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图3-17：
PLC输入/输出电路
（二）程序梯形图
PLC程序图是PLC的控制软件部分，是PLC控制设备图纸必不可少的组成，对维修故障时分析设备故障原因非常重要。
它包括梯形图、逻辑图、语句表等形式，后续课程将详细介绍，此处略。
四、机床电路的功率放大作用
所谓机床电路的功率放大作用，是指机床动作逻辑不直接被输出到大功率执行电器，如电磁阀、接触器，而是先山普通的继电器等进行逻辑运算，再输出给电磁阀、接触器等大功率控制电器，通过这类电器去驱动更大负载。
图3-18：
通过中间继电器间接控制电磁阀、接触器等
如上图，PLC输出信号直接驱动KA继电器（儿十毫安），继电器驱动电磁阀（1000毫安左右），避免了PLC直接驱动比较大电流的电磁阀，造成接口损坏。
维修工通常把这个方法叫做“继电器隔离”，其实就是一种功率放大过程。
这和半导体电子线路的控制放大类似，控制逻辑也是由小功率的晶体管（儿个、儿十个毫安）去驱动大功率晶体管（儿安到儿千安），最后去驱动电动机等大功率负载。
通过功率放大作用，实现了小功率逻辑信号对大功率负载的控制。
第三节：
机床电路设计规划
要合理设计机床电路，就要按如下过程进行。
一、了解工艺要求
电路设计前的第一步，是要了解机床的工艺要求，这些要求包括：
1、机床用来做什么？
2、所生产产品的精度要求，决定了对零部件的选择。
3、节拍要求，影响到后期逻辑或程序设计。
4、加工顺序（工艺顺序），影响到后期逻辑或程序设计。
5、对操作的要求，影响到后期逻辑或程序设计，器件选型、布置。
等。
二、了解设备结构
了解机械工程师设计出来的设备结构，包括：
1、机械构成和大致的装配关系。
2、哪些部分为固定部分、哪些是运动部分。
3、驱动动力源选择（电动机、气、液）及力矩要求。
4、机床结构的限制，如行程、正反转、保险构件等。
等。
电路相当于为人的躯体匹配思维和神经系统，因此必须对机械结构有详细的了解，才能正确控制机床工作，并保证不损害设备。
例3-1:
从机械工程师给出的转矩、转速要求选择电动机：
依据电动机功率：
P=Mco
计算电动机的名牌功率，其中P为功率（瓦）.M为转矩（N.m\3为角速度（弧度少1
由于电动机的名牌功率P使用千瓦（KW）,转速n使用转/分（RPM）,所以上面公式要进行转换。
P=（Mx2/in/60）/1000
三相交流异步电动机的转速和极对数有关（后续课程）,分别为1000RPM（6极电机\1500RPM（4极电机\3000RPM（2极电机）,不是可以连续选择的,如果要得到任意转速,还需要加机械减速机、离合器或变频器等。
算得的功率也要靠标准的功率等级，如0.55、0.75、1、1.1.1.5、2.2、3.7、5.5、7.5（KW）等。
—般留取余量为30-40%。
三、了解气/液/润滑工作时序
液压、气动、润滑等部分，机械工程师会在设讣时根据自己的要求给出控制时序图，即要求电器设汁时，按照他要求的动作逻辑去驱动电磁阀，以满足最终
动作过程。
这个时序图一定要读懂，才能正确地设计控制电路去完成这个逻辑过程。
表3-1：
工作台进给的时序表
进给阀（KV1）
后退阀（KV2）
节流阀（KV3）
快进
+
—
—
1】进
+
—
+
光刀
+
—
+
快退
—
+
—
停止
—
—
—
如上表就是一个工作台完成快进一一工进一一光刀一一，快退一一停止循环
过程的时序。
四、熟悉外购件使用方法
现代的产品系列中，有大量的功能电器可供选择。
如PLC、变频器、过程仪表、拧紧控制器、数控系统等，这些系统的设计有自身不同的要求，电气工程师必须详细地阅读外购产品的资料，按照其要求进行匹配设计。
需要说明的是，这些产品应用设计往往不比机床整体设计简单，大部分产品的应用设计既包括硬件线路，乂包括软件设计，需要投入比较大的人力。
后面有专门的章节对这部分进行介绍。
五、组合设计
在了解了工艺要求、机械结构等细节后，可以进行组合设计。
大致过程为：
1、规划主、控制电路方案，进行功能分配，确定各部分大致设计思路。
2、确定使用的零部件，选择零部件型号、规格等，列出选型表。
3、进行器件编号、地址分配等，列出分配表，在设计过程中边设计边完善。
如各器件在图纸中的编号、作用，PLC软元件地址分配、作用（后续课程）。
表3-2：
PLC地址分配表（部分）
输人
输岀
信号说明
X000
手动开关
YOOO
鼓凤机接融衆
XOrij
白动幵并
YOO!
