（已结帖）工控求职面试题擂台第七期—PLC的工作过程及C650普通车床的电气分析 点击：3796 | 回复：27
本期擂台我们将就可编程控制器的基本工作原理和工业机械加工中常用的一种机床－－－－-C650普通车床，加以分析。
擂台一：我们知道，PLC虽然具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，而PLC是在系统软件的控制和指挥下，采用循环顺序扫描的方式工作的。PLC的工作过程就是程序的执行过程。那么请回答：
PLC的工作过程可分为哪几个阶段，各个阶段都实现了些什么功能。最好能就PLC的扫描（周期）工作过程加以详细的论述。并结合简单的程序分析每个阶段PLC在完成哪些工作。
擂台二：C650普通车床图及电气控制部分的的主要功能如下图1所示：
图1
其电气控制电路图如下图2所示：
图2
那么请回答擂台问题：
试就图2简单分析其运动过程中实现图1中所涉及的主要功能的运行过程。或者具体回答：
1）点动对刀运行过程；
2）M1串电阻降压启动过程；
3）正、反转长动运行运行的过程
4）时间继电器的延时的作用；
5）图2中的KSF和KSR的作用。回答的最好最完整，最全面的的一等奖。
工控求职面试题擂台每周一期每期两题，内容旨在服务于即将毕业的面临找工作的工控学子们，但是打擂者不限，只要求能给出完整的，尽可能的详细的答案即可，打擂者可以根据兴趣随便选择一题作答，也可两题一起做答，结果按较好题给分。本期下周（2011年3月5日）结贴。奖项设置：一等奖1名：30MP，二等奖2名：20MP，三等奖3名：10MP，鼓励奖10名：30积分。
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擂台一：请回答： PLC的工作过程可分为哪几个阶段，各个阶段都实现了些什么功能。最好能就PLC的扫描（周期）工作过程加以详细的论述。并结合简单的程序分析每个阶段PLC在完成哪些工作。
回答如下：
虽然PLC与微机都是依靠执行存储器中的程序来工作的，但是由于PLC应用于工作控制领域，需要准确地捕捉输入以及快速地响应，所以PLC采用了循环扫描的工作方式。
PLC运行时，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只采用按分时操作（串行工作）方式，每次执行一个操作，按顺序逐个执行。当然，由于CPU的运算速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。PLC用循环扫描工作方式执行用户程序时，首先是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始。
PLC的一个循环扫描周期经过内部处理、通信服务、输入采样、程序执行和输出刷新五个阶段。
完成一次扫描所需时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品CPU的类型。
擂台二：
图1
图2
试就图2简单分析其运动过程中实现图1中所涉及的主要功能的运行过程。或者具体回答：
1）点动对刀运行过程；
2）M1串电阻降压启动过程；
3）正、反转长动运行运行的过程
4）时间继电器的延时的作用；
5）图2中的KSF和KSR的作用。
当按下正向起动按钮SB3时，KM3通电，其主触点闭合，短接限流电阻R，另有一个常开辅助触点KM3闭合，使得KA通电吸合，KA 闭合，使得KM3在SB3 松手后也保持通电，进而KA也保持通电。另一方面，当SB3尚未松开时，由于KA的另一常开触点KA已闭合，故使得KM1通电，其主触点闭合，主电动机M1全压起动运行。KM1的辅助常开触点KM1也闭合。这样，当松开SB3后，由于KA的二个常开触点KA、KA保持闭合，KM1也闭合，故可形成自锁通路，从而KM1保持通电。图中SB4为反向起动按钮，反向起动过程同正向时类似，不再说了。
4）时间继电器的延时的作用
其作用是使电流表避免起动电流的冲击（KT延时应稍长于M1的起动时间）。虽然电流表A接在电流互感器TA回路里，但主电动机M1起动时对它的冲击仍然很大。为此，在线路中设置了时间继电器KT进行保护。当主电动机正向或反向起动时，KT通电，延时时间尚未到时，A就被KT延时断开的常闭触点短路，延时时间到后，才有电流指示。
5）图2中的KSF和KSR的作用
用速度继电器KS进行检测和控制，其作用是反接制动。假设原来主轴电动机M1正转运行着，则KS的正向常开触点KSF闭合，而反向常开触点KSR依然断开着。当按下总停按钮SB1后，原来通电的KM1、KM3、KT和KA就随即断电，它们的所有触点均被释放而复位。然而，当SB1松开后，M1由于惯性转速还很高，KSF仍闭合，所以反转接触器KM2立即通电吸合，反接制动。
擂台二：
1）点动对刀运行过程；2）M1串电阻降压启动过程
当按下点动按钮SB2不松手时，L3－FU2－SB1－SB2－KM2常闭－KM1线圈－FR1－FU2－L2接触器KM1线圈通电，KM1主触点闭合，电网电压经限流电阻R通入主电动机M1，电动机降压起动。由于中间继电器KA未通电，故KM1不自锁。松开SB2后，KM1线圈随即断电，电动机M1停转。
