PLC在數(shù)控機(jī)床上的具體應(yīng)用

1、目錄 1摘要 2一緒論 31.1 組合機(jī)床概述 31.2 控制流程 41.3 電控系統(tǒng)輸入輸出信號 41.4 組合機(jī)床采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 6二PLC概述與方案論證 82.1 PLC 概述 82.2 方案論證 8三電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 113.1 選擇PLC機(jī)型 113.2 設(shè)計(jì)輸入輸出信號地址表 113.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖 133.4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板 15四控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 164.1 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖 164.2 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序 174.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序 184.4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

2、與梯形圖程序 194.5 實(shí)驗(yàn)室電氣原理圖仿真及程序調(diào)試 21結(jié)論 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24目前，可編程控制器（PL。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)字控制部分包括對各坐標(biāo)軸位置的連續(xù)控制，而順 序控制包括對主軸正/反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)/停止、換刀、卡盤夾緊和松開、冷卻、尾架、排屑等輔 助動(dòng)作的控制。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用 PLC代替繼電器控制來完成邏輯控制，使數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu) 更緊湊,功能更豐富，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

3、、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn) 算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。 組合機(jī)床是針對特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備，這類 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：可編程控制器數(shù)字控制順序控制操作指令組合機(jī)床自動(dòng)循環(huán)一緒論1.1 組合機(jī)床概述組合機(jī)床是針對特定工件，進(jìn)行特定加工而設(shè)計(jì)的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備， 這類設(shè)備大多能多刀同時(shí)工作，并且具

4、有自動(dòng)循環(huán)的功能。組合機(jī)床是隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，由通用機(jī)床、專用機(jī)床發(fā)展起來的。通用機(jī)床 一般用一把刀具進(jìn)行加工，自動(dòng)化程度低、輔助時(shí)間長、生產(chǎn)效率低，但通用機(jī)床能夠重 新調(diào)整，以適應(yīng)加工對象的變化。專用機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)的多刀切削，自動(dòng)化程度較高，結(jié)構(gòu) 較簡單，生產(chǎn)效率也較高。但是，專用機(jī)床的設(shè)計(jì)，制造周期長，造價(jià)高，工作可靠性也 較差。專用機(jī)床是針對某工件的一定工序設(shè)計(jì)的，當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，工件的結(jié)構(gòu)，尺寸稍 有變化時(shí)，它就不能繼續(xù)使用。在綜合了通用機(jī)床、專用機(jī)床優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了組合機(jī) 床。組合機(jī)床通常由標(biāo)準(zhǔn)通用部件和加工專用部件組合構(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

5、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。常見的組合機(jī)床，標(biāo)準(zhǔn)通用部件有動(dòng)力滑臺各種加工動(dòng)力頭以及回轉(zhuǎn)工作臺等，可用 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可用液壓驅(qū)動(dòng)。各標(biāo)準(zhǔn)通用動(dòng)力部件組合構(gòu)成一臺組合機(jī)床時(shí)，該機(jī)床的 控制電路可由各動(dòng)力部件的控制電路通過一定的連接電路組合構(gòu)成。多動(dòng)力部件構(gòu)成的組合機(jī)床，其控制通常有三方面的工作要求：第一方面是動(dòng)力部件 的點(diǎn)動(dòng)和復(fù)位控制。第二方面是動(dòng)力部件的半自動(dòng)循環(huán)控制。第三方面是整批全自動(dòng)工作 循環(huán)控制。組合機(jī)床具有生產(chǎn)率高、加工精度穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。因而，在汽車、柴油機(jī)、電機(jī)、機(jī)床 等一些具有一定生產(chǎn)批量的企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，組合機(jī)床的研制正向高

