機(jī)電數(shù)控系畢業(yè)論文數(shù)控機(jī)床刀架自動(dòng)循環(huán)控制

1、 *省*機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢 業(yè) 論 文（2014屆） 題 目 數(shù)控機(jī)床刀架自動(dòng)循環(huán)控制學(xué)生姓名 郭AA 學(xué) 號(hào) 專(zhuān) 業(yè) 數(shù)控技術(shù) 班 級(jí) 高職數(shù)控一班 學(xué) 院 *機(jī)電高職 指導(dǎo)教師 張C 2014年 4 月1*省*機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文任 務(wù) 書(shū)系部 專(zhuān)業(yè)年級(jí) 學(xué)生姓名 任務(wù)下達(dá)日期： 年 月 日畢業(yè)論文日期： 年 月 日至 年 月 日畢業(yè)論文題目：畢業(yè)論文專(zhuān)題題目：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：系主任簽字： 指導(dǎo)教師簽字：2*省*機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力；研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；

2、工作態(tài)度及工作量；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問(wèn)題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日3*機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；工作量的大?。蝗〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；寫(xiě)作的規(guī)范程度；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問(wèn)題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日4*機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文答辯及綜合成績(jī)答 辯 情 況提 出 問(wèn) 題回 答 問(wèn) 題正 確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒(méi)有回答答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日系部領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)系部領(lǐng)導(dǎo)小組

3、負(fù)責(zé)人： 年 月 日5本人聲明聲明內(nèi)容如下: 我聲明, 本論文及其設(shè)計(jì)工作是由本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的, 在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。特此聲明。 作 者：郭AA 日 期：2014年4月20日6數(shù)控機(jī)床刀架自動(dòng)循環(huán)控制丁文莉09高職數(shù)控一班摘要：目前,可編程控制器（PLC）廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等工業(yè)控制中。數(shù)控機(jī)床的控制部分可分為數(shù)字控制和順序控制兩部分,數(shù)字控制部分包括對(duì)各坐標(biāo)軸位置的連續(xù)控制,而順序控制包括對(duì)主軸正/反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)/停止、換刀、卡盤(pán)夾緊和松開(kāi)、冷卻、尾架、排屑等輔助動(dòng)作的控制?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用PLC代替繼電器控制來(lái)完成邏輯控制,使數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊,功

4、能更豐富,響應(yīng)速度和可靠性大大提高! 可編程控制器是一種專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。組合機(jī)床是針對(duì)特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專(zhuān)用加工設(shè)備，這類(lèi)設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具有自動(dòng)循環(huán)的功能。組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專(zhuān)用部件組合構(gòu)成，動(dòng)力部件采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣系統(tǒng)進(jìn)行工作自動(dòng)循環(huán)的控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)加工設(shè)備。關(guān)鍵詞：四方位刀架的原理；換刀的機(jī)械

5、原理；刀架的自動(dòng)循環(huán)梯形圖7目 錄第一章機(jī)械結(jié)構(gòu)91.1 刀架總述91.2 換刀的機(jī)械原理10第二章 數(shù)控車(chē)床四方工位換刀裝置103.1 數(shù)控刀架四方工位原理圖13第三章 設(shè)計(jì)電路的步驟143.1設(shè)計(jì)這類(lèi)電路時(shí)大體遵循以下步驟163.2 元器件的介紹19第四章 PLC概述與PLC的組成204.1 PLC特點(diǎn)224.2 PLC概述234.3 PLC的組成244.4 PLC接口結(jié)構(gòu)254.5 PLC程序的執(zhí)行順序274.6 PLC發(fā)展的重點(diǎn)28第五章刀架的自動(dòng)循環(huán)的梯形圖305.1 梯形圖34結(jié) 論35參考文獻(xiàn)368第1章 機(jī)械結(jié)構(gòu)1.1刀架總述車(chē)床的刀架是車(chē)床的自動(dòng)換刀裝置。刀架有很多種類(lèi)，有用

