维修电工技师答辩论文终稿

技师答辩论文用PLC改造旧式机床电气控制系统的一般方法

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二OO九年七月二十日

用PLC改造旧式机床电气控制系统的一般方法

摘要：本文详细介绍了采用PLC改造继电器控制的旧式机床电气控制系统的一般方

法和改造中一些必须注意的问题，并以T68镗床为例。

关键词：PLC；改造；机床；电气控制系统

1、前言

今天继电器已应用到工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也随之带来一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。

目前采用继电器控制的旧式普通机床设备仍在企业中广泛使用，特别是在一些工业欠发达地区，这些设备的使用率还比较高，在企业中仍然起着较大的作用。由于这些设备使用多年后故障率高、维修量大、可靠性差；其精度、效率、自动化程度都已不能满足当前生产需要等原因，严重影响了正常的生产。随着PLC技术的发展，使用PLC相对于使用继电器线路拥有无法比拟的优势:

1、功能强，性能价格比高

一台小型PLC有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐

全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、大规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

3、可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可大为减少，是继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

4、系统的设计、安装、调试工作量少

PLC用软件功能取代了继电器控制系统量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

5、编程方法简单

梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图

语言，并用来编制用户程序。

6、维修工作量少，维修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

由此可见用可编程序控制器（PLC）改造旧机床电控系统，是非常现实的技术改造方案。特别是一些加工工艺较特殊的机床设备，采用PLC 实现机床电器系统的控制更有优势。所以对这类普通机床控制系统进行改造是非常必要的。下面介绍采用PLC改造机床电控系统的一般方法和具体步骤。

2 改造原则

1）应最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求。充分发挥PLC的功能最大限度地满足被控对象的控制要求，是改造控制系统的首要前提，这也是改造中最重要的一条原则。这就要求设计人员在改造前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国外资料。同时要注意同现场工程技术人员，操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决改造设计中的重点问题和疑难问题。

2）在满足要求的前提下，力求系统简单经济、使用及维修方便。一个新的改造工程固然能够提高设备效率，带来经济效益和社会效益，但工程的投入，技术的培训，设备的维护也将导致运行资金的增加，这就要求改造不仅应该是使控制系统简单经济，而且要使控制系统的使用和维护方便，成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

3）保证控制系统工作安全可靠。保证控制系统能够长期安全可靠稳定运行，是改造控制系统的重要原则。这就要求在系统设计，元器件选择，软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

4）适应发展的需要。由于技术的不断发展，控制系统的要求也将不断地提高，改造时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要，在选择PLC，输入、输出模块，I\O点数和存容量时要适当留有裕量，以满足今后的发展和工艺的改进。

3 改造流程

1）确定控制对象，明确控制任务和改造设计要求，要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求，拟定控制系统改造设计的技术条件。

要深入、全面了解需改造机床的工作过程，分析整理其控制的基本方式、完成动作的条件关系，以及相关的保护联锁关系，了解是否需要对现有机床的操作控制加以改进，如有需要，后续改造设计中应予以实现。根据整理结果，确定所需输入、输出设备在保证完成工艺要求的前提下，力求系统简单经济，能最大限度地使用原有的输入、输出设备，降低改造成本。

2）制定控制方案，进行PLC选型。

设备工艺流程的特点和应用要设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的，标准的，按照易于扩充其功能的原则，选型所用PLC应是相关工业领域成熟可靠的系统。PLC的系统硬件，软件配置及功能应与设备规模和控制要求相适应。因此在选型时应详细分析工艺流程的特点，控制要求，然后根据控制要求估算输入输出I\O点数，所需存储器容量，确定所需PLC的功能，最后选择具有高性价比的PLC。根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式。通过研究工艺流程和机械运动的各个步骤和状态，来确立哪些信号需要输入PLC，哪些信号要由PLC输出，哪些负载要由PLC驱动，分门别类统计出各输入输出点。确定I\O点数时应留有15%～20%的余量，为系统改造留有余地。在设计阶段，由于应用程序还未编制，程序容量还是未知，为了选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。存储器存容量的估算大体上都是按照数字量I\O点数的10～15倍，加上模拟I\O点数的100倍，以此为存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。PLC的控制功能包括运算功能，控制功能，通信功能，编程功能，诊断功能和处理响应速度等。一般功能越强响应速度越快价格越高，所以要根据设备工艺流程和控制要求，合理适当的选择其所需功能。PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要，准确地统计出被控设备对输入输出点数的总需要量是PLC选型的基础。