3）正、反转长动运行运行的过程
当按下正向起动按钮SB3时，L3－FU2－SB1－SB3－KM线圈－FR1－FU2－L2接触器KM通电，其主触点首先闭合，短接限流电阻R，同时KM常开辅助触点闭合，使得KA线圈通电吸合，KA两个 常开触点闭合，L3－FU2－SB1－KA常开－KM1常开－KA常开－KM2常闭－KM1线圈－FR1－FU2－L2接通，使KM1通电，在SB3 松手后，由于KM1闭合自锁，主电动机M1仍继续运行。图中SB4为反向起动按钮，反向起动过程同正向时类似，不再说了。在KM1和KM2的电路中分别串有KM1和KM2的常闭辅助触点，起到互锁作用。
4）时间继电器的延时的作用
在M1的主电路中，经过电流互感器接入了一只电流表，用于监视主电路的电流。为防止主电路点动和制动时的大电流对电流表的冲击，将时间继电器KT的触点与电流表相并联。M1起动时起动电流很大，电流互感器的副边电流也很大，此时KT的触点在延时时间内尚未断开，冲击电流只经过KT触点而电流表则无电流流过。起动平稳后，KT触点已断开，电流表流经的是电动机正常工作时的电流。
5）图2中的KSF和KSR的作用
KSF和KSR是速度继电器，与被控电动机同轴联接，其作用是反接制动。
正转制动∶当电机起动正转时，速度继电器KSF的常开触点闭合，为正转制动做好了准备。停机时，按下停止按钮SB1（不放开），接触器KM1和KM均断电释放，KA也释放，KA常闭触点闭合，电机切断电源仍惯性转动。当松开SB1，L3－FU2－SB1－KA常闭触点－KSF闭合的常开触点－KM1常闭触点－KM2线圈－FR1－FU2－L2接通，KM2得电吸合，电机M1经KM2主触和电阻R接通反相序电源立即反相起动，当速度下降到每分钟100－120转左右 时，KSF闭合的常开触点断开切断了控制电源，KM2主触点释放，切断主电源，使电机来不及反转。反转制动过程不再说了。
扫描过程的五个阶段5个阶段
内部处理：PLC检查CPU模块内部的硬件是否正确。对监视定时器复位，其它内部处理。
通信服务：与其它智能装置（编程器、计算机）通信。如：响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
输入处理阶段：以扫描方式按顺序采样所有输入端的状态，并存入输入映象寄存器中。（输入寄存器被刷新）。 注意 输入触点电路接通时，对应输入寄存器为“1’ ,梯形图中对应继电器常开触点接通，常闭触点断开。
程序执行：输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。 PLC梯形图程序扫描原则：先左后右、先上后下的步序，逐句扫描。并将结果存入相应的寄存器。
输出处理阶段：CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。输出状态寄存器（Y）中的内容转存到输出锁存器输出，驱动外部负载。
要理解PLC的工作过程首先要理解如下两个概念：
扫描周期：执行一次扫描的时间。整个过程扫描一次所需的时间。与CPU时钟频率、指令类型（扫描速 度）、程序长短有关。
扫描过程：用户程序通过编程器输入并存在PLC的用户存储器中，当PLC运行时，用户程序中的众多操作方式需用执行，但CPU不能同时执行多个操作的，他只能按分时操作原理工作，即每一刻只能执行一个操作。由于CPU的运算速度很高，使得外部出现的结果从宏观上看像是同时完成的，这种按分时原则顺序执行程序的操作过程称为CPU对程序的扫描。
PLC的扫描过程（1）
PLC扫描过程（2）
整个扫描过程主要可分为5个阶段：
内部处理：PLC检查CPU模块内部的硬件是否正确。对监视定时器复位，其它内部处理。
通信服务：与其它智能装置（编程器、计算机）通信。如：响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，在程序执行阶段或其他阶段，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。
程序执行阶段：在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映像寄存器中。对于元件映像寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。
输出刷新阶段：当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映像寄存器中与输出有关的状态(输出继电器状态)转存到输出锁存器中，并通过一定的方式输出，驱动外部负载。
由此可见：PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这种方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。
