SIEMENS的S7-200PLC，CPU模块选用CPU22*系列中的CPU224，本机集成14输入/10输出，它的程序存储容量和数据存储容量相对较大，它最多可以有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数的
45、处理能力，是使用得最多的S7-200产品。 图7-2 西门子S7-200PLC7.5 PLC控制与分散控制系统的比较分散控制系统是专门为工业过程控制设计的过程仪表控制系统，也称为集散控制系统。分散控制系统的主要应用场合是连续量的模拟控制，而可编程控制器的主要场合是开关量的逻辑控制。 在工厂自动化或计算机集成过程控制系统中，为了分散危险和分散功能，采用分散综合的控制系统结构。可编程控制器是分散的自治控制系统，它可以作为下位机完成分散的控制功能，与直接数字计算机的集中控制比较有质的飞跃。这种递阶控制系统也是分散控制系统的基础。 可编程控制器按扫描方式工作，分散控制系统按用户程序的指令工作。 存储器
46、容量上，可编程控制器所需运算大多是逻辑运算。分散控制系统的分散过程控制装置安装在现场，除需按现场的工作环境设计外，分散控制系统的装置通常根据安装在控制室的要求设计。可编程控制器是按照工作环境的要求设计，因此在元器件的可靠性方面需有专门的考虑，对环境的适应性也需专门考虑，以适应恶劣工作环境的需要。7.6 PLC控制的I/O分配表PLC采用S700-200/CPU/224 输入信号输出信号名称输入元件输入点名称输出元件输出点电压继电器KVI0.0液压泵电机接触器KM1Q0.0总停按钮SB1I0.1砂轮电机接触器+冷却液电动机KM2Q0.1液压泵电机M1启动按钮SB3I0.2砂轮上升接触器KM3Q0.