6、霍爾元件檢測(cè)刀位的經(jīng)濟(jì)型刀架，有可雙向換刀帶位置編碼器的自動(dòng)刀架等，控制刀架的旋轉(zhuǎn)可使用普通異步電機(jī)或伺服電機(jī)。用霍爾元件檢測(cè)刀位信號(hào)，采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架正轉(zhuǎn)換刀反轉(zhuǎn)鎖緊刀架。MDI、AUTO或DNC工作模式下通過(guò)執(zhí)行編程指令T00(為16)實(shí)現(xiàn)換刀。使用刀架換刀時(shí)，換刀模塊上的刀盤(pán)一起換刀，和真實(shí)刀架同步。注意：刀架在反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)，電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此反轉(zhuǎn)時(shí)間不可過(guò)長(zhǎng)。否則刀架電機(jī)可能會(huì)燒壞。數(shù)控刀架安裝在數(shù)控車(chē)床的滑板上。它上面可以裝夾多把刀具，在加工中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀刀架的作用是裝夾車(chē)刀，孔加工刀具及螺紋刀具并能準(zhǔn)確迅速的選擇刀具進(jìn)行對(duì)工件的切削。刀架滑板由縱向（Z軸）滑板和橫向（X軸）滑

7、板組成，縱向滑板安裝在床身導(dǎo)軌上，可以沿床身縱向運(yùn)動(dòng)，橫向滑板安裝在縱向滑板上，能沿縱向滑板的導(dǎo)軌進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)，刀架滑板的作用是安裝在其上的刀架刀具在加工中實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 91.2換刀的機(jī)械原理按下?lián)Q刀鍵或輸入換刀指令后，電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)聯(lián)軸器，蝸桿帶動(dòng)渦輪，螺紋帶動(dòng)螺母刀架體松開(kāi)并上抬，轉(zhuǎn)位、找刀刀架體的上方有一發(fā)信盤(pán)，盤(pán)中每一到刀位都安裝一霍爾開(kāi)關(guān)刀架體旋轉(zhuǎn)到一刀位時(shí)。該刀位的傳感器件向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)將收到的實(shí)際刀位信號(hào)與指令刀位信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí)，說(shuō)明刀架體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位，數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器KA1釋放，繼電器KA2得電吸合，換刀電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，粗定位銷(xiāo)在在彈

8、簧的作用下進(jìn)入粗定位盤(pán)的凹槽中進(jìn)行粗定位，由于粗定位槽的限制刀架體不能反轉(zhuǎn)只能在該位置垂直落下，刀架體和刀架底座的端面齒嚙合，實(shí)現(xiàn)精確定位，電動(dòng)機(jī)做適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。繼續(xù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)兩端面齒增加到一定夾緊力。刀架體被鎖緊時(shí)。電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)第二章數(shù)控車(chē)床四工位換刀裝置2.1 刀架抬起 當(dāng)數(shù)控機(jī)裝置發(fā)出換刀指令后，電動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)正常，通過(guò)套筒連軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸輪絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架體7的內(nèi)孔加工有螺紋，與蝸輪絲杠旋合，蝸輪與絲杠為整體結(jié)構(gòu)。蝸輪絲杠內(nèi)孔與刀架中心軸式間隙配合，在轉(zhuǎn)位換刀時(shí)，中心軸固定不動(dòng)，蝸輪絲杠繞中心軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)蝸輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態(tài)，且蝸輪絲

9、杠軸向固定，因此刀架體7抬起。 102.2 刀架轉(zhuǎn)位 當(dāng)?shù)都荏w抬至一定距離后，刀架底座5和刀架體7的端面齒脫開(kāi)，轉(zhuǎn)位套9用銷(xiāo)釘與蝸輪絲杠4聯(lián)接，隨蝸輪絲杠一同轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開(kāi)時(shí)轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過(guò)160（如圖所示），球頭銷(xiāo)8在彈簧力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。2.3 刀架定位 刀架體7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶著電刷座10轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號(hào)時(shí)，粗定位銷(xiāo)15在彈簧力的作用下進(jìn)入粗定位盤(pán)6的槽中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷13接觸導(dǎo)體使電動(dòng)機(jī)1翻轉(zhuǎn)。由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合實(shí)現(xiàn)精確定位。2.4 夾緊刀架 電動(dòng)機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)蝸輪停