“I■戶尢
X002
水泵起动按钮
Y002
报蜜电铃
X003
水慕爲止按甸
Y003
主机废咒控制雎电哥
X0Q4
Y004
点火绪圈接鮭器
X005
福孤凤机停止按钮
Y0Q5
燃油嚼射绻电器
X006
点火开关
Y006
点火啖油电磁阀
X007
上限水位限制融头
Y007
空压机接触議
X010
下限木位限制融头
Y010
变频哉运行接齟器
4、分开设计主、控制电路。
5、设计功能器件电路，如PLC、变频器电路。
6、设计功能电器程序、参数。
7、设计保护电路、匹配保护器件参数，这些电路包括短路、过载、超程等对设备的保护，及对人身伤害的保护等。
比较典型的如保护设备的空气开关、热元件、保险器设置，保护人身安全的紧急制动、门禁开关、光幕等。
8、各部分电路关联、完善。
六、故障、隐患分析
真正完善的设计应该包含一个容易忽略的细节，就是从设备实际使用经验，特别是反面教训的收集中去完善设计。
很多重复采购的设备品种，在使用中积累了大量经验教训，应该反馈到前期设计中，这是我们项目管理人员必须做的一门功课。
这些经验包括：
1、操作工人反馈的操作不轻便；
2、维修工人反馈的重复性故障和零部件早期劣化；
3、维修工人反馈的维修手段方面的困难；
4、设备发生过的安全事故；
5、设备重复发生的影响产品质量的问题；
6、其它可以预见的，可能发生的事故。
所以，我们在研讨方案时，要多汲取其它部门意见，所谓的技术要求会签，其实就是这个意思，而不是分散项目责任。
七、电路原理图
电路原理图是表示机床控制原理，详尽表达控制逻辑关系的图纸。
有了原理图，就可以正确理解设备的工作原理。
电器原理图是电气设计最重要的图纸，维修工往往凭借一张原理图，就可以独立完成维修过程。
工艺人员应该学会设计简单的原理图。
原理图要画清楚所有电器、连线之间的关系，一个器件的不同部分（如线圈、触点）可以画在图纸中的不同位置，棋至不同页，它关注的是如何正确画出控制逻辑关系。
所有的连线要有唯一的编号，我们把这叫做“线号”。
线号要用不脱色的颜料打印或手写在线号管上，然后套在接线的端部。
具体的图纸实例见第二章第三节《读图举例》，不再列出。
第四节：
安装结构设计
电路设计完成后，要进行安装结构设计，拿出布置图和接线图。
一、电气系统安装结构构成
一般电器系统的安装结构从外观直接看，包括
1、电柜
2、操作台
3、分线盒
4、过线盒
5、金属桥架
6、管线
7、直接敷设电缆
8、外部安装器件
二、电柜
电柜内主要包含主、控制电路的继电器件、变压器、保护电器、电源等，这些器件被集中安装在主电柜中。
规模比较大的设备，有些电器集中的位置，也布置分电柜，如升降机等。
一般来讲，主电柜内的元件布置要求强弱电分离，即强电器件和弱电器件在区域上分开布置，必要时要加隔离屏蔽板或分置在不同电柜中。
所以我们经常会看到多个电柜拼在一起，组成整机的主电柜组。
电柜和外部导线的进出有两种方式：
1、通过端子板进行转接，这样的连接方式比较牢黑，是用户喜欢的方式：
2、通过插头在柜壁上插接，这样的连接方式容易松动，但拆解容易，便于搬运和重新安装，是设备供应商喜欢的方式。
图3-19：
电柜布置图
电柜内元件间的接线及出柜线是通过线槽走线的，要求露线最短，横平竖直。
