PLC在铣床控制系统中的应用

第一篇：PLC在铣床控制系统中的应用

PLC在铣床控制系统中的应用

谢保鸡

摘要：介绍用PLC取代X62W万能铣床的继电器控制电路，阐述了PLC的设计方案；根据控制要求，确定PLC的输入输出点数，进行PLC型号选择，对I/O地址进行了分配，并画出了I/O接线图；根据控制原理，画出了梯形图。

关键词：可编程控制器(PLC)；铣床；控制；

1引言

PLC是将计算机技术应用于工业控制领域的产品，它具有高可靠性、编程简单、体积小功耗低等优点，在短短的几十年里得到了迅猛发展，已成为当代工业自动化的主要支柱之一目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床，这些机床经历了比较长的历史，虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础的，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题，直接影响了产品质量，生产效率和生产成本。而用PLC对它进行技术改造，便能取得很好的效果。X62W铣床的电气控制要求

图1是X62W铣床控制系统的主电路图，其中M1是主轴电动机，M2为冷却泵电动机，M3为进给电动机，FR1—FR3为热继电器，FU为熔断器。

具体控制要求如下：

(1)主轴电动机M1采取空载直接起动，且要求实现正、反转控制，但由于铣床在加工过程中主轴方向的改变并不频繁，因此采用了电源相序转换开关SA3来实现正、反转。

(2)为防止铣削时，系统发生振动，在主轴传动系统中装有惯性轮，但在高速切削后，停车很费时间，故采用电磁离合器YC1制动。

(3)工作台的纵向、横向和垂直三个方向的进给运动由进给电动机M 3拖动，三个方向的选择由操纵手柄改变传动链来实现，每个方向有正、反向运动。要求M3能正、反转，同时，一个时刻只允许工作台向一个方向移动，所以三个方向的运动之间应有联锁保护装置。

(4)为了防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才允许有进给运动，而为了减小加工件表面的粗糙度，停车时要求先停进给，然后停主轴。但由于主轴本身具有惯性，因此可 以采用主轴和进给同时停止的方式。

(5)主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速时齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都要求变速时电机作瞬时点动。

(6)为操作方便，主轴电动机的起动与停止，工作台快速移动均采用两地控制。

(7)冷却泵由电动机M2拖动，只要求实现正转控制。

(8)为了加工螺旋槽，在X62W铣床上安装了圆工作台，但要求圆工作台的旋转与工作台的上下、左右及前后进给运动之间有联锁保护装置。PLC控制电路

3.1 I/O地址分配、机型选择及I/O端口接线图为实现上述铣床的控制要求，现选择三菱公司生产的FX2N－48MR型PLC，其I/O地址分配如附表所示。

图2是X62W铣床的PLC输入输出接线图，需注意的是，图中对输入的常闭触点进行了处理，即常闭按钮改用常开按钮，热继电器的常闭触点改用了常开触点。

3.2 PLC梯形图

图3是X62W铣床的PLC梯形图，其中，回路6控制主轴起动和变速，回路7控制主轴制动，回路11控制工作台分别作纵向、横向、垂直、变速等运动以及圆盘运动，回路8控制工作台快速进给。PLC梯形图控制分析

4.1主轴控制电路分析(1)主轴电动机起动

起动前先合上电源开关QF，再把主轴转换开关SA3扳到所需的旋转方向，然后按起动按钮SB1（或SB2)，X0（或X1)闭合，Y0得电，KM1工作，主轴电动机运转。

(2)主轴电动机的停车制动

按主轴停止按钮SB5（或SB6)，这时X4（或X5)常闭断开，M5失电，Y0失电，KM1断开，主轴电动机失电作惯性运动，接着X4（或X5)常开闭合，Y3得电，电磁离合器YC1工作，对主轴进行制动，待主轴停车后，松开SB5（或SB6)。

(3)主轴换铣刀控制

SA1是主轴换铣刀开关，需换刀时，将SA1扳到“换刀”位置，这时X14常闭断开，使Y0失电，KM1断开，主轴电动机失电作惯性运动，接着X14常开闭合，Y3得电，电磁离合器YC1得电工作，对主轴进行制动，使机床无法运行，保证了人身安全。(4)主轴变速冲动控制

主轴变速时的冲动控制是利用变速手柄与冲动行程开关SQ1，通过机械上的联动机构进行控制，变速时，扳操纵手柄使SQ1动作，这时X6常闭断开（断开自锁回路)，X6常开闭合，使Y0得电，KM1工作，主轴电动机实现点动控制。