10、止轉(zhuǎn)動(dòng)，渦桿軸3自身轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩端面齒增加到一定夾緊力時(shí)，電動(dòng)機(jī)1停止轉(zhuǎn)動(dòng)。譯碼裝置由發(fā)信體13.14組成，電刷13負(fù)責(zé)發(fā)信號(hào)，電刷14負(fù)責(zé)位置判斷當(dāng)?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過(guò)位或不到位時(shí)，可松開(kāi)螺母12，調(diào)好發(fā)信體11與電刷14的相對(duì)位置。11圖2-1 數(shù)控車(chē)床四工位刀架結(jié)構(gòu)1-直流伺服電動(dòng)機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-蝸桿軸；4-蝸輪絲杠；5-刀架底座；6-粗定位盤(pán)；7-刀架體；8-球頭銷(xiāo)；9-轉(zhuǎn)為套；10-電刷座；11-發(fā)信號(hào)；12-螺母； 13、14-電刷；15-粗定位銷(xiāo)圖2-1所示為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床常用方刀架結(jié)構(gòu)，該刀架可以安裝四把不同的刀具轉(zhuǎn)位信號(hào)有加工程序指定。其工作過(guò)程為：刀架抬起刀架轉(zhuǎn)位刀架定位夾緊刀

11、12第三章設(shè)計(jì)電路圖的步驟為實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)循環(huán)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求仍然是啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)和反向控制，所不同的是當(dāng)?shù)都苓\(yùn)動(dòng)到位置2時(shí)能自動(dòng)地改變電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)?？傊刂茖?duì)象要求控制裝置根據(jù)控制過(guò)程位置來(lái)改變或終止控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。在實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)循環(huán)過(guò)程中，最理想的方法就是由控制裝置直接反映控制過(guò)程變化參數(shù)行程，使刀架在運(yùn)動(dòng)到位置2或1時(shí)自動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)進(jìn)行控制。通常采用直接測(cè)量位置信號(hào)的元件行程開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求。3.1設(shè)計(jì)這類(lèi)電路時(shí)大體遵循以下步驟：3.1.1 首先設(shè)計(jì)主電路因要求電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)，故采用正反兩個(gè)接觸器KM1和KM2以通、斷電路和改變電源相序，如圖中主電路所示。3.1.2 確定控制電

12、路的基本部分如起、停按鈕及自保環(huán)節(jié)等，如圖所示的控制電路為刀架前進(jìn)、后退的基本控制線路。3.1.3 設(shè)計(jì)控制電路的特殊部分在本線路中特殊部分是指自動(dòng)循環(huán)的控制。這里采用行程開(kāi)關(guān)SQ1和SQ2分別作為測(cè)量刀架運(yùn)動(dòng)到位置1和2的測(cè)量元件，由它們給出的控制信號(hào)通過(guò)接觸器作用于控制對(duì)象。將SQ2的常閉觸頭串于正向接觸器線圈KM1電路中。SQ2的常開(kāi)觸頭于反向起動(dòng)按鈕并聯(lián)。這樣，當(dāng)?shù)都芮斑M(jìn)到位置2時(shí)，SQ2動(dòng)作，將KM1切斷；KM2接通，刀架自動(dòng)返回。SQ1的任務(wù)是使電動(dòng)機(jī)在刀架反向運(yùn)動(dòng)到位置1時(shí)自動(dòng)停轉(zhuǎn)，故將其常閉觸頭串聯(lián)于反向接觸中，刀架退回到位置1，撞擊SQ1，刀架自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。133.1.4 設(shè)