为了方便配线工配线，一般设计工程师要给出电柜布置图和接线图。
现在大部分电柜采用标准电柜，而不需要非标设计。
三、操作台
操作台用于集中布置操作元件，一台机床根据操作位置的便捷性需要，可以有多个操作台，但一般都有一个主操作台。
主操作台上一般包括总系统的工作模式、送电、总启动、总急停、系统操作、系统状态等集中的操作器件和设备状态信息。
操作台的布置有立式和斜面式两种，按照国家标准，各有具体要求（后续课程），总体以操作方便，肢体最小疲劳为宜。
操作台与电柜之间的接线同样可以采用插头和内部端子板两种形式。
图3-20：
操作台
操作台设计同样需要给出布置图和接线图。
四、分线盒、过线盒
分线盒用于外部集中安装元件超过1个的区域，用于把来自电柜的一捆线分散连接到各分散安装器件。
如液压站的多个电磁阀区域。
图3-21：
分线盒图3-22：
过线盒
分线盒内部一般使用端子板接线。
标准和非标设计的分线盒都有。
过线盒相当于多通，用于在布线中途，把一捆线分拆成两捆（含）以上的线
束，分别去不同的区域。
五、金属桥架和管线
金属桥架用于大量导线的外部集中敷设，公司的控制标准，一般建议长于3米的导线敷设使用桥架。
金属无缝镀锌管用于较少量导线的外部敷设（儿十根内），公司控制标准建议1-3米以内的导线敷设采用。
蛇皮管、编织软管、电缆直敷建议使用场合为1米以内，不建议长距离敷设。
比较正规的厂商，线路安装相对规范，但很多皮包商线路敷设喜欢电缆直接敷设，整个机床线路做得像蜘蛛织网一样。
六、外部安装器件与防护等级
（-）防护等级
电动机、行程开关、电磁阀及远程I/O模块等，都是外部安装电器部件，这些部件之所以可以外部直接安装，是因为它们的防护等级符合了现场使用要求。
事实上，不仅外部安装器件，电柜、桥架等也有相应防护要求。
防护等级的采用，要看使用环境，和设备对防护自身的要求。
那么如何定义防护等级（IP）呢？
IP等级是针对电气设备外壳对异物侵入的防护等级，来源是国际电工委员会的标准IEC60529,这个标准在2004年也被采用为美国国家标准。
IP等级的格式为IPXX,其中XX为两个阿拉伯数字，第一个表示接触保护和外来物保护等级，第二个表示防水保护等级。
数字越大表示其防护等级越佳。
1、防尘等级
0无防护：
无特殊的防护；
1防止大于50mm之物体侵入：
防止人体因不慎碰到电器内部零件，防止直径大于50mm之物体侵入；
2防止大于12mm之物体侵入：
防止手指碰到电器内部零件；
3防止大于2.5mm之物侵入：
防止直径大于2.5mm的工具，电线或物体侵入;
4防止大于1.0mm之物侵入：
防止直径大于1.0的蚊蝇、昆虫或物体侵入；
□防尘：
无法完全防止灰尘侵入，但侵入灰尘量不会影响电器正常运作；
6防尘：
完全防止灰尘侵入。
2）防水等级
0无防护：
无特殊的防护；
1防止滴水侵入：
防止垂直滴下之水滴；
2倾斜15度时仍防止滴水侵入：
当电器倾斜15度时，仍可防止滴水：
3防止喷射的水侵入：
防止雨水、或垂直入夹角小于50度方向所喷射之水;
4防止E溅的水侵入：
防止各方向E溅而来的水侵入：
5防止大浪侵入：
防止大浪或喷水孔急速喷出的水侵入：
6防止大浪侵入：