4.2进给控制电路分析

转换开关S A 2是控制圆工作台的，在不需要圆工作台工作时，转换开关SA2扳到“断开”位置。此时，X15常闭闭合，常开断开；当需要圆工作台工作时，转换开关SA2扳到“接通”位置，此时X15常闭断开，常开闭合。(1)工作台左（右)控制

主轴电动机启动后，将操纵手柄向左（右)扳，其联动机构压动位置开关SQ5（SQ6)，使X12（X13)常闭断开（联锁保护)，X12（X13)常开闭合，Y1（Y2)得电，KM2（KM3)工作，进 给电动机实现正（反)转，通过相应传动装置拖动工作台向左（右)运动。(2)工作台下、前（上、后)控制

主轴电动机启动后，将操纵手柄分别向下、前（上、后)扳，其联动机构压动位置开关SQ3（SQ4)，使X10（X11)常闭断开（联锁保护)，X10（X11)常开闭合，Y1（Y2)得电，KM2（KM3)工作，进给电动机实现正（反)转，通过相应传动装置拖动工作台向下、前（上、后)运动。(3)进给变速冲动控制

与主轴变速原理一样，变速时只需将变速盘往外拉，使进给齿轮松开，待转动变速盘选择好速度后，将变速盘向里推，在推进时，档块压动位置开关SQ2，使X7常闭断开（断开自锁回路)，X7常开闭合，Y1得电，KM2工作，进给电动机实现点动控制。(4)工作台快速移动控制

按下快速点动按钮SB3（或SB4)，X2（或X3)接通，M9得电，它的一个常开触点接通进给控制电路，另一个则接通快速进给电磁离合器YC3，常闭触点切断正常进给电磁离合器YC2，让工作台实现快速进给。松开SB3（或SB4)，X2（或X3)断开，M9失电，此时YC3失电，YC2得电，工作台快速移动停止，仍按原方向作正常进给运动(5)圆工作台的控制

当需要加工螺旋槽时，应将工件安装在圆工作台上，调整好铣刀和工件之间的位置，主轴电动机启动后，将开关SA2扳到“接通”位置，X15常闭断开（联锁保护)，X15常开闭合，Y得电，KM2工作，进给电动机通过相应传动装置拖动圆工作台开始工作值得注意的是，当圆工作台在运转过程中，既不要求调速，也不要求反转

5结束语

用PLC改造后的X62W铣床通过实际使用，生产效率得到了很大提高并能很好的保证其加工精度，自运行以来，系统运行稳定、可靠，完全满足生产工艺的要求，对同类设备的技术 改造有较大的参考价值。参考文献：

[1]李秀忠.PLC在X62W铣床电气控制电路中的应用 [J].自动化技术与应用,2004,08（23）：29-31.[2]胡俊达.PLC在专用双面铣床电气控制中的应用 [J].组合机床与自动化加工技术,2003,12（05）：35-37 [3]姚道如,汪功明.变频器和PLC在龙门铣床控制中的应用[J].常熟理工学院学报(自然科学),2008,04(04):97-99 [4]俞鸿斌.PLC在龙门刨铣床数控化改造中的应用[J].机电工程, 2007,(7): 97-99.[5]阎占文.PLC在铝锭铣床自动控制上的应用[J].电器时代, 2004,(11): 80-83.[6]余雷声.《电气控制与ＰＬＣ应用》[M].机械工业出版社,2002.6.

第二篇：基于三菱PLC的双面铣床控制系统程序设计

基于三菱PLC的双面铣床控制系统程序设计

摘 要：采用三菱PLC对双面铣床进行技术改造，针对双面铣床的控制要求，给出两种程序设计方案，并简单分析了各自的优缺点，PLC的应用不但大大提高了系统运行的可靠性和抗干扰能力，降低了设计运行的故障率，同时给设计维护带来极大的便利，对同类设备的技术改造有较大的参考价值。

关键词：PLC；铣床；工作方式；IST

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.012

PLC的全称是Programmable Logic Controller（可编程控制器），刚引入国内时，曾简称为PC。后来，IBM-PC获得广泛应用，PC成了个人电脑的代名词，才改为PLC。PLC是一种智能产品，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿，明确强调了PLC直接应用于工业环境，具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、搞干扰能力强，编程简单等特点。在工业领域中，PLC控制技术的应用已成为世界潮流。

在传统的机床控制系统中，都是采用继电器――接触器等元器件组成的硬件逻辑控制电路，在PLC出现之前，一直占主导地位，应用广泛。但是电气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂，工艺难度高，不易更改，对生产工艺变化的适应性也差，所以用PLC控制取代传统机床电气控制系统是机床控制发展的主要趋势。它可以完美的解决传统机床电气控制系统的可靠性、柔性、开发周期、故障自诊断等问题。