13、置必要的保護(hù)環(huán)節(jié)這里采用了熔斷器和熱繼電器分別實(shí)現(xiàn)短路和過(guò)載保護(hù)。3.1.5 綜合審查與簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)線路上述設(shè)計(jì)是依據(jù)各部分的要求局部進(jìn)行的。組成一個(gè)整體控制線路后需要全面考慮，檢查其動(dòng)作是否無(wú)誤，有無(wú)寄生電路，能否進(jìn)一部減少電氣元件或觸頭。這樣對(duì)任何按行程控制的自動(dòng)控制線路，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，用行程作為控制信號(hào)，采用行程開(kāi)關(guān)作為測(cè)量元件，再將這個(gè)變化參量反饋回來(lái)作用于控制裝置，以達(dá)到對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。 電路圖14 電路板153.2元器件的介紹3.2.1 熔斷器的作用安裝在電路中，保證電路安全運(yùn)行的電器元件。電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。

14、若電路中正確地安置了熔斷器，那么，熔斷器就會(huì)在電流異常升高到一定的高度和一定的時(shí)候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。熔 斷 器163.2.2中間繼電器的作用 1、隔離?？刂葡到y(tǒng)的輸出信號(hào)與負(fù)載端電氣隔離；2、轉(zhuǎn)換。比如控制系統(tǒng)輸出信號(hào)為DC24V，但負(fù)載使用AC220V供電，對(duì)于輸入可逆；3、“放大”?？刂破鬏敵龅男盘?hào)的帶負(fù)載的能力往往有限，在MA或者數(shù)A的級(jí)別，如果有需要更大電流的負(fù)載，只能通過(guò)中間繼電器來(lái)轉(zhuǎn)換;4、便于維護(hù)。即使是滿足負(fù)載電流要求的輸出端，但因?yàn)榧稍诳刂破鲀?nèi)部，如果損壞，更換維修比較麻煩，但如果通過(guò)中間繼電器

15、，輸出端的負(fù)載只是繼電器的線圈，減輕了控制器輸出級(jí)的負(fù)載，從而降低損壞的幾率。而當(dāng)中間繼電器觸點(diǎn)因?yàn)轭l繁的使用損壞時(shí)，很容易通過(guò)簡(jiǎn)單的插拔完成更換;中 間 繼 電 器 173.2.3接觸器的工作原理接觸器是一種用來(lái)接通或斷開(kāi)帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的自動(dòng)化切換器，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，此外也用于其他電力負(fù)載，如電熱器，電焊機(jī)，照明設(shè)備，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。接觸器控制容量大。適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制。是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件之一。接 觸 器183.2.4變壓器的工作原理變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵

16、芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。 變壓器19 第 四 章 PLC概述與組成可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。數(shù)控機(jī)床做為自動(dòng)化控制設(shè)

17、備，是在自動(dòng)控制下進(jìn)行工作的，數(shù)機(jī)床所受控制可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的“數(shù)字控制”。如：對(duì)CNC車(chē)床X軸和Z軸，CNC銑床X軸，Y軸，Z 軸的移動(dòng)距離，各軸運(yùn)行的插補(bǔ)，補(bǔ)償?shù)鹊目刂萍礊椤皵?shù)字控制”。另一20類(lèi)為“順序控制”。對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，“順序控制”是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開(kāi)關(guān)，傳感器，按鈕，繼電器等的開(kāi)關(guān)量信號(hào)狀態(tài)為條件，并按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的起停，換向，刀具的更換，工件的夾緊，松開(kāi)，液壓，冷卻，潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行的控制。與“數(shù)字控制”比較，“順序控制”的信息主要是開(kāi)關(guān)量信號(hào)。常把數(shù)控機(jī)床分為“NC側(cè)”和“MT側(cè)”（即機(jī)床側(cè)）兩大