电器侵入水中一定时间或水压条件下，仍可确保正常运作;
7防止浸水侵入：
电器无期限沉没水中在一定水压条件下，可确保正常运作;
8防止沉没的影响。
普通的工业环境，IP34应该已经可以满足一般使用要求。
（二）安装位置要求
外部安装器件的安装位置一般有如下要求：
1、一定要安装在易于维修的位置，以缩短维修时间；
2、安装点还要有好的稳定性，不容易变形、受震动；
3、要兼顾布线的简单、节省和美观。
七、电气安装布置图/布（接）线图
电器布置图和接线图是设备安装必须的。
（―）电气布置图
布置图是进行电器外部器件安装的示意图，用于确定所有外部敷设电器及布线位置、结构。
如下场合需要提供布置图：
1、主电柜、分电柜；
2、操作台、分线盒；
3、整体机床布置；
4、局部安装结构比较复朵的部位。
图3-23：
沈阳新松公司AGV（自动导航车）布置图
（二）电气布（接）线图
电气接线图是布线工正确布线的必要图纸，它指导各电器之间的正确接线方法，对复杂的设备只凭原理图是不可能完成布线的。
1、电柜类布线图
电柜、操作台等柜体布线图一般是按实际器件摆放位置画的，并标明每个出线端子在器件本身的编号，相同器件相同端子出线号码是重复的，用于识别元件的接线位置。
而电路原理图的线号是统一编号的，不可以重复，每根线的号码是唯一的。
2、外部敷设布线图
图3-24：
AGV后驱动轮部分电气布（接）线图
上图给岀的是AGV系统的整机布线图
第五节：
机床电路设计的基本要求
一个好的设计，除了满足工艺、机械要求外，应该同时考虑如下辅助要求：
一、安全性
合理的电气设计，必须设计可靠的保护电路。
既要包括对人的保护，也要保护对设备的保护。
（-）典型的电气保护
1、对设备
1）短路保护：
使用保险器
2）过载保护：
使用空气开关、热继电器
3）过电压保护：
过压继电器、压敏元件
4）行程保护：
形成开关
5）流量保护：
如液压、润滑，使用流量开关
6）压力保护：
如液压、过滤系统堵塞保护，使用压力开关
等等。
2、对人员
1）触电保护：
漏电保护器
2）区域机械伤害保护：
光栅、光电
3）旋转工具伤害保护：
能耗制动系统
4）碰撞保护：
超声检测、保险杠开关
5）误送电保护：
钥匙开关
等等。
3、综合性保护
如急停装置等。
（二）本质安全
机床的保护系统设计，必须从机械、电气方面综合考虑，尽量做到完善，零风险。
但再好的保护系统设讣，即使可以防范危险的伤害，也是在风险发生后采取的措施。
不如在设计上采取措施，让危险源没有机会发生。
这种从设计上杜绝危险发生的方法，叫做本质安全设计。
显然，本质安全是最好的安全措施。
二、可维修性
电气系统设计要便于维修，表现在一旦出现故障，或进行检修，可以在最短的时间内完成。
具体表现在：
1、作业高度：
可能拆卸器件的高度要便于人站立或蹲下处理，使维修工最少体力消耗下可以修理。
位置不能太高太低。
2、维修空间：
所有可能拆卸的位置、电柜门开度、电柜门附近空间大小等要便于操作。
一般电柜门1米空间内不允许有干涉物。
3、器件安装：
器件的安装位置要考虑方便拆卸
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