铣床作为机械加工的通用设备，在汽车等配件生产加工中起着不可替代的作用。而双面铣床由于两面可同时加工，加工效率高，应用更为广泛，本文主要进行双面铣床的PLC控制程序设计。双面铣床控制系统控制要求

工作台来回往返运动由液压驱动，工作台速度和方向由限位开关SQ1―SQ3控制。工作台与主轴循环工作过程为：工作台启动――向右快进（左动力头）――减速工进，同时主轴启动，加工结束――停止工进，主轴延时10S停转――工作台向左快退回原位――进入下一循环工作状态。右动力头的运行方向与左动力头相反。

控制要求：PLC设计时，工作方式设为自动循环、点动、单周循环和步进4种；主轴只在自动循环和单周循环时启动；要有必要的电气保护和联锁装置；自动循环时按下图的顺序动作。PLC设计设计

2.1 采用IST指令实现程序设计

根据控制系统要求，该程序主要需包括四种工作方式，分别为自动循环、点动、单周循环和步进，最为简便的编程方法是使用功能指令的初始化指令IST（FNC60）。

梯形图源操作数S表明的是首地址，它有共8个位连号软元件元件组成，由开关量输入继电器X20～X27组成，其功能分别是：

X20：手动工作方式的输入控制信号；X21：返回原点工作方式的输入控制信号；X22：单步工作方式的输入信号；X23：单周期工作方式的输入控制信号；X24：全自动工作方式的输入控制信号；X25：返回原点的启动信号；X26：进入自动工作方式的启动信号；X27：停止。在开关量输入X20～X24中，不允许有两个或两个以上的输入端同时闭合，因此，必须选用满足该条件的转换开关，且该开关至少有五挡位置，当开关扳到某挡位置时，只有该位置的触点闭合，其他各位置的触点断开。在梯形图中，目的操作数D1和D2只能选用状态器S，其范围是S20～S899，其中D1表示自动工作方式所使用的最低位状态器，D2表示自动工作方式时所使用的最高位状态器。S0～S9是实际发始状态器地址编号。S0是各操作的初始状态，S1是原点回归的初始状态。

同时，与IST指令有关的特殊辅助继电器有8个。它们是M8040～M8047，其中M8040：转移禁止；M8040：转移开始；M8042：起动脉冲；M8043：返回原点完成，当M8043为1时，允许进入自动工作方式，当M8043为0时，表示返回原点未完成，不允许进入自动工作方式；M8047：STL监控有效。

因此，如果采用IST指令设计该双面铣床控制程序时，可将程序设计成四部分，第一部分IST指令；第二部分为手动程序，设计在状态点S0下；第三部分为返回原点程序，设计在状态点S1下，且在该部分程序最后，到达原点时对M8043置1，表示返回原点完成；第四部分为自动和单周程序，设计在状态点S2下。若X20为ON时，状态器S0为1，表示工作在手动工作状态；若X21为ON时，状态S1为1，处于返回工作原点状态，当返回工作原点完成时，M8043置1，此时如果X22为ON，则工作于单步工作状态即步进状态，每按一次启动按钮，就进行一次状态转移，如果输入端X23为ON，则处于单周期工作状态，每按一次启动按钮，扫行完一个周期后，停止在起始状态S2；如果输入端X24为1时，则处于自动工作方式，循环执行用户程序。由此可见，该程序完全满足该双面铣床控制系统的四种工作方式。但是我们同时也可以发现，一旦采用IST指令，其输入端一次性占用X20～X27共8个输入点，对于三菱FX2N-32MR的PLC来说，有可能输入点是不够用的，并且它必须采用至少有五档的转换开关，那我们可不可以不采用IST指令同样也可以实现控制要求呢？

2.2 采用基本指令实现程序设计

2.2.1 程序的总体结构

图3为双面铣床的PLC梯形图程序的总体结构，将程序分为公用程序、手动程序和自动程序三个部分，其中自动程序包括单步、单周期、自动循环和自动回原点四部分。这是因为它们的工作都是按照同样的顺序进行，所以将它们合在一起编程更加简单。回原点程序放在自动程序的初始状态点S0中，因为自动循环等工作方式起点就要求动工作台处于原点位置，梯形图中使用跳转指令使得自动程序和手动程序不会同时执行。