6、效、高 精度、高自動(dòng)化和柔和性化方向發(fā)展。本文所用組合機(jī)床為四工位組合機(jī)床，該機(jī)床由四個(gè)滑臺，各載一個(gè)加工動(dòng)力頭，組 成四個(gè)加工工位，除了四個(gè)加工工位外，還有夾具，上下料機(jī)械手和進(jìn)料器，四個(gè)輔助裝 置以及冷卻和液壓系統(tǒng)共14個(gè)部分。機(jī)床的四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)對一個(gè)零件的四個(gè)端面 以及中心孔進(jìn)行加工，一次加工完成一個(gè)零件，由上料機(jī)械手自動(dòng)上料，下料機(jī)械手自動(dòng) 取走加工完成的零件，零件每小時(shí)可加工 80件。該機(jī)床的俯視示意圖如下：I工位lr ff: 2-1 ftll- " H: 4上料機(jī)械手：5-進(jìn)氣裝置： 樸卜科機(jī)械尹圉1四工位卜手軸加I：如臺利詠出勒圖1.2 控制流程當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，

7、上料機(jī)械手向前，將零件送到夾具上，夾具夾緊零件，進(jìn)料裝置 進(jìn)料，然后四個(gè)工作滑臺向前，四個(gè)加工動(dòng)力頭同時(shí)加工，加工完成后，各工作滑臺退回 原位，接下來下料機(jī)械手向前抓住零件，夾具松開，下料機(jī)械手帶料退回原位并松開，完 成一個(gè)工作循環(huán)。要求組合機(jī)床能以手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種工作方式工作。全自動(dòng)工作方式為一個(gè) 工作循環(huán)結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)；半自動(dòng)工作方式為一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束后，機(jī) 床將停車于初始狀態(tài)；手動(dòng)方式是用于手動(dòng)調(diào)整的。1.3 電控系統(tǒng)輸入輸出信號1、輸入信號（共42個(gè)）。其中：SQ YJ為位置檢測傳感器開關(guān)；SA為選擇開關(guān)；SB 為按鈕。功能器件功能器件功能器件功能器件滑臺1原位

8、1SQ下料器終點(diǎn)12SQ滑臺1進(jìn)5SB主軸4點(diǎn)動(dòng)16SB滑臺1終點(diǎn)2SQ夾緊1YJ滑臺1退6SB夾緊17SB滑臺2原位3SQ進(jìn)料2YJ主軸1點(diǎn)動(dòng)7SB松開18SB滑臺2終點(diǎn)4SQ放料3YJ滑臺2進(jìn)8SB上料器進(jìn)19SB滑臺3原位5SQ潤滑壓力4YJ滑臺2退9SB上料器退20SB滑臺3終點(diǎn)6SQ潤滑液面開關(guān)5YJ主軸2點(diǎn)動(dòng)10SB進(jìn)料21SB滑臺4原位7SQ總停1SB滑臺3進(jìn)11SB放料22SB滑臺4終點(diǎn)8SQ啟動(dòng)2SB滑臺3退12SB冷卻開23SB上料器原位9SQ預(yù)停3SB主軸3點(diǎn)動(dòng)13SB冷卻停24SB上料器終點(diǎn)10SQ潤滑故障撤除4SB滑能4進(jìn)14SB下料器原位11SQ選擇開關(guān)1SA滑臺4

9、退15SB2、輸出信號（共27個(gè)）。其中：YV為電磁閥；KM為接觸器；HL為指示燈功能器件功能器件功能器件功能器件夾緊1YV上料退8YV放料15YV潤滑電動(dòng)機(jī)6KM松開2YV下料進(jìn)9YV進(jìn)料16YV潤滑顯示燈1HL滑臺1進(jìn)3YV下料退10YV1主軸1KM1、3工位原位指示2HL滑臺1退4YV滑臺2進(jìn)11YV2主軸2KM2、4工位原位指示3HL滑臺3進(jìn)5YV滑臺2退12YV3主軸3KM上料原位指示4HL滑臺3退6YV滑臺4進(jìn)13YV4主軸4KM下料原料指示5HL上料進(jìn)7YV滑臺4退14YV冷卻電動(dòng)機(jī)5KM隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求，機(jī)床電氣控制裝置也不斷更新。在控制方法上主要從