18、部分?！癗C側(cè)”包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件，與CNC系統(tǒng)連接的外圍設(shè)備如顯示器，MDI面板等?！癕T側(cè)”則包括機(jī)床機(jī)械部分及其液壓、氣壓、冷卻、潤(rùn)滑、排屑等輔助裝置、機(jī)床操作面板、繼電器線路、機(jī)床強(qiáng)電線路等。PMC處于NC與MT之間，對(duì)NC和MT的輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行處理。MT側(cè)順序控制的最終對(duì)象隨數(shù)控機(jī)床的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、輔助裝置等的不同而有很大的差別。機(jī)床結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，輔助裝置越多，最終受控對(duì)象也越多。214.1、PLC 的特點(diǎn) 1 PLC 的主要特點(diǎn) 4.1.1高可靠性 (1）所有的I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 (2）各輸入端均采用R-C濾

19、波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms。 (3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 (4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。 (5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 (6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 (7）大型PLC 還可以采用由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。 4.1.2豐富的I/O 接口模塊 PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流； 開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控

20、制閥，直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等224.1.3采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以外絕大多數(shù)PLC 均 ；采用模塊化結(jié)構(gòu)PLC 的各個(gè)部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)由 字串1；機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合字串6 4.1.4編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式對(duì)使用者來(lái)說(shuō)；不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握 4.1.5 安裝簡(jiǎn)單維修方便 PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房可

21、以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行使用時(shí)只需將現(xiàn)；場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接即可投入運(yùn)行各種模塊上均有運(yùn)行和 字串5；故障指示裝置便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障；由于采用模塊化結(jié)構(gòu)因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的字串7；方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行 1）PLC 的功能 （1） 邏輯控制 （2） 定時(shí)控制 （3） 計(jì)數(shù)控制 （4） 步進(jìn)（順序）控制 （5） 數(shù)據(jù)控制 234.2 PLC概述 可編程控制器是一種專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入

22、輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是它應(yīng)該易與工業(yè)控制聯(lián)成一個(gè)整體且具有擴(kuò)充功能。PLC產(chǎn)品能直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。PLC體積小、功能強(qiáng)、速度快，可靠性高，又具有較大的靈活性和擴(kuò)展性。PLC還有一個(gè)重要特性是它具有在線修改功能。它借助于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)重復(fù)的控制，軟件本身具有修改性，所以PLC具有靈活性。從而使PLC具有廣泛的工業(yè)通用性，同時(shí)簡(jiǎn)化了硬件電路，也提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)X系列PLC平均故障間隔大于2000050000h，而平均修復(fù)時(shí)間則小于10min；PLC機(jī)能處理工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)電信號(hào)，如交流220V、直流24

23、V，并可直接驅(qū)動(dòng)功率部件，可長(zhǎng)期工作在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境能夠中。編程采用傳統(tǒng)的繼電器符號(hào)語(yǔ)言，便于工程技術(shù)人員掌握，PLC是在按鈕開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)和其它傳感器等發(fā)出的監(jiān)控輸入信號(hào)作用下進(jìn)行工作。根據(jù)信號(hào)，控制器就會(huì)作出反映，通過(guò)用戶(hù)編程的內(nèi)部邏輯便產(chǎn)生輸出信號(hào)，而且這些輸出信號(hào)可直接控制外部的控制系統(tǒng)負(fù)載，如電機(jī)，接觸器，指示燈，電磁閥等。PLC的控制系統(tǒng)省去了傳統(tǒng)的繼電器控制接線和拆線的麻煩。用PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“間接網(wǎng)絡(luò)”，24這樣生產(chǎn)線的自動(dòng)化過(guò)程就能隨意去改變，這種性能使PLC具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。 4.3 PLC的組成 PLC實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基

24、本上與微型計(jì)算機(jī)相同2.3.1中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步

25、提高PLC的可*性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。2.3.2存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。252.3.3電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可*得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。4.4、PLC接口結(jié)構(gòu)如圖8-1所示：X地址是機(jī)床輸入到PMC的信號(hào)，Y地址是PMC輸出到機(jī)床的