2.2.2 各部分程序的设计

（1）公用程序。公用程序如图4所示，用于自动程序和手动程序相互切换的处理。当选择自动X7、单周X10、步进X11这三种工作方式时，程序跳转至P0执行自动程序，反之若选择的是手动X12，则执行手动程序。当执行手动程序时，首先将状态点S0～S13复位，同时将输出Y0～Y4复位，再进行手动工作方式，必免同时有两个活动步的异常情况，同时为避免手动工作时的越程故障，可在左动力头和右动力头输出上分别加上SQ3和SQ1的常闭触点，进行位置限制。

自动程序初始状态点S0的激活，由自动X7、单周X10、步进X11三个输入的并联进行触发，并采用边沿触发，如果采用普通触发，当以上三个输入开关闭合时，会出现初始状态点S0一直处于激活状态，当自动程序开始执行时，会同时出现两个活动步的异常情况，而采用上升沿触发，只有当开关合上一瞬间，初始状态点S0才会被激活，当下一个状态点满足条件激活时，S0状态点关闭。

步进工作状态依靠特殊辅助继电器M8040来实现，由启动按钮X0的常闭触点和步进工作状态选择开关S11的常开状态驱动特殊辅助继电器M8040。当步进选择开关S11闭合，没有按下启动按钮X0时，M8040为1，禁止状态转移，按下启动按钮X0时，常闭触点断开，M8040为0，允许状态转移，即跳转至下一个状态点，执行下一步动作，由此，每按一次，自动程序执行一步，即实现了步进控制。

（2）自动程序。自动程序功能图如图5所示，其中包含单周、自动循环以及自动回原点程序。其中单同和自动循环通过状态点S13下的跳转实现，当选择单周或步进时，程序跳转至状态点S0，当选择自动或步进时，程序跳转至状态点S10。自动回原点程序设计在初始状态点S0下。当返回原点后，即到达行程开关SQ1位置，给出原点信号Y5，作为下一个状态S10激活的条件之一。同时需注意的是，因为步进工作方式与自动程序是合在一起编程的，当程序工作在单周或自动时，满足下一个状态点激活条件时，则跳转至下一个状态点执行，而工作在步进工作状态时，尽管满足了下一个状态点激活条件，但没有按下启动按钮，程序不会执行下一个状态点的动作，即当前状态点一直处于激活状态，当前状态点也一直有输出，为了避免这种情况的出现，在每个状态点的输出元件上，加上条件限制，当满足跳转条件时，尽管没有跳转，当前状态点也无输出。如在状态点S10的输出元件前串上SQ2的常闭触点。

（3）程序调试。程序调试时，可各部分程序分别调试，然后再进行全部程序的调试，也可直接进行全部程序的调试。总结

本文介绍的在双面铣床控制系统中应用PLC替代继电器―接触器电气控制线路的技术改造，经过实际运行，系统运行稳定可靠，能很好的保证其加工精度和定位精度，两个编程方法各有优缺点，采用IST指令，编程方法简单，程序结构清晰，但在工作方式的选择开关上一定要采用五档转换开关来实现，采用普通指令，编程较为复杂，但开关无特殊要求。总之，PLC的应用不但大大提高了系统运行的可靠性和抗干扰能力，降低了设计运行的故障率，同时给设计维护带来极大的便利，对同类设备的技术改造有较大的参考价值。

参考文献：

[1]王兆义.可编程控制器教程[M].机械工业出版社，2004（07）.[2]陈韦明，何美生.电气控制及PLC控制技术[M].北京交通大学出版社，2010（09）.[3]高级维修电工专业技能训练[M].中国劳动社会保障出版社，2004（06）.

第三篇：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

引言

恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

基于上述情况对某生活区供水系统进行了改造，采用plc作为中心控制单元，利用变频器与pid相结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。2 系统结构与工作原理

供水系统由主供水回路、备用回路、储水池及泵房组成，其中泵房装有1#~3#共3台150kw泵机。另外，还有多个电动闸阀或电动蝶阀控制各供水回路和水流量。由于该供水网较大，系统需要供水量每小时开2台泵向管网充压，供水量大时开3台泵同时向管网充压。要想维持供水网的压力不变，在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件为控制系统提供反馈信号，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压比较慢，故系统是一个大滞后系统，不宜直接采用pid调节器进行控制，而应采用plc参与控制的方式来实现对控制系统起调节作用。选择frn160g7p-4变频器实现电动机的调速运行，可编程序控制器选择日本松下fp1-c40型，且配有a/d和d/a模块，其原理框图如图1所示。