10、手動(dòng)控制到自動(dòng)控制；在控制功能上，是從簡單到復(fù)雜；在操作上由 笨重到輕松，從控制原理上，由單一的有觸點(diǎn)硬接線繼電器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為以微處理器為中 心的軟件控制系統(tǒng)。在上世紀(jì)的20年代到30年代，借助繼電器、接觸器、按鈕和行程開關(guān)等組成繼電器 -接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的啟動(dòng)、停車、有級調(diào)速等控制。繼電器-接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、抗干擾性能力強(qiáng)。因此廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床和機(jī) 械設(shè)備。目前，在我國繼電器接觸器控制仍然是機(jī)床和其它機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形 式之一。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：由于固定接線形成，故在進(jìn)行程序控制時(shí)， 改變控制程序不方便，靈活性差。因而傳統(tǒng)的繼

11、電器 -接觸器控制系統(tǒng)常常不能滿足這種 需求。電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)提高了電氣控制的靈活性和通用性，其控制功能和控制 精度都得到很大的提升。然而在其初期，存在著系統(tǒng)復(fù)雜、使用不方便、抗干擾能力差、 成本較高等缺陷，尤其對上述簡單的過程控制有“大材小用”和不經(jīng)濟(jì)等問題。因而 60 年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)需要，方便的改變控制系統(tǒng)，而又要比計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià) 格低廉的自動(dòng)化裝置一一順序控制器。它能通過組合邏輯元件插接或變成來實(shí)現(xiàn)繼電器-接觸器控制線路功能的裝置，它能滿足成組經(jīng)常改變的控制要求，使控制系統(tǒng)具有較大的 靈活性和通用性，但它還是使用硬件手段，裝置體積大，功能也受到了一定的限制。隨著大

12、規(guī)模集成電路和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本變 化。在70年代出現(xiàn)了用軟件手段來實(shí)現(xiàn)各種控制功能，以微處理器為核心的新興工業(yè)控 制器一一可編程程序控制器（PL。這種期間完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它兼?zhèn)?了計(jì)算機(jī)控制和繼電器-接觸器控制兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前世界各國將其作為一種標(biāo)準(zhǔn)化 通用設(shè)備普遍應(yīng)用于工業(yè)控制。1.4 組合機(jī)床采用PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)組合機(jī)床的電氣控制理論上講可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng) 和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制方 案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC單片

13、機(jī)、繼電器-接觸器控 制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. PLC與繼電器-接觸器相比較：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于 它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差， 采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：(1)控制邏輯：繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸電串聯(lián)、并聯(lián)、申并聯(lián)， 利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電 氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能

14、夠增 加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性 和擴(kuò)展性較差。可編程控制器采用存儲(chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯 是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長一些，輸入輸出 的連線并不多。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接 線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此， PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且 PLC是由中大規(guī)模 集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。(2)控制速度：繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸電的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的 開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級。而且使用的繼

15、電器越多，反映的速度越慢，還是容易出 現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一 條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級。由于 PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題， 更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。(3)定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn) 定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊 的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生， 精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。用戶可以根據(jù)需要在程序

16、中設(shè)定定時(shí)值。PLC根據(jù)給定的定時(shí)值，由軟件和硬件計(jì)數(shù)器來控制制定時(shí)間，定時(shí)精度高、定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，并且一旦調(diào)好，不會(huì)變化。并且 PLC可以完成計(jì)數(shù)功能，而繼電接觸系統(tǒng)通常 沒有計(jì)數(shù)功能。(4)設(shè)計(jì)與施工。使用繼電接觸式控制系統(tǒng)完成一項(xiàng)控制工程， 設(shè)計(jì)施工，調(diào)試必須順序進(jìn)行，周期長， 而且修改困難而使用PLC來完成一項(xiàng)控制工程。設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè) 計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，而且調(diào)試和修改均很方便。(5)可靠性和維護(hù)性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的 損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸

17、點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的 監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便?？傊?，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高， 設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。2. PLC與單片機(jī)比較單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控 制。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：(1)單片機(jī)不如PLCW易掌握使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要

18、求設(shè)計(jì)人 員遇有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識。對于那些只熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn) 行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識才能掌握。而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者來說，無 需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識，而只要用較短時(shí)間去熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。(2)單片機(jī)不如PLC使用簡單使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮 工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn) 行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn) 場連接起來，調(diào)試也較繁