主电路中共有三台电动机。主轴电动机M1的控制较为复杂，其中接触器KM3、KM4分别控制主轴电动机M1的正、普通车床反转，主轴电动机即可点动运行，又可降压启动及正、反转运行。熔断器FUl为主轴电动机M1的短路保护，热继电器FRl为过载保护，R为限流电阻，在车床主轴电动机M1点动时及反接制动控制时防止连续 启动及制动电流对主轴电动机M1的冲击而引起过热。电流互感器TA和电流表A用以监视主轴电动机M1绕组的电流，时间继电器KT延时断开常闭触点，起到保护电流表A的作用，以防主轴电动机启动时的冲击电流对其损害。速度继电器SR的转轴和主轴电动机M1的轴连接在一起，当主轴电动机M1正转速度达到120r／min时，速度继电器SR的正转常开触点SRl闭合，普通车床当主轴电动机M1反转速度达到120r／mln以上时，速度继电器SR的反转常开触点SR2闭合，车床为主轴电动机M1的双向反接制动做准备。熔断器FU2为冷却泵电动机M2及快速移动电动机M3的短路保护，热继电器FR2为冷却泵电动机的过载保护，接触器KMl控制冷却泵电动机M2电源的通断，接触器KM2控制快速移动电动机M3电源的通断。由于快速移动电动机M3为短时点动控制运行，故未设过载保护。
2．控制电路分析
(1)主轴电动机M1的正、反转控制 为了清楚起见，将主轴电动机M1的正、普通车床反转控制原理单独画出，如图12—11所示。SBl为主轴电动机M1的正转启动按钮，SB2为主轴电动机M1的反转启动按钮，SB4为停止按钮。当按下主轴电动机正转启动按钮SBl时，接触器KM得电，其得电通路为：1号线一FU5—3号线一SB4常闭触点一5号线一SBl常开触点一15号线一KM线圈一8号线一FRl—4号线一FU4—2号线。车床KM闭合，KM主触点将限流电阻R短接，它的常开辅助触点(5号线到27号线)将中间继电器KA的线圈回路接通，使中间继电器KA得电闭合，中间继电器KA常开触点接通5号线和15号线以及13号和?号线，使得接触 。
(2)主轴电动机M1点动控制 主轴电动机的点动控制线路原理图。普通车床主轴电动机M1的点动由按钮SB6控制，当按下主轴电动机点动控制按钮SB6时，接触器KM3得电闭合，主触点将电源通过限流电阻R接入主轴电动机M1绕组中，主轴电动机M1串电阻降压启动，电动机在较低速下启动运行。由于串接了限流电阻丘，启动电流小，故对主轴电动机M1频繁点动时起到了保护作用。
(3)主轴电动机M1双向反接制动控制当按下主轴电动机M1正转启动按钮SBl时，普通车床接触器KM、KM3以及中间继电器KA闭合，主轴电动机M1正转启动运行，当主轴电动机M1的正转速度达到120r／rain以上时，速度继电器SR的正转常开触点SRl闭合(17号线到23号线)，车床由于接触器KM3、中间继电器KA是闭合的，中间继电器的5号线到17号线的常闭触点断开及接触器KM3的23号线到25号线的常闭触点断开，故接触器KM4线圈不能得电。当需要主轴电动机停止时，按下停止按钮SB4，接触器KM3、KM及中间继电器KA失电断开，其各常闭触点复位，中间继电器KA的常闭触点将KM4线圈回路中的5号线到17号线接通，接触器KM3的常闭触点将KM4线圈回路中的23号线到25号线接通，普通车床而主轴电动机M1此时虽然断电，但由于惯性作用，其正转速度仍然很高(大于120r／min)，速度继电器SR的正转常开触点SRl仍然闭合，故在按下停止按钮SB4后的瞬间，接触器KM3、KM及中间继电器KA断电，车床接触器KM4则通过以下回路得电闭合：1号线一FU5—3号线一SB4—5号线一KA常闭触点一17号线一SRl—23号线一KM3常闭触点一25号线一KM4线圈一8号线一FRl—4号线一FU4—2号线。接触器KM4主触点将主轴电动机M1的电源经限流电阻R限流后反向引入主轴电咖M1绕组中，主轴电动机M1反转启动，正转速度迅速下降。当主轴电动机的正转速度F降至100，／rain时，普通车床速度继电器SR的正转常开触点SRl断开，接触器KM4失电断开，主轴电动机MI停转，车床这样起到了主轴电动机M1正转反接制动的作用。主轴电动机M1反转制动的原理与正转反接制动的原理相同，只是将正转启动按钮SBl换成反转启动按钮SB2，主轴电动机M1反转启动运行时，当转速达到120r／rain以上时，速度继电器SR的反转常开触点SR2闭合(17号线到7号线)，为主轴电动机M1停止时接通KM3线圈回路做好了准备，当按下停止按钮SB4时，主轴电动机M1正转启动运行，对反转进行制动。
(4)冷却泵电动机M2的控制 当按下冷却泵电动机M2的启动按钮SB3时，普通车床接触器KMl得电闭合并自锁，冷却泵电动机M2启动运行，带动冷却泵供给机床冷却液。车床按下冷却泵电动机M2的停止按钮SB5，冷却泵电动机M2停止。
(5)快速移动电动机M3的控制 快速移动电动机M3为点动控制。当转动刀架手柄压下行程开关SQ后，接触器KM2得电闭合，快速移动电动机M3启动运行，拖动工作台按要求进给方向快速移动，将刀架手柄复位后，行程开关SQ断开，接触器KM2失电，车床快速移动电动机M3停转。
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