图1 恒压供水系统原理图

控制系统主要由plc、变频器、切换继电器、压力传感器等部分组成。控制核心单元plc根据手动设定压力信号与现场压力传感器的反馈信号经plc的分析和计算，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过pid运算后，plc将0~5v的模拟信号输出到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软启动;plc通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过i/o端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使动力系统的工作压力稳定，进而达到恒压供水的目的。3 系统程序设计和plc的i/o分配

系统程序包括启动子程序和运行子程序，其流程图如图2所示。运行子程序又包括模拟调节子程序(其流程图如图3所示)和电机切换子程序(流程图略)，电机切换子程序又包括加电机子程序和减电机子程序(程序设计略)。plc的输入、输出端子分配情况如附表所示。

图2 启动程序流程图

图3 模拟调节流程图 系统工作过程

加上启动信号(x4)后，此信号被保持，当条件满足时，(即x2为“1”)时，开始启动程序，此时由plc控制1#电机变频运行(此时y0、y6、y7亮)，同时定时器t0开始计时(10s)，若计时完毕x2仍亮，则关闭y0、y6，(y7仍亮，)t2延时1s。延时有两方面的原因: 一是使开关充分熄弧，防止电网倒送电给变频器，烧毁变频器;二是让变频器减速为0，以重新启动另一台电机。延时完毕，则有1#机投入工频运行，2#机投入变频运行，此时y1、y2、y6、y7亮，同时定时器t1开始计时(10s)，若计时完毕x2仍未灭，则关闭y2、y6，(y1、y7仍亮，)t3延时1s，延时完毕，将2#机投入工频运行，3#机投入变频运行，(此时y1、y3、y4、y6、y7亮，)再次等待y7灭掉后，则整个启动程序执行完毕，转入正常运行调节程序，此后启动程序不再发生作用，直到下一次重新启动。在启动过程中，无论几台电机处于运行状态，x2一旦灭掉，则应视为启动结束(y7灭掉)，转入相应程序。综合整个启动过程，完成三台电机的启动最多需要22s的时间。

运行过程中，若模拟调节器节上、下限值均未达到(即x1、x2灭)，则此时变频器处于模拟调节状态(此时相应电机运行信号和y6亮)。

若达到模拟调节上限值(x1亮)，则定时器t4马上开始定时(5s)，定时过程中监控x1，若x1又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节;若t4定时完毕，x1仍亮，则启动一低速(y8亮)，进行多段速调节，同时定时器t5开始定时(3s)。定时完毕，若x1仍亮，则关闭此多段速，启动一更低速(y9)，同时定时器t6定时(10s)。定时完毕，若x1仍亮，则关掉y9，此后x0很快会通，转入切换动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若x0亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行切换动作，即转入切换程序，同样，若无论何时，x1灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。

若达到模拟调节下限值(x2亮)，则定时器t7马上开始定时(5s)，定时过程中监控x2，若x2又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节，若t7定时完毕，x2仍亮，则启动一高速(y7、y2)，进行多段速调节，同时定时器t8开始定时(3s)，定时完毕。若x2仍亮，则关闭此多段速，启动一更高速(y8、y9)，同时定时器t9定时(10s)，定时完毕。若x2仍亮，则关掉y8、y9，此后x3很快会通，转入加电机动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若x3亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行加电机动作，即转入加电机程序。同样，若无论何时，x2灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。

电机切换程序分为电机切除程序和加电机程序两部分。此程序动作的条件是:启动结束后无论何时x0亮，一旦条件满足，即由plc根据电动机的运行状态来决定相应切换哪台电机，切换时只能切换工频运行电机。

若工作状态是一台变频一台工频，则立即切除工频电机，然后计数值减1，即完成此过程，再由调节程序运行，调节至满足要求为止。

若3台电机同时工作，则应由plc来决定切除哪台工频运行电机。切除依据是3台电机对应计数器的大小，谁大切谁，切除掉一台后，要由定时器定时(5s)等待，以便变频器调节一段时间，防止连续切除动作。这主要是考虑到本系统的非线性和大小惯性因素而采取的措施。

加电机程序, 其动作程序是:启动结束后无论何时x2亮, 一旦条件满足, 立即关掉变频运行电机和变频器，延时一段时间后(原因同上), 将原变频运行电机投入工频运行，同时打开变频器和将要启动电机的变频开关, 完成加电机。

同样，若原有2台电机工频工作，则x2一亮，立即开始加另一台电机(无延时)，(加电机依据是判断计数值，谁小加谁)。但加电机完成以后，定时器要开始定时(5s)等待，让变频器调节一段时间，防止连续加电机动作。其过程分为:结束语

用变频器来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分显著。其优点是: 起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应;在锅炉和其他燃烧重油的场合,恒压供油可使油的燃烧更加充分，大大地减轻了对环境的污染。参考文献