19、瑣。而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接電源的開關(guān)直接連接，非 常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力， 能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、 輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進(jìn)入PLG(3)單片機(jī)不如PLC可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了抗干擾性 措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。通過上面的比較，針對組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然 PLC的價(jià)格高一些，但良好的 穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定采用 PLC控制系統(tǒng)來實(shí) 現(xiàn)。二PLC概述與方案論證2

20、.1 PLC概述可編程控制器是一種專為在工業(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，通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。 可編程控制器及其有關(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

21、工業(yè)通用性，同時(shí)簡化了硬件電路，也提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)X系歹PLC平均故障間隔大于2000050000hi而平均修復(fù)時(shí)間則小于 10min； PLC機(jī)能處理工業(yè)現(xiàn)場的強(qiáng)電信號，如交流 220V、直流24V,并可直接驅(qū)動(dòng)功率部 件，可長期工作在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境能夠中。編程采用傳統(tǒng)的繼電器符號語言，便于工程技 術(shù)人員掌握，PLC是在按鈕開關(guān)，限位開關(guān)和其它傳感器等發(fā)出的監(jiān)控輸入信號作用下進(jìn) 行工作。根據(jù)信號，控制器就會(huì)作出反映，通過用戶編程的內(nèi)部邏輯便產(chǎn)生輸出信號，而 且這些輸出信號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

22、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)”，這樣生產(chǎn)線的自動(dòng)化過程就能隨意去改變，這種性能使 PLC 具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。2.2 方案論證組合機(jī)床的電氣控制，理論上講，可以采用繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系 統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際工程中往往選擇一種經(jīng)濟(jì)、有效、性能優(yōu)越的控制 方案，考慮到上述幾點(diǎn)，PLC較適合組合機(jī)床的電氣控制。PLC與單片機(jī)、繼電器-接觸器 控制系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. PLC與繼電器-接觸器相比較：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)自上世紀(jì)二十年代問世以來，一直是機(jī)電控制的主流。由于 它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，所以使用

23、廣泛。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢，可靠性差， 采用微電腦技術(shù)的可編程順序控制器的出現(xiàn)，使得繼電接觸式控制系統(tǒng)更加遜色。PLC等取代繼電接觸式控制邏輯。具體如下：(1)控制邏輯繼電接觸式控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯，它利用繼電器等的觸點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)、申并聯(lián)， 利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作等組合或控制邏輯，連線復(fù)雜、體積大、功耗也大。當(dāng)一個(gè)電 氣控制系統(tǒng)研制完后，要想再做修改都要隨著現(xiàn)場接線的改動(dòng)而改動(dòng)。特別是想要能夠增 加一些邏輯時(shí)就更加困難了，這都是硬接線的緣故。所以，繼電接觸式控制系統(tǒng)的靈活性 和擴(kuò)展性較差。可編程控制器采用存儲(chǔ)邏輯。它除了輸入端和輸出端要與現(xiàn)場連線以外，而控制邏輯 是以程序的方式存儲(chǔ)在PLC

24、的內(nèi)存當(dāng)中。若控制邏輯復(fù)雜時(shí)，則程序會(huì)長一些，輸入輸出 的連線并不多。若需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)，只要修改程序就行了，而輸入輸出的連接 線改動(dòng)不多，并且也容易改動(dòng)，因此，PLC的靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。而且 PLC是由中大規(guī)模集成電路組裝成的，因此，功耗小，體積小。(2)控制速度繼電器接觸式控制系統(tǒng)的控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低。觸點(diǎn)的 開閉動(dòng)作一般是幾十毫秒數(shù)量級。而且使用的繼電器越多，反映的速度越慢，還是容易出 現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)和觸點(diǎn)拉弧問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度相當(dāng)快。通常，一 條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級。由于 PLC內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會(huì)