26、信號(hào)，G地址是PMC輸入到NC系統(tǒng)的信號(hào)，F(xiàn)地址是NC系統(tǒng)輸出到PMC的信號(hào)。圖8-1264.5、PLC程序的執(zhí)行順序 順序程序由兩部分組成：第1級(jí)程序部分和第2級(jí)程序部分。如圖8-2所示。圖8-2PMC的掃描周期是8ms。其中第一級(jí)程序在每個(gè)8ms掃描周期內(nèi)都會(huì)優(yōu)先執(zhí)行一次,而第二級(jí)程序是向CNC的調(diào)試RAM中傳送時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)第二級(jí)程序的長(zhǎng)短被自動(dòng)分割成n等分，每8ms中掃描完第一級(jí)程序后，再依次掃描第二級(jí)程序，所以整個(gè)PMC的執(zhí)行周期是n8ms。因此如果第一級(jí)程序過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致每8ms內(nèi)掃描的第二級(jí)程序過(guò)少的話，則第二級(jí)程序被分隔的數(shù)量n就多，PMC的整個(gè)執(zhí)行周期就相應(yīng)延長(zhǎng)。子程序是放在第二級(jí)

27、程序之后，其是否執(zhí)行受二級(jí)程序的控制。對(duì)于控制較為復(fù)雜的PMC程序，建議用子程序編寫(xiě)，以減少PMC的掃描周期，同時(shí)使程序更加結(jié)構(gòu)化、合理化。具體的PMC程序參照機(jī)床上的FANUC系統(tǒng)中的程序。274.6、PLC發(fā)展的重點(diǎn)4.4.1人機(jī)界面更加友好PLC制造商紛紛通過(guò)收購(gòu)或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時(shí)，為用戶(hù)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)降低了成本，使更易形成人機(jī)友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC網(wǎng)絡(luò)IPCCRT的模式被廣泛應(yīng)用。4.4.2 網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強(qiáng)PLC廠家在原來(lái)CPU模板上提供物理層RS232

28、/422/485接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來(lái)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶(hù)對(duì)開(kāi)放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。4.4.3 開(kāi)放性和互操作性大大發(fā)展PLC在發(fā)展過(guò)程中，各PLC制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場(chǎng)，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性很差，這給用戶(hù)使用帶來(lái)不便，并增加了維護(hù)成本。開(kāi)放是發(fā)展的趨勢(shì)，這已被各廠商所認(rèn)識(shí)，形成了長(zhǎng)時(shí)期妥協(xié)與競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程，并且這一過(guò)程還在繼續(xù)。開(kāi)放的進(jìn)程，可以從以下方面反映：28(1)IEC形成了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)包含8種標(biāo)準(zhǔn)，雖然有人說(shuō)，多種標(biāo)準(zhǔn)就是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，但必竟是一個(gè)經(jīng)過(guò)困難的爭(zhēng)論與妥協(xié)

29、的成果。標(biāo)準(zhǔn)推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)，或者開(kāi)發(fā)與之相應(yīng)的新產(chǎn)品。(2)IEC制訂了基于Windows的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3，它規(guī)定了指令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)五種編程語(yǔ)言。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件。雖然PLC開(kāi)發(fā)上各工具仍不兼容，但基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使用戶(hù)在應(yīng)用過(guò)程中，可以較方便地適不同品牌的產(chǎn)品。(3)OPC基金會(huì)推出了OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn)，這進(jìn)一步增強(qiáng)了軟硬件的互操作性，通過(guò)OPC一致性測(cè)試的產(chǎn)品，可

30、以實(shí)現(xiàn)方便的和無(wú)縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù)PLC軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其它設(shè)備具有了OPC功能。OPC與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的結(jié)合，是未來(lái)控制系統(tǒng)向FCS技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。4.4.4 PLC的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來(lái)越應(yīng)用于過(guò)程控制方面，有人統(tǒng)計(jì)，除石化過(guò)程等個(gè)別領(lǐng)域，PLC均有成功能應(yīng)用，PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的DCS，從而使原來(lái)PLC(順序控制)DCS(過(guò)程控制)的模式變成PLCIPC模式。294.4.5 工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對(duì)PLC有重要的影響以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，與工