[1] 常斗南.电气控制与plc应用.北京:机械工业出版社,2003 [2] fp1型可编程控制器c24/c40/c60操作手册 [3] 变频器说明手册.富士电机有限公司

[4] 曾 毅.变频调速控制系统.济南:山东科学技术出版社,2002 作者简介

张全庄(1963-)男 讲师/硕士 主要研究方向:工业电气自动控制与plc应用。

第四篇：PLC在工业全自动洗衣机控制系统中的应用毕业论文

XXX学校

Xx办学点毕业论文

课题名称：PLC在工业全自动洗衣机

控制系统中的应用

专 业：

班 级：

学 籍 号： 学生姓名：

导师姓名：

提交日期：

PLC在工业全自动洗衣机控制系统中的应用

(姓名)摘 要：随着科学技术和生活水平的提高，洗衣机的洗涤水平也随着科技的发展大大提高。PLC在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性，另外它的编程语言也相对简单。本文选择三菱F1—20MR为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了全自动洗衣机控制系统的自动化。关键词：全自动洗衣机；PLC；控制

一、工业全自动洗衣机的自动控制

目前洗衣机是一种耳熟能详的家用电器，随着科技的进步和人们生活质量的提高，以及人们对精神文明的高度追求，所以目前市场上还是有很大的发展空间。不同材质的衣物越开越多，对洗衣机的要求也越来越高。智能控制洗衣机的动力系统是目前研究的方向，在工业控制系统中广泛运用的PLC，它是整体模块，集中了驱动电路，检测电路和保护电路以及通讯联网功能。现代的全自动化洗衣机实现了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到停机的自动化过程。

1.进水和排水系统

全自动洗衣机的洗衣桶和脱水桶是以同一轴心安放的。脱水桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通。全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。

全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，主电机导通，进水阀断开，并开始洗衣。全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。

2.洗涤与脱水系统

全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。为了保证洗涤效果，洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大摩擦力，达到满意的洗涤效果，提高洗涤率。

洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，控制系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。启动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。洗衣房设备排水按钮用来实现手动排水。

洗衣机具有盖的带锁装置，该锁定装置，包括洗衣机盖板、洗衣机箱体，还包括控制开关，与控制脱水的开关联动，使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板，从而确保了洗衣机脱水时的操作安全。

3.箱体与支承系统

洗衣机外箱体是洗衣机的盔甲，很多洗衣机采用高分子聚合塑钢材料作为外箱体，永不生锈，耐碰撞，防漏电，机身轻便，易于搬动。有的采用刚柔相济的不锈钢做内桶刚性，在于不锈钢材质表面分子结构致密，空隙小，以达到抗菌，抑菌，耐腐蚀的作用。柔性，超级镜面不锈钢材料光滑柔细，即便是最娇柔的面料也不会受到损伤。很多洗衣机内桶完全采用世界一流的不锈钢材料制成，拥有 顶级的品质保证。全自动洗衣机一般采用轻触式开关，全自动洗脱机 在按下开关后，字符旁边的指示灯会亮。当指示灯亮起表示程序选中，指示灯闪烁表示正在执行此程序，指示灯熄灭表示程序未选择或执行完毕。

4.PLC机型选择

PLC是一种根据用户给的指令，通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算，再通过输出接口去控制各种执行机构动作。它主要有CPU、存储器、I/O接口模板三部分。通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择三菱FX系列F1—20MR，可以完全满足其要求，F1—20MR有20个I/O，根据输入，输出口的总点数，考虑留有适当余量。

全自动洗衣机电气控制系统包括微处理器、排水电磁铁、电容器、门开关、按键开关、指示灯、中间继电器，水位压力开关、蜂鸣器及进水电磁阀等部件组成。通过微处理器，能自动完成进水，洗涤（漂洗）、排水、脱水、报警等全部程序，只需设计软件就可以来达到预想控制的目的。

二、设计目的

1.了解和掌握全自动洗衣机的工作流程；

2.了解自动控制的工作原理及PLC在日常工作中的应用。

三、全自动洗衣机的设计要求

控制要求：整个洗涤过程分为进水、洗涤、放水、脱水四个部分，系统从进水环节开始到脱水环节结束共循环两次。

（1）PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

（2）按下启动按钮后，洗衣机开始进水。进水直到高（中、低）水位，水位开关由OFF变ON）。

（3）PLC停止进水，2秒后开始洗涤。

（4）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒。

（5）如此循环5次，总共320秒后开始排水。

（6）排空后脱水30秒。

（7）开始清洗，重复（1）～（5），清洗两遍。

（8）清洗完成，报警3秒并自动停机。

四、PLC控制系统工作原理及调试过程

1、初始脉冲M8002使初始状态S2置1，按下启动按扭X1，状态转入S20，Y1得电启动洗衣机，选择水位（高、中、低）状态转入S21，Y2得电开始进水，达到选定水位后相应的水位检测触点接通，状态转入S22。