25、出現(xiàn)抖動(dòng)問題， 更不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)拉弧問題。(3)定時(shí)控制和計(jì)數(shù)控制：繼電接觸式控制系統(tǒng)利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來進(jìn)行定時(shí)控制。用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn) 定時(shí)控制會(huì)出現(xiàn)定時(shí)的精度不高，定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化而影響。有些特殊 的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便。而可編程程序控制器使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí) 器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高并且定時(shí)時(shí)間長，定時(shí)范圍廣。(4)可靠性和維護(hù)性。繼電接觸式控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的 損壞，壽命短。因而可靠性和維護(hù)性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，可靠性高。PLC還配備了自檢和監(jiān)

26、控功能，能自診斷出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的 監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。總之，PLC在性能上均優(yōu)越于繼電接觸式控制系統(tǒng)，特別是控制速度快，可靠性高， 設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試方便，控制邏輯修改方便，而且體積小，功耗低。2. PLC與單片機(jī)比較單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格比較便宜等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控 制。但是，單片機(jī)不是專門針對工業(yè)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)的，所以它與PLC比較起來有以下缺點(diǎn)：(1)單片機(jī)不如PLCW易掌握使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要使用微處理器的匯編語言編程。這就要求設(shè)計(jì)人 員要有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識。對于那些只

27、熟悉機(jī)電控制的技術(shù)人員來說，需要進(jìn) 行相當(dāng)長一段時(shí)間系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識才能掌握。而PLC采用了面向操作者的語言編程，如梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等，對于使用者來說， 無需了解復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識，而只要用較短時(shí)間去熟悉PLC的簡單指令系統(tǒng)及操作方法，就可以使用和編程。(2)單片機(jī)不如PLC使用簡單使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入輸出接口上做大量的工作。例如，要考慮 工程現(xiàn)場與單片機(jī)的連接，輸出帶負(fù)載能力、接口的擴(kuò)展，接口的工作方式等。除了要進(jìn) 行控制程序的設(shè)計(jì)，還要在單片機(jī)的外圍進(jìn)行很多硬件和軟件工作，才能與控制現(xiàn)場連接 起來，調(diào)試也較繁瑣。而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，輸入接口可以與無外接

28、電源的開關(guān)直接連接，非 常方便。輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力， 能適應(yīng)一般的控制要求。而且，在輸入接口、 輸出接口，由光電耦合器件，使現(xiàn)場的干擾信號不容易進(jìn)入PLG(3)單片機(jī)不如PLC可靠使用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，突出的問題就是抗干擾性能較差。而PLC是專門用于工程現(xiàn)場環(huán)境中的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)和制造過程中采取了抗干擾性 措施，穩(wěn)定性和可靠性較高。通過上面的比較，針對組合機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)，雖然 PLC的價(jià)格高一些，但良好的 穩(wěn)定性和高度的可靠性可確保機(jī)床在加工零件時(shí)的精度，所以決定采用 PLC控制系統(tǒng)來實(shí) 現(xiàn)。三 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 選擇PLC機(jī)型合理選擇PLC的型號，Xt于提高PL

29、C控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。選擇機(jī) 型的基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠，維護(hù)使用方便以及最佳功能價(jià)格比。(1)結(jié)構(gòu)選擇PLC主要有整體式和模塊式。整體式PLC整體式PLC的每一個(gè)點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對小，一 般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的小型控制系統(tǒng)中。模塊式PLC模塊式PLC*能擴(kuò)展靈活方便。在點(diǎn)數(shù)上，輸入點(diǎn)數(shù)，輸出點(diǎn)數(shù)的比例， 模塊的種類方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。對于組合機(jī)床，選用整體式 PLC較好。(2) I/O點(diǎn)選取原則PLC平均的I/O點(diǎn)價(jià)格比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC的I/O點(diǎn)數(shù)量，在滿足

30、控制要 求的前提下力爭使用的I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定余量。通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控制對 象的輸入輸出信號的實(shí)際需要，再加上 10%-20%勺余量來確定。由PLC組成的四工位組合機(jī)床才S制系統(tǒng)有輸入信號 42個(gè)，均為開關(guān)量。其中檢測元 件17個(gè)，按鈕開關(guān)24個(gè)，選擇開關(guān)1個(gè)。電控制系統(tǒng)有輸出信號27個(gè)，其中電磁閥16個(gè)，六臺電動(dòng)機(jī)的接觸器和5個(gè)指示燈。 根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的選取原則考慮10%-20%勺I/O點(diǎn)數(shù)余量輸入點(diǎn)數(shù)可選取46-50個(gè)輸出點(diǎn)數(shù) 可選取29-33個(gè)。(3)確定PLC機(jī)型及擴(kuò)展模塊。根據(jù)(1) (2)及實(shí)際PLC機(jī)型點(diǎn)數(shù)，選用FX2N-64M曲機(jī)和一個(gè)16點(diǎn)的輸入擴(kuò)展模 塊(F