31、業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進(jìn)控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于(1)硬件上如合適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境；(2)通訊機(jī)制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進(jìn)入工控領(lǐng)域，還存在爭(zhēng)論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻日益增多，適應(yīng)這一過(guò)程，各PLC廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品第五章刀架的自動(dòng)循環(huán)的梯形圖5.1信號(hào)地址、名稱(chēng)和意義 輸入信號(hào)類(lèi)型地址及名稱(chēng)意義I/OPLC信號(hào)I0.0、I0.1、I0.2、I0.3刀位反饋信號(hào)刀架在T1位時(shí)I0.0為ONNCKPLC信號(hào)V.0、V.1、V.2、V.3零件程序中的T1、T2、T3、T4讀入編程指令T1,則V.0為ONV.2有效運(yùn)動(dòng)方式“手動(dòng)”O(jiān)FF時(shí)

32、為自動(dòng)方式MCPPLC信號(hào)V.3換刀鍵（K4）按下K4，V.3為ON輸出信號(hào)類(lèi)型地址及名稱(chēng)意義PLCI/O信號(hào)Q0.4、Q0.5刀架正反轉(zhuǎn)輸出刀架正反轉(zhuǎn)信號(hào)PLCMCPV.3刀架運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示刀架正反轉(zhuǎn)時(shí)，LED4亮305.1.1 自動(dòng)換到系統(tǒng)I/O口定義（1）輸入I口I0.0、I0.1、I0.2、I0.3:刀位檢測(cè)信號(hào);I0.4:鎖緊到位檢測(cè)信號(hào)；I2.1：機(jī)床面板上的手動(dòng)換刀鍵；I2.2：零件程序中的T指令正轉(zhuǎn)信號(hào)；I2.3：零件程序中的T指令反轉(zhuǎn)信號(hào)。（2）輸出O口Q0.4：刀架正轉(zhuǎn)；Q0.5:刀架反轉(zhuǎn)；Q0.6:換刀故障指示燈。31 5.2梯形圖325.3自動(dòng)換刀系統(tǒng)工作原理手動(dòng)方式下，

33、當(dāng)短促或長(zhǎng)時(shí)間按手動(dòng)換刀鍵SB1后，網(wǎng)絡(luò)1單元I2.1為1，使輔助輸出M1.1閉合，并由其自身的常開(kāi)自鎖，同時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)5中的Q0.4接通中間繼電器KA1線圈，刀架正轉(zhuǎn)到與其相鄰的一個(gè)工位或刀架正轉(zhuǎn)一直保持按鍵松開(kāi)。由網(wǎng)絡(luò)2中的工位檢測(cè)判斷其有無(wú)旋轉(zhuǎn)到該工位上，分別由I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4五個(gè)工位位置輸入信號(hào)檢測(cè)控制輔助繼電器M0.1，當(dāng)?shù)竭_(dá)該工位后，M0.1閉合，從而斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)1中的M1.1,使網(wǎng)絡(luò)5中的Q0.4斷開(kāi)，刀架停轉(zhuǎn)。自動(dòng)方式下、網(wǎng)絡(luò)3中當(dāng)零件加工程序T正轉(zhuǎn)信號(hào)I2.2接通后，使輔助繼電器M1.2閉合，并由其自身的常開(kāi)自鎖，同時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)5中的Q0.4接通中間繼電器KA1線圈，刀架正轉(zhuǎn)一直保持到刀位與編碼T相等。由網(wǎng)絡(luò)2中的工位檢測(cè)判斷其有無(wú)旋轉(zhuǎn)到該工位上，分別由I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4五個(gè)工位位置輸入信號(hào)檢測(cè)控制輔助繼電器M0.1，當(dāng)?shù)竭_(dá)該工位后，M0.1閉合，從而斷開(kāi)網(wǎng)