输出部分
输出部分
点数
接触器
12
总计
12
注：照明不需要接入PLC，只需要选择开关就可以。
所以选用FX2N―32MR加扩展单元FX2N―32ER，FX2N―32MR含有32个 I/O点（16入，16出），FX2N―32ER为含有32点扩展单元。 下面是电器元件选择。
代号 M1 M2 M3 M4 M5
名称
接触器的线圈通过接110V电压与PLC的输出端和COM端相连。按 钮和开关与输入端和COM端相连。
3.4 元器件选型
首先是PLC的选择。统计组合机床PLC输入元器件、执行元器件及 I/O点数：
输入部分
输入部分 动力头工作方式选择按钮 SB
冷却泵选择开关SA 行程开关SQ 按钮SB 总计
点数
6
2 6 4 18
3.3 I/O分配
图3-5 照明灯
因采用PLC控制，需分配其I/O点，它决定着系统如何工作。
输入地址 号
信号名称
输出地址号 信号名称
X0
左动力头正转
启动按钮
X1
左动力头反转
启动按钮
Y0

M1主轴正转
（KM1）
Y1
M1主轴反转
（KM9）
X2
左动力头停车
Y2
按钮
M3工进正转 （KM3）
X3
左动力头冷却
Y3
成，可靠性高。PLC还配备了自检和监控功能，能自诊断出自身的故 障，并随时显示给操作人员，还能动态的监视控制程序的执行情况，为 现场调试和维护提供了方便。
总之，PLC在性能上均优越于继电接触式控制系统，特别是控制速 度快，可靠性高，设计施工周期短，调试方便，控制逻辑修改方便，而 且体积小，功耗低。
3 硬件设计
3.1系统的原理方框图
3.2 主电路
图3-1 系统框图
根据设计要求，主电路大致分为三个部分。首先看第一部分，主轴 电机。主轴电机工作方式有两种：正转、反转。根据不同的工作要求， 主轴电机的转向不同。因主轴电机的功率较小，故可以直接启动。其主 电路图如下3-2所示：
图3-2主轴电机
当KM1、KM2的线圈得电吸合分别使电机M1、M2正转；当KM9、 KM10的线圈得电吸合分别是电机M1、M2反转。通过PLC的输出就可 以使不同的接触器线圈得电，从而使电机的转向不同。
X12
右动力头反转
Y12
M6快退（KM8）
启动按钮
X13
右动力头停车
Y13
按钮
X14
右动力头冷却
泵启动
X15
右动力头快进
限位
X16
右动力头工进
限位
X17
右动力头原位
限位
X20
右动力头快
进按钮
X21
右动力头快
退按钮
表3-1 I/O口地址分配表
3.3 I/O接线图
右冷却泵 （KM12）
图3-6 PLC I/O接线图
1．PLC与继电器-接触器相比较： 继电器-接触器控制系统自上世纪二十年代问世以来，一直是机电 控制的主流。由于它的结构简单、使用方便、价格低廉，所以使用广 泛。它的缺点是动作速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的可编程顺序 控制器的出现，使得继电接触式控制系统更加逊色。PLC等取代继电接 触式控制逻辑。具体如下： (1) 控制逻辑 继电接触式控制系统采用硬接线逻辑，它利用继电器等的触点串 联、并联、串并联，利用时间继电器的延时动作等组合或控制逻辑，连 线复杂、体积大、功耗也大。当一个电气控制系统研制完后，要想再做 修改都要随着现场接线的改动而改动。特别是想要能够增加一些逻辑时 就更加困难了，这都是硬接线的缘故。所以，继电接触式控制系统的灵 活性和扩展性较差。 可编程控制器采用存储逻辑。它除了输入端和输出端要与现场连线 以外，而控制逻辑是以程序的方式存储在PLC的内存当中。若控制逻辑 复杂时，则程序会长一些，输入输出的连线并不多。若需要对控制逻辑 进行修改时，只要修改程序就行了，而输入输出的连接线改动不多，并 且也容易改动，因此，PLC的灵活性和扩展性强。而且PLC是由中大规 模集成电路组装成的，因此，功耗小，体积小。 (2) 控制速度 继电器接触式控制系统的控制逻辑是依靠触点的动作来实现的，工 作频率低。触点的开闭动作一般是几十毫秒数量级。而且使用的继电器 越多，反映的速度越慢，还是容易出现触点抖动和触点拉弧问题。 而可编程控制器是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度 相当快。通常，一条用户指令的执行时间在微秒数量级。由于PLC内部 有严格的同步，不会出现抖动问题，更不会出现触点拉弧问题。 (3) 定时控制和计数控制： 继电接触式控制系统利用时间继电器的延时动作来进行定时控制。 用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不高，定时时间易受环境 的湿度和温度变化而影响。有些特殊的时间继电器结构复杂，维护不方 便。而可编程程序控制器使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由 晶体震荡器产生，精度相当高并且定时时间长，定时范围广。 (4) 可靠性和维护性。 继电接触式控制系统使用了大量的机械触点，连线也多。触点在开 闭时会受到电弧的损坏，寿命短。因而可靠性和维护性差。 PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完