31、X-16EX)這樣共有輸入點(diǎn)(32+16)。輸出點(diǎn)就是主機(jī)的32。足夠可以滿足42個(gè)輸入, 27個(gè)輸出的要求，而且留有一定余量。3.2設(shè)計(jì)輸入輸出信號地址表輸入輸出信號地址表是將輸入輸出列成表，給出相應(yīng)的地址和名稱，以備軟件編程和 系統(tǒng)調(diào)試時(shí)使用的一種表。由本設(shè)計(jì)可知控制電路中的按鈕，行程開關(guān)，檢測元件等觸點(diǎn) 都屬于PLC的輸入設(shè)備，PLC的輸出控制對象主要是控制電路中的執(zhí)行元件，本設(shè)計(jì)主要 是接觸器，電磁閥，指示燈。根據(jù)電控系統(tǒng)的輸入輸出信號表知：1輸入元件數(shù)量行程開關(guān)12個(gè)按鈕24個(gè)選擇開關(guān)1個(gè)檢測元件5個(gè)2輸出元件數(shù)量電磁閥16個(gè)接觸器6個(gè)指示燈5個(gè)根據(jù)本設(shè)計(jì)選用的PLC機(jī)型，將輸入輸出

32、元件分配到 PLC的輸入輸出接口。根據(jù)本文 所給的輸入輸出元件可列下表3-1表3-1 輸入輸出信號地址表輸入信號輸出信號名稱功能編號名稱功能編號1SQ滑臺I原位X01YV夾緊Y02SQ滑臺I終點(diǎn)X12YV松開Y13SQ滑臺口原位X23YV滑臺I進(jìn)Y24SQ滑臺口終點(diǎn)X34YV滑臺I退Y35SQ滑臺W原位X45YV滑臺W進(jìn)Y46SQ滑臺W終點(diǎn)X56YV滑臺W退Y57SQ滑臺IV原位X67YV上料進(jìn)Y68SQ滑臺1V終點(diǎn)X78YV上料退Y79SQ上料器原位X109YV下料進(jìn)Y1010SQ上料器終點(diǎn)X1110YV下料退Y1211SQ下料器原位X1211YV滑臺口進(jìn)Y1312SQ下料器終點(diǎn)X1312Y

33、V滑臺口退Y141YJ夾緊X1413YV滑臺IV進(jìn)Y152YJ進(jìn)料X1514YV滑臺IV退Y163YJ放料X1615YV放料Y174YJ潤滑壓力X1716YV進(jìn)料Y205YJ潤滑液面開關(guān)X201KMI主軸Y211SB總停X212KM口主軸Y222SB啟動(dòng)X223KMW主軸Y233SB預(yù)停X234KMIV主軸Y244SB潤滑故障撤除X245KM冷卻電動(dòng)機(jī)Y251SA選擇開關(guān)X256KM潤滑電動(dòng)機(jī)Y265SB滑臺I進(jìn)X261HL潤滑顯示Y276SB滑臺I退X272HLI、W工位滑臺原位Y307SB主軸I點(diǎn)動(dòng)X303HL口、VI工位滑臺原位Y318SB滑臺口進(jìn)X314HL上料原位Y329SB滑臺口退