2、状态转入S22，T0定时2S，2S后T0的触点接通，状态转入S23，Y3得电，洗衣机正转，并用T1定时30S，30S后T1触点接通，状态转入S24，T2开始定时2S，2S后其触点接通，状态转入S25，Y4得电。

衣机反转并用T3定时30S，30S后T3触点接通，状态转入S26，此时用T4定时2S，C0计数5次，2S后T4触点接通，当计数未达5次，C0的常闭继续闭合状态转入S23，当计数达5次，C0的常闭断开，常开闭合，状态转入S27。

3、状态转入S27后，Y5得电，开始排水，当水排空后，X6闭合状态转入S28，Y6得电，T5定时30S，C1计数2次，开始脱水，30S后T5触点接通，此时当C1计数未达2次，则C1的常闭继续闭合，状态转入S21，若C1计数达到2 次，则C1的常开就闭合，状态转入S29。

4、状态转入S29后，Y7得电，T6定时3S报警，3S后，T6触点接通，状态转入S2.步进阶梯结束，程序结束.五、结束语

PLC控制洗衣机洗涤程序有独特程序。

首先，它是一个顺序控制系统程序；

其次，洗涤、排水、脱水时间是由PLC内的计数器和定时器中K参数控制的，只要改变它的参数大小就可以改变整个程序时间长短；

第三，通过改变PLC的型号，可以根据认物的质地、数量和脏污程度来实现标准洗、强洗、快洗的多功能；

第四，通过改变洗涤程序可实现进水洗涤、漂水、排水、脱水的顺序控制，也可实现或洗涤、或漂水、或脱水等单体控制；

第五，在设计过程中，可以方便的加入相应的配套装置，如指示灯，蜂鸣器。通过衣裳的分析说明，可知全自动洗衣机的控制系统是有多种性的，各种最优控制系统均可运用，但是必须考虑它的结构和成本。

参考文献

[1]高勤.电器及PLC控制技术[M].北京：高等教育出版社，2008.6.[2]蒋金.全自动洗衣机的PC智能控制[M].[3]陈苏波主编.三菱PLC快速入门与实例提高[M].北京：人民邮电，2008.6.[4]吕卫阳,徐昌荣主.PLC工程应用实例解析[M].中国电力出版社.3

第五篇：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

引言

恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水压力不足或短时断水，可能会影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

基于上述情况对某生活区供水系统进行了改造，采用PLC作为中心控制单元，利用变频器与PID相结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。系统结构与工作原理

供水系统由主供水回路、备用回路、储水池及泵房组成，其中泵房装有1#～3#共3台150kW泵机。另外，还有多个电动闸阀或电动蝶阀控制各供水回路和水流量。由于该供水网较大，系统需要供水量每小时开2台泵机向管网充压，供水量大时，开3台泵机同时向管网充压。要想维持供水网的压力不变，在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件，为控制系统提供反馈信号，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压比较慢，故系统是一个大滞后系统，不宜直接采用PID调节器进行控制，而应采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。可编程序控制器选择日本松下FP1-C40型，且配有A/D和D/A模块，其原理框图如图1所示。变频器选择FRN1 60G7P-4实现电动机的调速运行。

控制系统主要由PLC、变频器、切换继电器、压力传感器等部分组成。控制核心单元PLC根据手动设定压力信号与现场压力传感器的反馈信号经PLC的分析和计算，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过PID运算后，PLC将0～5V的模拟信号输出到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软起动;PLC通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过I/O端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的电机台数，并完成电机的起停、变频与工频的切换。通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使动力系统的工作压力稳定，进而达到恒压供水的目的。

图1 恒压供水系统原理图 系统程序设计和PLC的I/O分配

系统程序包括起动子程序和运行子程序，其流程图如图2所示。运行子程序又包括模拟调节子程序(其流程图如图3所示)和电机切换子程序(流程图略)，电机切换子程序又包括加电机子程序和减电机子程序(程序设计略)。PLC的输入、输出端子分配情况如附表所示。系统工作过程