其次看第二部分，快速电机和进给电机。根据设计要求知左、右两 动力头均要求快进→工进→快退的工作循环，并且左、右两动力头可以 同时工作，也可进行单独调整。所以就要求快速电机M5、M6能够正反 转，工作进给电机为M3、M4能够正转即可。其主电路如下图3-3所示。
图3-3 快速电机和进给电机
因为这4个功率都较小，所以可以直接启动。M3、M4只要接触器 KM3、KM4的线圈得电就会吸合，就能正转；M5、M6分别当接触器 KM5、KM6线圈得电时正转，当接触器KM7、KM8分别得电就反转。
三相交流异步 电动机
三相交流异步 电动机
三相交流异步 电动机
三相交流异步 电动机
三相交流异步 电动机
型号及规格
JO3-802-6 5.5KW 380V 1440r/min
JO3-802-6 5.5KW 380V 1440r/min
JO3-802-6 1.5KW 380V 1450r/min
JO3-802-6 1.5KW 380V 1450r/min
最后看第三部分，照明电路和信号指示部分。当机床工作时，为了 警告旁人不要误动作，故要有信号指示说明，告诉别人正在进行工作， 不要误动作。信号指示也能显示机床是否是在正常工作、有无问题。有 时候需要晚上工作，所以需要必要的照明。
图3-4 指示信号灯
如图3-4，其指示着组合机床的工作状态，指示灯分别与与之对应 的接触器的常开触点连接，当接触器的线圈得电，其常开触点闭合，通 过6.3V电压使之亮。KM1、KM9分别是控制M1的正反转的接触器； KM2、KM10分别是控制M2的正反转的接触器；KM3、KM4分别是控 制左右工进电机正转的接触器；KM5、KM7，KM6、KM8分别是左右 快进快退电机。这样就可以把所有的电机的状态显示出来。照明灯如下 图3-5所示。
2．PLC与单片机比较 单片机具有结构简单，使用方便，价格比较便宜等优点，一般用于 数据采集和工业控制。但是，单片机不是专门针对工业现场的自动化控 制而设计的，所以它与PLC比较起来有以下缺点： (1) 单片机不如PLC容易掌握 使用单片机来实现自动控制，一般要使用微处理器的汇编语言编 程。这就要求设计人员要有一定的计算机硬件和软件知识。对于那些只 熟悉机电控制的技术人员来说，需要进行相当长一段时间系统地学习单 片机的知识才能掌握。 而PLC采用了面向操作者的语言编程，如梯形图、状态转移图等， 对于使用者来说，无需了解复杂的计算机知识，而只要用较短时间去熟 悉PLC的简单指令系统及操作方法，就可以使用和编程。 (2) 单片机不如PLC使用简单 使用单片机来实现自动控制，一般要在输入输出接口上做大量的工 作。例如，要考虑工程现场与单片机的连接，输出带负载能力、接口的 扩展，接口的工作方式等。除了要进行控制程序的设计，还要在单片机 的外围进行很多硬件和软件工作，才能与控制现场连接起来，调试也较 繁琐。 而PLC的输入/输出接口已经做好，输入接口可以与无外接电源的开 关直接连接，非常方便。输出接口具有一定的驱动负载能力，能适应一 般的控制要求。而且，在输入接口、输出接口，由光电耦合器件，使现 场的干扰信号不容易进入PLC。 (3) 单片机不如PLC可靠 使用单片机进行工业控制，突出的问题就是抗干扰性能较差。 而PLC是专门用于工程现场环境中的自动控制，在设计和制造过程 中采取了抗干扰性措施，稳定性和可靠性较高。 通过上面的比较，针对组合机床的电气控制系统，虽然PLC的价格 高一些，但良好的稳定性和高度的可靠性可确保机床在加工零件时的精 度，所以决定采用PLC控制系统来实现。
泵启动
YV1快进 （YV1）
X4
左动力头快进
Y4
限位
YV2快退 （YV2）
X5
左动力头工进
Y5
限位
左冷却泵 （KM11）
X6
左动力头原位
Y6
M2主轴正转
（KM2）
限位
X7
左动力头快
进按钮
X10
左动力头快
退按钮
Y7
M2主轴反转
（KM10）
Y10
M4工进正转
（KM4）
X11
右动力头正转
启动按钮
Y11
M6快进（KM6）
电气控制与PLC 课程设计说明书
题 目： 某组合机床的电气控制系统设计
专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师：
成绩：
指导老师签名： 日期：
1 系统概述 2 2 方案论证 3 3 硬件设计 6
3.1系统的原理方框图 6 3.2 主电路 6 3.3 I/O分配 10 3.3 I/O接线图 11 3.4 元器件选型 11 4 软件设计 13 4.1主流程 13 4.2梯形图 15 5 系统调试 16 设计心得 18 参考文献 19 附电气控制原理图 20