34、X325HL下料原料Y3310SB主軸口點(diǎn)動(dòng)X3311SB滑臺W進(jìn)X3412SB滑臺W退X3513SB主軸W點(diǎn)動(dòng)X3614SB滑能IV進(jìn)X3715SB滑臺IV退X4016SB主軸IV點(diǎn)動(dòng)X4117SB夾緊X4218SB松開X4319SB上料器進(jìn)X4420SB上料器退X4521SB進(jìn)料X4622SB放料X4723SB冷卻開X5024SB冷卻停X513.3設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖I/O接口圖它反映的是PLC輸入輸出模塊與現(xiàn)場設(shè)備的連接。PLC的輸入點(diǎn)大部分是共點(diǎn)式，即所有輸入點(diǎn)具有一個(gè)公共端 COMI/O電氣接口圖如下圖3-2M)XI13XL4FX2hH5+MRFX系列PLCYOY412 SQ

35、 y1YJ3yq¥10300X21<*SB7C*1EJ <5SB-m¥14Q4335X2<5FlOiSE3B3Y»一>37cgmlY21com5¥24CQtn7.rjTSSE24 SB _7c*ara2KK2N-lfiEXMIQX511Wfu'5YV9W12:W13KM4KM1HLQ 也%t_y尸、翱尿 Lt?X57圖3-2 I/O 電氣接口圖3.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)操作面板控制系統(tǒng)的操作面板是向PLC控制系統(tǒng)發(fā)布控制命令的主令元件組合而成的。本設(shè)計(jì) 中，輸入元件共42個(gè)其中按鈕SB 24個(gè)、檢測元件YJ 5個(gè)、行程開關(guān)S

36、Q 12個(gè)，選擇開 關(guān)1個(gè)，基于對機(jī)床工作方式的控制要求，面板上應(yīng)設(shè)有選擇開關(guān)1SA預(yù)停按鈕；鑒于手動(dòng)調(diào)整方式下，相應(yīng)按鈕發(fā)出控制命令，驅(qū)動(dòng)組合機(jī)床相應(yīng)部件運(yùn)動(dòng)，因此面板上應(yīng)設(shè) 相應(yīng)按鈕5SB-24SB鑒于對組合機(jī)床的啟動(dòng)，停止及潤滑故障的處理控制，應(yīng)在操作制面 板上設(shè)有啟動(dòng)按鈕2SB總停按鈕1SB潤滑故障切除按鈕4SB其他輸入元件均為檢測元 件，不在操作面板中設(shè)置，由上面綜述，可得控制系統(tǒng)操作面板如下圖3-3所示上料器原住下料器原位PB) X30主軸UL制詢】幽色） X5D冷士嗨開i苜臺I【進(jìn)潛臺III進(jìn)滑臺W：工潸臺退再白H退治臺】明良圖3-3控制系統(tǒng)操作面板圖Y7, YJ7鄧XWAAY2

37、圍口工岫|1 1前加工我一陪點(diǎn)& H 鍬 "S33 一碉S53 -h工位向 前加工¥13詼口 口工岫甌 郅麗J5- iliWi植 "sS W11TO6四控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖根據(jù)本設(shè)計(jì)的控制與工藝要求，按機(jī)床的動(dòng)作順序及每步所完成的任務(wù)，可得工作循 環(huán)流程圖如圖2-3一班加上幡艮蛹M4MO!一各工蛔曲 |TW£| S2i6 松釬 vi而十肥|$27 |rmEY12JO 駿工拗皿o 一 腳年撕圖2-3 PLC控制系統(tǒng)工作循環(huán)流程圖4.2 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序初始化程序主要用來處理組合機(jī)床的各種號，如啟

38、動(dòng)，預(yù)停，總停以及各種的原始信 號，機(jī)床啟動(dòng)前應(yīng)具備的各種初始信號，工作方式選擇信號，各種復(fù)位信號，并將處理結(jié) 果作為機(jī)床啟動(dòng)，停止，程序轉(zhuǎn)換的依據(jù)，初始化程序一般用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)。 根據(jù)控制要求, 采用STL指令，來定義相應(yīng)的工作方式，手動(dòng)，自動(dòng)，利用預(yù)停按鈕來控制全自動(dòng)與半自 動(dòng)工作狀態(tài)的切換，并利用定時(shí)器設(shè)定了潤滑電動(dòng)機(jī)間歇時(shí)間，初始化程序見下圖2-4 o圖2-4 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)初始化梯形圖程序4.3 設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序本設(shè)計(jì)的手動(dòng)程序與顯示程序均為用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)的梯形圖。手動(dòng)程序：主要在調(diào)整和檢修時(shí)使用。為了對滑臺的進(jìn)退、上料器的進(jìn)退、夾具的加緊松開等進(jìn)行調(diào)整與控制，