加上起动信号(X4)后，此信号被保持，当条件满足(即X2为“1”)时，开始起动程序，此时由PLC控制1# 电机变频运行(此时Y0、Y6、Y7亮)，同时定时器T0开始计时(10s)，若计时完毕X2仍亮，则关闭Y0、Y6(Y7仍亮)，T2延时1s(延时是为了两方面的原因:一是使开关充分熄弧，防止电网倒送电给变频器，烧毁变频器;二是让变频带器减速为零，以重新起动另一台电机)。延时完毕，则有1#机投入工频运行，2#机投入变频运行，此时Y1、Y2、Y6、Y7亮，同时定时器T1开始计时(10s)，若计时完毕X2仍未灭，则关闭Y2、Y6，(Y1、Y7仍亮，)T3延时1s，延时完毕，将2#机投入工频运行，3#机投入变频运行，(此时Y1、Y3、Y4、Y6、Y7亮，)再次等待Y7灭掉后，则整个起动程序执行完毕，转入正常运行调节程序，此后起动程序不再发生作用，直到下一次重新起动。在起动过程中，无论几台电机处于运行状态，X2一旦灭掉，则应视为起动结束(Y7灭掉)，转入相应程序。综合整个起动过程，完成3台电机的起动最多需要22s的时间。

运行过程中，若模拟调节器节上、下限值均未达到(即X1、X2灭)，则此时变频器处于模拟调节状态(此时相应电机运行信号和Y6亮)。若达到模拟调节上限值(X1亮)，则定时器T4马上开始定时(5s)。定时过程中监控X1，若X1又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节;若T4定时完毕，X1仍亮，则起动一低速(Y8亮)，进行多段速调节，同时定时器T5开始定时(3s)，定时完毕。若X1仍亮，则关闭此多段速，起动一更低速(Y9)，同时定时器T6定时(10s)。定时完毕，若X1仍亮，则关掉Y9，此后X0很快会通，转入切换动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若X0亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行切换动作，即转入切换程序。同样，若无论何时，X1灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。

若达到模拟调节下限值(X2亮)，则定时器T7马上开始定时(5s)，定时过程中监控X2，若X2又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节，若T7定时完毕，X2仍亮，则起动一高速(Y7、Y2)，进行多段速调节，同时定时器T8开始定时(3s)，定时完毕。若X2仍亮，则关闭此多段速，起动一更高速(Y8、Y9)，同时定时器T9定时(10s)，定时完毕。若X2仍亮，则关掉Y8、Y9，此后X3很快会通，转入加电机动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若X3亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行加电机动作，即转入加电机程序。同样，若无论何时，X2灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。

电机切换程序分为电机切除程序和加电机程序两部分。此程序动作的条件是:起动结束后无论何时X0亮，一旦条件满足，即由PLC根据电动机的运行状态来决定相应切换哪台电机，切换时只能切换工频运行电机。

若工作状态是1台变频1台工频，则立即切除工频电机，然后计数值减1，即完成此过程，再由调节程序运行，调节至满足要求为止。

若3台电机同时工作，则应由PLC来决定切除哪台工频运行电机。切除依据是3台电机对应计数器的大小，谁大切谁，切除掉一台后，要由定时器定时(5s)等待，以便变频器调节一段时间，防止连续切除动作。这主要是考虑到本系统的非线性和大小惯性因素而采取的措施。图3运行时模拟调节子程序流程图加电机程序，其动作程序是:起动结束后无论何时X2亮，一旦条件满足，立即关掉变频运行电机和变频器，延时一段时间后(原因同上)，将原变频运行电机投入工频运行，同时打开变频器和将要起动电机的变频开关，完成加电机。

同样，若原有2台电机工频工作，则X2一亮，立即开始加另一台电机(无延时)，(加电机依据是判断计数值，谁小加谁)但加电机完成以后，定时器要开始定时(5s)等待，让变频器调节一段时间，防止连续加电机动作。其过程分为:1# → 2#、1# → 3#、2# → 3#、2# → 1#、3# → 2#、3# → 1#。结束语

用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分显著。其优点是:起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应;在锅炉和其他燃烧重油的场合，恒压供油可使油的燃烧更加充分，大大地减轻了对环境的污染。

参考文献

[1] FP1型可编程控制器C24/C40/C60操作手册[Z].[2] 变频器说明手册[Z].富士电机有限公司.[3] 曾毅等.变频调速控制系统的设计与维护[M].济南:山东科学技术出版社,2000.[4] 陈国呈.PWM变频调速技术[M].北京:机械工业出版社,2001。

作者简介

张全庄(1963-)讲师 现为陕西科技大学在读硕士，主要研究方向:工业电气自动控制与PLC应用。