39、設(shè)計(jì)了相應(yīng) 的手動(dòng)程序，設(shè)計(jì)手動(dòng)程序時(shí)應(yīng)注意互鎖的設(shè)計(jì)。顯示程序：根據(jù)機(jī)床的工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)指示燈顯示。如手動(dòng)及顯示梯形圖程序圖 2-5。2S01_一r.XCM4 1114,xou.手動(dòng)網(wǎng)整程序_l.-t:vnofi 7fl If-11JIJI而4511YDD6xnioLt/ vfiTi-5 *上料退IIFlXO42 IIX014 1/¥001 _l.f_/ ynrin?央！ft11TAlJ-l9511vom/ vnn I松開11nt EULJXCM611YD17 _J,J_X015Lt進(jìn)料I |iXO4? II¥033X0L6 L/ vm7?敢料11jTrl Mf Jx

40、oafi 11¥DD3 IJ-XODJ.滑臺I進(jìn)11JI riLOXCK27 II_iz_xoro_u/ vnnw滑臺1星1 fIX034IIXD05 _lf_¥005 J.f/ vnrixL?常自3邊1 rJTrlXII3511XD04 ITYD 口日LE滑有3項(xiàng)11JIFlX22XO32I liXTO _1/_¥10 M _1/_(¥013)滑臺2進(jìn)-rl-n-rr126XQ33IIXOdQ¥013_l. YD】4：刑臺2返1 rflXO37 IDXD07 IJYD 15 LFvtis滑笆4班IIXFl,飛XCHOIIIfYIQlS _l.

41、f滑針4退1 r11W3Q 11/ vtr 卜 7主觸1點(diǎn)初11 riL _J1北150DB311/主軸2點(diǎn)動(dòng)11XO36 II,VTY35?主軸3點(diǎn)動(dòng)11H. mmXWI 11主軸4點(diǎn)劭117072VMS TlX00D TlX002Th-潤滑顯示(w(¥D30j潤滑顯示1. 3工作的臺原位75X004TlX006T 一(皿2. 4工作滑分原位78XOIOTl(皿上料霜原位80XDIl_i If VTrri l下料舞藤位IIr ?必圖2-5 PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)及顯示梯形圖程序4.4設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與梯形圖程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是完整地描述控制系統(tǒng)的工作過程，功能和特性的一種圖

42、形，是分析 和設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)控制程序的重要工具。本設(shè)計(jì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖按下列幾步進(jìn)行的1按組合機(jī)床的控制要求與加工工藝畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。2在畫出的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖上以PLC輸入點(diǎn)或其他元件定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。3按照電控系統(tǒng)提供的電氣執(zhí)行元件功能表，在狀態(tài)流程圖上對每個(gè)狀態(tài)和動(dòng)作命令配畫上實(shí)現(xiàn)該狀態(tài)或動(dòng)作命令的控制功能的電氣執(zhí)行元件，并以對應(yīng)的PLC輸出點(diǎn)的編號定義這些電氣執(zhí)行元件。由狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖易的相應(yīng)的梯形圖程序，它們二者是一一對應(yīng)關(guān)系，梯形圖程序請見圖 2-6S2 M8041 MS044雙 干4-111H-ni合機(jī)床自動(dòng)，半自動(dòng)程序520 YCKJ75T叫出153 匚止SET S20（¥00（51SET S21S21¥0011 門 44KSET S31（網(wǎng)QQ）（加。S31¥017儂邛叫一HS2J £31 XOM XD15瞼 Y4-|sti|11| 卜SET S22:S34-I叫SETT022S35Tsi"222224226231S15234S53|SIL|-236238S51H叫244u心由丁斗246S24f 丁42542612672TO273377291S25由T%T”4S27T號T*TD14 f£003SET( TOI3 1S35TOT0134FSETT024T0